半導體硅的清洗總結標出重點了

1、半導體硅的清洗總結（標出重點了）硅片的化學清洗總結(因為氧化層是沾污陷阱硅片清洗的一般原則是首先去除表面的有機沾污；然后溶解氧化層 也會引入外延缺陷)；最后再去除顆粒、金屬沾污，同時使表面鈍化。清洗硅片的清洗溶液必須具備以下兩種功能：(1)去除硅片表面的污染物。溶液應具有高氧化能力，可將金屬氧化后溶解于清洗液中，同時可將有機物氧化為C02和H20 ； (2)防止被除去的污染物再向硅片表面吸附。這就要求硅片表面和顆粒之間的Z電勢具有相同的極性，使二者存在相斥的作用。在堿性溶液中，硅片表面和多數(shù)的微粒子是以負的Z電勢存在，有利于去除顆粒；在酸性溶液中，硅片表面以負的Z電勢存在，而多數(shù)的微粒子是以正

2、的Z電勢存在，不利于顆粒的去除。1傳統(tǒng)的RCA清洗法1.1 主要清洗液1.1.1 SPM(三號液)(H2SO4 : H2O2 : H20 )在120150 C清洗10min 左右，SPM具有很高的氧化能力，可將金屬氧化后溶于清洗液 中，并能把有機物氧化生成C02和H20。用SPM清洗硅片可去除硅片表面的重有機沾污和部分金屬，但是當有機物沾污特別嚴重時會使有機物碳化而難以去除。經 SPM 清洗后，硅片表面會殘留有硫化物，這些硫化物很難用去粒子水沖洗掉。由Ohn ishi提岀的SPFM(H2SO4/H2O2/HF)溶液，可使表面的硫化物轉化為氟化物而有效地沖洗掉。由于臭氧的氧化性比 H2O2 的氧

3、化性強，可用臭氧來取代 H2O2(H2SO4/O3/H2O稱為SOM溶液)，以降低H2SO4 的用量和反應溫度。H2SO4(98%):H2O2(3O%)=4:11.1.2 DHF ( HF(H2O2) : H2O )在2025 C清洗30s 腐蝕表面氧化層，去除金屬沾污，DHF清洗可去除表面氧化層，使其上附著的金屬連同氧化層一起落入清洗液中，可以很容易地去除硅片表面的Al，F(xiàn)e，Zn , Ni等金屬，但不能充分地去除Cu。HF : H2O2=1: 50。1.1.3 APM(SC-1)(一號液)(NH4OH : H2O2 : H2O )在6580 C清洗約10min主要去除粒子、部分有機物及部分

4、金屬。由于H2O2 的作用，硅片表面有一層自然氧化膜(Si02)，呈親水性，硅片表面和粒子之間可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化層與硅片表面的Si被NH4OH 腐蝕，因此附著在硅片表面的顆粒便落入清洗液中，從而達到去除粒子的目的。此溶液會增加硅片表面的粗糙度。Fe， Zn , Ni等金屬會以離子性和非離子性的金屬氫氧化物的形式附著在硅片表面，能降低硅片表面的Cu的附著。體積比為(1: 1 : 5)(1: 2 : 7)的 NH4OH (27 %)、H2O2(30%) 和 H2O 組成的熱溶液。稀釋化學試劑中把水所占的比例由1 : 5增至1 : 50，配合超聲清洗，可在更短時間內達 到相當或更

5、好的清洗效果。SC-1清洗后再用很稀的酸 (HCl : H2O 為1 : 104)處理，在去除金屬雜質和顆粒上可收到良 好的效果，也可以用稀釋的HF溶液短時間浸漬，以去除在 SC-1形成的水合氧化物膜。最后,常常用SC-1原始溶液濃度1/10 的稀釋溶液清洗，以避免表面粗糙，降低產品成本，以及減 少對環(huán)境的影響。1.1.4 HPM(SC-2)(二號液)(HCI : H2O2 : H2O )在6585 C清洗約10min用于去除硅片表面的鈉、鐵、鎂等金屬沾污，。在室溫下HPM 就能除去Fe和Zn。H2O2 會使硅片表面氧化，但是|HCl不會腐蝕硅片表面，所以不會使硅片表面的微粗糙度發(fā)生變化。(1

6、 : 1 : 6) (2: 1 : 8)的H2O2(30%)、HCl(37%) 和水組成的熱混合溶液。對含有可見殘渣的嚴重沾污的晶片，可用熱H2SO4-H2O(2: 1)混合物進 行預清洗。1.2 傳統(tǒng)的RCA清洗流程1.3各洗液的清洗說明1.3.1 SC-1 洗液1.3.1.1去除顆粒硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（約6mm呈親水性）,該氧化膜又被NH4OH腐蝕, 腐蝕后立即又發(fā)生氧化，氧化和腐蝕反復進行，因此附著在硅片表面的顆粒也隨腐蝕層而落入 清洗液內。 自然氧化膜約0.6nm厚，其與NH4OH、H2O2濃度及清洗液溫度無關。 SiO2的腐蝕速度隨NH4OH的濃度升高而加快，其與

7、H2O2的濃度無關。 Si的腐蝕速度，隨NH4OH的濃度升高而快當，到達某一濃度后為一定值，H202濃度越 高這一值越小。 NH4OH促進腐蝕，H2O2阻礙腐蝕。 若H2O2的濃度一定，NH4OH濃度越低，顆粒去除率也越低，如果同時降低H2O2濃度 可抑制顆粒的去除率的下降。 隨著清洗液溫度升高，顆粒去除率也提高在一定溫度下可達最大值。 顆粒去除率與硅片表面腐蝕量有關為確保顆粒的去除要有一定量以上的腐蝕。 超聲波清洗時由于空化現(xiàn)象只能去除0.4pm顆粒。兆聲清洗時由于08Mhz的加速度作 用能去除0.2pm顆粒，即使液溫下降到40C也能得到與80C超聲清洗去除顆粒的效果， 而且又可避免超聲清洗

8、對晶片產生損傷。 在清洗液中硅表面為負電位有些顆粒也為負電位，由于兩者的電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電位，由于兩者電的吸引力作用，粒子易向晶片表面 吸附。1.3.1.2去除金屬雜質 由于硅表面氣化和腐蝕，硅片表面的金屬雜質，隨腐蝕層而進入清洗液中。 由于清洗液中存在氧化膜或清洗時發(fā)生氧化反應，生成氧化物的自由能的絕對值大的金屬 容易附著在氧化膜上。如:Al、Fe、Zn等便易附著在自然氧化膜上而Ni、Cu則不易附著。 Fe、Zn、Ni、Cu的氫氧化物在高pH值清洗液中是不可溶的有時會附著在自然氧化膜上。 清洗后硅表面的金屬濃度取決于清洗液中的金屬濃度。其吸附速

9、度與清洗液中的金屬絡合離 子的形態(tài)無關。 清洗時，硅表面的金屬的脫附速度與吸附速度因各金屬元素的不同而不同。特別是對Al、Fe、 Zn。若清洗液中這些元素濃度不是非常低的話清洗后的硅片表面的金屬濃度便不能下降。對此 在選用化學試劑時按要求特別要選用金屬濃度低的超純化學試劑。 清洗液溫度越高，晶片表面的金屬濃度就越高。若使用兆聲波清洗可使溫度下降有利去除金 屬沾污。 去除有機物由于H2O2的氧化作用，晶片表面的有機物被分解成CO2、H2O而被去除。 微粗糙度Ra晶片表面Ra與清洗液的NH4OH組成比有關，組成比例越大，其Ra變大。Ra為02nm 的晶片在NH4OH： H202： H2O = 1:

10、1:5的SC1清洗后Ra可增大至0.5nm0為控制晶 片表直Ra有必要降低NH4OH的組成比例如05:1:5。 COP（晶體的原生粒子缺陷）對于CZ（直拉）硅單晶片經反復清洗后經測定每次清洗后硅片表面的顆粒2pm的顆粒會增 加，但對外延晶片，即使反復清洗也不會使0.2pm的顆粒増加。1.3.2 DHF在DHF清洗時將用SC-1清洗時表面生成的自然氧化膜腐蝕掉，Si幾乎不被腐蝕；硅片最外層的Si幾乎是以H鍵為終端結構.表面呈疏水性；在酸性溶液中硅表面呈負電位，顆粒表面為 正電位，由于兩者之間的吸引力粒子容易附著在晶片表面。 用HF清洗去除表面的自然氧化膜，因此附著在自然氧化膜上的金屬再一次溶解到

11、清洗液中，同時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等金屬。但隨自然氧化膜溶解到清洗液中一部分Cu等貴金屬(氧化還原電位比氫高)，會附著在硅表面，DHF清洗也能去除附在自然氧化膜上的金屬氫氧化物。 如硅表面外層的Si以H鍵結構，硅表面在化學上是穩(wěn)定的，即使清洗液中存在 Cu等貴金屬離子也很難發(fā)生 Si的電子交換，因Cu等貴金屬也不會附著在裸硅表面。但是如液中存在 CI-、Br-等陰離子，它們會附著于Si表面的終端氫鍵不完全地方，附著的Cl-、Br-陰離子會幫助Cu離子與Si電子交換，使 Cu離子成為金屬 Cu而附著在晶片表面。 因溶液中的Cu2+ 離子的氧化還

12、原電位(E0=0.337V) 比Si的氧化還原電位(E0=-0.857V)高得多，因此 Cu2+離子從硅表面的 Si得到電子進行還原，變成金屬 Cu從晶片表面析岀；另一方面被金屬 Cu附著的Si釋放與Cu的附著相平衡的電子，自身被氧化成SiO2。 從晶片表面析岀的金屬 Cu形成Cu粒子的核。這個 Cu粒子核比Si的負電性大，從 Si吸 引電子而帶負電位，后來 Cu離子從帶負電位的 Cu粒子核得到電子析岀金屬 Cu，Cu粒子就 這樣生長起來。Cu下面的斷一面供給與 Cu的附著相平衡的電子一面生成 Si02。 在硅片表面形成的SiO2，在DHF清洗后被腐蝕成小坑，其腐蝕小坑數(shù)量與去除Cu粒子前的C

13、u粒子量相當腐蝕小坑直徑為0.010.1cm ，與Cu粒子大小也相當，由此可知這是由結晶引起的粒子，常稱為 Mip(金屬致拉子)。1.3.3 SC-2 洗液(1) 清洗液中的金屬附著現(xiàn)象在堿性清洗液中易發(fā)生，在酸性溶液中不易發(fā)生，并具有較強的去除晶片表面金屬的能力，但經SC-1洗后雖能去除 Cu等金屬，但晶片表面形成的自然氧化膜的附著(特別是Al)問題還未解決。(2) 硅片表面經SC-2清洗后，表面Si大部分以O鍵為終端結構，形成成一層自然氧化膜，呈 親水性。 由于晶片表面的 SiO2和Si不能被腐蝕，因此不能達到去除粒子的效果。如在SC-1 和SC-2 的前、中、后加入 98% 的H2SO4

14、 、30% 的H2O2 和HF。HF終結中可得到高純化表面，阻止離子的重新沾污。在稀HCl溶液中加氯乙酸，可極好地除去金屬沾污。表面活性劑的加入，可降低硅表面的自由能，增強其表面純化。它在HF中使用時，可增加疏水面的浸潤性，以減少表面對雜質粒子的吸附。2清洗技術的改進2.1 SC-1 液的改進a. 為抑制 SC-1 時表面 Ra 變大，應降低 NH4OH 組成比即 NH4OH:H202 :H20=0.05:1:1，當Ra=0.2nm 的硅片清洗后其值不變在 APM洗后的DIW漂洗應在低溫下進行。b. 可使用兆聲波清洗去除超微粒子，同時可降低清洗液溫度，減少金屬附著。|c. SC-1 液中添加表

15、面活性劑、可使清洗液的表面張力從6.3dy n/cm下降到19dy n/cm。選用低表面張力的清洗液可使顆粒去除率穩(wěn)定維持較高的去除效率。使用|SC-1液洗，其 Ra變大，約是清洗前的 2倍。用低表面張力的清洗液，其Ra變化不大(基本不變)。d. SC-1 液中加入HF ,控制其pH值，可控制清洗液中金屬絡合離子的狀態(tài)抑制金屬的再附著， 也可抑制Ra的增大和COP的發(fā)生。e. SC-1加入鰲合劑可使洗液中的金屬不斷形成贅合物有利于抑制金屬的表面的附著。2.2 有機物的去除(1) 如硅片表面附著有機物，就不能完全去除表面的自然氧化層和金屬雜質，因此清洗時首先應去除有機物。(2) 添加210ppm

16、O3超凈水清洗對去除有機物很有效，可在室溫進行清洗而不必進行廢液處理，比SC-1清洗的效果更好。|2.3 DHF 的改進2.3.1 HF+H202 清洗(1) HF 0.5%+H2O2 10%可在室溫下清洗可防止DHF清洗中的Cu等貴金屬附著。(2) 由于H202 氧化作用可在硅表面形成自然氧化膜，同時又因HF的作用將自然氧化層腐蝕掉，附著在氧化膜上的金屬被溶解到清洗液中。在APM清洗時附著在晶片表面的金屬氫氧化物也可被去除。晶片表面的自然氧化膜不會再生長。Al 、Fe、Ni等金屬同DHF清洗一樣，不會附著在晶片表面。(4) 對n+、P+型硅表面的腐蝕速度比n、p型硅表面大得多，可導致表面粗糙

17、因而不能使用于n+、p+型硅片清洗。(5) 添加強氧化劑 H202(E。=1.776V) ，比Cu2+ 離子優(yōu)先從5i中奪取電子，因此硅表面由于H202 被氧化，Cu以Cu2+離子狀態(tài)存在于清洗液中。即使硅表面附著金屬Cu也會從氧化劑H202 奪取電子呈離子化。硅表面被氧化形成一層自然氧化膜。因此Cu2+離子和5i電子交換很難發(fā)生，并越來越不易附著。2.3.2 DHF+表面活性劑清洗在HF 0.5% 的DHF液中加入表面活性劑，其清洗效果與HF+H202清洗相同。2.3.3 DHF+陰離子表面活性劑清洗在DHF液中，硅表面為負電位，粒子表面為正電位，當加入陰離子表面活性劑，可使得硅表面 和粒子

18、表面的電位為同符號，即粒子表面電位由正變?yōu)樨?，與硅片表面正電位同符號，使硅片 表面和粒子表面之間產生電的排斥力，可以防止粒子的再附著。2.4 ACD 清洗2.4.1 AC 清洗在標準的AC清洗中，將同時使用純水、 HF，03，表面活性劑與兆聲波。由于03具有非常強的氧化性，可以將硅片表面的有機沾污氧化為CO2和H2O，達到去除表面有機物的目的，同時可以迅速在硅片表面形成一層致密的氧化膜；HF可以有效的去除硅片表面的金屬沾污，同時將03氧化形成的氧化膜腐蝕掉，在腐蝕掉氧化膜的同時，可以將附著在氧化膜上的顆粒去除 掉，兆聲波的使用將使顆粒去除的效率更高，而表面活性劑的使用，可以防止已經清洗掉的顆

19、粒重新吸附在硅片表面。2.4.2 AD 清洗在AD干燥法中，同樣使用HF與03。整個工藝過程可以分為液體中反應與氣相處理兩部分。首先將硅片放入充滿HF/03的干燥槽中，經過一定時間的反應后，硅片將被慢慢地抬岀液面；由于HF酸的作用，硅片表面將呈疏水性，因此，在硅片被抬岀液面的同時，將自動達到干燥 的效果。在干燥槽的上方安裝有一組03的噴嘴，使得硅片被抬岀水面后就與高濃度的03直接接觸，進而在硅片表面形成一層致密的氧化膜。在采用AD干燥法的同時，可以有效地去除金屬沾污。該干燥法可以配合其他清洗工藝來共同 使用，干燥過程本身不會帶來顆粒沾污。2.5酸系統(tǒng)溶液2.5.1 SE 洗液HN03 (60%

20、): HF(0.025% 0.1%), SE能使硅片表面的鐵沾污降至常規(guī)清洗工藝的十分之一，各種金屬沾污均小于 10 10原子/cm2 ，不增加微粗糙度。這種洗液對硅的腐蝕速率 比對二氧化硅快10倍，且與HF含量成正比，清洗后硅片表面有1nm 的自然氧化層。2.5.2 CSE 洗液HNO3 : HF : H2O2=50 : (0.50.9 ) : (49.549.1 )，35 C，35mi n 。用 CSE 清洗 的硅片表面沒有自然氧化層，微粗糙度較SE清洗的降低；對硅的腐蝕速率不依賴于HF的濃度，這樣有利于工藝控制。當 HF濃度控制在0.1% 時效果較好。3幾種的清洗方案3.1硅片襯底的常規(guī)

21、清洗方法 三氯乙烯(除脂)80 C， 15分鐘； 丙酮、甲醇20 C,依次2分鐘； 去離子水流洗2分鐘； 2號液(4 : 1 : 1) 90 C，10分鐘； 去離子水流洗2分鐘； 擦片(用擦片機)； 去離子水沖5分鐘； 1 號液(4 : 1 : 1) 9095 C， 10 分鐘； 去離子水流洗5分鐘； 稀鹽酸(50: 1)，2.5分鐘；11去離子水流洗 5分鐘；12甩干(硅片)。|該方案的清洗步驟為：先去油，接著去除雜質，其中10步用于進一步去除殘余的雜質(主要是堿金屬離子)。3.2 DZ-1 、DZ-2清洗半導體襯底的方法 去離子水沖洗； DZ-1 (95: 5)， 5060 C超聲 10 分鐘； 去離子水沖洗(5分鐘)； DZ-2