硅片超声波清洗技术

硅片超声波 清洗技术在半导体材料的制备过程中，每一道工序都涉及到清洗，而且清洗的好坏直接影响下一道工序，甚至影响器件的成品率和可靠性。由于 ULSI 集成度的迅速提高和器件尺寸的减小，对于晶片表面沾污的要求更加严格， ULSI 工艺要求在提供的衬底片上吸附物不多于 500 个/m2× 0.12um，金属污染小于 1010atom/cm2 。晶片生产中每一道工序存在的潜在污染，都可导致缺陷的产生和器件的失效。因此，硅片的清洗引起了专业人士的重视。以前很多厂家都用手洗的方法，这种方法人为的因素较多，一方面容易产生碎片，经济效益下降，另一方面手洗的硅片表面洁净度差，污染严重，使下道工序化抛腐蚀过程中的合格率较低。所以，硅片的清洗技术引起了人们的重视，找到一种简单有效的清洗方法是当务之急。本文介绍了一种超声波清洗技术， 其清洗硅片的效果显著， 是一种值得推广的硅片清洗技术。硅片表面污染的原因晶片表面层原子因垂直切片方向的化学键被破坏而成为悬空键，形成表面附近的自由力场，尤其磨片是在铸铁磨盘上进行，所以铁离子的污染就更加严重。同时，由于磨料中的金刚砂粒径较大， 造成磨片后的硅片破损层较大， 悬挂键数目增多， 极易吸附各种杂质，如颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子、硅粉粉尘等，造成磨片后的硅片易发生变花、发蓝、发黑等现象，使磨片不合格。硅片清洗的目的就是要除去各类污染物，清洗的洁净程度直接决定着 ULSI 向更高集成度、可靠性、成品率发展，这涉及到高净化的环境、水、化学试剂和相应的设备及配套工艺， 难度越来越大， 可见半导体行业中清洗工艺的重要性。图：硅片表面黑点的扫面电子显微镜照片实验及结果分析1.实验设备和试剂实验设备： SQX-3916 硅片清洗机实验使用的试剂：有机碱、 Q325-B 清洗剂、活性剂、去离子水、助磨剂2.实验过程（ 1）超声波清洗的基本原理利用 28KHz 以上的电能， 经超声波换能器转换成高频机械振荡而传入到清洗液中。 超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射，使液体流动，并不停地产生数以万计的微小气泡。这些气泡是在超声波纵向传播的负压区形成及生长，而在正压区迅速闭合。这种微小气泡的形成、 生成迅速闭合称为空化现象， 在空化现象中气泡闭合时形成超过 1000 个大气压的瞬时高压，连续不断产生的瞬时高压，像一连串小爆炸不停地轰击物体表面，使物体及缝隙中的污垢迅速剥落。这种空化侵蚀作用就是超声波清洗的基本原理。（ 2）清洗工艺流程自动上料→去离子水＋超声波清洗＋抛动→碱液＋超声波清洗＋抛动→去离子水＋超声波清洗＋抛动→碱液＋超声波清洗＋抛动→碱液＋超声波清洗＋抛动→去离子水＋超声波清洗＋抛动＋溢流→去离子水＋超声波清洗＋抛动＋溢流→自动下料（ 3）清洗液的最佳配比的确定取 4″ 及 500 祄厚的硅片做十组实验，固定 5 分钟清洗时间及超声清洗的温度，见下面列表。从表中观察不同条件下硅片表面，用荧光灯照射表面可清楚看出硅表面的洁净程度。因此得出清洗液的最佳配比为 活性剂 :清洗剂 : 去离子水 =0.10:1.00:7.0 通过实验发现当清洗剂的浓度越低，越有利于水的清洗，但清洗剂的浓度不能低于15%，否则清洗效果反而降低。（ 4）超声清洗时间的确定将磨片分为十组， 以上述最佳配比为清洗液超声清洗， 按不同的时间分为十批清洗， 清洗时间分别是 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10min。同时用去离子水代替清洗液同样条件下做对比实验，得出结论， 清洗剂的清洗效果明显好于去离子水，而且超声清洗时间在3min 清洗效果就已经比较理想了。（ 5）超声清洗温度的确定非离子表面活性剂在液固界面的吸附量随温度升高而增加。这是因为在低温时非离子表面活性剂与水完全混溶，亲水基聚氧乙烯与水形成的氢键能量低，当温度升高后，分子的热运动加剧，致使氢键破坏，使非离子表面活性剂在水中的溶解度下降，温度升高到一定值时，非离子表面活性剂从水溶液中析出变混浊，此温度即为浊点。因此温度升高时非离子表面活性剂逃离水的趋势增强，吸附量增大。温度对非离子表面活性剂的去污能力的影响是明显的，当温度接近于浊点时，清洗效果最好。通过实验得出 30～ 50℃之间均可，但 45℃为最佳。（ 6）扫描电子显微镜的观察通过扫描电子显微镜能谱分析可以得出：研磨片的表面黑点主要是颗粒污染物和碳元素聚集物。3. 实验结果和讨论（ 1） 硅片经过磨片工序后，一直使硅片处于去离子水中浸泡状态，这样在经过清洗机清洗后表面洁净，在化抛后尤为明显， 化抛后硅片表面相当光泽干净，使其合格率大大提高；若由于工艺需要测试硅片厚度或电阻率，使其脱离水后，在重新清洗后的硅片化抛时，表面大多数会出现暗花及不明显的污染痕迹，直观表面较差。（ 2） 清洗次数对清洗效果有很大影响， 清洗次数多的硅片比清洗次数少的硅片表面光洁， 这就要求在以后的探索中如何控制清洗液的时效性， 如清洗四英寸硅片达 500 片时， 需及时更换清洗液。（ 3）适当加入有机碱，利用碱的腐蚀性，络合硅片表面的金属离子，以加快清洗的速度，提高清洗的效率。硅片的清洗在半导体制作过程中十分重要， 而磨片的清洗是所有清洗工序中最困难的。 由于使用了清洗机， 通过物理渗透作用， 使污染颗粒脱离硅片表面， 再通过超声波清洗的机械作用和化学腐蚀作用，最终去除污染颗粒，达到了清洗硅片的目的。