湿法工艺
一、无机清洗台工艺
湿法清洗
硅片清洗是半导体器件制造中最重要最频繁的步骤,其效率将直接影响到器件的成品率、性能和可靠性。湿法清洗是指利用各种化学试剂或伴以超声、加热等措施使吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污被脱附(解吸),然后用大量高纯去离子水冲洗,从而获得洁净表面的过程。根据硅片清洗目的和要求选择适当的试剂和洗液是湿法化学清洗的首要步骤。
1.常用试剂的性质和作用
无机试剂 |
性质 |
用途举例 |
氢氟酸(HF) |
弱酸性、强腐蚀性 |
刻蚀二氧化硅和清洗石英器皿 |
盐酸(HCl) |
强酸性,强腐蚀性,易挥发 |
湿法清洗化学品,去除硅中的重金属元素 |
硫酸(H2SO4) |
强氧化、强酸性、吸水脱水性、强腐蚀性、高沸点难挥发 |
清洗硅片 |
氢氟酸和氟化铵溶液(BOE) |
弱酸性、强腐蚀性 |
刻蚀二氧化硅膜 |
磷酸(H3PO4) |
刻蚀氮化硅(Si3N4) |
|
硝酸(HNO3) |
易挥发、强氧化性、强腐蚀性、强酸性 |
刻蚀磷硅酸盐玻璃(PSG). |
王水(浓硝酸:浓盐酸=1:3) |
易挥发、强氧化性、强腐蚀性、强酸性 |
可溶解几乎所以金属 |
氢氧化钠(NaOH) |
强碱性,强腐蚀性 |
湿法刻蚀 |
氢氧化钾(KOH) |
强碱性,强腐蚀性 |
正性光刻胶显影剂,硅的各项异性刻蚀 |
氢氧化四甲基铵(TMAH) |
强碱性,强腐蚀性 |
正性光刻胶显影剂 |
双氧水(H2O2) |
强氧化性 |
清除杂质 |
3.硅片的无机清洗
溶液 |
温度 |
目的 |
3H2SO4:H2O2 |
120℃-140℃ |
去除有机物 |
NH4:H2O2:5H2O |
75℃ |
去除颗粒 |
HCl:H2O2:7H2O |
75℃ |
去除金属杂质 |
BHF(HF:10 H2O) 或BOE(1 HF: 5 NH4HF: 5 H2O) |
常温 |
去除硅片自然氧化层 |
4.常用湿法刻蚀工艺
与干法刻蚀相比,湿法刻蚀适应性强,适用范围广,表面均匀性好、对硅片损伤少,但图形刻蚀保真效果不理想,刻蚀图形的最小线宽难以掌控。
溶液 |
温度 |
刻蚀材料 |
铬刻蚀液体 |
常温 |
铬 |
98%H3PO4 |
160℃ |
PECVD 沉积Si3N4 |
BHF |
常温 |
PECVD 沉积Si3N4或SiO2;热氧化SiO2:金属 |
BOE |
常温 |
PECVD 沉积SiO2;热氧化SiO2 |
64 HNO3: 3 NH4F: 33 H2O |
常温 |
Si;金属 |
HNO3: HF : H2O (各向同性) |
常温 |
Si |
49% KOH:H2O (各向异性) |
常温 |
Si |
二、有机清洗台工艺
光刻工艺之后去胶清洗的工艺
溶液 |
温度 |
溶解光刻胶性能 |
丙酮 |
常温 |
最强 |
异丙醇(IPA) |
常温 |
较强 |
无水乙醇 |
常温 |
较弱 |
三、超声清洗台
超声清洗台主要放置超声清洗机,清洗过程中由超声波发生器发出地高频振荡信号,通过换能器转换成高频机械振荡而传播清洗剂中,超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射,液体流动在超声波纵向传播地负压区形成、生长而产生数以万计地直径为50-500μm的微小气泡,在正压区,当声压达到一定值时,气泡迅速增大,然后突然闭合,产生冲击波。在其周围产生上千大气压,使不溶性污物分散于清洗液中,当粒子被油污裹着而黏附在清洗件表面时,油被乳化,固体粒子脱离,从而达到清洗件净化地目地。
四、HF清洗台
为保证平台使用安全,氢氟酸气相腐蚀机单独放置在HF清洗台,其采用静电吸附的反正兼容6寸及以下的碎片,气相腐蚀机将50% HF有机溶液(刻蚀液)转化为气态形式对样品进行刻蚀。
五、RCA清洗机
RCA清洗机依靠溶剂、酸、表面活性剂和水,在不破坏晶圆表面特征的情况下通过喷射、净化、氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。以下是常用清洗液及作用。
(1)氨水/双氧水/去离子水混合物(APM; at 65~80℃). APM通常称为SC1清洗液,其配方为:NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5~1:2:7,以氧化和微蚀刻去除表面颗粒;也可去除轻微有机污染物及部分金属化污染物。硅片表面有一层自然氧化膜(SiO2),呈亲水性,硅片表面SiO2和Si可被NH4OH清洗液浸透腐蚀,因此附着在硅片表面的颗粒便落入清洗液中,从而达到去除粒子的目的,H2O2又在氧化硅片表面形成新的氧化膜
APM清洗附加兆声能量后,可减少化学品及DI 水的消耗量,缩短晶片在清洗液中的浸蚀时间,减轻湿法清洗的各向同性对积体电路特征的影响,增加清洗液使用寿命,平台CMP的后清洗设备主要采用SC1清洗液。
(2)硫酸/过氧化氢混合物(SPM at 100~130℃)。SPM通常称为SC3清洗液,硫酸与双氧水的体积比是3:1,具有很高的氧化能力,可将金属氧化后溶于清洗液中,硫酸可以使有机物脱水而碳化,而双氧水可将碳化产物氧化成CO2和H2O,从而去除有机沾染物。
(3)盐酸/双氧水/去离子水混合物(HPMat 65~80℃). HPM通常称为SC2清洗液,其配方为:HCI: H2O2:H2O=1:1:6~1:2:8,可溶解碱金属离子和铝、铁及镁之氢氧化物,盐酸中氯离子与残留金属离子发生络合反应形成易溶于水溶液的络合物,可从硅的底层去除金属污染物。
(4)氢氟酸或稀释氢氟酸 (HF or DHF at 20~25℃)蚀刻。其配方为:HF:H2O=1:20或1:50,主要去除硅氧化物,减少表面金属同时抑制氧化层的形成。稀释氢氟酸水溶液被用以去除原生氧化层及SC1和SC2溶液清洗后双氧水在晶圆表面上氧化生成的一层化学氧化层,
(5)超纯水(UPW)通常叫作DI水,UPW采用臭氧化的水稀释残留化学品以及化学清洗后晶片的冲洗液,在每次使用化学试剂后都要在超纯水中彻底清洗。
