湿法工艺

目录：

湿法清洗

1. 常用试剂的性质和作用
2. 硅片的无机清洗
3. 硅片的有机清洗
4. RCA清洗

湿法刻蚀

1. AEMD常用湿法刻蚀工艺
2. AEMD常见化学品
3. 湿法刻蚀参考

 

湿法清洗

IC制程中需要一些有机试剂和无机试剂参与完成，另外，制作过程总是在人的参与下在净化室中进行，这样就不可避免各种环境对硅片污染的情况发生。根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。硅片清洗是半导体器件制造中最重要最频繁的步骤，其效率将直接影响到器件的成品率、性能和可靠性。湿法清洗是指利用各种化学试剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或溶解作用，或伴以超声、加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清除物体的表面脱附（解吸），然后用大量高纯去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。根据硅片清洗目的和要求选择适当的试剂和洗液是湿法化学清洗的首要步骤。

1. 常用试剂的性质和作用

类别	常用试剂	性质或作用
无机酸碱	盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、王水、氨水、氢氧化钾、氢氧化钠等	通过化学反应去除光胶或杂质
氧化剂	硝酸、浓硫酸、重铬酸钾、双氧水等	氧化作用
络合剂	盐酸、氢氟酸、氯化铵、氨水等	络合作用，有利于去除金属杂质
有机溶剂	无水乙醇、丙酮、异丙醇	相似相溶原理，去除有机杂质或光胶
合成洗涤剂	主要成分为表面活性剂	表面活性乳化作用

 

2. 硅片的无机清洗

溶液	温度	目的
硫酸：双氧水（3：1）	120℃-140℃	去除有机物
氨水：双氧水：水（1：1：5）	75℃	去除颗粒
盐酸：双氧水：水（1：1：7）	75℃	去除金属杂质
BHF或BOE	常温	去除硅片自然氧化层

 

3. 硅片的有机清洗：

溶液	温度	溶解性能
丙酮	常温	最强
异丙醇	常温	较强
无水乙醇	常温	较弱

 

4. RCA清洗

RCA清洗法依靠溶剂、酸、表面活性剂和水，在不破坏晶圆表面特征的情况下通过喷射、净化、氧化、蚀刻和溶解晶片表面污染物、有机物及金属离子污染。在每次使用化学试剂后都要在超纯水中彻底清洗。以下是常用清洗液及作用。

（1）Ammonium hydroxide（氨水）/hydrogen peroxide（双氧水）/DI water（去离子水） mixture (APM; NH4OH/H2O2/ H2O at 65～80℃).APM通常称为SC1清洗液，其配方为：NH₄OH:H₂O₂：H₂O=1:1:5～1:2:7，以氧化和微蚀刻来底切和去除表面颗粒；也可去除轻微有机污染物及部分金属化污染物。但硅氧化和蚀刻的同时发生会增加表面粗糙度。

APM清洗附加兆声能量后，可减少化学品及DI 水的消耗量，缩短晶片在清洗液中的浸蚀时间，减轻湿法清洗的各向同性对积体电路特征的影响，增加清洗液使用寿命。

（2）Hydrochloric acid（盐酸）/hydrogen peroxide（双氧水）/DI water（去离子水） mixture (HPM; HCI/ H₂O₂/ H₂O at 65~80℃).HPM通常称为SC2清洗液，其配方为：HCI: H₂O₂:H₂O=1:1:6～1:2:8，可溶解碱金属离子和铝、铁及镁之氢氧化物，另外盐酸中氯离子与残留金属离子发生络合反应形成易溶于水溶液的络合物，可从硅的底层去除金属污染物。

（3）Sulphuric acid（硫酸）/hydrogen peroxide（过氧化氢）混合物(SPM;H₂SO₄/ H₂O₂ at 100~130℃)。SPM通常称为SC3清洗液，硫酸与双氧水的体积比是3:1，是典型用于去除有机污染物的清洗液。硫酸可以使有机物脱水而碳化，而双氧水可将碳化产物氧化成一氧化碳或二氧化碳气体。

（4）Hydrofluoric acid （氢氟酸）or diluted hydrofluoric acid（稀释氢氟酸）(HF or DHF at 20~25℃)蚀刻。其配方为：HF:H₂O=1:20或1:50，主要用于从特殊区域去除氧化物、蚀刻硅二氧化物及硅氧化物，减少表面金属。稀释氢氟酸水溶液被用以去除原生氧化层及SC1和SC2溶液清洗后双氧水在晶圆表面上氧化生成的一层化学氧化层，在去除氧化层的同时，还在硅晶圆表面形成硅氢键，而呈现疏水性表面。

（5）Ultrapure water（UPW）通常叫作DI水，UPW采用臭氧化的水稀释残留化学品以及化学清洗后晶片的冲洗液。

 

湿法刻蚀

与干法刻蚀相比，湿法刻蚀的特点：适应性强，表面均匀性好、对硅片损伤少，几乎适用于所有的金属、玻璃、塑料等材料；缺点：图形刻蚀保真效果不理想，刻蚀图形的最小线宽难以掌控。

1. AEMD常用湿法刻蚀工艺

	刻蚀液	速率	也刻蚀	不刻蚀
Chromium铬 (Cr)
	Cr刻蚀液			PR
Silicon 硅(Si)
	49% KOH:H2O =1:1 （各向异性）	500nm/min	PR	Si3N4, SiO2
	HNO3 : HF : H2O （各向同性）
	64 HNO3 : 3 NH4F : 33 H2O	100 Å /s	金属	SiN, PR
thermally oxidized Silicon Oxide热氧化二氧化硅(SiO2)
	1 HF : 5 NH4HF : 5 H2O (BOE)	20 Å /s	M, SiO2	SiN, Si
	HF:H2O=1:10 （BHF）	100nm/s	金属	PR（短时间）
PECVD Silicon Oxide PECVD沉积二氧化硅(SiO2)
	1 HF : 5 NH4HF : 5 H2O (BOE)
	HF:H2O=1:10 （BHF）	327nm/min	金属	PR
PECVD Silicon Nitride PECVD 沉积氮化硅（Si3N4）
	98%H3PO4(160℃)	5nm/min
	HF:H2O=1:7 （BHF）	124nm/min	金属	PR

 

2. AEMD常用化学品

无机试剂	符号	性质	用途举例
Hydrofluoric acid氢氟酸	HF	弱酸性、强腐蚀性	刻蚀二氧化硅和清洗石英器皿
Hydrochloric acid盐酸	HCl	强酸性，强腐蚀性，易挥发	湿法清洗化学品，去除硅中的重金属元素
Sulfuric acid硫酸	H2SO4	强氧化、强酸性、吸水脱水性、强腐蚀性、高沸点难挥发	清洗硅片
Buffered Oxide etch(BOE): Solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride缓冲氧化层刻蚀：氢氟酸和氟化铵溶液	HF and NH4F	弱酸性、强腐蚀性	刻蚀二氧化硅膜
Phosphoric acid磷酸	H3PO4		刻蚀氮化硅（Si3N4）
Nitric acid硝酸	HNO3	易挥发、强氧化性、强腐蚀性、强酸性	刻蚀磷硅酸盐玻璃(PSG).
王水（浓硝酸：浓盐酸=1：3）	HNO3 and HCl	易挥发、强氧化性、强腐蚀性、强酸性	可溶解几乎所以金属
氢氧化钠	NaOH	强碱性，强腐蚀性	湿法刻蚀
氢氧化铵	NH4OH	易挥发、弱碱性	清洗剂
氢氧化钾	KOH	强碱性，强腐蚀性	正性光刻胶显影剂，硅的各项异性刻蚀
氢氧化四甲基铵	TMAH	强碱性，强腐蚀性	正性光刻胶显影剂
双氧水	H2O2	强氧化性	清除杂质
去离子水	H2O		漂洗硅片和稀释清洗剂

 

有机溶剂	名称	溶解光刻胶性能
无水乙醇	ethanol	较弱
异丙醇	IPA	较强
丙酮	Acetone	最强

 

3. 湿法刻蚀参考：

溶液	可被腐蚀材料
Acetic Acid (H3COOH)	GaAs; Pb; Ti
Hydrochloric Acid (HCl)	Al; Cr; Cu; Fe2O3; Ga; GaAs; GaN; In; Fe; Pb; Ni; NiO, Ni2O3; Sn; SnO2; Ti; Zn
Hydrofluoric Acid (HF)	GaAs; Ni; SiO2; Ti
Nitric Acid (HNO3)	C; Cu; GaAs; In; Fe; Pb; Ni; Ag; Pd; Pt; Sn; Ti; Zn; ZnO
Phosphoric Acid (H3PO4)	Al; Cu; GaAs; GaN; Fe; Ni; SiN; ZnO
Potassium Hydroxide (KOH)	Al; C; Cu; Ag; GaAs; Si; Ti
Sodium Hydroxide (NaOH)	Al; Cu; Ag; Ti; GaAs; GaN
Sulfuric Acid (H2SO4)	C; Cu; GaAs; Fe; Pb; Ni; Ti
Aqua Regia (3 HCl : 1 HNO3)	all metals

 

• 《湿法清洗与湿法刻蚀设备列表》