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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SIMS317

12.4.3动态SIMS320

12.4.4多晶硅封装/SIMS321

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TXRF330

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/MS335

12.6.3 VPD/TXRF336

12.6.4 VPD/SIMS337

12.6.5 TOF-SIMS337

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