专题-3: Unit Process–RCA清洗 （转）
本文转自芯苑，ic-garden.cn （由于芯苑会经常关闭站点，故转载存留）
编者按：得益于刚毕业时候在方正遇到第一位副总David_Lin (林大野), 他是一位有修养很博学的人，毕生钻研清洗，每次和我聊天都聊清洗，为了和他有话题也让他觉得我有在好好学，我几乎通读了所有清洗的材料。这是我学的最多的一道process，今天花了一天时间翻遍当年的记忆，整理出这份材料给各位还在学习的半导体朋友们，起码你们能知道这些名字怎么来的？why APM or SC1?
摩尔定律一直像一道魔咒一样，无情的鞭笞着我们每一个半导体人，一次又一次觉得绝望了，又一次次被突破了。然而，摩尔定律不是只有黄光一个人的事，另外一个不得不提又是特别关键的制程便是清洗。不然你线宽做的再小，wafer上一堆particle/颗粒，又有何用？很多时候，洗不洗的干净真的很难恒定，就感觉像中国人洗水果一样，农药残留你怎么衡量？没办法，只能洗洗更健康吧。
说起半导体的清洗，不得不说说RCA公司，这家公司有两个牛人Kern和Puotinen，在1965年发明了SC1和SC2，1970年公布专利。一直到现在我们的process flow里依然有SC1和SC2 clean，因为专利关系，他们就直接命名标准1号液和标准2号液。当然学术上，也叫APM(Ammonia/Peroxide Mix)和HPM (Hydrochloric/Peroxide Mix)，因为配比的化学液的组合而得名。不知道什么时候半导体清洗能够革命性变化一次，让RCA公司的那两个神话人物变成历史。
闲聊完了，说说技术吧。Clean没有绝对的，取决于哪边更脏，然后扩散达到动态平衡。下次客户跟你讲看到defect，勇敢跟他说这很正常~~
清洗里面有多少东西？DHF, SPM, APM, HPM, DIW, QDR/OF, DRY, etc. 是不是真觉得不少呢，真的这么多，因为我们生存的环境太复杂，我们要洗掉各种东西包含颗粒物(particle)，金属(metal)，有机物等。而且除了洗干净，我们还得防止再生和次生。下面我们来讲下每种物质都是用来洗什么的，有什么危害，这样你才能知道为什么B-Clean是那个顺序，而且必须严格是那个顺序(SPM-->DHF-->APM-->HPM)。
1) HF/DHF: HF他可以溶解SiO2，原理是HF+Si-->H2SiF6溶解于水，所以可以洗掉Si表面的Native OX (Si放在空气总会长个二三十A的oxidation，在Sub-Micro制程这个厚度无法接受，因为C018的时候我们的GOX才26A。所以进管长GOX前必须洗掉。问题来了，为什么在最前面洗？后面还有那么多洗，而且有双氧水会氧化Si。那是因为H2SiF6溶在水里产生SiF6(2-)离子，这个离子对阳离子特别有吸引力(Hi-Affinity)，学术文章上叫Zeta potential。所以如果他最后洗，肯定一堆的particle和金属离子又回来了。所以HF后面尽量不要用QDR，而要用overflow，因为QDR的动态冲水会产生很多particle被SiF6离子吸附过来落到wafer上。
2）再说说冲水这一事吧，一次清洗需要洗四种酸(氢氟酸，硫酸，氨水，盐酸）这没两种酸之间都不能碰到一块，否则后果不堪设想。所以每过一道酸进入下一个酸之前必须过水，把晶片(wafer)表面的残酸洗干净，这就是冲水(DIW rinse, De-Ionized Water)。
冲水有好多讲究，用热水(HDIW)还是冷水(DIW)？QDR(Quick dump rinse) 还是OF (overflow)？
如果前面的酸是高温的或者粘稠的，必须用HDIW。因为高温如果直接用冷水会有thermal shock，粘稠的用热水可以提高溶解度，洗得快(类似热水洗油污)。那冲水方式呢？一般用QDR比较好，先喷水可以冲洗，再经过快速排水(dump)可以产生drag force向下拉力，容易将表面的残酸带走。但是Final rinse和HF不能用，自己想想找出答案吧。
3) SPM (Surfuric/Peroxide Mix)，用来洗去有机物(organic)的沾污，他的原理是H2SO4+H2O2-->H2SO5+H2O，而那个H2SO5就是强氧化的卡罗酸(Carlo Acid)，知道为啥用SPM去光阻了吧？flow里面看到CAROS其实就是这个东西。还有个名字叫Piranha clean，我不知道为啥，希望有人能够留言告诉我。
4）APM/SC1， HPM/SC2：这个东西我就不讲了，没啥特别讲的，只是APM/SC1对Si有蚀刻能力，主要受温度和浓度影响。所以制程不断往下走必须要低温低浓度，否则会产生Si roughness or Si pits (凹坑)导致GOI可靠性问题。
最后讲一下DRY吧，Dry最早用SRD(Spin rinse dry)主要是伯努利原理，其实就是离心力原理，甩干的。150mm(6寸)时代在用，但是因为旋转的动态会产生particle，而且有机械共振点问题，所以到8寸就只能用来洗monitor/dummy了。在8寸主要IPA dry或Marogoni dry，他们都是用IPA热蒸汽，差别在于一个是把wafer放到IPA热蒸汽里面，通过IPA热蒸汽的气化吸水然后回流收集。而Marogoni dry是在wafer起水过程中通IPA热蒸汽，通过分子表面张力差异将水带走。还有什么LPD or APET dry，其实都是大同小异都是用IPA蒸汽，构造上改一改，避开专利而已。
补充点HF和BOE吧，都是用来吃OXIDE的，半导体用的HF一般有三种: 49%的HF(纯的)做空片recycle，1% (50:1) HF 吃oxide, 0.1%(100:1) 吃Si-base的polymer。而BOE(buffered oxide etchant)是HF+NH4F的混合液，与HF的差异是在里面掺了NH4F，因为这样就有缓冲的F-比较充足，Etch rate比较快。而且在带光阻的oxide etch (dual gate etch)时候必须用BOE，如果用HF会导致PR peeling， 原因我听一个高人说是因为H+太多会改变PR的结构。
好了，就说这些吧。
酸槽(Wet bench/tank)的注意点:
1. Heater是石英(Quatz)材料，其实就是oxide，所以长期在APM里面会被消耗掉，如果因损耗破裂会导致Al/Fe金属沾污。
2. DIW的drain valve在不用的时候尽量不要关死(too tighten)，因为流水不腐，静止的水容易滋生defect导致沾污或particle。
3. APM和HPM之间必须要有隔门，每次传送完必须关上，否则NH3和HCl很容易气化跑到一块产生NH4Cl的固态颗粒。
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