濕法清洗及腐蝕工藝

1、濕法清洗及濕法腐蝕目錄簡介基本概念三濕法清洗四五濕法腐蝕 濕法去膠、°八在線濕法設(shè)備及濕法腐蝕異常簡介七.常見工藝要求和異常眾所周知， 濕法腐蝕和濕法清洗在很早以前就已在半導體生產(chǎn)上被廣泛接受 和使用，許多濕法工藝顯示了其優(yōu)越的性能。伴隨 IC 集成度的提高 ,硅片表面的潔 凈度對于獲得 IC 器件高性能和高成品率至關(guān)重要 , 硅片清洗也顯得尤為重要 .濕法 腐蝕是一種半導體生產(chǎn)中實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移的工藝 ,由于其高產(chǎn)出 ,低成本 ,高可靠性以 及有很高的選擇比仍被廣泛應(yīng)用 .基本概念腐蝕是微電子生產(chǎn)中使用實現(xiàn)圖形轉(zhuǎn)移的一種工藝，其目標是精確的去除不被MAS頰蓋的材料，如圖1：-正心&qu

2、ot;匚I屮休$1壬Figure 2. Pattern transfer process sequence showingalt five steps.圖1腐蝕工藝的基本概念：ETCHRATE （E/R） -腐蝕速率：是指所定義的膜被去除的速率或去除率，通常用Um/MIN,A/MIN 為單位來表示。HR UNIFORMITY-腐蝕速率均勻性，通常用三種不同方式來表示：UNIFORMITY ACROSS THE WAFERWAFERTO WAFERLOT TO LOT腐蝕速率均勻性計算 UNIFORMITY*( BRdlGH-BROW) /( BRHIGH + EFLCW)*100%SBJBCT

3、1VITY-選擇比是指兩種膜的腐蝕速率之比，其計算公式如下：SELA/B= （ERA） /（日RB）選擇比反映腐蝕過程中對另一種材料（光刻膠或襯底）的影響，在腐蝕工藝中必須特別注 意SEJ這是實現(xiàn)腐蝕工藝的首要條件。Good selectivityPoor selectivity (Undercut)ISOTROPYSUB-各向同性：腐蝕時在各個方向上具有相同的腐蝕速率；如濕法腐蝕就是各向同性腐蝕。具體如下圖:ISOTROPYANISOTROPY-各向異性：腐蝕速率在縱向和橫向上具有不同的腐蝕，一般縱向速率遠大于橫 向速率；如干法腐蝕大多數(shù)是各向異性腐蝕。具體如下圖：SUBANSCTRCPYC

4、D (CDLOSS)-條寬（條寬損失）：腐蝕對圖形條寬的影響。CD LOSS= PHCTOCD-F NALCDLCADINGEFFBCT-負載效應(yīng)：E/R依賴于暴露的被腐蝕面積總量的一種現(xiàn)象，叫負載效應(yīng)，一 般在干法腐蝕工藝中較常用到。這包括兩個方面 A）E/R取決于在腔體中的硅片數(shù)，在這種情況 下，由于腐蝕性粒子的消耗，其總體 E/R會變慢。B）另一種是取決于單一硅片表面被腐蝕的面 積。但須注意被腐蝕的面積會隨工藝的進程而有所變化。OVER ETCH-過腐蝕：是指在正常腐蝕量的基礎(chǔ)上增加的腐蝕量，一般用來保證腐蝕結(jié)果， 但過量的過腐蝕也將造成異常（如 CD偏小，OXIDE LOSS大等）。C

5、ONTACTANGLE-接觸角:是衡量表面張力的一種參數(shù)，表面張力越大，接觸角越大。LOW SURFACH TKNSTON LO W U口NT A CT AWGLHHIGH SURFACE TENSIONHIGH CONTACT ANGLEPROFILE -剖面形貌：是指在腐蝕后的剖面圖形的拓撲結(jié)構(gòu)，它主要影響臺階覆蓋等，為獲得 滿意得剖面形貌，須進行不同性質(zhì)得處理（如進行等離子體處理或進行各向同性和各向異性腐 蝕的組合）。常見得剖面形貌如下圖：1611三、濕法清洗伴隨IC集成度的提高，硅片表面的潔凈度對于獲得IC器件高性能和高成品率至關(guān)重要。那 么對清洗目的與要求就更嚴格。 清洗是為減少沾污

6、 ,因沾污會影響器件性能 ,導致可靠性問題 ,降低 成品率，這就要求在每層的下一步工藝前或下一層前須進行徹底的清洗。由于有許多可能情形 的沾污從而使清洗顯得很復雜，下面就講一下沾污的種類以及各種去除方法。沾污源及其檢測兩類主要的沾污源為顆粒和膜，隨器件尺寸的縮小，由顆粒所導致的缺陷數(shù)就增加，因此 對清洗的要求就越來越高。有時膜沾污會變成顆粒沾污。1: 顆粒顆粒源主要包括：硅晶塵埃，石英塵埃，灰塵，從凈化間外帶來的顆粒，工藝設(shè)備，凈化服中的 纖維絲,以及硅片表面掉下來的膠塊 ,DI WATER 中的細菌等，隨特征尺寸的縮小，顆粒的大小會 使缺陷上升，從而影響電路的成品率。2: 薄膜型硅片表面的另

7、一種沾污源是膜沾污源，主要有油膜 ,藥液殘留 ,顯影液,金屬膜，有時膜可能 會變成顆粒。無論是化學清洗或濕法去膠工藝常被用來去除膜沾污同樣也能去除顆粒，針對不同的沾污 情況,采用分離的清洗程序各自去除 ,不僅是化學試劑的清洗還是顆粒清洗工藝 ,均是為獲得一個 潔凈的硅片表面。但提醒一下 ,如能去除沾污源是最有效的，雖然在當前工藝步能去除沾污，但 必須保證在后續(xù)工藝中不被重新沾污 .清洗的種類及其機理1：擦片（包括超聲擦片及高壓噴淋和機械擦片相結(jié)合）超聲擦片是讓硅片浸沒在帶有超聲或兆聲的藥液中， 在超聲的作用下藥液中產(chǎn)生微小的泡， 泡破裂產(chǎn)生沖擊波，沖擊硅片表面，使硅片表面的顆粒離去或松動，為防

8、止脫離下來的顆粒再 次沾污及重新沉積在硅片表面，脫落下來的顆粒必須被帶走，常采用溢流和過濾的方法。高壓噴淋和機械毛刷擦片常用于拋光工藝后，及金屬化， CVD 外延等工藝前，毛刷擦片是 利用一轉(zhuǎn)旋的毛刷通過刷洗硅片表面 （實際不于硅片直接接確 ）,通過類似于溶劑的一種分離動作 達到清洗的目的 .2：濺射前自然氧化層的清洗 （稀 HF 清洗 ）當硅材料暴露在空氣中時會產(chǎn)生 SIO2 膜,被稱為自然氧化層 ,這些物質(zhì)會對后續(xù)工藝產(chǎn)生嚴 重的影響 ,如接確電阻 ,濺射時影響接口結(jié)合力 ,因此在濺射前須對自然氧化層進行清洗 （一般用稀 HF 進行漂洗 ）。一般其濃度為 HF：H2O=1： 101：100

9、。3:化學清洗 （主要是 RCA 清洗及 SH 清洗和 HF LAST 清洗）A: RCA 清洗 （兩步工藝 SC-1， SC-2）主要是對SI和SI02在高溫作業(yè)前的清洗，如氧化，擴散，外延或合金工序前。SC-1 組分： DI WATER + H2O2（30%） + NH4OH（ 29%）主要去除硅片表面的顆粒，有機物以及金屬雜質(zhì)SC-2 組分： DI WATER + H2O2（30%）+ HCL（ 37%）主要去除硅片表面的原子和離子雜質(zhì)沾污，SC-2不腐蝕SI和SIO2，但重新沉積在硅片表面的顆粒無法用SC-2去除。典型的組分及工藝條件如下表:Ratio(by Vol.)Constitu

10、entsTempTimePurpose of CleanSC-15:1:15:1:0.25DIwater:30%H2 02:29%NH40 H75 C5Min去除硅片表面的顆粒，有 機物以及金屬雜質(zhì)SC-26:1:1DI water:30%H2 02:37%HCL80 C5-10Min去除堿離子，硅片表面的 金屬原子和難溶金屬氧 化物等清洗步驟:1預(yù)清洗：如有膠，則先去膠撚后用DI WATER進行沖洗；2:去除有機殘留及某些金屬：使用SC-1大約75-80C 10-15MIN;3:去除第2步形成的氧化膜：在稀HF中漂20-30SEC直接進入4;4:去除殘留的金屬原子及離子：使用SC-2 75-

11、80C,10-15MIN5:甩干片子，通熱N2保存.在清洗中，化學試劑的純度是非常重要的，同時由于H2O2很容易分解，所以如在腐蝕槽中進行清洗時須經(jīng)常加入新的 H2O2。SC-1藥液以很低的速率腐蝕SI，這會使硅片表面微毛從 而更易去除顆粒。當前，對SC-1藥液的組分進行了優(yōu)化，降低 NH4OH的濃度，會使去除顆粒 的效果提高。B: Pira nhaClea n是指H2SO4及H2O2的混和液（98%H2SO4:30%H2O2 =10:14:1），已被半導體工業(yè)長時間 廣泛使用，在H2SO4中加入H2O2有去除再次沉積在硅片上的顆粒，實現(xiàn)更有效的清洗，它主 要用于去膠，去除有機殘留，以及MET

12、AL前的各層清洗，一般清洗時間為3-5MIN.當使用腐蝕槽進行清洗時有幾個重要的因素需要考慮：a）:在H2SO4中加入H2O2是一個很強的放熱反應(yīng)，加入 H2O2會使槽溫升至90C左右。b）:槽子的清洗效率可以在硅片進入腐蝕槽時用肉眼觀察到，由于H2SO4和有機物反應(yīng)時在H2O2的強氧化作用下生成H2O和CO2,會在硅片表面出現(xiàn)霧，如效率好時在硅片進入槽子 幾秒內(nèi)出現(xiàn)霧。c）:H2O2在高溫下易分解生成H2O和O2,此分解影響H2SO4的濃度和降低槽子的去膠效率， 因此定期的加入（補充）H2O2是十分必要的。C: RESIDUE CLEAN主要用于去除在腐蝕時產(chǎn)生的付產(chǎn)品的清洗，如AL腐蝕后用

13、ACT-CMI，EKC265等進行清 洗,在鈍化后進行清洗等清洗前后的SEM圖片對比如下：Figure 1 2a - The via residue is decora tod o-ni rh wfer surface after the waifer was cleaned in a mixture of DMSO/MEA.JK-£>4-42653 at 95 "CZ for 30 miriLite andL followed with an isotropic etch-Figure 3a - Polysilicon etching reiidue after p

14、lasma as Ki rig.Flgure 1 3b - JNJo re-idu.e 占呂te oxide uriidercut after processing with theMydlroxylamine buffercti solutionFigure 12b - The via residue is completely remoxed after b<?ing processed through Hydroxylarninc buffered solution at 65"C for 30 miriiLites-F: SPECIALITY CLEAN具有特殊功效的清

15、洗：如 FRECKLE藥液用于去除殘留的SI-渣等.常用于清洗的藥液：H2O2, Dilute HF , NH40H , NH4F， H2SO4 , HCL Speciality 氏chantEKC265，DMF ，ACT-CMI四、濕法腐蝕濕法腐蝕工藝由于其低成本 ,高產(chǎn)出 ,高可靠性以及其優(yōu)良的選擇比是其優(yōu)點而仍被廣泛接 受和使用?；旧鲜歉飨蛲?,因此他們腐蝕后的尺寸要比定義的尺寸小 ,須在版上加一定量的 BIAS因此主要適用于大尺寸條寬的器件生產(chǎn)同時現(xiàn)有的濕法腐蝕設(shè)備正朝著以下方向發(fā)展：1）自動化，2）在微處理器控制下提高在腐蝕狀態(tài)下的重復性，以幫助工藝工程師提供更良好的控 制，阻止

16、人為因素的影響。 3）點控制過濾控制，以減小腐蝕過程中缺陷的產(chǎn)生， 4）自動噴淋 設(shè)備的開發(fā)。所有這些，都使?jié)穹ǜg有一個更美好的前景。與此同時，濕法腐蝕尤其不利的 一面。其主要缺點有 :A: 腐蝕液及 DI WATER 的成本比干法腐蝕用氣體成本高 ;B: 在處理化學藥液時給人帶來安全問題 ;C: 光刻膠的黏附性問題D: 有氣體產(chǎn)生以及不徹底的腐蝕及均勻性差等問題E: 排風問題濕法腐蝕機理濕法腐蝕的產(chǎn)生一般可分為 3 步:1: 反應(yīng)物 （ 指化學藥劑 ）擴散到反應(yīng)表面2: 實際反應(yīng) （化學反應(yīng) ）3:反應(yīng)生成物通過擴散脫離反應(yīng)表面 在實際應(yīng)用中，濕法腐蝕通常用來在 SI 襯底或簿膜上生成一定

17、的圖形，光刻版是典型的被 用于覆蓋所期望的表面區(qū)域防止被腐蝕液腐蝕掉，而光刻版在腐蝕后常被去掉，因此在線擇濕 法腐蝕工藝時，必須線擇腐蝕液，合適的形成版的材料（光刻膠）必須具有良好的抗腐蝕能力， 良好的完整覆蓋特性，光刻膠常被用來作為版層材料，但有時邊緣的黏附性差，常采用 HMDS 以增強其黏附性。濕法腐蝕反應(yīng)時可能存在多種反應(yīng)機理 ,許多反應(yīng)是一種或多種反應(yīng)共同作用的結(jié)果。 最簡 單的一種是在溶液中溶解。影響濕法腐蝕的因素濕法腐蝕質(zhì)量的好壞，取決于多種因素，主要的影響因素有：1: 掩膜材料 （主要指光刻膠 ）： 顯影不清和曝光強度不夠，會使顯影時留有殘膠，通常會使腐蝕不凈。2:須腐蝕膜的類型

18、（指如SI02,P0LY , SILICON等） 3:腐蝕速率：腐蝕速率的變化會使腐蝕效果發(fā)生改變，經(jīng)常會導致腐蝕不凈或嚴重過腐蝕，從 而造成異常，影響腐蝕速率的因素可見下面的影響因素。4:浸潤與否：由于在濕法腐蝕時由于腐蝕液與膜間存在表面張力，從而使腐蝕液難于到達或進 入被腐蝕表面和孔，難于實現(xiàn)腐蝕的目的。大多數(shù)情況下，為減小表面張力的影響，會在腐 蝕槽中加入一定量的浸潤。影響 E/R 的因素 :1: 腐蝕槽的溫度2: 膜的類型（如 SI02,P0LY , SILIC0N 等）3: 晶向 <111> <100>4:膜的形成（是熱生長形成或摻雜形成）5:膜的密度（THE

19、RMAL OR LTO）6:腐蝕時的作業(yè)方式（噴淋，浸沒或是旋轉(zhuǎn)）7:藥液成分的變化8:腐蝕時有無攪動或?qū)α鞯人猩鲜鲆蛩鼐遣檎耶惓Ｔ虻囊蛩?，同時膜的摻雜類型及含量也影響 E/R,因為外加的摻 雜劑改變了膜的密度，例如摻P的氧化層比熱氧化層E/R快得多，而摻B的氧化層要慢得多下圖 顯示了摻P的CVD SI02與熱氧化OXIDE在BOE中的不同的腐蝕速率對比。Rg. 1. Typical etch rate vt temperature tor 7:1 Buttered Oxide Etch濕法腐蝕種類及所用藥液1: SIO2 腐蝕:濕法腐蝕SIO2在微電子技術(shù)應(yīng)用中通常是用 HF來實現(xiàn)，其

20、反應(yīng)方程式為：SIO2+6HF- H2 +SIF6+2H2O一般HF濃度為49%，此反應(yīng)對于控制來說太快，因此常采用緩沖HF來替代（BOE或BHF）,加 入NH4F,可以減少F-的分解，從而使反應(yīng)更穩(wěn)定，而且非緩沖HF對膠和接口產(chǎn)生不良影響有資 料表明，BHF中NH4F的濃度過大而會嚴重影響其 E/R的均勻性及E/R線性。同時研究表明， 在低溫下生成固態(tài)的NH4HF2，這些固態(tài)物質(zhì)能產(chǎn)生顆粒并導致藥液組分的變化，當NH4F含量（重量比）為15%時，能有效的解決此問題。在腐蝕 SIO2時，為了適應(yīng)不同的工藝要求（如 去除SIO2的膜厚，為更好的控制E/R），可以選擇不同的HF濃度配比及工藝條件進

21、行腐蝕。2: SI腐蝕：不管單晶硅和多晶硅，都能被HNO3和HF的混和液腐蝕掉，反應(yīng)最初是由HNO3在表面形 成一層SIO2,然后被HF溶解掉，其反應(yīng)方程式為：SI + HNO3 + 6HF- H2SIO6 + HNO2 + H2 + H2O常把CH3COOH作為緩沖溶劑，因可以減少HNO3的分解以提高HNO3的濃度.3:SIN腐蝕SIN可被沸騰（160C左右）的85%的H3PO4溶液所腐蝕，然而膠常被去掉，因此有時采用SI02 作為掩蔽層來對SIN進行腐蝕,SI02圖形有光刻膠形成，然后去膠，接下來進行H3PO4對SIN腐 蝕.我們一般是在場氧化后進行SIN的全剝，由于是在高溫下進行了氧化，

22、因此在SIN表面有一層 SINO層，此層不溶于H3PO4而溶于HF,因此在進H3PO4槽時必須先進HF槽以去除SINO膜, 然后進行 SIN 的全剝 .4: AL 腐蝕濕法 AL 及 AL 合金腐蝕常在加熱的 H3PO4+HNO3+ CH3COOH 及水的混合液中進行 ,溫度 大約是 35C45C,典型的組分為：80%H3PO4 +5%HNO3+5%CH3COOH+1O% H2O,其 E/R 常受到 諸多因素的影響 ,如溫度,藥液組分 ,AL 膜的純度以及合金組分等 .反應(yīng)式如下 ：HNO3 + AL + H3PO4 ->AL2O3+H2O+ H2在反應(yīng)時會產(chǎn)生H2,當H2附在AL表面時

23、會阻礙反應(yīng)，因此在腐蝕時加入鼓泡以減小此問題，由 于 H2 及其它問題 ,如濺射時的沾污及自然氧化層的影響 ,一般在腐蝕時假如 1050%的過腐蝕量 以確保能完全腐蝕干凈 .濕法 AL 腐蝕也常單用 80%的 H3PO4 進行腐蝕 .5： TI 腐蝕TI 腐蝕常在 SALICIDE 工藝中應(yīng)用 ,由于 TI 與 SI 形成的 TISI 不易被 H3PO4 腐蝕 ,而 TI 能 被 H3PO4 所腐蝕掉 ,這樣在源漏處的 TI 被保留下來 ,以減小源漏處的方塊電阻 .6：TIW 腐蝕在TELCOM工藝中，為增加薄膜電阻的穩(wěn)定性 須在SICR薄膜上長一層TIW,在TIW腐蝕中 采用常溫的 H2O2

24、 進行腐蝕。采用的工藝條件是在室溫下腐蝕 30MIN 。 濕法腐蝕注意事項由于濕法腐蝕的特性， 在對不同的材料進行腐蝕時必須選擇相應(yīng)的腐蝕藥液和工藝條件， 在 開發(fā)濕法腐蝕和清洗菜單時必須注意此藥液對硅片上其它膜層和材料的影響，同時必須考慮濕 法腐蝕特性所帶來的一些其它問題。1：AL 及 AL 以后的片子的去膠不能進 SH 槽; 2：濕法氧化物腐蝕前必須進行充分的浸潤 ;3： TIW 腐蝕流水后不甩干直接去膠 ;4：須做先行的片子根據(jù)先行結(jié)果適當調(diào)整腐蝕時間；5：對濕法氧化物腐蝕檢查 ,原則上檢查膜厚最厚且小圖形處和大塊被腐蝕區(qū)域應(yīng)保證干凈 ;6：對濕法 AL 腐蝕檢查 ,主要檢查小圖形及橫跨

25、臺階的 AL 條是否有殘 AL 及 AL 條缺口嚴重和斷 AL 現(xiàn)象 ;7： 對 TIW 腐蝕主要檢查 TIW 邊緣是否有殘留 ;8： 所有腐蝕時間加參考的均僅供參考 , E/R 及膜厚正常的情況下 ,可 按參考時間作業(yè) ,在 E/R 和膜厚變化較大時 ,可適當調(diào)整腐蝕時間 ;五、濕法去膠種類在許多步工藝后有去膠工藝，包括干濕法腐蝕和離子注入后或光刻有誤須返工的圓片 .去膠 的目的是快速有效的去膠而不影響下面的各層材料 ，在生產(chǎn)及技術(shù)上去膠工藝并不單一 去膠工 藝主要分為干法和濕法去膠本次主要講述濕法去膠濕法去膠又可分為：1:有機去膠有機去膠是通過拆散膠層結(jié)構(gòu)而達到去膠的目的但其限制性較大，象

26、常用的藥液有DMF,ACT,EKC 等.2：非有機去膠目前常用的是H2SO4與H2O2加熱到120-140C左右,其強氧化性使膠中的C氧化成CO2, 并生產(chǎn)H20.值得一提的是,此類去膠常用在無金屬層上，也就是說在AL及AL以后層次的去膠 不能用此類去膠，此類去膠也常用在干法去膠后加一步濕法去膠（主要是大劑量注入和較差的干 法去膠后.3:干法去膠干法去膠是利用02等離子體進行去膠，具體在干法腐蝕中講述4:去膠未凈后的處理方法：如檢查去膠未凈，常用的方法是繼續(xù)去膠或用以下兩中方法去膠A:使用稀HF進行漂洗，然后流水甩干；B:使用 H2O:H2O2:NH4OH=7:3:3 清洗 10-20NIN,

27、然后流水甩干. 在線的一般的去膠工藝組合有：6”去膠工藝模塊常規(guī)工藝流程的去膠工藝模塊注入劑量去膠工藝去膠菜單備注E13及E13以下劑量濕法去膠SCP-2 S/P10mi nE14劑量干法去膠+濕法去 膠A1000A ” +SCP-2S/P10mi n部分產(chǎn)品的場注入可 只用濕法去膠；E15劑量干法去膠+濕法去 膠+濕法漂洗A1000A ”+SCP-2S/P10mi n + WE99E16劑量干法去膠+濕法去 膠+濕法漂洗A1000BA ” +SCP-2S/P10mi n + WE99WET ETCH濕法去膠SCP-2 S/P10MINPLASMA ETCH干法去膠+濕法去 膠A1000A ”

28、 +SCP-2S/P10mi n六、在線濕法設(shè)備與常見工藝異常設(shè)備所用藥液適用工藝5”濕法設(shè)備T-11BHF 7:1P-WELL ,N+ BACK ETCHT-14BHF 7:1GW W1 ETCHT-16AL ETCHANTTELCOM AL ETCHT-18H2O2TIW ETCHS12DMFAL & CAPS后清洗S13DMF+ISO有機濕法去膠SH（有）H2SO4+H2O2濕法去膠SH（無）H2SO4+H2O2濕法去膠，濕法清洗5” SCRUBH2O鈍化前擦片6”濕法設(shè)備SCP-1HF+H3PO4場氧后SIN全剝1 SCP-2H2SO4+H2O2濕法去膠SCP-3DILUTE HF濕法SIO2腐蝕及清洗:SCP-4:BHF，EG+BHFMG產(chǎn)品W1腐蝕及AL前后清洗H1 SCP-5H3PO4SALICIDE 工藝TI腐蝕MEGANH4O