硅片清洗技术(20180720153953)

硅片清洗技术半导体硅片 SC-2 清洗技术1 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，并具有较强的去除晶片表面金属的能力，但经 SC-1 洗后虽能去除 Cu 等金属，而晶片表面形成的自然氧化膜的附着（特别是Al）问题还未解决。2 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。3 由于晶片表面的 SiO2 和 Si 不能被腐蚀，因此不能达到去除粒子的效果。a.实验表明 2l; e43O 1|/据报道将经过 SC-2 液， 洗后的硅片分别放到添加 Cu 的 DHF 清洗或 HFH2O2 清洗液中清洗、 硅片表面的 Cu 浓度用 DHF 液洗为 1014 原子 /cm2 ，用 HFH2O2 洗后为 1010 原子 /cm2 。即说明用HFH2O2 液清洗去除金属的能力比较强， 为此近几年大量报导清洗技术中， 常使用 HFH2O2 来代替DHF 清洗。半导体硅片 DHF 清洗技术a. 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。b. 硅片最外层的 Si 几乎是以 H 键为终端结构，表面呈疏水性。c. 在酸性溶液中，硅表面呈负电位，颗粒表面为正电位，由于两者之间的吸引力，粒子容易附着在晶片表面。 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 晶 圆 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,fabrication,pr ocess,lay out ,package,test,FA ,RA,QA ,photo,etch,implant,diffustion,li thography ,fab,fabless[0C 0a;Fk 5Gd. 去除金属杂质的原理 半导体技 术天地 “H4dc2\VMf① 用 HF 清洗去除表面的自然氧化膜，因此附着在自然氧化膜上的金属再一次溶解到清洗液中，同时DHF 清洗可抑制自然氧化膜的形成。故可容易去除表面的 Al、 Fe、 Zn、 Ni 等金属。但随自然氧化膜溶解到清洗液中一部分 Cu 等贵金属（氧化还原电位比氢高），会附着在硅表面， DHF 清洗也能去除附在自然氧化膜上的金属氢氧化物。 “t3tTR8[1[l;i② 实验结果 半导体技 术天地 u“fd5jzv,z据报道 Al3 、 Zn2 、 Fe2 、 Ni2 的氧化还原电位 E0 分别是 - 1.663V 、 -0.763V 、 -0.440V 、 0.250V比 H 的氧化还原电位（ E00.000V ）低，呈稳定的离子状态，几乎不会附着在硅表面。③ 如硅表面外层的 Si 以 H 键结构， 硅表面在化学上是稳定的， 即使清洗液中存在 Cu 等贵金属离子，也很难发生 Si 的电子交换，因经 Cu 等贵金属也不会附着在裸硅表面。但是如液中存在 Cl 、 Br 等阴离子，它们会附着于 Si 表面的终端氢键不完全地方，附着的 Cl 、 Br 阴离子会帮助 Cu 离子与Si 电子交换，使 Cu 离子成为金属 Cu 而附着在晶片表面。 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 芯 片 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,wafer,c hip,ic,design,eda,proc ess,lay out ,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,m etal,cm p,lithography ,fab,fabless}/P5R 4K7m④ 因液中的 Cu2 离子的氧化还原电位 （ E00.337V ） 比 Si 的氧化还原电位 （ E0-0.857V ） 高得多，因此 Cu2 离子从硅表面的 Si 得到电子进行 还原，变成金属 Cu 从晶片表面析出，另一方面被金属Cu 附着的 Si 释放与 Cu 的附着相平衡的电子，自身被氧化成 SiO2。 半导体技 术天地 {w3 y 5p9a⑤ 从晶片表面析出的金属 Cu 形成 Cu 粒子的核。这个 Cu 粒子核比 Si 的负电性大，从 Si 吸引电子而带负电位，后来 Cu 离子从带负电位的 Cu 粒子核 得到电子析出金属 Cu， Cu 粒子状这样生长起来。Cu 下面的 Si 一面供给与 Cu 的附着相平衡的电子，一面生成 SiO2。⑥ 在硅片表面形成的 SiO2， 在 DHF 清洗后被腐蚀成小坑， 其腐蚀小坑数量与去除 Cu 粒子前的 Cu 粒子量相当， 腐蚀小坑直径为 0.01 0.1 μm ， 与 Cu 粒子大小也相当， 由此可知这是由结晶引起的粒子，常称为金属致粒子（ MIP）。半导体硅片 RCA清洗技术 g5_6h,I9T 8\“h.Y传统的 RCA清洗技术所用清洗装置大多是多槽浸泡式清洗系统 半导体 芯片 集成 电路 设计 版 图 芯片 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,proc ess,lay out ,package,FA,QA ,diffusion,etch,phot o,im plant,met al,cm p,lithogr aphy ,fab,fablesssJ; W3P5R 4c9T-h9_“C清洗工序 SC-1 → DHF → SC-2 1. SC-1 清洗去除颗粒⑴ 目的主要是去除颗粒沾污（粒子）也能去除部分金属杂质。⑵ 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。 ly3N/F/b4N“s“[/XN① 自然氧化膜约 0.6nm 厚，其与 NH4OH、 H2O2 浓度及清洗液温 半导体技术 天 地 .u1zi;} 6u dF-度无关。② SiO2 的腐蚀速度，随 NH4OH 的浓度升高而加快，其与 H2O2 的浓度无关。③ Si 的腐蚀速度，随 NH4OH 的浓度升高而快，当到达某一浓度后为一定值， H2O2 浓度越高这一值越小。④ NH4OH 促进腐蚀， H2O2 阻碍腐蚀。⑤ 若 H2O2 的浓度一定， NH4OH 浓度越低，颗粒去除率也越低，如果同时降低 H2O2 浓度 ,可抑制颗粒的去除率的下降。 cu/LLi 4T1J2R⑥ 随着清洗洗液温度升高，颗粒去除率也提高，在一定温度下可达最大值。⑦ 颗粒去除率与硅片表面腐蚀量有关，为确保颗粒的去除要有一 定量以上的腐蚀。 半导体技 术天地 WLdH0[从上述实验数据表明 硅表面的金属浓度是与 SC-1 清洗液中的金属浓度相对应。 晶片表面的金属的脱附与吸附是同时进行的。即在清洗时，硅片表面的金属吸附与脱附速度差随时间的变化到达到一恒定值。以上实验结果表明清洗后硅表面的金属浓度取决于清洗液中的金属浓度。其吸附速度与清洗液中的金属络合离子的形态无关。c. 用 Ni 浓度为 100ppb 的 SC-1 清洗液， 不断变化液温， 硅片表面的 Ni 浓度在短时间内到达一恒定值、即达 10123 1012 原子 /cm2 。这一数值与上述 Fe 浓度 1ppb 的 SC-1 液清洗后表面 Fe 浓度相同。 半导体 芯片 集 成电路 设计 版图 芯片 制造 工 艺 制 程 封装 测试 ,wafer ,chi p,ic ,design,eda,process,l ayout,pack age,FA ,QA,diffusion,etc h,photo,impl ant ,metal ,cmp,lithography,fab,fabless3c 0]“ZU*yi这表明 Ni 脱附速度大，在短时间内脱附和吸附就达到平衡。⑤ 清洗时，硅表面的金属的脱附速度与吸附速度因各金属元素的不同而不同。特别是对 Al、 Fe、 Zn。若清洗液中这些元素浓度不是非常低的话，清洗后的硅片表面的金属浓度便不能下降。对此，在选用化学试剂时，按要求特别要选用金属浓度低的超纯化学试剂。 半导体技 术天地 4_I,m 1\9Sh9U例如使用美国 Ashland 试剂，其 CR-MB级的金属离子浓度一般是 H2O2 ＜ 10ppb 、 HCL ＜ 10ppb 、NH4OH ＜ 10ppb 、 H2SO4＜ 10ppb .QS4DKo,Px 0P1B*N⑥ 清洗液温度越高， 晶片表面的金属浓度就越高。 若使用兆声波清洗可使温度下降， 有利去除金属沾污。⑦ 去除有机物。 半导体技 术天地 6v;xI 0-A4I; j2Y由于 H2O2 的氧化作用，晶片表面的有机物被分解成 CO2、 H2O 而被去除。 www.2ic.cn,o0u4Uk 2⑧ 微粗糙度。晶片表面 Ra与清洗液的 NH4OH 组成比有关， 组成比例越大， 其 Ra变大。 Ra为 0.2nm 的晶片 ,在 NH4OH H2O2 H2O 115 的 SC-1 液清洗后， Ra 可增大至 0.5nm 。 为控制晶片表面 Ra， 有必要降低 NH4OH的组成比，例用 0.515 半导体技术 天地 f“l 8B9R 0M No⑨ COP（晶体的原生粒子缺陷）。 aew 4|7Ed- _0X a8j1U对 CZ 硅片经反复清洗后，经测定每次清洗后硅片表面的颗粒 ≥ 2 μ m 的颗粒会增加，但对外延晶片，即使反复清洗也不会使 ≥ 0.2 μ m 颗粒增加。据近几年实验表明，以前认为增加的粒子其实是由腐蚀作用而形成的小坑。在进行颗粒测量时误将小坑也作粒子计入。 Zw q5R b2y /小坑的形成是由单晶缺陷引起，因此称这类粒子为 COP（晶体的原生粒子缺陷）。 ,i0Zr Y*C据介绍直径 200 mm 硅片按 SEMI 要求 半导体 技术天 地 “NQ8y I/L 9F*H*YcYB. 颗粒沾污运用物理的方法可采机械擦洗或超声波清洗技术来去除粒径 ≥ 0.4 μm 颗粒，利用兆声波可去除 ≥ 0.2 μm 颗粒。C. 金属离子沾污必须采用化学的方法才能清洗其沾污，硅片表面金属杂质沾污有两大类 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 晶 圆 制造 工艺 制 程 封 装 测试 ,wafer ,chi p,ic,desi gn,eda,fabricati on,pr ocess,layout,package,test,FA ,RA ,QA,photo,etch,impl ant ,diffustion,lithography ,fab,fabless0H9m 2k2e[9RU Pv,Ca. 一类是沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。 8BD |,Uz.tb. 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。 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 芯 片 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,process,l ayout,package,FA ,QA,diffusion,etc h,photo,impl ant ,metal ,cmp,lithography,fab,fabless8U0zT h0s.g2}硅抛光片的化学清洗目的就在于要去除这种沾污，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离子、氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。 8A5_*w F“fm2b/].Yb. 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。 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 芯 片 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,proc ess,lay out ,package,FA,QA ,diffusion,etch,phot o,im plant,met al,cmp,lithogr aphy,fab,f ablesszz,[ V⑹ 以 HF / O3 为基础的硅片化学清洗技术。目前常用 H2O2 作强氧化剂，选用 HCL 作为 H 的来源用于清除金属离子。SC-1 是 H2O2 和 NH4OH 的碱性溶液，通过 H2O2 的强氧化和 NH4OH 的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除。 半导体技 术天地 ;O3/o.z,*}{ 0Y,| dm由于溶液具有强氧化性和络合性，能氧化 Cr、 Cu、 Zn、 Ag、 Ni、 Co、 Ca、 Fe、 Mg 等 半导体技 术天地 .J X 8X96b/f a48u使其变成高价离子，然后进一步与碱作用，生成可溶性络合物而随去离子水的冲洗而被去除。为此用 SC-1 液清洗抛光片既能去除有机沾污，亦能去除某些金属沾污。SC-2 是 H2O2 和 HCL 的酸性溶液， 它具有极强的氧化性和络合性， 能与氧以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。被氧化的金属离子与 CL-作用生成的可溶性络合物亦随去离子水冲洗而被去除。 ,v} 5R 1{yw ,gF9g2. DHF 清洗不能充分去除 Cu， HPM 清洗容易残留 Al。3. 有机物，粒子、金属杂质在一道工序中被全部去除的清洗方法，目前还不能实现。4. 为了去除粒子， 应使用改进的 SC-1 液即 APM 液， 为去除金属杂质， 应使用不附着 Cu 的改进的 DHF液。 半导体技 术天地 Z2SX 43X 3d5. 为达到更好的效果，应将上述新清洗方法适当组合，使清洗效果最佳。室温和氧化的化学物质理想的清洗工艺是应用那些完全安全、易于并比较经济地进行处理的化学品，并且在室温下进行。这种工艺并不存在。然而，关于室温下化学反应的研究正在进行。其中一种是将臭氧与另外两种浓度的氢氟酸溶液在室温下注入盛有超纯净水的清洗池。超声波作为辅助以提高清洗的有效性。半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 晶 圆 制 造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,fabrication,pr ocess,lay out ,package,test,FA ,RA,QA ,photo,etch,implant,diffustion,lithogr aphy ,fab,fabl ess;}r\- U*v5Ye0[8[i7FQ干法清洗。关于湿法浸泡方法的考虑拒绝了对于气相清洗的想法和发展。对于清洗，晶片暴露在清洗液或刻蚀液的蒸汽中。 氢氟酸 /水的混合蒸汽经证实可用来去除氧化物， 以过氧化物为基础的清洗液的气相取代物也有存在。 38 这一工业最终的梦想是完全的干法清洗和干法刻蚀。目前，干法刻蚀（等离子体，见第 9 章）已经很完善得建立起来。 干法清洗正在发展之中。 紫外臭氧可以氧化并光学分离晶片表面形成的污染物。 www.2ic.cn8l3k 8c4K 8.K*x半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 晶 圆 制 造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,fabrication,pr ocess,lay out ,package,test,FA ,RA,QA ,photo,etch,implant,diffustion,lithogr aphy ,fab,fabl ess0q S F2i 2I7ng5zd低温清洗。 高压的二氧化碳 CO2，或雪清洗，是一种新兴的技术。（图 5.28 ） CO2 从一个喷嘴中直接喷到晶片表面。当气体从喷嘴中喷出时，其压力下降从而导致快速冷却，然后形成 CO2 颗粒，或叫雪花。相互撞击的颗粒的压力驱散表面的颗粒并由气流将其携带走。表面的物理撞击提供了一种清洗作用。氩气的喷雾是另外一种低温清洗。氩气相对较重。它的较大的原子在压力下直喷到晶片表面可以除去颗粒。 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 晶 圆 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hi p,ic,desi gn,eda,fabricati on,pr ocess,layout,package,test,FA ,RA ,QA,photo,etch,impl ant ,diffustion,lithography ,fab,fabl essM.xN,O E2U一种结合了氧气和氩气的综合的方法，称为 Cryokinetic 。在压力下将气体预冷使其形成液气混合物并流入一个真空反应室中。在反应室中，液体迅速膨胀形成极微小的结晶将颗粒从晶片表面击走。晶圆氧化层的去除我们已经提及了硅片氧化的容易程度。氧化反应可以在空气中发生，或者是在有氧存在的加热的化学品清洗池中。通常在清洗池中生成的氧化物，尽管薄（ 100200 ），但其厚度足以阻止晶片表面在其它的工艺过程中发生正常的反应。这一薄层的氧化物可成为绝缘体，从而阻挡晶片表面与导电的金属层之间良好的电性接触。去除这些薄的氧化层是很多工艺的需要。有一层氧化物的硅片表面叫做具有吸湿性。没有氧化物的表面叫做具有憎水性。氢氟酸是去除氧化物的首选酸。在初始氧化之前，当晶片表面只有硅时，将其放入盛有最强的氢氟酸（ 49 ）的池中清洗。氢氟酸将氧化物去除，却不刻蚀硅片。 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 芯 片 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,wafer,c hip,ic,design,eda,proc ess,lay out,package,FA ,QA,diffusion,etc h,photo,implant,m etal,cm p,lit hography,fab,fabless GI 6zZ W6}RCA清洗。在二十世纪六十年代中， Warner Kern ，一名 RCA公司的工程师，开发出了一种两步的清洗工艺以去除晶片表面的有机和无机残留物。这一工艺被证明非常有效，而它的配方也以简单的“ RCA清洗 ” 为人们熟知。只要提到 RCA清洗，就意味着过氧化氢与酸或碱同时使用。第一步，标准清洗 -1（ SC-1） 应用水， 过氧化氢和氨水的混合溶液的组成， 从 511 到 721 变化， 加热温度在 7585OC之间。 SC-1 去除有机残余物，并同时建立一种从晶片表面吸附痕量金属的条件。在工艺过程中，一层氧化膜不断形成又分解。标准清洗 -2 （ SC-2）应用水，过氧化氢和盐酸，按照 611 到 821 的比例混合的溶液，其工作温度为 7585 OC 之间。 SC-2 去除碱金属离子，氢氧根及复杂的残余金属。它会在晶片表面留下一层保护性的氧化物。化学溶液的原始浓度及其稀释的混合液均列在图 5.26 中。多年来， RCA的配方被证实是经久不衰的，至今仍是大多数炉前清洗的基本清洗工艺。随着工业清洗的需求，化学品的纯度也在不断地进行改进。根据不同的应用， SC-1 和 SC-2 前后顺序也可颠倒。如果晶片表面不允许有氧化物存在，则需加入氢氟酸清洗这一步。它可以放在 SC-1 和 SC-2 之前进行，或者在两者之间，或者在 RCS清洗之后。在最初的清洗配方的基础上，曾有过多种改进和变化。晶片表面金属离子的去除曾是一个问题。这些离子存在于化学品中，并且不溶于大多数的清洗和刻蚀液中。通过加入一种整合剂，例如ethylenediamine-tetra-acetic 酸，使其与这些离子结合，从而阻止它们再次沉积到晶片上。 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 芯 片 制 造 工艺 制程 封装 测试 ,wafer ,chi p,ic,design,eda,process,l ayout,pack age,FA,QA,diffusion,etch,phot o,im plant ,metal ,cmp,lithography,fab,fabl ess/K}Ie/z1p/} ghx稀释的 RCA溶液被发现具有更多的用途。 SC-1 稀释液的比例为 1150 （而不是 115 ）， SC-2 的稀释液的比例为 1160 （而不是 116 ）。这些溶液被证明具有与比它们更浓的溶液配方同样的清洗效果。而且，它们产生较小的微观上的粗糙，节约成本，同时容易去除。常见的化学清洗 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 芯 片 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,process,l ayout,package,FA ,QA,diffusion,etc h,photo,impl ant ,metal ,cmp,lithography,fab,fabless/O,WYu 4HT硫酸。一种常见的清洗溶液是热硫酸添加氧化剂。它也是一种通常的光刻胶去除剂（见第 8 章）。在90125 OC 的范围中，硫酸是一种非常有效的清洗剂。在这样的温度下，它可以去除晶片表面大多数无机残余物和颗粒。添加到硫酸中的氧化剂用来去除含碳的残余物，化学反应将碳转化成二氧化碳，后者以气体的形式离开反应池C O2 CO2 （气体） 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 晶 圆 制 造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,fabrication,pr ocess,lay out ,package,test,FA ,RA,QA ,photo,etch,implant,diffustion,lithogr aphy ,fab,fabl essj1lA0c臭氧。 氧化剂添加剂的作用是给溶液提供额外的氧。 有些公司将臭氧的气源直接通入硫酸的容器。 臭氧和去离子水混合是一种去除轻微的有机物污染的方法。 32 典型的工艺是将 12 ppm 的臭氧通入去离子水中，在室温下持续 10 分钟。高压水清洗 半导体技 术天地 8x;Y;J U8W8M对由于静电作用附着的颗粒的去除首先成为玻璃和铬光刻掩膜板的清洗的必须。于是发展为高压水喷洒清洗。将一注小的水流施加 20004000 PSI 的压力，水流连续不断地掩膜或晶片的表面，除去大小不一的颗粒。在水流中经常加入少剂量的表面活性剂作为去静电剂。污染颗粒怎样去除晶片表面的颗粒大小可由从非常大的（ 50 微米）变化到小于一微米。大的颗粒可用传统的化学浸泡池和相应的清水冲洗除去。较小的颗粒被几种很强的力量吸附在表面所以很难除去。一种是范德华吸引力，这是一种在一个原子的电子和另一个原子的核之间形成的很强的原子间吸引力。尽量减小这种静电引力的技术是控制一种叫做 z-电势的变量。 z-电势是在颗粒周围的带电区与清洁液中带相反电荷的带电区域形成平衡的平衡电势。 这个电势随着速度 （当晶片在清洗池中移动时清洗液的相对移动速度） ，溶液的 pH 值和溶液中的电解质的浓度变化而变化的。同时，它还将受到清洗液中的添加剂，如表面活性剂的影响。我们可以通过设定这些条件来得到一个与晶片表面相同电性的较大电势，从而产生排斥作用使得颗粒从晶片表面脱落而保留在溶液中。Capillary 引力是另外一个问题。它产生了颗粒与表面之间形成的液体桥（图 5.24）。 Capillary 引力可以比范德华引力大。 30 表面活性剂或一些机械的辅助，例如超声波，被用来去除表面的这些颗粒。清洗工艺多为一系列的步骤，用来将大小不一的颗粒同时除去。最简单的颗粒去除工艺是用位于清洗台的手持氮气枪喷出的经过过滤的高压氮气吹晶片的表面。在存在小颗粒问题的制造区域，氮气枪上配置了离子化器，从而除去氮气流中的静电，而使晶片表面呈中性。氮气吹枪是手持的，操作员在使用它的时候必须注意不要污染操作台上的其它晶片或操作台本身。通常在洁净等级为 1/10 的洁净室中，不使用吹枪。晶片表面清洗 lR*f|0iY 半导体 ,芯片 ,集成电路 ,设计 ,版图 ,晶圆 ,制造 ,工艺 ,制程 ,封装 ,测试 ,wafer,chip,ic,design,eda,fabrication,process,layout,package,test,FA,RA,QA,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fabless 半导体技术天地 Kf*R7gYb5M3jS0“f 半导体 ,芯片 ,集成电路 ,设计 ,版图 ,芯片 ,制造 ,工艺 ,制程 ,封装 ,测试 ,wafer,chip,ic,design,eda,process,layout,package,FA,QA,diffusion,etch,photo,implant,metal,cmp,lithography,fab,fabless 对于 BEOL后线 的清洗，除了颗粒问题和金属离子的问题，通常的问题是阴离子、多晶硅栅的完整性、接触电阻、过孔的清洁程度、有机物以及在金属布线中总的短路和开路的数量。 这些问题将在第 13 章中讨论。 光刻胶的去除也是 FEOL和 BEOL 都存在的很重要的一种清洗工艺。;E9HdQ9J城市系统中的水包含大量的洁净室不能接受的污染物 4o3m9t _.lR 9I 1. 溶解的矿物2. 颗粒 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 芯 片 制 造 工艺 制程 封装 测试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,proc ess,layout,pack age,FA,QA ,diffusion,etch,phot o,im plant,metal ,cmp,lithogr aphy ,fab,fablessL5PnW3. 细菌4. 有机物 www.2ic.cn6t;l3x M2v 7V L9O“b1dw5. 溶解的氧气6. 二氧化碳 ,_ PAY9m ,p1rM6x} “k2W*m普通水中的矿物质来自盐份，盐份在水中分解为离子。例如，食盐（氯化纳）会分解为钠离子和氯离子。每个都是半导体器件与电路的污染物。反渗透（ RO）和离子交换系统可去除离子。 半导体技 术天地 D“i UZ1[4m去除带电离子工艺，使水从导电介质变成阻抗，这样可用于提高去离子（ DI）水的质量，去离子水在25 摄氏度时的电阻是 18,000,000W Cm，也就是一般称为 18 兆欧姆。图 5.19 显示了当水中含有大量不同的溶解物质时的电阻值。 \59q6E2BV图 5.19 水的电阻相对于溶解固体的含量Resistivity Ohms-cm 25 C 电阻 Ohms-cm 25 C 半导体 芯片 集 成电 路 设 计 版 图 芯片 制造 工艺 制程 封 装 测试 ,wafer ,chi p,ic,desi gn,eda,pr ocess,lay out,package,FA ,QA,diffusion,etch,photo,implant,m etal,cm p,lit hography ,fab,fabless.dL7i 8q 4x/“Z9NDissolved Solids ppm 溶解固体的 ppm k9F“E.a“w.R“vw图 5.20 动态随机存取存储器（ DRAM）的工艺水规格（ Semiconductor International, 1994 年 7 月 ,第 178 页）Contaminant 杂质 www.2ic.c n9M,NB1} 1oI |1m 2o3g1R重要（微粒）尺寸（微米）Dissolved oxygen micro-g/l 溶解氧（微克 / 升） 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 晶 圆 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,fabrication,pr ocess,lay out ,package,test,FA ,RA,QA ,photo,etch,implant,diffustion,lithogr aphy ,fab,fabl ess;u} ,qR.Sodium micro-g/l 钠（微克 / 升） 半导体 芯片 集 成电路 设 计 版 图 晶圆 制造 工艺 制程 封 装 测试 ,wafer ,chi p,ic,desi gn,eda,fabricati on,pr ocess,lay out,package,test,FA ,RA ,QA,photo,etch,impl ant ,diffustion,lithography ,fab,fabless*H/W2C3AA 16d6YChlorine micro-g/l 氯（微克 /升）Manganese micro-g/l 锰（微克 / 升） .z h M. 3tS1b6GU在制造区域的许多地方都监测工艺用水的电阻，在 VLSI 制造中，工艺水的目标与规格是 18 兆欧姆，但其他一些制造厂也使用 15 兆欧姆的工艺水。固态杂质（颗粒）通过沙石过滤器、泥土过滤器与次微米级薄膜从水中去除。水是细菌和真菌的避难所。细菌和真菌可由消毒器去除，这种消毒器使用紫外线杀菌，并通过水流中的过滤器滤除。有机污染物（植物与排泄物）可通过碳类过滤器去除。溶解的氧气与二氧化碳可用 forced draft decarbonators 和真空消除毒气剂去除。 18 图 5.20 显示了 4MB DRAM 制造厂的工艺水规格。 半导体技 术天地 1j/;F D2s清洁工艺用水至可接受的洁净水平所需的费用是制造厂的一个主要营运费用。在大多数制造厂里，工艺加工站装配有水表来检测使用后的水。如果水质降到一定的水平，就需要在净化系统中再循环净化使用。多余的脏水需依照法规规定处理，再排出工厂。一个典型的制造厂水系统如图 5.21 所示。在系统中存贮的水用氮气覆盖以防止二氧化碳溶于水中，水中的二氧化碳会干扰电阻值的测量引起错误读数。工艺化学品 7U/qz4Gc,gnwww.2ic.cni ,A;{;VW*E在制造工厂中，用于刻蚀和清洗晶圆和设备的酸、碱、溶剂必需是最高纯度的。涉及的污染物有金属离子微粒和其它化学品。与水不同的是，工艺化学品是采购来的，直接运输到工厂后使用。工业化学品分不同级别，他们分一般溶剂、化学试剂、电子级和半导体级。前两种对于半导体使用来说过脏，电子级与半导体级相对洁净些，但不同制造商所生产化学品的洁净度也是不同的。图 5.21 典型去离子水系统 半导 体 芯 片 集成电 路 设计 版图 晶圆 制造 工 艺 制 程 封 装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,fabrication,pr ocess,lay out ,package,test,FA ,RA,QA ,phot o,etch,im plant,diffustion,lithogr aphy,f ab,fabl ess,H1iZY0m 9Y6mPurity Water 纯水 N; W7x5VeParticle Prefilter 颗粒前过滤器 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 晶 圆 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,fabrication,pr ocess,lay out ,package,test,FA ,RA,QA ,photo,etch,implant,diffustion,lithography,fab,fabless6{/hcdnReverse Osmosis Demineralizer 反渗透去微粒器Primary Demineralizer 主要去微粒器N2 氮气 “WBV9n1U5WR *sQStorage Tank 存储罐 Z6C 3h5B0C _5vPolishing Demineralizer 去微粒器Ultraviolet Sterilizer 紫外线杀菌 Q;,c {1B_;a; j9mFinal Filter 最终过滤器 www.2ic.cn“Ov 8Q-o1v2T 2jProcess Area 工艺区 Z-P6Y2T 3OPAcid Neutralization 酸中和Drain 排水半导体技 术天地象 SEMI 这样的商业组织为整个行业建立了洁净度的规格，但是大多数半导体厂按照自己内部的规格采购化学品。化学品的主要污染是移动的金属离子，通常须限制为百分之一（ PPM）级或更低。一些供应商可制造 MIC 级的化学品，含量仅仅十亿分之一。微粒过滤器的级别被规定为 0.2 微米或更低。化学品的纯度由成份来表示。成份数就是指容器内所含化学品的百分数。例如，一瓶 99.9 的硫酸表示含有 99.9 的纯硫酸和 0.01 的其他溶液。 hRf.i5k3d-R *S5|把化学品传输至工艺加工区域不只包括保持化学品的洁净，还包括对容器内表面的清洁、使用不易溶解的材质的容器、不产生微粒的标识牌，并在运输前把瓶放置化学品袋中。化学品瓶现只用于老式、技术较低的制造厂中。许多公司采用大量购入方式买入洁净工艺化学品，然后倒入小罐中，并通过管道从中央系统传入工艺工作台，或者从小瓶直接传输到工艺工作台。大量化学品传输系统（ BCDS）可以提供更洁净的化学品且费用较低。另外特别要注意定期清洁管道和运输瓶来防止污染。另一个特殊问题是当把化学品倒入另一种化学品瓶中时会产生交互污染。每种化学品的化学品瓶应专用。 --- w ww.2ic.c n4]3g*MT,[/Z8I7h9M0K有几种技术可以同时满足更洁净的化学品、 更严格的工艺控制和较低的费用。 其中一种是点使用 （ POU）化学品混合器（ BCDS的另一版本）。这种装置连接在湿洗柜或自动机械上，混合化学品后把他们送到工艺罐中。另一种就是化学品再加工系统，这种装置设于湿工艺工作台的排水系统中。去除离子的化学品被再过滤或者在某些情况下需再加入离子重新使用。重要的 “ 再利用刻蚀器 ” 要接上过滤器以保证为晶圆提供洁净的化学品源。一种更新的工艺是点使用化学品再生（ POUCG）。例如氨水，氢氟酸和过氧化氢这些化学品是由相应的气体与去离子水在工艺工作台混合而成，这种方法可以减少化学品包装与运输时所产生的污染，可制造出万亿 ppt 级的化学品。 19 化学气体 半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 芯 片 制造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,proc ess,lay out ,package,FA,QA ,diffusion,etch,phot o,im plant,met al,c mp,lithography ,fab,fablessq;Whl “H- g4G*g4R半导体 芯片 集成 电路 设计 版图 晶 圆 制 造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,fabrication,pr ocess,lay out ,package,test,FA ,RA,QA ,photo,etch,implant,diffustion,lithogr aphy ,fab,fabl ess1n8a]6L “Y除了许多湿（液体）化学品工艺制程，半导体晶圆还要使用许多气体来加工。这些气体有从空气中分离出来的如氧气、氮气和氢气，还有特制的气体如砷烷和四氯化碳。 2xJ6Fo和化学品一样，气体也必须清洁地传输至工艺工作台与设备中。气体质量由以下四项指标来衡量 半导体 芯片 集成电路 设计 版图 芯 片 制 造 工艺 制程 封装 测 试 ,w afer,c hip,ic,design,eda,proc ess,lay out ,pack age,FA,QA ,diffusion,etch,phot o,im plant,