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RCA清洁
金属化前湿法清洗硅片的第一个成功工艺是在RCA系统开发的,在他们的晶圆厂使用了几年,最终在1970年发表。该工艺由两种连续应用的热溶液组成,称为“RCA标准清洁液”,即SC-1和SC-2,其特点是试剂纯净且易挥发。四十多年来,这些解决方案以其原始或改进的形式广泛用于硅半导体器件的制造。第一处理步骤的SC-1溶液由水(H2O)、过氧化氢(H2O2)和氢氧化铵(NH4OH)的混合物组成;它也被称为“氨/过氧化物混合物”的“APM”。用于第二处理步骤的SC-2溶液由水、过氧化氢和盐酸(HCl)的混合物组成;因“盐酸/过氧化物混合物”而被称为“HPM”。两种处理都是在用水冲洗后留下一层薄的亲水氧化层。
标准清洁- 1
SC-1溶液最初规定的成分范围为5:1:1至7:2:1体积份的H2O、H2O2和NH4OH。通常使用的比例是5:1;1.去离子水用于所有操作。过氧化氢是电子级30% H2O2,不稳定(排除污染稳定剂)。氢氧化铵是29%的NH4OH。晶片的处理可以在70-75℃下进行5-10分钟,然后在流动去离子水中进行淬火和溢流冲洗。用冷水稀释热浴溶液是为了置换液体的表面高度,并降低浴的温度以防止从浴中取出的晶片批料干燥。该批晶片在冷的去离子水冲洗,然后转移到SC-2槽中。SC-1溶液旨在从硅、氧化物和石英表面去除有机污染物,这些污染物受到氢氧化铵的溶剂化作用和碱性过氧化氢的强氧化作用的侵蚀。氢氧化铵还用于通过络合某些周期族IB和IIB金属,如铜、金、银、锌和镉,以及某些来自其他族的元素,如镍、钴和铬。事实上,已知铜、镍、钴和锌形成胺络合物。最初没有意识到,在能够进行原子力显微镜(AFM)分析之前,SC-1以非常低的速率溶解硅上的薄的天然氧化物层,并通过以大约相同的速率氧化在硅表面上形成新的氧化物。这种氧化物再生现在被认为是去除硅表面上和硅表面中的颗粒和化学杂质的重要因素。
重要的是要认识到SC-1的热稳定性非常差,尤其是在处理条件下的高温下。H2O2分解成水和氧,NH4OH通过蒸发释放NH3。因此,混合物应在使用前新鲜制备,以获得最佳效果。熔融石英(二氧化硅)容器必须用于容纳槽液,而不是耐热玻璃,以避免来自浸出成分的污染。
标准清洁- 2
SC-2组合物最初规定的组成范围为6:1:1至8:2:1体积份的H2O、H2O2和HCl。为了简单起见,通常使用的比例是5:1:1。水和过氧化氢与上述SC-1相同.氯化氢浓度为37wt%。晶片的处理范围可以是在70-75℃下SC-1: 5到10分钟,然后进行淬火和溢流冲洗。晶片在冷的去离子水冲洗,然后干燥。如果不能立即处理,则立即将其转移到用预过滤氮气冲洗的玻璃或金属外壳中储存。
SC-2溶液用于溶解和去除硅表面的碱残留物和任何残留的痕量金属,如金和银,以及金属氢氧化物,包括氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化镁和氢氧化锌。通过与溶解的离子形成可溶性金属络合物来防止溶液的置换置换。该溶液不蚀刻硅或氧化物,并且不具有用于去除颗粒的SC-1的有益表面活性剂活性。SC-2比SC-1具有更好的热稳定性,因此处理温度和镀液寿命不需要如此严格地控制。
对SC-1/SC-2的修改
克恩在一些论文中报告了对原始RCA清洁程序的几项改进。这些变化中最有影响力的是引入了RCA兆频超声波清洗系统,用于清洗和冲洗晶圆。由于高水平的动能,在SC-1清洗中,兆硅处理对于从晶片表面物理去除颗粒特别有利。它可以大幅降低溶液温度,并提供比简单浸没槽处理更有效的冲洗模式。
即使过氧化氢浓度降低了10倍,SC-1也没有出现硅或氧化物的严重蚀刻.最后,通过用高纯度无颗粒1:50 HF剥离在SC-1之后形成的水合氧化物膜10秒,引入任选的工艺步骤,以便重新暴露硅表面,用于随后的SC-2处理。
在早期文献中已经报道了在RCA清洁方面的几项改进的发展,并且主要涉及这些加工领域:
1.)。将SC-1中的NH4OH浓度降低至少四倍,以防止硅表面的微粗糙化并增强颗粒去除,从而提高栅极氧化物(9)(10)的质量。典型的组成可以是5∶1∶0.25(H2O∶H2O 2∶NH4OH)。
2.)。用去离子水将SC-1和SC-2稀释至不同浓度,同时仍能达到良好的清洁效果. 通常稀释10倍。
3.)。用非常稀的室温盐酸代替SC-2是可能的,因为金和银污染物现在不再存在于高纯度的工艺化学品中。以前,硅上的任何金或银沉积物都需要SC-2进行氧化解吸。其他残留金属及其氢氧化物很容易溶解在稀盐酸(12)中。