如果芯片被灰塵顆粒和金屬污染,產生短路或開路等,會導致集成電路故障和或者損傷幾何特性,進而損害芯片中的電路功能。因此,除了在整個生產過程中避免外部污染源外,集成電路制造程序(如高溫擴散和離子注入)還需要濕式或干式清潔。干式和濕式清潔工作包括使用化學溶液或氣體成功地去除留在晶圓上的灰塵、金屬離子和有機雜質,同時保持晶圓的表面和電氣特性。
3.1濕法清洗
濕式清洗使用液態化學溶劑和去離子水氧化、蝕刻和溶解晶圓表面污染物、有機碎屑和金屬離子污染。通常采用RCA清洗、稀釋化學清洗、IMEC清洗。
3.1.1 RCA清洗方法
起初,人們沒有使用常規或系統的清潔方法。用于硅片清洗的RCA清洗工藝由RCA(美國無線電公司)于1965年發明,并應用于RCA組件的制造。該清潔程序一直是許多前后清潔流程的基礎,未來大多數制造商的清潔流程將基于原始RCA清潔方法。
為了噴涂、清潔、氧化、蝕刻和溶解晶圓表面污染物、有機物和金屬離子污染,而不損害晶圓表面特性,RCA清潔使用溶劑、酸、表面活性劑和水。每次使用化學品后,用超純水(UPW)沖洗。后期,RCA清洗加入了超聲波技術后,可以盡大限度地減少化學和去離子水的消耗,縮短晶圓在清洗液中的蝕刻時間,減少濕式清洗各向同性對集成電路特性的影響。
3.1.2稀釋化學
當與RCA清洗結合使用時,SC1和SC2混合物的稀釋化學方法可以節省大量化學品和去離子水。使用稀釋RCA清潔方法時,總化學消耗量減少80%。在稀釋的SC1、SC2溶液和HF中加入超聲波攪拌后,可以降低罐內溶液的溫度,優化各個清洗步驟的時間,從而延長溶液在罐內的使用壽命,并減少80-90%的化學消耗。實驗表明,用熱UPW代替冷UPW可以節省75-80%的UPW用量。此外,由于低流速和/或清洗時間要求,許多稀釋化學劑可以節省大量沖洗水。
3.1.3 IMEC清洗方法
IMEC清洗方法經常用于濕法清洗,以限制化學品和去離子水的使用。
有機污染物在一階段被消除,并形成一層薄薄的化學氧化物,以確保有效去除顆粒。通常采用硫酸組合,但出于環境原因,使用臭氧化去離子水,以減少化學水和去離子水的使用,并消除更困難的硫酸浴清洗階段。但是,使用臭氧化去離子水,更難去除HMDS(六甲基二硅氮烷),因為在環境溫度下,臭氧可在溶液中以高濃度溶解,反應時間較慢,導致HMDS去除不。但是,溫度越高,反應速度越快,溶解臭氧濃度越低。因此,必須調整溫度和濃度參數,以便更有效地去除有機物質,HMDS烘箱應運而生。IMEC清潔工藝可以實現非常低的金屬污染,同時由于其化學使用量低且無壓印,因此更具成本效益。
3.2干洗
干洗主要是使用氣相化學技術去除晶圓表面的雜質,其中熱氧化和等離子體清洗是兩種常見的氣相化學技術。清潔程序包括將高溫化學氣體或等離子反應氣體引入反應室,反應氣體在反應室中與晶片表面化學結合,產生揮發性反應產物,并進行真空抽空。常用到是設備是高溫退火爐,以及等離子清洗機。
熱氧化反應利用高溫爐,在密封環境中退火是一種常見的熱氧化過程。
等離子體清洗機包括使用激光、微波、熱電離和其他方法將無機氣體轉化為等離子體活性粒子,然后與表面分子結合生成產品分子,以形成與表面分離的氣相殘留物,并通過真空的方式抽走殘留物。
干洗的優點是清洗后不會留下廢液,并且可以進行選擇性的局部處理。干洗蝕刻的各向異性也使其更容易產生精細的線條和幾何元素。但是,氣相化學技術無法僅與表面金屬雜質發生選擇性反應,還可能與硅表面發生反應。并且,不同的揮發性金屬組分具有不同的蒸發壓力和不同的低溫揮發性。實驗證明,金屬化污染物,如鐵、銅、鋁、鋅、鎳和其他,可以使用氣相化學技術減少,以滿足必要的標準。鈣也可以利用基于氯離子的化學技術在低溫下成功揮發。因此,在特定的溫度和時間條件下,不能消除所有金屬污染物。干洗雖然可以解決大量的化學材料和減少非常多環保問題,但是干洗不能取代濕洗。清潔目標決定了選擇什么樣的清洗方式,實際過程常常采用干式和濕式清潔程序的組合。常用到的設備有各類惰性氣體烘箱(無氧烤箱),等離子清洗機等。