半导体硅片清洗课时
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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: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HF+H2O2清洗液中清洗、硅片表面的Cu浓度用DHF液洗为1014 原子/cm2,用HF+H2O2洗后为1010 原子/cm2。
即说明用HF+H2O2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HF+H2O2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。
d. 去除金属杂质的原理:①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。
②实验结果: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(E0=0.000V)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。
硅片清洗技术详解硅片清洗主要内容讲解1、清洗的基本概念和目的。
硅片加工的目的是为器件生产制作一个清洁完美符合要求的使用表面,所谓清洗,就是清洗硅片的表面,去除附着在硅片上的污染物。
2、硅片清洗室的管理与维护;(1)人员流动的管理和清洁室的作业人数。
(2)清洗室内物品器具的管理。
(3)清洗室内其它影响清洗质量因素的管理维护。
如;空气过滤系统、防静电处理、温度与湿度系统等!3、硅片表面沾污的类型;(!)有机杂质沾污;如;胶黏剂、石蜡、油脂等。
(2)颗粒类型杂质沾污;一般来自加工中磨料和环境中的尘粒。
(3)金属杂质沾污;由生产加工的设备引起的金属杂质沾污。
4、硅片清洗处理方法分类;硅片清洗处理方法分为湿法清洗和干法清洗两大类。
而湿法清洗又分为化学清洗和物理清洗两种方法。
化学清洗——利用各种化学试剂对各种杂质的腐蚀、溶解、氧化及络合等作用去除硅片表面的沾污。
物理清洗——硅片的物理清洗法主要指的是利用超声波和兆声波清洗方法。
5、化学清洗的各种试剂的性质应用和分级;(1)有机溶剂清洗;有机溶剂能去除硅片表面的有机杂质沾污。
主要溶液有;甲苯、丙酮、乙醇等。
根据其性质须在使用甲苯、丙酮后在使用乙醇进行处理,最后在用水冲洗。
(2)无机酸及氧化还原清洗;无机酸试剂主要为;盐酸(HCI)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、氢氟酸(HF)以及过氧化氢(H2O2)—双氧水。
其中过氧化氢主要用于氧化还原清洗。
其它试剂按其本省性质进行应用清洗。
硅片金属清洗主要是利用了它们的强酸性、强腐蚀性、强氧化性的特性从而达到去除表面金属沾污的目的。
(3)化学清洗的分级主要分为优级纯、分析纯和化学纯三个级别。
视清洗的种类和场合进行合理选择。
通常硅片切割片和研磨片的清洗可以使用分析纯试剂,抛光片须用优级纯试剂。
具体试剂分类有国家规定标准。
6、超声波清洗原理、结构和应用要素;原理—提供高频率的震荡波在溶剂中产生气泡和空化效应,利用液体中气泡破裂所产生的冲击来波达到清洗目地。
半导体工艺-晶圆清洗(精)晶圆清洗摘要:介绍了半导体IC制程中存在的各种污染物类型及其对IC制程的影响和各种污染物的去除方法, 并对湿法和干法清洗的特点及去除效果进行了分析比较。
关键词:湿法清洗;RCA清洗;稀释化学法;IMEC清洗法;单晶片清洗;干法清洗中图分类号:TN305.97 文献标识码:B 文章编号:1003-353X(2003)09-0044-041前言半导体IC制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺(离子注入、扩散、外延生长及光刻)为基础逐渐发展起来,由于集成电路内各元件及连线相当微细,因此制造过程中,如果遭到尘粒、金属的污染,很容易造成晶片内电路功能的损坏,形成短路或断路等,导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。
因此在制作过程中除了要排除外界的污染源外,集成电路制造步骤如高温扩散、离子植入前等均需要进行湿法清洗或干法清洗工作。
干、湿法清洗工作是在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下,有效地使用化学溶液或气体清除残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质。
2污染物杂质的分类IC制程中需要一些有机物和无机物参与完成,另外,制作过程总是在人的参与下在净化室中进行,这样就不可避免的产生各种环境对硅片污染的情况发生。
根据污染物发生的情况,大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。
2.1 颗粒颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。
通常颗粒粘附在硅表面,影响下一工序几何特征的形成及电特性。
根据颗粒与表面的粘附情况分析,其粘附力虽然表现出多样化,但主要是范德瓦尔斯吸引力,所以对颗粒的去除方法主要以物理或化学的方法对颗粒进行底切,逐渐减小颗粒与硅表面的接触面积,最终将其去除。
2.2 有机物有机物杂质在IC制程中以多种形式存在,如人的皮肤油脂、净化室空气、机械油、硅树脂真空脂、光致抗蚀剂、清洗溶剂等。
每种污染物对IC 制程都有不同程度的影响,通常在晶片表面形成有机物薄膜阻止清洗液到达晶片表面。
半导体工艺化学实验报告实验名称:硅片的清洗实验目的:1.熟悉清洗设备2.掌握清洗流程以及清洗前预准备实验设备:1.半导体兆声清洗机(SFQ-1006T)2.SC-1;SC-2实验背景及原理:清洗的目的在于清除表面污染杂质,包括有机物和无机物。
这些杂质有的以原子状态或离子状态,有的以薄膜形式或颗粒形式存在于硅片表面。
有机污染包括光刻胶、有机溶剂残留物、合成蜡和人接触器件、工具、器皿带来的油脂或纤维。
无机污染包括重金属金、铜、铁、铬等,严重影响少数载流子寿命和表面电导;碱金属如钠等,引起严重漏电;颗粒污染包括硅渣、尘埃、细菌、微生物、有机胶体纤维等,会导致各种缺陷。
清除污染的方法有物理清洗和化学清洗两种。
我们这里所用的的是化学清洗。
清洗对于微米及深亚微米超大规模集成电路的良率有着极大的影响。
SC-1及SC-2对于清除颗粒及金属颗粒有着显著的作用。
实验步骤:1.清洗前准备工作:仪器准备:①烧杯的清洗、干燥②清洗机的预准备:开总闸门、开空气压缩机;开旋转总电源(清洗设备照明自动开启);将急停按钮旋转拉出,按下旁边电源键;缓慢开启超纯水开关,角度小于45o;根据需要给1#、2#槽加热,正式试验前提前一小时加热,加热上限为200o。
本次实验中选用了80℃为反应温度。
③SC-1及SC-2的配置:我们配制体积比例是1:2:5,所以选取溶液体积为160ml,对SC-1 NH4OH:H2O2:H2O=20:40:100ml,对SC-2 HCl:H2O2:H2O=20:40:100ml。
2.清洗实际步骤:①1#号槽中放入装入1号液的烧杯,待温度与槽中一样后,放入硅片,加热10min,然后超纯水清洗。
②2#号槽中放入装入2号液的烧杯,待温度与槽中一样后,放入硅片,加热10min,然后超纯水清洗。
③兆声清洗10分钟,去除颗粒④利用相似相溶原理,使用乙醇去除有机物,然后超纯水清洗并吹干。
实验结果:利用显微镜观察清洗前后硅片图像表面清洗前硅片照片清洗后的硅片照片实验总结:清洗过后明显地发现硅片表面不像原来那样油腻,小颗粒明显减少。
半导体硅的清洗总结(标出重点了)硅片的化学清洗总结硅片清洗的一般原则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 传统的RCA清洗法1.1 主要清洗液1.1.1 SPM(三号液)(H2SO4∶H2O2∶H2O)在120~150℃清洗10min左右,SPM具有很高的氧化能力,可将金属氧化后溶于清洗液中,并能把有机物氧化生成CO2和H2O。
用SPM清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金属,但是当有机物沾污特别严重时会使有机物碳化而难以去除。
经SPM清洗后,硅片表面会残留有硫化物,这些硫化物很难用去粒子水冲洗掉。
由Ohnishi提出的SPFM(H2SO4/H2O2/HF)溶液,可使表面的硫化物转化为氟化物而有效地冲洗掉。
由于臭氧的氧化性比H2O2的氧化性强,可用臭氧来取代H2O2(H2SO4/O3/H2O称为SOM 溶液),以降低H2SO4的用量和反应温度。
H2SO4(98%):H2O2(30%)=4:11.1.2 DHF(HF(H2O2)∶H2O)在20~25℃清洗30s 腐蚀表面氧化层,去除金属沾污,DHF清洗可去除表面氧化层,使其上附着的金属连同氧化层一起落入清洗液中,可以很容易地去除硅片表面的Al,Fe,Zn,Ni 等金属,但不能充分地去除Cu。
HF:H2O2=1:50。
1.1.3 APM(SC-1)(一号液)(NH4OH∶H2O2∶H2O)在65~80℃清洗约10min 主要去除粒子、部分有机物及部分金属。
半导体硅片RCA清洗技术RCA清洗法:RCA清洗技术具体工艺RCA清洗法:自从20世纪70年代RCA清洗法问世之后,几十年来被世界各国广泛采用。
它的基本步骤最初只包括碱性氧化和酸性氧化两步,但目前使用的RCA清洗大多包括四步,即先用含硫酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化清洗,再用含胺的弱碱性过氧化氢进行碱性氧化清洗,接着用稀的氢氟酸溶液进行清洗,最后用含盐酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化清洗,在每次清洗中间都要用超纯水(DI水)进行漂洗,最后再用低沸点有机溶剂进行干燥。
RCA清洗技术具体工艺大致如下:第一步,使用的试剂为SPM(是Surfuric/Peroxide Mix的简称),SPM试剂又称为SC-3试剂(是Standard Clean-3的简称)。
SC-3试剂是由H2SO4-H2O2-H2O组成(其中H2SO4与H2O2的体积比为1:3),用SC-3试剂在100~130℃温度下对硅片进行清洗是用于去除有机物的典型工艺。
第二步,使用的试剂为APM(是Ammonia/Peroxide Mix和简称),APM试剂又称SC-1试剂(是Standard Clean-1的简称)。
SC-1试剂是由NH4OH -H2O2-H2O组成,三者的比例为(1:1:5)~(1:2:7),清洗时的温度为65~80℃;SC-1试剂清洗的主要作用是碱性氧化,去除硅片上的颗粒,并可氧化及去除表面少量的有机物和Au、Ag、Cu、Ni、Cd、Zn、Ca、Cr等金属原子污染;温度控制在80℃以下是为减少因氨和过氧化氢挥发造成的损失。
第三步,通常称为DHF工艺是采用氢氟酸(HF)或稀氢氟酸(DHF)清洗,HF:H2O的体积比为1:(2~10),处理温度在20~25℃。
是利用氢氟酸能够溶解二氧化硅的特性,把在上步清洗过程中生成的硅片表面氧化层去除,同时将吸附在氧化层上的微粒及金属去除。
还有在去除氧化层的同时在硅晶圆表面形成硅氢键而使硅表面呈疏水性的作用(氢氟酸原液的浓度是49%)。
半导体硅片的化学清洗技术一. 硅片的化学清洗工艺原理硅片经过不同工序加工后,其表面已受到严重沾污,一般讲硅片表面沾污大致可分在三类:A. 有机杂质沾污:可通过有机试剂的溶解作用,结合超声波清洗技术来去除。
B. 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:a. 一类是沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。
b. 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,一般可按下述方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。
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。
自1970年美国RCA实验室提出的浸泡式RCA化学清洗工艺得到了广泛应用,1978年RCA实验室又推出兆声清洗工艺,近几年来以RCA清洗理论为基础的各种清洗技术不断被开发出来,例如:⑴美国FSI公司推出离心喷淋式化学清洗技术。
⑵美国原CFM公司推出的Full-Flow systems封闭式溢流型清洗技术。
⑶美国VERTEQ公司推出的介于浸泡与封闭式之间的化学清洗技术(例Goldfinger Mach2清洗系统)。
⑷美国SSEC公司的双面檫洗技术(例M3304 DSS清洗系统)。
⑸日本提出无药液的电介离子水清洗技术(用电介超纯离子水清洗)使抛光片表面洁净技术达到了新的水平。
⑹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。
硅片湿法清洗方法硅片湿法清洗是半导体制造过程中非常重要的一步,它能够有效去除硅片表面的杂质和污染物,提高硅片的品质和可靠性。
本文将介绍硅片湿法清洗的方法和步骤。
一、清洗剂的选择硅片湿法清洗的第一步是选择合适的清洗剂。
常用的清洗剂有氢氧化钠(NaOH)、氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、去离子水等。
这些清洗剂都具有一定的腐蚀性,使用时需要注意安全操作,并且根据需要选择合适的浓度和配比。
二、清洗设备的准备进行硅片湿法清洗时,需要准备清洗设备。
一般而言,清洗设备包括清洗槽、超声波清洗机、烘干器等。
清洗槽用于浸泡硅片,超声波清洗机可以加速清洗过程,烘干器用于去除水分。
清洗设备的选择和使用需要根据清洗的具体要求和硅片的尺寸来确定。
三、清洗步骤硅片湿法清洗的步骤一般包括预清洗、主清洗、去离子水漂洗和烘干。
1. 预清洗:将硅片放入清洗槽中,使用去离子水浸泡一段时间,去除表面的大颗粒杂质和污染物。
2. 主清洗:将预清洗后的硅片放入超声波清洗机中,加入适量的清洗剂,开启超声波清洗功能,进行清洗。
超声波的震动可以有效去除硅片表面的细微污染物。
3. 去离子水漂洗:将主清洗后的硅片放入清洗槽中,使用去离子水进行漂洗。
去离子水可以去除清洗剂残留和硅片表面的离子杂质。
4. 烘干:将去离子水漂洗后的硅片放入烘干器中,使用适当的温度加热,将水分蒸发掉,使硅片完全干燥。
四、注意事项在进行硅片湿法清洗时,需要注意以下几点:1. 安全操作:清洗剂具有一定的腐蚀性,使用时需要佩戴防护手套、护目镜等个人防护装备,避免直接接触清洗剂。
2. 清洗时间:清洗时间过长可能会导致硅片表面的腐蚀,清洗时间过短则无法充分去除污染物。
因此,需要根据具体情况控制清洗时间。
3. 清洗剂浓度:清洗剂浓度过高可能会导致硅片表面的腐蚀,浓度过低则无法有效清洗。
因此,需要根据清洗要求选择合适的清洗剂浓度。
4. 烘干温度:烘干温度过高可能会导致硅片表面的热应力,烘干温度过低则无法充分去除水分。
半导体工艺晶圆清洗(精)培训课件半导体工艺-晶圆清洗(精)晶圆清洗摘要:介绍了半导体IC制程中存在的各种污染物类型及其对IC制程的影响和各种污染物的去除方法, 并对湿法和干法清洗的特点及去除效果进行了分析比较。
关键词:湿法清洗;RCA清洗;稀释化学法;IMEC清洗法;单晶片清洗;干法清洗中图分类号:TN305.97 文献标识码:B 文章编号:1003-353X(2003)09-0044-041前言半导体IC制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺(离子注入、扩散、外延生长及光刻)为基础逐渐发展起来,由于集成电路内各元件及连线相当微细,因此制造过程中,如果遭到尘粒、金属的污染,很容易造成晶片内电路功能的损坏,形成短路或断路等,导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。
因此在制作过程中除了要排除外界的污染源外,集成电路制造步骤如高温扩散、离子植入前等均需要进行湿法清洗或干法清洗工作。
干、湿法清洗工作是在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下,有效地使用化学溶液或气体清除残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质。
2污染物杂质的分类IC制程中需要一些有机物和无机物参与完成,另外,制作过程总是在人的参与下在净化室中进行,这样就不可避免的产生各种环境对硅片污染的情况发生。
根据污染物发生的情况,大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。
2.1 颗粒颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。
通常颗粒粘附在硅表面,影响下一工序几何特征的形成及电特性。
根据颗粒与表面的粘附情况分析,其粘附力虽然表现出多样化,但主要是范德瓦尔斯吸引力,所以对颗粒的去除方法主要以物理或化学的方法对颗粒进行底切,逐渐减小颗粒与硅表面的接触面积,最终将其去除。
2.2 有机物有机物杂质在IC制程中以多种形式存在,如人的皮肤油脂、净化室空气、机械油、硅树脂真空脂、光致抗蚀剂、清洗溶剂等。
每种污染物对IC 制程都有不同程度的影响,通常在晶片表面形成有机物薄膜阻止清洗液到达晶片表面。