半導體晶片濕法清洗工藝介紹

　　沾污在一定程度上決定了芯片的最終良率，半導體清洗工藝是半導體制程中最關鍵的步驟一直。在一般情況下，半導體制造工藝中，清洗工藝會占到總工藝步驟的三分之一以上。

　　目前來說，清洗工藝多種多樣，大體包括濕式清洗和干式清洗兩種。由于其實際的清洗效果及生產可行性，目前市面上濕式清洗占主流地位。本文主要介紹濕式清洗。

　　濕式清洗方法主要包括：RCA清洗法，稀釋RCA清洗，IMEC清洗，單晶圓清洗等。具體如下：

　　1，RCA清洗

　　工業中標準的濕法清洗工藝稱為RCA清洗工藝，是由美國無線電公司(RCA)的W.Kern和D.Puotinen于1970年提出的，主要由過氧化氫和堿組成的1號標準清洗液(SC?1)以及由過氧化氫和酸組成的2號標準清洗液(SC?2)進行一系列有序的清洗。RCA清洗工藝技術的特點在于按照應該被清除的污染物種類選用相應的清洗藥水，按照順序進行不同的藥水的清洗工藝，就可以清除掉所有附著在硅圓片上的各種污染物。需要注意的是，每次使用化學品后都要在超純水(UPW)中徹底清洗，去除殘余成分，以免污染下一步清洗工序。典型的硅片濕法清洗流程如圖3?1所示。實際的順序有一些變化，應根據實際情況做相應調整以及增加某些HF/H2O(DHF)去氧化層步驟。

典型的晶片清洗流程

　　1)第一步是去除有機物和金屬，用到的試劑是H2SO4/H2O2(SPM)。

　　2)第二步是去除顆粒，一般用NH4OH/H2O2/H2O(APM)1號標準清洗液(SC-1)。

　　3)第三步是去除金屬，一般用HCl/H2O2/H2O(HPM)2號標準液(SC-2)。

　　4)第四步是在旋轉干燥器中進行離心干燥，并用低沸點的有機溶劑進一步置換干燥。

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　　2，稀釋RCA清洗

　　現行的RCA清洗方法存在不少問題：步驟多，消耗超純水和化學試劑多，成本高;使用強酸強堿和強氧化劑，操作危險;試劑易分解、揮發，有刺激性氣味，使用時必須通風，從而增加了超凈間的持續費用;存在較嚴重的環保問題;硅片干燥慢，干燥不良可能造成前功盡棄，且與其后的真空系統不能匹配。其中的很多問題是RCA本身無法克服的。

　　3，IMEC清洗

　　基于使用稀釋化學品的成功經驗，IMEC(Interuniversity MicroElectronics Centre，大學間聯合微電子研究中心)提出了一項臭氧化和稀釋化學品的簡化清洗方法。第一步去除有機污染物，通常采用硫酸混合物，但出于環保方面的考慮，在正確的操作條件下(嚴格控制好溫度、濃度參數)可以采用臭氧化的去離子水，既減少了化學品和去離子水的消耗量，又避免了硫酸浴后復雜的沖洗步驟。同時，用此清洗方法取代標準化的SPM清洗方法可增加3倍的酸槽使用壽命。第二步則采用最佳化的氫氟酸及鹽酸混合稀釋液，可以在去除氧化層和顆粒的同時抑制Cu、Ag等金屬離子的沉積。因為Cu、Ag等金屬離子存在于HF溶液時會沉積到Si表面，其沉積過程是一個電化學過程，在光照條件下，銅的表面沉積速度加快。

　　4，單晶圓清洗

　　隨著器件工藝技術的關鍵尺寸不斷縮小，以及新材料的引入，使得前道制程(FEOL)中表面處理更為重要。關鍵尺寸縮小使得清洗的工藝窗口變窄，要滿足清洗效率并同時做到盡量少的表面刻損和結構損壞變得十分不容易。以上這些傳統的批式處理方法已經越來越無法適應濕式清洗的實際應用，制造工藝過程需要其他新型清洗步驟，從而確保重要的器件規格、性能以及可靠性不因污染物的影響而大打折扣。此外，批式濕式處理無法滿足如快速熱處理(RTP)等工藝的關鍵擴散技術和CVD技術。因此，業內正逐步傾向于使用單晶圓濕式清洗處理技術，以降低重要的清洗過程中交叉污染的風險，從而提高產品成品率以及降低成本。單晶圓清洗技術處理也更適于向銅和低k值電介質等新型材料過渡。

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