如何清洗硅片

清洗方法 （一）RCA清洗： RCA 由Werner Kern 于1965年在N.J.Princeton 的RCA 实验室首创, 并由此得名。RCA 清洗是一种典型的湿式化学清洗。RCA 清洗主要用于清除有机表面膜、粒子和金属沾污。 1、颗粒的清洗 硅片表面的颗粒去除主要用APM ( 也称为SC1) 清洗液(NH4OH + H2O2 + H2O) 来清洗。在APM 清洗液中,由于H2O2的作用,硅片表面有一层自然氧化膜(SiO2) , 呈亲水性, 硅片表面和粒子之间可用清洗液浸透, 硅片表面的自然氧化膜和硅被NH4OH 腐蚀,硅片表面的粒子便落入清洗液中。粒子的去除率与硅片表面的腐蚀量有关, 为去除粒子,必须进行一定量的腐蚀。在清洗液中, 由于硅片表面的电位为负, 与大部分粒子间都存在排斥力, 防止了粒子向硅片表面吸附。 表2常用的化学清洗溶液 名称 组成 作用 SPM H2SO4∶H2O2∶H2O 去除重有机物沾污。但当沾污非常严重时, 会使有机物碳化而难以去除 DHF HF∶(H2O2)∶H2O 腐蚀表面氧化层, 去除金属沾污 APM(SC1) NH4OH∶H2O2∶H2O 能去除粒子、部分有机物及部分金属。此溶液会增加硅片表面的粗糙度 HPM(SC2) HCl∶(H2O2)∶H2O 主要用于去除金属沾污 2、表面金属的清洗 (1) HPM (SC22) 清洗 (2) DHF清洗 硅片表面的金属沾污有两种吸附和脱附机制: (1) 具有比硅的负电性高的金属如Cu ,Ag , Au , 从硅表面夺取电子在硅表面直接形成化学键。具有较高的氧化还原电位的溶液能从这些金属获得电子, 从而导致金属以离子化的形式溶解在溶液中, 使这种类型的金属从硅片表面移开。(2) 具有比硅的负电性低的金属, 如Fe , Ni ,Cr , Al , Ca , Na , K能很容易地在溶液中离子化并沉积在硅片表面的自然氧化膜或化学氧化膜上。这些金属在稀HF 溶液中能随自然氧化膜或化学氧化膜容易地除去。 3、有机物的清洗 硅片表面有机物的去除常用的清洗液是SPM。SPM 具有很高的氧化能力, 可将金属氧化后溶于溶液中, 并能把有机物氧化生成CO2 和水。SPM 清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金属,但是当有机物沾污较重时会使有机物碳化而难以去除。经SPM 清洗后, 硅片表面会残留有硫化物,这些硫化物很难用去粒子水冲洗掉。 （二）气相干洗 气相干洗是在常压下使用HF 气体控制系统的湿度。先低速旋转片子, 再高速使片子干燥, HF 蒸气对由清洗引起的化学氧化膜的存在的工艺过程是主要的清洗方法。另一种方法是在负压下使HF 挥发成雾。低压对清洗作用控制良好,可挥发反应的副产品, 干片效果比常压下好。并且采用两次负压过程的挥发, 可用于清洗较深的结构图形, 如对沟槽的清洗。 MMST工程 主要目标是针对高度柔性的半导体制造业而开发具有快速周期的工艺和控制方法。能够通过特定化学元素以及成分直接对硅片表面进行清理，避免了液体带来的成分不均匀和废液的回收问题，同时节约了成本。 1、氧化物去除： 用气相HF/水汽去除氧化物，所有的氧化物被转变为水溶性残余物, 被水溶性去除。绕开了颗粒清除过程，提高了效率。 2、金属化后的腐蚀残余物去除： 气相HF/氮气工艺用于去除腐蚀残余物，且金属结构没有被钻蚀。这个工艺避免了昂贵而危险的溶剂的使用, 对开支、健康、安全和环境等因素都有积极的影响。 3、氮化硅和多晶硅剥离： 在远离硅片的一个陶瓷管中的微波放电产生活性基, 去除硅片上的氮化硅和多晶硅, 位于陶瓷管和硅片之间的一块挡板将气体分散并增强工艺的均匀性, 剥离工艺使用NF3,Cl2,N2和O2的组合分别地去除Si3N4, 然后去除多晶硅。 4、炉前清洗： 用气相HF/HCl气体进行炉前清洗并后加一个原位水冲洗过程, 金属粒子的沾污被去除到了总反射X射线荧光光谱学(XRF)的探测极限范围之内。 5、金属化前,等离子腐蚀后和离子注入后胶的残余物去除: 臭氧工艺以及气相HF/氮气工艺还需进一步的改进才能应用。但是有一种微剥离工艺，用SC1/超声过程去除最后的颗粒。

RCA cleaning 就是采用RCA方法来清洗的意思。RCA是一种典型的、普遍使用的湿式化学清洗法，该清洗法主要包括以下几种清洗液： （1）SPM：H2SO4 /H2O2 120～150℃ 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CO 2和H2O。用SPM清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金属，但是当有机物沾污特别严重时会使有机物碳化而难以去除。 （2）HF(DHF)：HF(DHF) 20～25℃ DHF可以去除硅片表面的自然氧化膜，因此，附着在自然氧化膜上的金属将被溶解到清洗液中，同时DHF抑制了氧化膜的形成。因此可以很容易地去除硅片表面的Al，Fe，Zn，Ni等金属，DHF也可以去除附着在自然氧化膜上的金属氢氧化物。用DHF清洗时，在自然氧化膜被腐蚀掉时，硅片表面的硅几乎不被腐蚀。 （3）APM (SC-1）：NH4OH/H2O2 /H2O 30～80℃ 由于H2O2的作用，硅片表面有一层自然氧化膜(SiO2)，呈亲水性，硅片表面和粒子之间可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si被NH 4OH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。在 NH4OH腐蚀硅片表面的同时，H2O 2又在氧化硅片表面形成新的氧化膜。 （4）HPM (SC-2)：HCl/H2O2/H2 O 65～85℃ 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Zn。 清洗的一般思路是首先去除硅片表面的有机沾污，因为有机物会遮盖部分硅片表面，从而使氧化膜和与之相关的沾污难以去除；然后溶解氧化膜，因为氧化层是“沾污陷阱”，也会引入外延缺陷；最后再去除颗粒、金属等沾污，同时使硅片表面钝化。

可以的。

随着半导体材料技术的发展，对硅片的规格和质量也提出更高的要求，适合微细加工的大直径硅片在市场的需求比例将日益加大。半导体,芯片,集成电路,设计,版图,芯片,制造,工艺目前世界普遍采用先进的切、磨、抛和洁净封装工艺，使制片技术取得明显进展。最新尖端技术的导入，使SOI等高功能晶片的试制开发也进入批量生产阶段。对此，硅片生产厂家也增加了对300mm硅片的设备投资，针对设计规则的进一步微细化。利用超声波清洗技术，在清洗过程中超声波频率在合理的范围内往复扫动，带动清洗液形成细微回流，使工件污垢在被超声剥离的同时迅速带离工件表面，提高清洗效率。

超声波清洗方法及其放置方向

将被洗研磨硅片水平状放置在清洗槽底部上方栅栏状的石英棒框架上，在确保清洗槽内具有去离子水高度并不断流动的条件下，利用设在清洗槽底部的超声波振子进行清洗，超声波频率为40KHz，每5分钟将研磨硅片翻一个面，连续超洗至被超洗的研磨硅片表面没有黑色污染物冒出止。超声波清洗单晶硅片装置清洗槽的槽壁上设有进水口和出水口，槽底部下方设有超声波振子，清洗槽槽内设有一搁置单晶硅片的框架，框架底壁为栅栏状的石英棒形成的平面低于去离子水水平面，整个框架由支撑脚支撑在清洗槽内。

具体实施时，石英棒距离清洗槽的底壁为15厘米。清洗时，单晶硅片可以平置在石英棒上，将现有的竖超洗改成平超洗，消除了单晶硅片在竖超洗状态下，污染物会残留堆积在硅片表面，形成局部区域清洗不干净，以及承载硅片的软体花篮会吸附和阻挡掉超声波源的传递，从而造成硅片表面局部区域清洗不干净的现象，具有结构更简单、用水量大大减少的优点。

采用超声波清洗机的优点

1、采用了真空脱气技术有效去除液体中气体，且运用抛动功能，增强超声对工件表面油污和污垢的清洗能力，缩短清洗时间

2、洗篮设计转动机构重叠不可分拆的零件或形状复杂的零件，也可做到均匀完整的清洗

3、减压真空系统能吸出盲孔、缝隙及叠加零件之间的空气，使超声波在减压的状态下产生

4、真空蒸汽清洗+真空干燥系统利用蒸汽洗净做养护，完美实现清洗效果

5、蒸汽清洗、干燥及清洗液加热的全过程在减压真空中进行，更有效地确保了安全性

6、防爆配件及简洁加热系统，进一步提高安全度

7、加热温度自动可调

8、设有安全保险装置

9、超声输出频率可根据不同工作情况进行微调.

---