新型微电子ic晶圆清洗方法的分析

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1、第一章绪论表1．1晶圆表面上污染物的管理要求级别(2003年版)T'able1．1T11edemandofcont锄inalltonSiwa向sumce(2003)!搬钿ii，l’一‘，二00320I口42005200620072008200920lO201220132015：。卜hp90hp65hp45hp32．1n一1：300450I+}·：lm50毒5403532．5二8．52522．517．5】612．5’r5975976480546886155195155t≥(：¨’：I。I·j·：·■置、rc1_i1：，■li．i：I∞lcI．、j：l：11；O9从表1．1中的数据不难发现，

2、随着微电子产业的同新月异，特别是超大规模、甚大规模、极大规模集成电路的出现，特征尺寸呈逐渐细微化的趋势，集成度也日益提高，与此同时器件的电学特性、成品比率、可靠性能方面对污染物越来越敏感，对材料表面洁净度的要求也越发显得严格，以致于实施新型有效清洗技术的必要性日益突出。1．1．3晶圆清洗的作用材料表面的污染物会严重影响微电子器件的性能、可靠性和成品比率【3】，由此早在二十世纪中叶，微电子制造工艺中的清洗技术就引起人们的高度关注。制造集成电路过程中，为了能够保证集成电路产品性能和优品率，其中清洗工序有上百道，尤以极大规模集成电路(GLSI)多层布线抛光后芯片晶圆的清洗为甚。每片芯片晶圆市值

3、已逾十几万美元，如若清洗过程中任何一道工序的洁净度不能达标，则整个芯片晶圆就要报废，其损失会令加工企业难以承受。由此可见，有效的清洗技术已经成为了微电子及集成电路制造业发展的锁钥之争。清洗技术的目的在于采用各种物理或者化学方法来清除材料表面的污染物，得到残留污染物符合加工标准的微电子材料表面【41。在微电子制造的过程中，清洗技术贯穿始终，并且随着IC电路的集成度逐渐升高，制造工序也同趋复杂，所需的清洗环节也成倍增加[5-8】。比如GLSI制造中，封装之前有近百道的清洗工序。为了减少可能的污染物以保证材料表面的质量，当前的清洗步骤约占整个微电子制造过程的30％以上，可称的上是重复率最高的工

4、序⋯11，所以清洗的成本便随之增加，单单清洗使用的设备成本就占到总计制造工序成本的20％以上【12】。据统计材料报告，每片直径为200mm大小的硅芯片晶圆，在整个的制造流程中就要消耗5吨以上的高纯度去离子水，再加上清洗中所需的各种化学试剂以及其它耗材和能源的费用，导致芯片的成本大幅度提高。繁冗复杂的清洗环节之中，牵一发而动全身，如果其中任何一道工序达不到要求，就会导致整批芯片报废。据统计的结果显示，微电子制造业中超过50％的总损是来自于表面污染【13】。因此，可以毫不夸张地说，没有高效的清洗技术，便不会有微电子信息产业的今天【14】，更何从谈起其今后的发展。由此观之，清洗技术是微电子制造

5、工艺中的重中之重。伴随着微电子产业的高速发展，加工精度的R益提高，材料表面洁净程度的需求同趋严格。许多传统的清洗技术工艺逐渐不能满足后清洗表面洁净度日益增长的要求，以第一章绪论及节能减排绿色环保的社会发展大势。在传统的清洗方法之中，例如RCA清洗、超声波清洗、以及机械刷片清洗等，很大程度上不能有效的去除微米亚微米级颗粒，亦或者即便能够去除，但会对基体表面造成一定程度的损伤，与此同时，清洗过程中使用的大量有毒化学试剂也会对环境造成严重危害。综上所述，微电子行业对硅晶圆的制造技术，尤其是清洗技术提出了新的要求。因此，新型高效的清洗技术变成了能够推动微电子产业进一步发展的热点研究课题。1．2硅

6、晶圆清洗技术的概述1．2．1硅晶圆清洗技术的发展过程硅片清洗技术按照时间的先后顺序，可划分为四个历史阶段【l51。上世纪五十年代可称之为初创期，人们尝试利用机械和化学试剂进行清洗，然而由于处理不当，常常会使得金属杂质在硅片表面上重新沉积，化学试剂的引入导致二次污染和清洗过程本身很大程度上依赖于经验性，很难达到非常理想的效果。在接下来的十多年可被划分为第二阶段，在这段期间同位素示踪等方法被引入到了清洗技术领域，对清洗过程和污染物的形成进行了探究。正是由于上述原因，溶液清洗技术得益于系统的研究而迅速发展，RCA清洗技术也是在这一阶段被Kem等最初确立【16】o上世纪七十年代初到八十年代末的这

7、二十年可视为第三阶段，第一次硅片清洗国际会议的召开对硅片清洗技术的发展起了重要的推动作用。各国科学家围绕RCA清洗技术的机理，影响因素进行了深入系统的研究。另外，该方法的应用领域也是研究的一个方面，并且为了满足不同的清洗需求，对RCA清洗技术的改进研究【17】也是这个阶段的特点。第四阶段从上世纪90年代至今，人们对溶液清洗机理和动力学进行了系统详细的研究，并且对新型清洗剂的研制和清洗技术的丌发表现出极大的热情【l引。1．2．2新清洗