如何選擇晶片的清洗中過濾工藝

更新時間：2025-02-10瀏覽：1995次

　　晶片的清洗是半導體制程中最重要的清洗工藝。目前來說，清洗工藝大體可分為濕法清洗和干法清洗兩種。本文主要介紹濕法清洗又可以分為RCA清洗法，稀釋化學法清洗，IMEC清洗，單晶圓清洗等。

　　1.RCA清洗

　　工業中標準的濕法清洗工藝稱為RCA清洗工藝，是由美國無線電公司(RCA)的W.Kern和D.Puotinen于1970年提出的，流程如下

　　APM即SC-1清洗液，其配方為：NH4OH:H2O2：H2O=1:1:5～1:2:7，以氧化和微蝕刻來底切和去除表面顆粒；也可去除輕微有機污染物及部分金屬化污染物。但硅氧化和蝕刻的同時會發生表面粗糙。

　　SC-2清洗液其配方為：HCL:H2O2:H2O=1:1:5

　　SPM即SC-3清洗液，其成分為：H2SO4/H2O2/H2O，其中硫酸與水的體積比是1:3，是典型用于去除有機污染物的清洗液。硫酸可以使有機物脫水而碳化，而雙氧水可將碳化產物氧化成一氧化碳或二氧化碳氣體。

　　氫氟酸(HF)主要用于從特殊區域去除氧化物、蝕刻硅二氧化物及硅氧化物，減少表面金屬。稀釋氫氟酸水溶液被用以去除原生氧化層及SC1和SC2溶液清洗后雙氧水在晶圓表面上氧化生成的一層化學氧化層，在去除氧化層的同時，還在硅晶圓表面形成硅氫鍵，而呈現疏水性表面。

　　對于酸、堿化學液的過濾，在考慮雜質濾除要求的同時，也要確保化學液自身屬性的穩定性。在過濾過程中對過濾材料的腐蝕可能會產生新的化學成分進入化學液中，導致起性能的缺失。因此，選用耐酸、堿腐蝕的過濾材料顯得尤為重要。耐腐蝕性差的過濾介質，也會導致其過濾精度和穩定性的喪失，從而對后步工藝造成不可挽回的損害。

　　UPW即DI水，UPW采用臭氧化的水稀釋化學品以及化學清洗后晶片的沖洗液。RCA清洗附加兆聲能量后，可減少化學品及DI水的消耗量，縮短晶片在清洗液中的浸蝕時間，減輕濕法清洗的各向同性對積體電路特征的影響，增加清洗液使用壽命。

　　DI水過濾是半導體工藝過濾的基礎，要求過濾介質有較高的過濾性能和穩定性的同時，基于經濟效益的考量，對濾芯的使用壽命也有更高的要求。

　　2.稀釋化學劑清洗

　　在RCA清洗的基礎上,對SC1、SC2混合物采用稀釋化學法，可以大量節約化學品及DI水的消耗量。并且SC2混合物中的H2O2可以完全去掉。稀釋HPM混合物(1:1:60)和稀釋HCI(1:100)在清除金屬時可以象標準SC2液體一樣有效。采用稀釋HCL溶液的另外一個優點是，在低HCL濃度下顆粒不會沉淀。采用稀釋RCA清洗法可使全部化學品消耗量減少于86%。稀釋SC1,SC2溶液及HF補充兆聲攪動后,可降低槽中溶液使用溫度，并優化了各種清洗步驟的時間，這樣導致槽中溶液壽命加長，使化學品消耗量減少80～90%。實驗證明采用熱的UPW代替涼的UPW可使UPW消耗量減少75～80%。此外，多種稀釋化學液由于低流速/或清洗時間的要求可大大節約沖洗用水。

　　3、IMEC清洗法

　　在濕法清洗中，為了減少化學品和DI水的消耗量，常采用IMEC清洗法。

　　第一步

　　去除有機污染物，生成一層化學氧化物以便有效去除顆粒

　　通常采用硫酸混合物，但出于環保方面的考慮而采用臭氧化的DI水，既減少了化學品和DI水的消耗量又避免了硫酸浴后較困難的沖洗步驟。

　　第二步

　　去除氧化層，同時去除顆粒和金屬氧化物

　　通常采用HF/HCL混合物在去除氧化層和顆粒的同時抑制金屬離子的沉積。

　　第三步

　　在硅表面產生親水性，以保證干燥時不產生干燥斑點或水印

　　通常采用稀釋HCL/O3混合物，在低pH值下使硅表面產生親水性，同時避免再發生金屬污染，并且在最后沖洗過程中增加HNO3的濃度可減少Ca表面污染。

　　IMEC清洗法可達到很低的金屬污染，并以其低化學品消耗及無印跡的優勢獲得較好的成本效率。

　　4、單晶片清洗

　　大直徑晶片的清洗采用上述方法不好保證其清洗過程的完成，通常采用單晶片清洗法，其清洗過程是在室溫下重復利用DI-O3/DHF清洗液，臭氧化的DI水(DI-O3)產生氧化硅，稀釋的HF蝕刻氧化硅，同時清除顆粒和金屬污染物。

　　單晶片清洗具有或者比改良的RCA清洗更好的清洗效果，清洗過程中通過采用DI水及HF的再循環利用，降低化學品的消耗量，提高晶片成本效益。

　　總結

　　由上文可見，在晶片清洗的過程中，需要用到多種電子化學品，包括硫酸、鹽酸、氫氧化銨、氫氟酸以及去離子水等。成熟的過濾工藝可以確保電子化學品的純凈度及自身性能穩定，從而使得清洗后的晶片在后續工藝中能有良好的性能表現。