半导体制造如何实现氧化层的去除?

2018-09-14 07:33:00 来源: FindRF
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我们已经知道:硅材料很容易氧化。氧化反应可以在空气中进行,或者是在有氧存在的加热的化学品清洗池中进行。通常在清洗池中生成的氧化物,尽管很薄,但其厚度足以阻挡晶圆表面在其他工艺过程中发生正常的反应。这一层的氧化物可成为绝缘体,从而阻挡晶圆表面与金属层之间良好的电接触。

 


去除这些薄的氧化层是很多工艺的需要。有一层氧化物的硅表面具有吸湿性。没有氧化物的表面具有厌水性。氢氟酸是去除氧化物的首选酸。在初始氧化之前,当晶片表面只有硅时,将其放入盛有最强酸的氢氟酸的池中清洗。氢氟酸将氧化物去除,却不刻蚀硅。

 

在以后的工艺中,当晶圆表面覆盖之前生成的氧化物时,用水和氢氟酸的混合溶液可将孔图形中的薄氧化层去除。

 

如何处理硅片表面的化学物质是一直以来清洗工艺所面临的挑战。一般地,栅氧化前的清洗用稀释的氢氟酸溶液,并将其作为最后一步化学品的清洗,这叫做HF结尾。HF结尾的表面是厌水性的,同时对低量的金属污染是钝化的。然而,厌水性的表面不轻易被烘干,经常残留水印。另一个问题是增强了颗粒的附着,而且 还会使电镀层脱离表面。

 


多年来,RCA的配方被证实是经久不衰的,至今仍是大多数炉前清洗的基本清洗工艺。随着工业清洗的需求,化学品的纯度也在不断地进行改进。根据不同的应用,SC-1和SC-2前后顺序也可颠倒。

 

在最初的清洗配方基础上,曾有过多种改进和变化。晶圆表面金属离子的去除曾是一个问题。

 

室温和氧化的化学物质

理想的清洗工艺是应用那些完全安全、易于并比较经济地进行处理的化学品,并且在室温下进行,这种工艺并不存在。然而,关于室温下化学反应的研究正在进行。其中一种是将臭氧与另外两种浓度的氢氟酸溶液在室温下注入盛有超纯净水的清洗池。兆赫兹超声波作为辅助以提高清洗的有效性。

 

喷洒清洗:标准的清洗技术是浸泡在湿法清洗台或全自动机器的化学池中进行的。当湿法清洗液被应用到0.35~0.50um的技术时代时,也相应出现了一些顾虑。化学品越来越多,浸泡在池中会导致污染物的在此沉积,而且晶片表面越来越小,越来越深的图形阻碍了清洗的有效性。多样的清洗方法于是开始结合。喷洒清洗具有几个优越性。化学品直接喷到晶圆表面而无须再池中保持大量的储备,导致化学品的成本降低。

 


化学品用量的较少也使得处理和除去运输化学废物的开销降低。清洗效果也有所提高。喷洒的压力有助于清洗晶圆表面带有深孔的很小图形。而且,再次污染的概率也会很小。喷洒的方法由于晶圆每次接触的都是新鲜的化学品,使允许清洗后立即进行清水冲淋,而无须移至另外的一个清水冲洗台上进行。

 

干法清洗:关于湿浸的方法已引起人们的兴趣,以及开发蒸汽或气相清洗的思考。这一工艺最终的梦想是完全的干法清洗和干法刻蚀。目前,干法刻蚀已经很完善地建立起来了。

 

低温清洗:高压地二氧化碳或雪清洗是一种新兴地技术。

 

水冲洗

每一步湿法清洗地后面都跟着一次去离子水地冲洗。清水冲洗具有从表面上去除化学清洗液和终止氧化物刻蚀反应的双重功效。冲洗可用几种不同的方法来实现。未来的交点集聚再提高冲洗效果和减少水的用量上。国际半导体技术路线图要求每平方英寸硅片的水用量由之前的30加仑减少到2加仑。

 


清洗的经典工具有几种:

溢流式或级联式清洗器;

快速泄放式;

超声波或兆频超声波辅助式;

喷洒式;

旋转-冲洗甩干机;

烘干技术

 

有几种经典的烘干技术:

旋转淋洗甩干机;

异丙醇蒸发蒸干法;

表面张力烘干法;

 


关于氧化层的去除方法,我们就讲到这里。至此,我们关于污染控制的部分就介绍完毕了,相信大家已经对半导体产业工艺中的污染控制方法有了一个深入的了解。

 
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