传统晶圆清洗工艺结合技术原理与流程进行详细说明

传统晶圆清洗工艺是半导体制造中的核心环节，主要分为湿法清洗和干法清洗两大类，以下结合技术原理与流程进行详细说明：

一、RCA清洗工艺（主流传统方法）

RCA清洗是半导体行业沿用最广的湿法清洗工艺，由美国无线电公司（RCA）开发，包含以下关键步骤：

1. SC-1清洗（去除颗粒和有机物）

• 配方：氨水（NH₄OH）、过氧化氢（H₂O₂）、去离子水（H₂O），比例为1:1:5~1:2:7。

• 作用：通过氧化和腐蚀循环去除颗粒、有机物及部分金属离子。温度通常控制在70-80℃，处理时间5-10分钟。

2. SC-2清洗（去除金属离子）

• 配方：盐酸（HCl）、过氧化氢（H₂O₂）、去离子水，比例为1:1:6~1:2:8。

• 作用：酸性环境溶解金属杂质（如Fe、Al等），温度约70-80℃，处理时间5-15分钟。

3. DHF清洗（去除氧化物）

• 配方：稀释氢氟酸（HF:H₂O=1:50~1:100）。

• 作用：去除自然氧化层（SiO₂），但对硅基材有轻微腐蚀性，需严格控制浓度和时间（1-3分钟）。

二、湿法清洗技术

1. 化学清洗

• SPM清洗（硫酸-过氧化氢混合液）：用于强效去除光刻胶残留和有机物，温度120-150℃，处理时间5-15分钟。

• APM清洗（氨水-过氧化氢混合液）：针对颗粒污染，通过静电排斥和化学分解去除微小颗粒。

2. 超声波清洗

• 原理：利用20-40kHz超声波产生的空化效应，剥离表面附着的颗粒。

• 局限：高频超声波可能损伤纳米级结构，需配合低浓度化学试剂使用。

3. 兆声波清洗

• 特点：采用0.8-2MHz高频声波，减少对晶圆表面的物理冲击，适合高精度清洗。

三、干法清洗技术

1. 等离子体清洗

• 原理：在真空环境中通过射频激发气体（如O₂、Ar）生成等离子体，分解有机物和金属污染物。

• 优势：无液体残留，适合深槽结构清洗，但需避免过高的能量损伤晶圆。

2. 超临界二氧化碳清洗

• 应用：利用超临界CO₂的渗透性和溶解力，清洗深宽比大于10:1的纳米结构，环保且无表面张力残留。

四、其他传统工艺

1. Piranha清洗（硫酸-过氧化氢混合）

• 作用：强氧化性去除有机物和光刻胶残留，但腐蚀性强，需严格防护。

2. 臭氧清洗

• 原理：紫外线激发臭氧分解有机物，常作为湿法清洗的辅助步骤。

传统工艺的挑战与局限

1. RCA工艺缺点：化学品消耗量大（如氨水、盐酸），废水处理成本高。

2. 湿法清洗限制：对高深宽比结构清洗效果有限，易产生废液污染。

3. 干法清洗成本：设备投资高，工艺参数控制复杂。