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1、30半导体情报第37卷第2期2000年4月硅片清洗原理与方法综述刘传军赵权刘春香杨洪星(电子四十六所,天津300220)摘要对硅片清洗的基本理论、常用工艺方法和技术进行了详细的论述,同时对一些常用的清洗方案进行了浅析,并对硅片清洗的重要性和发展前景作了简单论述。关键词硅片清洗湿法化学清洗中图分类号:TN30512文献标识码:A文章编号:100125507(2000)2230207TheoryandMethodofSiliconWaferCleaningLiuChuanjun,ZhaoQuan,LiuChunxiang,YangHongxing(The46t
2、hInstitute(Electronics),Tianjin300220)AbstractInthispaper,themethodsandmechanismofsiliconwafercleaningarepre2sented.Somecasesusingsilconwafercleaningarediscussed.Theimportanceandten2dencyofsiliconwafercleaningarealsogivenbriefly.KeywordsSiliconwaferCleaningWetchemicalcleaning工序都有硅
3、片清洗的问题,硅片清洗的好坏对1引言器件性能有严重的影响,处理不当,可能使全随着大规模集成电路的发展,集成度的不部硅片报废,做不出管子来,或者制造出来的[1～3]断提高,线宽的不断减小,对硅片的质量要求器件性能低劣,稳定性和可靠性很差。因此也越来越高,特别是对硅抛光片的表面质量要弄清楚硅片清洗的方法和原理,不管是对于从求越来越严。这主要是因为抛光片表面的颗粒事硅片加工的人,还是对于从事半导体器件生和金属杂质沾污会严重影响器件的质量和成品产的人来说都有着重要的意义。率,对于线宽为0135Lm的64兆DRAM器件,正是由于硅片清洗是半导体器件制造中最影响电路的
4、临界颗粒尺寸为0106Lm,抛光片重要最频繁的步骤,而且其效率将直接影响到16的表面金属杂质沾污应全部小于5×10atö器件的成品率、性能和可靠性,所以国内外对2[3～12]cm,抛光片表面大于012Lm的颗粒数应小于清洗工艺的研究一直在不断地进行。现在[1]20个ö片。在目前的集成电路生产中,由于硅人们已研制出了很多种可用于硅片清洗的工艺抛光片表面沾污问题,仍有50%以上的材料被方法和技术,常见的有:湿法化学清洗、超声[2]损失掉。清洗法、兆声清洗法、鼓泡清洗法、擦洗法、高在硅晶体管和集成电路生产中,几乎每道压喷射法、离心喷射法、流体力学法、流体动收稿日
5、期:1999-07-12第37卷第2期2000年4月半导体情报31[10]力学法、干法清洗、微集射束流法、激光束清限,当污染在该容限之下,污染对器件的电洗、冷凝喷雾技术、汽相清洗、非浸润液体喷特性、成品率、可靠性的影响急剧下降。当污射法、硅片在线真空清洗技术、RCA标准清洗、染超过该容限时,影响显著上升,只要污染在等离子体清洗、原位水冲洗法等。这些方法和容限之下,尽管硅片表面并非绝对洁净,仍认技术现已广泛应用于硅片加工和器件制造中的为硅片表面是相对洁净的。如污染在容限之上,硅片清洗。则认为硅片是非洁净的。完好的硅片清洗总是去除沾污在硅片表面2硅片清洗的基本
6、理论的微粒和有害膜层,代之以氧化物的、氮化物为了更有效地利用各种硅片清洗的工艺方的或其它挥发元素(或分子)的连续无害膜层,法和技术手段,以便获得一个非常洁净的硅片即具有原子均质的膜层。硅片表面达到原子均表面和高的清洗效率,我们首先要对硅片清洗质的程度越高,洁净度越高,反之,洁净度越的基本理论有一个全面的理解和掌握。下面对低。硅片的表面状态、表面洁净度、吸附理论、表212吸附理论面沾污杂质的来源与分类等基本理论进行介硅片表面是硅晶体的一个断面,由结晶学绍,并给出硅片清洗的一般程序。可知,这个表面所有的晶格都处于破坏状态,211硅片的表面状态与洁净度问题即有一
7、层或多层硅原子的键被打开,呈现一层理想的硅片表面应该是硅原子有规则排列到几层的悬挂键,又称之为不饱和键。由物化终止所形成的表面,表面内部的硅原子以共价性质可知,非饱和化学键化学活性高,处于不键结合,而表面外部无其它原子,所以外方向稳定状态,极易与周围的分子或原子结合起的价键是未饱和的,存在着可以俘获电子的表来,这就是所谓的“吸附”。被吸附的杂质粒子面态。并不是固定不动的,而是在其平衡位置附近不上述理想表面实际是不存在的,硅片的真停地振动着,其中一些被吸附的杂质粒子由于实表面由于暴露在环境气氛中发生氧化及吸获得较大的动能而脱离硅片表面,重新回到周附,其表面往
8、往有一层很薄的自然氧化层,厚围介质(如空气)中去,这种现象称为“解
