硅片清洗方法及硅片清洗设备

孙蕊

摘要:随着科技的发展对集成电路的使用也越来越多，对其工艺制造技术要求也越来越严格。硅片是集成电路的重要配件。在实际使用过程中，为了能够提高集成电路制作工艺，保证其使用效果，必须对硅片进行清洗。因此，研究和探索硅片清洗方法以及研发硅片清洗设备，是提高半导体加工效率的重中之重。本篇文章主要针对硅片清洗方法以及硅片清洗设备进行分析和研究，希望能够对硅片清洗提供更多的参考意见。

关键词:硅片；清洗方法；清洗设备；

引言:在对硅片进行加工和使用过程中，要求其表面必须洁净，无灰尘杂质才能够保证后续生产工艺顺利进行。因此必须在生产前对硅片进行清洗，在整个生产过程当中清洗是被重复次数最多的步骤，硅片的清洗工序比较复杂，清洗方法的关键和难度在于随着硅片尺寸的不断缩小，半导体集成电路对硅片的敏感性越来越强。半导体在制作和加工过程中必然会吸附一些颗粒和灰尘等物质。为了能够减少其他污染物质对芯片质量的影响。实际生产过程中，往往需要对硅片进行单独清洗，这一清洗过程复杂繁琐，单单一个清洗步骤就占据了整个半导体生产过程的1/3。由此可见清洗方法以及清洗设备的重要性。当前，硅片清洗方法应用最多的是湿法技术。通过不断的技术革新和发展湿法清洗技术几乎已经替代了干法清洗，被广泛应用在硅片清洗工艺当中。

一、硅片的主要清洗方法
（一）刷洗法
刷洗法是目前清洗硅片最常用的一种方法之一，该方法能够有效的去除硅表面的灰尘杂质和颗粒。一般情况下，该方法被用在切割或者抛光后的硅片清洗上。能够有效的清除抛光后的硅片表面附着的大量灰尘和颗粒。刷洗法可分为单面刷洗或双面刷洗，在实际生产过程中刷洗法有时会与超声法或者是化学液清洗方法共同使用来提高硅片清洗的质量效果和效率。

（二）化学清洗法
1.RCA化学清洗法
在上个世纪60年代，由美国一家公司研究和推出了一种化学清洗硅片的方法。这种技术和方法后来便被称作 RCA清洗方法。该方法主要是利用化学药剂来达到硅片清洗的目的，目前大多数的工厂所使用的硅片清洗方法都是RCA化学方法，可见该方法的应用范围之广。该清洗方法的步骤首先是将两种标准的清洗液按顺序和比例配置完成，保证该清洗液的温度达到80℃左右，特殊情况下会将清洗液的温度冷却至室温。1号清洗液是由氢氧化铵与过氧化氢加水按照1:1:5的比例混合，配置成碱性溶液，来去除硅表面的颗粒物。该溶液能够对硅表面的颗粒物进行氧化还原作用，快速分解其表面颗粒，降低颗粒的表面附着力。通过静电的排斥作用来分离硅表面的颗粒物，但是该溶液会对硅片表面产生一定的腐蚀作用，导致硅片表面粗糙。2号标准液主要是依靠氯化氢、过氧化氢以及水按照1:1:6的比例制成的酸性溶液。通过该溶液驱除硅片表面的金属杂质。另外。还有第3种标准溶液是由硫酸和水按照1:3的比例制作而成，该溶液需要在120℃的高温状态下使用，用于去除硅片表面的有机污染物。

2.改进后的 RCA化学清洗方法

传统的RCA清洗方法一般都应用在温度较高的环境当中，并且清洗液的化学浓度很高，在使用过程中增加了化学试剂的使用量。目前，人们根据传统的RCA清洗方法进行改良，重新配比化学溶液。将1号和2号溶液进行稀释，达到100倍以上，实验结果证明稀释后的溶液对于硅片的清洗效果有所提高。改进后的方法有效的降低了化学药剂的使用量，减少了化工企业的成本。另外使用该溶液附加超声能量方法后，能够极大的降低溶液的反应温度，增加反应时间，提高了溶液的使用期限。这不但降低了工厂的经济投入还能够对人体健康产生有益影响。

（三）自然氧化层去除方法
硅片的清洗过程大多是需要暴露在空气当中进行，因此硅表面会形成一层氧化膜，这层氧化膜被称之为自然氧化层。在进行使用生产前必须要将这层氧化膜去除。实际生产过程中一般会使用由氟化氢和水按照1:10或者是1:100之间的比例配备而成的溶液进行清洗。在硅片投入使用之前，自然氧化层去除是最后一道清洗过程。经过该过程清洗后硅表面形成了稳定的保护层，不会轻易的被空气进行氧化，可以放心使用。

二、硅片清洗设备
（一）化学清洗槽
一般情况下化学清洗槽是由石英或玻璃等材质制作而成。在使用过程中，需要根据硅片清洗使用的化学溶液的物质及浓度来选择化学清洗槽的材质。大多数情况下中子生物产氢反应器被用于常温下的弱酸或者弱碱溶液的硅片清洗。石英或玻璃等材质的化学清洗槽一般被用于强酸或强碱等高浓度化学溶液的硅片清洗。但是必须注意的一点是，石英玻璃材质不能用于氟化氢溶液清洗。石英材质的化学清洗槽在使用过程中能够将槽内溶液加热至180度以上，一般由石英内槽保温层以及塑料外壳所组成。石英槽的加热能够通过加热膜直接加热材料实现加热目的。在石英化学清洗槽内部装有传感器，对温度变化特别敏感，能够做到精准掌握和控制槽内化学溶液温度。

（二）兆声清洗槽
目前大多数的化工企业会利用化学清洗硅片方法或者是使用改良后的化学清洗液清洗方法配合兆声能量共同使用，能够提高硅片清洗效率和质量。常用的兆声清洗频率设定为800千赫兹到1兆赫之间，兆声功率在100~600瓦之间。兆声清洗槽底部配有兆声换能器，该配置能够有效的避免在进行硅片清洗过程中清洗液对兆声换能器产生腐蚀和损害。兆声换能器在工作过程中会产生大量的气泡，这些气泡会吸收兆声能量，使清洗效果降低。针对这种情况在进行石英槽底部设计时会留有10~15度的倾斜角，当有气泡产生时，气泡会沿着倾斜的底板向上移动，浮出水面。在一定程度上减少了气泡对兆声能量的消耗。与此同时在设计兆声清洗槽外槽时不能使用不锈钢等材料，兆声清洗槽的外槽材质根据需求不同而选择不锈钢或者是石英材料。

（三）旋转喷淋清洗设备
旋转喷淋清洗系统一般包括自动配液系统以及清洗腔体等结构组成。该设备的清洗工作是在一个密闭的空间内完成的。可以一次性的完成化学清洗，去离子清洗等若干过程。这不仅有利于提高硅片清洗效率，还能够通过减少清洗步骤来降低对硅片表面的损害。该设备能够使化学溶液更加均匀，保证每片硅片所接触到的溶液始终是新鲜的，减少了溶液对硅片的腐蚀和破坏，另外密闭的清洗空间减少了空气对硅片表面的氧化作用，并且降低了化学溶液对人体的损害。目前该清洗的系统被越来越多的应用在硅片清洗过程中。

（五）硅片刷洗器
硅片洗刷器主要是用来清洗抛光后的硅片，能够有效的清洗硅片表面的细微颗粒。传统的尼龙毛刷会对硅片表面造成一定损害，目前硅片洗刷剂所使用的毛刷为聚乙烯醇材质。该材质的毛刷能够有效的和去离子水配合既达到清洗硅片表面小颗粒的目的又能够减少对硅片表面的损害程度。

（六）水冲洗槽设备

硅片在经过多个清洗步骤以后需要使用去离子水，将硅片表面的残留物质冲刷干净。传统的清洗方法一般会使用多级溢流槽来完成。但是该设备的使用对于去离子水的用量非常大，并且清洗效果也无法满足现代生产加工需求。因此目前多在快排槽没完成这一程序。

结束语：
硅片是重要的半导体生产材料，并且在使用过程中必须要保证硅片表面清洁干净才能够提高半导体的生产质量。加强硅片清洗方法和设备的研究能够有效提高其工艺效率，利用更加先进的清洗方法能够降低工厂的成本投入，由此可见，随着硅片制造工艺的要求不断提高，其清洗方法和设备也必须要不断完善和改进，从而更好的适应工艺发展要求。

参考文献：
[1]闫志瑞，半导体硅片清洗工艺发展方向电子工业专用设备，2004