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清洗技術

清洗技術. ◆ 半導體元件的製造上，清洗的目的是為了去除基板表面的各種污染。 ◆ 製造製程中，污染的發生可分為兩種，一在晶圓的處理過程 ( 搬運及保管 ) 中發生，另一則在製程過程中發生。 ◆ 如表歸納製程的種類，污染的種類，以及要以何種清洗去除污染 。. 污染的種類 - 依物質種類分類. 污染的種類 - 依污染的狀態分類. 依物質種類分類. ◆ 污染分為離子性與非離子性。離子性污染中，以金屬離子的問題最嚴重，不過近來陰離子也成為一大問題。 ◆ 基板的表面或內部，如果有離子存在的話，則會干擾電場，影響元件的電子特性。

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清洗技術

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Presentation Transcript

  1. 清洗技術 ◆ 半導體元件的製造上，清洗的目的是為了去除基板表面的各種污染。 ◆ 製造製程中，污染的發生可分為兩種，一在晶圓的處理過程 ( 搬運及保管 ) 中發生，另一則在製程過程中發生。 ◆ 如表歸納製程的種類，污染的種類，以及要以何種清洗去除污染。

  2. 污染的種類-依物質種類分類

  3. 污染的種類-依污染的狀態分類

  4. 依物質種類分類 ◆ 污染分為離子性與非離子性。離子性污染中，以金屬離子的問題最嚴重，不過近來陰離子也成為一大問題。 ◆ 基板的表面或內部，如果有離子存在的話，則會干擾電場，影響元件的電子特性。 ◆ 非離子性的污染，可分為有機物和無機物兩種。 ◆ 有機物的污染包括蠟、油、樹脂等，在半導體元件的製造工程上，尤其以附著在光阻片上的污染最為嚴重。 ◆ 此外，裝卸全程中，有機物都可能附著。無機物則包括金屬和氧化物等種類。

  5. 依污染的狀態分類 ◆ 污染雖然可依狀態分為污染、微粒、以及看不見的污染三種。 ◆ 元件存在這些污染，對元件發生重大的影響，甚至可能造成良率降低，可靠性下降。 ◆ 目前已知像Na這類的鹼金屬污染，會延遲MOS元件的製造，不過清洗技術的進步，也可說是從去除此類的污染而開始的。 ◆ 損傷 (看不見的污染) 主要發生在與電漿相關的製程中。 ◆ 為了去除損傷，經常必須直接刮除表面。最近，損傷才被納入清洗的範圍內。

  6. VLSI中的清洗工程－晶圓的清洗 ◆ 元件的製造工程中，將一次又一次反覆進行清洗工程 。 ◆ 在元件製造廠商的生產線上，其清洗系統備有無數種的清洗流程，依不同目的進行清洗。 ◆ 清洗工程區分為初期清洗、氧化前清洗、CVD前清洗三部分。 ◆ 在生產線上，通常先規劃好具有氧化工程、CVD工程、濺鍍工程等所需清洗流程的清洗裝置。 ◆ 雖然清洗工程全都很重要，但在矽與場氧化膜 ( 表示為LOCOS) 共存的閘極氧化工程，可算是CMOS元件的心臟，為最重要的清洗工程之一。在這個清洗工程中，關鍵點是自然氧化膜的控制。

  7. VLSI中的清洗工程

  8. VLSI中的清洗工程－晶圓以外的清洗 ◆ 半導體工廠使用的各式容器、裝卸工具、用於各裝置的零件、反應管、承受器，與電極等都需要清洗。潔淨室內所進行的清洗，包括晶圓的搬運機、晶圓匣盒、爐管用石英管，以及晶圓保持器等。 ◆潔淨室內清洗的次數相當頻繁，並使用特定的裝置。否則就算晶圓經過徹底清洗，一旦搬運晶圓的容器已經被污染的話，一樣會導致晶圓的污染。 ◆在CVD和濺鍍的裝置中，有所謂的“in-situ clean”工程，意思是「原地進行清洗」，即在裝置內設置好下一個晶圓進入前，利用氣體進行清洗的功能。

  9. 清洗的基本方法 ◆ 清洗進行的順序，要先判斷污染的內容來決定。 ◆ 清洗工程中，以乾燥工程最為重要。如果無法順利完成乾燥，表面會產生膜狀的污染，將無塵室的浮游微粒等固定在其中。這稱為水痕。 ◆ 欲將表面的水分去除，可用旋轉乾燥法；或一邊以IPA置換，一邊進行乾燥等方式進行。 ◆ 此外尚包括同時使用超音波、megasonic、刷除、高壓噴灑等輔助方式。 ◆ 其他製程的領域，雖已從濕式清洗轉移到乾式清洗，但清洗工程仍以濕式為主流。

  10. 元件晶圓清洗的程序

  11. VLSI中清洗方法的分類

  12. 清洗的化學作用 ◆ 下表介紹一般常用的清洗用藥水。就特徵來說，大部分的藥水都含有過氧化氫(H2O2)，因為過氧化氫擁有很強的氧化力，可應用在各式各樣的藥水。 ◆ 下圖為RCA清洗法的流程 。 ◆ RCA清洗是在1970年，由美國RCA公司的研究所首度提出。往後的三十年，一直到最近，此技術依然持續使用中。

  13. 濕式處理、清洗使用的藥水

  14. RCA清洗法的程序

  15. RCA清洗法的步驟 ◆ 首先利用氨水─過氧化氫類(APM)的處理，去除表面的微粒。此機制是利用在NH4OH的存在下，H2O2具有除去矽表面的氧化和氧化膜的效果。同時可將吸附在表面的微粒，及底膜表面經蝕刻的部分去除，可說是一舉兩得的方式。 ◆ 下一步，使用鹽酸─過氧化氫類(HPM)的藥水，將金屬附著物除去。其原理是因為Fe、Ni、Cr等重金屬，與Na, Li等鹼土金屬，在HCl-H2O2中會形成一種錯化合物，藉由溶出錯化合物的方式進行去除。

  16. 清洗裝置 ◆ 清洗的裝置，可分為批次方式和單一晶圓方式兩種方式。 ◆ 批次方式：是將晶圓以整批的方式，在並排的藥水槽和清洗 ( 超純水 ) 槽間移動，進行處理。各槽依清洗的流程進行配置。 ◆ 單一晶圓方式：可同樣經過整合，於單一旋轉頭上進行。單一晶圓方式則是將晶圓放置在旋轉頭上，將藥水噴出，不必擔心交叉污染的問題。可是，與批次方式相比的話，單一晶圓方式的處理效率較低，換句話說，較適合於某些特別的製程直接連接，例如CMP或電鍍工程後的處理等。

  17. 清洗裝置的概念

  18. 今後的展望 以清洗技術而言，今後的課題可分為兩大類。 ◎ 其一是隨著晶圓的實用化，追求經濟效益。 ◎ 另一則是建立銅配線、銅鍍工程、強誘電體薄膜 等相關的清洗技術。 最後提出一個與清洗技術相關的問題：『在處理過程中，一不小心徒手摸到晶圓，要如何清洗才好呢？』 正確答案當然是『直接丟掉它！』

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