半导体器件制造过程中的IC清洗技术.docx

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1、半导体器件制造过程中的IC清洗技术目录1 .引言12 .半导体制造的基本工艺流程23 .污染物杂质的分类63.1.颗粒63.2.有机物63.3.金属污染物73. 4.原生氧化物及化学氧化物74.清洗方法分类74.1. 湿法清洗74. 2.RCA清洗法74. 3.稀释化学法94. 4.IMEC清洗法94. 5.单晶片清洗114. 6.干法清洗115. 总结121 .引言在半导体器件的制造过程中，由于需要去除被称为硅晶片的硅衬底上纳米级的异物（颗粒），1/3的制造过程被称为清洗过程。在半导体器件中，通常进行RCA清洁，其中半导体器件以一批25个环（盒）为单位，依次浸入氨水，过氧化氢溶液，盐酸等加热

2、的化学品中。然而，最近，为了降低环境负荷的目的和半导体器件的多品种化，需要片叶式的清洗方法，喷射纯水的清洗工序正在增加。在单片式清洗中，超声波振动体型清洗装置是一种有效的清洗方法，目前已被许多工艺所使用。通过超声波振动器的清洁是通过从超声波振动器向纯水施加超声波振动来加速水分子的清洁方法。本方法的目的是利用频率在5MHz-10MHz的超声波振动体技术，达到下一代半导体器件清洗技术的目标。我们使用样品基板，在硅晶片上涂覆直径为1m的聚苯乙烯胶乳（PS1）颗粒，对超声波振动型清洗装置的清洗能力进行了验证。半导体IC制程主要以20世纪50年代以后发明的四项基础工艺(离子注入、扩散、外延生长及光刻)为

3、基础逐渐发展起来，由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。因此在制作过程中除了要排除外界的污染源外，集成电路制造步骤如高温扩散、离子植入前等均需要进行湿法清洗或干法清洗工作。干、湿法清洗工作是在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下，有效地使用化学溶液或气体清除残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质。2 .半导体制造的基本工艺流程半导体制造是制造集成电路(IC)和其他电子设备的关键技术。以下是半导体制造的基本工艺流程：I、硅晶圆制备：在制造半导体器件之前，需要制备硅

4、晶圆。硅晶圆是通过将纯度较高的硅材料熔化，并通过晶体生长技术将其形成的单晶圆片。硅晶圆是半导体芯片制造的基础材料之一。硅晶圆通常由单晶硅制成，其表面经过多重处理和清洗后变得非常平整和干净，可以用于制造微小的半导体器件。2、晶圆清洗：晶圆表面必须清洗干净，以去除任何杂质和有害物质，例如油脂和灰尘等。晶圆清洗是指在半导体制造过程中对晶圆表面进行清洗，以去除表面的污染物和杂质，确保晶圆表面的纯净度和平整度，从而提高芯片的制造质量和可靠性。晶圆清洗的过程通常分为以下几步：去除表面有机物：晶圆表面往往会有一层有机物质，需要用去离子水或者丙酮等溶剂进行去除。酸洗：酸洗是将晶圆浸泡在一定浓度的酸液中，以去除

5、表面的金属污染物和氧化物。常用的酸液包括硝酸、盐酸和氢氟酸等。碱洗：碱洗是将晶圆浸泡在一定浓度的碱液中，以去除表面的有机物和残留的酸性物质。常用的碱液包括氢氧化钠、氢氧化筱等。纯水冲洗：经过酸洗和碱洗后，晶圆表面仍然会残留一些化学物质，需要用纯水进行冲洗，以将化学物质冲走，确保晶圆表面的纯净度。3、干燥：将晶圆放置在干燥器中进行干燥，以去除表面残留的水分和杂质，使晶圆表面保持干燥和清洁。需要注意的是，晶圆清洗的过程需要严格控制工艺参数，包括浓度、温度、时间等，以避免对晶圆造成损伤和影响芯片的制造质量。同时，清洗过程中需要使用高纯度的溶剂和试剂，以确保清洗的效果和晶圆的纯净度。4、氧化：在晶圆表

6、面形成一层氧化层，可以通过干氧化或湿氧化来实现。这是为了保护晶圆表面并准备形成电路。氧化是指将晶圆表面暴露在氧气或氧化剂环境中，以形成一层氧化物(通常是二氧化硅SiO2)的过程。这个过程通常是在高温下进行的，如在化学气相沉积(CVD)或热氧化(therma1OXidatiOn)过程中。形成的氧化层可以提高晶圆的稳定性和电学特性，并且在制造晶体管等器件时也是必要的。5、光刻：使用光刻技术，将设计好的图案投影到硅片上，从而形成电路图案。光刻是一种半导体制造过程，它使用光刻技术将设计好的图案投影到硅片上。该过程通常用于创建微电子设备和集成电路(IC)中的微小结构和元件。光刻的过程包括以下步骤：前处理

7、：在硅片表面涂覆光刻胶，这种胶是一种光敏性材料，它可以在光照下发生化学反应。对准：将掩模(包含设计好的图案)放置在光刻机的光刻板上，然后使用对准器将其准确地对准到硅片表面上的光刻胶层。暴光：将光源照射到掩模上，通过光学透镜将掩模上的图案缩小并投影到硅片表面上的光刻胶层上。在暴光期间，光刻胶会在光照下变化，使得暴光后的胶层区域的化学性质与未曝光的区域不同。显影：使用显影液将已暴光的胶层区域溶解掉，露出下方的硅片表面。如果需要进行多层光刻，显影后的硅片表面上将会暴露出先前暴露的图案，用于下一层光刻的对准和暴光。后处理：将硅片经过清洗、干燥等后处理步骤，使其准备好进行下一步制造。光刻技术在半导体制造

8、过程中非常重要，因为它可以实现高精度的微细图案制造。通过精确控制光刻胶的化学反应和光学系统，可以将微小结构和元件制造到亚微米和纳米尺度。6、刻蚀：在晶圆表面刻蚀，去除不需要的部分，从而形成电路的结构。刻蚀(EtChing)是一种通过化学反应或物理作用，将晶圆表面的材料去除的加工技术。在集成电路制造过程中，刻蚀被广泛应用于图案形成和制造晶体管等元件的工艺步骤中。刻蚀通常分为干法刻蚀和湿法刻蚀两种类型。干法刻蚀是利用高能离子轰击物质表面，通过物理过程将物质去除。湿法刻蚀是利用化学反应将物质表面的原子或分子去除，常用的刻蚀液包括氢氟酸、氯化铁、氯化铭等。刻蚀技术在微纳加工、集成电路制造、光刻制造、M

9、EMS制造等领域都有着广泛的应用。7、沉积：在晶圆表面沉积金属或其他材料，形成电路的结构。在半导体制造过程中，沉积是一种常见的工艺，它是指在晶圆表面沉积金属或其他材料的过程。这个过程可以通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)和电化学沉积(ECD)等不同的技术来实现。物理气相沉积是另一种常用的沉积技术，它是利用高能粒子或电子束对目标材料进行蒸发，并在晶圆表面沉积形成薄膜。这个过程不需要化学反应，通常需要在真空环境下进行，并需要对材料的蒸发速率和沉积速率进行精确控制。电化学沉积是一种利用电化学反应在晶圆表面沉积材料的技术，它需要在电解质溶液中进行，通过在晶圆表面施加电压或电流，使金属离

10、子在电极上还原成为所需的材料。这个过程通常需要对反应条件进行精确控制，以确保所沉积的材料的均匀性和质量。8、清洗：清洗是指使用清洁剂、水或其他化学物质将表面上的污垢、污染物或其他物质彻底清除的过程。清洗可以用于许多不同的表面，例如：家具、地板、墙壁、车辆、器具、衣物等等。清洗表面的目的是去除任何残留物，保持表面的卫生和外观。清洗的过程可以使用多种方法，例如：擦洗、刷洗、喷洒、蒸汽清洗等等。清洗表面之前，需要先确定清洗剂和清洗方法是否适合表面材质。对于某些表面，如特殊涂层或装饰品，可能需要特殊的清洗剂和方法。同时，在清洗时需要注意保护自己的安全和健康，例如佩戴手套、口罩等防护用具。总的来说，清洗

11、表面可以使表面更加干净、卫生和美观，并且可以防止任何残留物对表面造成损害或危害。9、烘烤：在晶圆上进行烘烤，使电路结构更加稳定。烘烤通常是指在半导体制造过程中对晶圆进行的一种加热处理。在晶圆制造过程中，各种材料和层会被逐层沉积在晶圆表面，而这些材料需要被加热以使它们变得更加稳定和结实。这个过程也被称为退火。晶圆烘烤通常是在高温下进行的，以便在短时间内加快化学反应速度，以达到所需的效果。这些烘烤通常在真空或气氛下进行，以防止氧化或污染。晶圆烘烤是半导体制造中一个非常重要的步骤，对于半导体器件的性能和可靠性都有很大的影响。10、封装：将芯片封装到塑料或金属外壳中，以便安装和连接到其他电子设备。封装

12、是指将电子元器件（例如芯片）封装在一个塑料或金属外壳中，以保护元器件免受机械损坏、环境影响、静电放电等因素的影响，并便于元器件的使用和安装。在电子工程中，封装是一个非常重要的过程，因为它可以提高元器件的可靠性和稳定性。封装通常包括以下步骤：1,设计封装：根据芯片的规格和使用环境，设计适合的封装类型，如塑料封装、金属封装等。2制造封装：使用专门的封装设备将芯片封装在外壳中。这包括将芯片放置在合适的位置、焊接芯片引脚、封装盖板等步骤。3.测试封装：对封装后的芯片进行测试，确保其符合规格要求。封装的类型和形式多种多样，根据不同的需求和要求选择不同的封装方式。一些常见的封装类型包括：DIP（双列直插封

13、装）、SoIC（小轮廓集成电路封装）、BGA（球栅阵列封装）等。11、测试：进行电路测试和质量检查，以确保电路的正确性和可靠性。半导体测试是对半导体芯片进行测试和验证的过程，以确保芯片符合规格和要求。半导体测试通常是在芯片制造完成后进行的最后一道工序。这个过程可以通过检测芯片的功能、性能、可靠性和耐久性来确定芯片是否符合规格。测试也可以帮助找出芯片的缺陷和问题，并修复这些问题。半导体测试可以分为两种类型：功能测试和可靠性测试。功能测试用于检测芯片是否符合设计规格，包括芯片的逻辑功能、速度和功率等方面。可靠性测试则用于检测芯片在不同的工作条件下的稳定性和可靠性，例如高温、高湿度、高压力和电磁干扰

14、等。半导体测试的方法包括电学测试、光学测试、射频测试和故障注入测试等。其中，电学测试是最常用的测试方法，它通过测量电阻、电容、电感和电压等参数来检测芯片的电气特性。光学测试则用于检测芯片的光学特性，例如波长、光强度和极化等。射频测试用于测试芯片的高频特性，例如工作频率和带宽等。故障注入测试则是通过向芯片中注入故障来检测芯片的容错能力和可靠性。总之，半导体测试是确保芯片质量和性能的重要环节，它能够帮助芯片制造商在芯片出厂前发现和解决问题，从而保证芯片的可靠性和性能符合规格。以上是半导体制造的基本流程。此外，还有其他的工艺步骤，例如化学机械抛光(CMP)、离子注入、退火和金属化等，这些都是根据具体

15、制造需要来进行的。3.污染物杂质的分类IC制程中需要一些有机物和无机物参与完成，另外，制作过程总是在人的参与下在净化室中进行，这样就不可避免的产生各种环境对硅片污染的情况发生。根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。3.1.颗粒颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。通常颗粒粘附在硅表面，影响下一工序几何特征的形成及电特性。根据颗粒与表面的粘附情况分析,其粘附力虽然表现出多样化，但主要是范德瓦尔斯吸引力，所以对颗粒的去除方法主要以物理或化学的方法对颗粒进行底切，逐渐减小颗粒与硅表面的接触面积，最终将其去除。3.2.有机物有机物杂质在IC制程中以多种形式存

16、在，如人的皮肤油脂、净化室空气、机械油、硅树脂真空脂、光致抗蚀剂、清洗溶剂等。每种污染物对IC制程都有不同程度的影响，通常在晶片表面形成有机物薄膜阻止清洗液到达晶片表面。因此有机物的去除常常在清洗工序的第一步进行。3. 3.金属污染物IC电路制造过程中采用金属互连材料将各个独立的器件连接起来，首先采用光刻、蚀刻的方法在绝缘层上制作接触窗口，再利用蒸发、溅射或化学汽相沉积(CVD)形成金属互连膜，如A1-Si,CU等，通过蚀刻产生互连线，然后对沉积介质层进行化学机械抛光(CMP)。这个过程对IC制程也是一个潜在的污染过程，在形成金属互连的同时，也产生各种金属污染。必须采取相应的措施去除金属污染物。4. 4.原生氧化物及化学氧