关于硅片亲疏水处理的调研报告

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1、硅片的亲疏水处理方法［前言］当今社会己经进入了电子信息时代，微处理芯片的发明彻底改变了世界，微电子、信息技术的水平已经被视为一个国家现代化水平高低的重要标志。硅经过提纯加工成单晶硅片，就是生产集成电路芯片的片基。亲水性和疏水性是硅片的重要物理性质，对硅片的后期加工起着重要的作用。当硅片本身的亲疏水性无法达到加工制造的要求时，就要对硅片进行亲疏水处理，使其满足加工制造的要求。就次问题，我查阅了众多文献资料，现对硅片的亲疏水处理方法进行分析。［正文］硅是地壳中含量仅次于氢和氧的元素，它通常以化合物的形态

2、存在于大自然中。现代，以硅为主的半导体材料已经是微电子信息产业和太阳能光伏产业最主要的基础功能材料，在W民经济和军事工业中占有很重要的地位。硅片作为芯片的片基，在进行电路集成之前要进行一系列的准备工作。硅片的亲疏水处理就属于前期准备范畴。表面的浸润性与许多物理化学过程，如吸附、润滑、粘合、分散和摩擦等密切和关。一硅片的亲疏水表征亲水性是指分子能够透过氢键和水分子形成短暂键结的物理性质。疏水性指的是一个分子（疏水物）与水互和排斥的物理性质。由此可见亲疏水性是一个和对的概念，可以用浸润性来统称。水分子附

3、在硅片表面会展开，附在固体硅表面一定表面积上形成液态水分子、气态空气及固态畦表面的三和平衡关系。如图1所示，在固、液、气三和交界处，自固/液界面经过水分子内部到气-液界面的夹角叫接触角，以0示之。平衡接触角与阎/气、固/液、液/气界面自由能之间满足T.Young方程^SG-rSL=rGL⑽0⑴图1水分子对硅片的沒润及接触角示意图由图1可知，~越小，硅表面的亲水性越强，~角越大，硅表面的疏水性越强。二亲疏水处理方法1.亲疏水处理的微观机理当硅片经淸洗液处理后表而不沾水分子吋称为疏水处理，反之表而吸附水

4、膜时为亲水处理。纯浄的硅片表而是疏水性的。从能量观点看，疏水性表而展低能表而，这时硅片表而张力小于水分子表面张力~。亲水性表而则属高能表而,这时的硅表血张力大于水分子表血张力~。由此可知，硅表面成为亲水性的基木条件为A=rSG-rSL〉Q(2)即硅片表血必须由低能转化为高能表血。从(2)式可以看出：完成上述转化的条件为或者使上升，或者~卜*降。由于清洗液大多为无机碱、酸的水溶液,知这时&几乎不变。因此，唯一的方法是改变，使之增加。由于结构完整的纯净硅表^是固定的，要改变其7^,只能改变其表血结构。实

5、际上,硅片经过清洗液洗表面Si大部分以O键为终端结构，即表面非定形SiOx结构,利用其高值达到硅表面吸附水分子的效來。亲水处理C,硅表面结构如图2所示。11O-H?siHZO-HO..SI123si.o-sisisi6-si/SI/si//siZ—olsi、、SI//阁2亲水处理•的硅表而结构硅表而疏水性处理微观机理与亲水性处理机理相似，硅表而成为疏性的基本条件为B=rsL-rs，G〉0(3)硅片表而必须由高能转化为低能表而。从(3)式可以看出：完成上述转化的条件为或者使~、下降，或者&上升。方

6、法还是改变其表而结构，使＜%减小。硅片经过特殊淸洗液洗吋，表而形成的自然氧化膜腐蚀掉，Si几乎不被腐蚀。硅片最外层的Si几乎以H键为终端结构，表而呈疏水性。2.常用亲水液处理硅片过程与亲水性的比较常用的清洗液有H2SO4/H2O2、NH4OH/H2O2(SC-1)以及HNO3/H2O,对于H2SO4、NH4OH、HNOlfljg,它们不仅能除去硅片表而沾污的金展原子(如Cu、Fe)、灰尘，冇机物等，同时还都能使硅表而形成5幻。过渡层，从而获得Si-OH结构，反应形式如下。对于H2SO4/H2O2:C

7、u+2H2SO4~*C11SO4+SO2+2H2OH2O2H2O+[O]Si+x[O]—SiOx对于NH4OH/H2O:Cu+H2O2+4NH4[Cu(NH3)4](OH)2H2O2+Si-SiOx+2H2O对于HNO3/H2O:3Cu+8HNO3(稀)->3Cu(NO3)2+2NO+4H2O3Si+4HNO3(稀)一3SiOx+4NO+2H2O利用文献[3]中所述的方法对各种清洗液沒值进行多次测量盾取平均值，其结果如表1所示表1不M亲水处理硅片表而的接触角大小表而处理剂接触角（度）NH4OH/H2

8、O25H2SO4/H2O28HC1/H9O30H?O擺O4()HNO3/H2O55从表1可以看Hi:NH4OH/H2O2接触角为最小，从而对硅片表血亲水性处理最好，处理•表面终端的OH也应最多。H2SO4/H2O2与之相差不大。以下亲水性依次降低。3.疏水处理液与超疏水纯净的硅片表面是疏水性的，但一般为了使疏水性提高，也会对硅片进行疏水处理。常用的疏水处理液有DHF与HF/H2O等。HF淸洗液在硅工艺屮经常用作腐蚀剂。它对硅片表血的处理一般是疏水性的，即不可能形成Si