半导体IC制程紧张以20世纪50年代往后发明的四项根本工艺（离子注入、扩散、外延成长及光刻）为根本逐渐发展起来，由于集成电路内各元件及连线相称微细，因此制造过程中，如果遭到尘粒、金属的污染，很随意马虎造成晶片内电路功能的破坏，形成短路或断路等，导致集成电路的失落效以及影响几何特色的形成。因此在制作过程中除了要打消外界的污染源外，集成电路制造步骤如高温扩散、离子植入前等均须要进行湿法洗濯或干法洗濯事情。干、湿法洗濯事情是在不毁坏晶圆表面特性及电特性的条件下，有效地利用化学溶液或气体打消残留在晶圆上之微尘、金属离子及有机物之杂质。
2污染物杂质的分类
IC制程中须要一些有机物和无机物参与完成，其余，制作过程总是在人的参与下在净化室中进行，这样就不可避免的产生各种环境对硅片污染的情形发生。根据污染物发生的情形，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。
2.1 颗粒, @/ e& ~, I/ |# C$ R
颗粒紧张是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。常日颗粒粘附在硅表面，影响下一工序几何特色的形成及电特性。根据颗粒与表面的粘附情形剖析，其粘附力虽然表现出多样化，但紧张是范德瓦尔斯吸引力，以是对颗粒的去除方法紧张以物理或化学的方法对颗粒进行底切，逐渐减小颗粒与硅表面的打仗面积，终极将其去除。
2.2 有机物 0 ~& @6 d) p" ]- B- R4 |. T! W+ h- W! T+ w# f% L
有机物杂质在IC制程中以多种形式存在，如人的皮肤油脂、净化室空气、机器油、硅树脂真空脂、光致抗蚀剂、洗濯溶剂等。每种污染物对IC 制程都有不同程度的影响，常日在晶片表面形成有机物薄膜阻挡洗濯液到达晶片表面。因此有机物的去除常常在洗濯工序的第一步进行。 ; x0 ?+ F: t- K' ?
2.3 金属污染物 ` z: C3 S" }5 ^6 [. b0 y
IC电路制造过程中采取金属互连材料将各个独立的器件连接起来，首先采取光刻、蚀刻的方法在绝缘层上制作打仗窗口，再利用蒸发、溅射或化学汽相沉积（CVD）形成金属互连膜，如Al-Si，Cu等，通过蚀刻产生互连线，然后对沉积介质层进行化学机器抛光（CMP）。这个过程对IC制程也是一个潜在的污染过程，在形成金属互连的同时，也产生各种金属污染。必须采纳相应的方法去除金属污染物。
2.4 原生氧化物及化学氧化物 r5 y! G& b' ]0 d7 ~硅原子非常随意马虎在含氧气及水的环境下氧化形成氧化层，称为原生氧化层。硅晶圆经由SC-1和SC-2溶液洗濯后，由于双氧水的强氧化力，在晶圆表面上会天生一层化学氧化层。为了确保闸极氧化层的品质，此表面氧化层必须在晶圆洗濯过后加以去除。其余，在IC制程中采取化学汽相沉积法（CVD）沉积的氮化硅、二氧化硅等氧化物也要在相应的洗濯过程中有选择的去除。
3洗濯方法分类
3.1 湿法洗濯
湿法洗濯采取液体化学溶剂和DI水氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。常日采取的湿法洗濯有RCA洗濯法、稀释化学法、 IMEC洗濯法、单晶片洗濯等.
3.1.1 RCA洗濯法 p( m& k( {7 T; A) Y
最初，人们利用的洗濯方法没有可依据的标准和系统化。1965年， RCA（美国无线电公司）研发了用于硅晶圆洗濯的RCA洗濯法，并将其运用于 RCA元件制作上。该洗濯法成为往后多种前后道洗濯工艺流程的根本，往后大多数工厂中利用的洗濯工艺基本是基于最初的RCA洗濯法。
RCA洗濯法依赖溶剂、酸、表面活性剂和水，在不毁坏晶圆表面特色的情形下通过喷射、净化、氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。在每次利用化学品后都要在超纯水（UPW）中彻底洗濯。以下是常用洗濯液及浸染。 8 T( S+ O+ S9 M2 D/ a
（1）Ammonium hydroxide/hydrogen per ox ide/DI water mixture (APM; NH4OH/H2O2/ H2O at 65～80℃).APM常日称为SC1洗濯液，其配方为：NH4 OH:H2O2：H2O=1:1:5～1:2:7，以氧化和微蚀刻来底切和去除表面颗粒；也可去除轻微有机污染物及部分金属化污染物。但硅氧化和蚀刻的同时会发生表面粗糙。
（2）Hydrochloric acid/hydrogen peroxide/DI water mixture (HPM; HCI/ H2O2/ H2O at 65~80℃).HPM常日称为SC-2洗濯液，其配方为：HCI: H2O2:H2O=1:1:6～1:2:8，可溶解碱金属离子和铝、铁及镁之氢氧化物，其余盐酸中氯离子与残留金属离子发生络合反应形成易溶于水溶液的络合物，可从硅的底层去除金属污染物。
（3）Sulphuric acid（硫酸）/hydrogen per ox ide（过氧化氢）/DI water（去离子水） 稠浊物(SPM;H2SO4/ H2O2/ H2O at 100~130℃)。SPM常日称为SC3洗濯液，硫酸与水的体积比是1:3，是范例用于去除有机污染物的洗濯液。硫酸可以使有机物脱水而碳化，而双氧水可将碳化产物氧化成一氧化碳或二氧化碳气体。
（4）Hydrofluoric acid （氢氟酸）or di lut ed hydrofluoric acid（稀释氢氟酸）(HF or DHF at 20~25℃)蚀刻。其配方为：HF:H2O=1:2:10，紧张用于从分外区域去除氧化物、蚀刻硅二氧化物及硅氧化物，减少表面金属。稀释氢氟酸水溶液被用以去除原生氧化层及SC1和SC2溶液洗濯后双氧水在晶圆表面上氧化天生的一层化学氧化层，在去除氧化层的同时，还在硅晶圆表面形成硅氢键，而呈现疏水性表面。 8 y7 _" j. K v i6 f
（5）Ultrapure water（UPW）常日叫作DI水，UPW采取臭氧化的水稀释化学品以及化学洗濯后晶片的冲洗液。
RCA洗濯附加兆声能量后，可减少化学品及DI 水的花费量，缩短晶片在洗濯液中的浸蚀韶光，减轻湿法洗濯的各向同性对积体电路特色的影响，增加洗濯液利用寿命。
:
3.1.2 稀释化学法
在RCA洗濯的根本上,对SC1、SC2稠浊物采取稀释化学法可以大量节约化学品及DI水的花费量。并且SC2稠浊物中的H 2O2可以完备去掉。稀释APM SC2稠浊物（1:1:50）可以有效地从晶片表面去除颗粒和碳氢化合物。强烈稀释HPM稠浊物（1:1:60）和稀释HCI（1:100）在打消金属时可以象标准SC2液体一样有效。采取稀释HCL溶液的其余一个优点是，在低HCL浓度下颗粒不会沉淀。由于pH值在2～2.5范围内硅与硅氧化物是等电位的，pH值高于该点，硅片表面带有网状负电荷；低于该点，硅片表面带有网状正电荷。这样在PH值高于2～2.5时，溶液中的颗粒与硅表面带有相同的电荷，颗粒与硅表面之间形成静电屏蔽，硅片在溶液中浸蚀期间这种屏蔽可以阻挡颗粒从溶液中沉积到硅表面上。但在pH值低于2时，硅片表面带正电荷，而颗粒带负电荷，这样一来就不会产生屏蔽效果，导致硅片在溶液中浸蚀时颗粒沉积到硅表面。有效掌握HCL浓度可以阻挡溶液中颗粒沉积到硅表面。 采取稀释RCA洗濯法可使全部化学品花费量减少于86%。稀释SC1,SC2溶液及HF补充兆声搅动后,可降落槽中溶液利用温度，并优化了各种洗濯步骤的韶光，这样导致槽中溶液寿命加长，使化学品花费量减少80～90%。实验证明采取热的UPW代替凉的UPW可使UPW花费量减少75～80%。此外，多种稀释化学液由于低流速/或洗濯韶光的哀求可大大节约冲洗用水。 k# e. ~" J# _5 ~2 g2 }9 M$ A
3.1.3 IMEC洗濯法 " L( `, E- U j# y7 u8 K4 v; t- D0 R
在湿法洗濯中，为了减少化学品和DI水的花费量，常采取IMEC洗濯法，IMEC洗濯法过程如表2。
第一步，去除有机污染物，天生一薄层化学氧化物以便有效去除颗粒。常日采取硫酸稠浊物，但出于环保方面的考虑而采取臭氧化的DI水，既减少了化学品和DI水的花费量又避免了硫酸浴后较困难的冲洗步骤。用臭氧化的DI水完备彻底去除 HMDS（六甲基二硅胺烷）比较困难，由于在室温下，臭氧可在溶液中高浓度溶解，但反应速率较慢，导致HDMS不能完备去除；较高温度下，反应速率加快，但臭氧的溶解浓度较低，同样影响HMDS的打消效果。因此为了较好的去除有机物，必须使温度、浓度参数达到最优化。 .
第二步，去除氧化层，同时去除颗粒和金属氧化物。Cu，Ag等金属离子存在于HF溶液时会沉积到Si表面。其沉积过程是一个电化学过程，在光照条件下，铜的表面沉积速率加快。常日采取HF/HCL稠浊物在去除氧化层和颗粒的同时抑制金属离子的沉积。添加氯化物可抑制光照的影响，但少量的氯化物离子由于在Cu 2+/Cu+反应中的催化浸染增加了Cu的沉积，而大量的氯化物离子添加后形成可溶性的高亚铜氯化物合成体抑制铜离子沉积。优化的HF/HCL稠浊物可有效预防溶液中金属外镀，增长溶液利用韶光。 : q
第三步，在硅表面产生亲水性，以担保干燥时不产生干燥斑点或水印。常日采取稀释HCL/O3 稠浊物，在低pH值下使硅表面产生亲水性，同时避免再发生金属污染，并且在末了冲洗过程中增加 HNO3的浓度可减少Ca表面污染。
IMEC洗濯法与RCA洗濯法的比较见表3。
从表中可以看出IMEC洗濯法可达到很低的金属污染，并以其低化学品花费及无印迹的上风得到较好的本钱效率。2 R5
3.1.4 单晶片洗濯
大直径晶片的洗濯采取上述方法不好担保其洗濯过程的完成，常日采取单晶片洗濯法，如下图所示，其洗濯过程是在室温下重复利用DI-O 3/DHF洗濯液，臭氧化的DI水（DI-O3 ）产生氧化硅，稀释的HF蚀刻氧化硅，同时打消颗粒和金属污染物。根据蚀刻和氧化的哀求采取较短的喷淋韶光就可得到好的洗濯效果，不会发生交叉污染。末了冲洗不是采取DI水便是采取臭氧化DI水。为了避免水渍，采取浓缩大量氮气的异丙基乙醇（IPA）进行干燥处理。单晶片洗濯具有或者比改良的RCA洗濯更好的洗濯效果，洗濯过程中通过采取DI水及HF的再循环利用，降落化学品的花费量，提高晶片本钱效益。 ) q, ~3 S g8 V
3.2 干法洗濯
干法洗濯采取气相化学法去除晶片表面污染物。气相化学法紧张有热氧化法和等离子洗濯法等，洗濯过程便是将热化学气体或等离子态反应气体导入反应室，反应气体与晶片表面发生化学反应天生易挥发性反应产物被真空抽去。各种污染物的去除方法分别列于表4。在CI原谅环境中退火是一种范例的热氧化过程，在氧化炉中进行，氩（Ar）溅射常日在溅射淀积前现场进行。
等离子洗濯采取激光、微波、热电离等方法将无机气体引发到等离子态活性粒子，活性粒子与表面分子反应天生产物分子，产物分子进一步解析形成气相残余物分开表面。 4 y)
干法洗濯的优点在于洗濯后无废液，可有选择性的进行局部处理。其余，干法洗濯蚀刻的各向异性有利于细线条和几何特色的形成。但气相化学法无法有选择性的只与表面金属污染物反应，都不可避免的与硅表面发生反应。各种挥发性金属稠浊物蒸发压力不同，在低温下各种金属挥发性不同，以是在一定的温度、韶光条件下，不能将所有金属污染物完备去除，因此干法洗濯不能完备取代湿法洗濯。实验表明，气相化学法可按哀求的标准减少的金属化污染物有铁、铜、铝、锌、镍等，其余，钙在低温下采取基于CL离子的化学法也可有效挥发。工艺过程中常日采取干、湿法相结合的洗濯办法。
4总结
半导体IC洗濯是IC制程中重复次数最多的工序，洗濯效果的好坏较大程度的影响芯片制程及积体电路特性等质量问题。洗濯液利用的各种化学品处理不当就会严重污染环境，洗濯次数繁多花费大量的化学品和DI水。稀释化学法、IMEC洗濯法、干法洗濯及干湿结合的洗濯方法等，可以减少或完备取代部分化学品的花费，减少DI水花费量。面对刻线更细、集成度更高的IC制程，人们还在研究更有效的洗濯方案，如兆声能量在洗濯液中的有效匹配对亚微细颗粒的去除能力等。在更高精度的IC制程中半导体IC洗濯将会面对更大的寻衅。
来源：芯片工艺技能
源：芯片工艺技能&
半导体工程师
半导体履历分享，半导体成果互换，半导体信息发布。半导体行业动态，半导体从业者职业方案，芯片工程师发展进程。
