臭氧在半导体晶片清洗工艺中的应用

近年来，在半导体工业中，逐渐确立了将臭氧运用于晶圆清洗工艺中，这主要是利用了臭氧在水相中氧化有机污染物和金属污染物的性能。

臭氧在半导体工业中的应用主要包括了：

湿法清洗 干法清洗 CVD化学气相沉积 疏水性 TEOS正硅酸乙酯

臭氧在半导体工业清洗中的应用

1. 晶片生产过程


晶片是晶体的薄片，由纯硅（=硅）生长而成，用于生产电子元件，例如集成电路（IC）。硅本身不导电，必须将其他离子引入其基质以使其导电（离子注入）。晶体结构的这些变化以复杂的几何图案进行，以实现所需的导电性能。上图显示了晶片生产的简易过程。

①氧化：

在硅晶片（SiO2）的表面上产生氧化层。该二氧化硅层是表面上的隔离层。它通常在含有氧气，水蒸气或其他氧化剂（O2，O3，H2O2）的环境中生长。

离子污染：来自人类，溶剂

②光刻：

在光刻工艺中，产生所需电性能的几何图案被转移到晶片的表面。

a)晶片已涂有光刻胶，它可以作为一种薄膜使用，其作用类似于照相机中的照相胶卷。可以通过使用掩模在光刻胶中显影图像。通过光掩模，晶片使用紫外线辐射曝光。辐射会改变其化学键，使其在已曝光的地方（正性光刻胶）更易溶解。

b)在光刻胶显影并去除后，正像保留在光刻胶中的晶片上。

③蚀刻和离子注入：

在此工艺步骤中，蚀刻剂（气体或液体）会去除不受光刻胶保护的二氧化硅。离子被植入未保护的二氧化硅中。随着离子的注入，表面的结构将改变。

④光刻胶剥离：

去除光刻胶。由于几何图案非常复杂，因此可能需要多次遍历该序列才能获得所需的结构。

每个晶片的处理步骤都是潜在的污染源。因此，晶圆的清洗必须在每个加工步骤之后进行，因此是制造过程中最经常重复的步骤。

2. 晶片清洗

①晶片污染物介绍

有效的晶片清洗是将所有影响元件功能或可靠性的污染物去除。可能的污染物可以分为以下几类：

a)颗粒：主要来自周围环境和人类（皮肤，头发，衣服），但溶剂和移动的零件也可以作为颗粒源。

b)有机杂质：例如没有完全去除光刻胶或溶剂

c)原子污染：来自溶剂或机器的金属元素膜

由于晶片的处理步骤都有特定类型的污染物，因此对晶片的清洗往往需要几个清洗步骤才能去除晶体上的所有污染物。

②晶片清洗的方法介绍

现有的清洗方法可以分为湿法清洗和干法清洗。

湿法清洗过程使用溶剂，酸，表面活性剂和去离子（DI）水的组合来喷射和溶解表面上的污染物。每次使用化学药品后，用去离子水冲洗。晶片表面的氧化有时会整合到清洗步骤中。常见的湿法清洗有：RCA清洗，IMEC清洗法，单晶片清洗，稀释化学法等。

干法清洗（也称为气相清洗）基于激发能，例如等离子体，辐射或热激发。

这些清洗方法对臭氧浓度和流速的要求取决于具体的应用。对于清洗过程，通常会提到约5至20 mgL-1的液体浓度，要去除光刻胶，则需要更高的浓度（50 mgL-1或更高）。因此，保证气体中的臭氧浓度和水中的臭氧浓度在晶片清洗过程中是非常重要的。德国ANSEROS安索罗斯提供的臭氧发生器可以保证最高的臭氧输出量，且可以使用的材料完全不含金属，意味着臭氧气体和臭氧水是颗粒干净的。

在半导体清洗工艺中哪些工艺需要臭氧或者臭氧水？

APCVD和CVD（化学气相沉积）机器是在腔体中使用臭氧气体，在腔体后使用臭氧破坏器（CAT-HO-8000）。


硅片在水槽或旋转盘中的湿法清洗都使用高浓度的臭氧水，通常达到50ppm（50克O3/m3水）或根据要求更高。

德国ANSEROS安索罗斯臭氧发生器COM-VD系列和臭氧水处理系统PAP-SC介绍

1. 臭氧发生器COM-VD系列

德国ANSEROS安索罗斯臭氧发生器COM-VD系列是专门为获得高浓度臭氧而设计的。在低氧气消耗量的气相中，臭氧最高浓度可达到 300g O3/Nm3。


臭氧发生器COM-VD能与ANSEROS安索罗斯AOPR反应器配合使用，其质量转移效果非常好，可以将大量的臭氧转换成液相，从而达到强力去除COD的目的。

臭氧发生器COM-VD系列产品特点：

最高臭氧浓度 低耗氧量 低功耗 相关反应性高 低AOPR(高级氧化工艺)能耗


2. 臭氧水处理系统PAP-SC

在半导体加工中，需要一个完全干净的臭氧系统。在加工过程中（晶圆/IMEC清洗/RCA清洗/SOM等），任何从臭氧系统排放到半导体表面的金属和颗粒都会影响晶圆的质量，包括臭氧系统的部件臭氧发生器COM-AD或臭氧分析仪WM，ANSEORS安索罗斯臭氧水系统PAP-SC在与臭氧接触时完全不含金属，因此ANSEROS安索罗斯臭氧水处理系统可用于湿法清洗和干法清洗，不管是有酸还是无酸。为了确保安全，ANSEORS安索罗斯臭氧水系统PAP-SC还包括一个臭氧破坏器CAT-HO。


臭氧水处理系统PAP-SC应用场合

IMEC和RCA清洗工艺 UPW系统 高级氧化工艺AOP 三相系统 生物降解DOC 灭菌 消毒 CIP

德国ANSEROS安索罗斯是全球专业的臭氧技术开发制造商，其生产的臭氧发生器和臭氧水处理系统广泛运用各个行业。