ALD工艺前是如何去除自然氧化物的？

ALD工艺前是如何去除自然氧化物的？

什么是自然氧化物？

在硅（Si）、锗（Ge）等半导体表面，只要出现了裸露的新鲜表面，并与含氧环境接触（空气、DI Water、臭氧等），就会在室温下自发形成一层极薄氧化层——这就是自然氧化物。这种反应通常是非常迅速的，会在硅表面形成一层极薄的二氧化硅 层，厚度通常在 10-20 埃左右。一旦这层氧化层形成，它会阻止氧气进一步扩散到内部，因此称为“自然氧化物”。为什么要在ALD之前去除这层自然氧化物？

自然氧化物带来的问题，通常体现在三类工艺节点：

自然氧化物质量很差，且是不良绝缘体。如果不去除，会导致接触电阻变大（在 Contact 工艺中），或者阻碍后续的高质量外延生长。

自然氧化层的去除方法？

传统的去除方法是湿法腐蚀（使用稀氢氟酸 DHF），但是湿法腐蚀在高端制程中会存在一些问题：再氧化；水痕等干燥问题。

因此可采用新型的干法清洗工艺(COR)，工艺分两步：

第一步：表面反应/改性

原理： 利用气态的氟化氢 (HF) 和氨气 (NH3) 在较低温度下吸附到晶圆表面进行反应。

工艺条件： 晶圆温度控制在 20~80°C。

化学反应：HF和 NH3 与表面的 SiO2 反应，生成固态的氟硅酸铵盐(NH₄)₂SiF₆（AFS）。

方程式：SiO2 + 6HF + 2NH3----》(NH4)2SiF6 + 2H2O。

(NH₄)₂SiF₆（AFS）是一层“可挥发/可升华”的改性产物。

第二步：蒸发/升华

原理： 对晶圆进行加热，使第一步生成的固态副产物分解并升华成气体被带走。

工艺条件： 加热至 100~200°C。

过程： 固态的(NH4)2SiF6分解为 SiF4, NH3, HF 等气体，从而暴露出清洁的硅表面。

特性： 这个过程有多少盐就蒸发多少。

COR法相比湿法的优势

1，极高的选择比 ： COR 几乎只腐蚀氧化硅，完全不损伤底层的硅。这对于超浅结器件至关重要。

2，适用性广： 不仅可以去除 SiO2，也可以清洗锗氧化物 (Ge Oxide)。

3，无等离子体损伤： 这是一个纯化学热反应过程，避免了物理轰击带来的晶格损伤。

4，便于集成 ： 因为是干法工艺，它可以直接与沉积设备（如 ALD 或 Epi 反应腔）集成在同一个真空传输平台上。这意味着清洗后，晶圆无需暴露在大气中即可直接进行沉积，彻底杜绝了自然氧化物的二次生长。