洁净清洗新技术

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1、洁净清洗新技术1引言随着特大规模集成电路（ULSI）的研发与生产，硅片（或称晶圆、圆片、晶片）的线宽不断减小，而晶圆直径却在不断增大。现阶段国内外ULSI制备中仍以200mm晶圆为主，预计到2007年后，300mm晶圆将占主导地位。原因是300mm晶圆的有效利用率较高，单位圆片的生产成本较低。在线宽不断减小的同时，对晶圆质量的要求也越来越高，特别是对硅抛光片表面质量要求越来越严格。这主要是由于抛光片表面的颗粒、金属污染、有机物污染、自然氧化膜和微粗糙度等严重地影响着ULSI的性能和成品率。因此，晶圆表面清洗就成为ULSI制备中至关重要

2、的一项工艺[1-3]。目前半导体厂家广泛使用的仍是RCA（美国无线电公司）清洗法。RCA清洗法是经过多年的发展才形成的，它对于线宽为0.25和0.3μm工艺尚能满足要求，但对线宽为0.09～0.13μm工艺就需要改进。另外，由于RCA清洗法大量使用化学试剂（如NH4OH，HCl，H2O2，H2O等），而大量使用高纯度化学试剂将增加工艺成本，同时会带来环境污染，所以研发新颖的、合适的300mm晶圆清洗技术势在必行。2传统的湿法清洗和干法清洗技术2.1湿法清洗技术2.1.1改进的RCA清洗法RCA清洗法已成为多种前后道清洗的基础工艺，目前

3、大多数厂家使用了改进的RCA法。最初的RCA法依靠溶剂、酸、表面活性剂和水，在不破坏圆片表面特征的情况下喷射、净化、氧化、蚀刻和溶解圆片表面的污染物、有机物和金属离子污染。而改进的RCA法通过添加表面活性剂和HF，并采用稀释RCA工艺来改善清洗效果。2.1.2稀释化学法在改进RCA清洗法的基础上，对于1号标准清洗液SC-1和2号标准清洗液SC-2的混合溶剂采用稀释化学法，不但可以大量节省化学试剂和去离子水，而且SC-2混合溶剂中的H2O2可以完全被清除掉。稀释APMSC-2混合溶剂（1:1:50）能够有效地从晶片表面去除颗粒和碳氢化合

4、物，强烈稀释HPM混合溶液（1:1:60）和稀释氯化氢（1:100）在清除金属时能像SC-2溶剂一样有效。采用稀释氯化氢（HCl）溶液的另一优点是，在低HCl浓度下颗粒不会沉淀，因为pH值在2～2.5范围内硅与硅氧化物是等电位的，pH值高于该点，圆片表面带有网状负电荷；低于该点，圆片表面带有网状正电荷。这样当pH值＞2～2.5时，溶液中的颗粒与硅表面均带有相同的电荷，颗粒与硅表面之间形成静电屏蔽，硅片在溶液中浸泡期间受到屏蔽并阻止颗粒从溶液中沉积到硅表面。但当pH值＜2时，硅片表面带正电荷，而颗粒带有负电荷，这样就不致产生屏蔽效果。因

5、此有效地控制HCl浓度，可以阻止溶液中颗粒沉积到圆片表面[4-5]。2.1.3单晶片清洗法因大直径圆片清洗采用上述方法不易完成其清洗过程，故通常采用单晶片清洗法。清洗过程是在室温下重复利用DI-O3与稀释的氢氟酸（DHF）清洗液，臭氧化的DI水（DIH2O-O3）产生氧化硅，稀释DHF蚀刻氧化硅，同时清除颗粒和金属污染物。根据蚀刻和氧化要求，采用较短的喷淋时间就可获得良好的清洗效果，且不发生交叉污染。最后的冲洗可以采用DIH2O，亦可采用DIH2O-O3。为了避免水渍，可采用浓缩大量氮气的异丙基乙醇（IPA）进行干燥处理。单晶片清洗具

6、有比改进的RCA清洗法更佳的效果，清洗过程中通常再循环利用DIH2O及DHF，以此来降低化学品的消耗量，同时提高圆片的成本效益。2.2干法清洗技术干法清洗采用化学气相（CVD）法去除圆片表面污染物。CVD法主要有热氧化法和等离子清洗法等，其工艺是将热化学气体或等离子态反应气体导入反应室，使反应气体与圆片表面产生化学反应，生成的易挥发性反应物就被真空抽去。等离子清洗采用激光、微波或热电离等措施将无机气体激发到等离子态活性粒子，该活性粒子与表面分子反应生成产物分子，后者进一步解析形成气相残余物，从而脱离圆片表面。3IC芯片的清洗洁净与环保

7、新技术3.1氟化氢（HF）与臭氧槽式清洗法3.1.1方法原理及清洗步骤臭氧是空气中氧分子受到高能量电荷激发时的产物，它的特性为不稳定气体，具有强烈的腐蚀性和氧化性。在常温常压下，臭氧的氧化还原势比HCl和双氧水都高，因此用臭氧超净水去除有机物和金属颗粒的效率比硫酸与过氧化氢混合液（SPM）、SC-2等传统清洗法要高。另外，臭氧超净水清洗在室温下进行，且不需要进行废液处理，故比传统的RCA清洗法具有明显的技术优势。德国ASTEC公司按照此思路设计了一套基于HF与臭氧清洗以及干燥的方法，称为ASTEC清洗法。现该法广泛用于300mm圆片清

8、洗工艺中，主要使用DIH2O、HF与臭氧。此外，根据工艺需要可适当加入表面活性剂，也可配合使用兆声波进行清洗，即兆声清洗。使用ASTEC清洗法大大减少了DIH2O和化学试剂的用量，同时既简化了清洗步骤，又节省了洁净间面积