硅片的标准清洗方法?

最佳答案 - 由投票者2007-12-30 17:52:09选出

目前，最流行的新的清洗法是使用HF/O3对硅片进行清洗[3,4]，该清洗法使用较RCA清洗法少的化学试剂与清洗步骤，同时可以达到更优的清洗效果；但对该清洗法又有两种不同的应用，即槽式清洗和单片清洗，下文将对这两种清洗法进行介绍。
3 HF/O3槽式清洗法 臭氧为空气中氧分子受到高能量电荷激发时的产物。臭氧的特性为不稳定气体，具有强烈的腐蚀性和氧化性。在常温常压下，臭氧在水中的饱和水溶解度约为15?0-6。臭氧的氧化还原势比H2SO4，HCl，H2O2 的都高，因此用臭氧超净水去除有机物及金属的效率比SPM、HPM(SC-2)等传统方法要高。另外，该清洗办法可以在室温下进行，且不用进行废液处理，故比传统的RCA清洗法有较大优势[5]。 德国ASTEC[6]公司按照此思路设计了一套基于 HF/O3清洗的清洗与干燥工艺，叫作ACD(astec clean and dry)清洗法。该清洗法由AC(astec clean)与AD(astec dry)两部分组成，现可以广泛使用于300mm硅片的清洗。该清洗法主要使用DI- water，HF与O3，另外可以根据工艺的需要适当的加入表面活性剂进行清洗，同时也可以配合兆声波的使用。 使用ACD清洗法可以大大减少DI-water（纯水冲洗）以及化学试剂的使用量，同时可以将清洗步骤简化，大大节省洁净间的面积，标准的ACD清洗步骤如下：ASTEC 清洗法→纯水冲洗→ASTEC 干燥法。 在标准的AC清洗中，将同时使用DI-water、 HF，O3，表面活性剂与兆声波。由于O3 具有非常强的氧化性，可以将硅片表面的有机沾污氧化为CO2 和H2O，达到去除表面有机物的目的，同时可以迅速在硅片表面形成一层致密的氧化膜；HF可以有效的去除硅片表面的金属沾污，同时将O3 氧化形成的氧化膜腐蚀掉，在腐蚀掉氧化膜的同时,可以将附着在氧化膜上的颗粒去除掉，兆声波的使用将使颗粒去除的效率更高，而表面活性剂的使用[7] ，可以防止已经清洗掉的颗粒重新吸附在硅片表面。AC清洗法对颗粒的去除率如图2所示，由图可见，颗粒的一次去除率约为90%。 在AD干燥法中，同样使用HF与O3 。整个工艺过程可以分为液体中反应与气相处理两部分。 首先将硅片放入充满HF/O3的干燥槽中，经过一定时间的反应后，硅片将被慢慢地抬出液面；由于HF酸的作用，硅片表面将呈疏水性，因此，在硅片被抬出液面的同时，将自动达到干燥的效果。 在干燥槽的上方安装有一组O3 的喷嘴，使得硅片被抬出水面后就与高浓度的O3 直接接触，进而在硅片表面形成一层致密的氧化膜。 在采用AD干燥法的同时，可以有效地去除金属沾污。该干燥法可以配合其他清洗工艺来共同使用，干燥过程本身不会带来颗粒沾污，由图3可见干燥后硅片表面颗粒未发现增长。经过ACD清洗法清洗后硅片表面的金属沾污 (Fe，Cu，Ni，Zn，Cr等)可以达到?09 at oms/cm2，从而可以满足300mm硅片的使用要求。
4 HF/ O3单片清洗法 目前，槽式清洗机仍是半导体厂家使用最广泛的清洗设备，但该类设备最大的缺点就是沾污的去除率会受到一定的制约。其原因为即使在清洗中使用高纯的化学试剂与纯净水，但是由于从硅片上清洗下来的沾污依然存在于清洗液中，这就可能造成硅片的二次沾污。而旋转式的单片清洗法可以有效地防止硅片的二次沾污，因为不断有新的化学试剂与水供应到硅片表面，而使用过的化学试剂与水被直接排掉。 由日本索尼公司的Takeshi Hattori[8]等人研究的HF/O3单片旋转式清洗法可以有效地去除硅片表面的颗粒、有机沾污、无机沾污以及金属沾污等。在该清洗法中，只使用HF与O3两种化学物品，而设备上应同时有三路供液系统，分别可以将DHF、溶解有O3的超纯水、超纯水供应到硅片的中心。在清洗过程中首先将DHF与溶解有O3的超纯水交替供应到硅片的表面，每种试剂供应约10s(一个循环20s)，接着供应纯水到硅片表面进行冲洗，最后使用旋转干燥法对硅片进行干燥。为了避免旋转干燥法给硅片表面带来的水迹，可以改为在氮气气氛下进行。 在进行颗粒去除率的实验时，首先让硅片被 Al2O3颗粒沾污，（Al2O3颗粒是硅片表面最常见的颗粒之一，且该种颗粒在常规清洗中较难去除），然后使用HF/O3单片旋转式清洗法对硅片进行清洗，实验中使用了两种工艺：20s一个循环（10s DHF，10s O3超纯水）和2min一个循环（1min DHF，1min O3超纯水）。两种工艺对硅片表面颗粒的去除率的对比见图4。 从上图可以看出，在清洗中使用20s一个循环与2min一个循环，清洗后的效果基本相同，这是因为：在O3超纯水处理阶段，硅片表面可以迅速形成一层氧化膜，氧化膜厚度在10s内可以达到约 0.7nm，而10s之后的生