第十四章 化学清洗
2号清洗液(SC-2) 配方:HCL:H2O2:H2O=1:1:6到1:2:8 使用条件:75-85℃,存放时间为10到20分 特性:酸性、氧化性、络合性、溶解性 清洗效果:除去Na+、 Fe+++、S及重金属杂质Au、 Ag、Cu、Co、Hg、Cd、Pt 注意事项:对金属有腐蚀性。洗毕有CL-残留, 用时现配
2.石英器皿的清洗步骤
HF:H2O=1:1 浸泡数10分 热1号液 浸泡10分 HF:HNO3:H2O= 10%:25%:65% 浸泡1-2小时
去离子水冲洗
氮气吹干或烘干
3.朔料制品的清洗 (1)朔料容器 先用洗净剂加水适当加热浸洗,然后用510%的稀盐酸煮洗,最后用去离子水冲洗干 净,用氮气吹干。 (2)朔料管 先用钢丝拉棉花球擦管内径,去除灰尘或有 机沾污,然后用热1号清洗液注入管内浸泡半 小时,最后用热、冷去离子水冲洗干净,并 用氮气吹干后,以干净朔料纸封闭两头。
14.4常用金属的清洗 在集成电路工艺中,经常接触和使用的金属 材料有不锈钢、钨丝、铝丝等等,对不同材 料,所采用的清洗剂及清洗方法也不同。 1、不锈钢制品的清洗 不锈钢制品采取以下四步进行清洗: (1)有机溶剂(四氯化碳、甲苯、丙酮等) 浸泡或擦洗。
(2)1号清洗液煮(80℃,20min)。 (3)金属洗液浸泡。金属洗液的配方: 浓H2SO4(94%)100 ℃ 1000ml CrO3饱和水溶液 40ml 为了确保安全,操作时,浓硫酸必须缓慢注 入CrO3饱和溶液中。 (4)热水煮沸,然后用大量去离子水冲洗并 烘干
14.2.4清洗步骤 1、清洗液 1号清洗液(SC-1) 配方:NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5到1:2:7 使用条件:75-85℃,存放时间为10到20分 特性:碱性、氧化性、络合性 清洗效果:除去有机沾污、光刻胶残留膜、重金属杂质 Au、Ag、Cu、Co、Ni等 注意事项:若H2O2浓度不够则氨水会腐蚀片子,造成 花斑,用时现配
4、金丝的清洗 清洗金丝时,先用先用丙酮、乙醇超声除去 油污,然后放入浓硫酸中煮至冒白烟,或用 王水腐蚀20-30s,再用大量去离子水冲洗, 最后用无水乙醇脱水,烘干。
2.无机膜(分子膜) 来源:光刻显影残留膜、有机溶剂残渣、人造 石蜡、人体带来的脂肪酸 清除方法:沾污为静电吸附时用物理清洗、沾 污为高极性分子吸附时用化学清洗或等离子氧 化
3.无机离子膜 来源:化学试剂或水中的Na+、K+、Ca++、 Fe+++、AL+++、Ni++等 清洗方法:化学清洗
4.无机原子膜 来源:清洗液及腐蚀液中不如硅活泼的金属离 子还原成原子如银、铜、铁、镍等沉积于硅表 面 清除方法:化学清洗
10%HF 配方:浓HF:H2O=1:10 使用条件:室温,存放时间30-60分 特性:弱酸性 清洗效果:溶解SiO2,除去薄SiO2, SiO2短 暂漂洗 注意事项:有腐蚀性,易造成重金属离子还原 沉积金属原子膜
HF缓冲液 配方:40%NH4F:49%HF=7:1 特性:弱酸性 清洗效果:除去SiO2
化学清洗
14.1沾污对器件的影响 在半导体器件制造工艺中,几乎半数以上的 操作是各个工序之间的清洗。清洗工序是决 定器件稳定性、可靠性及成品率的关键。 清洗的目的是去除器件制造过程中偶然引入 的“表面沾污”杂质,这些沾污来自硅片加 工过程(如切、磨、抛及传递操作);也来 自清洗所用的化学试剂和水;以及工艺过程 中
14.2.2清洗的分类 1、按工艺要求分类 (1)原始片的清洗。即在切、磨、抛之后, 一次氧化之前的硅片准备,主要是去颗粒和 大量的有机沾污。 (2)为氧化、扩散、CVD淀积以及金属化等 工艺作硅片准备,以除去有机及无机膜沾污 为主。
(3)为光刻甩胶作准备,以去除颗粒为主。 (4)刻蚀工序后的去胶清洗。 2.按清洗方法分类 (1)物理清洗 刷、擦、高压水冲洗、超声清 洗等。主要是去除颗粒和静电物理吸附的杂 质。以高纯去离子水为主要的清洗媒介,也 有添加表面活性剂,或以有机溶剂清洗的。
14.2.3硅片表面沾污及清洗方法 沾污种类 1.颗粒 ⑴硅渣 来源:切割、划片、镊子拿取、破碎 清洗方法:物理清洗或HF漂洗 ⑵无机砂 来源:磨料、空气尘埃、水及试剂中的沙或土 清洗方法:物理漂洗 ⑶无机渣 来源:棉花、绒毛、皮肤屑、头发、细菌等 清洗方法:物理清洗、络合化学清洗或等离子氧化
王水 配方:浓HCL:浓HNO3=3:1 使用条件:室温或煮沸 特性:弱酸性 清洗效果:除去重金属离子 注意事项:强腐蚀性,煮沸时冒浓烟
2、清洗顺序
去除颗粒 (物理方法) 去除有机膜 (3号或1号清洗液)
去除自然氧化层 (10%HF短暂漂洗)
去除离子膜 (1号清洗液)
去除金属原子膜 (2号清洗液)
2、钨丝的清洗 钨丝可采用两种方法进行清洗 (1)酸洗 用HF:HNO3=1:6混合液,并加适 量醋酸作缓冲剂,将钨丝热浸泡3-4小时,直 至表面干净发亮,然后用大量去离子水冲洗。 (2)碱法 将钨丝加热器放入5-10%的氢氧化 钠溶液中煮几次,直至表面干净发亮,然后 用大量去离子水冲洗。
3、铝丝的清洗 铝丝的清洗,一般先用丙酮、乙醇超声除去 油污,再用30-40%的磷酸煮沸,直至表面光 亮、干净,然后用冷、热去离子水冲洗,最 后用无水乙醇脱水,并放于无水乙醇中备用。
所用的器皿、管路、气体等。它们可能是颗 粒,也可能是杂质膜,或以物理吸附,或以 化学吸附粘在硅片表面上。在高温工艺中, 它们将由表面扩散到硅片里面,从而影响器 件的电学性能:(1)造成PN结反向漏电流 增加(例如由于表面沾污离子的直接导电或 进入硅片内部的杂质造成PN结不平整而引起 漏电流);
(2)造成PN结局部击穿或低击穿(例如,由 于Au、Cu、Cr、Fe等杂质聚集于硅片中的 堆垛缺陷附近或分凝于电压改变(例如在PMOS的SiO2-Si界面上,有Na+,其阈值电压 就会改变)。
(3)清洗的硅片经离心甩干或高纯氮气吹干, 使含有杂质的剩余水滴迅速离开硅表面,以 减少水的沾污。 (4)洗净干燥后的硅片应置于层流气体保护 的容器中,以防止再沾污。
14.3常用器皿的清洗 1.玻璃器皿的清洗 玻璃器皿先用去污粉擦洗,再用自来水冲洗, 然后放在玻璃洗液中浸泡数小时,取出后用 大量去离子水冲洗,最后烘干。 玻璃洗液配方: K2Cr2O7饱和溶液 50-60ml 浓H2SO4(94%) 100ml
3号清洗液 配方:浓H2SO4:H2O2=5:1 使用条件:室温或90-180℃浸洗 特性:酸性、氧化性 清洗效果:除去有机沾污、光刻胶、酸性可溶 杂质 注意事项:强腐蚀性,混合时生热、气泡,洗 毕有微量硫
4号清洗液 配方:HCL:H2O=3:1 使用条件:室温 特性:酸性 清洗效果:酸性可溶杂质 注意事项:洗毕有微量CL
另外,表面沾污也会影响制造工艺的正常进 行,如硅片表面的颗粒或杂质影响光刻胶的 粘附,损坏光掩膜版,从而影响光刻质量; 它们还会影响有目的的掺杂。这种表面沾污 的杂质是不可控制的,因此,在每步制造工 艺进行前,必须通过清洗将表面沾污除去。
14.2硅片的清洗 14.2.1清洁表面的概念 绝对清洁的表面只能在高真空中获得,而通 常器件制造环境中,硅片表面必然由单层或 多层原子或化合物所覆盖。但只要该覆盖层 满足下列条件,则可认为该表面是清洁的 (1)原子或分子是均匀的; (2)可挥发; (3)对氧化、扩散等工艺无影响; (4)对器件的电学参数无干扰
(2)化学清洗 以酸性或碱性的氧化性、络合 性溶液使硅片表面沾污杂质(例如有机物或 金属离子膜、原子膜)氧化或络合,变成可 溶于水,然后再以大量的高纯去离子水将其 冲掉。 3.按清洗方式分类 (1)浸泡 将成批硅片浸于配好清洗液的酸或 碱的清洗槽中,辅之加热、搅拌,增加清洗 速度与提高清洗效率。
(2)离心旋转喷洗 批量或单片进行离心旋转 喷洗。
3、最佳清洗顺序及条件
超声清洗 10-15W/cm2 0.8MHz;15分 3号液清洗 90-120℃; 2-10分 1号液清洗 75-85℃ 20分
10%HF漂洗 室温,60秒
2号液清洗 75-85℃ 20分
以上清洗方法的几点说明: (1)1号、2号、3号清洗液必须在使用时现配, 因为H2O2在酸、碱溶液中会分解。 (2)每步之前都要用高纯去离子水冲洗,若 辅之以热高纯水冲洗则可提高清洗效率,因 为各种金属离子的溶解度随温度的升高而增 加。