Book02
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[[Book]]
*はじめに
半導体による集積回路(ULSI)は、図1のようにシリコンウ...
ULSIの製造工程は、シリコンウェハを基板として、絶縁膜な...
歴史的にULSIは、よくいわれる「スケーリング則」(微細化...
「半導体プロセス」での要所は、微細MOSといったデバイスの...
図1 半導体集積回路(ULSI):製造シリコンウェハとチ...
**1.半導体プロセスにおける洗浄について
デバイス・プロセスにおける「物性と構造の制御」に洗浄の...
以上、洗浄の根幹には「構造と物性の制御」があり、洗浄の...
表1 汚染の分類
*2.洗浄の方法と原理
**2.1 汚染の形態
まずウェハ表面での汚染の存在形態によって除去方法は変わ...
**2.2 洗浄方法と原理
歴史的に半導体プロセスでは、過酸化水素水をベースにした...
表2 汚染対象と洗浄薬液
**2.3 微粒子除去(物理的)
微粒子除去のポイントは、ウェハ表面への付着力が比較的低...
微粒子をウェハ表面から離脱させる、もっとも単純な方法は...
ウェット洗浄においては、洗浄中の薬液に浸漬された物体に...
薬液浸漬だけで微粒子を離脱させるにはリフトオフの効果が...
薬液を使わずにドライな方法で物理的な力を加える手法もあ...
微粒子除去について、ウェットとドライでの方法を原理的な...
**2.4 金属、有機物、酸化物の除去(化学的)
異物となる汚染を除去するには、材料面での選択性といった...
***2.4.1 ウェットプロセス
ウェットプロセスで汚染を物質的に選択して除去する方法は...
(a) 溶解:金属
表面の金属汚染は、薬液側の汚染物質濃度が低ければ、金属...
ΔG○=ΔH○-TΔS○
の大きさが、いわば、ΔG○は正味の化学反応のエネルギーであり...
例えば、金属Mを薬液に溶かして金属イオンM+として溶解する...
例えば、Cuでは図3のような相図が得られる。pHが低い時にC...
ただし、HF処理などでSi表面が露出する酸性溶液中ではSiO2 ...
一方、pHが高い(アルカリ性)の薬液では金属は酸化物で安...
図3 Cu-H2O系のpH-電位(25℃、1atm〕、線上の数字は反応式...
(b)分散:有機物
有機物は有機溶媒によって溶かすことも可能であるが、酸化...
(c) 剥離:酸化膜
SiO2は非常に安定な物質であるので化学反応させるのが困難...
と、ΔGf○は負となりSiO2の溶解方向に反応が進行する。
HF溶液では [H+ + F- ⇔ HF]の酸解離反応を生じているが、そ...
SiO2 + 2H+ + 2HF2- + 2HF ⇔ H2SiF6 + 2H2O
の反応であり、HF2-とHFのいずれもエッチャントである。この...
SiO2 + 2NH4+ + 2HF2- + 2 HF ⇔ (NH4)2SiF6 + 2H2O
の反応をもちいる。
(d) 乾燥
ウェットプロセスではリンスして乾燥しなければならない。...
表面張力は毛管現象の駆動力であり、ナノメータレベルでの...
表3 有機物の種類
***2.4.2 ドライプロセス
ドライな方法は、特に液体の表面張力による微細な構造への...
(a) 金属
基本的には、ガス状の化合物を供給し、表面で反応生成させ...
(b) 有機物
有機物は、ウェットの説明で前述したとおり、酸化反応を進...
活性化学種の生成においてプラズマの活用について述べる。...
有機物の反応を考える上で、1) 表面に入射する化学種と2)活...
ウェハ表面の他の部位を酸化させたくない場合には、例えば...
一方、水素に窒素を混合した系では、混合比率によってH原子...
表面反応は非常に複雑であるが、プラズマをベースにした活...
(c) シリコン酸化膜
基板へのコンタクト面など、シリコン酸化物はウェットと類...
そこで、水分影響をなくしたドライでNH4F系のエッチャント...
(d) 銅酸化膜
配線の銅表面の酸化物は水素などの還元性プラズマによって...
***2.4.3 化学的除去のまとめ
簡単にウェットとドライによる洗浄方法と原理を説明した。...
図4 酸化膜エッチング速度のフッ化アンモニウムの濃度依存
図5 有機酸と酸化銅表面との相互作用
*3.今後の展望
はじめに、半導体プロセスが「物性と構造の制御」を行いナ...
次に、この汚染対象の汚染防止と選択的に除去していく手法...
とはいえ、表面・界面の制御技術としての重要な役割を担っ...
*まとめ
半導体プロセスのおける洗浄方法とその効果について概説し...
*参考文献
○半導体洗浄、ドライ洗浄について、例えば
[1] 小川洋輝、堀池靖浩「はじめての半導体洗浄技術」(工業調...
[2] 大見忠弘編「ウェットサイエンスが拓くプロダクトイノベ...
[3] 伊藤隆司、杉野林志、石川健治、精密工学会誌 70, 894 (2...
○微粒子除去、電気化学、表面張力に関して、例えば
[4] J.N. イスラエルアチヴィリ「分子間力と表面力」第2版(...
[5] S.A. サフラン「コロイドの物理学」(吉岡書店,2001).
[6] 渡辺正、中林誠一郎「電子移動の化学-電気化学入門」(...
[7] 近澤正敏、田嶋和夫「界面化学」(丸善、2001)
○プラズマプロセス、気相化学反応について、例えば
[8] M. Liberman, Lichtenberg. "Principles of Plasma disch...
[9] J. Warnstz, U. Maas, R. W. Dibble, "Combustion" (Spri...
○熱力学データについて、例えば
[10] 日本化学会編「化学便覧」改訂第5版(丸善, 2004)
[11] D. R. Lide, Handbook of Chemistry and Physics, 87th ...
[12] NIST chemistry webbook (http://webbook.nist.gov/chem...
[13] Wagman, J. Phys. Chem. Ref. Data 11, 2-154 (1982); N...
(c) Kenji Ishikawa
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*はじめに
半導体による集積回路(ULSI)は、図1のようにシリコンウ...
ULSIの製造工程は、シリコンウェハを基板として、絶縁膜な...
歴史的にULSIは、よくいわれる「スケーリング則」(微細化...
「半導体プロセス」での要所は、微細MOSといったデバイスの...
図1 半導体集積回路(ULSI):製造シリコンウェハとチ...
**1.半導体プロセスにおける洗浄について
デバイス・プロセスにおける「物性と構造の制御」に洗浄の...
以上、洗浄の根幹には「構造と物性の制御」があり、洗浄の...
表1 汚染の分類
*2.洗浄の方法と原理
**2.1 汚染の形態
まずウェハ表面での汚染の存在形態によって除去方法は変わ...
**2.2 洗浄方法と原理
歴史的に半導体プロセスでは、過酸化水素水をベースにした...
表2 汚染対象と洗浄薬液
**2.3 微粒子除去(物理的)
微粒子除去のポイントは、ウェハ表面への付着力が比較的低...
微粒子をウェハ表面から離脱させる、もっとも単純な方法は...
ウェット洗浄においては、洗浄中の薬液に浸漬された物体に...
薬液浸漬だけで微粒子を離脱させるにはリフトオフの効果が...
薬液を使わずにドライな方法で物理的な力を加える手法もあ...
微粒子除去について、ウェットとドライでの方法を原理的な...
**2.4 金属、有機物、酸化物の除去(化学的)
異物となる汚染を除去するには、材料面での選択性といった...
***2.4.1 ウェットプロセス
ウェットプロセスで汚染を物質的に選択して除去する方法は...
(a) 溶解:金属
表面の金属汚染は、薬液側の汚染物質濃度が低ければ、金属...
ΔG○=ΔH○-TΔS○
の大きさが、いわば、ΔG○は正味の化学反応のエネルギーであり...
例えば、金属Mを薬液に溶かして金属イオンM+として溶解する...
例えば、Cuでは図3のような相図が得られる。pHが低い時にC...
ただし、HF処理などでSi表面が露出する酸性溶液中ではSiO2 ...
一方、pHが高い(アルカリ性)の薬液では金属は酸化物で安...
図3 Cu-H2O系のpH-電位(25℃、1atm〕、線上の数字は反応式...
(b)分散:有機物
有機物は有機溶媒によって溶かすことも可能であるが、酸化...
(c) 剥離:酸化膜
SiO2は非常に安定な物質であるので化学反応させるのが困難...
と、ΔGf○は負となりSiO2の溶解方向に反応が進行する。
HF溶液では [H+ + F- ⇔ HF]の酸解離反応を生じているが、そ...
SiO2 + 2H+ + 2HF2- + 2HF ⇔ H2SiF6 + 2H2O
の反応であり、HF2-とHFのいずれもエッチャントである。この...
SiO2 + 2NH4+ + 2HF2- + 2 HF ⇔ (NH4)2SiF6 + 2H2O
の反応をもちいる。
(d) 乾燥
ウェットプロセスではリンスして乾燥しなければならない。...
表面張力は毛管現象の駆動力であり、ナノメータレベルでの...
表3 有機物の種類
***2.4.2 ドライプロセス
ドライな方法は、特に液体の表面張力による微細な構造への...
(a) 金属
基本的には、ガス状の化合物を供給し、表面で反応生成させ...
(b) 有機物
有機物は、ウェットの説明で前述したとおり、酸化反応を進...
活性化学種の生成においてプラズマの活用について述べる。...
有機物の反応を考える上で、1) 表面に入射する化学種と2)活...
ウェハ表面の他の部位を酸化させたくない場合には、例えば...
一方、水素に窒素を混合した系では、混合比率によってH原子...
表面反応は非常に複雑であるが、プラズマをベースにした活...
(c) シリコン酸化膜
基板へのコンタクト面など、シリコン酸化物はウェットと類...
そこで、水分影響をなくしたドライでNH4F系のエッチャント...
(d) 銅酸化膜
配線の銅表面の酸化物は水素などの還元性プラズマによって...
***2.4.3 化学的除去のまとめ
簡単にウェットとドライによる洗浄方法と原理を説明した。...
図4 酸化膜エッチング速度のフッ化アンモニウムの濃度依存
図5 有機酸と酸化銅表面との相互作用
*3.今後の展望
はじめに、半導体プロセスが「物性と構造の制御」を行いナ...
次に、この汚染対象の汚染防止と選択的に除去していく手法...
とはいえ、表面・界面の制御技術としての重要な役割を担っ...
*まとめ
半導体プロセスのおける洗浄方法とその効果について概説し...
*参考文献
○半導体洗浄、ドライ洗浄について、例えば
[1] 小川洋輝、堀池靖浩「はじめての半導体洗浄技術」(工業調...
[2] 大見忠弘編「ウェットサイエンスが拓くプロダクトイノベ...
[3] 伊藤隆司、杉野林志、石川健治、精密工学会誌 70, 894 (2...
○微粒子除去、電気化学、表面張力に関して、例えば
[4] J.N. イスラエルアチヴィリ「分子間力と表面力」第2版(...
[5] S.A. サフラン「コロイドの物理学」(吉岡書店,2001).
[6] 渡辺正、中林誠一郎「電子移動の化学-電気化学入門」(...
[7] 近澤正敏、田嶋和夫「界面化学」(丸善、2001)
○プラズマプロセス、気相化学反応について、例えば
[8] M. Liberman, Lichtenberg. "Principles of Plasma disch...
[9] J. Warnstz, U. Maas, R. W. Dibble, "Combustion" (Spri...
○熱力学データについて、例えば
[10] 日本化学会編「化学便覧」改訂第5版(丸善, 2004)
[11] D. R. Lide, Handbook of Chemistry and Physics, 87th ...
[12] NIST chemistry webbook (http://webbook.nist.gov/chem...
[13] Wagman, J. Phys. Chem. Ref. Data 11, 2-154 (1982); N...
(c) Kenji Ishikawa
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