胡雅倩

(中國電子科技集團(tuán)有限公司第四十六研究所 天津300220)

0 引 言

隨著現(xiàn)階段半導(dǎo)體行業(yè)的飛速發(fā)展，為了增加襯底片的使用效率以及獲得更好的產(chǎn)品效果，集成電路和功率器件尺寸越來越小，這也對(duì)襯底片的潔凈度要求越來越高[1]。我們所使用的硅片是由硅單晶棒切割得到的，在硅片的表面，晶格由于切割的作用而被破壞，使切割后的硅片表面布滿了不飽和懸掛鍵。懸掛鍵是一種活性很高的化學(xué)鍵，十分容易和雜質(zhì)粒子發(fā)生吸附，從而使硅片被污染，質(zhì)量下降。其中顆粒雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致硅片的介電強(qiáng)度降低，金屬離子會(huì)增大光伏電池 P-N結(jié)的反向漏電流和降低少子壽命，H2O則會(huì)加劇硅表面的腐蝕[2]。硅片的清洗不僅是為了去除硅片表面所吸附的雜質(zhì)粒子，更是為了降低硅片的表面活性，使其鈍化，降低它的吸附能力。

1 幾種常見的硅片清洗方法

1.1 傳統(tǒng)RCA清洗法

硅片的RCA清洗法是一種常見并且使用時(shí)間最久的濕法清洗工藝。RCA清洗法在清除硅片表面的有機(jī)物殘余以及金屬粒子殘余上有很好的效果。目前通用的 RCA 清洗技術(shù)分為 4步(SPM、DHF、SC-1、SC-2)。SPM 即體積分?jǐn)?shù)為 98%的 H2SO4和 30%的 H2O2按照 4∶1比例配置而成，在 120～150℃具有極強(qiáng)的氧化性，可以將硅片表面粘附的有機(jī)物氧化為 H2O 和 CO2，從而有效去除有機(jī)物雜質(zhì)。DHF即稀HF溶液，HF∶H2O為1∶100～1∶250，可以有效去除硅片表面的自然氧化層和金屬離子[3]。SC-1經(jīng)常被稱為一號(hào)液，由NH3·H2O、H2O2和H2O按照相應(yīng)的配比混合加熱而成，對(duì)去除殘留在硅片表面的殘留物粒子有著很好效果。SC-2被稱之為二號(hào)液，由HCl、H2O2和H2O按按照相應(yīng)的配比混合加熱而成，對(duì)于去除硅片表面的金屬雜質(zhì)殘留有著很好的效果。目前所使用的 RCA清洗工藝需使用很多對(duì)環(huán)境不友好的化學(xué)試劑，如果大批量使用，對(duì)環(huán)境的破壞比較嚴(yán)重，因此對(duì)于RCA清洗工藝的改進(jìn)刻不容緩。

1.2 超聲波清洗法

在目前的半導(dǎo)體工業(yè)生產(chǎn)中，超聲波清洗是最常見的一種清洗方法。超聲波清洗是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進(jìn)流作用對(duì)液體和污物直接、間接作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達(dá)到清洗目的[4]。在超聲波清洗中清洗效果和超聲條件息息相關(guān)，超聲清洗的溫度、超聲清洗機(jī)的頻率、機(jī)器的功率都決定了最后的清洗效果。雖然提高超聲機(jī)頻率會(huì)使清洗效果更好，但是對(duì)于很薄的晶片，過高的超聲頻率會(huì)導(dǎo)致碎片產(chǎn)生。在目前的半導(dǎo)體生產(chǎn)行業(yè)中，超聲波清洗技術(shù)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化操作，使得清洗效率得到了提高，節(jié)約了人工成本。超聲清洗過程中所使用的清洗劑普遍易揮發(fā)，自動(dòng)化的操作也保證了人工安全。超聲清洗也存在自己的弊端，對(duì)于小顆粒雜質(zhì)的清洗，它的清洗效果并不理想，需要與其他清洗方法相結(jié)合。

1.3 兆聲波清洗技術(shù)

兆聲波清洗工藝是一種以超聲波清洗為基礎(chǔ)而研發(fā)的新興半導(dǎo)體清洗技術(shù)，和傳統(tǒng)的超聲波清洗原理類似，不過其使用的聲波頻率高達(dá) 500kHz～499GHz，這樣既保存了原有超聲波清洗的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，又對(duì)超聲波清洗的技術(shù)劣勢(shì)加以改善。其原理是利用聲壓梯度、粒子速度及聲流的作用，由高能頻振效應(yīng)結(jié)合化學(xué)清洗劑的化學(xué)反應(yīng)對(duì)硅片進(jìn)行清洗[5]。兆聲波能夠清洗干凈超聲波清洗不能去除的小顆粒雜質(zhì)，不需要后續(xù)再使用化學(xué)試劑去除，所以兆聲波清洗對(duì)晶片表面的損傷更小，同時(shí)在兆聲波清洗中無需更換清洗槽，減少了晶片在清洗過程中與空氣的接觸，有效避免了二次污染。但是，兆聲波清洗并不是完美的，在使用過程中兆聲波清洗機(jī)的機(jī)器壽命較短，很多部件易損耗，且清洗過程會(huì)使用相應(yīng)的化學(xué)試劑和純水。

2 展 望

隨著半導(dǎo)體行業(yè)的飛速發(fā)展，相關(guān)行業(yè)對(duì)半導(dǎo)體晶片的質(zhì)量要求越來越高，這不僅僅局限于晶片的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)，更對(duì)晶片的表面質(zhì)量和表面狀態(tài)有很高的要求，所以清洗工藝面臨著更大的挑戰(zhàn)，急需改進(jìn)現(xiàn)有的清洗技術(shù)。

①在硅片的清洗過程中應(yīng)減小對(duì)硅片表面的損傷，硅片的表面質(zhì)量對(duì)后續(xù)的加工至關(guān)重要，化學(xué)試劑的腐蝕性和強(qiáng)氧化性都會(huì)對(duì)硅片表面造成一定的損傷，可以通過研發(fā)和改進(jìn)工藝，減少在清洗過程中化學(xué)試劑的使用，減少對(duì)硅片表面的損傷。

②目前，很多清洗工藝由于成本過高等因素，只適用于實(shí)驗(yàn)室，不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?？梢酝ㄟ^尋找替代材料等方法，找到更廉價(jià)的材料進(jìn)行替代，進(jìn)而使產(chǎn)業(yè)化成為可能。

③濕法清洗的清洗效果很大程度上取決于所使用的化學(xué)試劑，不同的化學(xué)試劑對(duì)于去除不同的雜質(zhì)和污濁具有不同的效果，因此想要徹底清洗干凈、去除雜質(zhì)，可能在清洗過程中會(huì)先后使用不同的化學(xué)試劑進(jìn)行清洗。完成一個(gè)清洗流程會(huì)有很多步驟，既繁瑣又會(huì)產(chǎn)生很多廢液，后續(xù)處理廢液既提高成本又破壞環(huán)境。簡化濕化清洗的工藝，可以通過研發(fā)新型的活性劑和螯合劑來提高清洗效率[6]。

3 結(jié) 論

目前，用于硅片的清洗方法有很多種，并非僅僅局限于上文提到的幾種方法，每種方法各有利弊，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行選擇。隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)以及國家不斷出臺(tái)相應(yīng)的環(huán)境治理政策，我們所使用的清洗方法也要向著更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)、更綠色的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)清洗效果和環(huán)境保護(hù)兼顧。