硅集成電路(IC)的制造需要500-600個工藝步驟，具體取決于器件的具體類型。在將整個晶圓切割成單獨的芯片之前，大部分步驟都是作為單元過程進行的。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污染物和顆粒雜質的嚴重影響。由于半導體表面的較高靈敏度和器件的納米尺寸特點，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至關重要。因此，硅片超凈制備已成為先進集成電路制造的關鍵技術之一。

晶圓清潔和表面處理的目的是去除半導體表面的顆粒和化學雜質，而不是損壞或改變。晶片表面不得因粗糙、點蝕或腐蝕而影響清潔過程的結果。等離子體、干物理、濕化學、氣相和超臨界流體方法可用于實現這些目標。然而，在形成金屬導線之前，廣泛使用的傳統晶片清潔和表面調節方法是基于通常使用過氧化氫混合物的水化學工藝。過去二十五年來，通過這種方法取得了成功。

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

在“生產線后端”中清洗晶圓（在加工的后期）受到的限制要大得多，因為金屬區域可能會暴露，例如銅、鋁或鎢金屬化，可能與低密度或多孔低k介電薄膜。基于等離子體輔助化學、化學氣相反應和低溫氣溶膠技術的干洗方法可用于去除有機殘留物和顆粒污染物。也可以使用水/有機溶劑混合物和其他不會攻擊暴露的敏感材料的創新方法。

對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，包括圖案化后的光刻膠掩模，可以通過干法或液體方法來完成。通常使用氧基等離子體的反應性等離子體輔助清洗是應用較廣泛的干法，多年來已在IC制造中常規使用。幾種類型的等離子體源是可商購的。離子對襯底器件晶圓造成的損壞一直是一個問題，但可以在一定程度上得到控制。

2.RCA清潔

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

3.標準清潔-1(SC-1)

SC-1溶液一開始指定的組成范圍為H2O、H2O2和NH4OH體積份數為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。過氧化氫是電子級30%H2O2，不穩定（排除穩定劑污染）。氫氧化銨為29%NH4OH。晶圓處理溫度為70-75°C，處理時間為5至10分鐘，然后在流動去離子水中進行淬火和溢流沖洗。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晶片批次出現任何干燥。

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

實際上，已知Cu、Ni、Co和Zn會形成胺絡合物。一開始并沒有意識到，在能夠進行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。現在認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雜質的重要因素。重要的是要認識到SC-1的熱穩定性非常差，尤其是在高溫處理條件下。H2O2分解為水和氧氣，NH4OH通過蒸發失去NH3。因此，混合物應在使用前新鮮配制，以獲得不錯的效果。必須使用熔融石英（二氧化硅）容器而不是派熱克斯玻璃來盛裝浴液，以避免浸出成分的污染。

4.標準清潔-2(SC-2)

SC-2組合物一開始指定的組成范圍是H2O、H2O2和HCl的體積份數為6:1:1至8:2:1。為簡單起見，通常使用的比例為5:1:1。水和過氧化氫如上文對于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，然后進行淬火和溢流沖洗。晶片在冷的流動去離子水中沖洗，然后干燥。如果無法立即處理，它們會立即轉移到用預過濾氮氣沖洗的玻璃或金屬外殼中進行儲存。

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。通過與溶解的離子形成可溶性金屬絡合物來防止從溶液中進行置換重鍍。該溶液不會蝕刻硅或氧化物，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具有更好的熱穩定性，因此不需要嚴格控制處理溫度和鍍液壽命。

5.SC-1/SC-2的修改

由于高水平的動能，兆聲波處理對于在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，并提供比簡單的浸泡槽處理更有效的沖洗模式。即使過氧化氫濃度降低10倍，SC-1也不會發生硅或氧化物的嚴重蝕刻。我們引入了一個可選的工藝步驟，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行后續SC-2處理。

6.HF-Last

“HF-Last”處理用于通過將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，都會產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，其中不能容忍任何氧化物痕跡。

審核編輯 黃宇