半导体硅的清洗总结(标出重点了)

半导体硅的清洗总结(标出重点了)

硅片的化学清洗总结

硅片清洗的一般原则是首先去除表面的有机沾污；然后溶解氧化层(因为氧化层是“沾污陷阱”，也会引入外延缺陷)；最后再去除颗粒、金属沾污，同时使表面钝化。

清洗硅片的清洗溶液必须具备以下两种功能:(1)去除硅片表面的污染物。溶液应具有高氧化能力，可将金属氧化后溶解于清洗液中，同时可将有机物氧化为CO2和H2O；(2)防止被除去的污染物再向硅片表面吸附。这就要求硅片表面和颗粒之间的Z电势具有相同的极性，使二者存在相斥的作用。在碱性溶液中，硅片表面和多数的微粒子是以负的Z电势存在，有利于去除颗粒；在酸性溶液中，硅片表面以负的Z电势存在，而多数的微粒子是以正的Z电势存在，不利于颗粒的去除。

1 传统的RCA清洗法

1.1 主要清洗液

1.1.1 SPM（三号液）（H2SO4∶H2O2∶H2O）

在120～150℃清洗10min左右，SPM具有很高的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液中，并能把有机物氧化生成CO2和H2O。用SPM清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金属，但是当有机物沾污特别严重时会使有机物碳化而难以去除。经SPM清洗后，硅片表面会残留有硫化物，这些硫化物很难用去粒子水冲洗掉。由Ohnishi提出的SPFM(H2SO4/H2O2/HF)溶液，可使表面的硫化物转化为氟化物而有效地冲洗掉。由于臭氧的氧化性比H2O2的氧化性强，可用臭氧来取代H2O2(H2SO4/O3/H2O称为SOM 溶液)，以降低H2SO4的用量和反应温度。H2SO4(98%):H2O2(30%)=4:1

1.1.2 DHF（HF(H2O2)∶H2O）

在20～25℃清洗30s 腐蚀表面氧化层，去除金属沾污，DHF清洗可去除表面氧化层，使其上附着的金属连同氧化层一起落入清洗液中，可以很容易地去除硅片表面的Al，Fe，Zn，Ni 等金属，但不能充分地去除Cu。HF：H2O2=1：50。

1.1.3 APM(SC-1)（一号液）（NH4OH∶H2O2∶H2O）

在65～80℃清洗约10min 主要去除粒子、部分有机物及部分金属。由于H2O2的作用，硅片表面有一层自然氧化膜(Si02)，呈亲水性，硅片表面和粒子之间可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si被NH4OH腐蚀，因此附着在硅片表面的颗粒便落入清洗液中，从而达到去除粒子的目的。此溶液会增加硅片表面的粗糙度。Fe，Zn，Ni等金属会以离子性和非离子性的金属氢氧化物的形式附着在硅片表面，能降低硅片表面的Cu的附着。体积比为(1∶1∶5)~(1∶2∶7)的NH4OH (27 %)、H2O2(30%)和H2O组成的热溶液。稀释化学试剂中把水所占的比例由1∶5增至1∶50，配合超声清洗，可在更短时间内达到相当或更好的清洗效果。

SC-1清洗后再用很稀的酸(HCl∶H2O为1∶104)处理，在去除金属杂质和颗粒上可收到良好的效果，也可以用稀释的HF溶液短时间浸渍，以去除在SC-1形成的水合氧化物膜。最后，常常用SC-1原始溶液浓度1/10的稀释溶液清洗，以避免表面粗糙，降低产品成本，以及减少对环境的影响。

1.1.4 HPM(SC-2)（二号液）（HCl∶H2O2∶H2O）

在65～85℃清洗约10min用于去除硅片表面的钠、铁、镁等金属沾污，。在室温下HPM就能除去Fe和Zn。H2O2会使硅片表面氧化，但是HCl不会腐蚀硅片表面，所以不会使硅片表面的微粗糙度发生变化。(1∶1∶6)~ (2∶1∶8)的H2O2(30%)、HCl(37%)和水组成的热混合溶液。对含有可见残渣的严重沾污的晶片，可用热H2SO4-H2O(2∶1)混合物进行预清洗。

1.2 传统的RCA清洗流程

1.3.2 DHF

在DHF清洗时将用SC-1清洗时表面生成的自然氧化膜腐蚀掉，Si几乎不被腐蚀；硅片最外层的Si几乎是以H键为终端结构.表面呈疏水性；在酸性溶液中硅表面呈负电位，颗粒表面为正电位，由于两者之间的吸引力粒子容易附着在晶片表面。

①用HF清洗去除表面的自然氧化膜，因此附着在自然氧化膜上的金属再一次溶解到清洗液中，同时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等金属。但随自然氧化膜溶解到清洗液中一部分Cu等贵金属(氧化还原电位比氢高)，会附着在硅表面，DHF 清洗也能去除附在自然氧化膜上的金属氢氧化物。

②如硅表面外层的Si以H键结构，硅表面在化学上是稳定的，即使清洗液中存在Cu等贵金属离子也很难发生Si的电子交换，因Cu等贵金属也不会附着在裸硅表面。但是如液中存在Cl-、Br-等阴离子，它们会附着于Si表面的终端氢键不完全地方，附着的Cl-、Br-阴离子会帮助Cu离子与Si电子交换，使Cu离子成为金属Cu而附着在晶片表面。

③因溶液中的Cu2+离子的氧化还原电位(E0=0.337V)比Si的氧化还原电位(E0=-0.857V)高得多，因此Cu2+离子从硅表面的Si得到电子进行还原，变成金属Cu从晶片表面析出；另一方面被金属Cu附着的Si释放与Cu的附着相平衡的电子，自身被氧化成SiO2。

④从晶片表面析出的金属Cu形成Cu粒子的核。这个Cu粒子核比Si的负电性大，从Si吸引电子而带负电位，后来Cu离子从带负电位的Cu粒子核得到电子析出金属Cu，Cu粒子就这样生长起来。Cu下面的断一面供给与Cu的附着相平衡的电子一面生成Si02。

⑤在硅片表面形成的SiO2，在DHF清洗后被腐蚀成小坑，其腐蚀小坑数量与去除Cu粒子前的Cu粒子量相当腐蚀小坑直径为0.01～0.1cm，与Cu粒子大小也相当，由此可知这是由结晶引起的粒子，常称为Mip(金属致拉子)。

1.3.3 SC-2洗液

(1)清洗液中的金属附着现象在碱性清洗液中易发生，在酸性溶液中不易发生，并具有较强的去除晶片表面金属的能力，但经SC-1洗后虽能去除Cu等金属，但晶片表面形成的自然氧化膜的附着(特别是Al)问题还未解决。

(2)硅片表面经SC-2清洗后，表面Si大部分以O键为终端结构，形成成一层自然氧化膜，呈亲水性。

(3)由于晶片表面的SiO2和Si不能被腐蚀，因此不能达到去除粒子的效果。

如在SC-1和SC-2的前、中、后加入98%的H2SO4、30%的H2O2和HF。HF终结中可得到高纯化表面，阻止离子的重新沾污。在稀HCl溶液中加氯乙酸，可极好地除去金属沾污。表面活性剂的加入，可降低硅表面的自由能，增强其表面纯化。它在HF中使用时，可增加疏水面的浸润性，以减少表面对杂质粒子的吸附。

2 清洗技术的改进

2.1 SC-1液的改进

a.为抑制SC-1时表面Ra变大，应降低NH4OH组成比即NH4OH:H202：H20=0.05:1:1，当Ra=0.2nm的硅片清洗后其值不变在APM洗后的DIW漂洗应在低温下进行。

b.可使用兆声波清洗去除超微粒子，同时可降低清洗液温度，减少金属附着。

c.SC-1液中添加表面活性剂、可使清洗液的表面张力从6.3dyn/cm下降到19dyn/cm。选用低表面张力的清洗液可使颗粒去除率稳定维持较高的去除效率。使用SC-1液洗，其Ra 变大，约是清洗前的2倍。用低表面张力的清洗液，其Ra变化不大(基本不变)。

d.SC-1液中加入HF，控制其pH值，可控制清洗液中金属络合离子的状态抑制金属的再附着，也可抑制Ra的增大和COP的发生。