半导体-制造中的沾污控制.ppt

Wu et al., EDL 25, 289 (2004). SiGe-gate/high-k/SiGe pMOSFETs Surface roughness (nm) Surface roughness (nm) 不同清洗（腐蚀）方法与表面粗糙度 Surface roughness (nm) Ebd (MV/cm) 表面粗糙度降低了击穿场强 颗粒的产生 较难干燥 价格 化学废物的处理 和先进集成工艺的不相容 湿法清洗的问题（2） 结构损伤程度加剧 清洗液难以进入深沟槽 清洗后干燥困难 颗粒去除有效率低 容易腐蚀铜导线 改变低k电介质的介电常数 变低k电介质的电介常数 工艺线宽减小 大量高堆叠式和深沟槽式结构 先进集成工艺带来的清洗问题 现在已经研究出几种可以取代RCA清洗的清洗技术,像等离子体干法清洗、使用螯合剂、臭氧、低温喷雾清洗等,但在工业生产上还未大量应用。 4.4 RCA湿法清洗的替代方案 干法清洗工艺 气相化学，通常需激活能在低温下加强化学反应。 所需加入的能量，可以来自于等离子体，离子束，短波长辐射和加热，这些能量用以清洁表面，但必须避免对硅片的损伤 HF／H2O气相清洗 紫外一臭氧清洗法（UVOC） H2／Ar等离子清洗 热清洗 4.4.1 等离子体基干法清洗 等离子清洗有物理清洗和化学清洗（表面改性）两种方式。前者称为PE方式，后者称为RIE方式。将激发到等离子态的活性粒子与表面分子反应，而产物分析进一步解析形成气相残余物而脱离表面。 目前等离子体技术已经用来除去有机光刻胶（灰化）和有机物沾污，是替代湿法化学方法的一种绿色手段，是被人们十分关注的根本治理污染的技术。 4.4.2 螯合剂 螯合剂用来结合并除去金属离子，加入到清洗液中，能够减少溶液中的金属再淀积。 典型的螯合剂如乙二胺四乙酸（EDTA）。这类螯合剂通常通过配位键与溶液中的金属离子达到非常稳定的结合，以实现金属与硅片表面的隔离。 EDTA的化学结构式 EDTA螯合剂具有以下几个优点： 1.螯合能力强 除碱金属以外，能与几乎所有的金属离子形成稳定的螯合物。 2.与金属离子形成的螯合物大多带有电荷，因此易溶于水 3.由于EDTA与金属离子螯合可形成5个五元环，故生成的螯合物十分稳定。 CaY2-的结构 4.4.3 臭氧（O3） 臭氧处理过的纯水结合紧随其后的SC-2清洗步骤能有效除去诸如铜（Cu）和银（Ag）这类金属，同时能去除有机物沾污。 原理：充分冷却气体（如氩气Ar），形成固态晶粒，喷射到硅片表面除去颗粒沾污 4.4.4 低温喷雾清洗 4.4.5 超临界清洗技术 原理：用高压压缩CO2气体，使之成一种介于液体和气体之间的流体物质，“超临界”状态。这种流体与固体接触时，不带任何表面张力，因此能渗透到晶圆内部最深的光刻位置，因而可以剥离更小的颗粒。 此外，超临界流体的粘度很低，可以清除掉晶圆表面的无用固体。采用超临界流体清洗给组合元件图案造成的损伤少并可以抑制对Si基板的侵蚀和不纯物的消费。可对注入离子的光敏抗腐蚀剂掩模用无氧工艺进行剥离。 工艺线直击——净化间 三．厂房 为使半导体制造在一个超洁净的环境中进行，有必要采用系统方法来控制净化间区域的输入和输出。在净化间布局、气流流动模式、空气过滤系统、温度和湿度的设定、静电释放等方面都要进行完美的设计，同时尽可能减少通过设备、器具、人员、净化间供给引入的颗粒和持续监控净化间的颗粒，定期反馈信息及维护清洁。 气流原理 为实现净化间中的超净环境，气流种类是关键的。对于100级或一下的净化间，气流是层流状态，没有湍流气流模式。 垂直层流对于外界气压具有轻微的正压，充当了屏蔽以减少设备或人到暴露着的产品的横向沾污。 对于流体流动状态的描述—— Re4000时流体为湍流(onflow)，Re2300时为层流(laminar flow)，Re介于2300和4000之间是过渡状态。 雷诺数 其中，U是流体流速，ρ是流体密度，L是管道尺寸，η是流体粘度。 雷诺实验装置 流体流动形态示意图 空气过滤 空气进入到天花板内的特效颗粒过滤器，以层流的模式流向地面，进入到空气再循环系统后与补给的空气一道返回空气过滤系统。在现代工艺线上，空气每6秒可以周转1次。 特效颗粒过滤器： 高效颗粒空气过滤器（HEPA）：用玻璃纤维制成，产生层状气流。 超低渗透率空气过滤器（ULPA）：指那些具有99.9995%或更高效率过滤直径超过0.12 μ m颗粒的过滤器。 高效过滤 排气除尘 超细玻璃纤维构成的多孔过滤膜：过滤大颗粒，静电吸附小颗粒 泵循环系统 20～22?C 4