SPM、DHF、BHF湿法清洗&干法刻蚀,最新资讯,MEMS微纳代加工定制化解决方案-引领mems器件工艺新潮

一、前言

除了此前介绍过的RCA清洗工艺以外，常见的湿法清洗还包括SPM、DHF、BHF等多种专用化学清洗体系。

二、湿法清洗

1、SPM清洗

SPM溶液由硫酸（H₂SO₄）与双氧水（H₂O₂）按一定比例混合而成。其核心清洗目标是去除晶圆表面的光刻胶及重有机污染物，如聚合残渣、油脂等，SPM是目前去除有机污染能力最强的湿法清洗液之一。SPM的清洗效果源于浓硫酸与双氧水反应生成的强氧化性，以及高温硫酸的脱水与溶解作用，两者协同实现有机物的快速碳化、氧化与溶解。浓硫酸本身的强脱水性会把有机物（光刻胶、油脂、碳氢）中H、O按 2:1 脱成水，残留碳化物。浓硫酸与双氧水混合时会生成过氧单硫酸（H₂SO₅），这是一种比H₂O₂更强的氧化剂，该反应还伴随产生高活性的氧自由基、羟基自由基等，这些物质可将碳化物彻底氧化为CO₂、H₂O、可溶性硫酸盐，并随溶液带走。

除了可以去除有机物以外，SPM溶液还可以去除部分金属杂质，H₂SO₅和羟基自由基会把金属氧化为高价离子，形成可溶性盐，溶解在酸性溶液中。

2、DHF清洗

DHF（稀氢氟酸）溶液由氢氟酸（HF）与去离子水（DIW）稀释而成，可选择性去除晶圆表面的原生氧化层，裸露纯净的硅表面，为后续沉积、刻蚀工序提供洁净基底。

SiO₂会溶解在DHF中，而Si在DHF中几乎不被刻蚀，因为氢终止的硅表面对 HF 呈惰性，据此原理可以安全的去除晶圆表面的原生氧化层，而不会伤害衬底本身。氧化层被完全去除后，硅表面的悬挂键被氢原子饱和，形成Si-H结构，该氢终止表面呈现高疏水性，并可在短期内保持不被氧化的状态，是外延工艺或沉积工艺等的理想界面。

3、BHF清洗

BHF（缓冲氢氟酸）溶液由氟化铵（NH₄F）、氢氟酸（HF）与去离子水（DIW）配制而成，可实现氧化层的可控刻蚀，相比DHF溶液，对硅片表面的损伤更低，适用于对表面平整度要求较高的先进制程。

三、干法刻蚀

干法清洗以气相化学作用、等离子体作用或物理轰击为核心机理，无需使用液体介质，可有效避免液体残留及表面张力导致的微结构损伤，适配敏感器件的清洗需求，是湿法清洗的重要补充。

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等离子体清洗机

1、等离子体清洗

等离子清洗是干法清洗中应用最广泛的技术，其原理是利用O₂、Ar、N₂等气体在高频电场作用下电离形成等离子体，等离子体可将晶圆表面的有机物氧化分解为易挥发的气体（如CO₂、H₂O），同时离子轰击作用可剥离表面附着的颗粒杂质，具有无残留、低损伤、适配复杂结构的优势，广泛应用于高深宽比结构清洗、光刻胶剥离等场景。

2、气相刻蚀

气相刻蚀主要以气态 HF 为反应介质，在气固界面与原生氧化层 SiO₂发生化学反应，将氧化层逐步刻蚀并生成易挥发的氟化物气体，随载气被抽离腔体；同时可去除氧化层内嵌的金属杂质与微颗粒，刻蚀后硅表面形成 Si-H 键钝化结构，有效抑制再次氧化。该刻蚀方法选择性极高，无液体表面张力，无毛细力作用，适合高深宽比结构，但金属污染去除能力弱。

3、干冰清洗

干冰清洗对亚微米级颗粒和有机沾污有较好的去除效果。当高速干冰颗粒撞击晶圆表面时，沾污在短时间内温度骤降，发生脆性转变，弹性模量降低，原本牢固附着在晶圆表面的沾污因内部热应力而产生微裂纹，因沾污与晶圆的热膨胀系数不同，温差导致的体积收缩差异会在界面处产生剪切应力，促使污染物从基底剥离。此外干冰颗粒撞击在晶圆表面后，在极短时间内迅速从固态升华为气态，体积瞬时膨胀，产生爆破气流，由内向外剥离沾污，与此同时，干冰在高速撞击晶圆表面时所带来的冲击动能也可促使沾污脱离。

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