隨著集成電路行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于半導(dǎo)體器件性能的要求變得越來(lái)越高。但是在制造過(guò)程中，會(huì)不可避免地引入各種污染，使晶圓產(chǎn)生缺陷，對(duì)于器件的性能參數(shù)有很大的影響，甚至在所有產(chǎn)額損失中，晶圓表面污染占比達(dá)50%。所以今天我們著重探討一下晶圓表面污染的問(wèn)題。

在制造的各個(gè)階段中，都有可能會(huì)引入導(dǎo)致芯片成品率下降和電學(xué)性能降低的物質(zhì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為沾污，沾污后會(huì)使生產(chǎn)出來(lái)的芯片有缺陷，導(dǎo)致晶圓上的芯片不能通過(guò)電學(xué)測(cè)試。晶圓表面的污染物通常以原子、離子、分子、粒子、膜等形式存在，再通過(guò)物理或化學(xué)的方式吸附在晶圓表面或是晶圓自身的氧化膜中。

解決晶圓表面污染的重要步驟便是濕法清洗。濕法清洗是指使用化學(xué)溶劑或者去離子水對(duì)晶圓進(jìn)行清洗，按照工藝方法可以分為浸泡法和噴涂法兩種。浸泡法是將晶圓浸入到裝有 化學(xué)溶劑或者去離子水的容器槽中，是廣泛使用的一種方法，尤其針對(duì)一些比較成熟的節(jié)點(diǎn)。而噴涂法是將化學(xué)溶劑或者去離子水噴到旋轉(zhuǎn)的晶圓上以去除雜質(zhì)。浸泡法可以同時(shí)處理 多個(gè)晶圓，噴涂法一個(gè)作業(yè)腔室只能同時(shí)處理一片晶圓。不管使用哪種工藝，都要在去除各類(lèi)雜質(zhì)的同時(shí)確保不損壞晶圓。

下面對(duì)常見(jiàn)的缺陷種類(lèi)及去除方法進(jìn)行一個(gè)總結(jié)歸類(lèi)：

1.顆粒
顆粒是晶圓表面最常見(jiàn)的一種缺陷，會(huì)導(dǎo)致電路短路或斷路，也會(huì)引起后續(xù)的沾污，進(jìn)一步影響產(chǎn)品合格率。顆粒主要存在于凈化車(chē)間的環(huán)境里，或是由工藝過(guò)程中所用的超純水、氣體、化學(xué)品等帶來(lái)，設(shè)備部件運(yùn)動(dòng)時(shí)或晶圓襯底加工過(guò)程中也會(huì)有殘留。

去除顆粒的機(jī)理主要有溶解、氧化分解、粒子和硅片表面的電排斥、對(duì)硅片表面的輕微腐蝕。但是目前較成熟的去除方法一般是以下兩種：
（1）APM（SC-1）溶液清洗：APM（SC-1）溶液由NH4OH、H2O2和H2O組成，由于H2O2的作用，硅片表面有一層自然氧化膜（SiO 2），呈親水性， 硅片表面和粒子之間可用清洗液浸透。在外延過(guò)程結(jié)束后，使用SC-1溶液進(jìn)行清洗，硅片表面的自然氧化層與硅片表面的Si被NH4OH腐蝕，附著在硅片表面的顆粒便落入溶液中，從而達(dá)到去除粒子的目的。在NH4OH腐蝕硅片表面的同時(shí)，H2O2又會(huì)在氧化硅片表面形成新的氧化膜。
（2）超聲清洗：主要靠聲波在液體介質(zhì)中傳播，產(chǎn)生非周期性聲波流作用到晶圓表面，減小顆粒在晶圓表面的附著力，使得更容易被溶液清洗干凈。

2.金屬污染物
在半導(dǎo)體材料中，金屬離子具有高度的活動(dòng)性。當(dāng)金屬離子進(jìn)入到晶圓中時(shí)，會(huì)在整個(gè)晶圓中移動(dòng)，嚴(yán)重?fù)p害器件的電學(xué)性能及穩(wěn)定性。金屬離子一旦在界面形成缺陷，將在后續(xù)的氧化或外延工藝中導(dǎo)致PN結(jié)漏電，使少數(shù)載流子的壽命縮短，導(dǎo)致成品率降低。金屬污染物主要的來(lái)源有：晶圓襯底在加工過(guò)程中的殘留金屬顆粒、工藝環(huán)境引入的外來(lái)金屬顆粒、化學(xué)品與管路或容器發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致金屬析出、離子注入或干法刻蝕等工藝過(guò)程中引入的金屬顆粒。

針對(duì)金屬顆粒，一般是使用HPM（SC-2）溶液來(lái)降低晶圓表面的金屬含量以達(dá)到去除的目的。HPM（SC-2）溶液由HCl、H2O2和H2O組成，用于去除硅片表面的Na、Fe、Mg等金屬沾污，且在室溫下就能去除Fe和Zn。但是HPM（SC-2）溶液會(huì)發(fā)生結(jié)晶，可能會(huì)增加清洗后晶圓表面顆粒的數(shù)量，因此也可用HF代替HCl，或是用O3搭配HF，也能很好地去除掉金屬顆粒。

3.有機(jī)污染物
有機(jī)污染物通常在晶片表面形成有機(jī)物薄膜，從而阻止清洗液到達(dá)晶片表面，影響其他清洗工藝的效果。因此去除有機(jī)物，必須在清洗工序的第一步就進(jìn)行。有機(jī)污染物主要來(lái)源于人的皮膚油脂，凈化室環(huán)境中的有機(jī)蒸汽，工藝流程中會(huì)用到的機(jī)械油、清潔劑、溶劑、硅樹(shù)脂真空脂、光致抗蝕劑等，以及光刻膠的殘留物。

針對(duì)有機(jī)污染物的清潔，一般可使用SPM（SC-3）溶液或是紫外線/臭氧干洗技術(shù)。SPM溶液由H2SO4、H2O2組成，在一定溫度下具有極強(qiáng)的氧化能力，可將金屬氧化后溶于清洗液中，H2SO4可使有機(jī)物脫水而碳化，而H2O2則可將碳化物氧化成CO或者CO2。另一種臭氧干洗是利用O3的高活性和強(qiáng)氧化性來(lái)去除硅片表面的有機(jī)顆粒雜質(zhì)，O3溶解在水中生成高活性的OH基，OH基與有機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，除去硅片表面的有機(jī)雜質(zhì)的同時(shí)在硅片表面又覆蓋了一層原子級(jí)光滑程度的氧化膜，有效隔離了雜質(zhì)的再次吸附。

4.表面水痕
當(dāng)晶圓表面干燥不充分時(shí)，存在于晶圓表面的水汽形成了水滴，并與硅在水中氧化形成的SiO2發(fā)生反應(yīng)，形成H2SiO3（偏硅酸），當(dāng)晶圓清洗后，H2SiO3在晶圓表面就表現(xiàn)為顆粒狀的水痕。水痕會(huì)影響刻蝕的完整性，引起區(qū)域性的芯片失效，造成良品率下降。為了避免出現(xiàn)表面水痕，在晶圓經(jīng)過(guò)濕法清洗后，必須充分徹底地進(jìn)行干燥處理。目前最常見(jiàn)的三種干燥模式分為旋轉(zhuǎn)干燥、Marangoni（馬蘭戈尼）干燥、熱異丙醇霧化干燥。

旋轉(zhuǎn)干燥是利用機(jī)械的高速旋轉(zhuǎn)甩干，同時(shí)在腔體內(nèi)部吹氮?dú)鈦?lái)加速干燥，對(duì)于表面光滑的晶圓來(lái)說(shuō)干燥效果比較好。

Marangoni（馬蘭戈尼）干燥是由氮?dú)鈹y帶IPA（異丙醇）氣體將整個(gè)系統(tǒng)充滿，在水面上形成IPA氣體環(huán)境，再利用異丙醇與去離子水之間表面張力的不同，在坡?tīng)钏鞅韺有纬杀砻鎻埩μ荻?，將晶圓表面的水分子吸收回流到處理槽內(nèi)，從而達(dá)到晶圓表面干燥的效果。

熱異丙醇霧化干燥是將IPA加熱加壓成霧汽，IPA分子在熱氮?dú)獾沫h(huán)境下能更容易地進(jìn)入到器件的溝槽內(nèi)，從而將溝槽內(nèi)的水分子帶走。

如果晶圓表面已經(jīng)出現(xiàn)了水痕現(xiàn)象，則需要采用熱磷酸重新對(duì)晶圓表面進(jìn)行化學(xué)處理（REWORK），熱磷酸對(duì)氧化硅有一定的刻蝕率，但不會(huì)對(duì)晶圓表面其他結(jié)構(gòu)造成損害。

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