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半导体清洗:半导体污染物的分类
上世纪50年代以后,随着离子注入、扩散、外延生长和光刻四种基本工艺的发明,半导体工艺逐渐发展起来。芯片被颗粒和金属污染,容易导致短路或开路等失效,因此除了在整个生产过程中避免外部污染外,在制造过程中(如高温扩散和离子注入等)都需要湿法或干法清洗。这些清洗工作涉及使用化学溶液或气体去除残留在晶圆上的颗粒物、金属离子和有机杂质,同时保持晶圆表面洁净和良好的电性能。
污染物的分类
IC的制造过程中需要使用一些有机和无机化合物。制造过程一直在洁净室进行,但存在人为干预,因此会导致晶圆的各种环境污染。污染物根据其存在形式分为四类:颗粒物、有机物、金属污染物和氧化物。
1、颗粒物
聚合物、光刻胶和刻蚀杂质构成了大部分颗粒物。通常,颗粒粘附在硅表面,影响后续工艺的几何特征和电性能的发展。虽然颗粒与表面之间的附着力是多种多样的,但以范德华力为主,因此去除颗粒的主要方法是用物理或化学方式将颗粒底切(undercut)来逐渐去除。由于颗粒与硅表面的接触面积减少,最终被去除。
2、有机物
人体皮肤油脂、洁净室空气、机械油、有机硅真空油脂、光刻胶、清洗溶剂和其它有机污染物都可以在IC工艺中找到。每种污染物以不同的方式影响工艺,但主要是通过产生有机层来阻止清洗溶液到达晶圆表面。因此,去除有机物通常是清洗的第一步。
3、金属污染物
在IC制工艺中,金属互连材料用于连接独立器件。光刻和刻蚀用于在绝缘层上创建接触窗口,然后使用蒸发、溅射或化学气相沉积(CVD)来构建金属互连。为了构建互连,首先需要刻蚀Al-Si、Cu等薄膜,然后对沉积的介电层进行化学机械抛光(CMP)。该工艺有可能在构建金属互连时产生各种金属污染。为了去除金属污染,必须采取适当的清洗步骤。
4、氧化物
在含氧气和水的环境中,硅原子很容易被氧化形成氧化层,称为天然氧化层。由于过氧化氢具有很强的氧化能力,用APM和HPM溶液清洗后,会在硅表面形成化学氧化层。一旦晶圆被清洗,表面氧化物必须被清除,以保证栅极氧化物的质量。CVD在工艺中产生的氧化物,如氮化硅和氧化硅也应在清洗中被选择性去除。
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