半導(dǎo)體制造工藝中的污染及清除機(jī)理
在半導(dǎo)體的制造工藝中，清潔度是最重要的參數(shù)之一。隨著半導(dǎo)體柵條寬度的減小，其對(duì)污染控制的要求也越來(lái)越高。一個(gè)微小的污染，就可能導(dǎo)致一個(gè)芯片失效報(bào)廢，所以控制污染物是半導(dǎo)體制造工藝中最關(guān)鍵的步驟之一。
總的來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體制程中的污染物分類(lèi)大致如下：
半導(dǎo)體工藝中污染物分類(lèi)
1)顆粒
顆粒主要是一些聚合物、光刻膠和蝕刻雜質(zhì)等。通常都是在工藝中引進(jìn)的，工藝設(shè)備、環(huán)境、氣體、化學(xué)試劑和去離子水均會(huì)引入顆粒。這些顆粒一旦粘附在硅表面，則會(huì)影響下一工序幾何特征的形成及電特性。根據(jù)顆粒與表面的粘附情況分析，其粘附力雖然表現(xiàn)出多樣化，但主要是范德瓦爾斯吸引力，所以對(duì)顆粒的去除方法主要以物理或化學(xué)的方法對(duì)顆粒進(jìn)行底切，逐漸減小顆粒與硅表面的接觸面積，最終將其去除。
2)有機(jī)殘余物
有機(jī)物雜質(zhì)在IC制程中以多種形式存在，如人的皮膚油脂、凈化室空氣、機(jī)械油、硅樹(shù)脂、光刻膠、清洗溶劑等，殘留的光刻膠是IC工藝中有機(jī)沾污的主要來(lái)源。每種污染物對(duì)IC 制程都有不同程度的影響，通常會(huì)在晶圓表面形成有機(jī)物薄膜阻止清洗液到達(dá)晶圓表面，會(huì)使硅片表面無(wú)法得到徹底的清洗。因此有機(jī)殘余物的去除常常在清洗工序的第一步進(jìn)行。
3)金屬污染物
IC制造過(guò)程中采用金屬互連材料將各個(gè)獨(dú)立的器件連接起來(lái)，首先采用光刻、刻蝕的方法在絕緣層上制作接觸窗口，再利用蒸發(fā)、濺射或化學(xué)氣相沉積(CVD)形成金屬互連膜，如Al-Si，Cu等，通過(guò)蝕刻產(chǎn)生互連線，然后對(duì)沉積介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。這個(gè)過(guò)程對(duì)IC制程也是一個(gè)潛在的沾污過(guò)程，在形成金屬互連的同時(shí)，產(chǎn)生的各種金屬沾污會(huì)影響器件性能，如在界面形成缺陷，在后續(xù)的氧化或外延工藝中引入層錯(cuò)，PN結(jié)漏電，減少少數(shù)載流子的壽命。除此以外，在整個(gè)晶圓的工藝制備過(guò)程中，所用的氣體、化學(xué)試劑、器皿、去離子水的純度不夠、設(shè)備本身的沾污以及操作人員所攜帶的金屬離子等都會(huì)對(duì)IC引入一些可動(dòng)離子沾污，這些離子大部分都是金屬離子，并且人是最大的引入源。沉積機(jī)理包括：
1. 通過(guò)金屬離子和硅襯底表面的氫原子之間的電荷交換直接結(jié)合到硅表面，這種類(lèi)型的雜質(zhì)很難通過(guò)濕法清洗工藝去除，這類(lèi)金屬常是貴金屬離子，如金(AU)，由于它的負(fù)電性比Si高，有從硅中取出電子中和的趨向，并沉積在硅表面。
2. 金屬沉積的第二種機(jī)理是在氧化時(shí)發(fā)生的，當(dāng)硅在氧化時(shí)，像Al、Cr和Fe等有氧化的趨向，并會(huì)進(jìn)入氧化層中，這種金屬雜質(zhì)可通過(guò)在稀釋的HF中去除氧化層而去除。
4)需要去除的氧化層
硅原子非常容易在含氧氣及水的環(huán)境下氧化形成氧化層。該層氧化物不是所需要存在的氧化層，它會(huì)阻止晶圓表面在其他的工藝過(guò)程中發(fā)生正常的反應(yīng)，它可成為絕緣體，從而阻擋晶圓表面與導(dǎo)電的金屬層之間良好的電性接觸，同時(shí)為了確保柵極氧化層的品質(zhì)，晶圓如果經(jīng)過(guò)其他工藝操作或者經(jīng)過(guò)清洗后(由于過(guò)氧化氫的強(qiáng)氧化力，在晶圓表面上會(huì)生成一層化學(xué)氧化層)，此表面氧化層必須去除。另外，在IC制程中采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)沉積的氮化硅、二氧化硅等氧化物也要在相應(yīng)的清洗過(guò)程中有選擇地去除。
只有將各種各樣的污染物盡可能的去除，才能保證更高的生產(chǎn)良率。所以半導(dǎo)體的清洗工藝一直以來(lái)都是半導(dǎo)體制造工藝中的關(guān)鍵點(diǎn)之一。芯片國(guó)產(chǎn)化的需求日益增加，半導(dǎo)體清洗的工藝也是急需攻克的難點(diǎn)。昆山市智程自動(dòng)化設(shè)備有限公司致力于半導(dǎo)體晶片清洗設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)，最終的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體晶片清洗設(shè)備的完全國(guó)產(chǎn)化。
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