晶圆扩散清洗方法

晶圆扩散前的清洗是半导体制造中的关键步骤，旨在去除表面污染物（如颗粒、有机物、金属离子等），确保扩散工艺的均匀性和器件性能。以下是晶圆扩散清洗的主要方法及工艺要点：

一、RCA清洗工艺（标准清洗法）

RCA清洗是晶圆清洗的经典工艺，分为两个核心步骤（SC-1和SC-2），通过化学溶液去除有机物、金属污染物和颗粒124：

SC-1（APM溶液）

化学配比：氢氧化铵（NH₄OH，28%）、过氧化氢（H₂O₂，30%）与去离子水（H₂O）的比例为1:1:5。

温度与时间：80–90℃，浸泡10分钟。

作用：

氧化并去除有机污染物（如光刻胶残留）。

与金属离子（如Au、Ag、Cu、Ni等）形成络合物（如Cu(NH₃)₄²⁺），随溶液溶解。

在晶圆表面形成薄氧化层（SiO₂），辅助后续颗粒去除24。

注意：NH₄OH用量需控制，过量会腐蚀硅表面，导致粗糙度增加2。

SC-2（HPM溶液）

化学配比：盐酸（HCl，73%）、过氧化氢（H₂O₂，30%）与去离子水的比例为1:1:6。

温度与时间：80–90℃，浸泡10分钟。

作用：

去除SC-1步骤中引入的碱金属离子（如Na⁺、K⁺）及金属氢氧化物沉淀（如Al³⁺、Fe³⁺）。

溶解SC-1无法完全去除的金属污染物（如Au）。

在表面形成钝化层，防止后续污染24。

二、食人鱼清洗（Piranha Clean）

用于顽固有机物（如厚光刻胶）的去除，属于强氧化性清洗14：

化学配比：硫酸（H₂SO₄）与过氧化氢（H₂O₂）的典型比例为3:1至7:1。

工艺条件：加热至120–150℃，浸泡10分钟。

作用：

高效分解有机物（如光刻胶），使表面羟基化（亲水性）。

腐蚀性强，需严格控制操作环境14。

三、超声波清洗（物理辅助手段）

通过高频振动增强化学清洗效果，尤其针对亚微米颗粒13：

频率选择：

20Hz–100Hz：产生空化效应，利用气泡破裂冲击波剥离颗粒。

>100Hz：通过液体振动直接弹开颗粒3。

应用：通常与SC-1/SC-2或食人鱼清洗结合，提高颗粒去除效率1。

四、其他辅助清洗方法

兆声波清洗：利用高频兆声波（>1MHz）强化颗粒去除，适用于微小颗粒1。

臭氧（O₃）清洗：在去离子水中通入臭氧，去除残留有机物和金属污染56。

稀释氢氟酸（DHF）：用于去除化学氧化层（如SiO₂），配比为HF:H₂O=1:50，常温处理56。

五、工艺要点与注意事项

清洗顺序：典型流程为预清洗（去离子水+超声波）→ SC-1 → DHF（去氧化层）→ SC-2 → 终清洗（去离子水+臭氧）→ 干燥56。

污染控制：

颗粒污染需通过化学溶解和物理振动联合去除。

金属污染需调节pH值（SC-1高pH去有机物，SC-2低pH去金属）24。

干燥方法：

旋转甩干（高速旋转去除水分）或氮气吹扫（避免水渍残留）36。

马兰戈尼干燥（IPA蒸汽置换）可减少有机物残留3。

晶圆扩散前清洗以RCA工艺为核心，结合物理（超声波、兆声波）与化学（SC-1/SC-2、食人鱼）方法，分步骤去除有机物、金属和颗粒污染物。工艺需严格控制化学配比、温度和处理时间，避免表面损伤或二次污染。