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如何选择晶片的清洗中过滤工艺

更新时间:2025-02-10浏览:224次

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  晶片的清洗是半导体制程中最重要的清洗工艺。目前来说,清洗工艺大体可分为湿法清洗和干法清洗两种。本文主要介绍湿法清洗又可以分为RCA清洗法,稀释化学法清洗,IMEC清洗,单晶圆清洗等。
 
  1.RCA清洗
 
  工业中标准的湿法清洗工艺称为RCA清洗工艺,是由美国无线电公司(RCA)的W.Kern和D.Puotinen于1970年提出的,流程如下
 
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  APM即SC-1清洗液,其配方为:NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5~1:2:7,以氧化和微蚀刻来底切和去除表面颗粒;也可去除轻微有机污染物及部分金属化污染物。但硅氧化和蚀刻的同时会发生表面粗糙。
 
  SC-2清洗液其配方为:HCL:H2O2:H2O=1:1:5
 
  SPM即SC-3清洗液,其成分为:H2SO4/H2O2/H2O,其中硫酸与水的体积比是1:3,是典型用于去除有机污染物的清洗液。硫酸可以使有机物脱水而碳化,而双氧水可将碳化产物氧化成一氧化碳或二氧化碳气体。
 
  氢氟酸(HF)主要用于从特殊区域去除氧化物、蚀刻硅二氧化物及硅氧化物,减少表面金属。稀释氢氟酸水溶液被用以去除原生氧化层及SC1和SC2溶液清洗后双氧水在晶圆表面上氧化生成的一层化学氧化层,在去除氧化层的同时,还在硅晶圆表面形成硅氢键,而呈现疏水性表面。
 
  对于酸、碱化学液的过滤,在考虑杂质滤除要求的同时,也要确保化学液自身属性的稳定性。在过滤过程中对过滤材料的腐蚀可能会产生新的 化学成分进入化学液中,导致起性能的缺失。因此,选用耐酸、碱腐蚀的过滤材料显得尤为重要。耐腐蚀性差的过滤介质,也会导致其过滤精度和稳定性的丧失,从而对后步工艺造成不可挽回的损害。
 
  UPW即DI水,UPW采用臭氧化的水稀释化学品以及化学清洗后晶片的冲洗液。RCA清洗附加兆声能量后,可减少化学品及DI水的消耗量,缩短晶片在清洗液中的浸蚀时间,减轻湿法清洗的各向同性对积体电路特征的影响,增加清洗液使用寿命。
 
  DI水过滤是半导体工艺过滤的基础,要求过滤介质有较高的过滤性能和稳定性的同时,基于经济效益的考量,对滤芯的使用寿命也有更高的要求。
 
  2.稀释化学剂清洗
 
  在RCA清洗的基础上,对SC1、SC2混合物采用稀释化学法,可以大量节约化学品及DI水的消耗量。并且SC2混合物中的H2O2可以完全去掉。稀释HPM混合物(1:1:60)和稀释HCI(1:100)在清除金属时可以象标准SC2液体一样有效。采用稀释HCL溶液的另外一个优点是,在低HCL浓度下颗粒不会沉淀。采用稀释RCA清洗法可使全部化学品消耗量减少于86%。稀释SC1,SC2溶液及HF补充兆声搅动后,可降低槽中溶液使用温度,并优化了各种清洗步骤的时间,这样导致槽中溶液寿命加长,使化学品消耗量减少80~90%。实验证明采用热的UPW代替凉的UPW可使UPW消耗量减少75~80%。此外,多种稀释化学液由于低流速/或清洗时间的要求可大大节约冲洗用水。
 
  3、IMEC清洗法
 
  在湿法清洗中,为了减少化学品和DI水的消耗量,常采用IMEC清洗法。
 
  第一步
 
  去除有机污染物,生成一层化学氧化物以便有效去除颗粒
 
  通常采用硫酸混合物,但出于环保方面的考虑而采用臭氧化的DI水,既减少了化学品和DI水的消耗量又避免了硫酸浴后较困难的冲洗步骤。
 
  第二步
 
  去除氧化层,同时去除颗粒和金属氧化物
 
  通常采用HF/HCL混合物在去除氧化层和颗粒的同时抑制金属离子的沉积。
 
  第三步
 
  在硅表面产生亲水性,以保证干燥时不产生干燥斑点或水印
 
  通常采用稀释HCL/O3混合物,在低pH值下使硅表面产生亲水性,同时避免再发生金属污染,并且在最后冲洗过程中增加HNO3的浓度可减少Ca表面污染。
 
  IMEC清洗法可达到很低的金属污染,并以其低化学品消耗及无印迹的优势获得较好的成本效率。
 
  4、单晶片清洗
 
  大直径晶片的清洗采用上述方法不好保证其清洗过程的完成,通常采用单晶片清洗法,其清洗过程是在室温下重复利用DI-O3/DHF清洗液,臭氧化的DI水(DI-O3)产生氧化硅,稀释的HF蚀刻氧化硅,同时清除颗粒和金属污染物。
 
  单晶片清洗具有或者比改良的RCA清洗更好的清洗效果,清洗过程中通过采用DI水及HF的再循环利用,降低化学品的消耗量,提高晶片成本效益。
 
  总结
 
  由上文可见,在晶片清洗的过程中,需要用到多种电子化学品,包括硫酸、盐酸、氢氧化铵、氢氟酸以及去离子水等。成熟的过滤工艺可以确保电子化学品的纯净度及自身性能稳定,从而使得清洗后的晶片在后续工艺中能有良好的性能表现。

 

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