半导体制程RCA清洗技术概述
半导体rca清洗工艺
半导体rca清洗工艺嘿，朋友！今天咱们来聊聊半导体 RCA 清洗工艺。
这玩意儿啊，就像是给半导体芯片做了一场深度的“沐浴”，把那些脏东西、杂质啥的统统洗掉，让芯片能清清爽爽地工作。
你想想，半导体芯片就像一个超级精细的微缩城市，里面的电路就像是错综复杂的道路和管道。
要是这些道路和管道里堆满了灰尘和杂物，那还能正常运转吗？肯定不行！所以这 RCA 清洗工艺就派上用场啦。
这 RCA 清洗工艺，那可不是随便搞搞的。
它有一套严格又精细的流程，就跟大厨做菜一样，每一步都得恰到好处。
先来说说第一步，化学浸泡。
这就好比给芯片泡个“药水澡”，让那些顽固的污渍先松松劲儿。
这药水可是精心调配的，得有合适的成分和浓度，多一点少一点都不行，要不然芯片就得“闹脾气”。
然后是冲洗环节，这就像是打开水龙头给芯片来个“大水冲澡”。
可别小看这冲洗，水流的速度、压力都得控制好，不然冲得太猛，芯片上的“小零件”都得被冲跑了。
还有啊，在整个清洗过程中，温度的控制也特别重要。
温度高了，芯片可能会“中暑”；温度低了，那些污渍又洗不干净，这可真是个技术活！而且，这清洗的环境也得讲究。
得像手术室一样干净，一粒灰尘都不能有。
不然那些灰尘飘到芯片上，之前的努力不就都白费啦？你说，这半导体 RCA 清洗工艺是不是特别复杂又精细？要是哪一个环节出了差错，那芯片可就没法正常工作啦，说不定整个电子产品都会出问题。
所以啊，从事这方面工作的人，那可得有十足的耐心和细心，就像绣花一样，一针一线都不能出错。
总之，半导体 RCA 清洗工艺就像是给半导体芯片做了一次精心的呵护，让它们能够以最佳的状态为我们服务。
这工艺虽然复杂，但却至关重要，你说是不是？。
半导体硅片RCA清洗技术-2011
半导体硅片RCA清洗技术RCA清洗法：RCA清洗技术具体工艺RCA清洗法:自从20世纪70年代RCA清洗法问世之后，几十年来被世界各国广泛采用。
它的基本步骤最初只包括碱性氧化和酸性氧化两步，但目前使用的RCA清洗大多包括四步，即先用含硫酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化清洗，再用含胺的弱碱性过氧化氢进行碱性氧化清洗，接着用稀的氢氟酸溶液进行清洗，最后用含盐酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化清洗，在每次清洗中间都要用超纯水（DI水）进行漂洗，最后再用低沸点有机溶剂进行干燥。
RCA清洗技术具体工艺大致如下：第一步，使用的试剂为SPM（是Surfuric/Peroxide Mix的简称），SPM试剂又称为SC-3试剂（是Standard Clean-3的简称）.SC—3试剂是由H2SO4-H2O2—H2O组成（其中H2SO4与H2O2的体积比为1:3），用SC-3试剂在100~130℃温度下对硅片进行清洗是用于去除有机物的典型工艺.第二步,使用的试剂为APM（是Ammonia/Peroxide Mix和简称）,APM试剂又称SC-1试剂(是Standard Clean-1的简称）。
SC-1试剂是由NH4OH -H2O2-H2O组成,三者的比例为(1：1：5）~（1:2:7），清洗时的温度为65～80℃；SC-1试剂清洗的主要作用是碱性氧化，去除硅片上的颗粒,并可氧化及去除表面少量的有机物和Au、Ag、Cu、Ni、Cd、Zn、Ca、Cr等金属原子污染；温度控制在80℃以下是为减少因氨和过氧化氢挥发造成的损失。
第三步，通常称为DHF工艺是采用氢氟酸（HF）或稀氢氟酸（DHF)清洗，HF：H2O的体积比为1：(2~10)，处理温度在20~25℃。
是利用氢氟酸能够溶解二氧化硅的特性,把在上步清洗过程中生成的硅片表面氧化层去除，同时将吸附在氧化层上的微粒及金属去除。
还有在去除氧化层的同时在硅晶圆表面形成硅氢键而使硅表面呈疏水性的作用（氢氟酸原液的浓度是49%）。
半导体零部件清洗标准
半导体零部件的清洗标准是一个涉及多个步骤和要求
的复杂过程。
以下是其中的一些关键要素：
1.目的：清洗的主要目的是去除半导体零部件表面的污染
物，包括颗粒物、金属离子、有机杂质等，以确保这些部件
在生产过程中的性能和可靠性。
2.清洗方法：可以采用多种清洗方法，如RCA清洗、SC(标准清洗)、兆频超声波清洗、超声波清洗等。
其中，RCA 清洗是一种常用的方法，用于去除有机物、重金属和碱金属
离子。
它通常包括几个步骤，如使用硫酸和过氧化氢的混合
液去除有机物，然后使用氢氟酸去除金属离子。
3.清洗设备：清洗通常在专门的清洗设备中进行，这些设
备可以控制清洗液的成分、温度、流量等参数，以确保清洗
效果的一致性。
4.清洗验证：清洗后，需要对零部件进行质量检查，以确
保清洗效果达到要求。
这可以通过目视检查、化学分析、颗
粒计数等方法进行。
需要注意的是，具体的清洗标准可能会因不同的半导体制造
商、设备类型、生产工艺等因素而有所不同。
因此，在实际
操作中，需要参考相关的技术文档和制造商的推荐，以确保
清洗过程的有效性和可靠性。
RCA标准清洗步骤.doc
硅片清洗工艺采用RCA方法，这是半导体行业硅片的标准清洗步骤：1) 配制氢氟酸溶液（1：20，本次100ml2000ml ）2) 硅片支架清洗、吹干待用3) 取硅片放于支架上，按照顺序放好4) 配3＃液（硫酸：H2O2=3:1 ，本次660ml ：220ml ），硫酸最后加，同时另一容器煮水5) 用3＃液煮洗，15min ，加热至250 ℃，拎起支架稍凉片刻6) 将支架放到热水中，冲水7) 配制1＃液（氨水：H2O2：H2O＝1：1：5-1:1:7 ），前两者倒入热水中，加热75～85℃，时间10～20min （时间不可太长，因为氨水对硅有腐蚀作用，利用络合作用去除重金属杂质），取出硅片支架，放入1＃液，15min ，取出放到热水中，冲水8) 配制2＃液（HCl ：H2O2：H2O ＝1：1：5，本次240ml240ml1200ml ）前两者倒入热水中。
9) 取出硅片，放入2＃液，15min ，取出放热水中，冲水。
10) 10％的氢氟酸(1:20 ，本次100ml2000ml) 时间5～10s ，去除硅表面氧化层11) 去离子水冲洗时间20min* RCA标准清洗法是1965 年由Kern 和Puotinen 等人在N.J.Princeton 的RCA实验室首创的，并由此而得名。
RCA是一种典型的、至今仍为最普遍使用的湿式化学清洗法，该清洗法主要包括以下几种清洗液。
（1）SPM：H2SO4 /H2O2 120～150℃SPM具有很高的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液中，并能把有机物氧化生成CO 2 和H2O。
用SPM清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金属，但是当有机物沾污特别严重时会使有机物碳化而难以去除。
（2）HF(DHF)：HF(DHF)20～25℃DHF可以去除硅片表面的自然氧化膜，因此，附着在自然氧化膜上的金属将被溶解到清洗液中，同时DHF 抑制了氧化膜的形成。
因此可以很容易地去除硅片表面的Al，Fe，Zn，Ni 等金属，DHF也可以去除附着在自然氧化膜上的金属氢氧化物。
硅片的RCA清洗工艺
硅片的RCA清洗工艺
硅片的RCA清洗工艺是一种常用的表面清洗方法，用于去除硅片表面的有机和无机杂质，以保证硅片的纯净度和表面质量。
下面是硅片的RCA清洗工艺的详细步骤：
1. 准备工作：清洗室要保持干净，并确保所有使用的设备和容器都是清洁的。
准备好所需的化学试剂，包括去离子水、浓硝酸（HNO3）、浓氢氟酸（HF）和去离子水。
2. 第一次清洗（SC1）：将硅片放入清洗容器中，并加入去离子水，使其完全浸没。
将容器放入超声波清洗器中，超声波清洗时间一般为5-10分钟。
然后将容器取出，将硅片转移到新的容器中，并加入浓硝酸（HNO3）和去离子水的混合液体。
浸泡时间一般为10-15分钟。
清洗结束后，用去离子水冲洗硅片，确保将所有化学物质冲洗干净。
3. 第二次清洗（SC2）：将硅片转移到新的容器中，并加入浓氢氟酸（HF）和去离子水的混合液体。
浸泡时间一般为10-15分钟。
清洗结束后，用去离子水冲洗硅片，确保将所有化学物质冲洗干净。
4. 最后清洗：将硅片放入去离子水中，进行最后的冲洗，以确保将所有残留的化学物质彻底去除。
可以使用超声波清洗器来帮助清洗。
5. 干燥处理：将清洗后的硅片放入干燥器中，进行干燥处理。
确保硅片完全干燥，以避免水分残留。
需要注意的是，在进行硅片的RCA清洗工艺时，要注意安全操作，避免接触到化学试剂，以免对身体造成伤害。
同时，清洗过程中要保持环境的洁净，避免灰尘和其他杂质污染硅片表面。
（完整）RCA清洗步骤
（完整）RCA清洗步骤
(完整)RCA标准清洗步骤硅片清洗工艺采用RCA方法，这是半导体行业硅片的标准清洗步骤：
1)配制氢氟酸溶液(1：20，本次100ml2000ml）
2)硅片支架清洗、吹干待用
3)取硅片放于支架上，按照顺序放好
4)配3＃液（硫酸:H2O2=3:1，本次660ml：220ml），硫酸最后加，同时另一容器煮水
5)用3＃液煮洗,15min，加热至250℃，拎起支架稍凉片刻
6)将支架放到热水中,冲水
7)配制1#液(氨水:H2O2：H2O＝1:1：5-1:1:7），前两者倒入热水中，加热75～85℃，时间10~20min
（时间不可太长，因为氨水对硅有腐蚀作用，利用络合作用去除重金属杂质），取出硅片支架，放入1＃液，15min，取出放到热水中,冲水
8)配制2＃液（HCl：H2O2：H2O＝1：1:5，本次240ml240ml1200ml）前两者倒入热水中。
9)取出硅片，放入2#液,15min,取出放热水中,冲水。
10)10％的氢氟酸(1:20，本次100ml2000ml）时间5～10s，去除硅表面氧化层
11)去离子水冲洗时间20min。
半导体制造清洗工艺概述
3.3 清洗方法概况
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Cu2+/ Cu+反应中的催化作用增加了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了铜离子的沉积。优化 的HF/HCl混合物可有效预防溶液中金属外镀，增长溶液使用时间。 第三步是使用最佳的臭氧化混合物，如氯化氘及臭氧，可在较低p H环境下使硅表面产生亲水性，以保证干燥时不产生干燥斑点或水 印，同时避免金属污染的再次发生。在最后冲洗过程中增加了HN O3的浓度可减少表面Ca的污染。
3.3 清洗方法概况
3.3.2 稀释RCA清洗 现行的RCA清洗方法存在不少问题：步骤多，消耗超纯水和化
学试剂多，成本高；使用强酸强碱和强氧化剂，操作危险；试剂易 分解、挥发，有刺激性气味，使用时必须通风，从而增加了超净间 的持续费用；存在较严重的环保问题；硅片干燥慢，干燥不良可能 造成前功尽弃，且与其后的真空系统不能匹配。其中的很多问题是 RCA本身无法克服的。
3.2 污染物杂质的分类
3.2.2 有机残余物 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、机械油、硅树脂、光刻胶、清洗溶剂等，残留的光刻胶 是IC工艺中有机沾污的主要来源。每种污染物对IC 制程都有不同程 度的影响，通常会在晶圆表面形成有机物薄膜阻止清洗液到达晶圆 表面，会使硅片表面无法得到彻底的清洗。因此有机残余物的去除 常常在清洗工序的第一步进行。
3.3 清洗方法概况
表3-3 硅片湿法清洗化学品
表3-3 硅片湿法清洗化学品
3.3 清洗方法概况
3.3.1 RCA清洗 工业中标准的湿法清洗工艺称为RCA清洗工艺，是由美国无线
电公司（RCA）的W．Kern和D．Puotinen于1970年提出的，主要由 过氧化氢和碱组成的1号标准清洗液（SC⁃1）以及由过氧化氢和酸组 成的2号标准清洗液（SC⁃2）进行一系列有序的清洗。RCA清洗工艺 技术的特点在于按照应该被清除的污染物种类选用相应的清洗药水， 按照顺序进行不同的药水的清洗工艺，就可以清除掉所有附着在硅 圆片上的各种污染物。需要注意的是，每次使用化学品后都要在超 纯水（UPW）中彻底清洗，去除残余成分，以免污染下一步清洗工 序。典型的硅片湿法清洗流程如图3⁃1所示。实际的顺序有一些变化， 应根据实际情况做相应调整以及增加某些HF/H2O（DHF）去氧化层 步骤。
半导体硅片RCA清洗技术
半导体硅片RCA清洗技术传统的RCA清洗技术：所用清洗装置大多是多槽浸泡式清洗系统清洗工序：SC-1 →DHF →SC-21. SC-1清洗去除颗粒：⑴目的：主要是去除颗粒沾污（粒子）也能去除部分金属杂质。
⑵去除颗粒的原理：硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜（约6nm呈亲水性），该氧化膜又被NH4OH腐蚀，腐蚀后立即又发生氧化，氧化和腐蚀反复进行，因此附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。
①自然氧化膜约0.6nm厚，其与NH4OH、H2O2浓度及清洗液温度无关。
②SiO2的腐蚀速度，随NH4OH的浓度升高而加快，其与H2O2的浓度无关。
③Si的腐蚀速度，随NH4OH的浓度升高而快，当到达某一浓度后为一定值，H2O2浓度越高这一值越小。
④NH4OH促进腐蚀，H2O2阻碍腐蚀。
⑤若H2O2的浓度一定，NH4OH浓度越低，颗粒去除率也越低，如果同时降低H2O2浓度,可抑制颗粒的去除率的下降。
⑥随着清洗洗液温度升高，颗粒去除率也提高，在一定温度下可达最大值。
⑦颗粒去除率与硅片表面腐蚀量有关，为确保颗粒的去除要有一定量以上的腐蚀。
⑧超声波清洗时，由于空洞现象，只能去除≥0.4 μm 颗粒。
兆声清洗时，由于0.8Mhz的加速度作用，能去除≥0.2 μm 颗粒，即使液温下降到40℃也能得到与80℃超声清洗去除颗粒的效果，而且又可避免超声洗晶片产生损伤。
⑨在清洗液中，硅表面为负电位，有些颗粒也为负电位，由于两者的电的排斥力作用，可防止粒子向晶片表面吸附，但也有部分粒子表面是正电位，由于两者电的吸引力作用，粒子易向晶片表面吸附。
⑶. 去除金属杂质的原理：①由于硅表面的氧化和腐蚀作用，硅片表面的金属杂质，将随腐蚀层而进入清洗液中，并随去离子水的冲洗而被排除。
②由于清洗液中存在氧化膜或清洗时发生氧化反应，生成氧化物的自由能的绝对值大的金属容易附着在氧化膜上如：Al、Fe、Zn等便易附着在自然氧化膜上。
而Ni、Cu则不易附着。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4. 晶圆清洗中的化学原料作用
污染
可能污染源
微粒 金属 有机物 自然氧化物
机台、环境、水汽、化学品、容器 机台、环境、水汽、化学品、容器、离子植入、蚀刻
光阻残留、容器、化学品、建筑物油漆涂料挥发 化学品、环境、水、气体
4. 晶圆清洗中的化学原料及作用 SC-2 也可以
5. 晶圆清洗的RCA工艺
晶圆清洗
晶圆清洗是以整个批次或单一晶圆，藉由化学品的浸 泡或喷洒来去除脏污，并用超纯水来洗涤杂质，主要是 清除晶片表面所有的污染物，如微尘粒（Particle）、有机 物（Organic）、无机物、金属离子（Metal_Ions）等杂质
2. 晶圆清洗的重要性
在超大型集成电路（ULSI）制程中，晶圆清洗技术及洁净度，
RCA工艺 ——— 工作机台介绍 Spray Chemical Cleaning Processor
旋转化学清洗系统
RCA工艺 ——— 工作机台介绍
Wafer Dry Technology
A
Down Flow Spin Dryer
B
IPA Dryer
C
Marangoni Dryer
A
Down Flow Spin Dryer 工作原理及设备简图
主要供应商
FSI
RCA工艺 ——— 工作机台介绍 Conventional Wet Bench
RCA工艺 ——— 工作机台介绍
Conventional Wet Bench
设备组成： ➢ 中央控制系统及晶圆输入端 ➢ 串联式化学酸槽、碱槽及洗涤槽 ➢ 检测系统，包括流量监测，温度检测，酸槽化
学浓度校准 ➢ 旋转、干燥设备
RCA清洗法是用于晶圆清洗的第一种工艺方法，也 是目前工业界最为广泛采用的工艺方法。该方法由RCA 公司的Kern 和 Puotinen在1965年发明，1970年发布。
RCA工艺流程
STEP1 SPM
(4:1) H2SO4 + H2O2 (90C0 15min)
Process Start
STEP2 Rinse DI water (18MΩ.cm)
Conventional Bench Single Batch Plug Flow Multiple Batch Plug Flow Batch Spray Single Wafer Cleaner
干燥机
HF Vapor Clean
主要供应商
Sugai DNS TEL SCP DNS CFM Steag DNS Sugai TEL DNS FSI DNS SEZ
定时
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
温度设定
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
酸槽盖板打开
酸槽盖板放置
化学石英槽
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
晶圆处理
晶圆、晶舟
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
晶圆转移
清洗开始
泄露紧急按钮
废弃物 丢弃箱
急救药品布置
聚氯乙烯 防护服
防酸手套
聚氯乙烯 围裙
天然橡胶 高筒靴
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
样机图片
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
1. 感性认识 —— 常规化学清洗台的操作
机台启动
压力表
启动开关
+H2O (70C0 10min)
STEP8 Rinse DI water (18MΩ.cm)
STEP9 DRY
Spin Rinse
Process Stop
DI Water
18.2MΩ.cm
H2O2
30 %
H2SO4
96 %
RCA工艺 ——— 化学溶剂
化学溶剂
SPM DHF APM HPM
HCl
37 %
STEP3 DHF
HF (0.5% - 2%) (30 sec)
STEP6 Rinse DI water (18MΩ.cm)
STEP5 SC1
(1:1:5) NH4OH + H2O2
+H2O (70C0 10min)
STEP4 Rinse DI water (18MΩ.cm)
STEP7 SC2
(1:1:5) HCL + H2O2
BHF去除氧化层 （to 疏水性） 3. 碱洗（双氧水、氨水、水）：颗粒、有机物去除
BHF去除氧化层 （to 疏水性） 4. 酸洗（双氧水、盐酸、水）：微粒、金属去除
BHF去除氧化层 （to 疏水性） 5. 超纯水淋洗：去除离子
练习
目录
1
工艺
2
清洗现场
RCA工艺 ——— 制程设备及供应商
湿法工作站
NH3·H2O
29 %
HF
0.5-2 %
RCA工艺 ——— 微粒去除机制
氧化去除
电离去除
微粒在氧化剂中被氧化 溶于酸碱去除
离子电性排斥去除
RCA工艺 ——— 微粒去除机制
超声波去除
改进的RCA 清洗
1. 水中超声清洗：灰尘、残余物去除 2. 浓硫酸、浓硫酸+双氧水：表面污染（有机物、重金属、微粒）
是影响晶圆制程良率、品质及可靠度最重要的因素之一。据统
计，在标准的IC制造工艺中，仅涉及晶圆清洗和表面预处理的
工艺步骤就有100步之多，可以说晶圆清洗的好坏直接制约了IC
加工的水平。
3. 晶圆清洗的研究内容
➢ 杂质污染物的来源与类型分析 ➢ 杂质污染物对器件性能的影响 ➢ 清洗剂及其清除杂质的作用原理及清洗方法 ➢ 物体表面污染物测定、洁净度的检查方法 ➢ 清洗设备的改进、维护及自动化 ➢ 化学试剂在清洗过程中对人体的影响 ➢ 清洗工艺的安全操作问题
B
IPA Dryer 工作原理及设备简图
C
Marangoni Dryer 工作原理及设备简图
第一部分小结：
➢ 晶圆清洗的目的、意义。 ➢ RCA标准工艺方法。 ➢ RCA工艺的常规机台原理及功能。
清洗现场操作过程
氢氟酸 专用烧杯
清洗区 专用提把
光阻、刻蚀 专用提把
液面高度 测量棒
专用吸笔
中国芯技术系列
半导体制程RCA清洗技术概述
技术创新，变革未来
目录
1
工艺
2
清洗现场
清洗工艺介绍
1. 化学清洗、晶圆清洗是什么
2. 晶圆清洗的重要性 3. 晶圆清洗的研究内容 4. 晶圆清洗中的化学原料及作用 5. 晶圆清洗的RCA工艺
1. 化学清洗是什么
化学清洗是利用各种化学试剂和有机溶剂清除附着在 物体表面上的杂质的方法。在半导体行业，化学清洗是 指清除吸附在半导体、金属材料以及用具表面上的各种 有害杂质或油污的工艺过程。