半导体制程用湿式化学品的发展趋势

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1、半導體製程用濕式化學品的發展趨勢伊默克化學科技行銷暨海外事業部經理廖伯佑業務處處長李盈壕摘要台灣的半導體產業經過近十餘年來產、官、學界的努力，已躍升成為全球第四大IC生產國，未來更有多座十二吋晶圓新廠將陸續投入，包括晶圓代工、記憶體、ASIC等不同半導體產品製造之領域。而因應半導體工業製造的需求，高精密濕式化學材料也伴隨之快速發展。本文將就化學材料中具關鍵代表性之高純度化學藥品在半導體製程應用及發展趨勢，分別作一介紹。關鍵詞濕式化學品(wetchemicals)、濕式清洗(wetcleaning)、濕式蝕刻(wetetching)、黃光(photolithogr

2、aphy)、化學氣相沉積(CVD)、化學機械研磨(CMP)。前言近幾年來隨著我國積體電路及平面顯示器產業的持續蓬勃發展，不僅帶動了傳統化學、化工、機械、電機、建築等產業的相繼轉型投入；更重要的是這些傳統產業的升級，也相對地加速了我國半導體相關產業在產品品質及世界競爭力上的提升。以濕式化學品在半導體的應用上為例，雖然半導體生產所需化學品金額僅佔每單位晶圓生產成本的3~4%，但化學品的純度及品質卻直接影響到最終產品的良率和元件的品質暨可靠度。在0.13mm製程以下製程平坦化的技術，以及銅製程的應用中，濕式化學品更將扮演著舉足輕重的角色。半導體基本製程大略可分為薄膜、

3、擴散、微影、蝕刻及化學機械研磨等模組，所使用之濕式化學品如下圖一所示。以下將針對各模組在其製程所需之化學品做剖析。圖一、半導體生產流程圖濕式潔淨技術與高純度化學品在次微米晶圓製造過程中，無論是薄膜沈積、高溫爐管擴散、氧化或是蝕刻後晶圓表面處理，都需要經過許多高純度的化學品的清洗，再以超純水洗滌至最後以異丙醇除水乾燥的步驟。從60年代早期開始發展的RCA洗淨配方，一直被沿用至今日，雖然在各個模組中持續開發出不同的應用方式，也只限於在化學品的比例及清洗的順序上做了些微的調整。但是在目前閘極氧化層的厚度已小於100埃(Å)，為達到閘極氧化層電性的要求及元件品質及可靠度

4、，化學品的純度卻必須一直不停的被提升（如表二）。Year198619901993199720012003記憶體(bit)1M4M16M64M256M1G製程線寬(mm)1.20.80.50.250.180.13金屬不純物規格(ppt)10,0001,000500100105實測值(ppt)5,0005001001010.5微粒子規格(mm)0.50.50.30.20.10.05(pcs/ml)5050200100100100實測值(mm)0.50.50.30.20.10.05(pcs/ml)301050303030表二、高純度化學品規格演進（資料來源：伊默克化學

5、,2002）洗淨的主要目的，是藉由高純度的化學品，來移除晶圓表面的細微污染，其中包含：微粒子、金屬不純物、有機污染物以及自然氧化層等。但製程上卻應盡量避免污染源的進入，並隨時保持人員、機台及材料的潔淨，才是真正克服晶圓污染的方法。以下將對各類污染源及化學品清洗的機制做討論。晶片污染源一般而言，矽晶片上可能的污染大約可分為微粒子、金屬、有機物、表面微粗糙度及自然生成氧化層等五大類，其可能來源及對製程的影響如表三。污染源污染來源可能影響微粒子化學品、氣體儀器設備環境操作人員閘極氧化層崩潰電壓下降生產量率降低金屬不純物儀器設備離子佈植乾蝕刻製程化學品及金屬容器接合介面

6、漏電流氧化層崩潰電壓下降元件可靠度降低有機污染物光阻環境塑膠容器操作人員蝕刻不完全降低氧化層品質表面微粗糙化學藥品晶圓材料洗淨方程式閘極氧化層崩潰電壓下降低載子遷移率自然生成氧化層空氣中濕氣純水中溶氧化學品接觸窗電阻上升氧化層品質劣化不良金屬矽化物表三、晶圓污染源及影響其中微粒子的污染一般來自製程用中所使用的超純水、氣體及化學品，以及機台、晶舟甚至是製程線上的人員。藉由靜電、凡得瓦爾力、毛細管現象或化學鍵而吸附於晶圓表面，或者陷入晶圓表面細微凹凸而生成的溝渠之中。金屬不純物主要來自於離子植入、乾式蝕刻及光阻灰化時，因離子撞擊機台內壁所造成；另外製程環境及化學品與

7、化學品容器本身，也是可能的污染來源之一。有機污染物則多來自光阻的殘留物，另外牆壁的油漆、幫浦的機油、塑膠容器以及作業員的身體及衣物也都是可能的來源。自然生成氧化層肇因於晶圓表面暴露於空氣或水中的溶氧，而氧將晶圓表面的矽氫鍵（Si-H）氧化成為羥基(Si-OH)，或是將矽氧化成為二氧化矽所生成，其中反應的速率與溶氧濃度即浸泡時間有關。最後，晶圓表面的微粗糙一般來自於潔淨製程中SC-1的製程，並與清洗溶液中氨水及雙氧水的混和比例、製程溫度及洗淨時間有直接的關聯。濕式化學品清洗機制(1)NH4OH/H2O2/H2O(SC-1,APM)：利用氨水的弱鹼性活化矽晶圓及微粒

8、子表面，使晶圓表面與微粒