RCA Clean製程

半導體晶圓製程中有五大污染物：

五大污染物	來源
1. 微粒(Particle)	一般來自製程用中所使用的超純水、氣體及化學品，以及機台、晶舟甚至是製程線上的人員。藉由靜電、凡得瓦爾力、毛細管現象或化學鍵而吸附於晶圓表面，或者陷入晶圓表面細微凹凸而生成的溝渠之中
2. 金屬不純物(Metal Impurity)	主要來自於離子植入(Ion Implantation)、乾式蝕刻(Dry Etch)及光阻灰化(Ash)時，因離子撞擊機台內壁所造成。另外製程環境及化學品與化學品容器本身，也是可能的污染來源之一
3. 有機物(Organic)	有機物為含碳之化合物，大多來自光阻的殘留物，另外牆壁的油漆、幫浦的機油、塑膠容器以及作業員的身體及衣物也都是可能的來源。使用溶劑如丙酮(Acetone)，酒精(Alcohol)，或TCE作有機物去除
4. 自然生成氧化層(Native Oxide)	自然生成氧化層肇因於晶圓表面暴露於空氣或水中的溶氧，而氧將晶圓表面的矽氫鍵（Si-H）氧化成為羥基(Si-OH)，或是將矽氧化成為二氧化矽所生成，其中反應的速率與溶氧濃度即浸泡時間有關
5. 晶圓表面的微粗糙( Surface Roughness)	晶圓表面的微粗糙一般來自於潔淨製程中SC-1的製程，並與清洗溶液中氨水及雙氧水的混和比例、製程溫度及洗淨時間有直接的關聯

圖1、晶圓製程中五大污染物

弘塑科技Wet Bench設備最常應用之濕式化學清洗與蝕刻製程，簡述如下：

1. 濕式化學清洗製程

常用化學品有 SC-1(APM)、SC-2(HPM)、SPM、HF及BHF等，其成份與功能如下表所示。SC-1及SC-2最早由RCA公司所發明用於清洗製程，所以SC-1及SC-2又稱RCA-1及RCA-2。

清洗化學品	清洗原理
SC-1(APM)	利用氨水之弱鹼性活化矽晶圓及微粒子表面，使晶圓表面與微粒子間相互排斥，進而達到洗淨目的；雙氧水也可將矽晶圓表面氧化，藉由氨水對二氧化矽的微蝕刻達到去除微粒子的效果。一般的APM製程是以NH4OH:H2O2:H2O=0.05~1:1:5的體積比在70℃下進行，由於氨水的沸點較低且APM步驟容易造成表面微粗糙的現象，因此氨水(NH4OH)與雙氧水(H2O2)濃度比例的控制是影響製程良率的關鍵
SC-2(HPM)	在金屬雜質的去除上扮演重要角色。一般金屬氯鹽皆可輕易溶於水中，因此HPM利用雙氧水氧化污染的金屬，再以鹽酸與金屬離子生成可溶性氯化物而溶解。製程中最常使用的是HCl : H2O2 : H2O=1 : 1 : 6 體積比，在70℃下進行5~10分鐘的清洗
SPM	主要是清除晶圓表面有機物。利用硫酸及雙氧水生成的卡羅酸，其強氧化性及脫水性可破壞有機物的碳氫鍵結，以去除有機不純物。在操作上常以H2SO4：H2O2=2~4 : 1體積比，在130℃的高溫下進行10~15分鐘的浸泡
HF(BOE)	清除矽晶圓表面自然生成的氧化層，可使用稀釋後的氫氟酸（0.49%~2%）或氫氟酸與氟化銨所生成的緩衝溶液HF/NH4F=1:200~400，在室溫下進行15~30秒的反應

2. 濕式蝕刻製程

濕式蝕刻技術的優點在於其製程簡單、成本低廉、蝕刻選擇比高且產量速度快。

濕式蝕刻機制：
1.一般是利用氧化劑將蝕刻材料氧化，再利用適當的酸將氧化後的材料溶解於水中。
2.為了讓蝕刻的速率穩定並延長化學品使用時間，常會在蝕刻液中加入介面活性劑及緩衝溶液來維持蝕刻溶液的穩定。

常用的濕式蝕刻製程如下：

濕式蝕刻名稱	蝕刻原理
二氧化矽層蝕刻(SiO2 Etching)	以氫氟酸及氟化銨（HF/NH4F; BOE or BHF）所形成之緩衝溶液來蝕刻二氧化矽層，化學反應式如下：SiO2 + 4HF+2NH4F → (NH4)2SiF6 + 2H2O利用氫氟酸來蝕刻二氧化矽層的機制中，決定蝕刻速率的是[HF2-]濃度，若HF濃度保持固定且緩衝溶液中NH4F能提供大量的之F-，蝕刻速率就可保持穩定。同時為了提高反應的均勻性以及對晶圓的潤濕性，一般在緩衝溶液中還會再加入少量的界面活性劑，來幫助化學品接觸疏水性的矽晶圓表面，同時也可改善蝕刻後晶圓表面的粗糙度而影響蝕刻率之因素則包括： SiO2層型態：結構較鬆散，例如自然生成氧化層(Native Oxide)，蝕刻速率較快反應溫度：溫度升高，蝕刻率加快緩衝溶液混合比例：其中HF比例愈高，蝕刻率愈快
矽層蝕刻(Silicon Etching)	在目前製程上多使用硝酸（HNO3）、氫氟酸（HF）及醋酸（CH3COOH）三種成份之混合溶液來蝕刻矽，其製程原理包含二道反應步驟：Si + 4HNO3 → SiO2 + 2H2O + 4NO2SiO2 + 6HF →H2SiF6 + 2H2O先利用HNO3之強氧化性將矽氧化成為SiO2，再由HF與SiO2反應生成可溶性的矽氟酸，而其中CH3COOH則扮演類似緩衝(Buffer)溶液角色，使蝕刻率能經常保持穩定。其中硝酸及氫氟酸的比例是影響蝕刻濃度的關鍵
氮化矽層蝕刻(Silicon Nitride Etching)	一般多使用85%的磷酸(H3PO4)在160~170℃的高溫下，進行氮化矽(Si3N4)層的蝕刻，化學反應式如下： Si3N4 + 4H3PO4 + 10H2O →Si3O2 (OH)8 + 4NH4H2PO4值得一提的是，以熱磷酸對氮化矽及二氧化矽的蝕刻選擇比大於20 : 1，且於蝕刻率約為60 Angstrom /Minute

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