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硅的化学清洗工艺探讨

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硅的化学清洗工艺探讨_第1页
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硅的清洗工艺探讨清洗的一般原则:有机沾污溶解氧化层去除颗粒、金属沾污1、 去除硅片表面的污染物溶液应具有高氧化能力, 可将金属氧化后溶解于清洗液中,同时可将有机物氧 化为CO2和H2O清洗硅片的清洗溶液必须具备以下两种功能:2、防止被除去的污染物再向硅片表面吸附常用清洗液:DHF(稀释氢氟酸) :HF(H2O2):H2OAPM(SC-1)(一号液) :NH4OH:H2O2:H2OHPM(SC-2)(二号液) :HCl:H2O2:H2OSPM(三号液) :H2SO4:H2O2:H2O)传统的RCA清洗法:1、SPM(三号液)(H2SO4∶H2O2∶H2O)在120~150℃清洗 10min左右,SPM具有很高的氧化能 力,可将金属氧化后溶于清洗液中,并能把有机物氧化生成 CO2和H2O. 用处: SPM清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金 属 缺点:当有机物沾污特别严重时会使有机物碳化而难以去除 改进:Ohnishi提出SPFM(H2SO4/H2O2/HF)溶液,可使表面 的硫化物转化为氟化物而有效地冲洗掉 配比:H2SO4(98%):H2O2(30%)=4:12、 DHF(HF(H2O2)∶H2O)稀释氢氟酸:在20~25℃清洗30s 腐蚀表面氧化层,去除金属沾污,DHF清 洗可去除表面氧化层.化学反应式: 4HF+SiO2=SiF4+2H2O Si+2H2O2=SiO2+2H2O 使其上附着的金属连同氧化层一起落入清洗液中,可以很容易地去 除硅片表面的Al,Fe,Zn,Ni等金属,但不能充分地去除Cu。

缺点:在酸性溶液中硅表面呈负电位,颗粒表面为正电位,由于两 者之间的吸引力粒子容易附着在晶片表面 配比:HF:H2O2=1:503、APM(SC-1)(一号液)(NH4OH∶H2O2∶H2O)在65~80℃清洗约10min 主要去除粒子、部分有机物及 部分金属由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si被NH4OH腐蚀,因此附着在硅片表面 的颗粒便落入清洗液中,从而达到去除粒子的目的 Si+2NH4OH+H2O=(NH4)2SiO3+2H2 Si+2H2O2=SiO2+2H2O SiO2+2NH4OH=(NH4)2SiO3+H2O 配比: (1∶1∶5)~(1∶2∶7)的NH4OH (27 %)、H2O2(30%)和H2O组成的热溶液 稀释化学试剂中把水所占的比例由1∶5增至1∶50,配合超声清洗,可在更短时间 内达到相当或更好的清洗效果 缺点:此溶液会增加硅片表面的粗糙度 改进:SC-1清洗后再用很稀的酸(HCl∶H2O为1∶104)处理,在去除金属杂质和颗 粒上可收到良好的效果,也可以用稀释的HF溶液短时间浸渍,以去除在SC-1形 成的水合氧化物膜最后,常常用SC-1原始溶液浓度1/10的稀释溶液清洗,以避 免表面粗糙,降低产品成本,以及减少对环境的影响。

注意事项:晶片表面Ra与清洗液的NH4OH组成比有关,组成比例越大,其Ra变 大Ra为0.2nm的晶片在NH4OH:H202:H2O=1:1:5的SC-1清洗后Ra可增大至 0.5nm为控制晶片表面Ra有必要降低NH4OH的组成比例如0.5:1:5 原理:①自然氧化膜约0.6nm厚,其与NH4OH、H2O2浓度及清洗液温度无关 ②SiO2的腐蚀速度随NH4OH的浓度升高而加快,其与H2O2的浓度无关 ③Si的腐蚀速度,随NH4OH的浓度升高而加快当到达某一浓度后为一定值,H2O2浓度越 高这一值越小 ④NH4OH促进腐蚀,H2O2阻碍腐蚀 ⑤若H2O2的浓度一定,NH4OH浓度越低,颗粒去除率也越低,如果同时降低H2O2浓度 可抑制颗粒的去除率的下降 ⑥随着清洗液温度升高,颗粒去除率也提高,在一定温度下可达最大值 ⑦颗粒去除率与硅片表面腐蚀量有关,为确保颗粒的去除要有一定量以上的腐蚀 HPM(SC-2)(二号液)(HCl∶H2O2∶H2O)在65~85℃清洗约10min用于去除硅片表面的钠、铁、镁等金属沾污在室温下HPM就能除去Fe和ZnH2O2会使硅片表面氧化,但是HCl不会腐蚀硅 片表面,所以不会使硅片表面的微粗糙度发生变化。

1∶1∶6)~ (2∶1∶8)的 H2O2(30%)、HCl(37%)和水组成的热混合溶液对含有可见残渣的严重沾污的 晶片,可用热H2SO4-H2O(2∶1)混合物进行预清洗SC-1液的改进: a. 在APM洗后的DIW漂洗应在低温下进行 b.可使用兆声波清洗去除超微粒子,同时可降低清洗液温度,减少金属附着 c.SC-1液中添加表面活性剂、可使清洗液的表面张力从6.3dyn/cm下降到19dyn/cm 选用低表面张力的清洗液可使颗粒去除率稳定维持较高的去除效率使用SC-1液洗 ,其Ra变大,约是清洗前的2倍用低表面张力的清洗液,其Ra变化不大(基本不变) d.SC-1液中加入HF,控制其pH值,可控制清洗液中金属络合离子的状态抑制金属的 再附着,也可抑制Ra的增大 e.SC-1加入鳌合剂可使洗液中的金属不断形成赘合物有利于抑制金属在表面的附着DHF的改进: HF+H202清洗 (1)HF 0.5%+H2O2 10%可在室温下清洗可防止DHF清洗中的Cu等贵金属附着 (2)由于H202氧化作用可在硅表面形成自然氧化膜,同时又因HF的作用将自然氧 化层腐蚀掉,附着在氧化膜上的金属被溶解到清洗液中。

在APM清洗时附着在晶 片表面的金属氢氧化物也可被去除晶片表面的自然氧化膜不会再生长① 三氯乙烯(除脂)80℃, 15分钟; ② 丙酮、甲醇20℃,依次2分钟; ③ 去离子水流洗2分钟; ④ 2号液(4∶1∶1) 90℃,10分钟; ⑤ 去离子水流洗2分钟; ⑥ 擦片(用擦片机); ⑦ 去离子水冲5分钟; ⑧ 1号液(4∶1∶1) 90~95℃, 10分钟; ⑨ 去离子水流洗5分钟; ⑩ 稀盐酸(50∶1), 2.5分钟; 11 去离子水流洗5分钟; 12 甩干(硅片)先去油,接着去除杂质,其中10步用于进一步去除残余的杂质(主要 是碱金属离子)硅片衬底的常规清洗方法:硅抛光片的一般清洗方法:① 无钠清洗剂加热煮三次; ② 热去离子水冲洗; ③ 3号液; ④ 热去离子水冲洗; ⑤ 去离子水冲洗; ⑥ 稀氢氟酸漂洗; ⑦ 去离子水冲洗; ⑧ 1号液; ⑨ 去离子水冲洗; ⑩ 甩干对于用不同的抛光方式(有蜡或无蜡)得到的抛光片,其被各种类型的污染杂质 沾污的情况各不相同,清洗的侧重点也就各不相同,因此上述各清洗步骤的采 用与否及清洗次数的多少也就各不相同。

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