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1、硅片清洗原理与方法综述1引言硅片的质量，尤其是硅抛光片的表面质量，随着大规模集成电路的发展，不 断减小的线宽，不断提高的集成度，其要求也就越来越严格。这是由于器件的质 量和成品率很关键在于金属杂质沾污和抛光片表面的颗粒。目前仍有50%以上的 材料在目前的集成电路生产中被损失掉，都是由于硅抛光片表面被沾污了。可见 器件的成品率和质量跟抛光片表而的颗粒和金屈杂质沾污有着莫大的关系。抛光 片表面大于0.2 u m的颗粒数应小于20个/片，抛光片的表面金属杂质沾污应全 部小于5X1016at/cm2,影响电路的临界颗粒尺寸为0.06这些都是线宽为0.35 口 m的64兆DRAM器件的要求。2硅片清洗的
2、基本理论2.1硅片的表而状态与洁净度问题硅片的表面最理性的状态应该是：有规则的硅原子排列终止形成，以共价键 结合的内部的硅原子，因为未饱和的外方向的价键，可以俘获电子表面态，所以 表面外部没有其他的原子。可是现实中不会存在这种理想的硅片表面，由外表面 和内表面组成的真实的硅片，表面上常常会因为在外露的环境中发生吸附和氧 化，有一层厚度上达上百埃或者几个埃、几十个埃的自然氧化层。硅片的内表而 是能级密度为10111012个/cm2,不但存在着施主能级，而且存在着受主能级 的硅与自然氧化层的界面。而外表面是环境气氛和自然氧化层的界面，它的吸附 现象很复杂，它的表面能级受到内表面能级的不同程度的影响
3、，且能够与内表面 交换电荷，吸附一些污染杂质原子。进行清洗是为了让硅片的表面洁净，可是表 面的洁净却一直以来都没有具体的标准。在制造工艺方而来看，如果器件特性并 没有因为污染物质而受到特别的影响，那就说明硅片的清洁度是合格的了。2.2吸附理论硅晶体的一个断面形成了硅片表面，这个表面乂叫做不饱和键，原因是打开 了一层或多层硅原子的键，呈现一层到儿层的悬挂键，全部的晶格都是处在 被破坏了的状态。上述这些是根据结晶学得知的，而根据物化性质可以知道, 所说的“吸附”，就是指处在不稳定状态的非饱和化学键由于化学活性高， 很容易就和周围的原子或者分子结合起来。何为“解吸” ？意思是指被吸附 的杂质粒子在它
4、们平衡位置附近并不是固定不动的，由于它们不断的振动， 其中就会有一些重新冋到周围介质比如空气中去的被吸附的杂质粒子（它们 能够脱离硅片表面的动能都是通过被吸附的杂质粒子不断振动而获得的）。一般而言，硅片表面层所吸附的杂质粒子不会处于动荡状态，反而一直会维 持动态平衡，因为的解吸的同时，会有另一些粒子重新被吸附到硅片的表而。3 硅片清洗的常用方法与技术本文除了对束流清洗技术和干法清洗等主要清洗方法进行简单的介绍外，重 点论述了湿法化学清洗的常用方法、所遵循的基木原理以及相关的技术手段。因 为约有20%的工序在半导体器件生产中涉及到硅片的清洗,必须要选择不同的技 术手段和清洗方法来满足不同工序不同
5、的清洗要求和目的。3.1湿法化学清洗干法化学清洗和湿法化学清洗作为化学清洗的两种常用方法，目前在硅片表 面清洗中以后者为主要的清洗手段。具体的过程是指让杂质通过加热、超声、抽 真空等措施从硅片的表面解吸，或者让杂质和油污通过和各种有机溶剂和化学试 剂发生溶解或者化学反应达到解吸，接着用大量的高纯冷、热水冲洗，最后完成 硅片表面的洁净。3.2干法清洗技术相对湿法化学清洗来说，我们所说的干法清洗，是指在清洗过程中不使用溶 液。干法清洗有可以分为“半干法”和“全干法”两大类，主要是看是否完全不 使用溶液工艺，比如清洗技术中汽相法清洗属于前者，等离子清洗展于后者。而 这两种清洗技术都是目前最常用的干法清洗技术。3.3束流清洗技术通过硅片表面的沾污杂质和有较高能量的呈束流状的物质流发牛化学作用， 从而完成对硅片表面杂质的清洗，这一种清洗技术就叫做束流清洗技术。激光束 技术、冷凝喷雾技术和微集射束流清洗技术是目前常用的束流清洗技术。
