第十四章 化學清洗

化學清洗14.1沾污對器件的影響在半導(dǎo)體器件制造工藝中，幾乎半數(shù)以上的操作是各個工序之間的清洗。清洗工序是決定器件穩(wěn)定性、可靠性及成品率的關(guān)鍵。

清洗的目的是去除器件制造過程中偶然引入的“表面沾污”雜質(zhì)，這些沾污來自硅片加工過程（如切、磨、拋及傳遞操作）；也來自清洗所用的化學試劑和水；以及工藝過程中

所用的器皿、管路、氣體等。它們可能是顆粒，也可能是雜質(zhì)膜，或以物理吸附，或以化學吸附粘在硅片表面上。在高溫工藝中，它們將由表面擴散到硅片里面，從而影響器件的電學性能：（1）造成PN結(jié)反向漏電流增加（例如由于表面沾污離子的直接導(dǎo)電或進入硅片內(nèi)部的雜質(zhì)造成PN結(jié)不平整而引起漏電流）；（2）造成PN結(jié)局部擊穿或低擊穿（例如，由于Au、Cu、Cr、Fe等雜質(zhì)聚集于硅片中的堆垛缺陷附近或分凝于螺旋位錯上，均會導(dǎo)致局部擊穿）；（3）使MOS器件閾值電壓改變（例如在P-MOS的SiO2-Si界面上，有Na+，其閾值電壓就會改變）。

另外，表面沾污也會影響制造工藝的正常進行，如硅片表面的顆?；螂s質(zhì)影響光刻膠的粘附，損壞光掩膜版，從而影響光刻質(zhì)量；它們還會影響有目的的摻雜。這種表面沾污的雜質(zhì)是不可控制的，因此，在每步制造工藝進行前，必須通過清洗將表面沾污除去。14.2硅片的清洗14.2.1清潔表面的概念絕對清潔的表面只能在高真空中獲得，而通常器件制造環(huán)境中，硅片表面必然由單層或多層原子或化合物所覆蓋。但只要該覆蓋層滿足下列條件，則可認為該表面是清潔的（1）原子或分子是均勻的；（2）可揮發(fā)；（3）對氧化、擴散等工藝無影響；（4）對器件的電學參數(shù)無干擾14.2.2清洗的分類1、按工藝要求分類（1）原始片的清洗。即在切、磨、拋之后，一次氧化之前的硅片準備，主要是去顆粒和大量的有機沾污。（2）為氧化、擴散、CVD淀積以及金屬化等工藝作硅片準備，以除去有機及無機膜沾污為主。（3）為光刻甩膠作準備，以去除顆粒為主。（4）刻蝕工序后的去膠清洗。2.按清洗方法分類（1）物理清洗刷、擦、高壓水沖洗、超聲清洗等。主要是去除顆粒和靜電物理吸附的雜質(zhì)。以高純?nèi)ルx子水為主要的清洗媒介，也有添加表面活性劑，或以有機溶劑清洗的。（2）化學清洗以酸性或堿性的氧化性、絡(luò)合性溶液使硅片表面沾污雜質(zhì)（例如有機物或金屬離子膜、原子膜）氧化或絡(luò)合，變成可溶于水，然后再以大量的高純?nèi)ルx子水將其沖掉。3.按清洗方式分類（1）浸泡將成批硅片浸于配好清洗液的酸或堿的清洗槽中，輔之加熱、攪拌，增加清洗速度與提高清洗效率。（2）離心旋轉(zhuǎn)噴洗批量或單片進行離心旋轉(zhuǎn)噴洗。14.2.3硅片表面沾污及清洗方法沾污種類1.顆粒⑴硅渣來源：切割、劃片、鑷子拿取、破碎清洗方法：物理清洗或HF漂洗⑵無機砂來源：磨料、空氣塵埃、水及試劑中的沙或土清洗方法：物理漂洗⑶無機渣來源：棉花、絨毛、皮膚屑、頭發(fā)、細菌等清洗方法：物理清洗、絡(luò)合化學清洗或等離子氧化2.無機膜（分子膜）來源：光刻顯影殘留膜、有機溶劑殘渣、人造石蠟、人體帶來的脂肪酸清除方法：沾污為靜電吸附時用物理清洗、沾污為高極性分子吸附時用化學清洗或等離子氧化3.無機離子膜來源：化學試劑或水中的Na+、K+、Ca++、Fe+++、AL+++、Ni++等清洗方法：化學清洗4.無機原子膜來源：清洗液及腐蝕液中不如硅活潑的金屬離子還原成原子如銀、銅、鐵、鎳等沉積于硅表面清除方法：化學清洗14.2.4清洗步驟1、清洗液1號清洗液（SC-1）配方：NH4OH:H2O2:H2O=1：1：5到1：2：7使用條件：75-85℃，存放時間為10到20分特性：堿性、氧化性、絡(luò)合性清洗效果：除去有機沾污、光刻膠殘留膜、重金屬雜質(zhì)Au、Ag、Cu、Co、Ni等注意事項：若H2O2濃度不夠則氨水會腐蝕片子，造成花斑，用時現(xiàn)配2號清洗液（SC-2）配方：HCL:H2O2:H2O=1：1：6到1：2：8使用條件：75-85℃，存放時間為10到20分特性：酸性、氧化性、絡(luò)合性、溶解性清洗效果：除去Na+、

Fe+++、S及重金屬雜質(zhì)Au、Ag、Cu、Co、Hg、Cd、Pt注意事項：對金屬有腐蝕性。洗畢有CL-殘留，用時現(xiàn)配3號清洗液配方：濃H2SO4:H2O2=5:1使用條件：室溫或90-180℃浸洗特性：酸性、氧化性清洗效果：除去有機沾污、光刻膠、酸性可溶雜質(zhì)注意事項：強腐蝕性，混合時生熱、氣泡，洗畢有微量硫4號清洗液配方：HCL:H2O=3：1使用條件：室溫特性：酸性清洗效果：酸性可溶雜質(zhì)注意事項：洗畢有微量CL-10%HF配方：濃HF：H2O=1：10使用條件：室溫，存放時間30-60分特性：弱酸性清洗效果：溶解SiO2，除去薄SiO2，SiO2短暫漂洗注意事項：有腐蝕性，易造成重金屬離子還原沉積金屬原子膜HF緩沖液配方：40%NH4F:49%HF=7：1特性：弱酸性清洗效果：除去SiO2王水配方：濃HCL：濃HNO3=3：1使用條件：室溫或煮沸特性：弱酸性清洗效果：除去重金屬離子注意事項：強腐蝕性，煮沸時冒濃煙2、清洗順序去除顆粒（物理方法）去除有機膜（3號或1號清洗液）去除自然氧化層（10%HF短暫漂洗）去除離子膜（1號清洗液）去除金屬原子膜（2號清洗液）3、最佳清洗順序及條件超聲清洗10-15W/cm20.8MHz；15分3號液清洗90-120℃；2-10分1號液清洗75-85℃20分10%HF漂洗室溫，60秒2號液清洗75-85℃20分以上清洗方法的幾點說明:（1）1號、2號、3號清洗液必須在使用時現(xiàn)配，因為H2O2在酸、堿溶液中會分解。（2）每步之前都要用高純?nèi)ルx子水沖洗，若輔之以熱高純水沖洗則可提高清洗效率，因為各種金屬離子的溶解度隨溫度的升高而增加。（3）清洗的硅片經(jīng)離心甩干或高純氮氣吹干，使含有雜質(zhì)的剩余水滴迅速離開硅表面，以減少水的沾污。（4）洗凈干燥后的硅片應(yīng)置于層流氣體保護的容器中，以防止再沾污。14.3常用器皿的清洗1.玻璃器皿的清洗玻璃器皿先用去污粉擦洗，再用自來水沖洗，然后放在玻璃洗液中浸泡數(shù)小時，取出后用大量去離子水沖洗，最后烘干。玻璃洗液配方：K2Cr2O7飽和溶液50-60ml濃H2SO4（94%）100ml2.石英器皿的清洗步驟HF:H2O=1:1浸泡數(shù)10分熱1號液浸泡10分HF:HNO3:H2O=10%:25%:65%浸泡1-2小時去離子水沖洗氮氣吹干或烘干3.朔料制品的清洗（1）朔料容器先用洗凈劑加水適當加熱浸洗，然后用5-10%的稀鹽酸煮洗，最后用去離子水沖洗干凈，用氮氣吹干。

（2）朔料管先用鋼絲拉棉花球擦管內(nèi)徑，去除灰塵或有機沾污，然后用熱1號清洗液注入管內(nèi)浸泡半小時，最后用熱、冷去離子水沖洗干凈，并用氮氣吹干后，以干凈朔料紙封閉兩頭。14.4常用金屬的清洗在集成電路工藝中，經(jīng)常接觸和使用的金屬材料有不銹鋼、鎢絲、鋁絲等等，對不同材料，所采用的清洗劑及清洗方法也不同。1、不銹鋼制品的清洗不銹鋼制品采取以下四步進行清洗：（1）有機溶劑（四氯化碳、甲苯、丙酮等）浸泡或擦洗。（2）1號清洗液煮（80℃，20min）。（3）金屬洗液浸泡。金屬洗液的配方：濃H2SO4（94%）100℃1000mlCrO3飽和水溶液40ml

為了確保安全，操作時，濃硫酸必須緩慢注入CrO3飽和溶液中。（4）熱水煮沸，然后用大量去離子水沖洗并烘干2、鎢絲的清洗鎢絲可采用兩種方法進行清洗（1）酸洗用HF:HNO3=1：6混合液，并加適量醋酸作緩沖劑，將鎢絲熱浸泡3-4小時，直至表面干凈發(fā)亮，然后用大量去離子水沖洗。（2）堿法將鎢絲加熱器放入5-10%的氫氧化鈉溶液中煮幾次，直至表面干凈發(fā)亮，然后用