RCA Clean制程

半导体晶圆制程中有五大污染物：

五大污染物	来源
1. 微粒(Particle)	一般来自制程用中所使用的超纯水、气体及化学品，以及机台、晶舟甚至是制程线上的人员。藉由静电、凡得瓦尔力、毛细管现象或化学键而吸附于晶圆表面，或者陷入晶圆表面细微凹凸而生成的沟渠之中
2. 金属不纯物(Metal Impurity)	主要来自于离子植入(Ion Implantation)、干式蚀刻(Dry Etch)及光阻灰化(Ash)时，因离子撞击机台内壁所造成。另外制程环境及化学品与化学品容器本身，也是可能的污染来源之一
3. 有机物(Organic)	有机物为含碳之化合物，大多来自光阻的残留物，另外墙壁的油漆、帮浦的机油、塑胶容器以及作业员的身体及衣物也都是可能的来源。使用溶剂如丙酮(Acetone)，酒精(Alcohol)，或TCE作有机物去除
4. 自然生成氧化层(Native Oxide)	自然生成氧化层肇因于晶圆表面暴露于空气或水中的溶氧，而氧将晶圆表面的硅氢键（Si-H）氧化成为羟基(Si-OH)，或是将硅氧化成为二氧化硅所生成，其中反应的速率与溶氧浓度即浸泡时间有关
5. 晶圆表面的微粗糙( Surface Roughness)	晶圆表面的微粗糙一般来自于洁净制程中SC-1的制程，并与清洗溶液中氨水及双氧水的混和比例、制程温度及洗净时间有直接的关联

图1、晶圆制程中五大污染物

弘塑科技Wet Bench设备最常应用之湿式化学清洗与蚀刻制程，简述如下：

1. 湿式化学清洗制程

常用化学品有 SC-1(APM)、SC-2(HPM)、SPM、HF及BHF等，其成份与功能如下表所示。SC-1及SC-2最早由RCA公司所发明用于清洗制程，所以SC-1及SC-2又称RCA-1及RCA-2。

清洗化学品	清洗原理
SC-1(APM)	利用氨水之弱硷性活化硅晶圆及微粒子表面，使晶圆表面与微粒子间相互排斥，进而达到洗净目的；双氧水也可将硅晶圆表面氧化，藉由氨水对二氧化硅的微蚀刻达到去除微粒子的效果。一般的APM制程是以NH4OH:H2O2:H2O=0.05~1:1:5的体积比在70℃下进行，由于氨水的沸点较低且APM步骤容易造成表面微粗糙的现象，因此氨水(NH4OH)与双氧水(H2O2)浓度比例的控制是影响制程良率的关键
SC-2(HPM)	在金属杂质的去除上扮演重要角色。一般金属氯盐皆可轻易溶于水中，因此HPM利用双氧水氧化污染的金属，再以盐酸与金属离子生成可溶性氯化物而溶解。制程中最常使用的是HCl : H2O2 : H2O=1 : 1 : 6 体积比，在70℃下进行5~10分钟的清洗
SPM	主要是清除晶圆表面有机物。利用硫酸及双氧水生成的卡罗酸，其强氧化性及脱水性可破坏有机物的碳氢键结，以去除有机不纯物。在操作上常以H2SO4：H2O2=2~4 : 1体积比，在130℃的高温下进行10~15分钟的浸泡
HF(BOE)	清除硅晶圆表面自然生成的氧化层，可使用稀释后的氢氟酸（0.49%~2%）或氢氟酸与氟化铵所生成的缓冲溶液HF/NH4F=1:200~400，在室温下进行15~30秒的反应

2. 湿式蚀刻制程

湿式蚀刻技术的优点在于其制程简单、成本低廉、蚀刻选择比高且产量速度快。

湿式蚀刻机制：
1.一般是利用氧化剂将蚀刻材料氧化，再利用适当的酸将氧化后的材料溶解于水中。
2.为了让蚀刻的速率稳定并延长化学品使用时间，常会在蚀刻液中加入介面活性剂及缓冲溶液来维持蚀刻溶液的稳定。

常用的湿式蚀刻制程如下：

湿式蚀刻名称	蚀刻原理
二氧化硅层蚀刻(SiO2 Etching)	以氢氟酸及氟化铵（HF/NH4F; BOE or BHF）所形成之缓冲溶液来蚀刻二氧化硅层，化学反应式如下：SiO2 + 4HF+2NH4F → (NH4)2SiF6 + 2H2O利用氢氟酸来蚀刻二氧化硅层的机制中，决定蚀刻速率的是[HF2-]浓度，若HF浓度保持固定且缓冲溶液中NH4F能提供大量的之F-，蚀刻速率就可保持稳定。同时为了提高反应的均匀性以及对晶圆的润湿性，一般在缓冲溶液中还会再加入少量的界面活性剂，来帮助化学品接触疏水性的硅晶圆表面，同时也可改善蚀刻后晶圆表面的粗糙度而影响蚀刻率之因素则包括： SiO2层型态：结构较松散，例如自然生成氧化层(Native Oxide)，蚀刻速率较快反应温度：温度升高，蚀刻率加快缓冲溶液混合比例：其中HF比例愈高，蚀刻率愈快
硅层蚀刻(Silicon Etching)	在目前制程上多使用硝酸（HNO3）、氢氟酸（HF）及醋酸（CH3COOH）三种成份之混合溶液来蚀刻硅，其制程原理包含二道反应步骤：Si + 4HNO3 → SiO2 + 2H2O + 4NO2SiO2 + 6HF →H2SiF6 + 2H2O先利用HNO3之强氧化性将硅氧化成为SiO2，再由HF与SiO2反应生成可溶性的硅氟酸，而其中CH3COOH则扮演类似缓冲(Buffer)溶液角色，使蚀刻率能经常保持稳定。其中硝酸及氢氟酸的比例是影响蚀刻浓度的关键
氮化硅层蚀刻(Silicon Nitride Etching)	一般多使用85%的磷酸(H3PO4)在160~170℃的高温下，进行氮化硅(Si3N4)层的蚀刻，化学反应式如下： Si3N4 + 4H3PO4 + 10H2O →Si3O2 (OH)8 + 4NH4H2PO4值得一提的是，以热磷酸对氮化硅及二氧化硅的蚀刻选择比大于20 : 1，且于蚀刻率约为60 Angstrom /Minute

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