譚永麟 / 天津市環(huán)歐半導(dǎo)體材料技術(shù)有限公司

關(guān)于半導(dǎo)體硅材料的清洗方法探究

譚永麟 / 天津市環(huán)歐半導(dǎo)體材料技術(shù)有限公司

在半導(dǎo)體這一領(lǐng)域內(nèi)極為關(guān)鍵的一大步驟即對(duì)半導(dǎo)體原料實(shí)施清潔，這關(guān)系到半導(dǎo)體原料本身的質(zhì)量與下游一類產(chǎn)品自身的特性。文章就對(duì)現(xiàn)階段硅片關(guān)鍵的清潔方式相應(yīng)的工作理念、清潔成效、運(yùn)用面積等特征實(shí)施探究，并指出了各式清潔方式相關(guān)的優(yōu)勢(shì)、不足。生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)依據(jù)具體的生產(chǎn)狀況與產(chǎn)品規(guī)定選取適宜的清潔方式。

清洗方法；半導(dǎo)體硅材料；運(yùn)用；分析

1.前言

從上個(gè)世紀(jì)中期，民眾就意識(shí)到了干凈的襯底表層在半導(dǎo)體微電子型元件內(nèi)的必要性。而大范圍集成型電路的持續(xù)進(jìn)步、集成程度持續(xù)增強(qiáng)、線寬持續(xù)變小，就對(duì)硅片表層的干凈程度予以了更多規(guī)定。硅片本身的干凈程度對(duì)領(lǐng)域的進(jìn)步無(wú)可或缺，因?yàn)榧?xì)小污物潛藏，集成型電路在制作期間會(huì)丟失一半。如果半導(dǎo)體原料表層有痕量型雜質(zhì)，在高溫期間就會(huì)分散、傳播，進(jìn)到半導(dǎo)體原料中，傷害元件。所以，務(wù)必要在低溫前后全方位消除表層的雜質(zhì)。

2.國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體硅原料的進(jìn)步進(jìn)程

上個(gè)世紀(jì)五十年代，我國(guó)就把快速提升國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體這一領(lǐng)域當(dāng)作急迫事宜歸入到國(guó)務(wù)院公布的十二年科技進(jìn)步規(guī)劃內(nèi)，并構(gòu)建了許多半導(dǎo)體試驗(yàn)室，以對(duì)半導(dǎo)體硅原料實(shí)施研發(fā)。那時(shí)，國(guó)內(nèi)與西方各國(guó)差不多一同起步。至六十年代，逐步實(shí)施了工業(yè)型生產(chǎn)，并構(gòu)建了很多半導(dǎo)體原料廠。國(guó)內(nèi)硅產(chǎn)業(yè)自無(wú)至有，自試驗(yàn)室至工業(yè)化，邁入了迅速進(jìn)步的軌道，不單具備研究處，還具備優(yōu)良的生產(chǎn)企業(yè)，穩(wěn)固了國(guó)內(nèi)硅原料這一領(lǐng)域的根基。那時(shí)，國(guó)內(nèi)硅原料的研發(fā)、工業(yè)化層次與日本這一國(guó)家的硅原料層次一致。至七十年代，因?yàn)楸浑娮雍诵恼撆c全民大辦電子所制約，我國(guó)變成了無(wú)次序、盲目地進(jìn)步，低層次多次構(gòu)建，生產(chǎn)企業(yè)猛增。因?yàn)樯a(chǎn)企業(yè)遍布、投入不多、面積不大、技術(shù)層次較低，其成果即產(chǎn)品本身質(zhì)量較低、投入較大，產(chǎn)品無(wú)法售出，使得很多生產(chǎn)企業(yè)只有停產(chǎn)，導(dǎo)致資源被過(guò)多耗費(fèi)，同時(shí)，減緩了國(guó)內(nèi)硅原料這一領(lǐng)域的進(jìn)步態(tài)勢(shì)。

后來(lái)，我國(guó)對(duì)微電子這一領(lǐng)域報(bào)以了極大的注重。國(guó)務(wù)院構(gòu)建了電子型計(jì)算機(jī)與大范圍集成型電路領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)。此間，國(guó)內(nèi)硅原料這一領(lǐng)域二次收獲了迅速進(jìn)步的機(jī)遇[1]。雖然西方各國(guó)對(duì)國(guó)內(nèi)實(shí)施技術(shù)型封鎖，但是，在國(guó)內(nèi)硅原料這一領(lǐng)域所有工作者的努力之下，很好地給國(guó)內(nèi)的銀河計(jì)算機(jī)一類關(guān)鍵科研與項(xiàng)目予以了更多新興原料，給國(guó)內(nèi)微電子與國(guó)防這類領(lǐng)域、訊息事務(wù)的進(jìn)步予以了大量扶持。至八十年代，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體硅這一領(lǐng)域面對(duì)著自計(jì)劃經(jīng)濟(jì)這一機(jī)制變換成市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)這一難題。而半導(dǎo)體硅原料在這時(shí)已實(shí)施了市場(chǎng)調(diào)整與以銷定產(chǎn)，同時(shí)，剛開始開放的國(guó)家，讓很多外國(guó)電子類產(chǎn)品與其部件涌進(jìn)我國(guó)，不單全方位打擊了國(guó)內(nèi)剛構(gòu)建的微電子這一領(lǐng)域，還對(duì)其上游有關(guān)產(chǎn)品即半導(dǎo)體硅原料施以了大量挑戰(zhàn)。處于這一狀況內(nèi)，我國(guó)半導(dǎo)體硅原料這一領(lǐng)域?qū)嵤┑纳a(chǎn)較緩，技術(shù)進(jìn)步較慢。后來(lái)，尤其是近幾年，國(guó)際硅片售價(jià)下降，使得硅片企業(yè)頻頻產(chǎn)生兼并與破產(chǎn)，部分小型企業(yè)無(wú)法為繼。加之前些年亞洲產(chǎn)生的金融風(fēng)暴所干涉，讓國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體硅原料一類企業(yè)很多都處于負(fù)債運(yùn)轉(zhuǎn)這一狀況內(nèi)。

3.硅片清潔的關(guān)鍵方式

至上個(gè)世紀(jì)七十年代之前，清潔半導(dǎo)體原料運(yùn)用的方式依舊即原始的方式，包含機(jī)械型與化學(xué)型。機(jī)械型即在清潔劑內(nèi)實(shí)施超聲或是毛刷清潔。前一類方式會(huì)使得硅片碎裂，而后一類就會(huì)留存刷毛?；瘜W(xué)型即借助各類化學(xué)制劑，比如濃氫氟酸、王水、混合型熱酸與熱硝酸等。這類方式在清潔過(guò)后均會(huì)導(dǎo)致環(huán)境被破壞或是引進(jìn)其余雜質(zhì)，所以，無(wú)法與半導(dǎo)體這一領(lǐng)域內(nèi)部的清潔規(guī)定相符。這一領(lǐng)域急切需要一類新興的清潔方法。

3.1 RCA型清潔

RCA型清潔即一類經(jīng)典的濕化化學(xué)型清潔。這即第一類總體進(jìn)步的能夠被運(yùn)用到裸硅片與氧化硅片內(nèi)的清潔技藝。這一方式借助雙氧水、酸/堿試劑相應(yīng)的融合物實(shí)施兩步氧化，先在堿性條件內(nèi)實(shí)施操作，再在酸性條件內(nèi)實(shí)施操作。因?yàn)檫@一方式即經(jīng)由RCA企業(yè)在上個(gè)世紀(jì)六十年代所研發(fā)，所以叫做RCA型清潔。

RCA型清潔在消除晶片表層的有機(jī)物、因子與金屬一類污物期間極為高效，這也即這一方法獲得大量運(yùn)用的關(guān)鍵要素。然而，這一清潔方式也具備許多缺陷：例如，清潔期間要運(yùn)用很多各式化學(xué)制劑，給環(huán)境帶來(lái)較大破壞；在清潔期間大多處于高溫這一條件內(nèi)，就要很多液體型化學(xué)物質(zhì)與超純水；還要有很多空氣以阻礙化學(xué)制劑被蒸發(fā)；化學(xué)制劑的運(yùn)用會(huì)增加硅片本身的粗糙程度。因此，耗費(fèi)化學(xué)物質(zhì)較多、排放總量較多與破壞環(huán)境就阻礙了RCA型清潔的持續(xù)運(yùn)用，要改良并運(yùn)用新興的清潔方式。

3.2 超聲型清潔

RCA型清潔的關(guān)鍵目標(biāo)即消除晶片表層的污物薄膜但是不可以消除顆粒。為了健全清潔有關(guān)技術(shù)，RCA企業(yè)就研發(fā)了超聲型清潔這一技術(shù)[2]。在清潔期間，晶片浸入到清潔液內(nèi)，借助超高頻次的聲波能量把晶片正反面相應(yīng)的顆粒全方位消除。超聲型清潔的關(guān)鍵理念即借助超聲波空化這一效應(yīng)、聲流與輻射壓，先把硅片放在槽中的清潔液內(nèi)，借助槽底處的超聲振子開展工作，將能量傳送至液體，并借助聲波波前這一模式穿過(guò)液體。在振動(dòng)較大過(guò)后，液體產(chǎn)生分裂，進(jìn)而形成許多氣泡，即空穴泡。這類氣泡即超聲波型清潔的核心，其儲(chǔ)藏了清潔能量，只要這類氣泡觸碰硅片表層，就會(huì)產(chǎn)生破裂，分散的較大能量就能夠清潔硅片表層。在清潔液內(nèi)加進(jìn)適宜的表層活性液，能夠提升超聲波型清潔的成效。

超聲波型清潔具備許多優(yōu)勢(shì)：清潔速率迅速；清潔成效較優(yōu)；可以清潔各類繁雜形狀的硅片表層；極易開展遠(yuǎn)控與自動(dòng)化。其不足表現(xiàn)在如下幾方面：超聲波對(duì)顆粒尺寸不一致的污物帶來(lái)的清潔成效不一致，顆粒大小愈大，清潔成效愈優(yōu)；但顆粒大小愈小，清潔成效愈差，對(duì)粒徑僅零點(diǎn)幾微米一類顆粒，要借助兆聲型清潔才可以消除；在空穴泡破裂過(guò)后，較大的能量會(huì)給硅片帶來(lái)相應(yīng)的損害。

3.3 氣相型清潔

氣相型干洗期間，先使片子進(jìn)行低速轉(zhuǎn)動(dòng)，再增加速率以讓片子變干，此時(shí)，HF型蒸汽能夠全方位消除氧化膜污物與金屬污物。這一方式對(duì)構(gòu)造繁雜的部位，例如溝槽，可以開展全方位清潔。對(duì)硅片表層因子的清潔成效也較優(yōu)，且無(wú)法生成再次污染。盡管HF型蒸汽能夠消除自然型氧化物，但是，無(wú)法全方位消除金屬型污染。

3.4 紫外-臭氧型清潔與其余清潔

這一方式即把晶片放到氧氣條件內(nèi)，借助汞燈生成的短波長(zhǎng)型紫外光實(shí)施照射。氧氣能夠吸入180 nm這一輻射，進(jìn)而構(gòu)成活躍的臭氧與原子氧。這一方式尤其適宜氧化消除有機(jī)物，但是，對(duì)普通的無(wú)機(jī)物就沒(méi)有成效[3]。所以，這一方式在原來(lái)的運(yùn)用受到了制約，但是，也具備一類獨(dú)特的運(yùn)用，例如GaAs型清潔，就要借助紫外-臭氧型清潔。

此外，還具備部分比較罕見的清潔方式，比如干冰型清潔，能夠高效地消除晶片表層的顆粒；借助氯自由基、微波或是光引導(dǎo)解吸入一類方式能夠消除金屬離子污物?，F(xiàn)階段，又逐步研發(fā)了借助超臨界型流體、等離子與氣溶膠實(shí)施干法型清潔一類技藝，這類清潔方式也逐漸獲得運(yùn)用。

4.結(jié)束語(yǔ)

總而言之，現(xiàn)如今對(duì)硅片實(shí)施清潔的方式各式各樣，但是所有方式均具備自身的優(yōu)勢(shì)，企業(yè)應(yīng)依據(jù)具體需求加以選取。硅片清潔的進(jìn)步要朝資源節(jié)省、清潔成效較優(yōu)與綠色一類朝向邁進(jìn)，如此，就能夠促使環(huán)境的維護(hù)與我國(guó)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)步得以實(shí)現(xiàn)。

[1]王艷茹,李賀梅.半導(dǎo)體硅材料的清洗方法[J].天津科技,2017,(05):56-59.

[2]朱邵歆.我國(guó)化合物半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)狀況分析[J].集成電路應(yīng)用,2017,(01):20-21.

[3]王欣.電子科學(xué)技術(shù)中的半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢(shì)[J].通訊世界,2016,(08):237.