硅片清洗原理与方法综述
硅片清洗技术
超声波清洗技术：
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。
该法的清理原理如下：在强烈的超声波作用下(常用的超声波频率为20kHz到40kHz左右),液体介质内部会产生疏部和密部,疏部产生近乎真空的空腔泡,当空腔泡消失的瞬间,其附近便产生强大的局部压力,使分子内的化学键断裂，因此使硅片表面的杂质解吸。
当超声波的频率和空腔泡的振动频率共振时，机械作用力达到最大，泡内积聚的大量热能，使温度升高，促进了化学反应的发生。
超声波清洗的效果与超声条件（如温度、压力、超声频率、功率等）有关，而且提高超声波功率往往有利于清洗效果的提高，但对于小于1μm的颗粒的去除效果并不太好。
该法多用于清除硅片表面附着的大块污染和颗粒。
兆声波清洗技术：
兆声波清洗不但保存了超声波清洗的优点，而且克服了它的不足。
兆声波清洗的机理是由高能(850kHz)频振效应并结合化学清洗剂的化学反应对硅片进行清洗的。
在清洗时，由换能器发出波长为1μm频率为0.8兆赫的高能声波。
溶液分子在这种声波的推动下作加速运动，最大瞬时速度可达到30cm/s。
因此，形成不了超声波清洗那样的气泡,而只能以高速的流体波连续冲击晶片表面,使硅片表面附着的污染物的细小微粒被强制除去并进入到清洗液中。
兆声波清洗抛光片可去掉晶片表面上小于0.2μm的粒子,起到超声波起不到的作用。
这种方法能同时起到机械擦片和化学清洗两种方法的作用。
目前兆声波清洗方法已成为抛光片清洗的一种有效方法。
硅片清洗原理与改进方法毕业论文[管理资料]
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毕业设计（论文）题目硅片清洗原理与改进方法所属系太阳能科学与工程系专业光伏材料加工与应用技术硅片清洗原理与改进方法摘要随着大规模集成电路的发展, 集成度的不断提高, 线宽的不断减小, 对硅片的质量要求也越来越高, 特别是对硅抛光片的表面质量要求越来越严。
在硅晶体管和集成电路生产中, 几乎每道工序都有硅片清洗的问题, 硅片清洗的好坏对器件性能有严重的影响, 处理不当, 可能使全部硅片报废, 做不出管子来, 或者制造出来的器件性能低劣, 稳定性和可靠性很差。
因此弄清楚硅片清洗的方法和原理, 不管是对于从事硅片加工的人, 还是对于从事半导体器件生产的人来说都有着重要的意义。
本文对硅片清洗的基本理论、常用工艺方法和技术进行了详细的论述, 同时对一些常用的清洗方案进行了浅析, 并对硅片清洗的重要性和发展前景作了简单论述。
最后介绍了清洗工艺的最新进展。
关键词：硅片；清洗；湿法化学清洗；干法清洗技术；最新进展Silicon wafer cleaning principle and improvingmethodsAbstractAlong with the development of large scale integrated circuit, the constant improvement of the level of integration, the line width of constantly decrease, the quality requirements of the silicon wafer of more and more is also high, especially in silicon PaoGuangPian surface quality requirements more and more severe.In silicon transistors and integrated circuit production, almost every process is the problem of silicon cleaning, the stand or fall of silicon cleaning device performance to have a serious impact, processes improper, may make all silicon scrap, can't make the tube to, or made the inferior device performance, stability and reliability is poor. So clear of the silicon cleaning method and principle, whether it be for wafer processing in person, still engaged in the production of semiconductor devices for people is of great significance.In this paper, the basic theory of silicon cleaning process method and common techniques are discussed in detail, at the same time for some commonly used cleaning solution for shallow, and the importance of silicon cleaning and development prospects were simply discusses. At last, the paper introduces the latest progress of the cleaning process.Keywords：Silicon wafer; Cleaning; Wet chemical cleaning; Dry cleaning technology; The latest progress of the目录摘要 (I)Abstract (II)第1章硅片清洗的基本理论 (1)硅面的表面状态与洁净度问题 ...................... 错误!未定义书签。
硅的清洗实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 掌握硅表面清洗的基本原理和方法。
2. 了解不同清洗剂对硅表面污染物的去除效果。
3. 分析清洗过程对硅表面形貌和结构的影响。
二、实验原理硅表面清洗是微电子制造过程中的重要环节，其目的是去除硅表面残留的有机物、金属离子、氧化物等污染物。
清洗方法主要有物理清洗和化学清洗两种。
物理清洗包括超声波清洗、机械清洗等；化学清洗则利用清洗剂与污染物发生化学反应，将其溶解、分解或沉淀，从而实现清洗目的。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：- 硅片（直径100mm，厚度500μm）- 氯化钠、氢氧化钠、硝酸、丙酮、乙醇、蒸馏水等2. 实验仪器：- 超声波清洗机- 电子天平- 显微镜- X射线衍射仪（XRD）- 扫描电子显微镜（SEM）四、实验步骤1. 准备实验材料：将硅片用丙酮和乙醇清洗，去除表面的油污和有机残留物。
2. 氯化钠清洗：将硅片浸泡在0.5mol/L的氯化钠溶液中，超声清洗10分钟，取出后用蒸馏水冲洗。
3. 氢氧化钠清洗：将硅片浸泡在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，超声清洗10分钟，取出后用蒸馏水冲洗。
4. 硝酸清洗：将硅片浸泡在1mol/L的硝酸溶液中，超声清洗10分钟，取出后用蒸馏水冲洗。
5. 比较清洗效果：将清洗后的硅片用显微镜观察表面形貌，并用XRD和SEM分析其结构变化。
6. 记录实验数据：记录不同清洗剂对硅片重量、表面形貌、结构的影响。
五、实验结果与分析1. 氯化钠清洗：氯化钠清洗后，硅片表面残留物较少，但仍有部分残留。
清洗效果一般。
2. 氢氧化钠清洗：氢氧化钠清洗后，硅片表面残留物明显减少，表面形貌较为光滑。
XRD分析显示，硅片结构未发生明显变化。
清洗效果较好。
3. 硝酸清洗：硝酸清洗后，硅片表面残留物最少，表面形貌最为光滑。
XRD分析显示，硅片结构未发生明显变化。
清洗效果最佳。
4. 清洗效果比较：通过实验结果可知，硝酸清洗效果最佳，其次是氢氧化钠清洗，氯化钠清洗效果最差。
硅片超声波 清洗技术
硅片超声波清洗技术在半导体材料的制备过程中，每一道工序都涉及到清洗，而且清洗的好坏直接影响下一道工序，甚至影响器件的成品率和可靠性。
由于ULSI集成度的迅速提高和器件尺寸的减小，对于晶片表面沾污的要求更加严格，ULSI工艺要求在提供的衬底片上吸附物不多于500个/m2×0.12um，金属污染小于1010atom/cm2。
晶片生产中每一道工序存在的潜在污染，都可导致缺陷的产生和器件的失效。
因此，硅片的清洗引起了专业人士的重视。
以前很多厂家都用手洗的方法，这种方法人为的因素较多，一方面容易产生碎片，经济效益下降，另一方面手洗的硅片表面洁净度差，污染严重，使下道工序化抛腐蚀过程中的合格率较低。
所以，硅片的清洗技术引起了人们的重视，找到一种简单有效的清洗方法是当务之急。
本文介绍了一种超声波清洗技术，其清洗硅片的效果显著，是一种值得推广的硅片清洗技术。
硅片表面污染的原因晶片表面层原子因垂直切片方向的化学键被破坏而成为悬空键，形成表面附近的自由力场，尤其磨片是在铸铁磨盘上进行，所以铁离子的污染就更加严重。
同时，由于磨料中的金刚砂粒径较大，造成磨片后的硅片破损层较大，悬挂键数目增多，极易吸附各种杂质，如颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子、硅粉粉尘等，造成磨片后的硅片易发生变花、发蓝、发黑等现象，使磨片不合格。
硅片清洗的目的就是要除去各类污染物，清洗的洁净程度直接决定着ULSI向更高集成度、可靠性、成品率发展，这涉及到高净化的环境、水、化学试剂和相应的设备及配套工艺，难度越来越大，可见半导体行业中清洗工艺的重要性。
图：硅片表面黑点的扫面电子显微镜照片实验及结果分析1.实验设备和试剂实验设备：SQX-3916硅片清洗机实验使用的试剂：有机碱、Q325-B清洗剂、活性剂、去离子水、助磨剂2.实验过程（1）超声波清洗的基本原理利用28KHz以上的电能，经超声波换能器转换成高频机械振荡而传入到清洗液中。
超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射，使液体流动，并不停地产生数以万计的微小气泡。
硅片清洗工艺原理及现状
硅片清洗工艺原理及现状硅片清洗工艺是半导体工业中非常重要的一项工艺，它主要用于去除硅片表面的杂质和污染物，保证硅片表面的纯净度和光洁度，从而提高半导体器件的制造质量和性能。
本文将从硅片清洗工艺的原理和现状两个方面进行探讨。
一、硅片清洗工艺的原理硅片清洗工艺的原理可以分为物理清洗和化学清洗两个方面。
物理清洗主要是通过机械力和流体力的作用，去除硅片表面的颗粒、尘埃等杂质。
常见的物理清洗方法有超声波清洗、喷洗清洗和旋转清洗等。
其中，超声波清洗是一种利用超声波的高能量和高频率振动来产生液体中的微小气泡，从而形成强大的冲击力和剥离力，将硅片表面的污染物剥离下来的方法。
喷洗清洗则是通过高速喷射的液体流动来冲击和清洗硅片表面的污染物。
旋转清洗则是将硅片浸泡在清洗液中，通过旋转硅片来增加清洗液与硅片表面的接触面积，从而加强清洗效果。
化学清洗主要是利用化学反应来去除硅片表面的有机和无机污染物。
常见的化学清洗方法有酸洗、碱洗和氧化洗等。
酸洗是通过将硅片浸泡在酸性溶液中，利用酸对污染物进行化学反应，从而去除硅片表面的有机和无机污染物。
碱洗则是利用碱性溶液对硅片表面的污染物进行中和和溶解，从而实现清洗的目的。
氧化洗则是将硅片置于氧化剂溶液中，利用氧化剂对硅片表面的污染物进行氧化和溶解。
二、硅片清洗工艺的现状硅片清洗工艺已经非常成熟，并且在半导体工业中得到广泛应用。
随着半导体器件的不断发展和制造工艺的不断进步，硅片清洗工艺也在不断改进和创新。
在物理清洗方面，超声波清洗是目前最常用的物理清洗方法之一。
它具有清洗效果好、能耗低的优点，可以在不损伤硅片表面的情况下去除硅片表面的污染物。
此外，喷洗清洗和旋转清洗也得到了广泛的应用。
在化学清洗方面，酸洗和碱洗仍然是主要的化学清洗方法。
但是，由于酸洗和碱洗会产生大量的废液和废气，对环境造成污染，因此研究人员正在寻找更环保的清洗方法。
例如，一些研究者正在开发利用超临界流体进行清洗的方法，超临界流体具有较高的溶解能力和较低的粘度，可以更彻底地去除硅片表面的污染物，并且不会对环境造成污染。
清洗硅片流程
清洗硅片流程以清洗硅片流程为标题，我们将详细介绍硅片清洗的步骤和方法。
硅片清洗是半导体制造过程中非常关键的一环，因为只有确保硅片表面的干净和纯净，才能保证器件的性能和质量。
下面将详细介绍硅片清洗的步骤和方法。
一、去除有机污染物1. 酸洗：将硅片浸泡在稀酸溶液中，如氢氟酸、硝酸等，以去除有机污染物。
酸洗可以将有机物氧化并去除，但需要注意控制酸浓度和浸泡时间，以免对硅片造成损害。
2. 碱洗：将硅片浸泡在强碱溶液中，如氢氧化钠溶液，以去除酸洗过程中残留的酸性物质和有机污染物。
碱洗还可以去除硅片表面的金属离子和杂质，提高硅片的纯净度。
二、去除无机污染物1. 酸洗：将硅片浸泡在浓酸溶液中，如氢氟酸、硝酸等，以去除无机污染物。
酸洗可以将金属离子和无机杂质溶解掉，并去除硅片表面的氧化物层，使硅片表面更加纯净。
2. 碱洗：将硅片浸泡在强碱溶液中，如氢氧化钠溶液，以去除酸洗过程中残留的酸性物质和无机污染物。
碱洗还可以去除硅片表面的金属离子和杂质，提高硅片的纯净度。
三、超纯水清洗1. 浸泡：将硅片浸泡在超纯水中，可以去除酸洗和碱洗过程中的残留物和离子。
超纯水要经过多级过滤和去离子处理，确保其纯净度达到要求。
2. 喷淋：使用超纯水进行喷淋，可以有效清洗硅片表面的微小颗粒和污染物。
喷淋时要注意水流的速度和角度，以避免对硅片表面造成损伤。
四、干燥1. 自然干燥：将硅片放置在洁净的环境中，通过自然蒸发的方式使其干燥。
这种方法适用于对时间要求不严格的情况。
2. 热干燥：将硅片放入烘箱或使用氮气吹干，以加快干燥速度。
热干燥可以去除硅片表面的水分，避免水分残留导致的氧化和污染。
五、质量检查在清洗完成后，需要对硅片进行质量检查，以确保清洗效果符合要求。
常用的质量检查方法包括显微镜观察、表面轮廓仪测量等。
六、封装保护清洗完成后的硅片需要进行封装保护，以防止再次受到污染和损伤。
常用的封装方法包括真空封装、氮气封装等。
以上就是硅片清洗的流程和方法介绍。
第五章硅片加工--硅片清洗
浓硫酸的安全使用：较强的吸水性，放热性。 不可：将水倒入浓硫酸。 正确：浓硫酸缓缓倒入水中，并不断搅拌。
(4) HF酸——危险
用途：强腐蚀性，主要用来腐蚀SiO2，而不腐 蚀Si
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
SiF4+2HF=H2[SiF6] 使用：表面存在SiO2将其腐蚀完，即结束，
3）金属杂质
这是一种最重要的污染物。比如Cu、Fe、Al、 Mn等原子或者离子。
危害：导致硅表面电阻率降低，并且随温度 不稳定，器件易被击穿。
分为两类：
1）物理吸附在硅表面，一般较大金属颗粒。
2）化学吸附，形成金属硅化物，即成化学键。
清洗方法：依靠化学清洗，腐蚀表层的硅， 附带将其清除，或者依靠形成络合物而去除。
2）1961年到1971年，研究清楚了污染的形成 机理和清洗的原理。而且Kern发明了RCA清 洗方法，主要由SC-1和SC-2两种清洗液。这 是硅片清洗技术发展的重要里程碑。
3）1972年到1989年，全世界广泛研究RCA清 洗的原理，并对其进行不断改进。
4）1989年至今，广泛研究RCA清洗机理与动 力学过程，并在此基础上，发展新型清洗方 法。
这些清洗，一般称为：切割片清洗，研磨 片清洗，抛光片清洗，其中抛光片清洗对 洁净度要求最高。
扫描电镜（SEM）测量的材料表面图像
2）材料表面的特点
表面的特点：
最表层存在悬挂键，即不饱和键。 表面粗糙不平整。 微观表面积可能很大，而不同于宏观的表面。 存在较强局域电场。
表面的这些特点决定，表面易吸附杂质颗粒， 而被沾污。
(2)浓硝酸——HNO3 特点：强氧化性。 用途：溶解金属颗粒。
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O 3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O 4Mg+10HNO3(稀)=4Mg(NO3)2+NH4NO3↑+
硅片加工-硅片清洗
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硅片分类
根据用途和纯度要求，硅片可分为电 子级、太阳能级、化学级等不同级别 ，不同级别的硅片在纯度、厚度、电 阻率等方面有不同的要求。
硅片表面污染物的种类和来源
表面污染物种类
硅片表面常见的污染物包括尘埃、金属离子、有机物、化学 残留物等，这些污染物可能来源于原料、加工过程或环境因 素。
表面污染物来源
06 硅片清洗的应用与发展趋 势
硅片清洗在光伏产业中的应用
硅片作为光伏电池的主要材料，其表面清洁度对光伏电池的性能至关重要。清洗 硅片可以去除表面的杂质和污染物，提高硅片的反射率和转换效率，从而提高光 伏电池的发电效率。
在光伏产业中，硅片清洗技术不断发展，从传统的手工清洗、超声波清洗到自动 清洗和机器人清洗，清洗效率和清洁度不断提高，为光伏产业的发展提供了有力 支持。
喷淋法
总结词
通过喷嘴将清洗液喷洒在硅片表面，利用高速水流将污渍冲刷掉。
详细描述
喷淋法适用于大面积硅片的清洗，能够快速去除硅片表面的污渍和残留物。喷嘴 的角度、距离和清洗液的流量都会影响清洗效果，需要根据实际情况进行调整。
超声波清洗法
总结词
利用超声波在清洗液中产生的高频振动，使污渍与硅片表面分离。
要指标。
表面粗糙度
硅片表面的粗糙度影响其光学 和电学性能，需控制在一定范 围内。
腐蚀度
清洗过程中对硅片的腐蚀程度 ，需控制在最低限度。
清洗效率
单位时间内清洗一定数量硅片 的速率，是衡量清洗效率的指
标。
硅片清洗质量检测的方法与设备
目视检测
颗粒计数器
表面粗糙度仪
化学分析
通过肉眼观察硅片表面， 判断其清洁度和表面质
硅片清洗原理与方法综述
硅片清洗原理与方法综述刘传军 赵权 刘春香 杨洪星(电子四十六所,天津 300220)摘要 对硅片清洗的基本理论、常用工艺方法和技术进行了详细的论述,同时对一些常用的清洗方案进行了浅析,并对硅片清洗的重要性和发展前景作了简单论述。
关键词 硅片 清洗 湿法化学清洗中图分类号:TN30512 文献标识码:A 文章编号:100125507(2000)2230207 Theory and M ethod of Sil icon W afer Clean i ngL iu Chuan jun,Zhao Q uan,L iu Chunx iang,Yang Hongx ing(T he46th Institu te(E lectronics),T ianj in300220)Abstract In th is p ap er,the m ethods and m echan is m of silicon w afer clean ing are p re2 sen ted.Som e cases u sing silcon w afer clean ing are discu ssed.T he i m po rtance and ten2 dency of silicon w afer clean ing are also given b riefly.Keywords Silicon w afer C lean ing W et chem ical clean ing1 引 言随着大规模集成电路的发展,集成度的不断提高,线宽的不断减小,对硅片的质量要求也越来越高,特别是对硅抛光片的表面质量要求越来越严。
这主要是因为抛光片表面的颗粒和金属杂质沾污会严重影响器件的质量和成品率,对于线宽为0135Λm的64兆DRAM器件,影响电路的临界颗粒尺寸为0106Λm,抛光片的表面金属杂质沾污应全部小于5×1016at c m2,抛光片表面大于012Λm的颗粒数应小于20个 片[1]。
硅片清洗原理与方法介绍
硅片清洗原理与方法介绍1引言硅片经过切片、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。
2硅片清洗的常用方法与技术在半导体器件生产中，大约有20％的工序和硅片清洗有关，而不同工序的清洗要求和目的也是各不相同的，这就必须采用各种不同的清洗方法和技术手段，以达到清洗的目的。
由于晶盟现有的清洗设备均为Wet-bench类型，因此本文重点对湿法化学清洗的基本原理、常用方法及其它与之密切相关的技术手段等进行论述3．1湿法化学清洗化学清洗是指利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或溶解作用，或伴以超声、加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清除物体的表面脱附（解吸），然后用大量高纯热、冷去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。
化学清洗又可分为湿法化学清洗和干法化学清洗，其中湿法化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位，因此有必要首先对湿法化学清洗及与之相关的技术进行全面的介绍。
3．1．1常用化学试剂、洗液的性质常用化学试剂及洗液的去污能力，对于湿法化学清洗的清洗效率有决定性的影响，根据硅片清洗目的和要求选择适当的试剂和洗液是湿法化学清洗的首要步骤。
表一、用以清除particle、metal、organic、nature-oxide的适当化学液3．1．2溶液浸泡法溶液浸泡法就是通过将要清除的硅片放入溶液中浸泡来达到清除表面污染目的的一种方法，它是湿法化学清洗中最简单也是最常用的一种方法。
它主要是通过溶液与硅片表面的污染杂质在浸泡过程中发生化学反应及溶解作用来达到清除硅片表面污染杂质的目的。
选用不同的溶液来浸泡硅片可以达到清除不同类型表面污染杂质的目的。
如采用有机溶剂浸泡来达到去除有机污染的目的，采用1号液（即SC1，包含H2O2、NH3OH化学试剂以及H2O）浸泡来达到清除有机、无机和金属离子的目的，采用2号液（即SC2，包含HCL、H2O2化学试剂以及H2O）浸泡来达到清除AL、Fe、Na等金属离子的目的。
(完整word版)硅片清洗及原理.
硅片清洗及原理硅片的清洗很重要,它影响电池的转换效率,如器件的性能中反向电流迅速加大及器件失效等。
因此硅片的清洗很重要,下面主要介绍清洗的作用和清洗的原理。
清洗的作用1.在太阳能材料制备过程中,在硅表面涂有一层具有良好性能的减反射薄膜,有害的杂质离子进入二氧化硅层,会降低绝缘性能,清洗后绝缘性能会更好。
2.在等离子边缘腐蚀中,如果有油污、水气、灰尘和其它杂质存在,会影响器件的质量,清洗后质量大大提高。
3.硅片中杂质离子会影响P-N 结的性能,引起P-N 结的击穿电压降低和表面漏电,影响P-N 结的性能。
4.在硅片外延工艺中,杂质的存在会影响硅片的电阻率不稳定。
清洗的原理要了解清洗的原理,首先必须了解杂质的类型,杂质分为三类:一类是分子型杂质,包括加工中的一些有机物;二类是离子型杂质,包括腐蚀过程中的钠离子、氯离子、氟离子等;三是原子型杂质,如金、铁、铜和铬等一些重金属杂质。
目前最常用的清洗方法有:化学清洗法、超声清洗法和真空高温处理法。
1.目前的化学清洗步骤有两种:(1有机溶剂(甲苯、丙酮、酒精等→去离子水→无机酸(盐酸、硫酸、硝酸、王水→氢氟酸→去离子水(2碱性过氧化氢溶液→去离子水→酸性过氧化氢溶液→去离子水下面讨论各种步骤中试剂的作用。
a.有机溶剂在清洗中的作用用于硅片清洗常用的有机溶剂有甲苯、丙酮、酒精等。
在清洗过程中,甲苯、丙酮、酒精等有机溶剂的作用是除去硅片表面的油脂、松香、蜡等有机物杂质。
所利用的原理是“相似相溶”。
b.无机酸在清洗中的作用硅片中的杂质如镁、铝、铜、银、金、氧化铝、氧化镁、二氧化硅等杂质,只能用无机酸除去。
有关的反应如下:2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OCu+2H2SO4= CuSO4 +SO2↑+2H2O2Ag+2H2SO4=2Ag2SO4+SO2↑+2H2OCu+4HNO3= Cu(NO32 +2NO2↑+2H2OAg+4HNO3= AgNO3+2NO2↑+2H2OAu+4HCl+HNO3=H[AuCl4]+NO↑+2H2OSiO2+4HF=SiF4↑+2H2O如果HF 过量则反应为:SiO2+6HF=H2[SiF6]+2H2OH2O2 的作用:在酸性环境中作还原剂,在碱性环境中作氧化剂。
硅片清洗原理与方法介绍
硅片清洗原理与方法介绍1引言硅片经过切片、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。
2硅片清洗的常用方法与技术在半导体器件生产中，大约有20％的工序和硅片清洗有关，而不同工序的清洗要求和目的也是各不相同的，这就必须采用各种不同的清洗方法和技术手段，以达到清洗的目的。
由于晶盟现有的清洗设备均为Wet-bench类型，因此本文重点对湿法化学清洗的基本原理、常用方法及其它与之密切相关的技术手段等进行论述3．1湿法化学清洗化学清洗是指利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或溶解作用，或伴以超声、加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清除物体的表面脱附（解吸），然后用大量高纯热、冷去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。
化学清洗又可分为湿法化学清洗和干法化学清洗，其中湿法化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位，因此有必要首先对湿法化学清洗及与之相关的技术进行全面的介绍。
3．1．1常用化学试剂、洗液的性质常用化学试剂及洗液的去污能力，对于湿法化学清洗的清洗效率有决定性的影响，根据硅片清洗目的和要求选择适当的试剂和洗液是湿法化学清洗的首要步骤。
CL2+UV（〈400nm〉表一、用以清除particle、metal、organic、nature-oxide的适当化学液3．1．2溶液浸泡法溶液浸泡法就是通过将要清除的硅片放入溶液中浸泡来达到清除表面污染目的的一种方法，它是湿法化学清洗中最简单也是最常用的一种方法。
它主要是通过溶液与硅片表面的污染杂质在浸泡过程中发生化学反应及溶解作用来达到清除硅片表面污染杂质的目的。
选用不同的溶液来浸泡硅片可以达到清除不同类型表面污染杂质的目的。
如采用有机溶剂浸泡来达到去除有机污染的目的，采用1号液（即SC1，包含H2O2、NH3OH化学试剂以及H2O）浸泡来达到清除有机、无机和金属离子的目的，采用2号液（即SC2，包含HCL、H2O2化学试剂以及H2O）浸泡来达到清除AL、Fe、Na等金属离子的目的。
硅片清洗原理与方法综述
2.4硅片清洗的一般程序杂质可以分为分子型，离子型和原子型三种情况。
分子型大多为油脂类的杂质，有疏水性。
离子和原子型为化学吸附杂质，其吸附力较强。
所以步骤为去分子→去离子→去原子→去离子水清洗。
另外为了取出硅片表面的氧化层，常要增加一个稀氢氟酸浸泡步骤。
3.1湿法化学清洗利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或融解作用，或伴以超声，加热，抽真空等物理措施，使杂事从被清除的物体的表面脱附，然后用大量的高纯热，冷去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。
3.1.1常用化学试剂及洗液的性质3.1.2溶液浸泡法最简单，最常用的方法，但是效率往往不及如人意，所以往往伴以加热，超声，搅拌等物理措施。
3.13机械擦洗法高压擦片机由于无机械摩擦，则不会划伤硅片的表面，而且可以达到清除槽痕里的沾污。
3.14超声波清洗技术其优点是：清洗效果号，操作简单，对于复杂的器件和容器也能清洗。
原理：在频率为20kHz到40kHz的超声波的作用下，液体介质内部会产生疏部和密部，疏部产生近乎真空的空腔泡，当空腔泡消失的瞬间，其附近便产生强大的局部压力。
使分子内部的化学键断裂，一次使硅片表面的杂质解吸。
当超声波的频率和空腔泡的振动频率共振时，机械作用力达到最大，泡内积聚的大量热能，时温度升高，促进了化学反应的发生。
它的效果与温度，压力，超声频率，功率等有关，小于1μm的颗粒的去除效果的并不太好。
3.15兆声波清洗技术机理：又高能（850khz）频振效应并结合化学清洗剂的化学反应对硅片进行清洗的。
在清洗的时候，由换能器发出不哦成为1.5μm频率为0.8兆赫的高能声波。
溶液分子产生瞬时速度为30cm/s的流体波。
它可以去处小于0.2μm的粒子。
3.16旋转喷林法用机械的方法将硅片以较高的速度旋转起来，在旋转的过程中通过不断的向其表面喷液体（高纯度去离子水或其他清洗液）而达到清除硅片目的的方法。
它可以和甩干的工序结合在一起进行。
硅片清洗原理与方法介绍
硅片清洗原理与方法介绍1引言硅片经过切片、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。
2硅片清洗的常用方法与技术在半导体器件生产中，大约有20％的工序和硅片清洗有关，而不同工序的清洗要求和目的也是各不相同的，这就必须采用各种不同的清洗方法和技术手段，以达到清洗的目的。
由于晶盟现有的清洗设备均为Wet-bench类型，因此本文重点对湿法化学清洗的基本原理、常用方法及其它与之密切相关的技术手段等进行论述3．1湿法化学清洗化学清洗是指利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或溶解作用，或伴以超声、加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清除物体的表面脱附（解吸），然后用大量高纯热、冷去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。
化学清洗又可分为湿法化学清洗和干法化学清洗，其中湿法化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位，因此有必要首先对湿法化学清洗及与之相关的技术进行全面的介绍。
3．1．1常用化学试剂、洗液的性质常用化学试剂及洗液的去污能力，对于湿法化学清洗的清洗效率有决定性的影响，根据硅片清洗目的和要求选择适当的试剂和洗液是湿法化学清洗的首要步骤。
CL2+UV（〈400nm〉表一、用以清除particle、metal、organic、nature-oxide的适当化学液3．1．2溶液浸泡法溶液浸泡法就是通过将要清除的硅片放入溶液中浸泡来达到清除表面污染目的的一种方法，它是湿法化学清洗中最简单也是最常用的一种方法。
它主要是通过溶液与硅片表面的污染杂质在浸泡过程中发生化学反应及溶解作用来达到清除硅片表面污染杂质的目的。
选用不同的溶液来浸泡硅片可以达到清除不同类型表面污染杂质的目的。
如采用有机溶剂浸泡来达到去除有机污染的目的，采用1号液（即SC1，包含H2O2、NH3OH化学试剂以及H2O）浸泡来达到清除有机、无机和金属离子的目的，采用2号液（即SC2，包含HCL、H2O2化学试剂以及H2O）浸泡来达到清除AL、Fe、Na等金属离子的目的。
半导体第五讲硅片清洗(4课时)
清洗剂残留：增加清洗次数 使用更环保的清洗剂
清洗不彻底：加强清洗剂浓 度延长清洗时间
硅片损伤：调整清洗参数避 免过度清洗
清洗设备故障：定期维护清 洗设备确保设备正常运行
清洗质量直接影响 硅片的电学性能
清洗质量对硅片的 光学性能有重要影 响
清洗质量对硅片的 机械性能有重要影 响
清洗质量对硅片的 热学性能有重要影 响
提高硅片质量： 清洗可以去除 硅片表面的污 染物和缺陷提 高硅片的纯度
和性能
提高生产效率： 清洗可以减少 硅片表面的污 染提高生产效
率和良品率
降低成本：清 洗可以减少硅 片表面的污染 降低生产成本
和维护成本
保护环境：清 洗可以减少硅 片表面的污染 降低对环境的
影响和污染
原理：利用物理作用 如机械摩擦、超声波、 气流等去除硅片表面
包装：将清洗好的硅片包装在 防静电袋中防止二次污染
检测项目：表面粗糙度、颗 粒度、缺陷密度等
检测方法：光学显微镜、电 子显微镜、X射线衍射等
检测标准：根据行业标准或 客户要求制定
检测报告：提供详细的检测 报告包括检测结果、分析及
建议
清洗设备种类：超声波清洗机、喷淋清洗机、真空清洗机等 超声波清洗机：适用于去除硅片表面的颗粒和污垢 喷淋清洗机：适用于去除硅片表面的有机物和化学物质 真空清洗机：适用于去除硅片表面的金属离子和氧化物 选择原则：根据硅片清洗的需求和工艺要求选择合适的清洗设备
清洗方法：化学清洗、物理清洗或两者 结合
清洗步骤：预清洗、主清洗、漂洗、干 燥
清洗剂：酸、碱、有机溶剂等
清洗设备：超声波清洗机、喷淋清洗机 等
清洗效果评估：目视检查、颗粒计数等
清洗：使用化学试剂去除硅片 表面的污染物
硅片的清洗与制绒
硅片的清洗与制绒导语：硅片在经过一系列的加工程序之后需要进行清洗，清洗的目的是要消除吸附在硅片表面的各类污染物，并制做能够减少表面太阳光反射的绒面结构（制绒），且清洗的洁净程度直接影响着电池片的成品率和可靠率。
制绒是制造晶硅电池的第一道工艺，又称“表面织构化”。
有效的绒面结构使得入射光在硅片表面多次反射和折射，增加了光的吸收，降低了反射率，有助于提高电池的性能。
一．清洗二．制绒1.制绒的目的和原理目的：减少光的反射率，提高短路电流（Isc ），最终提高电池的光电转换效率。
原理：①单晶硅：制绒是晶硅电池的第一道工艺，又②多晶硅：利用硝酸的强氧化性和氢氟酸的络合性，对硅进行氧化和络合剥离，导致硅表面发生各向同性非均匀性腐蚀，从而形成类似“凹陷坑”状的绒面，如图3所示。
理想的绒面效果，应该是金字塔大小均匀，覆盖整个表面。
金子塔的高度在3～5μm 之间，相邻金字塔之间没有空隙，具有较低的表面反射率，如图6所示。
有效的绒面结构，有助于提高电池的性能。
由于入射光在硅片表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，其反射率很低，主要体现在短路电流的提高。
3.影响绒面质量的关键因素（1） 无水乙醇或异丙醇浓度气泡的直径、密度和腐蚀反应的速率限定了硅片表面织构的几何特征。
气泡的大小以及在硅片表面停留的时间，与溶液的粘度、表面张力有关系。
所以需要乙醇或异丙醇来调节溶液的粘滞特性。
乙醇的含量在3 vol%至20 vol%的范围内变化时，制绒反应的变化不大，都可以得到比较理想的绒面，而5 vol%至10 vol%的环境最佳。
（2） 制绒槽内硅酸钠的累计量硅酸钠在溶液中呈胶体状态，大大的增加了溶液的粘稠度。
对腐蚀液中OH 离子从腐蚀液向反应界面的输运过程具有缓冲作用，使得大批量腐蚀加工单晶硅绒面时，溶液中NaOH 含量具有较宽的工艺容差范围，提高了产品工艺加工质量的稳定性和溶液的可重复性。
硅酸钠在制绒溶液中的含量从2.5%～30%wt 的图9 不同时间制绒后，硅片的反射谱（5）制绒腐蚀的温度 根据阿伦尼乌斯方程（k=Aexp （-Ea/RT ）），温度升高，反应速度常数会成指数增大。
硅片清洗原理与方法综述
硅片清洗原理与方法综述【摘要】文中首先就硅片清洗原理的硅片的表面状态与洁净度问题和吸附理论进行了探讨，在硅片清洗的常用方法与技术中分析了湿法化学清洗、干法清洗技术、束流清洗技术。
【关键词】硅片清洗原理；湿法化学清洗；干法清洗技术；束流清洗技术1、引言硅片的质量，尤其是硅抛光片的表面质量，随着大规模集成电路的发展，不断减小的线宽，不断提高的集成度，其要求也就越来越严格。
这是由于器件的质量和成品率很关键在于金属杂质沾污和抛光片表面的颗粒。
目前仍有50%以上的材料在目前的集成电路生产中被损失掉，都是由于硅抛光片表面被沾污了。
可见器件的成品率和质量跟抛光片表面的颗粒和金属杂质沾污有着莫大的关系。
抛光片表面大于0.2μm的颗粒数应小于20个/片，抛光片的表面金属杂质沾污应全部小于5×1016at/cm2，影响电路的临界颗粒尺寸为0.06μm。
这些都是线宽为0.35μm 的64兆DRAM器件的要求。
本文基于这一背景，对硅片清洗原理与方法进行了探讨。
2、硅片清洗的基本理论2.1硅片的表面状态与洁净度问题硅片的表面最理性的状态应该是：有规则的硅原子排列终止形成，以共价键结合的内部的硅原子，因为未饱和的外方向的价键，可以俘获电子表面态，所以表面外部没有其他的原子。
可是现实中不会存在这种理想的硅片表面，由外表面和内表面组成的真实的硅片，表面上常常会因为在外露的环境中发生吸附和氧化，有一层厚度上达上百埃或者几个埃、几十个埃的自然氧化层。
硅片的内表面是能级密度为1011～1012个/cm2，不但存在着施主能级，而且存在着受主能级的硅与自然氧化层的界面。
而外表面是环境气氛和自然氧化层的界面，它的吸附现象很复杂，它的表面能级受到内表面能级的不同程度的影响，且能够与内表面交换电荷，吸附一些污染杂质原子。
进行清洗是为了让硅片的表面洁净，可是表面的洁净却一直以来都没有具体的标准。
在制造工艺方面来看，如果器件特性并没有因为污染物质而受到特别的影响，那就说明硅片的清洁度是合格的了。
硅片化学清洗介绍
硅片化学清洗介绍一. 硅片的化学清洗原理硅片经过不同工序加工后，其表面已受到严重沾污，一般讲硅片表面沾污大致可分在三类：A. 有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合超声波清洗技术来去除。
B. 颗粒沾污：运用物理的方法可采机械擦洗或超声波清洗技术来去除粒径≥ 0.4 μm颗粒，利用兆声波可去除≥ 0.2 μm颗粒。
C. 金属离子沾污：必须采用化学的方法才能清洗其沾污，硅片表面金属杂质沾污有两大类：a. 一类是沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面。
b. 另一类是带正电的金属离子得到电子后面附着（尤如“电镀”）到硅片表面。
硅抛光片的化学清洗目的就在于要去除这种沾污，一般可按下述办法进行清洗去除沾污。
a. 使用强氧化剂使“电镀”附着到硅表面的金属离子、氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面。
b. 用无害的小直径强正离子（如H+）来替代吸附在硅片表面的金属离子，使之溶解于清洗液中。
c. 用大量去离水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。
自1970年美国RCA实验室提出的浸泡式RCA化学清洗工艺得到了广泛应用，1978年RCA实验室又推出兆声清洗工艺，近几年来以RCA清洗理论为基础的各种清洗技术不断被开发出来，例如：⑴美国FSI公司推出离心喷淋式化学清洗技术。
⑵美国原CFM公司推出的Full-Flow systems封闭式溢流型清洗技术。
⑶美国VERTEQ公司推出的介于浸泡与封闭式之间的化学清洗技术（例Goldfinger Mach2清洗系统）。
⑷美国SSEC公司的双面檫洗技术（例M3304 DSS清洗系统）。
⑸日本提出无药液的电介离子水清洗技术（用电介超纯离子水清洗）使抛光片表面洁净技术达到了新的水平。
⑹以HF / O3为基础的硅片化学清洗技术。
目前常用H2O2作强氧化剂，选用HCL作为H+的来源用于清除金属离子。
SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除。
硅片的清洗与制绒
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硅片化学清洗
HF和DHF 作用： 去除硅表面氧化物，清洗后的表面形成Si－H键荷层。 配制方法： 40%HF与去离子水（DI Water）以1：10－1：1000比例混 合。当比例为1：50－1：1000时，溶液又成为DHF。 清洗方法： 室温条件下，将硅片置于酸液中浸泡1至数分钟。
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硅片化学清洗
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硅片化学清洗
DI Water (De-Ionized Water Rinse) 作用： 在常规RCA清洗过程中，在室温下，利用超净高阻 的DI Water对硅片进行冲洗是十分重要的步骤。 在常规RCA清洗过程中，在前一个步骤完成后，进 行第二个步骤前都需要用去离子水对硅片进行清洗，一 个作用是冲洗硅片表面已经脱附的杂质，另外一个作用 是冲洗掉硅片表面的残余洗液，防止对接下来的洗液产 生负面影响。
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硅片清洗与制绒
单晶制绒
单晶制绒工艺：
NaOH，Na2SiO3，IPA混合体系进行硅片制绒。 配比要求： NaOH浓度0.8wt%-2wt%； Na2SiO3浓度0.8wt%2wt%；IPA浓度5vol%-8vol%。 制绒时间：25-35min，制绒温度75-90oC。
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硅片清洗与制绒
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硅片化学清洗
RCA Ⅱ作用机理 作用机理： SCⅡ洗液并不能腐蚀氧化层以及硅，经SCⅡ洗液处 理，会在硅片表面产生一层氢化氧化层。 SCⅡ洗液尽管 可以有效去除硅片中的金属杂质离子，但是它并不能使 硅片的表面粗糙程度得到改善，相反地，由于电位势的 相互作用，硅片表面的粗糙程度将变得更差。 与SCⅠ洗液中H2O2的分解由金属催化不同，在 SCⅡ洗液中的H2O2分解非常迅速，在80℃下，约20min 左右，H2O2就已全部分解。只有在硅片表面含有金等 其他贵重金属元素时，H2O2的存在才非常必需。
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硅片清洗原理与方法综述刘传军 赵权 刘春香 杨洪星(电子四十六所,天津 300220)摘要 对硅片清洗的基本理论、常用工艺方法和技术进行了详细的论述,同时对一些常用的清洗方案进行了浅析,并对硅片清洗的重要性和发展前景作了简单论述。
关键词 硅片 清洗 湿法化学清洗中图分类号:TN30512 文献标识码:A 文章编号:100125507(2000)2230207 Theory and M ethod of Sil icon W afer Clean i ngL iu Chuan jun,Zhao Q uan,L iu Chunx iang,Yang Hongx ing(T he46th Institu te(E lectronics),T ianj in300220)Abstract In th is p ap er,the m ethods and m echan is m of silicon w afer clean ing are p re2 sen ted.Som e cases u sing silcon w afer clean ing are discu ssed.T he i m po rtance and ten2 dency of silicon w afer clean ing are also given b riefly.Keywords Silicon w afer C lean ing W et chem ical clean ing1 引 言随着大规模集成电路的发展,集成度的不断提高,线宽的不断减小,对硅片的质量要求也越来越高,特别是对硅抛光片的表面质量要求越来越严。
这主要是因为抛光片表面的颗粒和金属杂质沾污会严重影响器件的质量和成品率,对于线宽为0135Λm的64兆DRAM器件,影响电路的临界颗粒尺寸为0106Λm,抛光片的表面金属杂质沾污应全部小于5×1016at c m2,抛光片表面大于012Λm的颗粒数应小于20个 片[1]。
在目前的集成电路生产中,由于硅抛光片表面沾污问题,仍有50%以上的材料被损失掉[2]。
在硅晶体管和集成电路生产中,几乎每道工序都有硅片清洗的问题,硅片清洗的好坏对器件性能有严重的影响,处理不当,可能使全部硅片报废,做不出管子来,或者制造出来的器件性能低劣,稳定性和可靠性很差[1～3]。
因此弄清楚硅片清洗的方法和原理,不管是对于从事硅片加工的人,还是对于从事半导体器件生产的人来说都有着重要的意义。
正是由于硅片清洗是半导体器件制造中最重要最频繁的步骤,而且其效率将直接影响到器件的成品率、性能和可靠性,所以国内外对清洗工艺的研究一直在不断地进行[3～12]。
现在人们已研制出了很多种可用于硅片清洗的工艺方法和技术,常见的有:湿法化学清洗、超声清洗法、兆声清洗法、鼓泡清洗法、擦洗法、高压喷射法、离心喷射法、流体力学法、流体动收稿日期:1999-07-12力学法、干法清洗、微集射束流法、激光束清洗、冷凝喷雾技术、汽相清洗、非浸润液体喷射法、硅片在线真空清洗技术、RCA标准清洗、等离子体清洗、原位水冲洗法等。
这些方法和技术现已广泛应用于硅片加工和器件制造中的硅片清洗。
2 硅片清洗的基本理论为了更有效地利用各种硅片清洗的工艺方法和技术手段,以便获得一个非常洁净的硅片表面和高的清洗效率,我们首先要对硅片清洗的基本理论有一个全面的理解和掌握。
下面对硅片的表面状态、表面洁净度、吸附理论、表面沾污杂质的来源与分类等基本理论进行介绍,并给出硅片清洗的一般程序。
211 硅片的表面状态与洁净度问题理想的硅片表面应该是硅原子有规则排列终止所形成的表面,表面内部的硅原子以共价键结合,而表面外部无其它原子,所以外方向的价键是未饱和的,存在着可以俘获电子的表面态。
上述理想表面实际是不存在的,硅片的真实表面由于暴露在环境气氛中发生氧化及吸附,其表面往往有一层很薄的自然氧化层,厚度为几个埃、几十个埃甚至上百埃。
真实的硅片表面是内表面和外表面的总合,内表面是硅与自然氧化层的界面,它既存在着受主能级又存在着施主能级,能级密度为1011～1012个 c m2[10]。
外表面是自然氧化层与环境气氛的界面,它也存在一些表面能级,并吸附一些污染杂质原子,而且不同程度地受到内表面能级的影响,可以与内表面交换电荷,外表面的吸附现象是复杂的。
清洗的根本目的是使硅片获得洁净表面,但是什么样的表面才是洁净的表面,一直没有严格的定义。
如果仅从制造工艺来说,可以简单认为污染物质对器件特性的影响应当在可以忽略的范围以下。
一般污染杂质种类和数量越少,表面洁净度越高,工艺中总存在一个明显的污染容限[10],当污染在该容限之下,污染对器件的电特性、成品率、可靠性的影响急剧下降。
当污染超过该容限时,影响显著上升,只要污染在容限之下,尽管硅片表面并非绝对洁净,仍认为硅片表面是相对洁净的。
如污染在容限之上,则认为硅片是非洁净的。
完好的硅片清洗总是去除沾污在硅片表面的微粒和有害膜层,代之以氧化物的、氮化物的或其它挥发元素(或分子)的连续无害膜层,即具有原子均质的膜层。
硅片表面达到原子均质的程度越高,洁净度越高,反之,洁净度越低。
212 吸附理论硅片表面是硅晶体的一个断面,由结晶学可知,这个表面所有的晶格都处于破坏状态,即有一层或多层硅原子的键被打开,呈现一层到几层的悬挂键,又称之为不饱和键。
由物化性质可知,非饱和化学键化学活性高,处于不稳定状态,极易与周围的分子或原子结合起来,这就是所谓的“吸附”。
被吸附的杂质粒子并不是固定不动的,而是在其平衡位置附近不停地振动着,其中一些被吸附的杂质粒子由于获得较大的动能而脱离硅片表面,重新回到周围介质(如空气)中去,这种现象称为“解吸”。
与此同时,在介质中的另一些粒子又会在硅片表面上重新被吸附。
在一般情况下,硅片表面层所吸附的杂质粒子处于动态平衡状态[3,9,10]。
对于硅片表面来说,吸附是一种放热过程,而解吸是一种吸热过程。
升高温度有利于硅片表面杂质粒子的解吸。
而以各种手段提供杂质粒子解吸所需要的能量,也就构成了不同名目的清洗。
吸附可分为物理吸附和化学吸附,二者的区别主要在于吸附力的产生形式和大小的不同。
对于物理吸附,其吸附力来自于固体和被吸附分子间的范德瓦斯引力,而化学吸附则是靠化学键力结合,这种成键的力在一定情况下是共价键力,但也或多或少地混合着离子的相互作用力。
化学吸附的吸附热比物理吸附要大得多,且化学吸附具有小得多的平衡间距,所以要使化学吸附的杂质解吸需要更大的能量。
化学吸附时,吸附层内被吸附的原子数等于硅片表面原子数,因为硅在不同晶面的原子数是不同的,所以各面吸附层内被吸附的原子数也不同。
物理吸附时,吸附层内的原子数取决于以液相或固相状态存在于表面上的被吸附分子的大小,即不取决于物质表面性质而取决于表面面积和分子吸着面积,不同气体分子的吸着面积是不同的。
由于吸附的不可避免性,造成了洁净表面概念的相对性。
目前大多数处理方法都是希望硅片表面以氢原子为终端[11,12],其优点是具有很小的表面态密度,可使器件的电结构特性稳定。
213 硅片表面沾污杂质的来源和分类为了解决硅片表面的沾污问题,实现工艺洁净表面,我们需要弄清楚硅片表面引入了哪些杂质,然后选择适当的硅片清洗方法达到去除的目的。
在硅片加工及器件制造过程中,所有与硅片接触的外部媒介都是硅片沾污杂质的可能来源。
这主要包括以下几方面:硅片加工成型过程中的污染,环境污染,水造成的污染,试剂带来的污染,工业气体造成的污染,工艺本身造成的污染,人体造成的污染等。
尽管硅片沾污杂质的来源不同,但它们通常可划分为几类,如表1所示。
表1 硅片表面沾污杂质的分类分类依据沾污类别沾污杂质的形态微粒型污染质、膜层污染质吸附力的性质物理吸附型杂质、化学吸附型杂质被吸附物质的存在形态分子型、原子型、离子型吸附杂质物化性质有机沾污、无机盐、金属离子(原子)和机械微粒等214 硅片清洗的一般程序吸附在硅片表面上的杂质可分为分子型、离子型和原子型三种情况。
其中分子型杂质与硅片表面之间的吸附力较弱,清除这类杂质粒子比较容易。
它们多属油脂类杂质,具有疏水性的特点,对于清除离子型和原子型杂质具有掩蔽作用。
因此在对硅片进行化学清洗时,首先应该把它们清除干净。
离子型和原子型吸附的杂质属于化学吸附杂质,其吸附力都较强。
在一般情况下,原子型吸附杂质的量较小,因此在化学清洗时,先清除掉离子型吸附杂质,然后再清除残存的离子型杂质及原子型杂质。
最后用高纯去离子水将硅片冲冼干净,再加温烘干或甩干就可得到洁净表面的硅片。
综上所述,清洗硅片的一般工艺程序[9,10]为:去分子→去离子→去原子→去离子水冲洗。
另外,为去除硅片表面的氧化层,常要增加一个稀氢氟酸浸泡步骤。
3 硅片清洗的常用方法与技术在半导体器件生产中,大约有20%的工序和硅片清洗有关,而不同工序的清洗要求和目的也是各不相同的,这就必须采用各种不同的清洗方法和技术手段,以达到清洗的目的。
本文重点对湿法化学清洗的基本原理、常用方法及其它与之密切相关的技术手段等进行论述,同时对干法清洗、束流清洗技术等清洗方法也进行了简单介绍。
311 湿法化学清洗化学清洗[13]是指利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或溶解作用,或伴以超声、加热、抽真空等物理措施,使杂质从被清除物体的表面脱附(解吸),然后用大量高纯热、冷去离子水冲洗,从而获得洁净表面的过程。
化学清洗又可分为湿法化学清洗和干法化学清洗,其中湿法化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位,因此有必要首先对湿法化学清洗及与之相关的技术进行全面的介绍。
31111 常用化学试剂、洗液的性质常用化学试剂及洗液的去污能力,对于湿法化学清洗的清洗效率有决定性的影响,根据硅片清洗目的和要求选择适当的试剂和洗液是湿法化学清洗的首要步骤。
硅片清洗中常用的化学试剂和洗液主要有无机酸、氧化剂、络合剂、双氧水洗液、有机溶剂、合成洗涤剂、电子清洗剂等几大类,它们在化学清洗中的主要作用或化学性质如表2。
表2 常用试剂、洗液的性质(或作用)类别常用试剂或洗液性质或作用无机酸盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸以及王水等酸性、腐蚀性等氧化剂硝酸、浓硫酸、重铬酸钾、双氧水等氧化还原作用络合剂盐酸、氢氟酸、氟化铵、氨水等络合作用,有利于去除金属杂质双氧水洗液1号液、2号液、3号液强氧化性,可去无机及有机沾污有机溶剂三氯甲烷、三氯乙稀、甲苯、乙醇、丙酮等相似相溶原理,去除有机沾污合成洗涤剂主要成分为表面活性剂,如洗涤剂6053等表面活性剂乳化作用电子清洗剂D Z21、D Z22、D Z23、D Z24、D Z25电子清洗剂[15,16]分别可去除各类沾污31112 溶液浸泡法溶液浸泡法就是通过将要清除的硅片放入溶液中浸泡来达到清除表面污染目的的一种方法,它是湿法化学清洗中最简单也是最常用的一种方法。