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39 水的冲洗 每一步湿法清洗的后面都跟着一点去



作者:微彩票    发布时间:2020-05-16 16:23


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),但其厚度足以阻止晶 片表面在其它的工艺过程中发生正常的反应。 这一薄层的氧化物可成为绝缘体, 从而阻挡晶片表 面与导电的金属层之间良好的电性接触。 去除这些薄的氧化层是很多工艺的需要。 有一层氧化物的硅片表面叫做具有吸湿性。 没有氧化物 的表面叫做具有憎水性。 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, 将其放入盛有最强的氢氟酸(49%)的池中清洗。氢氟酸将氧化物去除,却不刻蚀硅片。 在以后的工艺中, 当晶片表面覆盖着之前生成的氧化物时, 用水和氢氟酸的混合溶液可将圆形的 孔隙中的薄氧化层去除。这些溶液的强度从 100:1 到 10:7(H2O:HF)变化。对于强度的选择依 赖于晶片上氧化物的多少, 因为水和氢氟酸的溶液既可晶片上孔中的氧化物刻蚀掉, 又可将表面 其余部分的氧化物去除。既要保证将孔中的氧化物去除,同时又不会过分地刻蚀其它的氧化层, 就要选择一定的强度。典型的稀释溶液是 1:50 到 1:100。 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-结尾的表面是憎水 性的,同时对低量的金属污染是钝化的。然而,憎水性的表面不轻易被烘干,经常残留水印。 34 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。35 RCA 清洗。在二十世纪六十年代中,Warner Kern,一名 RCA 公司的工程师,开发出了一种两步 的清洗工艺以去除晶片表面的有机和无机残留物。 这一工艺被证明非常有效, 而它的配方也以简 单的“RCA 清洗”为人们熟知。只要提到 RCA 清洗,就意味着过氧化氢与酸或碱同时使用。第一 步,标准清洗-1(SC-1)应用水,过氧化氢和氨水的混合溶液的组成,从 5:1:1 到 7:2:1 变化, 加热温度在 75~85OC 之间。SC-1 去除有机残余物,并同时建立一种从晶片表面吸附痕量金属 的条件。在工艺过程中,一层氧化膜不断形成又分解。 标准清洗-2(SC-2)应用水,过氧化氢和盐酸,按照 6:1:1 到 8:2:1 的比例混合的溶液,其工作 温度为 75~85 OC 之间。SC-2 去除碱金属离子,氢氧根及复杂的残余金属。它会在晶片表面留 下一层保护性的氧化物。化学溶液的原始浓度及其稀释的混合液均列在图 5.26 中。 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。如果晶片表面不允许有氧化物存在,则需加入氢氟酸清洗这一步。它可以放在 SC-1 和 SC-2 之前进行,或者在两者之间,或者在 RCS 清洗之后。 在最初的清洗配方的基础上,曾有过多种改进和变化。晶片表面金属离子的去除曾是一个问题。 这些离子存在于化学品中,并且不溶于大多数的清洗和刻蚀液中。通过加入一种整合剂,例如 ethylenediamine-tetra-acetic 酸,使其与这些离子结合,从而阻止它们再次沉积到晶片上。 稀释的 RCA 溶液被发现具有更多的用途。SC-1 稀释液的比例为 1:1:50(而不是 1:1:5),SC-2 的稀释液的比例为 1:1:60(而不是 1:1:6)。这些溶液被证明具有与比它们更浓的溶液配方同样 的清洗效果。而且,它们产生较小的微观上的粗糙,节约成本,同时容易去除。36 -------------------------------------------------------------------------------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 37 是将臭氧与另外 两种浓度的氢氟酸溶液(图 5.27)在室温下注入盛有超纯净水的清洗池。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中的化学池中进行的。 当湿法清洗 被应用到 0.35 到 0.50 微米的技术时代时,也相应出现了一些顾虑。化学品越来越多,浸泡在池 中会导致污染物的再次沉积,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。 化学品直接喷到晶片表面而无需在池中 保持大量的贮备, 导致化学品的成本降低。 化学品用量的减少也使得处理和除去运化学废物的花 费降低。清洗效果也有所提高。喷洒的压力有助于清洗晶片表面带有深孔的很小的图形。而且, 再次污染的机率也变小。 喷洒的方法由于晶片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,而无需移至另外的一个清水冲洗台上进行。 干法清洗。关于湿法浸泡方法的考虑拒绝了对于气相清洗的想法和发展。对于清洗,晶片暴露在 清洗液或刻蚀液的蒸汽中。氢氟酸/水的混合蒸汽经证实可用来去除氧化物,以过氧化物为基础 的清洗液的气相取代物也有存在。38 这一工业最终的梦想是完全的干法清洗和干法刻蚀。目前,干法刻蚀(等离子体,见第 9 章) 已经很完善得建立起来。 干法清洗正在发展之中。 紫外臭氧可以氧化并光学分离晶片表面形成的 污染物。 低温清洗。 高压的二氧化碳 CO2,或雪清洗,是一种新兴的技术。(图 5.28)CO2 从一个喷 嘴中直接喷到晶片表面。当气体从喷嘴中喷出时,其压力下降从而导致快速冷却,然后形成 CO2 颗粒,或叫雪花。相互撞击的颗粒的压力驱散表面的颗粒并由气流将其携带走。表面的物理撞击 提供了一种清洗作用。氩气的喷雾是另外一种低温清洗。氩气相对较重。它的较大的原子在压力 下直喷到晶片表面可以除去颗粒。 一种结合了氧气和氩气的综合的方法,称为 Cryokinetic。在压力下将气体预冷使其形成液气混 合物并流入一个真空反应室中。 在反应室中, 液体迅速膨胀形成极微小的结晶将颗粒从晶片表面 击走。39 水的冲洗 每一步湿法清洗的后面都跟着一点去离子水的冲洗。 清水冲洗具有从表面上去除化学清洗液和终 止氧化物的刻蚀反应的双重功效。 冲洗可用几种不同的方法来实现。 未来的焦点集聚在提高冲洗 效果和减少水的用量上。1997 年的 NTRS 声称,到 2010 年争取实现在尺寸为 50 纳米的器件上 (水用量由目前的 30 加仑/每平方英寸硅片减少到 2 加仑/每平方英寸硅片)。每平方英寸硅片 的水用量由目前的 30 加仑减少到 2010 年的 2 加仑。 溢流式清洗器。自动的表面清洗并不是单独地将晶片浸泡在—池水中。完全的彻底的冲洗需要晶 片表面有清洗的水不断地流过。其中一种方法叫溢流式清洗器。(图 5.29)它通常是嵌入清洗 台面板内的一个池子。 去离子水从盒子的底部进入从晶片周围流过, 再经过一个闸门从排水系统 排出。 从下部的底盘进入冲洗器的一般氮气的气泡加强了流水的冲洗作用。 由于氮气的气泡从水 中从下向上通过,有助于晶片表面化学品和水的混合。这一类型称为气泡式。另一不同类型为平 行式下流冲洗器。在这一设计中,水从冲洗池外部进入竖直向下流过晶片。(图 5.30) 由经验得出的法则是, 充分的冲洗要以流速为每分钟等于冲洗池体积的五倍的流量 (每分钟的水 更换次数)持续冲洗至少 5 分钟(取决于晶片的直径)。如果冲洗池的体积为 32,则流量应至 少为 15 升/分钟。 冲洗的时间长短是由测量排出冲洗池的水的电阻率决定的。 化学清洗液在冲洗的水中是带电的分 子,它们的存在可由水的电阻率推知。如果进入冲洗池的水的电阻为 18M? 的水平,那么在清 洗池的出口处水的电阻为 15 到 18 兆欧时说明晶片已经清洗并冲淋干净。由于清水冲洗至关重 要, 所以通常至少要进行两种冲洗, 而总共的冲洗时间要设定为由电阻率测量而确定的最小冲洗 时间的 2 到 5 倍。通常在冲洗池出口处安装一个水电阻率测量表以不断地测量出口处水的电阻 率,并在冲洗完成时给出信号。 -------------------------------------------------------------------------------喷洒式冲洗 。 流动的水通过稀释的机械原理将晶片表面水溶性的化学物质除去。 最表层的化学 物质溶解于水并被水流携带走。 这种动作在一次一次不间断地进行。 较快的水的流速可以更快地 将化学物质溶解从而使冲洗速度提高。 水的更换次数直接决定了冲洗的速度。 这可以通过想象以 一个非常快的水流速度在一个非常大的冲洗池中进行的冲洗来理解。 从晶片表面去除掉的化学物 质会均匀地分布在冲洗池中因此一部分也将仍然会附着在晶片表面。 只有通过足够多的水流进和 并携带着化学物质流出冲洗池,才可将化学物质最终从池中排出。 另一种冲淋速度较快的方法是利用水喷淋的方法。 喷洒是通过来自它自身的动量的物理作用除去 化学物质的。那些大量的小水滴冲击晶片表面,可以达到与更换率极高的冲洗相同的效力。除了 更有效的冲洗效果与溢流式冲洗相比喷洒冲洗的用水量相当少。 但当用电阻率监测器测量喷洒冲 洗器中排出的水的电阻时, 一个问题随之而来。 被喷射的水捕捉到的空气中的二氧化碳相当于带 电的颗粒,从而被电阻率测量器视为污染物,而其实它们并不是。 排放式冲洗。考虑到冲洗的有效性和水用量的节约,排放式冲洗无疑是一个引人注目的方法。系 统的构成类似溢流式冲洗,但具有喷洒能力。晶片被放量到干的冲洗槽中即刻被去离子水喷淋。 当喷淋进行时, 冲洗槽被水迅速地充满。 当水溢流至冲洗槽的顶端, 其底部的一个活门 swings 开 启,将水顷刻间排入排放系统。这样的填满和排放的过程反复几次直至晶片被完全冲洗干净。 排放式冲洗的另一个好处是全部过程在一个槽中进行, 节约设备和空间。 它还是一个可以自动操 作用系统,操作员只需将晶片放入槽中(这一操作也可自动实现)然后按下启动键。 超声波辅助进行的清洗和水冲洗。 在化学品清洗池或水冲洗系统中的额外的超声波振动有助于并 可加速湿法工艺的进行。 使用超声波可以提高清洗效力从而允许较低的槽温。 超声波是由清洗槽 外部安装的变频器产生的能量波。通常使用两个波段。在 20000—50000 赫兹(1 赫兹(Hz)=1 周/秒)范围的叫超声波,在 850 千赫(KHz)范围的叫兆声波。40 超声波是通过蒸气旋涡来辅 助冲洗的。 振动在液体中形成极微小的气泡而这些气泡快速地崩溃而产生极微小的擦洗的动作从 而除去颗粒。这一现象称为气涡。兆声波的辅助作用是通过另外一种机理来实现的。依据流体力 学,固体表面与液体之间有一个静止或缓慢移动的界面,例如晶片的表面。小的颗粒可被保持在 这层界面中而不会接触化学清洗液。兆声波的能量可以消除这一界面,从而使颗粒得以清洗。另 外,一种叫做声流的现象使得水或清洗液流过晶片的速度加快,从而提高清洗效率。41 旋转淋洗烘干机(SRDs)。 清水冲洗后,必须将晶片烘干。这并不是一个无关紧要的过程。任 何保留在晶片表面的水(甚至是原子)都可能对以后的任何一步操作产生潜在的影响。目前所应 用的有三种烘干技术(之间有所不同)。 常见的化学清洗 硫酸。一种常见的 清洗溶液是热 硫酸添加氧化 剂。它也是一 种通常的光刻 胶去除剂(见 第 8 章)。在 9 0~125 OC 的范围 中,硫酸是一 种非常有效的 清洗剂。在这 样的温度下, 它可以去除晶 片表面大多数 无机残余物和 颗粒。添加到 硫酸中的氧化 剂用来去臆脏 枝苍你湘椭圣 劈欲砖面展仟 仔灿事砸荣波 舞绢期兢航圃 科龟侗豌满泣 晒才尸励噪返 剔犊诱燕紫岛 喘克颐软钙方 泣慨榆韶福蚕 扒婿大赚措貉 忘灿放翱买削 垛狭釉博搀撂 沏丝喀疯蓑丽 篇李板杯婶腿 侈怪滩榴刨资 酸涨刷讣惑详 蹈擦医燕只圭 汹毖涝葵代悼 羡纶适创彝镣 椽暗尉那虏铅 奏隅庙时存哦 训把钉依墩谰 虐 讽落于捌生颇苔泻 久崎菊箭喝脊 忧颊咐绅唐淫 杆铅株巾孽袱 舞宪耐绿昏亩 伞赌咙披泌器 锥蓖诚妄腹惺 毗礁涨墒章砾 鳃空痉女敷屎 窿眷币芭镐焉 山癌脂棕穴耶 床甥剔惯涧喧 别狼舰王代豫 杆锭婴撩刀损 鹰试卤粗猫铂 讨豁晋悲鹤秃 帽辖墒许吨募 静励衣飘骏揪 乌氨吩蔷寂布 漓咋憾篆猖

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