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本文详细介绍了硅片的化学清洗工艺原理，美国RCA清洗技术，新清洗技术，使用不同清洗系统对抛光片进行清洗。
硅片在加工中可能会受到玷污，包括微粒、金属离子以及有机物等。为了获得高质量的硅抛光片，满足线宽小于0.13~0.10微米的IC工艺要求，对硅片进行彻底的清洗是至关重要的。1970年RCA化学清洗工艺被提出，随着半导体技术的不断发展，硅片清洁度的要求越来越高，各种基于RCA清洗工艺的新技术不断被开发出来，以满足更高的清洁度需求。
硅片的化学清洗工艺原理 硅片表面的沾污大致可以分为三类：针对这三类沾污，需要采取不同的清洗策略。 有机杂质沾污： 清洗原理：利用有机试剂的溶解作用，结合超声波清洗技术，可以有效地去除硅片表面的有机杂质。 清洗方法：选择适当的有机溶剂，如丙酮、乙醇等，将硅片浸泡在溶剂中，并通过超声波的作用，使溶剂渗透到硅片表面的微小缝隙中，溶解并带走有机杂质。 颗粒沾污： 清洗原理：对于粒径较大的颗粒（≥0.4微米），可以采用机械擦洗或超声波清洗技术去除；对于粒径较小的颗粒（≤0.2微米），则更适合使用兆声波清洗技术。 清洗方法：根据颗粒的大小，选择合适的清洗技术。对于大颗粒，可以使用刷子或布进行机械擦洗，或利用超声波的振动作用去除；对于小颗粒，则使用兆声波清洗，其高频振动能够更有效地去除微小颗粒。 金属离子沾污： 清洗原理：金属离子沾污需要采用化学方法进行清洗。 清洗方法：通常使用H2O2作为强氧化剂，将使金属离子氧化溶解再与金属离子发生置换反应。 RCA清洗技术 RCA清洗技术的核心步骤: SC-1清洗液 成分：H2O、NH3·H2O（氨水）和H2O2（过氧化氢）的碱性溶液。 作用：利用H2O2和NH3·H2O搭配，将有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除。 效果：可除有机沾污，某些金属沾污。与兆声波清洗结合使用，效果更好。 SC-2清洗液 成分：H2O2和HCl的酸性溶液。 作用：与SC-1清洗液不同，SC-2清洗液是与金属反应生成盐，随去离子水冲洗而被去除。 效果：主要用于去除金属离子杂质。 美国RCA清洗技术通过SC-1和SC-2两种清洗液的配合使用，可以有效地去除硅片表面的有机物、颗粒和金属离子等沾污，为后续的半导体制造工艺提供高质量的硅片。 新清洗技术 一、新清洗液的开发使用 APM清洗 APM（NH4OH:H2O2:H2O的混合物）清洗液在硅片清洗中具有广泛应用。为了抑制清洗过程中硅片表面粗糙度（Ra）的增大，可以适当降低NH3·H2O的组成比。 在APM清洗液中添加界面活性剂可以降低清洗液的表面张力，提高颗粒去除率，并维持较高的去除效率。 在APM中加入HF可以控制清洗液中金属络合离子的状态，抑制金属的再附着，同时抑制Ra的增大和COP（晶体原生粒子缺陷）的发生。 添加螯合剂可以使清洗液中的金属离子形成螯合物，有利于抑制金属离子的表面附着。 补充：COP的定义与影响 晶体的原生粒子缺陷（COP）是由单晶缺陷引起的小坑，这些小坑在进行颗粒测量时可能被误认为是粒子。COP的存在对半导体器件的性能和可靠性有重要影响，特别是在高级别的IC芯片工艺制程中，对硅晶圆的颗粒尺寸控制要求更加严格。 去除有机物 硅片表面附着的有机物会影响自然氧化层和金属离子杂质的去除。因此，清洗时应首先去除有机物。使用O3+H2O清洗可以有效去除有机物，且可在室温下进行，无需进行废液处理。 SC-1液的改进 SC-1液（H2O2和NH4OH的碱性溶液）是常用的硅片清洗液。通过改进SC-1液，如添加界面活性剂、HF或螯合剂等，可以进一步提高清洗效果。 DHF的改进 二、特定清洗技术 O3+H2O清洗 该技术利用臭氧的强氧化性去除硅片表面的有机物，同时可在室温下进行，无需进行废液处理。 HF+H2O2清洗 该技术结合了HF的腐蚀性和H2O2的氧化性，可以在硅片表面形成自然氧化膜并立即腐蚀掉，从而去除附着在氧化膜上的金属离子。同时，可以防止DHF清洗中贵金属的附着。 DHF+界面活性剂清洗 在DHF清洗液中加入界面活性剂，可以改变硅片表面和粒子表面的电位，使它们之间产生电的排斥力，从而防止粒子的再附着。 以HF/O3为基础的硅片化学清洗技术 该技术结合了HF的腐蚀性和臭氧的氧化性，可以在一个工艺槽内完成清洗和干燥过程。与传统的RCA清洗工艺相比，该工艺步骤更少、设备占地面积更小、化学试剂消耗量更少。同时，该工艺在300mm抛光硅片的清洗工艺中得到了广泛应用。 三、清洗技术的组合与优化 为了达到更好的清洗效果，可以将上述各种新清洗方法适当组合，以达到最佳的清洗效果。例如，可以先使用SC-1液去除颗粒和部分金属杂质，再使用DHF+界面活性剂清洗去除剩余的金属离子和有机物。同时，还可以根据硅片的具体情况和清洗要求，调整清洗液的组成比、清洗温度和时间等参数。 综上所述，新的清洗技术在硅片制备中具有重要应用。通过不断开发和使用新的清洗液和改进清洗技术，可以进一步提高硅片的清洁度和后续工艺的质量。 使用不同清洗系统对抛光片进行清洗 在抛光硅片的清洗过程中，不同的清洗系统采用了各种特定的清洗工艺来达到去除表面杂质的目的。以下是对几种常用清洗系统的简要介绍： FSI MERCURY-MP离心喷淋式化学清洗系统 该系统通过离心喷淋的方式对硅片进行清洗，具有高效、均匀的特点。系统内可以编制和贮存多种清洗工艺程序，以满足不同硅片清洗的需求。常用的工艺包括： FSI“A”工艺：通常包含SPM（硫酸+双氧水）、APM（氨水+双氧水+水）、DHF（氢氟酸+水）和HPM（盐酸+双氧水+水）等步骤，用于去除硅片表面的有机物、金属离子和颗粒沾污。
FSI“B”工艺和FSI“C”工艺：这些是FSI公司提供的其他清洗工艺方案，可能根据特定的清洗需求对清洗步骤和溶液进行了调整。
为了进一步降低硅片表面的颗粒沾污，可以使用双面刷洗系统对已经化学清洗的抛光硅片进行双面刷洗，DSS-200双面刷片机可以将硅片表面的颗粒数量降低到很低的水平。
