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RCA清潔
金屬化前濕法清洗硅片的第一個(gè)成功工藝是在RCA系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的，在他們的晶圓廠使用了幾年，最終在1970年發(fā)表。該工藝由兩種連續(xù)應(yīng)用的熱溶液組成，稱為“RCA標(biāo)準(zhǔn)清潔液”，即SC-1和SC-2，其特點(diǎn)是試劑純凈且易揮發(fā)。四十多年來(lái)，這些解決方案以其原始或改進(jìn)的形式廣泛用于硅半導(dǎo)體器件的制造。第一處理步驟的SC-1溶液由水(H2O)、過(guò)氧化氫(H2O2)和氫氧化銨(NH4OH)的混合物組成；它也被稱為“氨/過(guò)氧化物混合物”的“APM”。用于第二處理步驟的SC-2溶液由水、過(guò)氧化氫和鹽酸(HCl)的混合物組成；因“鹽酸/過(guò)氧化物混合物”而被稱為“HPM”。兩種處理都是在用水沖洗后留下一層薄的親水氧化層。
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標(biāo)準(zhǔn)清潔- 1
SC-1溶液最初規(guī)定的成分范圍為5:1:1至7:2:1體積份的H2O、H2O2和NH4OH。通常使用的比例是5:1；1.去離子水用于所有操作。過(guò)氧化氫是電子級(jí)30% H2O2，不穩(wěn)定(排除污染穩(wěn)定劑)。氫氧化銨是29%的NH4OH。晶片的處理可以在70-75℃下進(jìn)行5-10分鐘，然后在流動(dòng)去離子水中進(jìn)行淬火和溢流沖洗。用冷水稀釋熱浴溶液是為了置換液體的表面高度，并降低浴的溫度以防止從浴中取出的晶片批料干燥。該批晶片在冷的去離子水沖洗，然后轉(zhuǎn)移到SC-2槽中。SC-1溶液旨在從硅、氧化物和石英表面去除有機(jī)污染物，這些污染物受到氫氧化銨的溶劑化作用和堿性過(guò)氧化氫的強(qiáng)氧化作用的侵蝕。氫氧化銨還用于通過(guò)絡(luò)合某些周期族IB和IIB金屬，如銅、金、銀、鋅和鎘，以及某些來(lái)自其他族的元素，如鎳、鈷和鉻。事實(shí)上，已知銅、鎳、鈷和鋅形成胺絡(luò)合物。最初沒(méi)有意識(shí)到，在能夠進(jìn)行原子力顯微鏡(AFM)分析之前，SC-1以非常低的速率溶解硅上的薄的天然氧化物層，并通過(guò)以大約相同的速率氧化在硅表面上形成新的氧化物。這種氧化物再生現(xiàn)在被認(rèn)為是去除硅表面上和硅表面中的顆粒和化學(xué)雜質(zhì)的重要因素。
重要的是要認(rèn)識(shí)到SC-1的熱穩(wěn)定性非常差，尤其是在處理?xiàng)l件下的高溫下。H2O2分解成水和氧，NH4OH通過(guò)蒸發(fā)釋放NH3。因此，混合物應(yīng)在使用前新鮮制備，以獲得最佳效果。熔融石英(二氧化硅)容器必須用于容納槽液，而不是耐熱玻璃，以避免來(lái)自浸出成分的污染。
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標(biāo)準(zhǔn)清潔- 2
SC-2組合物最初規(guī)定的組成范圍為6:1:1至8:2:1體積份的H2O、H2O2和HCl。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，通常使用的比例是5:1:1。水和過(guò)氧化氫與上述SC-1相同.氯化氫濃度為37wt%。晶片的處理范圍可以是在70-75℃下SC-1: 5到10分鐘，然后進(jìn)行淬火和溢流沖洗。晶片在冷的去離子水沖洗，然后干燥。如果不能立即處理，則立即將其轉(zhuǎn)移到用預(yù)過(guò)濾氮?dú)鉀_洗的玻璃或金屬外殼中儲(chǔ)存。
SC-2溶液用于溶解和去除硅表面的堿殘留物和任何殘留的痕量金屬，如金和銀，以及金屬氫氧化物，包括氫氧化鋁、氫氧化鐵、氫氧化鎂和氫氧化鋅。通過(guò)與溶解的離子形成可溶性金屬絡(luò)合物來(lái)防止溶液的置換置換。該溶液不蝕刻硅或氧化物，并且不具有用于去除顆粒的SC-1的有益表面活性劑活性。SC-2比SC-1具有更好的熱穩(wěn)定性，因此處理溫度和鍍液壽命不需要如此嚴(yán)格地控制。
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對(duì)SC-1/SC-2的修改
克恩在一些論文中報(bào)告了對(duì)原始RCA清潔程序的幾項(xiàng)改進(jìn)。這些變化中最有影響力的是引入了RCA兆頻超聲波清洗系統(tǒng)，用于清洗和沖洗晶圓。由于高水平的動(dòng)能，在SC-1清洗中，兆硅處理對(duì)于從晶片表面物理去除顆粒特別有利。它可以大幅降低溶液溫度，并提供比簡(jiǎn)單浸沒(méi)槽處理更有效的沖洗模式。
即使過(guò)氧化氫濃度降低了10倍，SC-1也沒(méi)有出現(xiàn)硅或氧化物的嚴(yán)重蝕刻.最后，通過(guò)用高純度無(wú)顆粒1:50 HF剝離在SC-1之后形成的水合氧化物膜10秒，引入任選的工藝步驟，以便重新暴露硅表面，用于隨后的SC-2處理。
在早期文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)道了在RCA清潔方面的幾項(xiàng)改進(jìn)的發(fā)展，并且主要涉及這些加工領(lǐng)域:
1.)。將SC-1中的NH4OH濃度降低至少四倍，以防止硅表面的微粗糙化并增強(qiáng)顆粒去除，從而提高柵極氧化物(9)(10)的質(zhì)量。典型的組成可以是5∶1∶0.25(H2O∶H2O 2∶NH4OH)。
2.)。用去離子水將SC-1和SC-2稀釋至不同濃度，同時(shí)仍能達(dá)到良好的清潔效果. 通常稀釋10倍。
3.)。用非常稀的室溫鹽酸代替SC-2是可能的，因?yàn)榻鸷豌y污染物現(xiàn)在不再存在于高純度的工藝化學(xué)品中。以前，硅上的任何金或銀沉積物都需要SC-2進(jìn)行氧化解吸。其他殘留金屬及其氫氧化物很容易溶解在稀鹽酸(12)中。