湿法清洗及腐蚀实用实用工艺

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1、实用标准文案湿法清洗及湿法腐蚀目录一：简介二：根本概念三：湿法清洗四：湿法腐蚀五：湿法去胶六：在线湿法设备及湿法腐蚀异常简介七.常见工艺要求和异常精彩文档实用标准文案一：简介众所周知,湿法腐蚀和湿法清洗在很早以前就已在半导体生产上被广泛接受和使用,许多湿法工艺显示了其优越的性能.伴随IC集成度的提升,硅片外表的洁净度对于获得IC器件高性能和高成品率至关重要,硅片清洗也显得尤为重要.湿法腐蚀是一种半导体生产中实现图形转移的工艺,由于其高产出,低本钱,高可靠性以及有很高的选择比仍被广泛应用.精彩文档实用标准文案根本概念腐蚀是微电子生产中使用实现图形转移的一种工艺,其目标是精确的去除不被 MASK

2、盖的材料,如图 1:产UhUhI I 4 4QQ r rTttrrTttrr3 3H H工y y“p p总/日口1 1Figure2.Patterntransferprocesssequenceshowingallfivesteps.图 1腐蚀工艺的根本概念：ETCHRATE(E/R腐蚀速率：是指所定义的膜被去除的速率或去除率,通常用 Um/MINA/MIN 为单位来表示.日 RUNIFCRMTY-腐蚀速率均匀性,通常用三种不同方式来表示：UNFCRMITYACROSSTHEVAFERVAFERTCWAFERLOTTOLOT腐蚀速率均匀性计算 UNIFORMTY=(ER-IIGH-ERLQ/V

3、/(ERHGH+ERLOVV*100%SELECTIVITY-选择比是指两种膜的腐蚀速率之比,其计算公式如下：SELA/B=(E/RA)/(E/RB)选择比反映腐蚀过程中对另一种材料(光刻胶或衬底)的影响,在腐蚀工艺中必须特别注意SEL这是实现腐蚀工艺的首要条件.GoodselectivityPoorselectivity(Uhdercut)ISOTRCPY-各向同性：腐蚀时在各个方向上具有相同的腐蚀速率；如湿法腐蚀就是各向同性腐蚀.具体如下列图：PRPR精彩文档实用标准文案ANISOROFY-各向异性：腐蚀速率在纵向和横向上具有不同的腐蚀,一般纵向速率远大于横向速率；如干法腐蚀大多数是各向异

4、性腐蚀.具体如下列图：ANSOTRCPYCD(CDLOSS)-条宽(条宽损失)：腐蚀对图形条宽的影响CDLOSS=PHOTOCD-FINALCDLOADINGEFFECT-负载效应：日 R 依赖于暴露的被腐蚀面积总量的一种现象,叫负载效应,一般在干法腐蚀工艺中较常用到.这包括两个方面 AE/R 取决于在腔体中的硅片数,在这种情况下,由于腐蚀性粒子的消耗,其总体 E/R 会变慢.B另一种是取决于单一硅片外表被腐蚀的面积.但须注意被腐蚀的面积会随工艺的进程而有所变化.OVERETCH-过腐蚀：是指在正常腐蚀量的根底上增加的腐蚀量,一般用来保证腐蚀结果,但过量的过腐蚀也将造成异常如 CD 偏小,OX

5、IDELOSS 大等.CONTACTANGLE-接触角：是衡量外表张力的一种参数,外表张力越大,接触角越大.PROFILE-剖面形貌：是指在腐蚀后的剖面图形的拓扑结构,它主要影响台阶覆盖等,为获得满意得剖面形貌,须进行不同性质得处理如进行等离子体处理或进行各向同性和各向异性腐蚀的组合.常见得剖面形貌如下列图：SUBLOWSURFACHTH.MSTONI_OWCOMTACTAWGLE：HIGHSURFACETENSIONHIGHSURFACETENSIONHIGHCONTACTANGLEHIGHCONTACTANGLE精彩文档实用标准文案:、湿法清洗伴随 IC 集成度的提升,硅片外表的洁净度对于

6、获得 IC 器件高性能和高成品率至关重要.那么对清洗目的与要求就更严格.清洗是为减少沾污,因沾污会影响器件性能,导致可靠性问题,降低成品率,这就要求在每层的下一步工艺前或下一层前须进行彻底的清洗.由于有许多可能情形的沾污从而使清洗显得很复杂,下面就讲一下沾污的种类以及各种去除方法.沾污源及其检测两类主要的沾污源为颗粒和膜,随器件尺寸的缩小,由颗粒所导致的缺陷数就增加,因此对清洗的要求就越来越高.有时膜沾污会变成颗粒沾污.1:颗粒颗粒源主要包括：硅晶尘埃,石英尘埃,灰尘,从净化间外带来的颗粒,工艺设备,净化服中的纤维丝,以及硅片外表掉下来的胶块,DIWATER 中的细菌等,随特征尺寸的缩小,颗粒

7、的大小会使缺陷上升,从而影响电路的成品率.2:薄膜型硅片外表的另一种沾污源是膜沾污源,主要有油膜,药液残留,显影液,金属膜,有时膜可能会变成颗粒.无论是化学清洗或湿法去胶工艺常被用来去除膜沾污同样也能去除颗粒,针对不同的沾污情况,采用别离的清洗程序各自去除,不仅是化学试剂的清洗还是颗粒清洗工艺,均是为获得一个洁净的硅片外表.但提醒一下,如能去除沾污源是最有效的,虽然在当前工艺步能去除沾污,但必须保证在后续工艺中不被重新沾污.清洗的种类及其机理1:擦片包括超声擦片及高压喷淋和机械擦片相结合超声擦片是让硅片浸没在带有超声或兆声的药液中,在超声的作用下药液中产生微小的泡,泡破裂产生冲击波,冲击硅片外

8、表,使硅片外表的颗粒离去或松动,为预防脱离下来的颗粒再次沾污及重新沉积在硅片外表,脱落下来的颗粒必须被带走,常采用溢流和过滤的方法.高压喷淋和机械毛刷擦片常用于抛光工艺后,及金属化,CVD#延等工艺前,毛刷擦片是利用一转旋的毛刷通过刷洗硅片外表实际不于硅片直接接确,通过类似于溶剂的一种别离动作到达清洗的目的.2:溅射前自然氧化层的清洗稀HF清洗当硅材料暴露在空气中时会产生 SIO2 膜,被称为自然氧化层,这些物质会对后续工艺产生严重的影响,如接确电阻,溅射时影响接口结合力,因此在溅射前须对自然氧化层进行清洗一般用稀 HF 进行漂洗.一般其浓度为 HF:H2O=1101:100.3:化学清洗主要

9、是RCA清洗及SH清洗和HFLAST清洗A: RCA清洗两步工艺SC-1,SC-2精彩文档实用标准文案主要是对 SI 和 SIO2 在高温作业前的清洗,如氧化,扩散,外延或合金工序前SC-1组分：DIWATER+H2O2(30%+NH4OH(29%主要去除硅片外表的颗粒,有机物以及金属杂质SC-2组分：DIWATER+H2O2(30%+HCL.(37%主要去除硅片外表的原子和离子杂质沾污,SC-2 不腐蚀 SI 和 SIO2,但重新沉积在硅片外表的颗粒无法用 SC-2 去除.典型的组分及工艺条件如下表:Ratio(byVol.)ConstituentsTempTimePurposeofClea

10、nSC-15:1:15:1:0.25DIwater:30%H2O2:29%NH4OH75c5Min去除硅片外表的颗粒,有机物以及金属杂质SC-26:1:1DIwater:30%H2O2:37%HCL80c5-10Min去除碱离子,硅片外表的金属原子和难溶金属氧化物等清洗步骤：1:预清洗：如有胶,那么先去胶,然后用 DIWATERS 行冲洗；2:去除有机残留及某些金属:使用 SC-1 大约 75-80C10-15MIN;3:去除第 2 步形成的氧化膜:在稀 HF 中漂 20-30SEC,直接进入 4;4:去除残留的金属原子及离子：使用 SC-275-80C,10-15MIN5:甩干片子,通热 N

11、2 保存.在清洗中,化学试剂的纯度是非常重要的,同时由于 H2O%艮容易分解,所以如在腐蚀槽中进行清洗时须经常参加新的 H2O2SC-1 药液以很低的速率腐蚀 SI,这会使硅片外表微毛从而更易去除颗粒.当前,对 SC-1 药液的组分进行了优化,降低 NH4O 的浓度,会使去除颗粒的效果B: PiranhaClean是指 H2SO 级 H2O2 勺混和液(98%H2SO4:30%H2O=10:14:1),已被半导体工业长时间广泛使用,在 H2SO 不参加 H202t 去除再次沉积在硅片上的颗粒,实现更有效的清洗,它主要用于去胶,去除有机残留,以及 METAL 前的各层清洗,一般清洗时间为 3-5

12、MIN.当使用腐蚀槽进行清洗时有几个重要的因素需要考虑：a):在 H2SO 钟参加 H2O2g 一个很强的放热反响,参加 H2O 公使槽温升至 90c 左右.b):槽子的清洗效率可以在硅片进入腐蚀槽时用肉眼观察到,由于 H2SO4f 口有机物反响时在 H2O2的强氧化作用下生成 H2O?口 CO2 会在硅片外表出现雾,如效率好时在硅片进入槽子几秒内出现雾.c):H2O2 在高温下易分解生成 H2O?口 O2 此分解影响 H2SO4 勺浓度和降低槽子的去胶效率,因此定期的参加(补充)H2O2g 十分必要的.C: RESIDUECLEAN主要用于去除在腐蚀时产生的付产品的清洗,如AL腐蚀后用ACT

13、-CMIEKC265?进行清洗,在钝化后进行清洗等.清洗前后的 SEMffl 片比照方下：精彩文档实用标准文案Figure12b-Theviaresidueiscompletelyremoxedafterb?ingprocessedthroughHydroxyiarnincbufferedsolutionat65Cfor30miriiLiteSi.Figure12b-Theviaresidueiscompletelyremoxedafterb4-42653al95XZfor30minutesandLfollowedwithanisJK-f4-42653al95XZfor30minutesand

14、Lfollowedwithanisotropicetch-otropicetch-Figure13a-PolysiliconetchingresiduFigure13a-Polysiliconetchingresidu0 0afterplasmaasafterplasmaash.trig.h.trig.Flgure13Flgure131 1tBtB- -NJore-idu.eNJore-idu.eg 酝耳ateoxideunderateoxideunder匚utafterprocessingwiththeutafterprocessingwiththeH Hydroxylaminebuffer

15、ctiydroxylaminebufferctisolutian.solutian.四、湿法腐蚀湿法腐蚀工艺由于其低本钱,高产出,高可靠性以及其优良的选择比是其优点而仍被广泛接受和使用.根本上是各向同性,因此他们腐蚀后的尺寸要比定义的尺寸小,须在版上加一定量的 BIAS,因此主要适用于大尺寸条宽的器件生产.同时现有的湿法腐蚀设备正朝着以下方向开展：1自动化,2在微处理器限制下提升在腐蚀状态下的重复性,以帮助工艺工程师提供更良好的限制,阻止人为因素的影响.3点限制过滤限制,以减小腐蚀过程中缺陷的产生,4自动喷淋设备的开发.所有这些,都使湿法腐蚀有一个更美好的前景.与此同时,湿法腐蚀尤其不利的一面

16、.其主要缺点有：A:腐蚀液及 DIWATER 勺本钱比干法腐 f4 用气体本钱高；B:在处理化学药液时给人带来平安问题；C:光刻胶的黏附性问题D:有气体产生以及不彻底的腐蚀及均匀性差等问题E:排风问题湿法腐蚀机理湿法腐蚀的产生一般可分为 3 步：1:反响物指化学药剂扩散到反响外表2:实际反响化学反响3:反响生成物通过扩散脱离反响外表在实际应用中,湿法腐蚀通常用来在SI衬底或簿膜上生成一定的图形,光刻版是典型的被用于覆盖所期望的外表区域预防被腐蚀液腐蚀掉,而光刻版在腐蚀后常被去掉,因此在线择湿法腐蚀工艺时,必须线择腐蚀液,适宜的形成版的材料光刻胶必须具有良好的抗腐蚀水平,良好的完整覆盖特性,光刻

17、胶常被用来作为版层材料,但有时边缘的黏附性差,常采用 HMDS增强其黏附性.湿法腐蚀反响时可能存在多种反响机理,许多反响是一种或多种反响共同作用的结果.最简单的一种是在溶液中溶解.影响湿法腐蚀的因素湿法腐蚀质量的好坏,取决于多种因素,主要的影响因素有：1:掩膜材料主要指光刻胶：显影不清和曝光强度不够,会使显影时留有残胶,通常会使腐蚀不净.2:须腐蚀膜的类型指如 SIO2,POLY,SILICON 等3:腐蚀速率：腐蚀速率的变化会使腐蚀效果发生改变,经常会导致腐蚀不净或严重过腐蚀,从而造成异常,影响腐蚀速率的因素可见下面的影响因素.4:浸润与否：由于在湿法腐蚀时由于腐蚀液与膜间存在外表张力,从而

18、使腐蚀液难于到达或进入被腐蚀外表和孔,难于实现腐蚀的目的.大多数情况下,为减小外表张力的影响,会在腐蚀槽中参加一定量的浸润.影响日R的因素：1:腐蚀槽的温度2:膜的类型如 SIO2,POLY,SILICON 等3:晶向精彩文档实用标准文案4:膜的形成是热生长形成或掺杂形成5:膜的密度THERMALORLTO6:腐蚀时的作业方式喷淋,浸没或是旋转7:药液成分的变化8:腐蚀时有无搅动或对流等所有上述因素均是查找异常原因的因素,同时膜的掺杂类型及含量也影响 E/R,由于外加的掺杂剂改变了膜的密度,例如掺 P 的氧化层比热氧化层日 R 快得多,而掺 B 的氧化层要慢得多.下图显示了掺 P 的 CVDS

19、IO2 与热氧化 OXIDE 在 BOEt 的不同的腐蚀速率比照.Rg.Rg.1 1,Typicaletchratevttemperaturetor7:1ButteredOxideEtch,Typicaletchratevttemperaturetor7:1ButteredOxideEtch湿法腐蚀种类及所用药液1:SIO2腐蚀:湿法腐蚀 SIO2 在微电子技术应用中通常是用 HF 来实现,其反响方程式为：SIO2+6HF-H2+SIF6+2H2O一般 HF 浓度为 49%此反响对于 if5 制来说太快,因此常采用缓冲 HF 来替代 BOE 或 BHF ,参加 NH4F,可以减少 F-的分解,

20、从而使反响更稳定,而且非缓冲 HF 对胶和接口产生不良影响.有资料说明,BHF 中 NH4F 的浓度过大而会严重影响其日 R 的均匀性及 E/R 线性.同时研究说明,在低温下生成固态的 NH4HF2 这些固态物质能产生颗粒并导致药液组分的变化,当 NH4 哈量重量比为 15%寸,能有效的解决此问题.在腐蚀 SIO2 时,为了适应不同的工艺要求如去除 SIO2 的膜厚,为更好的限制 E/R,可以选择不同的 HF 浓度配比及工艺条件进行腐蚀.2: SI 腐蚀：不管单晶硅和多晶硅,都能被HNO和HF的混和液腐蚀掉,反响最初是由HNO3E外表形成一层SIO2,然后被HF溶解掉,其反响方程式为：SI+H

21、NO3+6HF-出 2SIO6+HNO2+H2+H2O常把 CH3COOH 为缓冲溶剂,因可以减少 HNO3 勺分解以提升 HNO3 勺浓度.3:SIN 腐蚀精彩文档实用标准文案SIN 可被沸腾160C 左右的 85%勺 H3PO4 容液所腐蚀,然而胶常被去掉,因此有时采用 SIO2 作为掩蔽层来对 SIN 进行腐蚀,SIO2 图形有光刻胶形成,然后去胶,接下来进行 H3PO4 寸 SIN 腐蚀.我们一般是在场氧化后进行 SIN 的全剥,由于是在高温下进行了氧化,因此在 SIN 外表有一层 SINO 层,此层不溶于 H3PO 旃溶于 HF,因此在进 H3PO4 曹时必须先进 HF 槽以去除 S

22、INO 膜,然后进行 SIN 的全剥.4: AL 腐蚀湿法 AL 及 AL 合金腐蚀常在加热的 H3PO4+HNO3+CH3COOH 的混合液中进行,温度大约是 35C-45C,典型的组分为：80%H3PO4+5%HNO3+5%CH3COOH+10%tH2R,常受到诸多因素的影响,如温度,药液组分,AL 膜的纯度以及合金组分等.反响式如下：HNO3+AL+H3PO4-AL2O3+H2O+H2在反响时会产生H2,当H2附在AL外表时会阻碍反响,因此在腐蚀时参加鼓泡以减小此问题,由于H2及其它问题,如溅射时的沾污及自然氧化层的影响,一般在腐蚀时假设 1050%勺过腐蚀量以保证能完全腐蚀干净.湿法

23、AL腐蚀也常单用 80%勺 H3P04s 行腐蚀.5: TI 腐蚀TI 腐蚀常在 SALICIDE 工艺中应用,由于 TI 与 SI 形成的 TISI 不易被 H3PO4M 蚀,而 TI 能被 H3PO 撕腐蚀掉,这样在源漏处的 TI 被保存下来,以减小源漏处的方块电阻.6:TIW 腐蚀在 TELCOM： 艺中,为增加薄膜电阻的稳定性,须在 SICR 薄膜上长一层 TIW,在 TIW 腐蚀中采用常温的 H202a行腐蚀.采用的工艺条件是在室温下腐蚀 30MN湿法腐蚀考前须知由于湿法腐蚀的特性,在对不同的材料进行腐蚀时必须选择相应的腐蚀药液和工艺条件,在开发湿法腐蚀和清洗菜单时必须注意此药液对硅

24、片上其它膜层和材料的影响,同时必须考虑湿法腐蚀特性所带来的一些其它问题.1:AL 及 AL 以后的片子的去胶不能进 SH 槽；2:湿法氧化物腐蚀前必须进行充分的浸润；3:TIW 腐蚀流水后不甩干直接去胶；4:须做先行的片子根据先行结果适当调整腐蚀时间；5:对湿法氧化物腐蚀检查,原那么上检查膜厚最厚且小图形处和大块被腐蚀区域应保证干净；6:对湿法 AL 腐蚀检查,主要检查小图形及横跨台阶的 AL 条是否有残 AL 及 AL 条缺口严重和断 AL 现象；7:对 TIW 腐蚀主要检查 TIW 边缘是否有残留；8:所有腐蚀时间加参考的均仅供参考,E/R及膜厚正常的情况下,可按参考时间作业,在E/R和膜

25、厚变化较大时,可适当调整腐蚀时间；精彩文档实用标准文案五、湿法去胶种类在许多步工艺后有去胶工艺,包括干湿法腐蚀和离子注入后或光刻有误须返工的圆片.去胶的目的是快速有效的去胶而不影响下面的各层材料,在生产及技术上去胶工艺并不单一.去胶工艺主要分为干法和湿法去胶.本次主要讲述湿法去胶.湿法去胶又可分为1:有机去胶有机去胶是通过拆散胶层结构而到达去胶的目的.但其限制性较大,象常用的药液有 DMF,ACT,EK 等.2：非有机去胶目前常用的是 H2SO4fH2O2fe 热到 120-140C 左右,其强氧化性使胶中的 C 氧化成 CO2 并生产 H2O 值得一提的是,此类去胶常用在无金属层上,也就是说

26、在 AL 及 AL 以后层次的去胶不能用此类去胶,此类去胶也常用在干法去胶后加一步湿法去胶主要是大剂量注入和较差的干法去胶后.3:干法去胶干法去胶是利用 O2 等离子体进行去胶,具体在干法腐蚀中讲述.4:去胶未净后的处理方法：如检查去胶未净,常用的方法是继续去胶或用以下两中方法去胶A:使用稀 HF 进行漂洗,然后流水甩干；B:使用 H2O:H2O2:NH40H=7:3:游洗 10-20NIN,然后流水甩干.在线的一般的去胶工艺组合有：6去胶工艺模块常规工艺流程的去胶工艺模块注入剂量去胶工艺去胶菜单备注E13 及 E13 以卜剂县里湿法去胶SCP-2S/P10minE14 剂量干法去胶+湿法去胶

27、A1000“A+SCP-2S/P10min局部产品的场注入可只用湿法去胶；E15 剂量干法去胶+湿法去胶+湿法漂洗A1000“A+SCP-2S/P10min+WE99E16 剂量干法去胶+湿法去胶+湿法漂洗A1000“BA+SCP-2S/P10min+WE99WETETCH湿法去胶SCP-2S/P10MINPLASMAETCH干法去胶+湿法去胶A1000“A+SCP-2S/P10min精彩文档实用标准文案六、在线湿法设备与常见工艺异常设备所用药液适用工艺5湿法设备T-11BHF7:1P-WELL,N+BACKETCHT-14BHF7:1GWW1ETCHT-16ALETCHANTTELCOMAL

28、ETCHT-18H2O2TIWETCHS12DMFAL&CAPS 后清洗S13DMF+ISO有机湿法去胶SH 侑H2SO4+H2O2湿法去胶SH无H2SO4+H2O2湿法去胶,湿法清洗5SCRUBH2O钝化前擦片6湿法设备SCP-1HF+H3PO4场氧后 SIN 全剥SCP-2H2SO4+H2O2湿法去胶SCP-3DILUTEHF湿法 SIO2 腐蚀及清洗FSCP-41BHF,EG+BHFMG 产品 W1 腐蚀及 AL 前后清洗1SCP-5H3PO4SALICIDE 工艺 TIMEGANH4OH+H2O2湿法清洗擦片后及假片清洗SCRUBH2O擦片FSINH4OHHCLH2O2H2SO4ETC

29、进炉管前湿法清洗SSTACT-CMJEKC270AL 及 PADt 湿法清洗及去 POLYMER精彩文档实用标准文案七.常见工艺要求和异常SIC2ETCHPROCESS工艺要求：腐蚀干净,无氧化层剩余；侵蚀正常,无过侵蚀；无尖角,无局部侵蚀严重现象;无脱胶,浮胶；常见异常：过侵蚀；有尖角,局部侵蚀严重；图形发花,有剩余；脱胶,浮胶；N+区域染色具体的异常图片如下：精彩文档实用标准文案正常图形精彩文档脱胶,浮胶 GWCFO(0Q0.门.H4 一二?-一oou0(0(o-实用标准文案局部侵蚀严重GW 腐蚀返工后所致 AL 条翘曲TIWETCHPROCESS工艺要求：图形线条清楚整洁;图形内无剩余

30、TIW;TIW 图形边缘无剩余物；常见异常：TIW 剩余；去胶不净；具体的异常图片如下：实用标准文案去胶不净湿法ALETCHPROCESS工艺要求：去胶不净；AL 腐蚀干净;AL 条边缘整洁,不毛糙,无明显变瘦区域;AL 条宽正常,AL 去胶干净,常见异常：AL 剩余；AL 条细；断 A_;残胶；ALCD 异常具体的异常图片如下：AL 条细；断 AL湿法SIN全剥参考资料：1. HandbookofSemiconductorWaferCleanTechnology2. ArchInformationBulletin3. PrincipleofWetChemicalProcessinginULS

31、IMicrofabrication4. AProvenSub-MicroPhotoresistStripperSolutionForPostMetal精彩文档实用标准文案AL 拱起TIWX 域残留 SI 法属正常工艺要求：外表清洁,无沾污痕迹；无划伤.SIN 完全剥去,反面呈现“硅面,无小块残留物常见异常：图形内有庖蚀残留物,线条不反晰_图形内有腐蚀残留物,线条不清楚实用标准文案AndVIAHoleProcesses.5. OlinHuntMicroelectronicsGroupHandbook6. AnIntegratedWetChemicalEtch-Strip-CleanSequence7. BrushScrubbingEmergesAsFutureWafer-CleaningTechnology精彩文档