RCA關(guān)鍵清洗流程

硅集成電路(IC)的制造需要500-600個(gè)工藝步驟，具體取決于器件的具體類型。在將整個(gè)晶圓切割成單獨(dú)的芯片之前，大部分步驟都是作為單元過(guò)程進(jìn)行的。大約30%的步驟是清潔操作，這表明了清潔和表面處理的重要性。

硅電路的器件性能、可靠性和成品率受到晶圓或器件表面化學(xué)污染物和顆粒雜質(zhì)的嚴(yán)重影響。由于半導(dǎo)體表面的較高靈敏度和器件的納米尺寸特點(diǎn)，在氧化等熱處理之前，在蝕刻圖像化之后，在離子注入之后，以及在薄膜沉積前后，有效地清潔硅片的技術(shù)至關(guān)重要。因此，硅片超凈制備已成為先進(jìn)集成電路制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。

晶圓清潔和表面處理的目的是去除半導(dǎo)體表面的顆粒和化學(xué)雜質(zhì)，而不是損壞或改變。晶片表面不得因粗糙、點(diǎn)蝕或腐蝕而影響清潔過(guò)程的結(jié)果。等離子體、干物理、濕化學(xué)、氣相和超臨界流體方法可用于實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。然而，在形成金屬導(dǎo)線之前，廣泛使用的傳統(tǒng)晶片清潔和表面調(diào)節(jié)方法是基于通常使用過(guò)氧化氫混合物的水化學(xué)工藝。過(guò)去二十五年來(lái)，通過(guò)這種方法取得了成功。

這種類型較著名的系統(tǒng)被稱為“RCA清潔過(guò)程”，用于硅片加工初期的清洗。這些晶圓僅具有單晶或多晶硅，有或沒(méi)有二氧化硅和氮化硅層或圖案，沒(méi)有暴露的金屬區(qū)域。具有水溶液的反應(yīng)性化學(xué)品可用于清潔和調(diào)節(jié)這些耐腐蝕材料。早期階段的清潔通常在柵極氧化物沉積和高溫處理（例如熱氧化和擴(kuò)散）之前進(jìn)行。在這些工藝步驟之前消除污染物對(duì)于防止雜質(zhì)擴(kuò)散到基材材料中尤其重要。

在“生產(chǎn)線后端”中清洗晶圓（在加工的后期）受到的限制要大得多，因?yàn)榻饘賲^(qū)域可能會(huì)暴露，例如銅、鋁或鎢金屬化，可能與低密度或多孔低k介電薄膜?；诘入x子體輔助化學(xué)、化學(xué)氣相反應(yīng)和低溫氣溶膠技術(shù)的干洗方法可用于去除有機(jī)殘留物和顆粒污染物。也可以使用水/有機(jī)溶劑混合物和其他不會(huì)攻擊暴露的敏感材料的創(chuàng)新方法。

對(duì)RCA清洗工藝的討論將包括以下處理順序：

1.初步清潔

去除粗大的雜質(zhì)，包括圖案化后的光刻膠掩模，可以通過(guò)干法或液體方法來(lái)完成。通常使用氧基等離子體的反應(yīng)性等離子體輔助清洗是應(yīng)用較廣泛的干法，多年來(lái)已在IC制造中常規(guī)使用。幾種類型的等離子體源是可商購(gòu)的。離子對(duì)襯底器件晶圓造成的損壞一直是一個(gè)問(wèn)題，但可以在一定程度上得到控制。

2.RCA清潔

該工藝由兩種連續(xù)應(yīng)用的熱溶液組成，稱為“RCA標(biāo)準(zhǔn)清潔”SC-1和SC-2，具有純凈和揮發(fā)性的特點(diǎn)。四十多年來(lái)，這些解決方案以其原始形式或修改形式廣泛應(yīng)用于硅半導(dǎo)體器件的制造中。第一個(gè)處理步驟的SC-1溶液由水(H2O)、過(guò)氧化氫(H2O2)和氫氧化銨(NH4OH)的混合物組成；它也被稱為“APM”“氨/過(guò)氧化物混合物”。第二步處理的SC-2溶液由水、過(guò)氧化氫和鹽酸(HCl)的混合物組成；也稱為“HPM”，即“鹽酸/過(guò)氧化物混合物”。兩種處理方法在水沖洗后都會(huì)在硅表面留下一層薄薄的親水性氧化物層。

3.標(biāo)準(zhǔn)清潔-1(SC-1)

SC-1溶液一開(kāi)始指定的組成范圍為H2O、H2O2和NH4OH體積份數(shù)為5:1:1至7:2:1。通常使用的比例是5：1；1。所有操作均使用DI（去離子）水。過(guò)氧化氫是電子級(jí)30%H2O2，不穩(wěn)定（排除穩(wěn)定劑污染）。氫氧化銨為29%NH4OH。晶圓處理溫度為70-75°C，處理時(shí)間為5至10分鐘，然后在流動(dòng)去離子水中進(jìn)行淬火和溢流沖洗。用冷水稀釋熱浴溶液，以取代液體的表面水平并降低浴溫度，以防止從浴中取出時(shí)晶片批次出現(xiàn)任何干燥。

這批晶圓在冷的流動(dòng)去離子水中沖洗，然后轉(zhuǎn)移到SC-2浴中。SC-1溶液旨在去除硅、氧化物和石英表面的有機(jī)污染物，這些污染物會(huì)受到氫氧化銨的溶劑化作用和堿性氫的強(qiáng)大氧化作用的侵蝕過(guò)氧化物。氫氧化銨還可以通過(guò)絡(luò)合去除一些周期族IB和IIB金屬，例如Cu、Au、Ag、Zn和Cd，以及來(lái)自其他族的一些元素，例如Ni、Co和Cr。

實(shí)際上，已知Cu、Ni、Co和Zn會(huì)形成胺絡(luò)合物。一開(kāi)始并沒(méi)有意識(shí)到，在能夠進(jìn)行AFM（原子力顯微鏡）分析之前，SC-1以非常低的速率溶解硅上薄的原生氧化物層?，F(xiàn)在認(rèn)為這種氧化物再生是去除硅表面以及硅表面中的顆粒和化學(xué)雜質(zhì)的重要因素。重要的是要認(rèn)識(shí)到SC-1的熱穩(wěn)定性非常差，尤其是在高溫處理?xiàng)l件下。H2O2分解為水和氧氣，NH4OH通過(guò)蒸發(fā)失去NH3。因此，混合物應(yīng)在使用前新鮮配制，以獲得不錯(cuò)的效果。必須使用熔融石英（二氧化硅）容器而不是派熱克斯玻璃來(lái)盛裝浴液，以避免浸出成分的污染。

4.標(biāo)準(zhǔn)清潔-2(SC-2)

SC-2組合物一開(kāi)始指定的組成范圍是H2O、H2O2和HCl的體積份數(shù)為6:1:1至8:2:1。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，通常使用的比例為5:1:1。水和過(guò)氧化氫如上文對(duì)于SC-1所述。HCl濃度為37wt%。晶片的處理范圍與SC-1一樣：在70-75°C下處理5至10分鐘，然后進(jìn)行淬火和溢流沖洗。晶片在冷的流動(dòng)去離子水中沖洗，然后干燥。如果無(wú)法立即處理，它們會(huì)立即轉(zhuǎn)移到用預(yù)過(guò)濾氮?dú)鉀_洗的玻璃或金屬外殼中進(jìn)行儲(chǔ)存。

SC-2溶液旨在溶解并去除硅表面的堿殘留物和任何殘留的微量金屬，例如Au和Ag，以及金屬氫氧化物，包括Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2和Zn(OH)2。通過(guò)與溶解的離子形成可溶性金屬絡(luò)合物來(lái)防止從溶液中進(jìn)行置換重鍍。該溶液不會(huì)蝕刻硅或氧化物，并且不具又SC-1用于去除顆粒的有益表面活性劑活性。SC-2比SC-1具有更好的熱穩(wěn)定性，因此不需要嚴(yán)格控制處理溫度和鍍液壽命。

5.SC-1/SC-2的修改

由于高水平的動(dòng)能，兆聲波處理對(duì)于在SC-1清洗中從晶片表面物理去除顆粒特別有利。它可以大幅降低溶液溫度，并提供比簡(jiǎn)單的浸泡槽處理更有效的沖洗模式。即使過(guò)氧化氫濃度降低10倍，SC-1也不會(huì)發(fā)生硅或氧化物的嚴(yán)重蝕刻。我們引入了一個(gè)可選的工藝步驟，即用高濃度剝離SC-1之后形成的水合氧化膜，以便重新暴露硅表面以進(jìn)行后續(xù)SC-2處理。

6.HF-Last

“HF-Last”處理用于通過(guò)將SC-1/SC-2清潔的親水晶圓短暫浸入非常稀釋的溶液（1:100)超高純HF，然后進(jìn)行漂洗和干燥。作為這種濕法加工的替代方案，晶圓可以暴露于HF-IPA（異丙醇）蒸氣。在任何一種情況下，都會(huì)產(chǎn)生非常干凈的氫鈍化疏水性硅表面，該表面適合硅層的外延生長(zhǎng)，其中不能容忍任何氧化物痕跡。

審核編輯 黃宇