引言
半导体器件制造工艺很久以来依赖于湿式的化学氧化性溶液来清除光刻胶以及来灰化后清洗的带来的有机污染物和晶圆盒等带来的污染物。在形成栅、晶体管和电容结构的前段工艺（FEOL）中，用于去胶和有机清洗的最常见的湿式化学制剂是一种H2SO4和H2O2的混合物，被称作“piranha”或“SPM”。
使用SPM溶液来进行光刻胶剥离或灰化后清洗的前段工艺步骤的多少取决于需要制备的具体器件，其变化范围从15到30步。大多数现代器件的去胶使用等离子灰化的方法，然后使用一种湿式化学方法来清除灰化工艺后的残留物。这里的等离子工艺会产生损伤，也就是说工艺流程需要一种非等离子的光刻胶剥离工艺。目前，SPM湿式去胶已经成为最通用的光刻胶剥离方法。
在当今的微电子行业中，人们都关注如何减少运行成本以提高利润，这无疑需要采用降低缺陷率及拥有成本（CoO）的工艺。达成目标有许多方法，其中之一就是用清洗效果更佳、成本更低廉且效果更好的工艺，来替代昂贵的或良率低的工艺。
在前段工艺中，一个已经证明具有良好投资回报率并能提高器件性能的方
法就是使用臭氧和水。以某种方式混合臭氧和水后，它们被用于替代SPM及其他工艺。当然，对于任何工艺，工艺媒质结合的方法都有高效和低效之分。在臭氧工艺这个例子中，臭氧的独特性质给以水的形式来进行的臭氧高效利用提出了挑战。在这篇文章中，将讨论如何以最有效的方式来利用臭氧以达到工艺和经济上的目标。
背景
● 光刻胶剥离和有机清洗
光刻胶剥离一般采用等离子灰化，其次常用的是湿式工艺。在大多数情况下，湿式清洗是在灰化之后进行，用来清除等离子工艺导致的有机物或聚合物残留。湿式清洗使用的溶液差不多都是SPM－氢氧化铵/过氧化氢/去离子水（APM）的混合物。氧化能力很强的SPM可以清除残余的有机物和可溶解聚合物，然后SC1可以去除SPM留下的硫酸盐、微粒和盐可溶的聚合物。
SPM溶液一般是硫酸（H2SO4）和过氧化氢（H2O2）的混合物，混合比例范围在2:1到10:1之间。这种化学溶液常常被称作“Piranha”或“SPM”。该溶液的使用温度范围从90℃到高达140℃。
APM溶液一般是氢氧化铵、过氧化氢和水的混合物，混合比例从1:1:5到1:1:100。该溶液的使用温度范围从65℃到85℃。
用于光刻胶剥离和灰化后清洗的SPM-APM溶液的最常见传送方式是批处理沉浸设备或批处理喷雾设备。在批处理沉浸设备中，化学溶液一般是经过过滤然后循环使用；在喷雾设备中，取决于所用设备的情况，化学溶液可以被过滤后循环使用或者只使用一次。
● 改变湿式工艺的样式
器件制备的前景总是处在变化中。而我们的工艺一直以来是相对比较稳定的，但是来自多方面的挑战正在迫使业界重新考虑如何改进湿式工艺。
这里至少有三个因素在推动湿式工艺变化：器件设计的变化，低成本制造的要求，以及对环境无害工艺的需求。满足这三个因素的关键在于开发出能够实现器件、经济和环境三者之间平衡的应用方案。
在65纳米及其以下节点时，先进集成电路的器件设计需要更薄的栅介电层，目前它在朝着高介电材料的方向发展。这里仅讨论两个推动因素。现在的工艺集成要求更低的金属离子污染物，更少的氧化物损失和硅损失。传统的化学清洗试剂，例如SPM和APM都含有金属离子，它们对新式栅结构的电学性能有负面影响，或者说至少引入了很难追踪的随机缺陷。目前，金属离子标准要求是5E09-5E10个原子/cm2。如此严格的金属离子污染物含量要求清洗工艺和媒介物更为清洁。传统的化学试剂导致的氧化物损失也超出了先进工艺每次清洗损失小于0.25埃的要求。使用APM还会对硅粗糙度产生影响，并造成硅的损失。下面将要给出的数据显示了基于稀释臭氧的工艺在这方面的好的效果，以及这种方法如何在传统湿式工艺之外提供了另一个选择。
而传统化学试剂的另一个不利方面是不同清洗批次间存在变化。对于SPM和APM，除非它们是一次性使用，否则从化学成分初次被混合的时刻t0到化学物质被替换的时刻，溶液的组分是变化的。而这种变化性肯定会对清洗效率和器件电学性能有影响。
器件制造成本在当前竞争激烈的全球IC市场中变得越来越重要。所以，必须考虑所有的成本推动因素。湿式工艺是制造生产线上消耗密集的一部分，因此必需把它作为降低成本的主要方面。通过淘汰传统化学试剂，我们可以降低消耗品的开支，减少使用去离子水的成本。在下面的讨论中我们将给出支持这一看法的数据。
最后，我们需要考虑的是环境因素。这是因为减少传统化学试剂的使用和水的消就是对环境是有好处的。因此，向高效的稀释化学工艺发展将会为环境带来积极的效益。