外延清洗工藝流程

外延清洗是半導體制造中的關鍵步驟，用于去除外延片表面的污染物（如顆粒、有機物、金屬離子和氧化層），確保后續(xù)工藝（如光刻、沉積）的良率。以下是典型的外延清洗工藝流程及技術要點：

1. 外延清洗的核心目標

去除污染物：

顆粒：直徑<1μm的硅屑、光刻膠殘留等。

有機物：光刻膠、蠟類殘留、油脂。

金屬離子：Fe、Cu、Al等（來自設備或環(huán)境）。

自然氧化層：硅片表面的SiO?（約1-2nm）。

表面改性：

調節(jié)表面潤濕性，為后續(xù)沉積或光刻做準備。

修復微粗糙度，減少缺陷。

2. 標準清洗工藝流程

（1）預清洗（Pre-Clean）

目的：初步去除顆粒和松散污染物。

方法：

兆聲波清洗（Megasonic Cleaning）：高頻（>800kHz）聲波產(chǎn)生微射流，剝離顆粒。

DI水沖洗：多級去離子水（如4-8級）逐級稀釋污染物。

參數(shù)：時間5-10分鐘，溫度室溫，兆聲波功率10-30W。

（2）化學清洗（主工藝）

根據(jù)污染物類型選擇SC-1、SC-2或DHF配方：

SC-1（堿性清洗）：

配方：NH?OH : H?O? : DI水 = 1:1-2:5（體積比）。

作用：去除有機物（如光刻膠）、顆粒和部分金屬離子。

條件：溫度70-80℃，時間10-15分鐘，配合超聲波或兆聲波。

原理：NH?OH提供堿性環(huán)境，H?O?氧化分解有機物。

SC-2（酸性清洗）：

配方：HCl : H?O? : DI水 = 1:1:5（體積比）。

作用：去除金屬離子（如Fe、Cu），鈍化表面。

條件：溫度50-60℃，時間5-10分鐘。

DHF（稀釋氫氟酸）清洗：

配方：HF（0.5-5%）+ DI水，可選添加H?O?。

作用：腐蝕自然氧化層（SiO?），形成氫終止表面。

條件：時間1-5分鐘，溫度室溫，需嚴格控制HF濃度。

（3）漂洗（Rinsing）

目的：去除化學殘留，防止二次污染。

方法：

多級DI水沖洗：8-12級水槽，逐級降低電導率（目標<10μS/cm）。

超聲波輔助：在最后兩級DI水中使用超聲波，剝離殘留顆粒。

（4）干燥（Drying）

方法：

旋干（Spin Dry）：高速旋轉（2000-5000rpm）甩干水分。

氮氣吹掃（N? Blow）：高純度N?氣流快速干燥，避免水漬。

IPA置換干燥：異丙醇（IPA）替換水后揮發(fā)，實現(xiàn)干燥。

要求：干燥后表面無水斑、殘留物，需在Class 1000級以上潔凈室完成。

3. 關鍵工藝參數(shù)

4. 特殊工藝補充

臭氧清洗（O? Cleaning）：

作用：強氧化性去除頑固有機物，替代部分SC-1步驟。

條件：O?濃度10-50ppm，DI水環(huán)境，時間5-10分鐘。

等離子清洗（Plasma Cleaning）：

作用：去除有機殘留并表面活化，適用于敏感材料（如GaAs）。

氣體：O?/Ar混合，功率100-300W，時間5分鐘。

5. 質量控制與檢測

顆粒檢測：激光粒度儀（檢測<10顆/cm2）。

金屬污染：ICP-MS檢測Fe、Cu等離子濃度（<0.1ppb）。

表面光潔度：AFM或光學顯微鏡檢查劃痕和粗糙度。

接觸角測試：驗證表面潤濕性（如氫終止表面接觸角<20°）。

6. 行業(yè)標準與設備

SEMI標準：符合SEMI F47（潔凈度）和SEMI C79（顆粒檢測）。

設備：

單片清洗機：如DNS或FMI品牌，支持自動化SC-1/SC-2流程。

超聲波/兆聲波設備：KAIJO、Shinko等品牌，頻率25-800kHz可調。

DI水系統(tǒng)：電阻率>18.2MΩ·cm，顆粒過濾精度<0.2μm。

外延清洗工藝通過化學濕法（SC-1/SC-2/DHF）結合物理清洗（兆聲波、超聲波），實現(xiàn)高效去污和表面改性。其核心在于配方匹配、參數(shù)控制和潔凈度管理，需根據(jù)外延材料（Si、GaAs等）和污染類型動態(tài)調整流程134。