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如何選擇晶片的清洗中過濾工藝

更新時間:2025-02-10瀏覽:1442次

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  晶片的清洗是半導體制程中最重要的清洗工藝。目前來說,清洗工藝大體可分為濕法清洗和干法清洗兩種。本文主要介紹濕法清洗又可以分為RCA清洗法,稀釋化學法清洗,IMEC清洗,單晶圓清洗等。
 
  1.RCA清洗
 
  工業(yè)中標準的濕法清洗工藝稱為RCA清洗工藝,是由美國無線電公司(RCA)的W.Kern和D.Puotinen于1970年提出的,流程如下
 
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  APM即SC-1清洗液,其配方為:NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5~1:2:7,以氧化和微蝕刻來底切和去除表面顆粒;也可去除輕微有機污染物及部分金屬化污染物。但硅氧化和蝕刻的同時會發(fā)生表面粗糙。
 
  SC-2清洗液其配方為:HCL:H2O2:H2O=1:1:5
 
  SPM即SC-3清洗液,其成分為:H2SO4/H2O2/H2O,其中硫酸與水的體積比是1:3,是典型用于去除有機污染物的清洗液。硫酸可以使有機物脫水而碳化,而雙氧水可將碳化產物氧化成一氧化碳或二氧化碳氣體。
 
  氫氟酸(HF)主要用于從特殊區(qū)域去除氧化物、蝕刻硅二氧化物及硅氧化物,減少表面金屬。稀釋氫氟酸水溶液被用以去除原生氧化層及SC1和SC2溶液清洗后雙氧水在晶圓表面上氧化生成的一層化學氧化層,在去除氧化層的同時,還在硅晶圓表面形成硅氫鍵,而呈現(xiàn)疏水性表面。
 
  對于酸、堿化學液的過濾,在考慮雜質濾除要求的同時,也要確保化學液自身屬性的穩(wěn)定性。在過濾過程中對過濾材料的腐蝕可能會產生新的 化學成分進入化學液中,導致起性能的缺失。因此,選用耐酸、堿腐蝕的過濾材料顯得尤為重要。耐腐蝕性差的過濾介質,也會導致其過濾精度和穩(wěn)定性的喪失,從而對后步工藝造成不可挽回的損害。
 
  UPW即DI水,UPW采用臭氧化的水稀釋化學品以及化學清洗后晶片的沖洗液。RCA清洗附加兆聲能量后,可減少化學品及DI水的消耗量,縮短晶片在清洗液中的浸蝕時間,減輕濕法清洗的各向同性對積體電路特征的影響,增加清洗液使用壽命。
 
  DI水過濾是半導體工藝過濾的基礎,要求過濾介質有較高的過濾性能和穩(wěn)定性的同時,基于經(jīng)濟效益的考量,對濾芯的使用壽命也有更高的要求。
 
  2.稀釋化學劑清洗
 
  在RCA清洗的基礎上,對SC1、SC2混合物采用稀釋化學法,可以大量節(jié)約化學品及DI水的消耗量。并且SC2混合物中的H2O2可以完全去掉。稀釋HPM混合物(1:1:60)和稀釋HCI(1:100)在清除金屬時可以象標準SC2液體一樣有效。采用稀釋HCL溶液的另外一個優(yōu)點是,在低HCL濃度下顆粒不會沉淀。采用稀釋RCA清洗法可使全部化學品消耗量減少于86%。稀釋SC1,SC2溶液及HF補充兆聲攪動后,可降低槽中溶液使用溫度,并優(yōu)化了各種清洗步驟的時間,這樣導致槽中溶液壽命加長,使化學品消耗量減少80~90%。實驗證明采用熱的UPW代替涼的UPW可使UPW消耗量減少75~80%。此外,多種稀釋化學液由于低流速/或清洗時間的要求可大大節(jié)約沖洗用水。
 
  3、IMEC清洗法
 
  在濕法清洗中,為了減少化學品和DI水的消耗量,常采用IMEC清洗法。
 
  第一步
 
  去除有機污染物,生成一層化學氧化物以便有效去除顆粒
 
  通常采用硫酸混合物,但出于環(huán)保方面的考慮而采用臭氧化的DI水,既減少了化學品和DI水的消耗量又避免了硫酸浴后較困難的沖洗步驟。
 
  第二步
 
  去除氧化層,同時去除顆粒和金屬氧化物
 
  通常采用HF/HCL混合物在去除氧化層和顆粒的同時抑制金屬離子的沉積。
 
  第三步
 
  在硅表面產生親水性,以保證干燥時不產生干燥斑點或水印
 
  通常采用稀釋HCL/O3混合物,在低pH值下使硅表面產生親水性,同時避免再發(fā)生金屬污染,并且在最后沖洗過程中增加HNO3的濃度可減少Ca表面污染。
 
  IMEC清洗法可達到很低的金屬污染,并以其低化學品消耗及無印跡的優(yōu)勢獲得較好的成本效率。
 
  4、單晶片清洗
 
  大直徑晶片的清洗采用上述方法不好保證其清洗過程的完成,通常采用單晶片清洗法,其清洗過程是在室溫下重復利用DI-O3/DHF清洗液,臭氧化的DI水(DI-O3)產生氧化硅,稀釋的HF蝕刻氧化硅,同時清除顆粒和金屬污染物。
 
  單晶片清洗具有或者比改良的RCA清洗更好的清洗效果,清洗過程中通過采用DI水及HF的再循環(huán)利用,降低化學品的消耗量,提高晶片成本效益。
 
  總結
 
  由上文可見,在晶片清洗的過程中,需要用到多種電子化學品,包括硫酸、鹽酸、氫氧化銨、氫氟酸以及去離子水等。成熟的過濾工藝可以確保電子化學品的純凈度及自身性能穩(wěn)定,從而使得清洗后的晶片在后續(xù)工藝中能有良好的性能表現(xiàn)。

 

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