晶圓擴散清洗方法

晶圓擴散前的清洗是半導體制造中的關鍵步驟，旨在去除表面污染物（如顆粒、有機物、金屬離子等），確保擴散工藝的均勻性和器件性能。以下是晶圓擴散清洗的主要方法及工藝要點：

一、RCA清洗工藝（標準清洗法）

RCA清洗是晶圓清洗的經典工藝，分為兩個核心步驟（SC-1和SC-2），通過化學溶液去除有機物、金屬污染物和顆粒124：

SC-1（APM溶液）

化學配比：氫氧化銨（NH?OH，28%）、過氧化氫（H?O?，30%）與去離子水（H?O）的比例為1:1:5。

溫度與時間：80–90℃，浸泡10分鐘。

作用：

氧化并去除有機污染物（如光刻膠殘留）。

與金屬離子（如Au、Ag、Cu、Ni等）形成絡合物（如Cu(NH?)?2?），隨溶液溶解。

在晶圓表面形成薄氧化層（SiO?），輔助后續(xù)顆粒去除24。

注意：NH?OH用量需控制，過量會腐蝕硅表面，導致粗糙度增加2。

SC-2（HPM溶液）

化學配比：鹽酸（HCl，73%）、過氧化氫（H?O?，30%）與去離子水的比例為1:1:6。

溫度與時間：80–90℃，浸泡10分鐘。

作用：

去除SC-1步驟中引入的堿金屬離子（如Na?、K?）及金屬氫氧化物沉淀（如Al3?、Fe3?）。

溶解SC-1無法完全去除的金屬污染物（如Au）。

在表面形成鈍化層，防止后續(xù)污染24。

二、食人魚清洗（Piranha Clean）

用于頑固有機物（如厚光刻膠）的去除，屬于強氧化性清洗14：

化學配比：硫酸（H?SO?）與過氧化氫（H?O?）的典型比例為3:1至7:1。

工藝條件：加熱至120–150℃，浸泡10分鐘。

作用：

高效分解有機物（如光刻膠），使表面羥基化（親水性）。

腐蝕性強，需嚴格控制操作環(huán)境14。

三、超聲波清洗（物理輔助手段）

通過高頻振動增強化學清洗效果，尤其針對亞微米顆粒13：

頻率選擇：

20Hz–100Hz：產生空化效應，利用氣泡破裂沖擊波剝離顆粒。

>100Hz：通過液體振動直接彈開顆粒3。

應用：通常與SC-1/SC-2或食人魚清洗結合，提高顆粒去除效率1。

四、其他輔助清洗方法

兆聲波清洗：利用高頻兆聲波（>1MHz）強化顆粒去除，適用于微小顆粒1。

臭氧（O?）清洗：在去離子水中通入臭氧，去除殘留有機物和金屬污染56。

稀釋氫氟酸（DHF）：用于去除化學氧化層（如SiO?），配比為HF:H?O=1:50，常溫處理56。

五、工藝要點與注意事項

清洗順序：典型流程為預清洗（去離子水+超聲波）→ SC-1 → DHF（去氧化層）→ SC-2 → 終清洗（去離子水+臭氧）→ 干燥56。

污染控制：

顆粒污染需通過化學溶解和物理振動聯(lián)合去除。

金屬污染需調節(jié)pH值（SC-1高pH去有機物，SC-2低pH去金屬）24。

干燥方法：

旋轉甩干（高速旋轉去除水分）或氮氣吹掃（避免水漬殘留）36。

馬蘭戈尼干燥（IPA蒸汽置換）可減少有機物殘留3。

晶圓擴散前清洗以RCA工藝為核心，結合物理（超聲波、兆聲波）與化學（SC-1/SC-2、食人魚）方法，分步驟去除有機物、金屬和顆粒污染物。工藝需嚴格控制化學配比、溫度和處理時間，避免表面損傷或二次污染。