微电子工艺原理-第5讲清洗工艺

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1、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第五讲之Si片的清洗工艺10/5/202111三道防线:净化环境（cleanroom）硅片清洗（wafercleaning）吸杂（gettering）引言10/5/202121芯片代加工工厂的环境通过以下措施进行:HEPA(high-efficiencyparticulatearresting)filtersandrecirculationfortheair.(高效过滤器和空气再循环)“Bunnysuits”forworkers.(工作人员的超净工作服)Filtrati

2、onofchemicalsandgases.(高纯化学药品和气体)Manufacturingprotocols.(严格的制造规程)HEPA:HighEfficiencyParticulateAir引言恒温，恒湿，恒尘，恒压，恒震，恒静1、净化环境10/5/202131FromIntelMuseum引言风淋室10/5/202141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）0.5um引言10/5/202151引言10/5/202161高效过滤排气除尘超细玻璃纤维构成的多

3、孔过滤膜：过滤大颗粒，静电吸附小颗粒泵循环系统20～22C40～46％RH超净室的构造10/5/202171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。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，产率增加需要为产率提高3.8%，将带来年利润1千万美元！年

4、产能=年开支为1亿3千万1000×100×52×$50×50%=$130,000,000污染的危害10/5/202181污染物可能包括：微尘，有机物残余，重金属，碱离子污染物的类别及清洗过程10/5/202191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/人特殊设计及材料定期清洗超纯化学品去离子水1、颗粒10/5/2021101各种可能落在芯片表面的颗粒10/5/2021111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

5、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）清洗的原理10/5/2021121>0.2mm>0.5mmNH4OH130-24015-30H2O220-1005-20HF0-10HCl2-71-2H2SO4180-115010-80在ULSI级化学试剂中的颗粒浓度（数目/ml）10/5/20211312、金属的玷污来源：化学试剂，离子注入、反应离子刻蚀等工艺量级：1010原子/cm2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

6、寿命Fe,Cu,Ni,Cr,W,Ti…Na,K,Li…10/5/2021141不同工艺过程引入的金属污染干法刻蚀离子注入去胶水汽氧化910111213Log(concentration/cm2)FeNiCu10/5/2021151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MMz++ze-去除溶液：H2O2：强氧化剂还原氧化10/5/2021161电负性Cu+eCu-SiSi++eCu2-+2eCu1

7、0/5/2021171反应优先向左10/5/20211813、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10/5/20211914、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）10/5/2021201典型的湿法化学清洗药品10/5/2021211有机物/光刻胶的两种清除方法：氧等离子体干法刻蚀：把光刻胶分解为气态CO2＋H2O

8、（适用于大多数高分子膜）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）的清洗尤为重要金属Piranha（SPM：sulfuric/peroxidemixture）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）Si片的清洗工