湿法清洗刻蚀液中过氧化氢的分解与补加

SC-1,SC-2,SPM中都添加了大量的H2O2,双氧水(H2O2)是提供氧化能力的核心化学品。然而,H2O2 在热力学上是不稳定的,极易发生分解。

准确控制各种清洗液中 H2O2的浓度,并在其分解后进行精准补加,

是晶圆厂湿法工艺工程师日常最重要的工艺控制工作之一。

H₂O₂分解的化学方程式为:

促使 H2O2分解的核心因素有四个:

1,温度 :温度越高,分解速率呈指数级加快。温度每升高10°C,分解速率约加倍,

2,pH 值 :H2O2 在酸性环境中相对稳定,但在碱性环境 中分解速度极快。

3,金属离子催化 :极其微量的过渡金属离子(特别是 Fe{2+}、Cu{2+})会作为催化剂,使 H2O2 瞬间剧烈分解。

4,光照:UV光子能量足以断开H-O键,加速分解,清洗液应避光保存和使用。

各种清洗液中H₂O₂的分解分析?

SPM(H₂SO₄/H₂O₂)

分解特点:最快、最剧烈

SPM的工作温度120--160°C,是所有清洗液中温度最高的,H₂O₂分解速率极快:

配制后H₂O₂半衰期只有数分钟到十几分钟

补加方式:

传统方式:现配现用,30--60分钟内用完,不补加,直接换新液。

现代晶圆厂方式:

实时在线监测H₂O₂浓度==》自动补加H₂O₂维持设定浓度==》H₂SO₄可以循环使用,只补加H₂O₂==》大幅减少化学品消耗和废液产生

SC-1(NH₄OH/H₂O₂/H₂O,APM)

分解特点:中等速率,碱性加速

SC-1工作温度65--80°C,pH 9--11,碱性环境对H₂O₂分解有催化作用:

H₂O₂在SC-1中的半衰期约1--3小时 。NH₄OH同样挥发损耗,70°C下NH₃挥发速率显著,NH₄OH浓度持续下降,pH随之下降,清洗效果劣化。

SC-2(HCl/H₂O₂/H₂O,HPM)

分解特点:相对最慢,酸性抑制

SC-2工作温度65--85°C,pH 1--2,酸性环境抑制H₂O₂分解,是三种清洗液中H₂O₂最稳定的:H₂O₂半衰期约2--4小时,HCl挥发损耗同样存在,但比NH₄OH慢。

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