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晶圓清洗 摘要：介紹了半導體IC制程中存在的各種污染物類型及其對IC制程的影響和各種污染物的去除方法, 并對濕法和干法清洗的特點及去除效果進行了分析比較。 ; c1 {2 u5 g) G x/ f) `9 d關(guān)鍵詞：濕法清洗；RCA清洗；稀釋化學法；IMEC清洗法；單晶片清洗；干法清洗 . Q# t, ~6 g6 f& j8 P/ ?中圖分類號：TN305.97 文獻標識碼：B 文章編號：1003-353X(2003)09-0044-048 1前言 半導體IC制程主要以20世紀50年代以后發(fā)明的四項基礎(chǔ)工藝（離子注入、擴散、外延生長及光刻）為基礎(chǔ)逐漸發(fā)展起來，由于集成電路內(nèi)各元件及連線相當微細，因此制造過程中，如果遭到塵粒、金屬的污染，很容易造成晶片內(nèi)電路功能的損壞，形成短路或斷路等，導致集成電路的失效以及影響幾何特征的形成。因此在制作過程中除了要排除外界的污染源外，集成電路制造步驟如高溫擴散、離子植入前等均需要進行濕法清洗或干法清洗工作。干、濕法清洗工作是在不破壞晶圓表面特性及電特性的前提下，有效地使用化學溶液或氣體清除殘留在晶圓上之微塵、金屬離子及有機物之雜質(zhì)�！� ' O( O& o6 r7 [$ o6 S3 R! X2污染物雜質(zhì)的分類 8 ?. X8 k$ Y1 y+ [' F5 ^) \% f" dIC制程中需要一些有機物和無機物參與完成，另外，制作過程總是在人的參與下在凈化室中進行，這樣就不可避免的產(chǎn)生各種環(huán)境對硅片污染的情況發(fā)生。根據(jù)污染物發(fā)生的情況，大致可將污染物分為顆粒、有機物、金屬污染物及氧化物。 C$ a: E& t5 [6 B3 v- ~2.1 顆粒, @/ e& ~, I/ |# C$ R & @# R' H+ X8 n& l6 U4 D& @顆粒主要是一些聚合物、光致抗蝕劑和蝕刻雜質(zhì)等。通常顆粒粘附在硅表面，影響下一工序幾何特征的形成及電特性。根據(jù)顆粒與表面的粘附情況分析，其粘附力雖然表現(xiàn)出多樣化，但主要是范德瓦爾斯吸引力，所以對顆粒的去除方法主要以物理或化學的方法對顆粒進行底切，逐漸減小顆粒與硅表面的接觸面積，最終將其去除。 # V- I! `1 D8 l( U2 @/ j. V8 U2.2 有機物 0 ~& @6 d) p" ]- B- R4 |. T! W+ h- W! T+ w# f% L 有機物雜質(zhì)在IC制程中以多種形式存在，如人的皮膚油脂、凈化室空氣、機械油、硅樹脂真空脂、光致抗蝕劑、清洗溶劑等。每種污染物對IC 制程都有不同程度的影響，通常在晶片表面形成有機物薄膜阻止清洗液到達晶片表面。因此有機物的去除常常在清洗工序的第一步進行。 ; x0 ?+ F: t- K' ? 2.3 金屬污染物 `* z: C3 S" }5 ^6 [. b0 y IC電路制造過程中采用金屬互連材料將各個獨立的器件連接起來，首先采用光刻、蝕刻的方法在絕緣層上制作接觸窗口，再利用蒸發(fā)、濺射或化學汽相沉積（CVD）形成金屬互連膜，如Al-Si，Cu等，通過蝕刻產(chǎn)生互連線，然后對沉積介質(zhì)層進行化學機械拋光（CMP）。這個過程對IC制程也是一個潛在的污染過程，在形成金屬互連的同時，也產(chǎn)生各種金屬污染。必須采取相應(yīng)的措施去除金屬污染物。 1 b% J8 s2 G7 f2.4 原生氧化物及化學氧化物 * r5 y! G& b' ]0 d7 ~ 硅原子非常容易在含氧氣及水的環(huán)境下氧化形成氧化層，稱為原生氧化層。硅晶圓經(jīng)過SC-1和SC-2溶液清洗后，由于雙氧水的強氧化力，在晶圓表面上會生成一層化學氧化層。為了確保閘極氧化層的品質(zhì)，此表面氧化層必須在晶圓清洗過后加以去除。另外，在IC制程中采用化學汽相沉積法（CVD）沉積的氮化硅、二氧化硅等氧化物也要在相應(yīng)的清洗過程中有選擇的去除。 * ]5 `. J& `6 A% }1 T7 N3清洗方法分類 I; Q* L4 c$ {% u, J$ h& N" P4 {$ @+ V3.1 濕法清洗 % U* W; X* Y* X0 o1 Y& n+ f3 E濕法清洗采用液體化學溶劑和DI水氧化、蝕刻和溶解晶片表面污染物、有機物及金屬離子污染。通常采用的濕法清洗有RCA清洗法、稀釋化學法、 IMEC清洗法、單晶片清洗等. 3.1.1 RCA清洗法 p( m& k( {7 T; A) Y 最初，人們使用的清洗方法沒有可依據(jù)的標準和系統(tǒng)化。1965年， RCA（美國無線電公司）研發(fā)了用于硅晶圓清洗的RCA清洗法，并將其應(yīng)用于 RCA元件制作上。該清洗法成為以后多種前后道清洗工藝流程的基礎(chǔ)，以后大多數(shù)工廠中使用的清洗工藝基本是基于最初的RCA清洗法。 3 k8 E+ {# E# y2 E5 g& k& \典型的RCA清洗見表1。 RCA清洗法依靠溶劑、酸、表面活性劑和水，在不破壞晶圓表面特征的情況下通過噴射、凈化、氧化、蝕刻和溶解晶片表面污染物、有機物及金屬離子污染。在每次使用化學品后都要在超純水（UPW）中徹底清洗。以下是常用清洗液及作用。 8 T( S+ O+ S9 M2 D/ a |
