引言
硅晶片由于其独特的电子和机械性能，是广泛应用于半导体器件制造的基本材料。硅晶片的用途包括用于工艺监测的再生晶片，可通过对废晶片进行再加工制造。然而，残留在废晶片中的杂质和在制造回收的晶片的过程中产生的杂质会对硅晶片的性能产生负面影响。因此，清洗技术去除硅片表面的污染物是必要的，RCA清洗主要用于晶圆清洗。
然而，RCA清洗存在金属杂质的重新吸附、强酸蚀刻、浴寿命缩短和高温等问题，传统RCA清洗的问题可以通过在清洗溶液中添加螯合剂来解决。通过添加螯合剂，可以防止过氧化氢分解，提高浴寿命的稳定性，防止晶片表面粗糙度，此外，还可以通过螯合物之间的稳定键合来防止金属杂质的再吸附。
实验与讨论
铁（99%）、锌（99%）、铝（99.5%）和铜（99.85%）、铬（99%）、镍（99%）是晶片表面常见的金属杂质，1个70 mL的小瓶，内含50 mL清洗溶液，每瓶约0.018克，在超声波反应12小时。超声波发生器连续冷却循环，实验保持在25°C左右进行。
实验的测量方法是每隔3小时测量一次离子电导率。通过加入0.33 mol草酸（98.5%过氧化氢）、400 mL过氧化氢（30%过氧化氢）和50 mL氢氧化铵（25.0~28.0%，过氧化氢）制备清洗溶液。将废晶片在1×1 cm2处采样，浸泡在新制备的清洗溶液中清洗10分钟。
图1为各金属元素与清洗溶液的反应图。所有金属与约pH 1到pH 7的清洗溶液反应形成化合物。在高pH条件下，螯合剂与金属杂质之间的反应活性高于在低pH条件下。这与金属离子和水合氢离子之间争夺同一活性位点的竞争有关。
随着pH值的增加，水合离子减少，金属离子与螯合剂的反应增加。因此，将清洗溶液的pH设置为pH 7，这是清洗溶液和金属反应形成配位化合物的pH范围中最高的pH条件。根据泊贝图，Fe、Zn、Al、Cu、Cr和Ni与清洗溶液反应，分别形成Fe(ox)3 3–，Zn(NH3)4 2+，Al(ox)3 3–，Cu(NH3)2+ ，Cr(NH3)5OH2+等配位化合物。
图1为(a) Fe、(b) Zn、(c) Al、(d) Cu、(e) Cr、(f) Ni的清洗溶液中金属的颜色
图2显示了晶圆在清洗溶液中清洗10分钟后的表面形状和元素分析结果。从图2(a)中可以看出，我们证实了废晶片表面存在大量杂质。如图2(b)所示，证实未检测到清洗后的晶片表面上残留的颗粒，也未检测到除硅以外的二次相。
因此，草酸清洗能顺利进行。图2(c)为放大后的晶片表面。如图2(c)所示，检测到少量残留颗粒，通过如图2(d)所示的元素分析，确认为Si。因此，晶片表面的粒子应该是在采样过程中产生的硅粒子。因此，由于清洗前在晶片表面检测到的金属杂质在清洗后没有检测到，因此清洗是成功的。此外，由于在清洗后的晶圆表面的形状中没有出现空位等缺陷，因此证明清洗溶液对晶圆没有显著影响。
图2 (a)为废晶片表面形状前后晶片表面形状和元素的分析，(b)为清洗后的晶片表面元素的分析，(c)为晶片表面形状，(d)清洗晶片表面颗粒元素分析
结论
英思特半导体公司想通过本研究试图制备一种理想的清洁废晶片的清洁方案。反应前，所有金属粉末的粒径分布均在10μm以上，但反应后的粒径分布在500 nm以下。此外，紫外分析结果显示，由于反应前后的金属具有不同的吸光度，预计金属与清洗溶液反应形成配位化合物。
为了确定清洗溶液的晶片清洗特性，在清洗前后分别进行了晶片表面形状和元素分析。与清洗前的废晶圆不同，清洗后的晶圆除了硅外没有显示任何其他相，也没有检测到空位等缺陷。通过此方法，英思特确定了添加螯合剂的清洗溶液的适用性。
江苏英思特半导体科技有限公司主要从事湿法制程设备，晶圆清洁设备，RCA清洗机，KOH腐殖清洗机等设备的设计、生产和维护。
