我们已经提及了硅片氧化的容易程度。氧化反应可以在空气中发生,或者是在有氧存在的加热的化学品清洗池中。通常在清洗池中生成的氧化物,尽管薄(100~200Å),但其厚度足以阻止晶片表面在其它的工艺过程中发生正常的反应。这一薄层的氧化物可成为绝缘体,从而阻挡晶片表面与导电的金属层之间良好的电性接触。
去除这些薄的氧化层是很多工艺的需要。有一层氧化物的硅片表面叫做具有吸湿性。没有氧化物的表面叫做具有憎水性。氢氟酸是去除氧化物的首选酸。在初始氧化之前,当晶片表面只有硅时,将其放入盛有最强的氢氟酸(49%)的池中清洗。氢氟酸将氧化物去除,却不刻蚀硅片。
在以后的工艺中,当晶片表面覆盖着之前生成的氧化物时,用水和氢氟酸的混合溶液可将圆形的孔隙中的薄氧化层去除。这些溶液的强度从100:1到10:7(H2O:HF)变化。对于强度的选择依赖于晶片上氧化物的多少,因为水和氢氟酸的溶液既可晶片上孔中的氧化物刻蚀掉,又可将表面其余部分的氧化物去除。既要保证将孔中的氧化物去除,同时又不会过分地刻蚀其它的氧化层,就要选择一定的强度。典型的稀释溶液是1:50到1:100。
如何处理硅片表面的化学物质是一直以来清洗工艺所面临的挑战。一般地,栅氧化前的清洗用稀释的氢氟酸溶液,并将其作为最后一步化学品的清洗。这叫做HF-结尾。HF-结尾的表面是憎水性的,同时对低量的金属污染是钝化的。然而,憎水性的表面不轻易被烘干,经常残留水印。34另一个问题是增强了颗粒的附着,而且还会使电镀层脱离表面。35
RCA清洗。在二十世纪六十年代中,Warner Kern,一名RCA公司的工程师,开发出了一种两步的清洗工艺以去除晶片表面的有机和无机残留物。这一工艺被证明非常有效,而它的配方也以简单的“RCA清洗”为人们熟知。只要提到RCA清洗,就意味着过氧化氢与酸或碱同时使用。第一步,标准清洗-1(
SC-1)应用水,过氧化氢和氨水的混合溶液的组成,从5:1:1到7:2:1变化,加热温度在75~85OC之间。
SC-1去除有机残余物,并同时建立一种从晶片表面吸附痕量金属的条件。在工艺过程中,一层氧化膜不断形成又分解。
标准清洗-2(SC-2)应用水,过氧化氢和盐酸,按照6:1:1到8:2:1的比例混合的溶液,其工作温度为75~85 OC之间。SC-2去除碱金属离子,氢氧根及复杂的残余金属。它会在晶片表面留下一层保护性的氧化物。化学溶液的原始浓度及其稀释的混合液均列在图5.26中。
多年来,RCA的配方被证实是经久不衰的,至今仍是大多数炉前清洗的基本清洗工艺。随着工业清洗的需求,化学品的纯度也在不断地进行改进。根据不同的应用,
SC-1和SC-2前后顺序也可颠倒。如果晶片表面不允许有氧化物存在,则需加入氢氟酸清洗这一步。它可以放在SC-1和SC-2之前进行,或者在两者之间,或者在RCS清洗之后。
在最初的清洗配方的基础上,曾有过多种改进和变化。晶片表面金属离子的去除曾是一个问题。这些离子存在于化学品中,并且不溶于大多数的清洗和刻蚀液中。通过加入一种整合剂,例如ethylenediamine-tetra-acetic酸,使其与这些离子结合,从而阻止它们再次沉积到晶片上。
稀释的RCA溶液被发现具有更多的用途。SC-1稀释液的比例为1:1:50(而不是1:1:5),SC-2的稀释液的比例为1:1:60(而不是1:1:6)。这些溶液被证明具有与比它们更浓的溶液配方同样的清洗效果。而且,它们产生较小的微观上的粗糙,节约成本,同时容易去除。