半导体工艺-晶圆清洗

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1、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。;c1{2u5g)G  x/f)`9d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.Q#t,~6g6f&j8P/?中图分类号：TN305.97文献标识码：B文章编号：1003-353X(2003)09-0044-0481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

2、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。　'O(O&o6r7[$o6S3R!X2污染物杂质的分类8?.X8k$Y1y+['F5^)%f"dIC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

3、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。  C$a:E&t5[6B3v-~2.1颗粒,@/e&~,I/

4、#C$R&@#R'H+X8n&l6U4D&@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。#V-I!`1D8l(U2@/j.V8U2.2有机物0~&@6d)p"]-B-R4

5、.T!W+h-W!T+w#f%L有机物杂质在IC制程中

6、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。因此有机物的去除常常在清洗工序的第一步进行。;x0?+F:t-K'?2.3金属污染物  `*z:C3S"}5^6[.b0yIC电路制造过程中采用金属互连材料将各个独立的器件连接起来，首先采用光刻、蚀刻的方法在绝缘层上制作接触窗口，再利用蒸发、溅射或化学汽相沉积（CVD）形成金属互连膜，如Al-Si，Cu等，通过蚀刻产生互连线，然后对沉积介质层进行化学机械抛光（CMP）。这个过程对IC制程也是一个潜在的污染过程

7、，在形成金属互连的同时，也产生各种金属污染。必须采取相应的措施去除金属污染物。1b%J8s2G7f2.4原生氧化物及化学氧化物*r5y!G&b']0d7~硅原子非常容易在含氧气及水的环境下氧化形成氧化层，称为原生氧化层。硅晶圆经过SC-1和SC-2溶液清洗后，由于双氧水的强氧化力，在晶圆表面上会生成一层化学氧化层。为了确保闸极氧化层的品质，此表面氧化层必须在晶圆清洗过后加以去除。另外，在IC制程中采用化学汽相沉积法（CVD）沉积的氮化硅、二氧化硅等氧化物也要在相应的清洗过程中有选择的去除。*]5`.J&`6A%}1T7N3清洗方法分类I;Q*L4c${%u,J$h&N"P4{$@+V3.

8、1湿法清洗%U*W;X*Y*X0o1Y&n+f3E湿法清洗采用液体化学溶剂和DI水氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。通常采用的湿法清洗有RCA清洗法、稀释化学法、IMEC清洗法、单晶片清洗等.3.1.1RCA清洗法  p(m&k({7T;A)Y最初，人们使用的清洗方法没有可依据的标准和系统化。1965年，RCA（美国无线电公司）研发了用于硅晶圆清洗的RCA清洗法，并将其应用于RCA元件制作上。该清洗法成为以后多种前后道清洗工艺流程的基础，以后大多数工厂中使用的清洗工艺基本是基于最初的RCA清洗法。3k8E+{#E#y2E5g&k&典型的RCA清洗见表1。RCA清洗法

9、依靠溶剂、酸、表面活性剂和水，在不破坏晶圆表面特征的情况下通过喷射、净化、氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。在每次使用化学品后都要在超纯水（UPW）中彻底清洗。以下是常用清洗液及作用。8T(S+O+S9M2D/a（1）Ammoniumhydroxide/hydrogenperoxide/DIwatermixture(APM;NH4OH/H2O2/H2Oat65～80℃).APM通常称为SC1清洗液，其配方为：NH