半导体硅片清洗课时
半导体第五讲硅片清洗(4课时)——芯片制造流程课件PPT
70～80C, 10min
碱性（pH值>7）
✓可以氧化有机膜
✓和金属形成络合物
✓缓慢溶解原始氧化层，并再氧化——可以去除颗粒
✓NH4OH对硅有腐蚀作用
RCA clean is
OH－
OH－
OH－
OH－ OH－
OH－
“standard process” used to remove organics,
heavy metals and
=0.02 ppb !!
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颗粒粘附
所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。
颗粒来源：
✓空气 ✓人体 ✓设备 ✓化学品
超级净化空气
风淋吹扫、防护服、面罩、 手套等，机器手/人
超纯化学品 去离子水
特殊设计及材料 定期清洗
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各种可能落在芯片表面的颗粒
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❖粒子附着的机理：静电力，范德华力，化学键等 ❖去除的机理有四种：
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自然氧化层（Native Oxide）
➢ 在空气、水中迅速生长 ➢ 带来的问题：
✓ 接触电阻增大 ✓ 难实现选择性的CVD或外延 ✓ 成为金属杂质源 ✓ 难以生长金属硅化物
➢ 清洗工艺：HF＋H2O（ca. 1: 50）
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2、硅片清洗
有机物/光刻 胶的两种清 除方法：
SPM：sulfuric/peroxide mixture H2SO4(98％):H2O2(30％)=2:1~4:1 把光刻胶分解为CO2＋H2O （适合于几乎所有有机物）
alkali ions.
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SC-2: HCl(73%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:6~1:2:8 70～80C, 10min 酸性（pH值<7）
硅片清洗技术
硅片清洗技术半导体硅片SC-2清洗技术1 清洗液中的金属附着现象在碱性清洗液中易发生，在酸性溶液中不易发生，并具有较强的去除晶片表面金属的能力，但经SC-1洗后虽能去除Cu等金属，而晶片表面形成的自然氧化膜的附着（特别是Al）问题还未解决。
2 硅片表面经SC-2液洗后，表面Si大部分以O 键为终端结构，形成一层自然氧化膜，呈亲水性。
3 由于晶片表面的SiO2和Si不能被腐蚀，因此不能达到去除粒子的效果。
a.实验表明：据报道将经过SC-2液，洗后的硅片分别放到添加Cu的DHF清洗或HF+H2O2清洗液中清洗、硅片表面的Cu浓度用DHF液洗为1014 原子/cm2，用HF+H2O2洗后为1010 原子/cm2。
即说明用HF+H2O2液清洗去除金属的能力比较强，为此近几年大量报导清洗技术中，常使用HF+H2O2来代替DHF清洗。
半导体硅片DHF清洗技术a. 在DHF洗时，可将由于用SC-1洗时表面生成的自然氧化膜腐蚀掉，而Si几乎不被腐蚀。
b. 硅片最外层的Si几乎是以H 键为终端结构，表面呈疏水性。
c. 在酸性溶液中，硅表面呈负电位，颗粒表面为正电位，由于两者之间的吸引力，粒子容易附着在晶片表面。
d. 去除金属杂质的原理：①用HF清洗去除表面的自然氧化膜，因此附着在自然氧化膜上的金属再一次溶解到清洗液中，同时DHF清洗可抑制自然氧化膜的形成。
故可容易去除表面的Al、Fe、Zn、Ni等金属。
但随自然氧化膜溶解到清洗液中一部分Cu等贵金属（氧化还原电位比氢高），会附着在硅表面，DHF清洗也能去除附在自然氧化膜上的金属氢氧化物。
②实验结果：据报道Al3+、Zn2+、Fe2+、Ni2+ 的氧化还原电位E0 分别是- 1.663V、-0.763V、-0.440V、0.250V 比H+ 的氧化还原电位（E0=0.000V）低，呈稳定的离子状态，几乎不会附着在硅表面。
③如硅表面外层的Si以H 键结构，硅表面在化学上是稳定的，即使清洗液中存在Cu等贵金属离子，也很难发生Si的电子交换，因经Cu等贵金属也不会附着在裸硅表面。
硅片清洗技术详解
硅片清洗技术详解硅片清洗主要内容讲解1、清洗的基本概念和目的。
硅片加工的目的是为器件生产制作一个清洁完美符合要求的使用表面，所谓清洗，就是清洗硅片的表面，去除附着在硅片上的污染物。
2、硅片清洗室的管理与维护；（1）人员流动的管理和清洁室的作业人数。
（2）清洗室内物品器具的管理。
（3）清洗室内其它影响清洗质量因素的管理维护。
如；空气过滤系统、防静电处理、温度与湿度系统等！3、硅片表面沾污的类型；（！）有机杂质沾污；如；胶黏剂、石蜡、油脂等。
（2）颗粒类型杂质沾污；一般来自加工中磨料和环境中的尘粒。
（3）金属杂质沾污；由生产加工的设备引起的金属杂质沾污。
4、硅片清洗处理方法分类；硅片清洗处理方法分为湿法清洗和干法清洗两大类。
而湿法清洗又分为化学清洗和物理清洗两种方法。
化学清洗——利用各种化学试剂对各种杂质的腐蚀、溶解、氧化及络合等作用去除硅片表面的沾污。
物理清洗——硅片的物理清洗法主要指的是利用超声波和兆声波清洗方法。
5、化学清洗的各种试剂的性质应用和分级；（1）有机溶剂清洗；有机溶剂能去除硅片表面的有机杂质沾污。
主要溶液有；甲苯、丙酮、乙醇等。
根据其性质须在使用甲苯、丙酮后在使用乙醇进行处理，最后在用水冲洗。
（2）无机酸及氧化还原清洗；无机酸试剂主要为；盐酸（HCI）、硝酸（HNO3）、硫酸（H2SO4）、氢氟酸（HF）以及过氧化氢（H2O2）—双氧水。
其中过氧化氢主要用于氧化还原清洗。
其它试剂按其本省性质进行应用清洗。
硅片金属清洗主要是利用了它们的强酸性、强腐蚀性、强氧化性的特性从而达到去除表面金属沾污的目的。
（3）化学清洗的分级主要分为优级纯、分析纯和化学纯三个级别。
视清洗的种类和场合进行合理选择。
通常硅片切割片和研磨片的清洗可以使用分析纯试剂，抛光片须用优级纯试剂。
具体试剂分类有国家规定标准。
6、超声波清洗原理、结构和应用要素；原理—提供高频率的震荡波在溶剂中产生气泡和空化效应，利用液体中气泡破裂所产生的冲击来波达到清洗目地。
半导体工艺晶圆清洗(精)培训课件
半导体工艺-晶圆清洗(精)晶圆清洗摘要：介绍了半导体IC制程中存在的各种污染物类型及其对IC制程的影响和各种污染物的去除方法, 并对湿法和干法清洗的特点及去除效果进行了分析比较。
关键词：湿法清洗；RCA清洗；稀释化学法；IMEC清洗法；单晶片清洗；干法清洗中图分类号：TN305.97 文献标识码：B 文章编号：1003-353X(2003)09-0044-041前言半导体IC制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺（离子注入、扩散、外延生长及光刻）为基础逐渐发展起来，由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。
因此在制作过程中除了要排除外界的污染源外，集成电路制造步骤如高温扩散、离子植入前等均需要进行湿法清洗或干法清洗工作。
干、湿法清洗工作是在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下，有效地使用化学溶液或气体清除残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质。
2污染物杂质的分类IC制程中需要一些有机物和无机物参与完成，另外，制作过程总是在人的参与下在净化室中进行，这样就不可避免的产生各种环境对硅片污染的情况发生。
根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。
2.1 颗粒颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。
通常颗粒粘附在硅表面，影响下一工序几何特征的形成及电特性。
根据颗粒与表面的粘附情况分析，其粘附力虽然表现出多样化，但主要是范德瓦尔斯吸引力，所以对颗粒的去除方法主要以物理或化学的方法对颗粒进行底切，逐渐减小颗粒与硅表面的接触面积，最终将其去除。
2.2 有机物有机物杂质在IC制程中以多种形式存在，如人的皮肤油脂、净化室空气、机械油、硅树脂真空脂、光致抗蚀剂、清洗溶剂等。
每种污染物对IC 制程都有不同程度的影响，通常在晶片表面形成有机物薄膜阻止清洗液到达晶片表面。
第五章2硅片的清洗.
2）颗粒沾污：
• 颗粒能引起电路的开路或短路。 • 在半导体制造中，可以接受的颗粒尺寸的粗略法则是它的 尺寸必须小于最小器件特征尺寸的一半。
The relative size of the human hair is approximately 500 times the size of the smallest feature size on an integrated circuit. Minimum IC feature size = 0.18 mm ~90 mm 90 mm = 500 0.18 mm
RCA清洗原理
SC-1清洗原理： ⑴ 目的：主要是去除颗粒沾污（粒子）， 也能去除部分金属杂质。 ⑵ 去除颗粒的原理： 硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化 膜（约6nm，呈亲水性），该氧化膜又被 NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧 化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面 的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。
DI water Drain
排空清洗
Boat with wafers
Spray water in
Trap door
Fill water in
Drain
RCA清洗工序
A. Organic removal: 5 minutes in SC-1 solution of 4:1:1 DI:H2O2:NH4OH solution at 75 C to remove organics and particles. B. Cascade Rinse in DI water. C. Oxide removal: 30 seconds in DHF solution(for dilute hydrofluoric acid) of 50:1 DI:HF solution to remove oxide and metal contamination. D. Cascade Rinse in DI water. E. Metal removal: 5 minutes in SC-2 solution of 4:1:1 DI:H2O2:HCl solution at 75C to remove metals and for a clean thin oxide. F. Cascade Rinse in DI water. G. Blow dry with UHP grade nitrogen gas.
硅片化学清洗
半导体工艺化学实验报告实验名称：硅片的清洗实验目的：1.熟悉清洗设备2.掌握清洗流程以及清洗前预准备实验设备：1.半导体兆声清洗机（SFQ-1006T）2.SC-1；SC-2实验背景及原理：清洗的目的在于清除表面污染杂质，包括有机物和无机物。
这些杂质有的以原子状态或离子状态，有的以薄膜形式或颗粒形式存在于硅片表面。
有机污染包括光刻胶、有机溶剂残留物、合成蜡和人接触器件、工具、器皿带来的油脂或纤维。
无机污染包括重金属金、铜、铁、铬等，严重影响少数载流子寿命和表面电导；碱金属如钠等，引起严重漏电；颗粒污染包括硅渣、尘埃、细菌、微生物、有机胶体纤维等，会导致各种缺陷。
清除污染的方法有物理清洗和化学清洗两种。
我们这里所用的的是化学清洗。
清洗对于微米及深亚微米超大规模集成电路的良率有着极大的影响。
SC-1及SC-2对于清除颗粒及金属颗粒有着显著的作用。
实验步骤：1.清洗前准备工作：仪器准备：①烧杯的清洗、干燥②清洗机的预准备：开总闸门、开空气压缩机；开旋转总电源（清洗设备照明自动开启）；将急停按钮旋转拉出，按下旁边电源键；缓慢开启超纯水开关，角度小于45o；根据需要给1#、2#槽加热，正式试验前提前一小时加热，加热上限为200o。
本次实验中选用了80℃为反应温度。
③SC-1及SC-2的配置：我们配制体积比例是1:2:5，所以选取溶液体积为160ml，对SC-1 NH4OH：H2O2：H2O=20:40:100ml，对SC-2 HCl：H2O2：H2O=20:40:100ml。
2.清洗实际步骤：①1#号槽中放入装入1号液的烧杯，待温度与槽中一样后，放入硅片，加热10min,然后超纯水清洗。
②2#号槽中放入装入2号液的烧杯，待温度与槽中一样后，放入硅片，加热10min,然后超纯水清洗。
③兆声清洗10分钟，去除颗粒④利用相似相溶原理，使用乙醇去除有机物，然后超纯水清洗并吹干。
实验结果：利用显微镜观察清洗前后硅片图像表面清洗前硅片照片清洗后的硅片照片实验总结：清洗过后明显地发现硅片表面不像原来那样油腻，小颗粒明显减少。
半导体第五讲硅片清洗课时
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排气除尘
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高效过滤
超细玻璃纤 维构成的多 孔过滤膜： 过滤大颗粒， 静电吸附小 泵 颗粒 循 环 系 统
20～22C 40～46％RH
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由于集成电路內各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如 果遭到灰尘、金属的污染，很容易造成芯片内电路功能的损坏， 形成短路或断路，导致集成电路的失效！在现代的VLSI工厂中， 75%的产品率下降都来源于硅芯片上的颗粒污染。
沉积在氧化层上的金属杂质，其清洗程序 如表所示:
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A式清洗程序
A式清洗是早期工艺技术(3 μ m以上)中常用的清洗程序， 由于晶片经SC1清洗去除微粒后，要再浸人DHF， 这会产生新的微粒污染，所以在ULSI 工艺中， 不再使用A式清洗，而由B式清洗所取代。
B式清洗程序
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• B式清洗也是一种改良的RCA清洗，主要是在SPM清洗后 ，将晶片浸人DHF槽以去除氧化层或自然氧化物，然后再 进行标准的RCA清洗。清洗程序如表所示:
金属杂质、改良表面微粗糙度
金属前清洗
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• 溅射金属前清洗的目的，主要是将接触孔 刻蚀后残留在接触孔侧壁(sidewall的聚合物 polymer)及接触孔底层的自然氧化物去除干 净，以利于金属溅镀时形成良好的接触， 使接触电阻降低。晶片经SPM清洗可去除 附在接触孔侧壁的聚合物等有机污染，为 了使BHF容易润湿接触孔的小洞，有效地将 自然氧化物去除干净，通常在BHF中加人表 面活性剂。其清洗程序如表所示:
半导体第五讲硅片清洗课时
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本节课主要内容
硅片清洗 湿法清洗：Piranha，RCA（SC－1，SC－2），HF:H2O 物理清洗 干法清洗：气相化学
吸杂三步骤：激活，扩散，俘获 碱金属：PSG，超净化＋Si3N4钝化保护 其他金属：本征吸杂和非本征吸杂 ——大密度硅间隙原子＋体缺陷
《硅片制绒和清洗》PPT课件_OK
•溶液温度恒定在80℃时发现腐蚀液NaOH浓度在1.5～4%范围之
外将会破坏角锥体的几何形状 。
•当NaOH处于合适范围内时，异丙醇的浓度的上升会使腐蚀速
率大幅度下降。
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NaOH浓度的影响
维持制绒液中IPA的含量为10 vol%，温度85 ℃，时间30分钟条件下：
NaOH浓度5g/l时绒面形貌
•
硅酸钠在溶液中呈胶体状态，大大的增加了溶液的粘稠度。对腐蚀液中OH离子从腐蚀
液向反应界面的输运过程具有缓冲作用，使得大批量腐蚀加工单晶硅绒面时，溶液中N
aOH含量具有较宽的工艺容差范围，提高了产品工艺加工质量的稳定性和溶液的可重
复性。随着硅酸钠含量的增加，溶液粘度会增加，结果在硅片与片匣边框接触部位会
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化学清洗原理
HF 的作用
• 去除在清洗过程中表面形成SiO2层，便于脱水
注：硅的疏水性要好于SiO2
SiO 2 6HF H 2 SiF6 2H 2 O
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制绒常见不良现象
现象：表面有指纹残留
原因：人为的接触硅片
解决方法：IPA可以起到一
定效果，但是不能杜绝，需
要硅片厂家配合
产生“花篮印”，硅酸钠来源大多是反应的生成物，要调整它的浓度只能通过排放溶
液。
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化学清洗原理
HCL的作用
• 中和残留在硅片表面的碱液
•
去除在硅片切割时表面引入的金属杂质
注：盐酸具有酸和络合剂的双重作用，氯离子能
与Fe 3+、Pt 2+、Au 3+、Ag +、Cu +、Cd 2+、Hg
2+等金属离子形成可溶于水的络合物
半导体硅的清洗总结(标出重点了)
半导体硅的清洗总结(标出重点了)硅片的化学清洗总结硅片清洗的一般原则是首先去除表面的有机沾污；然后溶解氧化层(因为氧化层是“沾污陷阱”，也会引入外延缺陷)；最后再去除颗粒、金属沾污，同时使表面钝化。
清洗硅片的清洗溶液必须具备以下两种功能:(1)去除硅片表面的污染物。
溶液应具有高氧化能力，可将金属氧化后溶解于清洗液中，同时可将有机物氧化为CO2和H2O；(2)防止被除去的污染物再向硅片表面吸附。
这就要求硅片表面和颗粒之间的Z电势具有相同的极性，使二者存在相斥的作用。
在碱性溶液中，硅片表面和多数的微粒子是以负的Z电势存在，有利于去除颗粒；在酸性溶液中，硅片表面以负的Z电势存在，而多数的微粒子是以正的Z电势存在，不利于颗粒的去除。
1 传统的RCA清洗法1.1 主要清洗液1.1.1 SPM（三号液）（H2SO4∶H2O2∶H2O）在120～150℃清洗10min左右，SPM具有很高的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液中，并能把有机物氧化生成CO2和H2O。
用SPM清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金属，但是当有机物沾污特别严重时会使有机物碳化而难以去除。
经SPM清洗后，硅片表面会残留有硫化物，这些硫化物很难用去粒子水冲洗掉。
由Ohnishi提出的SPFM(H2SO4/H2O2/HF)溶液，可使表面的硫化物转化为氟化物而有效地冲洗掉。
由于臭氧的氧化性比H2O2的氧化性强，可用臭氧来取代H2O2(H2SO4/O3/H2O称为SOM 溶液)，以降低H2SO4的用量和反应温度。
H2SO4(98%):H2O2(30%)=4:11.1.2 DHF（HF(H2O2)∶H2O）在20～25℃清洗30s 腐蚀表面氧化层，去除金属沾污，DHF清洗可去除表面氧化层，使其上附着的金属连同氧化层一起落入清洗液中，可以很容易地去除硅片表面的Al，Fe，Zn，Ni 等金属，但不能充分地去除Cu。
HF：H2O2=1：50。
1.1.3 APM(SC-1)（一号液）（NH4OH∶H2O2∶H2O）在65～80℃清洗约10min 主要去除粒子、部分有机物及部分金属。
清洗工艺培训教材1
16.边宽尺寸 125/156±0. 5mm
分检标准（配图说明） 分检标准（配图说明）
17. 单 晶 对 角 线 尺 寸 150/195/200/201/203 ±0.5mm
18.多晶硅片对角线尺寸 176.03±1.3mm /219.47±1.4mm
清洗工序
7、定位：把空清洗提篮轻放5S指定位置，以免损伤地面。无片 洗时，手推车停放在5S指定位置且摆放整齐。
8、清洗机不洗片时，溢流槽应关闭电脑补水开关至OFF档。
清洗区各工序主要工艺参数参照表
托板硅片预泡时间：1～2分钟，水温控制：35℃左右 预清洗准备 第1、2喷淋槽 第3、4、5、6槽 第3、4槽 日本脱胶机 第5、6槽 第7、8槽 第9槽
第3槽 单晶工艺
纯水；30℃～50℃、3-5分钟
Hale Waihona Puke 第4槽纯水+9kg柠檬酸；70℃～75℃；4-5分钟
第5、6、7槽
同多晶工艺（若第5槽为独立槽，也可第3槽加药同第2槽，第4槽取代第3槽，第5槽 取代第4槽，第6、7槽保持不变，此为加强工艺）
清洗区各工序主要工艺参数参照表
深圳捷佳创机
第1、2槽
纯水，常温，3-5分钟
分检标准（配图说明） 分检标准（配图说明）
7. 硅 落 （≤两处，深 度≤0.5mm,长 度≤1.0mm）
8. 缺 角 (≤ 两 处 ， 深 度≤0.5mm,长 度≤0.5mm）
分检标准（配图说明） 分检标准（配图说明）
9. 黑 斑 (表面无目视 黑斑)
10. 崩 边 （≤两处，深 度 ≤ 0.5mm, 长 度≤1.0mm，无 “V”形缺口）
预清洗
第1槽 喷淋 第2槽 预洗 RAC脱胶机 第3槽 预泡 第4槽 脱胶 第5槽 脱胶
半导体硅片RCA清洗技术-2011
半导体硅片RCA清洗技术RCA清洗法:RCA清洗技术具体工艺RCA清洗法:自从20世纪70年代RCA清洗法问世之后，几十年来被世界各国广泛采用。
它的基本步骤最初只包括碱性氧化和酸性氧化两步，但目前使用的RCA清洗大多包括四步，即先用含硫酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化清洗，再用含胺的弱碱性过氧化氢进行碱性氧化清洗，接着用稀的氢氟酸溶液进行清洗，最后用含盐酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化清洗，在每次清洗中间都要用超纯水（DI水）进行漂洗，最后再用低沸点有机溶剂进行干燥。
RCA清洗技术具体工艺大致如下：第一步，使用的试剂为SPM（是Surfuric/Peroxide Mix的简称），SPM试剂又称为SC-3试剂（是Standard Clean-3的简称）。
SC-3试剂是由H2SO4-H2O2-H2O组成（其中H2SO4与H2O2的体积比为1：3），用SC-3试剂在100~130℃温度下对硅片进行清洗是用于去除有机物的典型工艺。
第二步，使用的试剂为APM（是Ammonia/Peroxide Mix和简称），APM试剂又称SC-1试剂（是Standard Clean-1的简称）。
SC-1试剂是由NH4OH -H2O2-H2O组成，三者的比例为（1：1：5）~（1：2：7），清洗时的温度为65~80℃；SC-1试剂清洗的主要作用是碱性氧化，去除硅片上的颗粒，并可氧化及去除表面少量的有机物和Au、Ag、Cu、Ni、Cd、Zn、Ca、Cr等金属原子污染；温度控制在80℃以下是为减少因氨和过氧化氢挥发造成的损失。
第三步，通常称为DHF工艺是采用氢氟酸（HF）或稀氢氟酸（DHF）清洗，HF：H2O的体积比为1：（2~10），处理温度在20~25℃。
是利用氢氟酸能够溶解二氧化硅的特性，把在上步清洗过程中生成的硅片表面氧化层去除，同时将吸附在氧化层上的微粒及金属去除。
还有在去除氧化层的同时在硅晶圆表面形成硅氢键而使硅表面呈疏水性的作用（氢氟酸原液的浓度是49%）。
半导体硅片的化学清洗技术
半导体硅片的化学清洗技术一. 硅片的化学清洗工艺原理硅片经过不同工序加工后，其表面已受到严重沾污，一般讲硅片表面沾污大致可分在三类：A. 有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合超声波清洗技术来去除。
B. 颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或超声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。
C. 金属离子沾污：必须采用化学的方法才能清洗其沾污，硅片表面金属杂质沾污有两大类：a. 一类是沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。
b. 另一类是带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。
硅抛光片的化学清洗目的就在于要去除这种沾污，一般可按下述方法进行清洗去除沾污。
a. 使用强氧化剂使“电镀”附着到硅表面的金属离子、氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。
b. 用无害的小直径强正离子（如H+）来替代吸附在硅片表面的金属离子，使之溶解于清洗液中。
c. 用大量去离水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。
自1970年美国RCA实验室提出的浸泡式RCA化学清洗工艺得到了广泛应用，1978年RCA实验室又推出兆声清洗工艺，近几年来以RCA清洗理论为基础的各种清洗技术不断被开发出来，例如：⑴美国FSI公司推出离心喷淋式化学清洗技术。
⑵美国原CFM公司推出的Full-Flow systems封闭式溢流型清洗技术。
⑶美国VERTEQ公司推出的介于浸泡与封闭式之间的化学清洗技术（例Goldfinger Mach2清洗系统）。
⑷美国SSEC公司的双面檫洗技术（例M3304 DSS清洗系统）。
⑸日本提出无药液的电介离子水清洗技术（用电介超纯离子水清洗）使抛光片表面洁净技术达到了新的水平。
⑹以HF / O3为基础的硅片化学清洗技术。
目前常用H2O2作强氧化剂，选用HCL作为H+的来源用于清除金属离子。
SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除。
半导体第五讲硅片清洗(4课时)
清洗剂残留：增加清洗次数 使用更环保的清洗剂
清洗不彻底：加强清洗剂浓 度延长清洗时间
硅片损伤：调整清洗参数避 免过度清洗
清洗设备故障：定期维护清 洗设备确保设备正常运行
清洗质量直接影响 硅片的电学性能
清洗质量对硅片的 光学性能有重要影 响
清洗质量对硅片的 机械性能有重要影 响
清洗质量对硅片的 热学性能有重要影 响
提高硅片质量： 清洗可以去除 硅片表面的污 染物和缺陷提 高硅片的纯度
和性能
提高生产效率： 清洗可以减少 硅片表面的污 染提高生产效
率和良品率
降低成本：清 洗可以减少硅 片表面的污染 降低生产成本
和维护成本
保护环境：清 洗可以减少硅 片表面的污染 降低对环境的
影响和污染
原理：利用物理作用 如机械摩擦、超声波、 气流等去除硅片表面
包装：将清洗好的硅片包装在 防静电袋中防止二次污染
检测项目：表面粗糙度、颗 粒度、缺陷密度等
检测方法：光学显微镜、电 子显微镜、X射线衍射等
检测标准：根据行业标准或 客户要求制定
检测报告：提供详细的检测 报告包括检测结果、分析及
建议
清洗设备种类：超声波清洗机、喷淋清洗机、真空清洗机等 超声波清洗机：适用于去除硅片表面的颗粒和污垢 喷淋清洗机：适用于去除硅片表面的有机物和化学物质 真空清洗机：适用于去除硅片表面的金属离子和氧化物 选择原则：根据硅片清洗的需求和工艺要求选择合适的清洗设备
清洗方法：化学清洗、物理清洗或两者 结合
清洗步骤：预清洗、主清洗、漂洗、干 燥
清洗剂：酸、碱、有机溶剂等
清洗设备：超声波清洗机、喷淋清洗机 等
清洗效果评估：目视检查、颗粒计数等
清洗：使用化学试剂去除硅片 表面的污染物
硅片湿法清洗方法
硅片湿法清洗方法硅片湿法清洗是半导体制造过程中非常重要的一步，它能够有效去除硅片表面的杂质和污染物，提高硅片的品质和可靠性。
本文将介绍硅片湿法清洗的方法和步骤。
一、清洗剂的选择硅片湿法清洗的第一步是选择合适的清洗剂。
常用的清洗剂有氢氧化钠(NaOH)、氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、去离子水等。
这些清洗剂都具有一定的腐蚀性，使用时需要注意安全操作，并且根据需要选择合适的浓度和配比。
二、清洗设备的准备进行硅片湿法清洗时，需要准备清洗设备。
一般而言，清洗设备包括清洗槽、超声波清洗机、烘干器等。
清洗槽用于浸泡硅片，超声波清洗机可以加速清洗过程，烘干器用于去除水分。
清洗设备的选择和使用需要根据清洗的具体要求和硅片的尺寸来确定。
三、清洗步骤硅片湿法清洗的步骤一般包括预清洗、主清洗、去离子水漂洗和烘干。
1. 预清洗：将硅片放入清洗槽中，使用去离子水浸泡一段时间，去除表面的大颗粒杂质和污染物。
2. 主清洗：将预清洗后的硅片放入超声波清洗机中，加入适量的清洗剂，开启超声波清洗功能，进行清洗。
超声波的震动可以有效去除硅片表面的细微污染物。
3. 去离子水漂洗：将主清洗后的硅片放入清洗槽中，使用去离子水进行漂洗。
去离子水可以去除清洗剂残留和硅片表面的离子杂质。
4. 烘干：将去离子水漂洗后的硅片放入烘干器中，使用适当的温度加热，将水分蒸发掉，使硅片完全干燥。
四、注意事项在进行硅片湿法清洗时，需要注意以下几点：1. 安全操作：清洗剂具有一定的腐蚀性，使用时需要佩戴防护手套、护目镜等个人防护装备，避免直接接触清洗剂。
2. 清洗时间：清洗时间过长可能会导致硅片表面的腐蚀，清洗时间过短则无法充分去除污染物。
因此，需要根据具体情况控制清洗时间。
3. 清洗剂浓度：清洗剂浓度过高可能会导致硅片表面的腐蚀，浓度过低则无法有效清洗。
因此，需要根据清洗要求选择合适的清洗剂浓度。
4. 烘干温度：烘干温度过高可能会导致硅片表面的热应力，烘干温度过低则无法充分去除水分。
半导体工艺晶圆清洗（精）培训课件
半导体工艺晶圆清洗（精）培训课件半导体工艺-晶圆清洗(精)晶圆清洗摘要：介绍了半导体IC制程中存在的各种污染物类型及其对IC制程的影响和各种污染物的去除方法, 并对湿法和干法清洗的特点及去除效果进行了分析比较。
关键词：湿法清洗；RCA清洗；稀释化学法；IMEC清洗法；单晶片清洗；干法清洗中图分类号：TN305.97 文献标识码：B 文章编号：1003-353X(2003)09-0044-041前言半导体IC制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺（离子注入、扩散、外延生长及光刻）为基础逐渐发展起来，由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。
因此在制作过程中除了要排除外界的污染源外，集成电路制造步骤如高温扩散、离子植入前等均需要进行湿法清洗或干法清洗工作。
干、湿法清洗工作是在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下，有效地使用化学溶液或气体清除残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质。
2污染物杂质的分类IC制程中需要一些有机物和无机物参与完成，另外，制作过程总是在人的参与下在净化室中进行，这样就不可避免的产生各种环境对硅片污染的情况发生。
根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。
2.1 颗粒颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。
通常颗粒粘附在硅表面，影响下一工序几何特征的形成及电特性。
根据颗粒与表面的粘附情况分析，其粘附力虽然表现出多样化，但主要是范德瓦尔斯吸引力，所以对颗粒的去除方法主要以物理或化学的方法对颗粒进行底切，逐渐减小颗粒与硅表面的接触面积，最终将其去除。
2.2 有机物有机物杂质在IC制程中以多种形式存在，如人的皮肤油脂、净化室空气、机械油、硅树脂真空脂、光致抗蚀剂、清洗溶剂等。
每种污染物对IC 制程都有不同程度的影响，通常在晶片表面形成有机物薄膜阻止清洗液到达晶片表面。
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氧化
M
Mz+ + z e-
还原
➢去除溶液：SC-1, SC-2（H2O2：强氧化剂）
17
有机物的玷污
➢ 来源： • 环境中的有机蒸汽 • 存储容器 • 光刻胶的残留物
➢ 去除方法：强氧化 － 臭氧干法 － Piranha：H2SO4-H2O2 － 臭氧注入纯水
=0.02 ppb !!
11
颗粒粘附
所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。
颗粒来源：
✓空气 ✓人体 ✓设备 ✓化学品
超级净化空气
风淋吹扫、防护服、面罩、 手套等，机器手/人
超纯化学品 去离子水
特殊设计及材料 定期清洗
12
各种可能落在芯片表面的颗粒
13
❖粒子附着的机理：静电力，范德华力，化学键等 ❖去除的机理有四种：
70～80C, 10min
碱性（pH值>7）
✓可以氧化有机膜
✓和金属形成络合物
✓缓慢溶解原始氧化层，并再氧化——可以去除颗粒
✓NH4OH对硅有腐蚀作用
RCA clean is
OH－
OH－
OH－
OH－ OH－
OH－
“standard process” used to remove organics,
heavy metals and
1
本节课主要内容
硅片清洗 湿法清洗：Piranha，RCA（SC－1，SC－2），HF:H2O 物理清洗 干法清洗：气相化学
吸杂三步骤：激活，扩散，俘获 碱金属：PSG，超净化＋Si3N4钝化保护 其他金属：本征吸杂和非本征吸杂 ——大密度硅间隙原子＋体缺陷
SiO2的成核 生长。
硅片背面高浓 度掺杂，淀积 多晶硅
0.5um
6
排气除尘
7
高效过滤
超细玻璃纤 维构成的多 孔过滤膜： 过滤大颗粒， 静电吸附小 泵 颗粒 循 环 系 统
20～22C 40～46％RH
8
由于集成电路內各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如
果遭到灰尘、金属的污染，很容易造成芯片内电路功能的损坏， 形成短路或断路，导致集成电路的失效！在现代的VLSI工厂中， 75%的产品率下降都来源于硅芯片上的颗粒污染。
净化级别 高效净化
杂质种类：颗粒、有机 物、金属、天然氧化层
本征吸杂和非本 征吸杂
强氧化
HF:DI H2O
3
三道防线: ✓环境净化（clean room） ✓硅片清洗（wafer cleaning） ✓吸杂（gettering）
4
1、空气净化
From Intel Museum
5
净化级别：每立方英尺空气中含有尺度大于0.5mm的粒子 总数不超过X个。
氧等离子体干法刻蚀：把光刻胶分解 为气态CO2＋H2O （适用于大多数高分子膜）
注意：高温工艺过程会使污染物扩散进入硅片或薄膜 前端工艺（FEOL）的清洗尤为重要
20
RCA——标准清洗
SC-1（APM，Ammonia Peroxide Mixture）：
NH4OH(28%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:5～1:2:7
1 2 3 4 粒子和硅片表面的电排斥
• 去除方法：SC-1, megasonic（超声清洗）
14
金属的玷污
➢ 来源：化学试剂，离子注入、反应离子刻蚀等工艺
❖量级：1010原子/cm2
Fe, Cu, Ni, Cr, W, Ti… Na, K, Li…
➢ 影响：
✓在界面形成缺陷，影响器件性能，成品率下降
Vth VFB 2 f
2 sqNA (2 f ) qQM
Cox
Cox
当tox＝10 nm，QM＝6.5×1011 cm-2（10 ppm)时，DVth＝0.1 V
例3. MOS DRAM的刷新时间对重金属离子含量Nt的要求
G
1
vth Nt
＝10－15 cm2，vth=107 cm/s 若要求G＝100 ms，则Nt1012 cm-3
18
自然氧化层（Native Oxide）
➢ 在空气、水中迅速生长 ➢ 带来的问题：
✓ 接触电阻增大 ✓ 难实现选择性的CVD或外延 ✓ 成为金属杂质源 ✓ 难以生长金属硅化物
➢ 清洗工艺：HF＋H2O（ca. 1: 50）
19
2、硅片清洗
有机物/光刻 胶的两种清 除方法：
SPM：sulfuric/peroxide mixture H2SO4(98％):H2O2(30％)=2:1~4:1 把光刻胶分解为CO2＋H2O （适合于几乎所有有机物）
✓增加p-n结的漏电流，减少少数载流子的寿命
15
不同工艺过程引入的金属污染
离子注入
干法刻蚀 去胶 水汽氧化
9
Fe Ni Cu
10
11
12
13
Log (concentration/cm2)
16
➢金属杂质沉淀到硅表面的机理
– 通过金属离子和硅表面终端的氢原子之间的电荷 交换，和硅结合。（难以去除）
– 氧化时发生：硅在氧化时，杂ห้องสมุดไป่ตู้会进入
例1. 一集成电路厂 产量＝1000片/周×100芯片/片，芯 片价格为$50/芯片，如果产率为50％，则正好保本。若 要年赢利$10,000,000，产率增加需要为
$1107
3.8%
1000100 $50 52
年开支=年产能 为1亿3千万
1000×100×52×$50×50%
=$130,000,000
本节课主要内容
净化的必要性
器件：少子寿命，VT改变，Ion Ioff，栅击穿电压，可靠性 电路：产率，电路性能
净化的三个层次：环境、硅片清洗、吸杂
The bottom line is chip yield. “Bad” die manufactured alongside “good” die. Increasing yield leads to better profitability in manufacturing chips.
产率提高3.8%，将带来年利润1千万美元！
9
Contaminants may consist of particles, organic films (photoresist), heavy metals or alkali ions.
10
外来杂质的危害性
例2. MOS阈值电压受碱金属离子的影响
alkali ions.
21
SC-2: HCl(73%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:6~1:2:8 70～80C, 10min 酸性（pH值<7）
✓可以将碱金属离子及Al3＋、Fe3＋和Mg2＋在SC-1溶 液中形成的不溶的氢氧化物反应成溶于水的络合物 ✓可以进一步去除残留的重金属污染（如Au）