硅片清洗

2019年03月03日

硅片经过切片、倒角、研磨、表面处理、抛光、外延等不同工序加工后,表面已经受到严重的沾污,清洗的目的就是为了去除硅片表面颗粒、金属离子以及有机物等污染。

 

常用的硅片清洗技术有湿法清洗和干法清洗。

湿法清洗采用具有较强腐蚀性和氧化性的化学溶剂,如H2SO4、H2O2、DHF、NH3·H2O等溶剂,硅片表面的杂质粒子与溶剂发生化学反应生成可溶性物质、气体或直接脱落。为了提高杂质的清除效果,可以利用兆声、加热、真空等技术手段,最后利用超纯水清洗硅片表面,获取满足洁净度要求的硅片。

干法清洗指清洗过程中不采用化学溶剂,例如气相干洗技术、束流清洗技术。气相干洗技术采用气化无水HF与硅片表面的自然氧化层相互作用,可以有效的去除硅片表面的氧化物及氧化层中的金属粒子,并且具有一定的抑制硅片表面氧化膜产生的效果。气相干洗极大缩减了HF的用量而且加快了清洗的效率。

 

一、湿法清洗

1、RCA清洗

Kern等人于1965年提出了RCA清洗法,按照SPM、DHF、SC-1、SC-2顺序的RCA清洗技术基本上满足了大部分硅片洁净度的要求,而且使硅片表面钝化。用该方法清洗硅片,不仅提高了清洗效率、降低成本、节约时间、获得优异的表面洁净度,而且还提高了硅片的电化学性能。

 

2、超声清洗

超声波清洗是半导体工业中广泛应用的一种清洗方法,该方法的优点是:清洗效果好,操作简单,对于复杂的器件和容器也能清除,但该法也具有噪音较大、换能器易坏的缺点。

这种方法采用高频声波的机械作用、溶液的空化效应、化学试剂的络合反应,有效除去了硅片表面的有机、颗粒、金属离子杂质。采用类似的方法BongKyun等人利用0.83MHz的兆声波清洗硅片,效果更加优异,可去除0.3μm以下的颗粒杂质。

 

3、双流喷洗

双流雾化喷嘴清洗硅片利用喷嘴随旋转臂来回扫描硅片,硅片顺时针旋转。双流喷嘴采用高压高速喷射的气体冲击低俗流动的液体,破坏了液体的表面张力和液体分子之间的范德瓦尔斯键和氢键,使得液体雾化,成为纳米级的小液滴,在高压空气的作用下通过喷嘴高速喷射而出。

 

4、臭氧微泡法

利用臭氧的高活性和强氧化性来去除硅片表面的有机、颗粒杂质。臭氧溶解在水中生成高活性的OH基,OH基与有机物发生化学反应,除去硅片表面的有机杂质,同时在硅品表面覆盖了一层原子级光滑程度的氧化膜,有效隔离了杂质的再吸附。

此法清洗效果优异,基本除去了有机、颗粒杂质,达到了一般硅片洁净度的要求。同时,臭氧微泡清洗产生的污染废料少,清洗效率高,可用于大规模电路、硅片与LED的清洗。

 

二、干法清洗

1、干冰清洗

干冰微粒去除颗粒和有机物杂质的机理不同。去除颗粒杂质时,干冰颗粒与颗粒杂质发生弹性碰撞,产生动量转移,颗粒杂质被粉碎,随高速气流被带走。去除有机物杂质时,干冰颗粒与有机物发生非弹性碰撞,干冰颗粒液化包裹有机物脱离硅片表面,然后固化被高速气流带走。采用干冰微粒清洗技术对硅片进行清洗效果十分理想,而且对硅片表面无损害,不会污染环境,是一种理想的清洗技术。

 

2、紫外-臭氧清洗

UV/O3清洗技术可以有效的去除硅片表面的有机杂质,对硅片表面无损害,可以改善硅片表面氧化层的质量,但是对无机和金属杂质的清除效果不理想。采用相同的原理,WJLee和HTJeon利用UV/O3清洗过程中加入了HF,不仅除去了有机杂质而且对无机和金属杂质也有很好的清除效果。

 

3、气相清洗

气相清洗利用清洗剂高温气化,气流上升至材料表面,由于温度的差异发生冷凝,清洗剂溶解掉材料表面的杂质,回落到分离池,去除清洗剂中的水分和杂质后,清洗剂再回到加热槽进行气化,如此循环往复实现芯片表面清洗。

 

4、束流清洗技术

束流清洗是指在电场力的作用下,雾化的导电化学清洗剂通过毛细管形成细小的束流状,高速冲击在硅片表面上,使得杂质与硅原子之间的范德瓦尔斯键断裂,杂质脱离硅片表面,实现硅片清洁。激光束流清洗技术能够有效的去除微米级和亚微米级的杂质颗粒,而且不对硅片表面造成损坏,是一种潜力极大的新型清洗技术。

 

干法清洗和湿法清洗的对比

湿法清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位,但是由于化学试剂的使用会产生大量的有毒废液,造成环境污染。同时高集成化的器件要求硅片清洗要尽量减少对硅片表面的破坏和损伤,尽量减少溶液本身或工艺过程中带来的沾污,满足亚微米级器件的工艺要求,这对湿法清洗是一项巨大的挑战。

干法清洗技术能够在线清除硅片上的颗粒、有机物等沾污,清洗的精度达到了微米级,对硅片表面无损伤,是一种具有很好发展前景的清洗技术。但是由于技术方面的欠缺,导致干法清洗技术的成本较高,一直制约着其大面积的推广和发展。

 

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来源:北京中铖新材料科技有限公司
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