半导体行业(二百五十三)之污染控制(十三)

文摘   2024-04-21 21:43   北京  

液体化学清洗工艺通常被称为湿法工艺或湿法清洗。浸泡清洗发生在玻璃、石英或聚丙烯罐中,这些罐子安装在清洗站的甲板上。如果需要加热溶液,罐子可能放在热板上,用加热元件包裹,或者内部有一个浸入式加热器。化学品也可以通过喷洒应用,无论是使用直接冲击还是离心工具。


一般化学清洗

硫酸是一种常见的通用清洗溶液,通常加入氧化剂。它也是通用的光刻胶剥离剂。硫酸在90至125°C的温度范围内是一种有效的清洁剂。在这些温度下,它可以去除表面的大多数无机残留物和颗粒物。硫酸中加入氧化剂以去除碳残留物。化学反应将碳转化为二氧化碳,通过以下反应离开槽液:

C+O2--CO2(gas)

通常使用的氧化剂是过氧化氢(H2O2)或臭氧(O3)。臭氧也直接用于去离子水中进行清洗和剥离。


硫酸与过氧化氢

硫酸与过氧化氢是一种常用的清洁剂,用于在加工的各个阶段清洗晶圆,特别是在管过程之前。它也用作图案操作中的光刻胶剥离剂。在行业内,这种溶液被称为Carro's酸和piranha蚀刻。后者证明了该溶液的攻击性和有效性。


手动方法是向室温硫酸中加入约30%体积的过氧化氢。在这个比例下,会发生放热反应,迅速将槽液的温度提高到110至130°C的范围。随着时间的推移,反应减慢,槽液的温度低于有效范围。此时,可以向槽液中加入额外的过氧化氢或丢弃。重新添加槽液最终会导致清洁速率降低,因为过氧化氢转化为水,稀释了硫酸。


在自动化系统中,硫酸被加热到有效的清洁温度范围,每批晶圆清洗前加入少量(50至100毫升)的过氧化氢。这种方法保持槽液在适当的温度,而过氧化氢产生的水从溶液中蒸发出来。

使用加热的硫酸出于经济和工艺控制原因更为受欢迎。它也更容易自动化这两种化学品的混合方法。


氧化物层去除

之前已经提到了硅的氧化容易性。氧化可以在空气中发生,或者在加热的化学清洗浴中存在氧气的情况下发生。通常,尽管在浴中生长的氧化物很薄(100至200埃),但它足以阻挡硅表面在其他工艺操作中正确反应。这层薄薄的表面氧化物可以作为绝缘体,阻止硅表面和导电金属层之间形成良好的电接触。

在许多过程中,去除这些薄氧化物是必需的。具有氧化物的硅表面称为亲水性的。而无氧化物的表面则被称为疏水性的。氢氟酸(HF)是首选用于去除氧化物的酸。在初始氧化之前,当表面仅为硅时,晶圆在全浓度的HF(49%)浴中清洗。HF蚀刻掉氧化物,但不蚀刻硅。

在处理过程的后期,当表面覆盖有之前生长的氧化物时,用HF水溶液蚀刻掉图案孔中的薄氧化物。这些溶液的强度从100:1到10:7(H2O对HF)不等。选择溶液的强度取决于晶圆上已有的氧化物量,因为水和HF溶液会同时蚀刻孔内硅表面上的氧化物和覆盖其余表面的氧化物。选择溶液的强度以确保在不过度减薄其他氧化物层的同时,去除孔中的氧化物。典型的稀释比例为1:50至1:100。

管理硅表面的化学反应对于清洁过程是一个持续的挑战。通常,MOS晶体管的预栅极清洁使用稀HF作为最后一个化学步骤。它被称为HF-last。HF-last表面是疏水性的,且具有低金属污染的钝化效果。然而,疏水性表面难以干燥,经常会留下水痕。另一个问题是增加的颗粒粘附性和铜在表面的析出。

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