在半导体制造领域，随着制程工艺朝着 65 纳米以下的尺度不断深入，半导体器件的栅极材料逐渐从传统材质向镍硅转变。这一转变对镍沉积之前的表面处理技术提出了前所未有的严苛要求。传统的预清洁工艺，如氩电浆轰击工艺与氢氟酸沉浸工艺，在面对高精度、高集成度的制造需求时，暴露出一系列难以克服的弊端，开发一种全新且高效的预清洁工艺迫在眉睫，SiCoNi 预清洁工艺正是在这样的背景下应运而生。

传统预清洁工艺的困境

氩电浆轰击工艺的缺陷

氩电浆轰击工艺在工作过程中，高能的电浆和粒子持续冲击基底材料表面。这种高强度的物理轰击虽然能在一定程度上去除表面杂质，但同时也不可避免地对基底材料的微观结构造成损伤。这种损伤会在后续半导体器件的性能表现上体现出来，例如降低器件的电子迁移率，增加漏电风险，进而影响整个半导体器件的稳定性与可靠性。

氢氟酸沉浸工艺的不足

氢氟酸沉浸工艺采用化学腐蚀的方式去除表面氧化层。然而，在实际操作中，晶圆在不同机台间转移时，由于各机台的工作节奏不同，导致晶圆排队等待处理的时间存在较大差异。这种时间上的不确定性，使得晶圆表面在氢氟酸溶液中的腐蚀程度难以精准控制，极易产生 “尖峰缺陷”，严重影响晶圆表面的平整度。此外，该工艺对氧化硅和硅材料的腐蚀选择性不理想，在去除氧化硅的过程中，会过度腐蚀硅基底，导致硅基底的材料损失以及表面轮廓发生不可控的变化，这对于追求高精度的半导体制造工艺来说，是极为不利的。

SiCoNi 预清洁工艺的优势

温和高效的化学刻蚀

SiCoNi 预清洁工艺采用低强度的化学刻蚀机制，能够精准地从钴硅和镍硅表面去除氧化膜。与氩电浆轰击工艺相比，它完全避免了电浆和粒子的物理轰击，极大地降低了对基底材料的损伤风险，从源头上保障了半导体器件的性能不受损害。

高真空环境下的快速处理

该工艺在高真空环境中进行，晶圆表面处理完毕后，可立即被输送至镍沉积腔。这一特性彻底消除了晶圆在机台间转移过程中因排队等待所带来的时间差异问题，有效杜绝了 “尖峰缺陷” 的产生，确保了晶圆表面处理的一致性和稳定性。

卓越的腐蚀选择性

SiCoNi 预清洁工艺对氧化硅腐蚀展现出极高的选择性。当需要刻蚀 100Å 的二氧化硅时，几乎不会对多晶硅造成任何刻蚀，这使得硅基底的损失被控制在极低的水平，同时也保证了晶圆表面轮廓的稳定性，为后续的高精度制造工艺奠定了坚实基础。不过，其对二氧化硅和氮化硅的刻蚀选择性较为复杂，受到温度、NF₃和 NH₃的流量以及刻蚀时间等多种因素的综合影响，需要在实际操作中进行精准调控。

良好的电学性能表现

多家半导体制造商通过大量的实践验证，采用 SiCoNi 预清洁工艺能够获得更低的满电流以及分布更为集中的接触电阻。这主要得益于该工艺能够对镍和硅之间的界面进行优化处理，促使形成更加均匀的硅化物，从而显著提升半导体器件的电学性能。

广泛的应用范围

SiCoNi 预清洁工艺的应用场景十分广泛，不仅在镍硅表面处理方面表现出色，还能够拓展到许多其他硅或含硅表面的清理工作中，比如在钨节点衬垫层前的预清洁工序中，同样能够发挥其独特的优势。

SiCoNi 预清洁过程详解

蚀刻剂生成阶段

在刻蚀过程开启时，晶圆被精准放置在温度严格控制在 35℃的底座之上。通过低功率的等离子体激发，NF₃和 NH₃两种气体发生化学反应，转化为氟化氨（NH₄F）和二氟化氨（相关反应式 1）。此时，生成的氟化物在晶圆表面逐渐冷凝，为后续的氧化膜去除反应做好准备。

氧化反应形成副产物阶段

冷凝在晶圆表面的氟化物优先与晶圆表面的氧化物发生化学反应，生成六氟硅氨（(NH₄)₂SiF₆）（相关反应式 2）。这一反应过程具有高度的选择性，能够高效地去除氧化膜，同时最大限度减少对基底材料的影响。

晶圆位置调整阶段

进入原位退火阶段，晶圆片被机械装置平稳地移动到靠近加热部件（如加热喷头 showerhead）的位置，为后续的高温处理做好准备。

副产物升华阶段

随着流动氢气将热量传递至晶圆片，晶圆片在极短的时间内被迅速加热至 100℃以上。在高温环境下，之前生成的六氟硅氨发生分解并升华，转变为气态的 SiF₄、NH₃和 HF（相关反应式 3）。

气态副产物排出阶段

在真空泵强大的抽气作用下，升华形成的气态副产物被快速抽出腔体，确保腔体内的环境纯净，避免副产物对后续工艺产生干扰。

晶圆送出腔体阶段

完成上述所有步骤后，晶圆在腔体内缓缓下降至初始的正常位置，随后被顺利送出腔体，至此，整个 SiCoNi 预清洁过程圆满完成。