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半导体制造工艺中的污染及清除机理

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  • 发布时间:2019-11-06 20:39
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半导体制造工艺中的污染及清除机理

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半导体制造工艺中污染物及去除机理

  在半导体的制造工艺中,清洁度是最重要的参数之一。随着半导体栅条宽度的减小,其对污染控制的要求也越来越高。一个微小的污染,就可能导致一个芯片失效报废,所以控制污染物是半导体制造工艺中最关键的步骤之一。

  总的来说,半导体制程中的污染物分类大致如下:

半导体工艺中污染物分类

  1)颗粒

  颗粒主要是一些聚合物、光刻胶和蚀刻杂质等。通常都是在工艺中引进的,工艺设备、环境、气体、化学试剂和去离子水均会引入颗粒。这些颗粒一旦粘附在硅表面,则会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。

  2)有机残余物

  有机物杂质在IC制程中以多种形式存在,如人的皮肤油脂、净化室空气、机械油、硅树脂、光刻胶、清洗溶剂等,残留的光刻胶是IC工艺中有机沾污的主要来源。每种污染物对IC 制程都有不同程度的影响,通常会在晶圆表面形成有机物薄膜阻止清洗液到达晶圆表面,会使硅片表面无法得到彻底的清洗。因此有机残余物的去除常常在清洗工序的第一步进行。

  3)金属污染物

  IC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、刻蚀的方法在绝缘层上制作接触窗口,再利用蒸发、溅射或化学气相沉积(CVD)形成金属互连膜,如Al-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沾污过程,在形成金属互连的同时,产生的各种金属沾污会影响器件性能,如在界面形成缺陷,在后续的氧化或外延工艺中引入层错,PN结漏电,减少少数载流子的寿命。除此以外,在整个晶圆的工艺制备过程中,所用的气体、化学试剂、器皿、去离子水的纯度不够、设备本身的沾污以及操作人员所携带的金属离子等都会对IC引入一些可动离子沾污,这些离子大部分都是金属离子,并且人是最大的引入源。沉积机理包括:

  1. 通过金属离子和硅衬底表面的氢原子之间的电荷交换直接结合到硅表面,这种类型的杂质很难通过湿法清洗工艺去除,这类金属常是贵金属离子,如金(AU),由于它的负电性比Si高,有从硅中取出电子中和的趋向,并沉积在硅表面。

  2. 金属沉积的第二种机理是在氧化时发生的,当硅在氧化时,像Al、Cr和Fe等有氧化的趋向,并会进入氧化层中,这种金属杂质可通过在稀释的HF中去除氧化层而去除。

  4)需要去除的氧化层

  硅原子非常容易在含氧气及水的环境下氧化形成氧化层。该层氧化物不是所需要存在的氧化层,它会阻止晶圆表面在其他的工艺过程中发生正常的反应,它可成为绝缘体,从而阻挡晶圆表面与导电的金属层之间良好的电性接触,同时为了确保栅极氧化层的品质,晶圆如果经过其他工艺操作或者经过清洗后(由于过氧化氢的强氧化力,在晶圆表面上会生成一层化学氧化层),此表面氧化层必须去除。另外,在IC制程中采用化学气相沉积法(CVD)沉积的氮化硅、二氧化硅等氧化物也要在相应的清洗过程中有选择地去除。

  只有将各种各样的污染物尽可能的去除,才能保证更高的生产良率。所以半导体的清洗工艺一直以来都是半导体制造工艺中的关键点之一。芯片国产化的需求日益增加,半导体清洗的工艺也是急需攻克的难点。昆山市智程自动化设备有限公司致力于半导体晶片清洗设备的研发和生产,最终的目标就是实现半导体晶片清洗设备的完全国产化。

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