第五章2 硅片的清洗

1、第五章 高纯水的制备与硅片的清洗 （2）硅片表面的常见污染 1）有机杂质沾污：主要指包含碳的物质，来源包括细菌、润滑剂、清洁剂等等。（在微加工设备中使用不需要润滑剂的组件）带来的问题：有机物污染能降低栅氧化层材料的致密性表面清洗不干净，使得金属杂质在清洗之后仍旧保留在硅片表面可通过有机溶剂的溶解作用，结合超声波清洗技术来去除。2）颗粒沾污： 颗粒能引起电路的开路或短路。 在半导体制造中，可以接受的颗粒尺寸的粗略法则是它的尺寸必须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）金属离子沾污最典型的金属杂质是碱金属。金属离子在半导体材料中高度活动性的，被称为可动离子污染（MIC）。金属杂质有两大类：1.一类是沾污离子通

3、过吸附分散附着在硅片表面2.另一类是带正电的金属离子得到电子后面附着(尤如“电镀”)到硅片表面。硅片表面的金属污染必须采用化学清洗方法才能去除。一般可按下述办法进行清洗去除沾污。a) 使用强氧化剂使电镀、附着到硅表面的金属氧化成金属离子，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。b) 用无害的小直径强正离子(如H )来替代吸附在硅片表面的金属离子，使之溶解于清洗液中c) 用大量去离水进行超声波清洗 以排除溶液中的金属离子。常见的清洗技术 1970年美国RCA实验室提出的浸泡式RCA化学清洗工艺。1978年RCA实验室又推出兆声清洗工艺 所用清洗装置大多是多槽浸泡式清洗系统 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：主要是去除颗粒沾污（粒子），也能去除部分金属杂质。 去除颗粒的原理：硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（约6nm，呈亲水性），该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。 (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洗时，可将由于用SC-1洗时表面生成的自然氧化膜腐蚀掉，而Si几乎不被腐蚀。 SC-2清洗原理： 清洗液中的金属附着现象在碱性清洗液中易发生，在酸性溶液中不易发生。 在具有高氧化能力和低pH值的溶液中，金属成为离子并溶解于溶液中。 SC2具有较强的去除晶片表面金属的能力，硅片表面经SC-2液洗后，表面Si大部分以 O键为终端结构，形成一层自然氧化膜，呈亲水性。Piranha清洗 piranha是一种强效的清洗溶液，它联合使用硫酸和过氧化氢去除硅片表面的有机物和金属杂质。piranha在工艺的不同步骤中使用，有

8、时在SC-1和SC-2清洗步骤之前。piranha最为常见的组分为7份浓缩的硫酸和3份30%的过氧化氢。通常的清洗方法是把硅片浸入125 C的piranha中9分钟，紧接着用去离子水彻底冲洗。典型硅片湿法清洗顺序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离心喷淋式化学清洗技术 将稀释的SC1以一定的速度喷射到高速旋转的硅片表面，去除硅片表面的颗粒沾污和部分重金属沾污； 将纯水以一定的速度喷射到高速旋转的硅片表面，去除硅片表面残留的化学试剂； 将稀释的SC2以一定的速度喷射到高速旋转的硅片表面，去除硅片表面的轻金属沾污； 将纯水以一定的速度喷射到高速旋转的硅片表面去除硅片表面残留的化学试剂； 停止喷射纯水，让硅片继续保持高速旋转直至硅片表面完全干燥为止。 通常高速流动的液体喷射到高速旋转的硅片表面时形成一层很薄的有着极高表面速度的涡流层，硅片表面沾污的颗粒极易在涡流层的作用下被去除。离心喷淋式化学清洗技术 Rotating spindl