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本文介紹了在半導(dǎo)體制造過(guò)程中進(jìn)行的濕法蝕刻過(guò)程和使用的藥液,在晶圓表面,為了形成LSI布線,現(xiàn)在幾乎所有的半導(dǎo)體器件都使用干蝕刻方式,這是因?yàn)楦煞ㄎg刻與濕法蝕刻相比,各向異性較好,對(duì)于形成細(xì)微的布線是有利的。
濕法蝕刻是對(duì)膜進(jìn)行各向同性蝕刻,因此不利于形成精細(xì)的布線,能夠使用的布線有限,在最上層的Al系布線中使用的情況,這是因?yàn)榕c干法蝕刻相比,可以用廉價(jià)的裝置形成。另外,在形成接觸孔和通孔孔時(shí),為了改善其后成膜時(shí)的覆蓋范圍,有的情況是首先用BHF藥液進(jìn)行濕法蝕刻;另一方面,在現(xiàn)在的半導(dǎo)體器件制造工藝中,作為最多的使用目的,還是去除布線形成后不需要的膜。
下面介紹半導(dǎo)體制造過(guò)程中的重要組成部分:清洗和使用藥液,下列的表中。首先是粒子去除(清洗),通常使用的藥液是氨和過(guò)氧化氫水的混合液,混合比例、液溫、清洗時(shí)間等是各公司的專有技術(shù),一般來(lái)說(shuō)氨:過(guò)氧化氫:純水=1:1-10:20-100,溫度40-70℃,使用時(shí)間為30秒-4分鐘。
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下圖中顯示了粒子、金屬雜質(zhì)、有機(jī)雜質(zhì)被清洗的機(jī)理的例子;在APM液中過(guò)氧化氫水的作用下,硅晶圓表面形成0.8 納米左右的極薄氧化膜,使用臭氧水(臭氧濃度10 ppm左右,溫度25℃以下)時(shí),由于臭氧的作用,同樣會(huì)形成0.8 納米左右的極薄氧化膜,并且,APM液中的氨具有蝕刻去除形成的氧化膜的作用,在去除氧化膜的同時(shí),粒子,金屬雜質(zhì)和有機(jī)雜質(zhì)也將通過(guò)提升作用被去除,因?yàn)锳PM液是堿性的,所以粒子等雜質(zhì)和晶片同樣帶負(fù)電,利用彼此分離作用的Zeta電位理論在藥液的選擇中也很重要,在利用臭氧水的情況下,使用1%以下的薄氫氟酸水作為臭氧水處理的下一個(gè)處理。
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接下來(lái)是金屬去除(清洗),需要利用氧化溶解機(jī)制去除金屬成分,一般情況下,使用鹽酸和過(guò)氧化氫水的混合液(簡(jiǎn)稱HPM)、硫酸和過(guò)氧化氫水的混合液(簡(jiǎn)稱SPM)的情況較多,在60℃以上的高溫下使用,以提高氧化和溶解效率,另外從高性能和降低成本的觀點(diǎn)來(lái)看,具有僅次于氟的高氧化勢(shì)的臭氧水(臭氧濃度約10 ppm,25℃以下)也被廣泛采用。
下面就有機(jī)物去除(清洗)進(jìn)行論述,除光刻膠外,作為附著在晶圓表面的有機(jī)物,幾乎沒(méi)有大的固體狀物質(zhì),因此,粒子和金屬不純 通過(guò)用于清洗物體的APM和HPM(或SPM),有機(jī)物也被去除清洗。
最后,關(guān)于一般制造很多半導(dǎo)體器件的公司、研究機(jī)構(gòu)所采用的清潔配方,按照APM→純水護(hù)發(fā)素→HPM(或SPM)→純水護(hù)發(fā)素→干燥的順序進(jìn)行清潔構(gòu)成,通過(guò)該配方,粒子、金屬·有機(jī)雜質(zhì)幾乎全部可以清洗。
下面介紹一下清洗裝置;清洗裝置分為總線式清洗裝置和單葉式清洗裝置兩類??偩€式清洗設(shè)備的優(yōu)點(diǎn),畢竟是與單葉式清洗設(shè)備相比,晶圓生產(chǎn)率更高,25片或50片晶片一次性投入浴缸內(nèi)清洗;另一方面,缺點(diǎn)是粒子性能與枚葉式相比較差的情況較多,也就是說(shuō),在總線式中,附著在晶圓表面的粒子在清洗槽內(nèi)暫時(shí)離開(kāi)晶圓,該粒子存在于槽內(nèi)的藥液和純水中,之后,將晶圓移動(dòng)到下一個(gè)清洗槽時(shí),晶圓被提升到槽內(nèi)液的上部,此時(shí),槽內(nèi)的粒子再次附著在晶圓表面的情況較多。
為了除去槽內(nèi)的粒子,使其通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)行液體循環(huán),但是現(xiàn)在還不能完全用過(guò)濾器除去粒子,另外,其缺點(diǎn)是藥液·純水消耗量比單葉式裝置大,而葉片式清洗設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是粒子性能比總線式好,由于將通過(guò)過(guò)濾器預(yù)先除去液體中存在的粒子的藥液·純水施加到晶圓上,因此液體不會(huì)將過(guò)濾器直徑以上的粒子附著到晶圓表面。其優(yōu)點(diǎn)是藥液·純水消耗量比匯流式裝置??;通常,每片晶圓使用純水約為每分鐘1升,劣勢(shì)在于,與總線式清洗設(shè)備相比,晶圓生產(chǎn)率較小。因此,為了補(bǔ)充生產(chǎn)率,有時(shí)每個(gè)清洗裝置設(shè)置10個(gè)左右的處理室,
這樣,由于總線式清洗裝置和單葉式清洗裝置具有特點(diǎn),制造半導(dǎo)體器件的各公司根據(jù)制造的半導(dǎo)體器件是哪種配線尺寸代(節(jié)點(diǎn)代)的產(chǎn)品,以及清洗目的和工藝,分別使用采用的器件類型
下面介紹晶圓表面的清潔度,清洗晶圓后,確認(rèn)清洗性能的方法,首先,粒子當(dāng)然是目視無(wú)法看到的小粒子,因此通常使用被稱為激光式粒子檢查裝置的檢查儀器,將氬等激光器掃描到晶圓表面,當(dāng)存在粒子時(shí),通過(guò)檢測(cè)與粒子尺寸相關(guān)的散射激光量,將晶圓表面上的粒子位置和尺寸顯示為晶圓圖,現(xiàn)在,作為市場(chǎng)上銷售的檢查裝置,可以檢測(cè)到的最小粒子尺寸約為30 納米左右。
接下來(lái),對(duì)金屬成分的測(cè)量方法進(jìn)行闡述,在20多年前,主要采用壽命測(cè)量方法,這種方法是利用預(yù)先測(cè)量壽命和金屬雜質(zhì)量的數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)測(cè)量晶圓壽命的值,類推金屬雜質(zhì)的附著量,最近,許多半導(dǎo)體制造公司正在采用測(cè)量實(shí)際附著金屬成分量的分析方法,而不是使用壽命時(shí)間方法,即ICP-MS(電感耦合等離子體質(zhì)譜儀)TXRF(全反射熒光X射線反射)。
最后是有機(jī)物測(cè)量,GC/MS方法被普遍使用,在尖端半導(dǎo)體器件制造中,來(lái)自潔凈室內(nèi)存在的裝置、構(gòu)件、藥液等構(gòu)成物質(zhì)的微量有機(jī)物氣體,在制造過(guò)程中引起反應(yīng)物的形成和異常生長(zhǎng),從而降低半導(dǎo)體器件的成品率。
對(duì)晶圓的濕法蝕刻法、清洗和清潔度進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描述,在半導(dǎo)體器件制造中,從創(chuàng)建期到現(xiàn)在,與粒子等雜質(zhì)的斗爭(zhēng)在將來(lái)也不會(huì)改變,在與粒子的戰(zhàn)斗中最重要的工序是清洗,可以想象今后也會(huì)越來(lái)越受到重視,如果清潔技術(shù)不能日新月異地進(jìn)步,那么總有一天,半導(dǎo)體器件會(huì)受到良率低下而無(wú)法制造的致命傷害。