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。

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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 分 類污染物質污染來源發生原因，發生場所 離子性污染 金屬離子 Na + 、 Li + 、 K + 等 自人體轉移，或由電鍍液、藥品溶液、 建材、原料所發生 陰離子 F - 、 Cl - ( 鹵素等 ) 蝕刻、光阻、鍍金屬工程等 非離子性污染非離子性污染 有機物污染 蠟 油 樹脂 ------ 研磨工程、光阻工程，晶圓裝卸全程、 乾式蝕刻殘渣 ( 聚合物 ) 無機物污染 重金屬 Fe, Ni, Cr 等 不銹鋼材、機器人、反應室晶圓裝卸 全程 貴重金屬 Au, Pt, Ag 等 Cu 建材、反應室內結構 起因於製程本身，或於製程中發生 其他金屬 AlCa, Mg 等 ( 鹼土族 ) 反應室的材料、裝卸建材、無塵室結 構、人體 碳 C 乾式蝕刻工程、建材、承受器、淋洗 等， CVD 、 PVD 膜內也有 氧化膜氧化物 SiO 2 氧化矽、氧化鋁、 氧化鈰等 自然氧化膜、氧化膜殘渣 CMP 工程後的泥狀研磨劑殘渣

3 污染的種類 - 依污染的狀態分類 污染的分類污染的內容對元件的影響 污染 ( 點狀、膜狀污染 ) 金屬污染 重金屬 氧化膜耐壓劣化 pn 接面發生漏電壽命 縮短 鹼金屬 Si-SiO2 界面不穩定化 Cu, Au 等壽命縮短 Al 影響不明 氧化膜殘留，自然氧化膜接觸電阻上升 聚合物殘渣接觸電阻上升 腐蝕 (Al) 斷路 / 短路增加 微粒 ( 粒子狀污染 ) 塵埃 ( 有機、無機 ) 良率降低 損傷 ( 看不見的污染 ) 電漿損傷 ( 導致結晶缺陷 ) SiO2 漏電 pn 接面漏電 充電 絕緣破壞、耐壓 降低 離子植入 (C, Cl, O 等 ) 接觸電阻上升

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 (H 2 O 2 ) ，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 清洗液簡稱組成、成分目 的 APM NH 4 OH-H 2 O 2 - H 2 O 微粒去除 SPMH 2 SO 2 -H 2 O 有機物去除 HPMHCl-H 2 O 2 -H 2 O 金屬去除 FPMHF-H 2 O 2 -H 2 O 自然氧化膜去除 DHFHF-H 2 O 氧化膜去除、自然氧化膜去除 BHFHF-NH 4 F-H 2 O 氧化膜蝕刻 ( 緩衝溶液 ) 熱磷酸 H 3 PO 4 Si 3 N 4 選擇蝕刻 臭氧水 O 3 -H 2 O 有機物去除

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！』