室净化与硅片清洗.ppt

集成电路工艺原理 仇志军 zjqiu@fudan.edu.cn 邯郸校区物理楼435室 对硅造成表面腐蚀 较难干燥 价格 化学废物的处理 和先进集成工艺的不相容 湿法清洗的问题 湿法清洗造成硅片表面粗糙度增加 表面粗糙度：清洗剂、金属污染对硅表面造成腐蚀，从而造成表面微粗糙化。SC-1中，NH4OH含量高，会对硅造成表面腐蚀和损伤。 降低沟道内载流子的迁移率，对热氧化生长的栅氧化物的质量、击穿电压都有破坏性的影响。 Ra(nm) Mixing ratio of NH4OH(A) in NH4OH+H2O2+H2O solution (A:1:5, A1) 降低微粗糙度的方法： 减少NH4OH的份额 降低清洗温度 减少清洗时间 Surface roughness (nm) Surface roughness (nm) 不同清洗（腐蚀）方法与表面粗糙度 Surface roughness (nm) Surface roughness (nm) Ebd (MV/cm) Ebd (MV/cm) 表面粗糙度降低了击穿场强 干法清洗工艺 气相化学，通常需激活能在低温下加强化学反应。 所需加入的能量，可以来自于等离子体，离子束，短波长辐射和加热，这些能量用以清洁表面，但必须避免对硅片的损伤 HF／H2O气相清洗 紫外一臭氧清洗法（UVOC） H2／Ar等离子清洗 热清洗 INFO130024.02 集成电路工艺原理 第三章 实验室净化及硅片清洗 大纲 （2） 第一章 前言 第二章 晶体生长 第三章 实验室净化及硅片清洗 第四章 光刻 第五章 热氧化 第六章 热扩散 第七章 离子注入 第八章 薄膜淀积 第九章 刻蚀 第十章 后端工艺与集成 第十一章 未来趋势与挑战 Modern IC factories employ a three tiered approach to controlling unwanted impurities（现代IC fabs依赖三道防线来控制沾污） 三道防线: 环境净化（clean room） 硅片清洗（wafer cleaning） 吸杂（gettering） 1、空气净化 From Intel Museum 净化级别：每立方英尺空气中含有尺度大于0.5mm的粒子总数不超过X个。 0.5um 高效过滤 排气除尘 超细玻璃纤维构成的多孔过滤膜：过滤大颗粒，静电吸附小颗粒 泵循环系统 20～22?C 40～46％RH 由于集成电路內各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到灰尘、金属的污染，很容易造成芯片内电路功能的损坏，形成短路或断路，导致集成电路的失效！在现代的VLSI工厂中，75%的产品率下降都来源于硅芯片上的颗粒污染。 例1. 一集成电路厂 产量＝1000片/周×100芯片/片，芯片价格为$50/芯片，如果良率为50％，则正好保本。若要年赢利$10,000,000，良率增加需要为 良率提高3.8%，将带来年利润1千万美元！ 年开支=年产能 为1亿3千万 1000×100×52×$50×50% =$130,000,000 Contaminants may consist of particles, organic films (photoresist), heavy metals or alkali ions. 外来杂质的危害性 例2. MOS阈值电压受碱金属离子的影响 当tox＝10 nm，QM＝6.5×1011 cm-2（?10 ppm)时，DVth＝0.1 V 例3. MOS DRAM的刷新时间对重金属离子含量Nt的要求 ?＝10－15 cm2，vth=107 cm/s 若要求?G＝100 ms，则Nt?1012 cm-3 =0.02 ppb !! 颗粒粘附 所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。 颗粒来源： 空气 人体 设备 化学品 超级净化空气 风淋吹扫、防护服、面罩、手套等，机器手/人 特殊设计及材料 定期清洗 超纯化学品 去离子水 10-80 180-1150 H2SO4 1-2 2-7 HCl 0 0-1 HF 5-20 20-100 H2O2 15-30 130-240 NH4OH 0.5mm 0.2mm 在ULSI级化学试剂中的颗粒浓度（数目/ml） 各种可能落在芯片表面的颗粒 粒子附着的机理：静电力，范德华力，化学键等 去除的机理有四种： 1氧化分解 2溶解 3对硅片表面