一、簡述
20世紀(jì)50年代后，發(fā)明了四種基本工藝（離子注入、擴散、外延生長和光刻），半導(dǎo)體IC工藝逐漸發(fā)展起來。如果被灰塵顆粒和金屬污染，產(chǎn)生短路或開路等，導(dǎo)致集成電路故障和幾何特性的產(chǎn)生，很容易損害芯片中的電路功能。因此，除了在整個生產(chǎn)過程中避免外部污染源外，還需要對集成電路制造過程進行濕法或干法清潔，如高溫擴散和離子注入。干式和濕式清潔工作包括使用化學(xué)溶液或氣體成功地去除留在晶圓上的灰塵、金屬離子和有機雜質(zhì)，同時保持晶圓的表面和電氣財產(chǎn)。
二、污染物和雜質(zhì)的分類
在IC制造工藝中需要一些有機和無機化合物。此外，制造過程總是在潔凈室中進行，有人為干預(yù)，導(dǎo)致硅片的各種環(huán)境污染。污染物根據(jù)其發(fā)生情況分為四類：顆粒物、有機物、金屬污染物和氧化物。
2.1顆粒
聚合物、光致抗蝕劑和蝕刻雜質(zhì)構(gòu)成了顆粒的大部分。通常，顆粒會粘附在硅表面，影響后續(xù)工藝的幾何特征和電氣財產(chǎn)的發(fā)展。盡管顆粒與表面之間的粘附力是多種多樣的，但主要是范德華引力，因此顆粒去除方法主要是使用物理或化學(xué)方法削弱顆粒，并逐漸去除顆粒。顆粒與硅表面的接觸面積減小，顆粒**終被去除。
2.2有機物
人體皮膚油、潔凈室空氣、機械油、有機硅真空潤滑脂、光刻膠、清潔溶劑和其他有機污染物都可以在IC工藝中找到。每種污染物都以不同的方式影響IC工藝，主要是通過在晶片表面產(chǎn)生有機層來防止清潔溶液到達晶片表面。因此，去除有機材料通常是清潔過程中的**步。
2.3金屬污染物
在IC電路制造工藝中，金屬互連材料被用來連接單獨的器件。光刻和蝕刻用于在絕緣層上創(chuàng)建接觸窗口，然后蒸發(fā)、濺射或化學(xué)氣相沉積用于創(chuàng)建金屬互連（CVD）。為了構(gòu)造互連線，蝕刻諸如Al-Si、Cu等的互連膜，然后對沉積的介電層進行化學(xué)機械拋光（CMP）。該程序有可能污染集成電路的生產(chǎn)過程。在構(gòu)建金屬互連時會產(chǎn)生各種金屬污染物。為了去除金屬污染，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>
2.4原生氧化物和化學(xué)氧化物
在包括氧氣和水的環(huán)境中，硅原子很容易被氧化，形成一層氧化物層，稱為天然氧化物層。由于過氧化氫的氧化能力很強，用SC-1和SC-2溶液清洗后，硅片表面會形成化學(xué)氧化層。一旦晶片被清潔，就必須去除該表面氧化物，以確保柵極氧化物的質(zhì)量。IC工藝中化學(xué)氣相沉積（CVD）產(chǎn)生的氧化物，如氮化硅和二氧化硅，也應(yīng)在清潔工藝中選擇性去除。
三清潔方法分類
3.1濕法清洗
濕法清潔使用液體化學(xué)溶劑和去離子水氧化、蝕刻和溶解晶片表面污染物、有機碎屑和金屬離子污染。通常采用RCA清潔、稀釋化學(xué)清潔、IMEC清潔、單晶片清潔和其他濕法清潔程序。
3.1.1RCA清潔方法
起初，人們沒有使用常規(guī)或系統(tǒng)的清潔方法。用于硅片清潔的RCA清潔工藝由RCA（美國無線電公司）于1965年發(fā)明，并應(yīng)用于RCA組件的制造。自那以后，這種清潔程序一直是許多前部和后部清潔過程的基礎(chǔ)，未來大多數(shù)制造商的清潔過程將基于原始RCA清潔方法。
為了在不損害晶片表面特性的情況下噴灑、清潔、氧化、蝕刻和溶解晶片表面污染物、有機物和金屬離子污染物，RCA清潔使用溶劑、酸、表面活性劑和水。每次化學(xué)使用后，用超純水（UPW）徹底沖洗。下面列出了一些**常用的清潔液的用途。
?。?）APM（65–80°C下的NH4OH/H2O2/H2O）是氫氧化銨/過氧化氫/DI水的混合物。APM的配方為NH4OH:H2O2:H2O=1:1:51:2:7，通過氧化和微蝕刻來切割和去除表面顆粒；還可以去除輕有機污染物和一些金屬化污染。另一方面，表面粗糙度與硅的氧化和蝕刻同時發(fā)展。
（2）鹽酸、過氧化氫和去離子水的混合物（HPM；65–80°C下的HCI/H2O2/H2O）。HPM也被稱為SC-2清潔溶液，其配方如下：此外，鹽酸中的氯離子與殘留的金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成易溶于水溶液的絡(luò)合物，該絡(luò)合物可由HCI:H2O2:H2O=1:1:61:2:8獲得，它可溶解堿金屬離子和鋁、鐵、鎂的氫氧化物，鹽酸中的氯離子與殘留的金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，形成絡(luò)合物，金屬污染物被硅的底層去除。
（3）硫酸（硫酸）/過氧化氫（過氧化氫）/去離子水（去離子水）混合物（SPM；100°C下的H2SO4/H2O2/H2O）。SC3清洗液是SPM的另一個名稱。硫酸和水的體積比為1:3。這是一種常見的去除有機污染物的清潔溶液。有機物可以用硫酸脫水和碳化，而碳化的物品可以用過氧化氫氧化產(chǎn)生一氧化碳或二氧化碳?xì)怏w。
（4）用氫氟酸（氫氟酸）或稀釋的氫氟酸（稀釋的氫氟酸）（20至25攝氏度的HF或DHF）進行蝕刻。其配方為HF:H2O=1:2:10，用于去除難以到達的地方的氧化物，蝕刻二氧化硅和氧化硅，減少表面金屬。在SC1和SC2溶液清潔之后，使用稀釋的氫氟酸水溶液來去除晶片表面上由過氧化氫氧化產(chǎn)生的天然氧化物層和化學(xué)氧化物層。隨著氧化層的去除，硅氫在硅晶片的表面上產(chǎn)生。結(jié)合在一起形成疏水表面。
?。?）DI水是超純水（UPW）的另一個名稱?；瘜W(xué)清洗后，UPW使用臭氧水稀釋化學(xué)物質(zhì)并沖洗晶片的液體。
RCA清潔結(jié)合兆聲波能量后，可以**大限度地減少化學(xué)和DI水的消耗，縮短晶片在清潔溶液中的蝕刻時間，減少濕法清潔各向同性對集成電路特性的影響，并增加清潔溶液的使用量。
