清洗製程清洗製程

緒論緒論

• 目的：目的

–去除金屬雜質、有機物污染、微塵與自然氧化物

降低表面粗糙度–降低表面粗糙度• 時機：幾乎所有製程之前或後，份量約佔所有製程步驟的 30%

• 對資源的衝擊：–完成一片 8 吋晶圓平均耗費 2000 加侖（9000公升，9 m3）純水加侖（9000 公升，9 m ）純水

–大量酸鹼液的使用造成環境污染

半導體製程污染源半導體製程污染源

• 微粒微粒–來源：機器、包圍的空氣、氣體、去離子水、化學品。

影響：降低氧化物崩潰電壓；多–影響：降低氧化物崩潰電壓；多晶矽或金屬橋接，降低良率。

• 金屬–來源：機器、化學品、反應離子蝕刻、植離子、灰化。

–影響：降低崩潰電壓；接面漏電；影響 降低崩潰電壓 接面漏電載子生命期降低；臨限電壓改變。

• 有機物來源：無塵室蒸氣、光阻殘餘、–來源：無塵室蒸氣、光阻殘餘、儲存容器、化學品。

–影響：氧化速率改變• 微粗糙

–來源：晶圓原材料、化學品。–影響：降低氧化物崩潰電壓；載影響：降低氧化物崩潰電壓；載子移動率降低。

• 天然氧化物–來源：周圍的濕氣、去離子水清洗

–影響：閘氧化物品質降低；高接觸電阻；矽化物品質差。

RCA晶圓清洗製程RCA 晶圓清洗製程

• 用途：於微影成像後，去除光用途 於微影成像後 去除光阻，清洗晶圓，達到酸鹼中和，以進行後續製程。

清洗劑：• 清洗劑：– APM（SC-1 或 HA）：

• 成分：NH4OH +H2O2 + H2O• 去除微粒子與有機物。• 加入金屬鉗合劑（chelating agent）如乙二胺四醋酸（EDTA）可抑制金屬污染物逆向吸著屬污染物逆向吸著。

• 可利用超音波提高洗淨效果。

– SPM：• 成分：H SO + H O + H O• 成分：H2SO4 + H2O2 + H2O• 去除有機物

– HPM（SC-2 或 HB）：成• 成分：HCl + H2O2 + H2O

• 去除金屬– DHF（食人魚）：

• 成分：HF + H2O• 去除自然氧化膜與金屬

– FPM：• 成分：HF + H2O2 + H2O• 去除自然氧化膜與金屬

– BHF：BHF：• 成分：HF + NH4F• 氧化膜濕式蝕刻

–熱磷酸熱磷酸

• H2PO4

• 氮化膜濕式蝕刻符號意義–符號意義

• A：銨（ammonium）• P：過氧化物（peroxide）

M：混合物（mi t re）• M：混合物（mixture）• S：硫酸（sulfuric acid）• H：鹽酸（hydrochloric acid）

D：稀釋（dil t d）• D：稀釋（diluted）• B：緩衝劑（buffer）• F：氫氟酸

• 流程（ ）– SPM （H2SO4 + H2O2 4:1）

• 約 5 min• 去除光阻

– APM• 約 10 min• 80-90℃

– HPM• 約 10 min• 80-90℃80 90℃

–每兩道清洗劑之間用去離子水（D. I. Water）清洗，去除殘餘成分。

矽晶圓標準清洗方法矽晶圓標準清洗方法

ULSI洗淨標準ULSI 洗淨標準

• 微粒（> 0.1 μm）：< 0.1/cm2微粒（ μ ）

• 金屬離子：< 1010原子/cm2

• 陰離子： < 1010原子/cm2

• 微粗糙度：< 5 Å• 自然氧化物： < 5 Å有機碳含量 5 b• 有機碳含量： < 5 ppb

半導體製程常見化學品半導體製程常見化學品

• 酸液：酸液

– HF– H2SO4

HCl– HCl– H3PO4

– HNO33

– CH3COOH（醋酸）

• 鹼液：鹼液

– NH4OH– KOH– NaOHNaOH– 膽鹼（蛋黃素，choline）– 第三級胺（teritary amine）

• 溶劑：溶劑：

– 異丙醇（isopropanol，isopropyl alcohol，IPA）

– 乙醇（ethanol）乙醇（ethanol）– 三氯乙烯（trichloroethylene，TCE）– 甲苯（toluene）– 丙酮（acetone）丙酮（acetone）– 氯化物（chloride）– 亞甲基（methylene）

• 反應劑反應劑

– H2O2

– NH4FSiCl– SiCl4

–三氯矽甲烷（SiHCl3）– TEOS（Si(C2H5O)4）2 5 4

– Br2

–乙二胺四醋酸（EDTA）特殊元素化學品：Si Ge B• 特殊元素化學品：Si，Ge ，B ，P ，As ，Sb ，Al ，Cu ，Ga ，In ，Ta ，Nb（鈮）

• 去離子水（D. I. Water）

濕式清洗設備濕式清洗設備

• 可溶性污染可溶性污染

–多槽式自動清洗設備–單槽清洗設備單晶圓清洗設備–單晶圓清洗設備

• 不溶性污染–超音波刷洗機超音波刷洗機

–高壓噴灑配合機械刷洗• 晶圓盒（pod）清洗設備• 冷凍噴霧清洗

多槽全自動清洗設備多槽全自動清洗設備

• 具備機械手臂與標準機械介面（SMIF，standard mechanical（SMIF，standard mechanical interface）

• 從晶圓到異丙醇蒸氣乾燥都在系統內完成

• 異丙醇蒸氣排出須經燃燒處理，以利環保以利環保

• 亦可使用旋乾乾燥

單槽清洗設備單槽清洗設備

• 較佳的環境製程與微粒控制能較佳的環境製程與微粒控制能力

• 化學品與純水消耗較少整 性較高• 設備機動調整彈性較高

• 產能較低• 晶圓間仍有互相污染• 晶圓間仍有互相污染

單晶圓清洗設備單晶圓清洗設備

• 極高的製程環境控制能力與微極高的製程環境控制能力與微粒去除能力

• 佔地小化 純• 化學品與純水量小

• 極具設備機動調整彈性• 未來主流• 未來主流• 產能低• 設備成熟度低設備成熟度低

超音波清洗系統超音波清洗系統

• 非接觸式非接觸式

• 晶圓浸於適當液體，如去離子水，TCE 或丙酮中

超音波• 以20,000 – 800,000 Hz 超音波震動液體產生微氣泡，微氣泡破裂所產生之衝擊波使微粒由破裂所產生之衝擊波使微粒由晶圓表面脫落

• 為避免微粒回到晶圓表面，以大量液體產生溢流（ fl ）大量液體產生溢流（overflow），或用過濾方法去除粒子

• 配合 SC-1可有效去除有機與無配合 SC 1 可有效去除有機與無機微粒

高壓噴灑高壓噴灑

• 通常用於鋸晶圓，晶圓摩薄，晶圓拋光，化學機械研磨（chemical mechanical polishing CMP） 金屬製程 CVD或polishing，CMP），金屬製程，CVD 或磊晶之後

晶圓盒清洗設備晶圓盒清洗設備

冷凍噴霧清洗冷凍噴霧清洗

• 以氬氣為主，氮為輔以氬氣為主 氮為輔

• 將冷凍煙霧以高速衝擊晶圓表面，移除污染微粒

使 化 符 先• 不需使用水與化學品，符合先進環保標準

• 不傷及晶圓表面與金屬連線，不傷及晶圓表面與金屬連線，提高良率

乾式清洗裝置乾式清洗裝置

• 微群集束（microcluster beam）微群集束（ ）清洗

• 臭氧水清洗漿清洗• 電漿清洗

• 準分子雷射（excimer laser）清洗清洗

• 氟化氫蒸氣清洗

微群集束清洗微群集束清洗

臭氧水清洗臭氧水清洗

臭氧分解包住微塵的薄有機膜

臭氧水供給裝置臭氧水供給裝置

以水電解產生臭氧以水電解產生臭氧

清洗廢氣與廢水的處理清洗廢氣與廢水的處理

• 影響–環境污染–破壞臭氧層

• 氯氟碳（CFC）氯氟碳（ ）

–溫室效應• 替代 CFC 的過氟碳（PFC），氫氟碳，SF6等

• 發電產生的 CO2

• 方法–場內處理後排放至大氣或公共水場內處 後排放 大氣或公共水域

–依廢棄物掩埋法處理–回收再利用回收再利用

PFC的處理方式PFC 的處理方式

• 濕式液體吸收–利用水，中和劑或氧化劑–效果差

• 乾式固體吸著乾式固體吸著–利用吸著劑–考慮觸媒壽命燃燒• 燃燒–丙烷燃燒分解–會產生 HF 或 NOx

• 熱分解–電熱器–產生 HF產生 HF

• 電漿分解–水蒸氣電漿–效率差

• 分餾回收分餾回收–利用沸點差–效率差膜分離回收• 膜分離回收–利用薄膜滲透–效果差

• 各種方法組合–達到最佳效果–成本高成本高

半導體製造廢棄處理半導體製造廢棄處理

• HF• H3PO4

• H2SO4：再生或再利用

–生成冰晶石（鋁精練用），氟素製品，或硫酸銨（淨水，製紙，顏料）

• 一般酸鹼：中和，沉澱，分離–生成污泥做為水泥材料或送廢棄物處理場物處理場

• 有機剝離劑：氧化或生物處理–廠商回收後再生或燃燒–排放公共水域或大氣

• 異丙醇：再生或再利用異丙醇 再生或再利用–再生異丙醇或助燃劑

• 清洗用純水：再生處理後所產生之廢液廢水 排• 處理後所產生之廢液廢水：排放公共水域

• CMP 研磨劑：中和，沉澱，分離–生成污泥做為水泥材料或送廢棄物處理場

• 廢油：再利用為助燃劑• 處理後的污泥

廢棄物處理場–廢棄物處理場