微电子工艺原理清洗工艺2
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Cu+e Si
Cu2Βιβλιοθήκη Baidu+2e
电负性 CuSi++e
Cu
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反 应 优先 向 左
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3、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
HEPA(high-efficiency particulate arresting ) filters
and recirculation for the air.(高效过滤器和空气再循环) ✓“Bunny suits” for workers.(工作人员的超净工作服) ✓Filtration of chemicals and gases.(高纯化学药品和气体) ✓Manufacturing protocols.(严格的制造规程)
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
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RCA——标准清洗
标准清洗液-SC1(APM,Ammonia Peroxide Mixture):
NH4OH(28%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:5~1:2:7
70~80C, 10min
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污染物的类别及清洗过程
污染物可能包括:微尘,有机物残余,重 金属,碱离子
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1、颗粒
颗粒: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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有机物/光刻 胶的两种清除 方法:
Si片的清洗工艺
Piranha(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)
金属
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)
❖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
✓增加p-n结的漏电流,减少少数载流子的寿命
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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
Fe Ni Cu
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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
OH-
OH-
OH-
OH- OH-
OH-
RCA 是标准工艺可 以有效去除重金属、 有机物等.
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RCA——标准清洗
标准清洗液-SC2: HCl(73%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:6~1:2:8 70~80C, 10min 酸性(pH值<7)
HEPA: High Efficiency Particulate Air
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恒温,恒湿,恒尘, 恒压,恒震,恒静
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引言
风淋室
From Intel Museum
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引言
净化级别:每立方英尺空气中含有尺度大于0.5mm的粒子 总数少于X个。(1立方英尺=0.283立方米)
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Log (concentration/cm2)
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➢ 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,杂质会进入
➢ 去除方法:使金属原子氧化变成可溶性离子
氧化
M
Mz+ + z e-
还原
➢ 去除溶液:H2O2:强氧化剂
在ULSI级化学试剂中的颗粒浓度(数目/ml)
NH4OH H2O2 HF HCl H2SO4
>0.2mm 130-240 20-100 0-1 2-7 180-1150
>0.5mm 15-30 5-20 0 1-2 10-80
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2、金属的玷污
➢ 来源:化学试剂,离子注入、反应离子刻蚀等工艺
0.5um
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引言
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超净室的构造
排气除尘
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 泵循 颗粒
环系
统
20~22C 40~46%RH
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污染的危害
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。
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4、自然氧化层
➢ 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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典型的湿法化学清洗药品
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各种可能落在芯片表面的颗粒
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清洗的原理
❖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:
1 溶解 2 氧化分解 3 对硅片表面轻微的腐蚀去除 4 粒子和硅片表面的电排斥
• 去除方法:湿法刻蚀, megasonic(超声清洗)
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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
年产能=年开支 为1亿3千万
1000× 100× 52× $50× 50% =$130,000,000
2020-05-29 产率提高3.8%,将带来1年利润1千万美元!
第五讲之 Si片的清洗工艺
1、清洗的概念及超净室环境介绍 2、污染的类别及清除过程
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引言
三道防线: ✓净化环境(clean room) ✓硅片清洗(wafer cleaning) ✓吸杂(gettering)
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引言
1、净化环境
芯片代加工工厂的环境通过以下措施进行: