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介紹?
根據(jù)器件的具體類型，硅集成電路的制造需要500-600個(gè)工藝步驟。大多數(shù)步驟都是在將完整的晶片切割成單個(gè)芯片之前，以單元工藝的形式執(zhí)行的。大約30%的步驟是清潔操作，這表明清潔和表面處理的重要性。
硅電路的器件性能、可靠性和產(chǎn)品產(chǎn)量受到晶片或器件表面上化學(xué)污染物和顆粒雜質(zhì)的嚴(yán)重影響。因此，由于半導(dǎo)體表面的極端敏感性和器件特征的納米尺寸，在熱處理如氧化之前、通過(guò)蝕刻形成圖案之后、離子注入之后以及薄膜沉積之前和之后清潔硅晶片的有效技術(shù)是至關(guān)重要的。因此，在硅片中制備超潔凈材料已經(jīng)成為先進(jìn)集成電路制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。
人們可能會(huì)問(wèn)必須消除的雜質(zhì)的性質(zhì)、類型和來(lái)源。晶片表面的污染物以吸附的離子和元素、薄膜、離散粒子、微粒(粒子簇)和吸附氣體的形式存在。表面污染物薄膜和顆粒可分為分子化合物、離子材料和原子種類。分子化合物主要是潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑脂、光刻膠、溶劑殘留物、去離子水中的有機(jī)化合物、指紋或塑料儲(chǔ)存容器中的有機(jī)蒸汽的顆?；虮∧ひ约盁o(wú)機(jī)化合物。離子材料主要包含來(lái)自無(wú)機(jī)化學(xué)物質(zhì)的陽(yáng)離子和陰離子，這些無(wú)機(jī)化學(xué)物質(zhì)可以被物理吸附或化學(xué)鍵合(化學(xué)吸附)，例如鈉離子、氟離子和氯離子。原子或元素種類包括金屬，例如銅和重金屬，它們可以從含氫氟酸(HF)的溶液電化學(xué)鍍?cè)诎雽?dǎo)體表面上，或者它們可以由硅顆粒、灰塵、纖維或來(lái)自設(shè)備的金屬碎片組成。
顆?？赡軄?lái)自設(shè)備、加工化學(xué)品、因素操作員、氣體管道、晶圓處理和薄膜沉積系統(tǒng)的空氣傳播灰塵。用于液體的機(jī)械(移動(dòng))設(shè)備和容器是特別多的來(lái)源，而固體材料、液體、氣體、化學(xué)物質(zhì)和環(huán)境空氣往往造成較少的顆粒污染，但所有這些都會(huì)顯著地導(dǎo)致化學(xué)雜質(zhì)的產(chǎn)生。
晶片清洗和表面處理的目的是從半導(dǎo)體表面去除顆粒和化學(xué)雜質(zhì)，而不會(huì)損壞或有害地改變襯底表面。晶片表面不得受到粗糙度、點(diǎn)蝕或腐蝕影響，從而抵消清洗過(guò)程的結(jié)果。等離子體、干物理、濕化學(xué)、氣相和超臨界流體方法可用于實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。然而，在形成金屬導(dǎo)線之前，最廣泛使用的和傳統(tǒng)的晶片清洗和表面處理方法是基于通常使用過(guò)氧化氫混合物的水化學(xué)工藝。過(guò)去25年來(lái)，這種方法取得了成功。 這種類型最著名的系統(tǒng)被稱為“RCA清洗過(guò)程”，這將在本文中描述。它用于在加工的初始階段清洗硅片。這些晶片的特征僅在于具有或不具有二氧化硅和氮化硅層或圖案的單晶硅或多晶硅，沒(méi)有暴露的金屬區(qū)域。含水溶液的反應(yīng)性化學(xué)物質(zhì)可用于清潔和調(diào)節(jié)這些耐腐蝕材料。早期清潔通常在柵極氧化物沉積和高溫處理(例如熱氧化和擴(kuò)散)之前進(jìn)行。在這些工藝步驟之前消除污染物對(duì)于防止雜質(zhì)擴(kuò)散到襯底材料中尤其重要。
在“生產(chǎn)線后端”(BEOL)清洗晶片(稍后在處理過(guò)程中進(jìn)行)的限制要大得多，因?yàn)榻饘賲^(qū)域可能會(huì)暴露出來(lái)，例如銅、鋁或鎢金屬化，可能還會(huì)結(jié)合低密度或多孔低介電常數(shù)介質(zhì)膜。基于等離子輔助化學(xué)、化學(xué)氣相反應(yīng)和低溫氣溶膠技術(shù)的干洗方法可用于去除有機(jī)殘留物和顆粒污染物。也可以使用水/有機(jī)溶劑混合物和其他不會(huì)侵蝕暴露的敏感材料的創(chuàng)新方法。
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RCA清潔流程的討論將包括以下處理順序:
1)初步凈化
2)RCA清潔
3)標(biāo)準(zhǔn)清潔- 1 (SC-1)
4)標(biāo)準(zhǔn)清潔- 2 (SC-2)
5)對(duì)SC-1/SC-2的修改
6)高頻-最后
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初步凈化
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圖案化后包括光致抗蝕劑掩模在內(nèi)的總雜質(zhì)的去除可以通過(guò)干法或液相法來(lái)完成。通常使用氧基等離子體的反應(yīng)等離子體輔助清洗是最廣泛使用的干法，這種方法已經(jīng)在集成電路制造中常規(guī)使用多年。幾種類型的等離子體源可商購(gòu)獲得。離子引起的對(duì)襯底器件晶片的損壞一直是一個(gè)問(wèn)題，但可以在一定程度上得到控制。
液相處理通常用于完成等離子體灰化步驟，或者可以用來(lái)完全代替它。它基于將晶片浸入98% H2SO4和30% H2O2的混合物中.在100-130℃的溫度下使用2∶1至4∶1的體積比10-15分鐘。有機(jī)物通過(guò)濕化學(xué)氧化被破壞和消除，但無(wú)機(jī)污染物如金屬不會(huì)被解吸。清潔步驟后的硅表面被硫酸中的硫殘留物嚴(yán)重污染。這些“硫酸-過(guò)氧化物混合物”(SPM)，也被稱為“食人魚蝕刻”(因?yàn)樗鼈冐澙返厍宄袡C(jī)物的能力)，在工廠里處理是危險(xiǎn)的；需要護(hù)目鏡、面罩和塑料手套來(lái)保護(hù)操作人員。需要用去離子水劇烈沖洗，以完全去除粘性液體。最后，在水沖洗步驟之后，有利的是通過(guò)將晶片浸入稀氫氟酸HFH2O(1∶50)中15秒，然后用阿迪水沖洗，剝離裸硅上的含雜質(zhì)形成的氧化膜。可以通過(guò)向SPM中添加微量的HF來(lái)進(jìn)行改性，從而產(chǎn)生排斥性、更好的除硫、更短的漂洗時(shí)間和改善的顆粒消除。
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