《2022年半导体化学清洗总结 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年半导体化学清洗总结 .pdf（19页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 . . . .化学清洗总结1.3 各洗液的清洗说明； 1.3.1SC-1 洗液；1.3.1.1去除颗粒； 硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜 ( 约 6mm ；自然氧化膜约0.6nm 厚，其与 NH4OH 、H2； SiO2 的腐蚀速度随 NH4OH 的浓度升高而加快；Si 的腐蚀速度，随NH4OH 的浓度升高而快当， ；NH4OH 促进腐蚀， H2O2阻碍腐蚀；若H2O2的浓度一定， NH4OH 浓度越低，颗粒1.3 各洗液的清洗说明1.3.1 SC-1洗液1.3.1.1 去除颗粒硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜(约 6mm 呈亲水性 )， 该氧化膜又被 NH4OH 腐蚀，腐蚀后
2、立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。自然氧化膜约0.6nm 厚，其与 NH4OH 、H2O2浓度及清洗液温度无关。SiO2 的腐蚀速度随NH4OH 的浓度升高而加快，其与H2O2的浓度无关。Si 的腐蚀速度，随NH4OH 的浓度升高而快当，到达某一浓度后为一定值，H202浓度越高这一值越小。NH4OH 促进腐蚀， H2O2阻碍腐蚀。若 H2O2的浓度一定， NH4OH 浓度越低， 颗粒去除率也越低， 如果同时降低H2O2浓度可抑制颗粒的去除率的下降。随着清洗液温度升高，颗粒去除率也提高在一定温度下可达最大值。颗粒去除率与硅片表面腐蚀量有关为确保
3、颗粒的去除要有一定量以上的腐蚀。超声波清洗时由于空化现象只能去除0.4 m颗粒。 兆声清洗时由于0.8Mhz 的加速度作用能去除 0.2 m颗粒， 即使液温下降到40也能得到与80超声清洗去除颗粒的效果，而且又可避免超声清洗对晶片产生损伤。在清洗液中硅表面为负电位有些颗粒也为负电位，由于两者的电的排斥力作用可防止粒子向晶片表面吸附，但也有部分粒子表面是正电位，由于两者电的吸引力作用，粒子精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . .
4、 .易向晶片表面吸附。1.3.1.2 去除金属杂质由于硅表面氧化和腐蚀，硅片表面的金属杂质，随腐蚀层而进入清洗液中。由于清洗液中存在氧化膜或清洗时发生氧化反应，生成氧化物的自由能的绝对值大的金属容易附着在氧化膜上。如:Al 、Fe、Zn 等便易附着在自然氧化膜上而Ni、Cu则不易附着。Fe、Zn、Ni 、Cu的氢氧化物在高pH值清洗液中是不可溶的有时会附着在自然氧化膜上。清洗后硅表面的金属浓度取决于清洗液中的金属浓度。其吸附速度与清洗液中的金属络合离子的形态无关。清洗时，硅表面的金属的脱附速度与吸附速度因各金属元素的不同而不同。特别是对 Al、Fe、Zn。若清洗液中这些元素浓度不是非常低的话清
5、洗后的硅片表面的金属浓度便不能下降。对此在选用化学试剂时按要求特别要选用金属浓度低的超纯化学试剂。清洗液温度越高，晶片表面的金属浓度就越高。若使用兆声波清洗可使温度下降有利去除金属沾污。去除有机物由于 H2O2的氧化作用，晶片表面的有机物被分解成CO2 、H2O而被去除。微粗糙度 Ra 晶片表面 Ra与清洗液的 NH4OH 组成比有关，组成比例越大，其Ra变大。 Ra为 0.2nm的晶片在 NH4OH ：H202：H2O=1:1:5 的 SC-1清洗后 Ra可增大至 0.5nm。为控制晶片表面Ra有必要降低NH4OH 的组成比例如0.5:1:5。COP( 晶体的原生粒子缺陷) 对于 CZ(直拉
6、 ) 硅单晶片经反复清洗后经测定每次清洗后硅片表面的颗粒2m的颗粒会增加，但对外延晶片，即使反复清洗也不会使0.2 m的颗粒增加。1.3.2 DHF 在 DHF清洗时将用 SC-1清洗时表面生成的自然氧化膜腐蚀掉，Si 几乎不被腐蚀； 硅片最外层的 Si 几乎是以 H键为终端结构 .表面呈疏水性；在酸性溶液中硅表面呈负电位，颗粒表面为正电位，由于两者之间的吸引力粒子容易附着在晶片表面。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . .
7、.用 HF清洗去除表面的自然氧化膜，因此附着在自然氧化膜上的金属再一次溶解到清洗液中，同时DHF清洗可抑制自然氧化膜的形成故可容易去除表面的Al 、Fe、Zn、Ni 等金属。但随自然氧化膜溶解到清洗液中一部分Cu等贵金属 (氧化还原电位比氢高) ，会附着在硅表面， DHF清洗也能去除附在自然氧化膜上的金属氢氧化物。如硅表面外层的Si 以 H 键结构，硅表面在化学上是稳定的，即使清洗液中存在Cu等贵金属离子也很难发生Si 的电子交换，因Cu等贵金属也不会附着在裸硅表面。但是如液中存在 Cl- 、Br- 等阴离子，它们会附着于Si 表面的终端氢键不完全地方，附着的Cl- 、Br- 阴离子会帮助Cu
8、离子与 Si 电子交换，使Cu离子成为金属Cu而附着在晶片表面。 因 溶 液 中 的Cu2+离 子 的 氧 化 还 原 电 位 (E0=0.337V) 比Si的 氧 化 还 原 电 位(E0=-0.857V) 高得多，因此Cu2+ 离子从硅表面的Si 得到电子进行还原，变成金属Cu从晶片表面析出；另一方面被金属Cu附着的 Si 释放与 Cu的附着相平衡的电子，自身被氧化成SiO2。从晶片表面析出的金属Cu形成 Cu粒子的核。这个Cu粒子核比 Si 的负电性大，从Si 吸引电子而带负电位，后来Cu 离子从带负电位的Cu粒子核得到电子析出金属Cu ，Cu粒子就这样生长起来。Cu下面的断一面供给与C
9、u的附着相平衡的电子一面生成Si02 。在硅片表面形成的SiO2，在 DHF清洗后被腐蚀成小坑，其腐蚀小坑数量与去除Cu粒子前的 Cu粒子量相当腐蚀小坑直径为0.01 0.1cm，与 Cu粒子大小也相当， 由此可知这是由结晶引起的粒子，常称为Mip( 金属致拉子 ) 。1.3.3 SC-2洗液(1) 清洗液中的金属附着现象在碱性清洗液中易发生，在酸性溶液中不易发生，并具有较强的去除晶片表面金属的能力，但经SC-1 洗后虽能去除Cu等金属，但晶片表面形成的自然氧化膜的附着 ( 特别是 Al) 问题还未解决。(2) 硅片表面经 SC-2清洗后， 表面 Si 大部分以 O键为终端结构， 形成成一层自
10、然氧化膜，呈亲水性。(3) 由于晶片表面的SiO2 和 Si 不能被腐蚀，因此不能达到去除粒子的效果。如在 SC-1和 SC-2的前、中、后加入98% 的 H2SO4 、30% 的 H2O2和 HF 。HF终结中可得到高纯化表面，阻止离子的重新沾污。在稀HCl 溶液中加氯乙酸，可极好地除去金属沾污。表面活性剂的加入，可降低硅表面的自由能，增强其表面纯化。它在HF中使用时，可增加疏水面的浸润性，以减少表面对杂质粒子的吸附。2 清洗技术的改进精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 19 页
11、 - - - - - - - - - - . . . .2.1 SC-1 液的改进a. 为抑制 SC-1时表面 Ra变大，应降低NH4OH 组成比即 NH4OH:H202 ：H20=0.05:1:1 ，当 Ra=0.2nm的硅片清洗后其值不变在APM 洗后的 DIW漂洗应在低温下进行。b. 可使用兆声波清洗去除超微粒子，同时可降低清洗液温度，减少金属附着。c.SC-1 液中添加表面活性剂、可使清洗液的表面张力从6.3dyn/cm 下降到 19dyn/cm。选用低表面张力的清洗液可使颗粒去除率稳定维持较高的去除效率。使用 SC-1液洗，其 Ra变大，约是清洗前的2 倍。用低表面张力的清洗液，其R
12、a变化不大 ( 基本不变 ) 。d.SC-1 液中加入 HF ，控制其 pH值，可控制清洗液中金属络合离子的状态抑制金属的再附着，也可抑制Ra的增大和 COP 的发生。e.SC-1 加入鳌合剂可使洗液中的金属不断形成赘合物有利于抑制金属的表面的附着。2.2 有机物的去除(1) 如硅片表面附着有机物，就不能完全去除表面的自然氧化层和金属杂质，因此清洗时首先应去除有机物。(2) 添加 210ppmO3 超净水清洗对去除有机物很有效，可在室温进行清洗而不必进行废液处理，比SC-1清洗的效果更好。2.3 DHF 的改进2.3.1 HF+H202 清洗(1)HF 0.5%+H2O2 10%可在室温下清洗
13、可防止DHF清洗中的 Cu等贵金属附着。(2) 由于 H202氧化作用可在硅表面形成自然氧化膜，同时又因 HF的作用将自然氧化层腐蚀掉，附着在氧化膜上的金属被溶解到清洗液中。在APM清洗时附着在晶片表面的金属氢氧化物也可被去除。晶片表面的自然氧化膜不会再生长。(3)Al 、Fe、Ni 等金属同 DHF清洗一样，不会附着在晶片表面。(4) 对 n+、P+型硅表面的腐蚀速度比n、p 型硅表面大得多，可导致表面粗糙因而不能使用于 n+、p+型硅片清洗。(5) 添加强氧化剂H202(E。=1.776V) ，比 Cu2+ 离子优先从 5i 中夺取电子，因此硅表面由于 H202被氧化， Cu以 Cu2+
14、离子状态存在于清洗液中。即使硅表面附着金属Cu也会从氧精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .化剂 H202夺取电子呈离子化。硅表面被氧化形成一层自然氧化膜。因此Cu2+ 离子和 5i 电子交换很难发生，并越来越不易附着。2.3.2 DHF+ 表面活性剂清洗在 HF 0.5%的 DHF液中加入表面活性剂，其清洗效果与HF+H202清洗相同。2.3.3 DHF+ 阴离子表面活性剂清洗在 DHF液中，硅表面为负电位，粒子表面为
15、正电位，当加入阴离子表面活性剂，可使得硅表面和粒子表面的电位为同符号，即粒子表面电位由正变为负，与硅片表面正电位同符号，使硅片表面和粒子表面之间产生电的排斥力，可以防止粒子的再附着。2.4 ACD 清洗2.4.1 AC 清洗在标准的 AC清洗中，将同时使用纯水、HF ，03，表面活性剂与兆声波。由于03 具有非常强的氧化性， 可以将硅片表面的有机沾污氧化为CO2和 H2O ， 达到去除表面有机物的目的，同时可以迅速在硅片表面形成一层致密的氧化膜；HF可以有效的去除硅片表面的金属沾污，同时将 03 氧化形成的氧化膜腐蚀掉，在腐蚀掉氧化膜的同时，可以将附着在氧化膜上的颗粒去除掉，兆声波的使用将使颗
16、粒去除的效率更高，而表面活性剂的使用，可以防止已经清洗掉的颗粒重新吸附在硅片表面。2.4.2 AD 清洗在 AD干燥法中，同样使用HF与 03。整个工艺过程可以分为液体中反应与气相处理两部分。 首先将硅片放入充满HF/03 的干燥槽中，经过一定时间的反应后，硅片将被慢慢地抬出液面；由于HF酸的作用，硅片表面将呈疏水性，因此，在硅片被抬出液面的同时，将自动达到干燥的效果。在干燥槽的上方安装有一组03 的喷嘴，使得硅片被抬出水面后就与高浓度的03 直接接触，进而在硅片表面形成一层致密的氧化膜。在采用 AD干燥法的同时， 可以有效地去除金属沾污。该干燥法可以配合其他清洗工艺来共同使用，干燥过程本身不
17、会带来颗粒沾污。2.5 酸系统溶液2.5.1 SE洗液精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .HNO3 （60% ） ：HF(0.025%一 0.1%)，SE能使硅片表面的铁沾污降至常规清洗工艺的十分之一，各种金属沾污均小于1010 原子 /cm2，不增加微粗糙度。这种洗液对硅的腐蚀速率比对二氧化硅快10 倍，且与 HF含量成正比，清洗后硅片表面有1nm的自然氧化层。2.5.2 CSE 洗液HNO3 ：HF：H2O2=50
18、 ： （0.50.9 ） ： （49.549.1 ） ，35，35min。用 CSE清洗的硅片表面没有自然氧化层，微粗糙度较SE清洗的降低；对硅的腐蚀速率不依赖于HF的浓度，这样有利于工艺控制。当HF浓度控制在 0.1%时效果较好。3 几种的清洗方案3.1 硅片衬底的常规清洗方法 三氯乙烯（除脂） 80， 15 分钟； 丙酮、甲醇 20，依次 2 分钟； 去离子水流洗2 分钟； 2 号液 (4 11) 90 ， 10 分钟； 去离子水流洗2 分钟； 擦片 (用擦片机 ) ； 去离子水冲 5 分钟； 1 号液 (4 11) 9095 ， 10 分钟； 去离子水流洗5 分钟； 稀盐酸 (501)，
19、 2.5分钟；11 去离子水流洗5 分钟；12 甩干 (硅片) 。该方案的清洗步骤为: 先去油，接着去除杂质， 其中 10步用于进一步去除残余的杂质(主要是碱金属离子 ) 。3.2 DZ-1 、DZ-2 清洗半导体衬底的方法精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . . 去离子水冲洗； DZ-1 (95 5) ， 5060 超声 10 分钟； 去离子水冲洗 (5 分钟 ) ； DZ-2 (95 5) ， 5060 超声 10 分
20、钟； 去离子水冲洗 (5 分钟 ) ； 甩干或氮气吹干。该方案中用电子清洗剂代替方案一中的酸碱及双氧水等化学试剂，清洗效果大致与方案一相当。3.3 硅抛光片的一般清洗方法 无钠清洗剂加热煮三次； 热去离子水冲洗； 3 号液； 热去离子水冲洗； 去离子水冲洗； 稀氢氟酸漂洗； 去离子水冲洗； 1 号液； 去离子水冲洗； 甩干。对于用不同的抛光方式( 有蜡或无蜡 ) 得到的抛光片，其被各种类型的污染杂质沾污的情况各不相同，清洗的侧重点也就各不相同，因此上述各清洗步骤的采用与否及清洗次数的多少也就各不相同。3.4 某一化学清洗流程精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - -
21、 - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .以下所有试剂配比均为体积比。所用有机试剂均是分析级试剂。部分试剂的浓度如下:w(H2O2)20% ；w(HF)40% ；w(H2SO4):9598%. 除脂三氯乙烯溶液中旋转清洗3 次，每次 3 min；异丙醇中旋转清洗3 次，每次 3 min；去离子水漂洗3 次；高纯氮气吹干； 氧化在新配的 H2SO4 H2O2(1 1) 溶液中氧化 3 min；在 70温水中漂洗3 min( 避免 Si 表面因骤冷出现裂纹 ) ；去离子水中漂洗2 次，每次 3 m
22、in ； 刻蚀HF C2H5OH(1 10)溶液中刻蚀3 min ；C2H5OH 中漂洗 3 次，每次 3 min ；高纯氮气吹干。化学清洗后，把样品快速传入真空系统，这是因为H 钝化的硅表面在空气中只能维持几分钟内不被重新氧化。若清洗后的Si 片不能及时进入超高真空系统，可将清洗后的Si片放入无水C2H5OH 中，这既可以延缓表面被氧化的速度，又可以避免清洗后的表面被空气中的杂质所污染。1 传统的 RCA 清洗法1.1 主要清洗液1.1.1 SPM （三号液）（H2SO4 H2O2 H2O ）在 120150清洗 10min 左右， SPM 具有很高的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液中，并
23、能把有机物氧化生成CO2和 H2O 。 用 SPM 清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金属，但是当有机物沾污特别严重时会使有机物碳化而难以去除。经SPM清洗后，硅片表面 会残 留有 硫 化物， 这些 硫化 物 很难用 去粒 子水 冲 洗掉。 由 Ohnishi提 出 的SPFM(H2SO4/H2O2/HF) 溶液，可使表面的硫化物转化为氟化物而有效地冲洗掉。由于臭氧的氧化性比 H2O2的氧化性强，可用臭氧来取代H2O2(H2SO4/O3/H2O 称为 SOM 溶液) ，以降低H2SO4 的用量和反应温度。H2SO4(98%):H2O2(30%)=4:1 1.1.2 DHF （HF(H2O
24、2) H2O ）在 2025清洗 30s 腐蚀表面氧化层，去除金属沾污，DHF清洗可去除表面氧化层，精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .使其上附着的金属连同氧化层一起落入清洗液中，可以很容易地去除硅片表面的Al ，Fe，Zn，Ni 等金属，但不能充分地去除Cu。HF ：H2O2=1 ：50。1.1.3 APM(SC-1) （一号液）（NH4OH H2O2 H2O ）在 6580清洗约 10min 主要去除粒子、部分有机
25、物及部分金属。由于 H2O2的作用，硅片表面有一层自然氧化膜(Si02) ，呈亲水性，硅片表面和粒子之间可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si 被 NH4OH 腐蚀，因此附着在硅片表面的颗粒便落入清洗液中，从而达到去除粒子的目的。此溶液会增加硅片表面的粗糙度。Fe， Zn ， Ni等金属会以离子性和非离子性的金属氢氧化物的形式附着在硅片表面，能降低硅片表面的Cu的附着。体积比为 (1 15)(1 27) 的 NH4OH (27 %) 、H2O2(30%) 和 H2O组成的热溶液。稀释化学试剂中把水所占的比例由15 增至 150，配合超声清洗，可在更短时间内达到相当或更好的清洗
26、效果。SC-1清洗后再用很稀的酸(HCl H2O为 1104)处理， 在去除金属杂质和颗粒上可收到良好的效果，也可以用稀释的HF溶液短时间浸渍，以去除在SC-1 形成的水合氧化物膜。最后，常常用 SC-1原始溶液浓度1/10 的稀释溶液清洗，以避免表面粗糙，降低产品成本，以及减少对环境的影响。1.1.4 HPM(SC-2) （二号液）（HClH2O2 H2O ）在 6585清洗约 10min 用于去除硅片表面的钠、铁、镁等金属沾污，。在室温下 HPM就能除去 Fe 和 Zn。H2O2会使硅片表面氧化，但是HCl 不会腐蚀硅片表面，所以不会使硅片表面37 硅片的化学清洗总结的 Si 几乎是以 H
27、键为终端结构 . 表面呈疏水性； 在酸； 用 HF清洗去除表面的自然氧化膜，因此附着在自然；如硅表面外层的Si 以 H键结构，硅表面在化学上是；因溶液中的 Cu2+ 离子的氧化还原电位(E0=0； 从晶片表面析出的金属Cu形成 Cu粒子的核； 在硅片表面形成的SiO2，在 DHF清洗后被腐蚀； 1.3.3SC-2 洗液； (1) 清洗液中的金属附着现象在碱性清洗液中的 Si 几乎是以 H键为终端结构 .表面呈疏水性；在酸性溶液中硅表面呈负电位，颗粒表面为正电位，由于两者之间的吸引力粒子容易附着在晶片表面。用 HF清洗去除表面的自然氧化膜，因此附着在自然氧化膜上的金属再一次溶解到清洗液中，同时D
28、HF清洗可抑制自然氧化膜的形成故可容易去除表面的Al 、Fe、Zn、Ni 等金精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .属。但随自然氧化膜溶解到清洗液中一部分Cu等贵金属 (氧化还原电位比氢高) ，会附着在硅表面， DHF清洗也能去除附在自然氧化膜上的金属氢氧化物。如硅表面外层的Si 以 H 键结构，硅表面在化学上是稳定的，即使清洗液中存在Cu等贵金属离子也很难发生Si 的电子交换，因Cu等贵金属也不会附着在裸硅表面。但是如
29、液中存在 Cl- 、Br- 等阴离子，它们会附着于Si 表面的终端氢键不完全地方，附着的Cl- 、Br- 阴离子会帮助Cu离子与 Si 电子交换，使Cu离子成为金属Cu而附着在晶片表面。 因 溶 液 中 的Cu2+离 子 的 氧 化 还 原 电 位 (E0=0.337V) 比Si的 氧 化 还 原 电 位(E0=-0.857V) 高得多，因此Cu2+ 离子从硅表面的Si 得到电子进行还原，变成金属Cu从晶片表面析出；另一方面被金属Cu附着的 Si 释放与 Cu的附着相平衡的电子，自身被氧化成SiO2。从晶片表面析出的金属Cu形成 Cu粒子的核。这个Cu粒子核比 Si 的负电性大，从Si 吸引电
30、子而带负电位，后来Cu 离子从带负电位的Cu粒子核得到电子析出金属Cu ，Cu粒子就这样生长起来。Cu下面的断一面供给与Cu的附着相平衡的电子一面生成Si02 。在硅片表面形成的SiO2，在 DHF清洗后被腐蚀成小坑，其腐蚀小坑数量与去除Cu粒子前的 Cu粒子量相当腐蚀小坑直径为0.01 0.1cm，与 Cu粒子大小也相当， 由此可知这是由结晶引起的粒子，常称为Mip( 金属致拉子 ) 。1.3.3 SC-2洗液(1) 清洗液中的金属附着现象在碱性清洗液中易发生，在酸性溶液中不易发生，并具有较强的去除晶片表面金属的能力，但经SC-1 洗后虽能去除Cu等金属，但晶片表面形成的自然氧化膜的附着 (
31、 特别是 Al) 问题还未解决。(2) 硅片表面经 SC-2清洗后， 表面 Si 大部分以 O键为终端结构， 形成成一层自然氧化膜，呈亲水性。(3) 由于晶片表面的SiO2 和 Si 不能被腐蚀，因此不能达到去除粒子的效果。如在 SC-1和 SC-2的前、中、后加入98% 的 H2SO4 、30% 的 H2O2和 HF 。HF终结中可得到高纯化表面，阻止离子的重新沾污。在稀HCl 溶液中加氯乙酸，可极好地除去金属沾污。表面活性剂的加入，可降低硅表面的自由能，增强其表面纯化。它在HF中使用时，可增加疏水面的浸润性，以减少表面对杂质粒子的吸附。2 清洗技术的改进2.1 SC-1 液的改进精品资料
32、- - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .a. 为抑制 SC-1时表面 Ra变大，应降低NH4OH 组成比即 NH4OH:H202 ：H20=0.05:1:1 ，当 Ra=0.2nm的硅片清洗后其值不变在APM 洗后的 DIW漂洗应在低温下进行。b. 可使用兆声波清洗去除超微粒子，同时可降低清洗液温度，减少金属附着。c.SC-1 液中添加表面活性剂、可使清洗液的表面张力从6.3dyn/cm 下降到 19dyn/cm。选用低表面张力的
33、清洗液可使颗粒去除率稳定维持较高的去除效率。使用 SC-1液洗，其 Ra变大，约是清洗前的2 倍。用低表面张力的清洗液，其Ra变化不大 ( 基本不变 ) 。d.SC-1 液中加入 HF ，控制其 pH值，可控制清洗液中金属络合离子的状态抑制金属的再附着，也可抑制Ra的增大和 COP 的发生。e.SC-1 加入鳌合剂可使洗液中的金属不断形成赘合物有利于抑制金属的表面的附着。2.2 有机物的去除(1) 如硅片表面附着有机物，就不能完全去除表面的自然氧化层和金属杂质，因此清洗时首先应去除有机物。(2) 添加 210ppmO3 超净水清洗对去除有机物很有效，可在室温进行清洗而不必进行废液处理，比SC-
34、1清洗的效果更好。2.3 DHF 的改进2.3.1 HF+H202 清洗(1)HF 0.5%+H2O2 10%可在室温下清洗可防止DHF清洗中的 Cu等贵金属附着。(2) 由于 H202氧化作用可在硅表面形成自然氧化膜，同时又因 HF的作用将自然氧化层腐蚀掉，附着在氧化膜上的金属被溶解到清洗液中。在APM清洗时附着在晶片表面的金属氢氧化物也可被去除。晶片表面的自然氧化膜不会再生长。(3)Al 、Fe、Ni 等金属同 DHF清洗一样，不会附着在晶片表面。(4) 对 n+、P+型硅表面的腐蚀速度比n、p 型硅表面大得多，可导致表面粗糙因而不能使用于 n+、p+型硅片清洗。(5) 添加强氧化剂H20
35、2(E。=1.776V) ，比 Cu2+ 离子优先从 5i 中夺取电子，因此硅表面由于 H202被氧化， Cu以 Cu2+ 离子状态存在于清洗液中。即使硅表面附着金属Cu也会从氧化剂 H202夺取电子呈离子化。硅表面被氧化形成一层自然氧化膜。因此Cu2+ 离子和 5i 电子交换很难发生，并越来越不易附着。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .2.3.2 DHF+ 表面活性剂清洗在 HF 0.5%的 DHF液中加入表面活
36、性剂，其清洗效果与HF+H202清洗相同。2.3.3 DHF+ 阴离子表面活性剂清洗在 DHF液中，硅表面为负电位，粒子表面为正电位，当加入阴离子表面活性剂，可使得硅表面和粒子表面的电位为同符号，即粒子表面电位由正变为负，与硅片表面正电位同符号，使硅片表面和粒子表面之间产生电的排斥力，可以防止粒子的再附着。2.4 ACD 清洗2.4.1 AC 清洗在标准的 AC清洗中，将同时使用纯水、HF ，03，表面活性剂与兆声波。由于03 具有非常强的氧化性， 可以将硅片表面的有机沾污氧化为CO2和 H2O ， 达到去除表面有机物的目的，同时可以迅速在硅片表面形成一层致密的氧化膜；HF可以有效的去除硅片表
37、面的金属沾污，同时将 03 氧化形成的氧化膜腐蚀掉，在腐蚀掉氧化膜的同时，可以将附着在氧化膜上的颗粒去除掉，兆声波的使用将使颗粒去除的效率更高，而表面活性剂的使用，可以防止已经清洗掉的颗粒重新吸附在硅片表面。2.4.2 AD 清洗在 AD干燥法中，同样使用HF与 03。整个工艺过程可以分为液体中反应与气相处理两部分。 首先将硅片放入充满HF/03 的干燥槽中，经过一定时间的反应后，硅片将被慢慢地抬出液面；由于HF酸的作用，硅片表面将呈疏水性，因此，在硅片被抬出液面的同时，将自动达到干燥的效果。在干燥槽的上方安装有一组03 的喷嘴，使得硅片被抬出水面后就与高浓度的03 直接接触，进而在硅片表面形
38、成一层致密的氧化膜。在采用 AD干燥法的同时， 可以有效地去除金属沾污。该干燥法可以配合其他清洗工艺来共同使用，干燥过程本身不会带来颗粒沾污。2.5 酸系统溶液2.5.1 SE洗液HNO3 （60% ） ：HF(0.025%一 0.1%)，SE能使硅片表面的铁沾污降至常规清洗工艺的十分之一，各种金属沾污均小于1010 原子 /cm2，不增加微粗糙度。这种洗液对硅的腐蚀速率比精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .对二氧化
39、硅快10 倍，且与 HF含量成正比，清洗后硅片表面有1nm的自然氧化层。2.5.2 CSE 洗液HNO3 ：HF：H2O2=50 ： （0.50.9 ） ： （49.549.1 ） ，35，35min。用 CSE清洗的硅片表面没有自然氧化层，微粗糙度较SE清洗的降低；对硅的腐蚀速率不依赖于HF的浓度，这样有利于工艺控制。当HF浓度控制在 0.1%时效果较好。3 几种的清洗方案3.1 硅片衬底的常规清洗方法 三氯乙烯（除脂） 80， 15 分钟； 丙酮、甲醇 20，依次 2 分钟； 去离子水流洗2 分钟； 2 号液 (4 11) 90 ， 10 分钟； 去离子水流洗2 分钟； 擦片 (用擦片机
40、) ； 去离子水冲 5 分钟； 1 号液 (4 11) 9095 ， 10 分钟； 去离子水流洗5 分钟； 稀盐酸 (501)， 2.5分钟；11 去离子水流洗5 分钟；12 甩干 (硅片) 。该方案的清洗步骤为: 先去油，接着去除杂质， 其中 10步用于进一步去除残余的杂质(主要是碱金属离子 ) 。3.2 DZ-1 、DZ-2 清洗半导体衬底的方法 去离子水冲洗；精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . . DZ-1 (9
41、5 5) ， 5060 超声 10 分钟； 去离子水冲洗 (5 分钟 ) ； DZ-2 (95 5) ， 5060 超声 10 分钟； 去离子水冲洗 (5 分钟 ) ； 甩干或氮气吹干。该方案中用电子清洗剂代替方案一中的酸碱及双氧水等化学试剂，清洗效果大致与方案一相当。3.3 硅抛光片的一般清洗方法 无钠清洗剂加热煮三次； 热去离子水冲洗； 3 号液； 热去离子水冲洗； 去离子水冲洗； 稀氢氟酸漂洗； 去离子水冲洗； 1 号液； 去离子水冲洗； 甩干。对于用不同的抛光方式( 有蜡或无蜡 ) 得到的抛光片，其被各种类型的污染杂质沾污的情况各不相同，清洗的侧重点也就各不相同，因此上述各清洗步骤的采
42、用与否及清洗次数的多少也就各不相同。3.4 某一化学清洗流程以下所有试剂配比均为体积比。所用有机试剂均是分析级试剂。部分试剂的浓度如精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .下:w(H2O2)20% ；w(HF)40% ；w(H2SO4):9598%. 除脂三氯乙烯溶液中旋转清洗3 次，每次 3 min；异丙醇中旋转清洗3 次，每次 3 min；去离子水漂洗3 次；高纯氮气吹干； 氧化在新配的 H2SO4 H2O2(1 1
43、) 溶液中氧化 3 min；在 70温水中漂洗3 min( 避免 Si 表面因骤冷出现裂纹 ) ；去离子水中漂洗2 次，每次 3 min ； 刻蚀HF C2H5OH(1 10)溶液中刻蚀3 min ；C2H5OH 中漂洗 3 次，每次 3 min ；高纯氮气吹干。化学清洗后，把样品快速传入真空系统，这是因为H 钝化的硅表面在空气中只能维持几分钟内不被重新氧化。若清洗后的Si 片不能及时进入超高真空系统，可将清洗后的Si片放入无水C2H5OH 中，这既可以延缓表面被氧化的速度，又可以避免清洗后的表面被空气中的杂质所污染。1 传统的 RCA 清洗法1.1 主要清洗液1.1.1 SPM （三号液）（
44、H2SO4 H2O2 H2O ）在 120150清洗 10min 左右， SPM 具有很高的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液中，并能把有机物氧化生成CO2和 H2O 。 用 SPM 清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金属，但是当有机物沾污特别严重时会使有机物碳化而难以去除。经SPM清洗后，硅片表面 会残 留有 硫 化物， 这些 硫化 物 很难用 去粒 子水 冲 洗掉。 由 Ohnishi提 出 的SPFM(H2SO4/H2O2/HF) 溶液，可使表面的硫化物转化为氟化物而有效地冲洗掉。由于臭氧的氧化性比 H2O2的氧化性强，可用臭氧来取代H2O2(H2SO4/O3/H2O 称为 SOM
45、 溶液) ，以降低H2SO4 的用量和反应温度。H2SO4(98%):H2O2(30%)=4:1 1.1.2 DHF （HF(H2O2) H2O ）在 2025清洗 30s 腐蚀表面氧化层，去除金属沾污，DHF清洗可去除表面氧化层，使其上附着的金属连同氧化层一起落入清洗液中，可以很容易地去除硅片表面的Al ，Fe，精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .Zn，Ni 等金属，但不能充分地去除Cu。HF ：H2O2=1 ：5
46、0。1.1.3 APM(SC-1) （一号液）（NH4OH H2O2 H2O ）在 6580清洗约 10min 主要去除粒子、部分有机物及部分金属。由于 H2O2的作用，硅片表面有一层自然氧化膜(Si02) ，呈亲水性，硅片表面和粒子之间可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si 被 NH4OH 腐蚀，因此附着在硅片表面的颗粒便落入清洗液中，从而达到去除粒子的目的。此溶液会增加硅片表面的粗糙度。Fe， Zn ， Ni等金属会以离子性和非离子性的金属氢氧化物的形式附着在硅片表面，能降低硅片表面的Cu的附着。体积比为 (1 15)(1 27) 的 NH4OH (27 %)、H2O2(
47、30%) 和 H2O组成的热溶液。稀释化学试剂中把水所占的比例由15 增至 150，配合超声清洗，可在更短时间内达到相当或更好的清洗效果。SC-1清洗后再用很稀的酸(HCl H2O为 1104)处理， 在去除金属杂质和颗粒上可收到良好的效果，也可以用稀释的HF溶液短时间浸渍，以去除在SC-1 形成的水合氧化物膜。最后，常常用 SC-1原始溶液浓度1/10 的稀释溶液清洗，以避免表面粗糙，降低产品成本，以及减少对环境的影响。1.1.4 HPM(SC-2) （二号液）（HClH2O2 H2O ）在 6585清洗约 10min 用于去除硅片表面的钠、铁、镁等金属沾污，。在室温下 HPM就能除去 Fe
48、 和 Zn。H2O2会使硅片表面氧化，但是HCl 不会腐蚀硅片表面，所以不会使硅片表面的微粗糙度发生变化。(1 16) (2 18) 的 H2O2(30%) 、HCl(37%)和水组成的热混合溶液。对含有可见残渣的严重沾污的晶片，可用热H2SO4-H2O(2 1) 混合物进行预清洗。1.2 传统的 RCA清洗流程1.3 各洗液的清洗说明1.3.1 SC-1洗液1.3.1.1 去除颗粒硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜(约 6mm 呈亲水性 )， 该氧化膜又被 NH4OH 腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。自然氧化膜约0.6nm
49、 厚，其与 NH4OH 、H2O2浓度及清洗液温度无关。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 19 页 - - - - - - - - - - . . . .SiO2 的腐蚀速度随NH4OH 的浓度升高而加快，其与H2O2的浓度无关。Si 的腐蚀速度，随NH4OH 的浓度升高而快当，到达某一浓度后为一定值，H202浓度越高这一值越小。NH4OH 促进腐蚀， H2O2阻碍腐蚀。若 H2O2的浓度一定， NH4OH 浓度越低， 颗粒去除率也越低， 如果同时降低H2O2浓度可抑制颗粒的去
50、除率的下降。随着清洗液温度升高，颗粒去除率也提高在一定温度下可达最大值。颗粒去除率与硅片表面腐蚀量有关为确保颗粒的去除要有一定量以上的腐蚀。超声波清洗时由于空化现象只能去除0.4 m颗粒。 兆声清洗时由于0.8Mhz 的加速度作用能去除 0.2 m颗粒， 即使液温下降到40也能得到与80超声清洗去除颗粒的效果，而且又可避免超声清洗对晶片产生损伤。在清洗液中硅表面为负电位有些颗粒也为负电位，由于两者的电的排斥力作用可防止粒子向晶片表面吸附，但也有部分粒子表面是正电位，由于两者电的吸引力作用，粒子易向晶片表面吸附。1.3.1.2 去除金属杂质由于硅表面氧化和腐蚀，硅片表面的金属杂质，随腐蚀层而进入