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1、1半导体硅片清工艺的发展研究半导体硅片清工艺的发展研究【摘要摘要】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的问题，硅片清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，做不出晶体管来，或者制造出来的器件性能低劣，稳定性和可靠性很差。因此弄清楚硅片清的方法，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方法做出了浅析，并对硅片清的重要性和
2、发展前景作了简单论述。最后介绍了清工艺的最新进展。关键词关键词: 硅片硅片; 清清; 工艺工艺； 最新发展。最新发展。目录第 1 章 硅片清工艺的原理.4 1.1 硅片清工艺的背景和意义.41.2 硅片清工艺的组要作用.41.3 硅片污染物杂质的分类.41.4 硅片清的原理及工艺.4第二章 硅片清工艺的现状.82.1 硅片清工艺的现状的背景和意义 .82.2 硅片清工艺的发展.9 2.3 硅片清工艺的最新发展.9第三章 结束语.10第第 1 1 章章 硅片清工艺的原理硅片清工艺的原理1.11.1 硅片清工艺的背景和意义硅片清工艺的背景和意义硅片的清很重要，它影响电池的转换效率，如器件的性能中反
3、向电流迅速加大及器件失效等。因此硅片的清很重要，下面主要介绍清的作用和清的原理。1.21.2 硅片清工艺的主要硅片清工艺的主要作用作用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。1.31.3 硅片污染物杂质的分类硅片污染物杂质的分类根据污染物
4、产生的原因，大致可将它们分为颗粒、有机物杂质、金属污染物三类。）颗粒：主要是一些聚合物、光致抗蚀剂等。颗粒的存在会造成芯片短路或大大降低芯片的测试性能。）有机物杂质：它在硅片上以多种方式存在，如人的皮肤油脂、防锈油、润滑油、松香、蜡等。这些物质通常都会对加工进程带来不良影响。）金属污染物：它在硅片上以范德华引力、共价键以及电子转移等三种表面形式存在。这种玷污会破坏极薄的氧化层的完整性，增加漏电流密度，影响器件的稳定性，结果导致形成微结构缺陷或雾状缺陷。1.41.4 硅片清的原理及工艺硅片清的原理及工艺目前最常用的清方法有：化学清法、超声清法和真空高温处理法。1）化学清是指利用各种化学试剂和有机
5、溶剂与吸附在被清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，从而获得洁净表面的过程。1.1）化学清又可分为湿法化学清和干法化学清，其中干法清又分为等离子体清、底温冷凝喷雾清、超临界气相清、超凝态过冷动力学气相清等清技术。迄今为止，在硅片表面清中仍处于主导地位仍然是湿化学清技术。湿化学法清的原理湿化学法清主要是利用溶液、酸碱、表面活性剂、水及其混合物，通过腐蚀、溶解、化学反应等方法，实现某种功能要求或去除晶片表面的沾污物。湿化学法清常用化学液为酸、碱及有机化学液，见表 1表 1 为湿法清常
6、用化学液名 称 分子式 浓度/% 密度/kgL-1乙 酸 CH3COOH 100 1.05氟化铵 NH4F 40 1.11氢氧化胺 NH4OH 30 0.90盐 酸 HCL 37 1.19氢氟酸 HF 49 1.17双氧水 H2O2 30 1.10异丙醇 CH3CHOHCH3 100 0.78甲 醇 CH3OH 100 0.79硝 酸 HNO3 70 1.42硫 酸 H2SO4 98 1.841.1.11.1.1 RCARCA 清工艺清工艺1 1RCA 清工艺称为工业标准湿法清工艺，由美国无线电（RCA）公司于 20世纪 60 年代提出。在生产中，对于硅片表面的清中常用 RCA 方法及基于 R
7、CA 清方法的改进，RCA 清方法主要有一系列有序侵入不同的化学液组成，即号清剂（APM）和号清剂（HPM） 。号清剂（APM）的配置是用去离子水、30%过氧化氢、25%的氨水按体积比为：5:1：1 至 5:2：1；号清剂（HPM）的配置是用去离子水、30%过氧化氢、25%的盐酸按体积比为：6:1：1 至 8:2：1。其清原理是：氨分子、氯离子等与重金属离子如：铜离子、铁离子等形成稳定的络合物如：AuCl4-、 Cu（NH3）42+、 SiF62-。清时，一般应在 7585条件下清、清 15 分钟左右，然后用去离子水冲干净。由于 RCA 清使用了大量的化学液，因此实际应用已经对 RCA 清做了
8、改进，即稀释化学液，SC1 化学液比例为 1:4:50 而代替传统的 1:1:5。稀释化学液在使用中对人体健康及安全有很大的改良，而且因减少了化学液的使用，降低了工厂成本及对环境的污染，是目前占统治地位的清技术。表 2 为典型湿法清工艺流清工艺及步骤 清目的SPW（SC3） 有机物+金属UPW（超纯水） 清 DHF（稀释 HF 酸） 氧化层 UPW（超纯水） 清 APW(SC1) 颗 粒表 2 为典型湿法清工艺流清工艺及步骤 清目的UPW（超纯水） 清 DHF（稀释 HF 酸） 氧化层 UPW（超纯水） 清 HPW(SC2) 金 属 UPW（超纯水） 清 DHF 氧化层 UPW（超纯水） 清
9、号清剂（APM）和号清剂（HPM）有如下优点：（1）这两种清剂能很好地清硅片上残存的蜡、松香等有机物及一些重金属如金、铜等杂质；（2）相比其它清剂，可以减少钠离子的污染；（3）相比浓硝酸、浓硫酸、王水及铬酸液，这两种清液对环境的污染很小，操作相对方便。1.1.21.1.2 臭氧清工艺技术臭氧清工艺技术臭氧清是一种高效而简单的清方法。通过加入臭氧及双氧水到氢氟酸中可有效去除金属离子。1.1.31.1.3 IMECIMEC 清工艺技术清工艺技术IMEC（InteruniversityMicroelectronicsCenter)1 1，在清工艺技术中做了大量的研究工作，其中最重要的贡献是应用了稀释
10、的 RCA 清技术，并且 IMEC 已经描绘出未来的清技术发展方向，如图 2 所示。从图 2 中可以看出，清技术是朝着减少化学液及清流程的方向发展。图 2 IMEC 清技术路线图2）.超声波清年来，在湿化学法清的基础上，通过增加机械力的作用把异物从工件上剥离，超声波及兆声波在这里发挥了重要的作用。超声波在清液中疏密相间地H2SO4 + H3O2RinseHFRinseMeg NH4OH +H2O2RinseHCI + H2O2Meg rinseDryH3SO4 + O3RinseHFRinseMeg NH4OH +H2O2RinseDilute HCI +H2O2Meg rinseMaran-
11、 goni DryH3SO4 + O3RinseHF+ HCIRinse+ oxide re-growRinse+ Ma ran-goni dryH2O + O3HF + HCIRinse+ oxide re-growRinse+ Ma ran-goni dry传统 RCA 清减少化学液清IMEC改进 RCA 清减少化学液清 IMEC 臭氧清单槽清单片旋转清干法/湿法集成清结构Single tank clean*多种化学液或单一化学液Single Wafer clean向前辐射，使液体流动并产生数以万计的微小气泡。这些微小气泡是在超声波纵向传播的负压区形成及生长（膨胀），而在正压区迅速闭合（爆炸）。这种微小气泡
