干式清洗技术：高效、快捷、环保

湿式化学清洗技术，目前仍是半导体IC工业，主要晶片清洗的工艺技术。但是在USLI工艺上，仍有很多问题待克服解决，以更符合深亚微米工艺技术的需求，以下为湿式化学清洗的重要问题。

①化学品的纯度（purity）；

②微粒的产生（particle generation）；

③金属杂质的污染（metal impurity）；

④干燥技术的困难（drying difficult）；

⑤废水、废气的处理。

为解决这些问题许多替代式的清洗技术，亦被开发出来。干式的清洗技术即是其中替代式的清洗技术，但仍是无法全部取代湿式化学清洗技术。一般晶片仍是经湿式化学清洗后，再经干式清洗技术去除晶片表面，碳氢化合物的有机杂质及不纯物的污染，以及自然氧化物以确保晶片表面的洁净度使后续工艺的薄膜淀积，能达到高品质，例如多晶连络层淀积及硅晶层淀积。干式清洗工艺技术，主要是应用气相化学反应在常温或低温下，利用等离子体能，RF或辐射能，来提升化学反应活化能（activation energy）增进表面清洗能力，兹介绍如下。

1.氟化氢/水蒸汽清洗技术

HF/H2O vapor Clean干式蒸汽清洗技术，是利用氮气（N2）作为传输气体通入HF瓶中，将HF带入低压的蒸汽反应室内同时也通入水蒸汽，HF/H2O混合蒸汽将置放于反应室内的硅晶片表面的氧化层起作用，氟化氢（HF）蒸汽在水蒸汽催化助长，而产生氟化物（SiF4）气体，经由抽气排出同时DI纯水洗濯，将晶片表面经刻蚀后的残留不纯物及金属杂质清洗干燥，使硅晶片表面成为非常洁净、无微粒及自然氧化层的表面。这种气相干式清洗系统，除了氟化氢气体，亦可通入其他气体如氯化氢（HCl），氧/臭氧（O2/O3）作为去除有机物及金属杂质气相干式清洗。此种清洗最大的优点，是低压真空清洗晶片表面无氧化层，无水痕及微粒、低金属及有机物的污染，纯水及化学品耗用量少，可作为复晶淀积及金属溅镀前接触窗清洗，有效地降低接触窗阻值，以及去除金属刻蚀后所残留的杂质和侧壁聚合物不纯物。图9-78为金属刻蚀后，干式蒸汽清洗前后的比较。

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图9-78　金属刻蚀后，干式蒸汽清洗前后的比较

（a）干式清洗前（b）干式清洗后

2.紫外线/臭氧干洗技术

这种清洗技术，主要通入（O2）到低压真空的蒸气反应室利用紫外线（UV）能量激发，使氧分子（O2）分解成强氧化能力的初生态的氧原子（O）及臭氧（O3），净有机碳氢化合物氧化成挥发性的化合物，抽气排出，因此非常有效地将晶片表面的有机物质去除干净，其光化学反应

另外，亦可通入氟化氢（HF）蒸汽，将晶片表面的自然氧化物去除干净或可通入IPA（C3H7OH），N2及Cl2可作为去除金属杂质，图9-79为美国SMS公司所制作SP-200蒸汽反应室结构。反应室内有紫外线光源（UV-lamp）及红外线光源（IR lamp）以提供化学反应所需的能源。因此这种紫外线散发的干式清洗技术，可作为清除有机不纯物金属杂质及自然氧化物，使晶片表面得到非常高的洁净度，并使后续工艺的薄膜无微粒、不纯物的污染。

图9-79　SMS公司SP-200蒸汽反应室（Vapor Reactor）结构

3.氩气等离子体干洗技术

这种干式清洗技术，主要是应用在连接孔Via Hole的清洗，因晶片已经淀积第一层金属，而不能用湿式化学清洗，将连络窗底部的自然氧化物及络窗刻蚀后所残留在侧壁及晶片表面的有机聚合物（Polymer）的杂质去除干净，以免造成金属腐蚀。因此连络金属层淀积前的清洗，必须使用氩气等离子体干洗，利用氩气溅射，使晶片表面及连络窗有非常洁净的表面来溅镀金属连络层。金属物理气相淀积系统即有此内部溅射清洗（In-situ sputter clean）的功能，氩气等离子体干洗应适当调整氩气离子（Ar+）的能量，以免高能量的氩离子轰击。使晶片表面受损，而造成微粒污染。