半导体晶片清洗 科学、技术与应用PDF电子书下载

第一部分 引言和概述 2

第1章 半导体晶片沾污与清洗技术的回顾和演变 2

1.1介绍 2

1.1.1清洁晶片表面的重要性 2

1.1.2晶片清洗技术 2

1.1.3本章的范围和组织结构 3

1.2硅片沾污情况综述 3

1.2.1沾污的类型和来源 3

1.2.2半导体晶片类型 4

1.2.3沾污对半导体器件的影响 4

1.2.4避免设备和过程沾污 6

1.2.5化学沾污 6

1.2.6分析方法 8

1.3晶片清洗技术的回顾 8

1.3.1获得清洁半导体晶片的方法 8

1.3.2液体清洗方法 8

1.3.3湿法化学清洗工艺 9

1.3.4湿法化学清洗工艺的应用 12

1.3.5硅片冲洗、干燥和存储 13

1.3.6气相清洗方法 13

1.4硅片清洗科学和技术的发展 15

1.4.1从1950年到1960年的早期 15

1.4.2从1961年到1971年 16

1.4.3 1972年到1989年 24

1.4.4 1989年10月到1992年年中 27

1.5小结和结论 30

致谢 31

参考文献 31

第2章 硅片表面的微量化学沾污 39

2.1介绍 39

2.1.1横向和纵向尺寸 41

2.1.2一个生产问题，而非器件的设计要求 41

2.1.3美国的清洗技术 41

2.1.4问题的可见性 42

2.1.5制作过程中表面沾污管理 42

2.1.6砷化镓和其他ⅠⅠⅠ-V族化合物半导体 42

2.2化学沾污的来源 43

2.2.1超净间的空气 43

2.2.2超净间的人员 43

2.2.3液体源和光刻胶 44

2.2.4处理溶液的材料、成分和系统 47

2.2.5液体及化学药品的存储和输运 48

2.2.6半导体制造中作为表面污染源的高纯工艺气体 49

2.2.7来自热处理工具和系统的化学沾污 52

2.2.8等离子刻蚀、剥离和RIE工艺设备 53

2.2.9湿法刻蚀、湿法清洗和干燥的设备 54

2.2.10真空工艺设备 57

2.2.11晶片处理和存储系统 57

2.3杀手缺陷 58

2.3.1微粒密度 58

2.3.2微量金属浓度 59

2.3.3粒子和金属之外的杀手 59

2.4未来的方向和需求 59

2.4.1设备设计 59

2.4.2材料规范 59

2.4.3制造和安装 60

2.4.4表征和评定 60

2.4.5安全和环境要求 60

2.4.6研究和发展方向 60

参考文献 60

第二部分 湿法化学工艺 64

第3章 水溶液清洗工艺 64

3.1水溶液清洗工艺介绍 64

3.1.1水溶液清洗的优点 64

3.1.2水溶液清洗的缺点 64

3.2沾污和衬底的考虑 65

3.2.1表面效应——束缚沾污的力 65

3.2.2化学吸附 66

3.2.3物理吸附 66

3.3影响水溶液清洗的因素 68

3.3.1预测和增强沾污的溶解性 68

3.3.2刻蚀——一种去除沾污的手段 68

3.4清洗化学 69

3.5化学药品水溶液清洗工艺的一个例子 70

3.5.1去除有机物 70

3.5.2去除天然氧化物 70

3.5.3去除微粒的同时，进行氧化物再生长 71

3.5.4金属的去除 71

3.6化学清洗水溶液工艺参数的作用 71

3.6.1改变化学清洗步骤顺序的影响 71

3.6.2浓度的影响 73

3.6.3温度的影响 73

3.6.4湿润的影响 74

3.6.5溶液降级的影响 75

3.6.6载体的影响 75

3.7半导体晶片干燥 75

3.7.1离心干燥 76

3.7.2汽化干燥 76

3. 7.3热水干燥技术 77

3.8水溶液清洗的设备 78

3.8. 1一般设计的考虑 78

3.8.2晶片清洗装置 78

3.8.3喷射清洗装置 79

3.8.4超声和兆声 81

3.8.5液体置换清洗装置 82

3.8.6使用现场的化工原料 82

3.8.7单晶片清洗装置 82

3.8.8其他清洗技术 82

3.8.9干湿系统的组合 83

3.8.10冲水和干燥 83

3.9结论 84

参考文献 84

第4章 微粒的沉积和黏附 88

4.1介绍 88

4.2气溶胶微粒的沉积 88

4.3液槽的微粒沉积 96

4.3.1水溶胶和气溶胶微粒沉积机制的对比 96

4.3.2胶体化学的概念 97

4.3.3界面动电势和微粒沉积 100

4.3.4离子浓度对电偶层排斥力（EDR）的影响 103

4.3.5范德瓦尔斯吸引力 103

4.4 DLVO理论 104

4.4.1溶液pH值对胶体沉积的影响 105

4.4.2疏水性表面 107

4.4.3在胶体滤除过程中的EDR效应 107

4.5微粒黏附 109

4.6结论 111

参考文献 112

第三部分 干法清洗工艺 116

第5章 干法晶片清洗工艺概述 116

5.1介绍 116

5.2湿法晶片清洗工艺的局限 116

5.3 IC制造中，干法晶片清洗工艺的角色 117

5.4干法晶片清洗技术所用的设备 118

5.5干法晶片清洗技术的机理 119

5.6干法晶片清洗技术总结 122

5.7试验结果回顾 123

5.7.1借助物理相互作用的清洗 123

5.7.2热增强清洗 124

5.7.3气相清洗 125

5.7.4增强的光化学清洗 126

5.7.5等离子体增强清洗 129

5.8小结 131

参考文献 131

第6章 半导体表面的紫外线/臭氧清洗技术 135

6.1介绍 135

6.2紫外线/臭氧清洗技术的历史 135

6.3紫外线/臭氧清洗过程中的变量 138

6.3.1紫外线源发射的波长 138

6.3.2样品和紫外线源间的距离 139

6.3.3沾污 139

6.3.4预清洗 140

6.3.5衬底 141

6.3.6速率增强技术 142

6.4紫外线/臭氧清洗的机理 143

6.5真空系统中的紫外线/臭氧清洗 144

6.6安全考虑 145

6.7紫外线/臭氧清洗设备的建造 146

6.8紫外线/臭氧清洗技术的应用 147

6.8.1硅表面的清洗 147

6.8.2其他半导体表面的清洗 149

6.8.3其他应用 150

6.9紫外线/臭氧的非清洗效应 151

6.9.1氧化 151

6.9.2增强紫外线的除尘作用 152

6.9.3其他的表面/界面效应 152

6.9.4刻蚀 152

6.10概要和总结 152

参考文献 153

第7章 气相晶片清洗技术 160

7.1导言和背景 160

7.1.1一般情况 160

7.1.2水溶液清洗工艺 161

7.1.3“干法”清洗工艺 161

7.1.4其他类型的清洗工艺 161

7.2蒸气清洗 162

7.2.1历史 162

7.2.2气相清洗工艺的优势 163

7.2.3目前的气相清洗系统 164

7.3氧化物刻蚀 168

7.3.1热氧化物 168

7.3.2天然/化学氧化物 171

7.3.3淀积的氧化物 172

7.4氧化物的刻蚀机理 173

7.4.1背景 173

7.4.2重要的水溶液化学反应 174

7.4.3气相清洗的机理 176

7.4.4小结 179

7.5杂质的去除 180

7.5.1沾污的类型 180

7.5.2评估技术 180

7.5.3微粒和残留物 181

7.5.4有机沾污 181

7.5.5金属沾污 182

7.5.6金属杂质的去除机制 183

7.6器件应用 184

7.6.1杂质对器件性质的一般影响 184

7.6.2结的性质 184

7.6.3接触/界面特性 185

7.6.4门极氧化物性质 186

7.7集成工艺过程 188

7.7.1概念 188

7.7.2集成工艺的优缺点 189

7.7.3集成工艺的要求和考虑 189

7.7.4与气相清洗有关的应用 189

7.8结论和概要 190

参考文献 191

第8章 硅晶片清洗的远程等离子体工艺 197

8.1介绍 197

8.2等离子清洗的标准 198

8.2.1低温外延生长的清洗 199

8.2.2淀积SiO2的硅界面态的清洗 199

8.3机理 200

8.4工艺设备 202

8.5晶片处理 205

8.5.1非现场工艺 205

8.5.2现场工艺：远程RF源 206

8.5.3现场工艺：ECR源 210

8.5.4现场工艺：远程微波源 212

8.6结论 213

致谢 213

参考文献 213

第四部分 分析和控制方面 218

第9章 颗粒沾污物的测量和控制 218

9.1引言 218

9.1.1适用范围 218

9.1. 2本章结构 218

9.2液体中的颗粒测量 219

9.2.1光散射 219

9.2.2非挥发的残余物监测 220

9.2.3显微镜检查 221

9.2.4晶片上的颗粒 221

9.3化学药品中的颗粒控制 222

9.3.1生产中使用的化学药品质量 222

9.3.2去离子水质量 224

9.3.3化学药品配送系统 226

9.3.4过滤器的使用点 229

9.3.5化学药品再加工 230

9.4工艺过程中的颗粒控制 231

9.4.1化学工艺的影响 231

9.4.2工艺系统配置 234

9.4.3冲洗和干燥 237

9.4.4气/蒸气相清洗 239

9.5后处理颗粒去除技术 240

9.5.1刷洗 241

9.5.2清洗的流体动力学 242

9.5.3超声波清洗 243

9.5.4兆声波清洗 243

9.5.5其他技术 245

9.6颗粒监控措施 246

9.7小结 247

致谢 247

参考文献 247

第10章 硅片表面的化学组分及表面形态 251

10.1引言 251

10.2氧化层钝化的晶片表面 252

10.2.1引言 252

10.2.2化学组分 253

10.2.3结构和形态 255

10.2.4沾污物问题 257

10.3氢钝化的表面 258

10.3.1 HF处理（湿法）后表面的化学组分 258

10.3.2结构和形态 265

10.3.3沾污物问题 279

10.4小结及未来方向 281

致谢 282

参考文献 283

第11章 利用表面电荷分析技术分析和控制电活性沾污物 287

11.1表面电荷分析技术简介 287

11.2工作原理 287

11.2.1基本关系 288

11.2.2测量参数概述 294

11.3清洗工艺的表面电荷特征 297

11.3.1 HF刻蚀 299

11.3.2 RCA标准清洗1（SC-1） 301

11.3.3 RCA标准清洗2（SC-2） 302

11.3.4金属沾污物的影响 303

11.3.5冲洗和干燥 305

11.4原始晶片的表面质量监控 306

11.5小结 307

参考文献 307

第12章 硅片表面微量杂质的SIMS和TXRF分析方法 309

12.1引言 309

12.2所要分析的问题 309

12.2.1相关的沾污程度 309

12.2.2原子深度和数量分析 310

12.2.3量化 311

12.2.4清洁的初始氧化层的组成 311

12.3可行的分析技术 311

12.3.1化学分析的电子能谱 311

12.3.2俄歇电子能谱 312

12.3.3卢瑟福背散射能谱法 313

12.3.4激光电离质谱 314

12.3.5 X射线荧光光谱 314

12.3.6高分辨率电子能量损失能谱 315

12.3.7红外光谱 315

12.3.8气相分解/原子吸收光谱 315

12.3.9二次离子质谱 317

12.3.10全反射X射线荧光光谱 317

12.4 SIMS分析技术的原理和方法 317

12.4.1 SIMS的原理 317

12.4.2静态SIMS 317

12.4.3动态SIMS 320

12.4.4多晶硅封装/SIMS 321

12.5 TXRF分析 323

12.5.1 TXRF的原理 323

12.5.2量化 326

12.5.3量化比较 328

12.5.4入射角的性质 328

12.5.5单色TXRF 330

12.5.6采用TXRF技术对清洗工艺的描述 331

12.6未来的分析技术 334

12.6.1 VPD方法中所采用的化学物质 335

12.6.2 VPD ICP/MS 335

12.6.3 VPD/TXRF 336

12.6.4 VPD/SIMS 337

12.6.5 TOF-SIMS 337

127小结 337

参考文献 338

第五部分 结论和未来的方向 342

第13章 未来趋势 342

13.1介绍 342

13.2超洁净硅晶片的洁净度要求 342

13.3未来的液相晶片清洗工艺 343

13.4未来的气相晶片清洗工艺 344

13.5工艺化学药品的未来要求 344

13.6晶片的清洗设备 346

13.7微沾污的控制 347

13.8概括和总结 348

参考文献 348