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微电子行业新型湿法清洗工艺分析

来源:UC论文网2018-01-10 10:01

摘要:

  摘要:在微电子产业高速发展的时代,对微电子器件的清洁性要求越来越高。但硅片表面的污染物将对集成电路元器件的性能造成极大的影响。因此,对硅片表面进行清洗是保证器件性能及提高器件成品率必不可少的一步。...

  摘要:在微电子产业高速发展的时代,对微电子器件的清洁性要求越来越高。但硅片表面的污染物将对集成电路元器件的性能造成极大的影响。因此,对硅片表面进行清洗是保证器件性能及提高器件成品率必不可少的一步。本文就微电子行业新型湿法清洗工艺的应用进行分析。


  关键词:微电子行业;新型湿法清洗工艺;应用


  随着信息技术的深入发展和广泛应用,微电子工业迎来了快速发展的契机,对电路集成程度的要求也越来越高。硅片表面的清洁程度严重影响着集成电路元器件的性能,对器件成品率的高低也有着至关重要的影响。因此,在电子器件制作的每一步工艺开始前都需要采用清洗工艺去除硅片表面附着的各种污染物或者杂质,保证器件的性能可靠,提高器件生产的成品率。


  一、污染物的类别


  硅片表面化学键悬空会形成自由力场,在这个自由力场的作用下,集成电路制作流程中产生的污染物会吸附在硅片表面或者硅片的氧化膜中,对电子元器件的生产产生不利的影响。


  (一)分子型污染物


  分子型污染物主要是一些有机杂质。首先,由于抛光工艺的需要,硅片在制造过程中会受到石蜡、油污等物质的污染,也可能会因操作工手指的碰触或者容器中未清洗干净的有机杂质而受到侵害。其次,生产过程中残留的有机溶液或者光阻剩余物也会吸附在硅片表面,导致离子迁移现象的发生或者硅片表面的极化。有机杂质对电子器件性能的稳定性有重大的影响,成为清洗工作的重点和首选。


  (二)离子型污染物


  微电子加工经常会用到刻蚀工艺,来自刻蚀溶液的离子型污染物会吸附在硅晶体的表面。其中,对硅晶体产生重大侵害作用的是碱金属离子。一旦集成电路中存在被碱金属离子污染的电子器件,在电场或者高温环境下,半导体空间极有可能会出现电荷层反型或者泄露的情况,导致电路故障的产生。


  (三)原子型污染物


  刻蚀溶剂呈现酸性的时候,里面会含有大量的金、铜等重金属原子杂质,这些重金属原子污染物一旦吸附在硅晶体的表面会严重影响电子器件的使用寿命,对电子器件的导电性和稳定性会产生不利的影响。


  二、微电子行业新型湿法清洗工艺的应用


  为了保证集成电路的性能,必须有效清除硅晶体表面附着的污染物和有害杂质。我们经常采用的清洗方法有兆声清洗、全封闭清洗、干法清洗和湿法清洗等。湿法清洗是一种新型的清洗工艺,清洗效果较为突出。下面就湿法清洗做一简单介绍。


  (一)RCA清洗工艺


  RCA清洗工艺对裸露的硅晶体或者表面附有氧化膜的硅晶体表面吸附的污染物有很好的清除效果。我们会按照一定的比例把H2O2和NH4OH混合成堿性溶液或者把过氧化氢与盐酸一起配制成酸性溶液。过氧化氢有很强的氧化作用,NH4OH溶剂的络合作用也很明显,在持续的氧化和络合效应下,硅晶体表面的颗粒和重金属污染物会被有效清除。然后为了保证清洗的效果,也可以使用浓度很小的盐酸溶液来去除重金属污染物和颗粒的残留物,同时保证硅片表面的光滑度,减少对环境的污染。


  (二)RCA清洗工艺的改进


  随着硅晶体用量的增加和应用领域的拓展,人们对清洗工艺的要求也越来越高,经过人们的科研创新,RCA清洗工艺获得一定的改进,清洗效果更加明显。


  RCA清洗工艺对硅片表面附着的颗粒和锌金属污染物的处理效果明显,但是对铜和铁金属污染物的清洗效果非常不理想。人们就改进了RCA清洗工艺,研制了CSE溶液,即按照一定的比例制成硝酸、氢氟酸和过氧化氢的混合溶液,对硅化合物产生强腐蚀作用,无论硅晶体表面呈现亲水性还是疏水性,都可以有效清除表面的各种污染物,包括铜金属和铁金属污染物。然后再将HNO3和浓度较低的HF溶液混合起来,清除铜、铁等金属污染物的残留物。


  (三)湿法清洗需要注意的事项


  用湿法清洗工艺清除硅晶体表面污染物的时候,需要根据材质的不同采取不同的腐蚀溶液,如果操作不当,也许会对硅晶体上其他的膜层产生影响,不利于电子器件性能的稳定。另外,采取湿法清洗工艺清洗污染物的时候,要注意污染物的类型,然后再选择浸润的时间。如果污染物杂质是氧化物,则需要较长时间的浸润过程,而对其他污染物类型清洗的时候,可以先做片子,然后根据结果再确定具体的浸润时间。


  除此之外,还可以采用单片清洗法,该种方式依然是现阶段下半导体厂家最为常用的一种清洗设备,但是此类设备沾污去除率不甚理想,究其根本原因,是由于在清洗过程中,采用的是纯净水与高纯化学试剂,但是沾污依然会停留在清洗液之中,容易造成二次污染。基于此,研究人员成功研发出了HF/O3旋转式清洗法,该种清洗方式可以去除表面的金属沾污、颗粒等等,应用前景非常好。


  三、结语


  如何实现微电子业的节能并降低排放,以及实现效率提高、制造成本降低,对环境保护和国民经济可持续发展有着极其重要的作用和意义。综上所述,微电子工业的发展对半导体和集成电路的性能提出了更高的要求,新型湿法清洗工艺可以有效去除包括铜、铁等重金属污染物在内的各种污染物,保证电子器件的质量和性能的稳定性,有着传统清洗工艺所无法取代的优势,在微电子工业中应用非常普遍。


  作者:罗琛


   参考文献: 

  [1]张瑾,杜海文.宽禁带半导体材料清洗技术研究[J].电子工艺技术, 2006(04). 

  [2]韩恩山,王焕志,常亮,胡建修.微电子工业中清洗工艺的研究进展[J].微电子学,2006(02). 

  [3]盛金龙.IC制造中清洗技术发展的分析[J].半导体技术,2006(03). 

  [4]童志义.向65nm工艺提升中的半导体清洗技术[J].电子工业专用设备,2005(07). 

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