上海应用技术学院研究生课程（论文类）试卷2 014 /2 015 学年第 一 学期课程名称： 半导体材料与集成电路基础课程代码： NX0102004 论文题目： 硅片清洗技术的发展趋势学生姓名： 李南专业﹑学号： 材料化学工程 /14608110 学院： 材料科学与工程课程（论文）成绩：课程（论文）评分依据（必填） ：任课教师签字：日期： 年 月 日课程（论文）题目：硅片清洗技术的发展趋势内容：硅片清洗技术的发展趋势李南（上海应用技术学院 材料科学与工程学院，上海 201418）摘要： 对目前硅片湿式化学清洗方法中常用的化学清洗溶液的清洗机理、清洗特点、清洗局限以及清洗对硅片表面微观状态的影响进行了详细论述。介绍了兆声波、 臭氧、电解离子水、只用 HF 清洗或简化常规工艺后最后用 HF 清洗等最新的硅片清洗技术，指出了硅片清洗工艺的发展趋势。关键词： 硅片；硅片清洗；硅片表面微观状态随着超大规模集成电路的发展、集成度的不断提高、 线宽的不断减小，对硅片表面的洁净度及表面态的要求也越来越高。 要得到高质量的半导体器件， 仅仅除去硅片表面的沾污已不再是最终的要求 [1]。在清洗过程中造成的表面化学态、氧化膜厚度、表面粗糙度等已成为同样重要的参数。 目前， 由于清洗不佳引起的器件失效已超过集成电路制造中总损失的一半 [2]。要得到高质量的半导体器件，硅片必须具有非常洁净的表面。超洁净表面是指不存在粒子、金属、 有机物及水分等污染物和自然氧化膜，具有原子级的平整度， 表面是以氢为终端的表面。 表面悬挂键以氢为终端是硅表面稳定化的绝对条件[3,4]。当然，完全洁净的硅片表面是不存在的，但是，超大规模集成电路的发展，要求硅片表面要尽可能地达到完全洁净。以 130和 100nm技术来说 [5]， ITRS(The International Technology Roadmap for Semiconductor)对表面的要求包括了 65和 50nm尺寸的颗粒， 并要求缺陷密度分别达到 0.091cm2和 0.085 cm2。 金属沾污降低到 1*109个原子 /cm2。 要达到此目标，对硅片清洗工艺是一个非常大的挑战。目前，通常应用的清洗方法是湿式化学清洗法 [6]，即利用有机溶剂、碱性溶液、酸性溶液、表面活性剂等化学试剂，配合兆声、超声、加热等物理措施，使有机物、颗粒、金属等沾污脱离硅片表面，然后用大量的去离子水冲洗，获得洁净的硅片表面的清洗方法。1. 硅片清洗硅片表面沾污是指沉积在硅片表面的粒子、金属、 有机物、湿气分子和自然氧化膜的一种或几种 [7]。因为有机物会遮盖部分硅片表面，使氧化层和与之相关的沾污难以去除，清洗的一般思路是首先去除表面的有机沾污 , 然后溶解氧化层（因为氧化层是“沾污陷阱” ，也会引入外延缺陷） , 最后再去除颗粒、金属沾污，同时使表面钝化。清洗硅片的清洗溶液必须具备以下两种功能： （ 1）去除硅片表面的污染物。溶液应具有高氧化能力， 可将金属氧化后溶解于清洗液中， 同时可将有机物氧化为 CO2 和 H2O；（ 2）防止被除去的污染物再向硅片表面吸附。这就要求硅片表面和颗粒之间的 Z 电势具有相同的极性，使二者存在相斥的作用。 在碱性溶液中，硅片表面和多数的微粒子是以负的 Z 电势存在，有利于去除颗粒；在酸性溶液中，硅片表面以负的 Z 电势存在，而多数的微粒子是以正的 Z 电势存在，不利于颗粒的去除。1.1 颗粒的清洗硅片表面的颗粒去除主要用 APM （也称为 SCI）清洗液（ NH4OH+H2O2+H2O）来清洗。在 APM 清洗液中，由于 H2O2 的作用，硅片表面有一层自然氧化膜（ SiO2） ，呈亲水性，硅片表面和粒子之间可用清洗液浸透，硅片表面的自然氧化膜和硅被 NH4OH腐蚀，硅片表面的粒子便落入清洗液中。 粒子的去除率与硅片表面的腐蚀量有关，为去除粒子，必须进行一定量的腐蚀。在清洗液中，由于硅片表面的电位为负，与大部分粒子间都存在排斥力，防止了粒子向硅片表面吸附。由于去除粒子必须对硅片表面进行一定的腐蚀，必然会影响硅片的微粗糙度（ RMS） 。研究表明， SiO2 的腐蚀速度随 NH4OH 浓度的增加而加快； Si 的腐蚀速度随NH4OH 浓度的增加而加快，当到达某一浓度后为一定值。 NH4OH 促进腐蚀，而 H2O2阻碍腐蚀。 一般认为二氧化硅的生成是各向同性的， 而硅被 -OH 腐蚀为各向异性， 易引起 RMS 的恶化 [7,8]。所以若氧化速率大于碱对硅的腐蚀速率，则表面被均匀腐蚀。因此强氧化剂 H2O2 的引入以及合理的 SCI 配比有利于 RMS 的降低。 经研究， SCI 清洗液的最佳配比为 0.05:1:5[9]或 0.25:1:5[10]。1.2 表面金属的清洗硅片表面金属沾污的去除常用的清洗液有：（ 1） HPM(SC-2)清洗： HCl+H 2O2+H2O 或 HCl+H 2O （ 2） DHF： HF+H 2O2+H2O 或 HF+H 2O 硅片表面金属的存在形式是多种多样的，它们可以以原子、氧化物、金属复合物、硅化物等形式存在于自然氧化膜表面、自然氧化膜内部、硅与氧化物的界面或硅内部。金属在溶液中的附着特性与 pH 值、金属诱生氧化物作用、氧化还原电位、负电性、金属致氧化物形成焓以及化学试剂的氧化性等有关。 在 3
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