预清洁处理-----------纳米集成电路制造工艺 张汝京等 编著
当集成电路技术发展到 65nm 以下时，传统的预清洁处理（preclean）方式 HF dip 和 Ar sputter 已经不能满足制程的需要了，必须采用先进的SiCoNi预清洁处理腔。它主要包括两个步骤：刻蚀（etch） 和升华（sublimation）。NF3和 NH3在 plasma 的作用下产生活性粒子，活性粒子在低温条件下与硅片上的SiO2发生反应生成易升华的化合物（NH4）2SiF6，然后在高温下将化合物（NH4）2SiF6升华以达到除去 native oxide 的效果。其反应机理如图6.7所示。
与HF dip 和 Ar sputter 相比，SiCoNi具有诸多优点：
（1） SiCoNi 可以消除HF dip 过程中存在的Q-time 问题。由于 HF dip 与金属薄膜的生长必须在不同的机台上进行，在硅片传输的过程中，与大气接触使得硅片上重新生长一层薄薄的SiO2薄膜。
（2） SiCoNi是一种柔和的化学刻蚀的方式。Ar sputter preclean 方式会在反应腔内产生比较强的 plasma，对硅片表面产生强大的轰击效应，在除去SiO2的同时，也对硅片表面产生破坏作用，使硅片表面变得粗糙，缺陷增加，在形成硅化物的过程中容易形成尖峰状缺陷（spiking），见图6.8（a）。另外，反应腔内的 plasma 也会对硅片上的器件产生破坏作用。而SiCoNi采用remote plasma 的方式，在反应腔内没有 plasma，因此，对硅片表面和器件的破坏都较小，消除了尖峰状缺陷，见图 6.8（b）。
3） SiCoNi是一种高选择性的预清洁方式，
SiO2:Si≥20:1,SiO2:Si3N4>5:1。
图6.9为SiCoNi反应腔的结构，主要包括 remote plasma 发生器、hot showerhead、cold pedestal 等主要部件。remote plasma 产生器的主要作用是将NF3和 NH3的混合气体在plasma 作用下生成活性粒子。hot showerhead 的温度为180°C左右，硅片上的SiO2生成易升华的化合物（NH4）2SiF6后，会被升举而靠近 hot showerhead，将（NH4）2SiF6升华。由于（NH4）2SiF6只有在低温条件下才会生成，因此，cold pedestal 的温度较低，接近室温，为（NH4）2SiF6的生成提供条件。图 6.10为 SiCoNi工艺过程，硅片进入反应腔后，NF3和 NH3的混合气体在 remote plasma 发生器中产生活性粒子，活性粒子进入反应腔后与硅片表面的SiO2反应生成易升华的化合物（NH4）2SiF6，然后将硅片升举到 hot showerhead 附近，利用辐射加热的方式将硅片表面的（NH4）2SiF6升华，然后由真空泵将气体抽走。在实际工艺过程中，有时一步升华很难把硅片表面的副产物去除干净，往往采用两步或多步升华以达到彻底除去副产物的目的。
在实际的集成电路制造工艺中，为了确保机台在生产产品时不会出现问题，需要定期对机台进行测试（monitor），对于SiCoNi反应腔来说，当用长有SiO2的空白硅片测试在工艺过程中的颗粒（particle）缺陷时，发现将经过 SiCoNi preclean 的硅片放置一段时间之后，在硅片的中心会出现大量的particle，随着时间的增加，这种 particle 会自动减少，直至消失，这就是所谓的“幽灵（ghost）”缺陷，见图6.11，这会影响对机台实际状况的评估。为了克服这个缺陷，得到没有 ghost效应的测试结果，可采用裸露的硅片作为测试硅片。
