一、預處理階段：初步去塵與表面活化

物理脫附

晶圓進入清洗設備后，首先通過高速旋轉產(chǎn)生的離心力甩掉松散附著的大顆粒污染物（如切割碎屑或環(huán)境粉塵）。此步驟利用機械動能打破物理吸附作用，為后續(xù)化學清洗創(chuàng)造活性表面。部分設備還會配置氮氣槍預吹掃，去除肉眼可見的異物。

溶劑預浸潤

使用高純度異丙醇（IPA）或丙酮進行蒸汽浴處理，溶解并帶走殘留的光刻膠碎片、指紋油脂等有機污染物。溶劑分子滲透至微孔結構內部，軟化干涸的聚合物殘留物，同時降低后續(xù)水基清洗液的表面張力，提升潤濕效率。

二、RCA標準清洗流程：化學分解與絡合反應

SC-1槽（堿性氧化清洗）

配方組成：NH?OH（氨水）、H?O?（雙氧水）與去離子水的混合溶液，典型比例為1:1:5。

反應機制：過氧化氫在堿性環(huán)境下釋放羥基自由基（·OH），強力氧化分解碳氫化合物及有機物；銨根離子與金屬離子形成可溶性絡合物，將鈉、鐵等雜質轉入液相。溶液溫度控制在70–80℃，高溫加速反應動力學進程，但需避免沸騰導致成分揮發(fā)失衡。

物理增強：配合兆聲波（頻率＞1MHz）產(chǎn)生微觀空化效應，驅動微小氣泡周期性破裂，形成局部高壓沖擊波剝離頑固顆粒。相比傳統(tǒng)超聲波，兆聲波減少材料損傷風險，尤其適用于薄柵極氧化層保護。

SC-2槽（酸性蝕刻清洗）

配方組成：HCl（鹽酸）、H?O?與去離子水按特定配比混合，通常為1:1:6。

功能特性：鹽酸提供大量H?離子溶解金屬氧化物及氫氧化物沉淀；雙氧水的強氧化性進一步氧化殘留金屬原子，生成可溶性氯化物隨液體排出。該步驟有效去除銅、鎳等重金屬污染，同時中和前序殘留的堿性物質。室溫下處理8–15分鐘，嚴格監(jiān)控酸度防止硅基底腐蝕。

去離子水沖洗（DIW Rinse）

采用級聯(lián)溢流式純水系統(tǒng)，電阻率≥18.2MΩ·cm的超純水從最后一槽反向流動至第一槽，確保污染物單向排出。噴淋臂設計多角度覆蓋晶圓邊緣與背面，配合旋轉刷洗機構清除微流控通道內的滯留顆粒。出口處安裝在線電導率監(jiān)測儀，實時反饋水質潔凈度。

三、專項強化處理：針對特定污染物的優(yōu)化方案

稀釋氫氟酸蝕刻（DHF Etch）

配置濃度0.5%~1%的HF溶液，精確去除自然氧化硅層（SiO?）。氫氟酸與二氧化硅發(fā)生各向同性蝕刻反應，生成揮發(fā)性產(chǎn)物SiF?氣體逸出體系。此步驟需在氮氣氛圍中進行，抑制HF揮發(fā)造成的安全風險，并防止空氣中水分引入新的污染源。

臭氧活化水洗（O? Ultracleaning）

向去離子水中注入微量臭氧氣體（濃度<50ppm），利用其強氧化性分解頑固有機物膜層。臭氧分子在水中分解產(chǎn)生羥基自由基鏈式反應，實現(xiàn)低溫下的高效氧化清潔。搭配紫外線照射可顯著提升臭氧溶解度，適用于熱敏感材料如低介電常數(shù)介質層的清洗。

超聲波精細剝離（Ultrasonic Detergence）

針對高深寬比結構（如三維NAND閃存溝道），采用40kHz低頻超聲波產(chǎn)生穩(wěn)定空化場，通過微射流剝離深孔底部的顆粒聚集體。清洗籃采用非金屬材料制備，避免金屬離子析出污染晶圓表面。

四、終末干燥與表面鈍化

旋轉甩干技術

將清洗后的晶圓置于高速旋轉平臺（轉速＞3000rpm），離心力使液體向邊緣聚集形成均勻水膜，配合邊緣排斥滾輪刮除多余液體。氮氣刀沿徑向掃描吹掃，快速蒸發(fā)殘余水分，防止水漬引起的二次污染。對于親水性較強的表面，可預先涂覆疏水處理劑輔助脫水。

低溫退火鈍化

在惰性氣體環(huán)境中進行短時間高溫烘烤（≤120℃），驅除表面吸附的水分子及揮發(fā)性有機物。升溫速率控制在2℃/min以內以避免熱應力導致晶格缺陷。部分工藝線會增加原位等離子清洗步驟，激活表面懸掛鍵以提高后續(xù)沉積薄膜的附著力。

五、工藝控制要素與質量保障

化學品管理規(guī)范

使用電子級試劑（金屬雜質含量＜1ppb），定期檢測溶液中的陰離子濃度（如Cl?、SO?2?）。循環(huán)過濾系統(tǒng)配備亞微米級PTFE濾芯，實時監(jiān)測壓差變化自動切換備用通道，確保過濾效率穩(wěn)定性。

設備兼容性設計

清洗槽體采用全氟烷氧基聚合物（PFA）內襯，避免石英器皿析出的硅酸鈉污染；夾具選用包覆聚四氟乙烯的鈦合金材質，兼顧耐腐蝕性與機械強度。工藝管線采用雙層嵌套結構，外層通入冷卻介質維持恒溫環(huán)境。

過程監(jiān)控體系

關鍵參數(shù)（溫度、時間、流速）通過PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化調節(jié)，歷史數(shù)據(jù)存儲于MES系統(tǒng)供追溯分析。每批次抽取樣片進行接觸角測試、XPS深度剖析及激光粒子計數(shù)器檢測，確保表面粗糙度Ra＜0.5nm且無金屬殘留。

該標準工藝通過化學溶解、物理剝離與表面改性的協(xié)同作用，實現(xiàn)從宏觀顆粒到原子級污染物的分層去除，為后續(xù)薄膜沉積、光刻等核心工序提供原子級潔凈界面。實際生產(chǎn)中需根據(jù)具體產(chǎn)品需求動態(tài)優(yōu)化參數(shù)矩陣，并建立完整的質量控制閉環(huán)體系。

審核編輯 黃宇