第五章2 硅片的清洗

1、第五章 高純水的制備與硅片的清洗 （2）硅片表面的常見(jiàn)污染 1）有機(jī)雜質(zhì)沾污：主要指包含碳的物質(zhì)，來(lái)源包括細(xì)菌、潤(rùn)滑劑、清潔劑等等。（在微加工設(shè)備中使用不需要潤(rùn)滑劑的組件）帶來(lái)的問(wèn)題：有機(jī)物污染能降低柵氧化層材料的致密性表面清洗不干凈，使得金屬雜質(zhì)在清洗之后仍舊保留在硅片表面可通過(guò)有機(jī)溶劑的溶解作用，結(jié)合超聲波清洗技術(shù)來(lái)去除。2）顆粒沾污： 顆粒能引起電路的開(kāi)路或短路。 在半導(dǎo)體制造中，可以接受的顆粒尺寸的粗略法則是它的尺寸必須小于最小器件特征尺寸的一半。Contact holeLine widthSpace90 mmMinimum IC feature size = 0.18 mm90 mm

2、0.18 mm= 500The relative size of the human hair is approximately 500 times the size of the smallest feature size on an integrated circuit.A small example of a segment from a larger integrated circuit.Cross section of human hair3）金屬離子沾污最典型的金屬雜質(zhì)是堿金屬。金屬離子在半導(dǎo)體材料中高度活動(dòng)性的，被稱(chēng)為可動(dòng)離子污染（MIC）。金屬雜質(zhì)有兩大類(lèi)：1.一類(lèi)是沾污離子通

3、過(guò)吸附分散附著在硅片表面2.另一類(lèi)是帶正電的金屬離子得到電子后面附著(尤如“電鍍”)到硅片表面。硅片表面的金屬污染必須采用化學(xué)清洗方法才能去除。一般可按下述辦法進(jìn)行清洗去除沾污。a) 使用強(qiáng)氧化劑使電鍍、附著到硅表面的金屬氧化成金屬離子，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。b) 用無(wú)害的小直徑強(qiáng)正離子(如H )來(lái)替代吸附在硅片表面的金屬離子，使之溶解于清洗液中c) 用大量去離水進(jìn)行超聲波清洗 以排除溶液中的金屬離子。常見(jiàn)的清洗技術(shù) 1970年美國(guó)RCA實(shí)驗(yàn)室提出的浸泡式RCA化學(xué)清洗工藝。1978年RCA實(shí)驗(yàn)室又推出兆聲清洗工藝 所用清洗裝置大多是多槽浸泡式清洗系統(tǒng) 溢流清洗DI waterDra

4、inNitrogenOverflowSingle overflow with N2 bubblerDI waterDrainTwo-stage overflow 排空清洗Fill water inSpray water inDrainTrap doorBoat with wafersRCA清洗工序 A. Organic removal: 5 minutes in SC-1 solution of 4:1:1 DI:H2O2:NH4OH solution at 75 C to remove organics and particles.Cascade Rinse in DI water.Oxid

5、e removal: 30 seconds in DHF solution(for dilute hydrofluoric acid) of 50:1 DI:HF solution to remove oxide and metal contamination.Cascade Rinse in DI water.Metal removal: 5 minutes in SC-2 solution of 4:1:1 DI:H2O2:HCl solution at 75C to remove metals and for a clean thin oxide.Cascade Rinse in DI

6、water.B. Blow dry with UHP grade nitrogen gas. RCA清洗原理SC-1清洗原理： 目的：主要是去除顆粒沾污（粒子），也能去除部分金屬雜質(zhì)。 去除顆粒的原理：硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（約6nm，呈親水性），該氧化膜又被NH4OH腐蝕，腐蝕后立即又發(fā)生氧化，氧化和腐蝕反復(fù)進(jìn)行，因此附著在硅片表面的顆粒也隨腐蝕層而落入清洗液內(nèi)。 (1) Particle attaches to silicon. (2) Oxidation of silicon by H2O2 helps lift particle. (3) Particle dissol

7、ves in SC-1 solution.H2O2 SC-1DHF清洗原理： 在DHF洗時(shí)，可將由于用SC-1洗時(shí)表面生成的自然氧化膜腐蝕掉，而Si幾乎不被腐蝕。 SC-2清洗原理： 清洗液中的金屬附著現(xiàn)象在堿性清洗液中易發(fā)生，在酸性溶液中不易發(fā)生。 在具有高氧化能力和低pH值的溶液中，金屬成為離子并溶解于溶液中。 SC2具有較強(qiáng)的去除晶片表面金屬的能力，硅片表面經(jīng)SC-2液洗后，表面Si大部分以 O鍵為終端結(jié)構(gòu)，形成一層自然氧化膜，呈親水性。Piranha清洗 piranha是一種強(qiáng)效的清洗溶液，它聯(lián)合使用硫酸和過(guò)氧化氫去除硅片表面的有機(jī)物和金屬雜質(zhì)。piranha在工藝的不同步驟中使用，有

8、時(shí)在SC-1和SC-2清洗步驟之前。piranha最為常見(jiàn)的組分為7份濃縮的硫酸和3份30%的過(guò)氧化氫。通常的清洗方法是把硅片浸入125 C的piranha中9分鐘，緊接著用去離子水徹底沖洗。典型硅片濕法清洗順序Cleaning StepWhat it CleansH2SO4/H2O2 (piranha)Organics & metalsUPW rinse (ultrapure water)RinseHF/H2O (dilute HF)Native oxidesUPW rinseRinseNH4OH/H2O2/H2O (SC-1)ParticlesUPW rinseRinseHF/H2

9、ONative oxidesUPW rinseRinseHCl/H2O2/H2O (SC-2)MetalsUPW rinseRinseHF/H2ONative oxidesUPW rinseRinseDryingDry離心噴淋式化學(xué)清洗技術(shù) 將稀釋的SC1以一定的速度噴射到高速旋轉(zhuǎn)的硅片表面，去除硅片表面的顆粒沾污和部分重金屬沾污； 將純水以一定的速度噴射到高速旋轉(zhuǎn)的硅片表面，去除硅片表面殘留的化學(xué)試劑； 將稀釋的SC2以一定的速度噴射到高速旋轉(zhuǎn)的硅片表面，去除硅片表面的輕金屬沾污； 將純水以一定的速度噴射到高速旋轉(zhuǎn)的硅片表面去除硅片表面殘留的化學(xué)試劑； 停止噴射純水，讓硅片繼續(xù)保持高速旋轉(zhuǎn)直至硅片表面完全干燥為止。 通常高速流動(dòng)的液體噴射到高速旋轉(zhuǎn)的硅片表面時(shí)形成一層很薄的有著極高表面速度的渦流層，硅片表面沾污的顆粒極易在渦流層的作用下被去除。離心噴淋式化學(xué)清洗技術(shù) Rotating spindl