半导体清洗技术

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1、半导体清洗技术报告人：王大鹏研究背景半导体产业是现代电子匚业的核心，而半导体产业的基础 是硅材料匸业。虽然有各种各样新型的半导体材料不断出 现，但90%以上的半导体器件和吐路，尤其是超大规模集 成电路(ULSI)都是制作在高纯优质的硅单晶抛光片和外 延片上的。20世纪70年代在单通道电子倍增器基础上发展起来一种多 通道电子倍增器。微通道板具有结构简单、增益高、时间 响应快和空间成像等特点，因而得到广泛应。它主要应用 于各种类型的像增强器、夜视仪、量子位置探测器、射线 放大器、场團金显器等。微通道板是 器的核心部祥在MCP的匚艺制造过程中，不町避免遭到尘埃、金属、有机 物和无机物的污染。这些污染

2、很容易造成其表向缺陷及孔 内污垢，产生发射点、黑点、暗斑等，导致MCP的良甜率下 降，使得管子质量不稳处以至失效肿此在MCP的制造过程 中利用清洗技术去除污染物十分重要。平坦化技术 1965年Walsh和Herzog首次提出了化学 机械抛光技术，Z后逐渐被应用。在半&体 行业，CMP最早应用于集成电路的基底硅 材料的抛光中，其后被逐步应用于集成电路 的前半制程中（集成电路的制造过程共分为 4个阶段：单晶硅片制造前半制程硅片测 试后半制程）,主要用于层间介质，绝缘 体，导休，镶嵌金属W、Al Cu,多晶硅， 硅氧化物沟道等的平面化中。传统的CMP 系统由以下三部分组成：旋转的硅片夹持装 置；承载

3、抛光垫的工作台；抛光液（浆料） 供应系统抛光液化学机械抛光是化学腐蚀和机械磨削同时进行，分为铜离子抛光、铮离子 抛光和普遍采用的二氧化硅胶体抛光O 二氧化硅胶体抛光是由极细的二氧化硅粉、氢氧化钠（或有机碱）和水配制成胶体抛光液。在抛光过程中，氢氧化钠与硅表面反应生成硅酸钠，通 过与二氧化硅胶体的磨削，硅酸钠进入抛光液，两个过程不停顿地同时进 行而达到抛光的目的。有机碱腐蚀介质的稀土抛光液现有的儿种抛光液主要为金刚石磨料的碱性 溶液，由于其中磨粒粒径人小不均匀，不能 很好的解决机械作用造成的损伤和应力的问 题，无法达到光滑镜面的目的。现有一种有牆瞬錨黠雌21安譬欝戒含量为二氧化肺0.5%5%、三

4、乙醇胺为II*醫議雅1驕龍痛麟霭还里超蠶熬绒弊幣燔蠶唯抛光液用于单晶硅片表面抛光，克服了使用 现有抛光液中磨料硬度高造成的表面划伤和 选择其他种类腐蚀介质带来的缺陷，获得了 理狼的光滑镜面抛光效果。抛光机理分析通过抛光盘的回转和对MCP玻璃的压力，消除MCP玻璃经 研磨后残存的凹凸层和裂纹层，以获得光滑透明表面。MCP玻璃表面在外加压力下，受机械摩擦作用的同时，水 对硅酸盐玻璃进行侵蚀。反应开始于水中的H离子和玻璃 中的Na离子进行交换，Na+离子进行交换，反应为三Si ONa+H+OHJ三SiOH+NaO H这一交换反应又会 引起下列反应： h SiOH+3/2H2OSi(OH),Si(OH

5、)44.NadHSi(OH)3Ol-Na+H2 0 另一方面,H2O 分子(岗靭于H+离子)会和硅氧冒架直接趙反叱三Si0 Si=+H9O-2 (三SiOH)这一反应造成水对硅氧特架的直接破-nHoO o通常称为硅酸凝胶或硅胶薄膜，坏，形成Si 厚度约为1 光粉被硅胶薄膜和抛光盘表面吸附，从而使该薄膜和抛光 盘表面互相粘结，在抛光盘与玻璃作相对运动时，先将研 磨后形成凹陷层顶部的硅胶薄膜抛光除去。水与新表面再 发生水解作用，薄膜又被抛去，生成饰硅酸络合物而形成 硅氧表层，从同却璋明逐步扩大到全部透明。如此不断重 复，MCP表面被臟。7 nmHe,其生炭时间约05mino同时,抛抛光液pH值对粗

6、糙度的影响0小，一几43456789pH值图3粗糙度和抛光液血值关系抛光液的pH值010 M 304050 60t/h图4抛光液pH值随抛光时间变化关系光刻胶及PMMA的引用由于硅微通道结构的特殊性，对 其进行化学机械抛光的同时会造 成不同程度的破坏且引入了杂质, 对下一步的清洗造成了污染，为 了保护阵列结构的完整性，在对 其进行抛光之前对微通道进行填 充。石蜡填充及清洗石蜡是从石油屮提炼出来不同分子质量烷姪类的混合物，它具有较 高的相变潜热值，相变过程中无过冷及析出现象?性能稳定、无毒、 无腐蚀性，因此，石蜡相变储能材料的研究和使用受到了广泛重视。 石蜡是一种内聚力较强的油性有机物质，不溶于

7、水。石蜡有受热熔化和冷温凝固的特性，其熔点为5058C,冷却后有 5%7%的体积收缩。所以当把液态蜡注入微通道的同时应该保证 温度在60C左右，在此温度下石蜡以液态存在，由于毛细现彖的 产生，石蜡完全注入到微通道中。浸透完全后自然降温，石蜡凝 I古成固态，增加了微通道的硬度，减小了抛光时对微通道的破坏 程度，起到了保护作用。抛光结束后要对石蜡进行去除，排蜡时的升温和保温时间十分重要，如升温过快，容易造成板体变形，开裂等现象室温100C是石蜡熔化阶段，升温速度以10C/h为宜，充分保温是 为了使整个板体受热均匀为石蜡缓慢熔化，并开始液态排蜡。100C160C是液态石蜡渗透迁移阶段，120300C

8、,石蜡开始蒸发，这两个阶段的升温速度为1030C/h，并充分保温，加强通风。 加入少量的丙酮，四氯化碳可加快清洗过程。光刻胶填充光的发溶，根胶对为的、发之此 见感地是理。性，即料件能使某 敏快别处多正之的材附光，的。 剂光很特剂较和反质同粘对态胶等 感对能，溶种胶，物不如剂状刻剂 增的区能的品性胶溶中 光体光色 、成光性当，负性可胶质感液变染 脂组曝理适杂分负成刻性，的改加 树分在物经复可是变光学剂胶以添 光成，的。术，的后为化光刻用而 感要后料化技理质照脂与感光，射 由主照材变的原物光树械，持剂反 ，种光种显胶影溶经机1保加生 剂三经这明刻显可，成的等，添发 蚀剂脂得生光和不的组胶性剂，胶

9、抗溶树使发。理成溶的刻定溶性刻 致和光，等分机形可胶光稳，动光 光感应性部应后不刻与热应流善 称料。反合性反照是光给、反的改 又染体化亲溶学光剂。，度学好如 胶感液固、可化。溶胶剂厚化良 刻增合光性去其类些性合膜光有性 光谱混生解溶据两某正粘胶生具特光刻胶的分类及清洗光刻胶可以分为三种类型光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基, 脣由基再进步弓发单体聚合，最后生成聚合物。 光分解型，采用含有分解反应，由油溶件变为水溶性, 可以制成正性胶。 光交联型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料, 在光的作用下，其分f中的双键被打开，并使链与链之 间发生交联，形成种不溶性的网状结构，而起到抗 蚀作用

10、，这是种典型的负性光刻胶光刻胶可用常压射频冷等离f体法清洗，但由于在常压 下产生大面积均匀稳定的冷等离了体是非常困难的， 常压射频等离了体是个新的研究领域，技术还不成 熟，有待进步改进。，去除刻蚀后的光刻胶残渣是半导体行业的一大技术难点，尤其是经 过高浓度离子注入的光刻胶，注入的阳离f和光刻胶 中的碳形成很强的化学键，使光刻胶表面高度交联， 羽成尾高度笺鳖、耐腐蚀的碳化硬壳，人人增加了 盘刻胶的去際義谩PMMA填充孵表飜爲飜爲瞬借灑熾电聚甲基内烯酸甲酯(PMMA),俗称有机玻璃，是 一种重要的透明高分子材料。有柔性和刚性 Z分，它具有很多优良的性能，如化学稳定 性好、物理机械性能比较均衡、加工

11、性能、 耐候性和电绝缘性能良好、光学性能优异， 透光率比普通无机玻璃高10%以上，且密度 小、韧性好，因此广泛应用于航空、建筑、 农业、光学仪器等领域，是典型的无定型高 分子材料。对PMMA进行表面涂层可提高板PMMA清洗技术超临界CO? ( supercritical C02,简称scCO2) 作为一种辖殊溶剂，近年来在生物制药，食受製广泛关注/过删规 我们的初步实验，发现sc-CO2在半导侏洁洗 工艺中也有广阔的应用前景。C02在温度高 于31. 1 C压力7. 4 X106 Pa时就变成 超临界状态。处于超临界状态的CQ表面张 力儿乎为零，很容易渗入细孔和沟猶中，对 不规则及高纵横比的器

12、件清洗能力强，并且 没有腐蚀性，不会造成硅的损失。但由于 CO?是非极性化合物，所以光刻胶等有机物 在箕中的疥解度较小，这在很大程度上限制 TscCOo为清洗介质的应用。加人一些共 溶剂，話以显著改善scCO2的溶解能力。温度和清洗时间对光刻胶去除 率的影响40IrIF IT V w1I051015202530Treetmervt Time frrtn2光刻胶去除率随温度和反应时间的变化压力和表面活性剂对光刻胶去除率 的影响B5ao75?o38eo563045皿眈 treatment afler treabrert A after treatrral B 龄聆gtmc40400035003C0

13、025002X0 I5CO 1000WavemiTfaersE團3请洗肉及不同条件清洗冶样品的博里叶变换红去除效果对比微通道板清洗技术在MCP的工艺制造过程中，不可避免遭到尘发射点、黑点、暗斑等，导致MCP的良品率下降，使得管子质量不稳定以至失效,因此在MCP的制造过程中，利用清洗技术去除污染 物十分重要根据MCP材料、结构特性，结合制造工艺和 接触介质的性质分析，可将污染物类别分为 颗粒、有机物、金属及其氧化物、反应生成 物、曝露空气生成的霉菌及水印等五类。清洗方法和清洗技术的分类微通道板的表面清洗就是采用物理的、 化学的方法使吸附在表面的污染物解 吸从而离开微通道板表面的过程。物脱离基体;

14、化学方法则是利用清洗液与 污染物进行化学反庭生成可溶于清洗 液的物质,或者破坏污染物与基体表面 之间的键合作用从而脱离基体。针对 污染物的不同种类、不同性质以及 MCP的不同工艺要求，采取以下清洗技常见几种清洗剂及其清洗方法 有机溶剂清洗清洗液清洗酸加氧化剂清洗氨水加氧化剂清洗液导声高点半超幕是是駕洗理花清鶴动波要詈声主蓊H軽燼需黏鬻驚碍端杂形状的限制，處于实现建其它几种清洗方法兆声波清洗保存了超声波清洗的优点，且克服了它的不足兆声波轆的机理是由高能频效应结合化学清洗剂的化学反应对硅片进行气相干洗是在常压下使用HF气体控制系统的湿度。吿低速旋转片 子，再高速旋转使片子干燥可用于清洗较深的结构囱形，如对沟 黑的魏。“薯龜脯除韵礫議荡碁犖 能除去金属沽污。善薯爰暑離篇瓣聶勰蘿辎蠶魏看醫魏聲普，養噺 委茴症病角时曜低叢面电阻。