隨著集成電路行業的發展，對于半導體器件性能的要求變得越來越高。但是在制造過程中，會不可避免地引入各種污染，使晶圓產生缺陷，對于器件的性能參數有很大的影響，甚至在所有產額損失中，晶圓表面污染占比達50%。所以今天我們著重探討一下晶圓表面污染的問題。

在制造的各個階段中，都有可能會引入導致芯片成品率下降和電學性能降低的物質，這種現象稱為沾污，沾污后會使生產出來的芯片有缺陷，導致晶圓上的芯片不能通過電學測試。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，再通過物理或化學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溶劑或者去離子水對晶圓進行清洗，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，尤其針對一些比較成熟的節點。而噴涂法是將化學溶劑或者去離子水噴到旋轉的晶圓上以去除雜質。浸泡法可以同時處理 多個晶圓，噴涂法一個作業腔室只能同時處理一片晶圓。不管使用哪種工藝，都要在去除各類雜質的同時確保不損壞晶圓。

下面對常見的缺陷種類及去除方法進行一個總結歸類：

1.顆粒
顆粒是晶圓表面最常見的一種缺陷，會導致電路短路或斷路，也會引起后續的沾污，進一步影響產品合格率。顆粒主要存在于凈化車間的環境里，或是由工藝過程中所用的超純水、氣體、化學品等帶來，設備部件運動時或晶圓襯底加工過程中也會有殘留。

去除顆粒的機理主要有溶解、氧化分解、粒子和硅片表面的電排斥、對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。在外延過程結束后，使用SC-1溶液進行清洗，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，從而達到去除粒子的目的。在NH4OH腐蝕硅片表面的同時，H2O2又會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中傳播，產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
在半導體材料中，金屬離子具有高度的活動性。當金屬離子進入到晶圓中時，會在整個晶圓中移動，嚴重損害器件的電學性能及穩定性。金屬離子一旦在界面形成缺陷，將在后續的氧化或外延工藝中導致PN結漏電，使少數載流子的壽命縮短，導致成品率降低。金屬污染物主要的來源有：晶圓襯底在加工過程中的殘留金屬顆粒、工藝環境引入的外來金屬顆粒、化學品與管路或容器發生反應導致金屬析出、離子注入或干法刻蝕等工藝過程中引入的金屬顆粒。

針對金屬顆粒，一般是使用HPM（SC-2）溶液來降低晶圓表面的金屬含量以達到去除的目的。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）溶液會發生結晶，可能會增加清洗后晶圓表面顆粒的數量，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.有機污染物
有機污染物通常在晶片表面形成有機物薄膜，從而阻止清洗液到達晶片表面，影響其他清洗工藝的效果。因此去除有機物，必須在清洗工序的第一步就進行。有機污染物主要來源于人的皮膚油脂，凈化室環境中的有機蒸汽，工藝流程中會用到的機械油、清潔劑、溶劑、硅樹脂真空脂、光致抗蝕劑等，以及光刻膠的殘留物。

針對有機污染物的清潔，一般可使用SPM（SC-3）溶液或是紫外線/臭氧干洗技術。SPM溶液由H2SO4、H2O2組成，在一定溫度下具有極強的氧化能力，可將金屬氧化后溶于清洗液中，H2SO4可使有機物脫水而碳化，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的高活性和強氧化性來去除硅片表面的有機顆粒雜質，O3溶解在水中生成高活性的OH基，OH基與有機物發生化學反應，除去硅片表面的有機雜質的同時在硅片表面又覆蓋了一層原子級光滑程度的氧化膜，有效隔離了雜質的再次吸附。

4.表面水痕
當晶圓表面干燥不充分時，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發生反應，形成H2SiO3（偏硅酸），當晶圓清洗后，H2SiO3在晶圓表面就表現為顆粒狀的水痕。水痕會影響刻蝕的完整性，引起區域性的芯片失效，造成良品率下降。為了避免出現表面水痕，在晶圓經過濕法清洗后，必須充分徹底地進行干燥處理。目前最常見的三種干燥模式分為旋轉干燥、Marangoni（馬蘭戈尼）干燥、熱異丙醇霧化干燥。

旋轉干燥是利用機械的高速旋轉甩干，同時在腔體內部吹氮氣來加速干燥，對于表面光滑的晶圓來說干燥效果比較好。

Marangoni（馬蘭戈尼）干燥是由氮氣攜帶IPA（異丙醇）氣體將整個系統充滿，在水面上形成IPA氣體環境，再利用異丙醇與去離子水之間表面張力的不同，在坡狀水流表層形成表面張力梯度，將晶圓表面的水分子吸收回流到處理槽內，從而達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分子在熱氮氣的環境下能更容易地進入到器件的溝槽內，從而將溝槽內的水分子帶走。

如果晶圓表面已經出現了水痕現象，則需要采用熱磷酸重新對晶圓表面進行化學處理（REWORK），熱磷酸對氧化硅有一定的刻蝕率，但不會對晶圓表面其他結構造成損害。

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