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    微電子行業新型濕法清洗工藝分析

    來源:UC論文網2018-01-10 10:01

    摘要:

      摘要:在微電子產業高速發展的時代,對微電子器件的清潔性要求越來越高。但硅片表面的污染物將對集成電路元器件的性能造成極大的影響。因此,對硅片表面進行清洗是保證器件性能及提高器件成品率必不可少的一步。...

      摘要:在微電子產業高速發展的時代,對微電子器件的清潔性要求越來越高。但硅片表面的污染物將對集成電路元器件的性能造成極大的影響。因此,對硅片表面進行清洗是保證器件性能及提高器件成品率必不可少的一步。本文就微電子行業新型濕法清洗工藝的應用進行分析。


      關鍵詞:微電子行業;新型濕法清洗工藝;應用


      隨著信息技術的深入發展和廣泛應用,微電子工業迎來了快速發展的契機,對電路集成程度的要求也越來越高。硅片表面的清潔程度嚴重影響著集成電路元器件的性能,對器件成品率的高低也有著至關重要的影響。因此,在電子器件制作的每一步工藝開始前都需要采用清洗工藝去除硅片表面附著的各種污染物或者雜質,保證器件的性能可靠,提高器件生產的成品率。


      一、污染物的類別


      硅片表面化學鍵懸空會形成自由力場,在這個自由力場的作用下,集成電路制作流程中產生的污染物會吸附在硅片表面或者硅片的氧化膜中,對電子元器件的生產產生不利的影響。


      (一)分子型污染物


      分子型污染物主要是一些有機雜質。首先,由于拋光工藝的需要,硅片在制造過程中會受到石蠟、油污等物質的污染,也可能會因操作工手指的碰觸或者容器中未清洗干凈的有機雜質而受到侵害。其次,生產過程中殘留的有機溶液或者光阻剩余物也會吸附在硅片表面,導致離子遷移現象的發生或者硅片表面的極化。有機雜質對電子器件性能的穩定性有重大的影響,成為清洗工作的重點和首選。


      (二)離子型污染物


      微電子加工經常會用到刻蝕工藝,來自刻蝕溶液的離子型污染物會吸附在硅晶體的表面。其中,對硅晶體產生重大侵害作用的是堿金屬離子。一旦集成電路中存在被堿金屬離子污染的電子器件,在電場或者高溫環境下,半導體空間極有可能會出現電荷層反型或者泄露的情況,導致電路故障的產生。


      (三)原子型污染物


      刻蝕溶劑呈現酸性的時候,里面會含有大量的金、銅等重金屬原子雜質,這些重金屬原子污染物一旦吸附在硅晶體的表面會嚴重影響電子器件的使用壽命,對電子器件的導電性和穩定性會產生不利的影響。


      二、微電子行業新型濕法清洗工藝的應用


      為了保證集成電路的性能,必須有效清除硅晶體表面附著的污染物和有害雜質。我們經常采用的清洗方法有兆聲清洗、全封閉清洗、干法清洗和濕法清洗等。濕法清洗是一種新型的清洗工藝,清洗效果較為突出。下面就濕法清洗做一簡單介紹。


      (一)RCA清洗工藝


      RCA清洗工藝對裸露的硅晶體或者表面附有氧化膜的硅晶體表面吸附的污染物有很好的清除效果。我們會按照一定的比例把H2O2和NH4OH混合成堿性溶液或者把過氧化氫與鹽酸一起配制成酸性溶液。過氧化氫有很強的氧化作用,NH4OH溶劑的絡合作用也很明顯,在持續的氧化和絡合效應下,硅晶體表面的顆粒和重金屬污染物會被有效清除。然后為了保證清洗的效果,也可以使用濃度很小的鹽酸溶液來去除重金屬污染物和顆粒的殘留物,同時保證硅片表面的光滑度,減少對環境的污染。


      (二)RCA清洗工藝的改進


      隨著硅晶體用量的增加和應用領域的拓展,人們對清洗工藝的要求也越來越高,經過人們的科研創新,RCA清洗工藝獲得一定的改進,清洗效果更加明顯。


      RCA清洗工藝對硅片表面附著的顆粒和鋅金屬污染物的處理效果明顯,但是對銅和鐵金屬污染物的清洗效果非常不理想。人們就改進了RCA清洗工藝,研制了CSE溶液,即按照一定的比例制成硝酸、氫氟酸和過氧化氫的混合溶液,對硅化合物產生強腐蝕作用,無論硅晶體表面呈現親水性還是疏水性,都可以有效清除表面的各種污染物,包括銅金屬和鐵金屬污染物。然后再將HNO3和濃度較低的HF溶液混合起來,清除銅、鐵等金屬污染物的殘留物。


      (三)濕法清洗需要注意的事項


      用濕法清洗工藝清除硅晶體表面污染物的時候,需要根據材質的不同采取不同的腐蝕溶液,如果操作不當,也許會對硅晶體上其他的膜層產生影響,不利于電子器件性能的穩定。另外,采取濕法清洗工藝清洗污染物的時候,要注意污染物的類型,然后再選擇浸潤的時間。如果污染物雜質是氧化物,則需要較長時間的浸潤過程,而對其他污染物類型清洗的時候,可以先做片子,然后根據結果再確定具體的浸潤時間。


      除此之外,還可以采用單片清洗法,該種方式依然是現階段下半導體廠家最為常用的一種清洗設備,但是此類設備沾污去除率不甚理想,究其根本原因,是由于在清洗過程中,采用的是純凈水與高純化學試劑,但是沾污依然會停留在清洗液之中,容易造成二次污染。基于此,研究人員成功研發出了HF/O3旋轉式清洗法,該種清洗方式可以去除表面的金屬沾污、顆粒等等,應用前景非常好。


      三、結語


      如何實現微電子業的節能并降低排放,以及實現效率提高、制造成本降低,對環境保護和國民經濟可持續發展有著極其重要的作用和意義。綜上所述,微電子工業的發展對半導體和集成電路的性能提出了更高的要求,新型濕法清洗工藝可以有效去除包括銅、鐵等重金屬污染物在內的各種污染物,保證電子器件的質量和性能的穩定性,有著傳統清洗工藝所無法取代的優勢,在微電子工業中應用非常普遍。


      作者:羅琛


       參考文獻: 

      [1]張瑾,杜海文.寬禁帶半導體材料清洗技術研究[J].電子工藝技術, 2006(04). 

      [2]韓恩山,王煥志,常亮,胡建修.微電子工業中清洗工藝的研究進展[J].微電子學,2006(02). 

      [3]盛金龍.IC制造中清洗技術發展的分析[J].半導體技術,2006(03). 

      [4]童志義.向65nm工藝提升中的半導體清洗技術[J].電子工業專用設備,2005(07). 

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