一、硅片清洗的重要性
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。硅片清洗法不管是对于从硅片加工的人,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。
二、硅片表面沾杂质来源及分类
为了解决硅片表面的沾污问题,我们需要弄清楚硅片表面有哪些杂质,然后选择适当的硅片清洗方法去除。在硅片加工及器件制造过程中,与硅片接触的外部媒介都是硅片沾污杂质的可能来源。
主要包括: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,但根据沾污类别通常可划分为几类。
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 |
三、清洗方法
目前已经开发出许多可以清洗硅片的工艺方法与工艺,常用的方法包括:湿式化学清洗,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,流体动力学法,微集射束流法,激光束清洗法、冷凝喷雾技术,气相清洗,非浸润液体喷射法,硅片的在线真空清洗技术,RCA标准清洗,等离子体清洗,原位水冲洗法等。
目前,在硅片加工,器件制造等领域,硅片清洗已被广泛采用上述方法与工艺。下面我们介绍一下常用的几种清洗方法和工艺。
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溶液浸泡法
溶液浸泡法是一种通过将硅片放入溶液中浸泡来清除表面污染的方法。它是湿法化学清洗中最简单和最常用的一种方法。通过选择不同的溶液,可以清除不同类型的表面污染杂质。
在溶液浸泡过程中,溶液与硅片表面的污染杂质发生化学反应及溶解作用,从而达到清除硅片表面污染杂质的目的。为了提高浸泡法的效率,通常会辅以加热、超声或兆声波、摇摆等物理措施。
加热可以加快化学反应速度,促进污染杂质的溶解,使清洗更彻底。超声或兆声波可以增强溶液的搅拌和振动,增加溶液与硅片表面的接触面积,提高清洗效果。摇摆可以使硅片在溶液中充分搅拌,从而更好地清除表面污染。
除了单纯的溶液浸泡法,还可以采用其他清洗方法与溶液浸泡法相结合,以达到更好的清洗效果。例如,在采用SC1溶液浸泡的同时,可以辅以酸碱中和反应,以去除硅片表面的有机污染物。
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超声波清洗
超声波清洗是一种在半导体工业中常用的清洗方法,其优点是清洗效果好、操作简单,能够清除复杂的器件和容器。然而,该方法也存在一些缺点,如噪音较大和换能器易损坏。
在超声波清洗过程中,强烈的超声波作用在液体介质内部,导致产生疏部和密部。疏部会产生近乎真空的空腔泡,当空腔泡消失的瞬间,其附近产生强大的局部压力,使分子内的化学键断裂,从而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促进化学反应的发生。
超声波清洗的效果受到超声条件的影响,如温度、压力、超声频率和功率等。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。该方法主要用于清除硅片表面附着的大块污染和颗粒。
在半导体工业中,超声波清洗通常与其他清洗方法相结合,以达到更好的清洗效果。例如,在使用溶液浸泡法的同时,辅以超声波振动可以更彻底地清除硅片表面的污染杂质。虽然超声波清洗具有一些缺点,但在适当的条件下,其清洗效果是十分显著的。
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兆声清洗
兆声波清洗是一种在半导体工业中常用的清洗方法,它不仅保留了超声波清洗的优点,而且克服了超声波清洗的一些不足。兆声波清洗的机理是由高能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1.5μm、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。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和细小微粒被强制除去并进入到清洗液中。
兆声波清洗可以去除晶片表面上小于0.2μm的粒子,这是超声波清洗无法做到的。这种方法同时起到了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。
四、硅片清洗技术的发展未来
伴随着硅片的大直径化,器件结构的超微小化、高集成化,对硅片的洁净程度、表面的化学态、微粗糙度、氧化膜厚度等表面状态的要求越来越高。
同时,要求用更经济的、给环境带来更少污染的工艺获得更高性能的硅片。高集成化的器件要求硅片清洗要尽量减少给硅片表面带来的破坏和损伤。
到目前为止,清洗已不再是一个单一的步骤,而是一个系统工程。针对上述所讨论的几种硅片清洗方法,智程半导体的清洗工艺还能很好地保护器件的性能,这通常需要精确的控制清洗的条件和参数,例如温度、压力、溶液浓度等,以防止对硅片和器件造成不必要的损害。
随着半导体制造技术的不断发展,清洗的需求和方法也在不断演变。智程半导体在这方面的研发和创新,将有助于推动半导体行业的发展,提升芯片的性能和可靠性。
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