实验室的净化与清洗课件.ppt

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1、集成电路工艺原理1内容第一章前言第二章晶体生长第三章实验室净化及硅片清洗第四章光刻第五章热氧化第六章热扩散第七章离子注入第八章薄膜淀积第九章刻蚀第十章工艺集成2三道防线:环境净化（cleanroom）硅片清洗（wafercleaning）吸杂（gettering）31、空气净化FromIntelMuseum456由于集成电路內各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到灰尘、金属的污染，很容易造成芯片内电路功能的损坏，形成短路或断路，导致集成电路的失效！在现代的VLSI工厂中，75%的产品率下降都来源于硅芯片上的颗粒污染。例1.一集成电路厂产量＝1000片/周×100芯片/片，

2、芯片价格为$50/芯片，如果产率为50％，则正好保本。若要年赢利$10,000,000，产率增加需要为产率提高3.8%，将带来年利润1千万美元！年开支=年产能为1亿3千万1000×100×52×$50×50%=$130,000,0007颗粒粘附所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。颗粒来源：空气人体设备化学品超级净化空气风淋吹扫、防护服、面罩、手套等，机器手/人特殊设计及材料定期清洗超纯化学品去离子水8各种可能落在芯片表面的颗粒9金属的玷污来源：化学试剂，离子注入、反应离子刻蚀等工艺量级：1010原子/cm2影响：在界面形成缺陷，影响器件性能，成品率下降增加p-n结的漏电流，减少少数

3、载流子的寿命Fe,Cu,Ni,Cr,W,Ti…Na,K,Li…10不同工艺过程引入的金属污染干法刻蚀离子注入去胶水汽氧化910111213Log(concentration/cm2)FeNiCu11金属杂质沉淀到硅表面的机理通过金属离子和硅表面终端的氢原子之间的电荷交换，和硅结合。（难以去除）氧化时发生：硅在氧化时，杂质会进入去除方法：使金属原子氧化变成可溶性离子MMz++ze-去除溶液：SC-1,SC-2（H2O2：强氧化剂）还原氧化12有机物的玷污来源：环境中的有机蒸汽存储容器光刻胶的残留物去除方法：强氧化－臭氧干法－Piranha：H2SO4-H2O2－臭氧注入纯水13自然

4、氧化层（NativeOxide）在空气、水中迅速生长带来的问题：接触电阻增大难实现选择性的CVD或外延成为金属杂质源难以生长金属硅化物清洗工艺：HF＋H2O（ca.1:50）142、硅片清洗有机物/光刻胶的两种清除方法：氧等离子体干法刻蚀：把光刻胶分解为气态CO2＋H2O（适用于大多数高分子膜）注意：高温工艺过程会使污染物扩散进入硅片或薄膜前端工艺（FEOL）的清洗尤为重要SPM：sulfuric/peroxidemixtureH2SO4(98％):H2O2(30％)=2:1~4:1把光刻胶分解为CO2＋H2O（适合于几乎所有有机物）15SC-1（APM，AmmoniaPerox

5、ideMixture）：NH4OH(28%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:5～1:2:770～80C,10min碱性（pH值>7）可以氧化有机膜和金属形成络合物缓慢溶解原始氧化层，并再氧化——可以去除颗粒NH4OH对硅有腐蚀作用RCA——标准清洗OH－OH－OH－OH－OH－OH－RCAcleanis“standardprocess”usedtoremoveorganics,heavymetalsandalkaliions.16SC-2:HCl(73%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:6~1:2:870～80C,10min酸性（pH值<7）可以将碱金属离

6、子及Al3＋、Fe3＋和Mg2＋在SC-1溶液中形成的不溶的氢氧化物反应成溶于水的络合物可以进一步去除残留的重金属污染（如Au）RCA与超声波振动共同作用，可以有更好的去颗粒作用20～50kHz或1MHz左右。平行于硅片表面的声压波使粒子浸润，然后溶液扩散入界面，最后粒子完全浸润，并成为悬浮的自由粒子。17机器人自动清洗机18清洗容器和载体SC1/SPM/SC2–石英（Quartz）或Teflon容器HF–优先使用Teflon，其他无色塑料容器也行。硅片的载体–只能用Teflon或石英片架19清洗设备超声清洗喷雾清洗20对硅造成表面腐蚀较难干燥价格化学废物的处理和先进集成工艺的不

7、相容湿法清洗的问题21干法清洗工艺气相化学，通常需激活能在低温下加强化学反应。所需加入的能量，可以来自于等离子体，离子束，短波长辐射和加热，这些能量用以清洁表面，但必须避免对硅片的损伤HF／H2O气相清洗紫外一臭氧清洗法（UVOC）H2／Ar等离子清洗热清洗22三道防线:净化环境（cleanroom）硅片清洗（wafercleaning）吸杂（gettering）“Dirtisanaturalpartoflife.”23内容第一章前言第二章晶体生长第三章实验室净化及硅片清洗第四