半导体清洗标准.pdf

半导体清洗标准

一、引言

上世纪50年代以后，随着离子注入、扩散、外延生长和光刻四种

基本工艺的发明，半导体工艺逐渐发展起来。芯片被颗粒和金属

污染，容易导致短路或开路等失效，因此除了在整个生产过程中

避免外部污染外，在制造过程中（如高温扩散和离子注入等）都

需要湿法或干法清洗。这些清洗工作涉及使用化学溶液或气体去

除残留在晶圆上的颗粒物、金属离子和有机杂质，同时保持晶圆

表面洁净和良好的电性能。

二、污染物的分类

IC的制造过程中需要使用一些有机和无机化合物。制造过程一直

在洁净室进行，但存在人为干预，因此会导致晶圆的各种环境污

染。污染物根据其存在形式分为四类：颗粒物、有机物、金属污

染物和氧化物。

2.1颗粒物

聚合物、光刻胶和刻蚀杂质构成了大部分颗粒物。通常，颗粒粘

附在硅表面，影响后续工艺的几何特征和电性能的发展。虽然颗

粒与表面之间的附着力是多种多样的，但以范德华力为主，因此

去除颗粒的主要方法是用物理或化学方式将颗粒底切（undercut）

来逐渐去除。由于颗粒与硅表面的接触面积减少，最终被去除。

2.2有机物

人体皮肤油脂、洁净室空气、机械油、有机硅真空油脂、光刻胶、

清洗溶剂和其它有机污染物都可以在IC工艺中找到。每种污染物

以不同的方式影响工艺，但主要是通过产生有机层来阻止清洗溶

液到达晶圆表面。因此，去除有机物通常是清洗的第一步。

2.3金属污染物

在IC制工艺中，金属互连材料用于连接独立器件。光刻和刻蚀用

于在绝缘层上创建接触窗口，然后使用蒸发、溅射或化学气相沉

积（CVD）来构建金属互连。为了构建互连，首先需要刻蚀Al-Si、

Cu等薄膜，然后对沉积的介电层进行化学机械抛光（CMP）。该工

艺有可能在构建金属互连时产生各种金属污染。为了去除金属污

染，必须采取适当的清洗步骤。

2.4氧化物

在含氧气和水的环境中，硅原子很容易被氧化形成氧化层，称为

天然氧化层。由于过氧化氢具有很强的氧化能力，用APM和HPM

溶液清洗后，会在硅表面形成化学氧化层。一旦晶圆被清洗，表

面氧化物必须被清除，以保证栅极氧化物的质量。CVD在工艺中产

生的氧化物，如氮化硅和氧化硅也应在清洗中被选择性去除。

三、清洗方法分类

3.1湿法清洗

湿法清洗使用液体化学品和去离子水通过氧化、腐蚀和溶解硅表

面污染物、有机碎屑和金属离子污染。通常采用RCA清洗、稀释

化学品清洗、IMEC清洗和单晶圆清洗方法。

3.1.1RCA清洗

起初人们没有固定或系统的清洗方法。用于晶圆清洗的RCA工艺

是由美国无线电公司于1965年发明的，并用于元器件的制造。这

一清洗方法从此成为许多清洗工艺的基础，如今大多数制造商的

清洗工艺都源自RCA清洗。

为了在不损害晶圆表面特性的情况下喷涂、清洗、氧化、刻蚀和

溶解晶圆表面污染物、有机物和金属离子污染，RCA清洗使用溶剂、

酸、表面活性剂和水。每次使用化学品后，都需要用去离子水彻

底冲洗。下面列出了一些最常用清洗液的用途。

APM（NHOH/HO/HOat75~80℃）是一种由氢氧化铵、过氧化氢

4222

和去离子水组成的混合溶液。APM配方为NHOH:HO:HO=1:1:5。

4222

通过氧化和微刻蚀去除表面颗粒；还可以去除轻度有机物污染和

部分金属污染。另外表面粗糙度与硅氧化和刻蚀同步发展。

HPM（HCl/HO/HOat75~80℃）是一种由盐酸、过氧化氢和去离

222

子水组成的混合溶液。HPM配方为HO:HO=1:1:6。HCl能够溶解

222

碱金属离子和铝、铁、镁的氢氧化物，此外HCl中的氯离子与残

留的金属离子发生络合反应形成络合物，硅中金属污染物被去除。

SPM（HSO/HOat100~130℃）是一种由硫酸和过氧化氢组成的

2422

混合溶液。SPM配方为HSO:HO=4:1。这