外延清洗工艺流程

外延清洗是半导体制造中的关键步骤，用于去除外延片表面的污染物（如颗粒、有机物、金属离子和氧化层），确保后续工艺（如光刻、沉积）的良率。以下是典型的外延清洗工艺流程及技术要点：

1. 外延清洗的核心目标

去除污染物：

颗粒：直径<1μm的硅屑、光刻胶残留等。

有机物：光刻胶、蜡类残留、油脂。

金属离子：Fe、Cu、Al等（来自设备或环境）。

自然氧化层：硅片表面的SiO₂（约1-2nm）。

表面改性：

调节表面润湿性，为后续沉积或光刻做准备。

修复微粗糙度，减少缺陷。

2. 标准清洗工艺流程

（1）预清洗（Pre-Clean）

目的：初步去除颗粒和松散污染物。

方法：

兆声波清洗（Megasonic Cleaning）：高频（>800kHz）声波产生微射流，剥离颗粒。

DI水冲洗：多级去离子水（如4-8级）逐级稀释污染物。

参数：时间5-10分钟，温度室温，兆声波功率10-30W。

（2）化学清洗（主工艺）

根据污染物类型选择SC-1、SC-2或DHF配方：

SC-1（碱性清洗）：

配方：NH₄OH : H₂O₂ : DI水 = 1:1-2:5（体积比）。

作用：去除有机物（如光刻胶）、颗粒和部分金属离子。

条件：温度70-80℃，时间10-15分钟，配合超声波或兆声波。

原理：NH₄OH提供碱性环境，H₂O₂氧化分解有机物。

SC-2（酸性清洗）：

配方：HCl : H₂O₂ : DI水 = 1:1:5（体积比）。

作用：去除金属离子（如Fe、Cu），钝化表面。

条件：温度50-60℃，时间5-10分钟。

DHF（稀释氢氟酸）清洗：

配方：HF（0.5-5%）+ DI水，可选添加H₂O₂。

作用：腐蚀自然氧化层（SiO₂），形成氢终止表面。

条件：时间1-5分钟，温度室温，需严格控制HF浓度。

（3）漂洗（Rinsing）

目的：去除化学残留，防止二次污染。

方法：

多级DI水冲洗：8-12级水槽，逐级降低电导率（目标<10μS/cm）。

超声波辅助：在最后两级DI水中使用超声波，剥离残留颗粒。

（4）干燥（Drying）

方法：

旋干（Spin Dry）：高速旋转（2000-5000rpm）甩干水分。

氮气吹扫（N₂ Blow）：高纯度N₂气流快速干燥，避免水渍。

IPA置换干燥：异丙醇（IPA）替换水后挥发，实现干燥。

要求：干燥后表面无水斑、残留物，需在Class 1000级以上洁净室完成。

3. 关键工艺参数

4. 特殊工艺补充

臭氧清洗（O₃ Cleaning）：

作用：强氧化性去除顽固有机物，替代部分SC-1步骤。

条件：O₃浓度10-50ppm，DI水环境，时间5-10分钟。

等离子清洗（Plasma Cleaning）：

作用：去除有机残留并表面活化，适用于敏感材料（如GaAs）。

气体：O₂/Ar混合，功率100-300W，时间5分钟。

5. 质量控制与检测

颗粒检测：激光粒度仪（检测<10颗/cm²）。

金属污染：ICP-MS检测Fe、Cu等离子浓度（<0.1ppb）。

表面光洁度：AFM或光学显微镜检查划痕和粗糙度。

接触角测试：验证表面润湿性（如氢终止表面接触角<20°）。

6. 行业标准与设备

SEMI标准：符合SEMI F47（洁净度）和SEMI C79（颗粒检测）。

设备：

单片清洗机：如DNS或FMI品牌，支持自动化SC-1/SC-2流程。

超声波/兆声波设备：KAIJO、Shinko等品牌，频率25-800kHz可调。

DI水系统：电阻率>18.2MΩ·cm，颗粒过滤精度<0.2μm。

外延清洗工艺通过化学湿法（SC-1/SC-2/DHF）结合物理清洗（兆声波、超声波），实现高效去污和表面改性。其核心在于配方匹配、参数控制和洁净度管理，需根据外延材料（Si、GaAs等）和污染类型动态调整流程134。