SC-1、SC-2與稀釋氫氟酸的差異:藥液、去除的污染、清洗後表面比較

作為矽晶圓清洗基礎的RCA清洗,會依序使用目的不同的藥液。氨水與過氧化氫的SC-1去除微粒與有機物,鹽酸與過氧化氫的SC-2去除金屬污染。稀釋氫氟酸(DHF)則溶解並去除表面的原生氧化膜。SC-1與SC-2之後的表面覆蓋一層薄氧化膜,呈現容易被水潤濕的親水性;稀釋氫氟酸之後的表面則以氫終端,呈現排斥水的疏水性。

項目SC-1(APM)SC-2(HPM)稀釋氫氟酸(DHF)
藥液氨水、過氧化氫水、水(典型比例1:1:5)鹽酸、過氧化氫水、水(典型比例1:1:6)以水稀釋的氫氟酸(參考值約0.5〜1%)
液體性質與溫度鹼性。一般約70〜80 ℃酸性。一般約70〜80 ℃酸性。一般為室溫
主要去除的對象微粒、有機物金屬污染(鹼金屬、Fe、Al等)原生氧化膜或化學氧化膜,以及其中所含的污染
去除原理以過氧化氫氧化表面,再以氨水緩慢溶解該氧化膜,將微粒從底部浮起。表面與微粒都帶負電,不易再附著將金屬變成容易溶解的離子(氯化物等)而溶解溶解SiO2
矽與氧化膜的蝕刻會稍微蝕刻(氧化膜參考值約每分鐘0.1〜1 nm)幾乎不蝕刻蝕刻氧化膜。矽幾乎不被蝕刻
清洗後的表面覆蓋薄的化學氧化膜,呈親水性覆蓋薄的化學氧化膜,呈親水性以氫終端,呈疏水性
副作用與注意事項表面可能變粗糙(過氧化氫不足,或濃度、溫度過高時)。液中的Fe、Al等容易附著在表面對去除微粒效果不大疏水表面容易附著微粒與水痕。Cu等貴金屬容易在表面析出。應保留的氧化膜也會被削薄
標準順序最先(有機物多時在SPM之後)。先去除微粒與有機物SC-1之後。去除SC-1造成附著的金屬SC-1與SC-2之間,或最後(HF-last)

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

SC-1
作為清洗的第一道步驟,用來去除微粒與有機物。CMP後的清洗等微粒會造成問題的場合,大多會使用。
SC-2
在閘極氧化或熱處理之前等,特別想降低金屬污染時,於SC-1之後使用。
DHF
需要沒有氧化膜的矽表面時使用,例如磊晶成長、矽化物形成或閘極氧化的前一刻。

常見問題

為什麼在SC-1之後進行SC-2?

因為鹼性的SC-1雖能有效去除微粒與有機物,但液中的Fe、Al等金屬容易附著在表面。因此再以酸性的SC-2,將這些金屬變成容易溶解的氯化物等加以去除。

為什麼稀釋氫氟酸之後的表面會排斥水?

因為氧化膜溶解後的矽表面會與氫鍵結而終端化。表面變得排斥水,就能確認氧化膜已去除。不過這種表面容易附著微粒,因此會管理到下一道製程之前的等待時間。

如何防止SC-1使矽表面變粗糙?

基本原則是讓過氧化氫比例足夠,使表面一邊被氧化膜覆蓋一邊溶解。近年多將藥液稀釋、降低溫度使用,並搭配兆聲波清洗,在減少蝕刻量的同時去除微粒。

如何確認清洗已去除金屬污染?

以全反射X射線螢光分析(TXRF)等方法量測晶圓表面的金屬量。若先以氫氟酸蒸氣溶解表面的氧化膜並收集後再分析,靈敏度會更高。微粒則以偵測雷射光散射來計數微粒的檢查設備確認。

理解度檢測

RCA清洗中所使用的SC-1(氨水與雙氧水的混合液)之主要目的為下列何者?

  1. A去除金屬汙染
  2. B去除微粒與有機物
  3. C去除原生氧化膜
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正確答案:B. 去除微粒與有機物

SC-1(NH4OH:H2O2:H2O,例如1:1:5,約70 ℃)一邊以雙氧水氧化表面,一邊以氨水將該氧化膜以每分鐘約0.1~1 nm的速度緩慢溶解,藉此將微粒自下方托起而去除。在鹼性環境中,粒子與表面都帶負電而相互排斥,因此也不易再度附著。對去除有機物也有效。去除金屬汙染使用SC-2,去除原生氧化膜則使用稀釋氫氟酸。

使用稀釋氫氟酸(DHF)進行清洗的主要目的為下列何者?

  1. A去除有機物
  2. B沉積金屬膜
  3. C去除原生氧化膜
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正確答案:C. 去除原生氧化膜

氫氟酸會溶解SiO2,因此以約0.5~1%的稀釋氫氟酸處理數十秒,即可去除矽表面約1 nm的原生氧化膜。處理後的矽表面由氫終端而呈疏水性,可藉由水被排斥來確認去除成功。這經常是在閘極氧化、磊晶成長、矽化物形成之前進行的處理。去除有機物與微粒使用SC-1,去除金屬汙染則使用SC-2。

下列關於標準RCA清洗中SC-1與SC-2的順序與目的之組合,何者正確?

  1. A先以SC-1去除微粒與有機物,再以SC-2去除金屬汙染
  2. B先以SC-2去除微粒,再以SC-1去除金屬汙染
  3. C將SC-1與SC-2混合同時使用
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正確答案:A. 先以SC-1去除微粒與有機物,再以SC-2去除金屬汙染

RCA清洗是1970年由RCA公司的Kern等人發表的方法,基本順序是先以鹼性的SC-1去除微粒與有機物,接著以酸性的SC-2(HCl:H2O2:H2O)將SC-1中容易附著的金屬汙染轉變為氯化物溶解而去除。必要時中間會以稀釋氫氟酸去除氧化膜,各步驟之間則以超純水沖洗。歷經50多年的今日,仍作為清洗的基本方法並持續改良使用。

  1. 以稀釋氫氟酸最後清洗過的矽表面,其狀態下列何者正確?
  2. 在SC-1(氨水與雙氧水的混合液)中,雙氧水所扮演的角色下列何者正確?
  3. 常用於分析晶圓表面微量金屬污染的方法是下列何者?

前往CMP與清洗的練習題

相關名詞的解說

RCA清洗
以SC-1(氨水與雙氧水)去除微粒與有機物,並以SC-2(鹽酸與雙氧水)去除金屬汙染的清洗方法。
SC-1(APM)
氨水、雙氧水與水的混合液。用於RCA清洗的第一步,在輕微蝕刻表面的同時去除微粒與有機物。
SC-2(HPM)
鹽酸、雙氧水與水的混合液。在RCA清洗中於SC-1之後使用,用來去除金屬汙染。
稀釋氫氟酸(DHF)
以水稀釋氫氟酸而成的清洗液。可去除矽表面的原生氧化膜,使表面成為氫終端的疏水狀態。
原生氧化膜
矽接觸空氣或水而自然形成、厚度約1 nm的薄氧化膜。由於會使接觸電阻增加並妨礙磊晶成長,因此在需要的製程之前才將其去除。
SPM(硫酸雙氧水混合液)
硫酸與雙氧水的混合液。憑藉強氧化力,去除光阻等有機物。
兆聲波清洗
對清洗液施加約1 MHz的超音波,以去除晶圓表面微粒的清洗方法。
TXRF(全反射X射線螢光分析)
使X射線以極小的掠射角照射晶圓表面而全反射,高靈敏度地量測表面微量金屬汙染所發出螢光X射線的分析法。

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