硅片清洗原理与方法综述

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1、硅片清洗原理与方法综述刘传军赵权刘春香杨洪星(电子四十六所，天津300220)摘要对硅片淸■洗的基本理论、常用工艺方法和技术进行了详细的论述，同时对一些帑用的清洗方案进行了浅祈，并对硅片清洗的重要性和发展前景作了简单论述。关键词硅片清洗湿法化学清洗TheoryandMethodofSiliconWaferCleaningLiuChuanjun,ZhaoQuan,LiuChunxiang,YangHongxing(The46thInstitute(Electronics),Tianjin300220)Abstr

2、actInthispaper,themethodsandmechanismofsiliconwafercleaningarepre—sented・SomecasesusingsiIconwafercleaningarediscussed・Theimportanceandten—dencyofsiliconwafercleaningarealsogivenbriefly・KeywordsSiliconwaferCleaningWetchemicalcleaning随着大规模集成电路的发展，集成度的不断提高，线宽

3、的不断减小，对硅片的质量要求也越来越高，特别杲对硅抛光片的表面质重要求越来越严。这主要是因为抛光片农面的颗粒和金属杂质沾污会严東影响器件的质重和成品率，对于线宽为0.35pm的64兆DRAM器件，彫响电路的临界颗粒尺寸为0.06pm,抛光片的表面金属杂质沾污应全部小于5x1016at/cm2,抛光片表而大于0.2pm的颗粒数应小于20个/片⑴。在口前的集成电路生产中，由于硅抛光片表面沾污问题，仍有50%以上的材料被损失掉⑵o在硅晶体管和集成电路生产中，儿乎每道工序都有硅片淸洗的问题，硅片淸洗的好坏对器件性能有

4、严施的影响，处理不当，可能使全部硅片报废，做不出管子来，或者制造出来的器件性能低劣，稳定性和可靠性很差"因此弄淸楚硅片消洗的方法和原理，不管是对于从事硅片加工的人，还是对于从事半导体器件生产的人来说都有着逼耍的意义。正是由于硅片清洗是半导体器件制造中圾垂要址频繁的步骤，而扎其效率将直接影响到器件的成品率、性能和可靠性，所以国内外对隋洗工艺的研究一立在不断地进行f3'12'o现在人们已研制出了很多种可用于硅片消洗的工艺方法和技术，常见的有：湿法化学淸洗、超声淸洗法、兆声淸洗法、鼓泡消洗法、擦洗法、高压喷射法、离

5、心喷射法、流体力学法、流体动力学法、干法清洗、微集射束流法、激光束清洗、冷凝喷雾技术、汽札I清洗、非浸润液体喷射法、硅片在线真空淸洗技术、RCA标准清洗、等离子体清洗、原位水冲洗法等。这些方法和技术现已广泛应用于硅片加工和器件制造中的硅片淸洗。硅片清洗的基本理论为了更冇效地利用齐种硅片清洗的工艺方法和技术手段，以便获得一个非常洁净的硅片表面和高的清洗效率，我们首先要对硅片淸洗的基本理论有一个全面的理解和拿握。下而对硅片的表而状态、农面洁净度、吸附理论、表面沾污杂质的來源与分类等基本理论进行介绍，并给出硅片清洗

6、的-•般程序。2.1硅片的表面状态与洁净度问题理想的硅片表面应该是硅原子有规则排列终止所形成的表面，表面内部的硅原子以共价键结合，而表面外部无其它原子，所以外方向的价键是未饱和的，存在着可以俘获电子的茨面态。上述理想表面实际是不存在的,硅片的真实表面由于暴露在环境气氛中发生氧化及吸附,其表而往往有一层很薄的自然氧化层，用度为几个埃、几十个埃甚至上百埃。真实的硅片表面是内表面和外表面的总合，内表而是硅与门然氧化层的界而，它既存在着受主能级乂存在着施主能级，能级密度为1011~1012个/呦2(1(外表面是自然

7、氣化层与环境气氛的界面，它也存在一些表面能级，并吸附一些污染杂质原子，而且不同程度地受到内茨面能级的影响，可以与内茨面交换电荷，外茨面的吸附现象是复杂的。淸洗的根本目的是使硅片获得洁净表面，但是什么样的表血才是洁净的表而,-直没有严格的定义。如果仅从制造工艺来说，可以简单认为污染物质对器件特性的影响应当在可以忽略的范围以下。一般污染朵质种类和数量越少，表面洁净度越高，工艺中总存在一个明显的污染容限（⑼，当污染在该容限Z下，污染对器件的电特性、成品率、可靠性的影响急剧下降。当污染超过该容限时，影响显著上升，只要

8、污染在容限之下,尽管硅片表而并非绝对洁净,仍认为硅片表而是相对洁净的。如污染在容限之上,则认为硅片是非洁净的。完好的硅片消洗总是去除沾污在硅片表面的微粒和有害膜层，代之以氧化物的、氮化物的或其它挥发元素（或分子）的连续无害膜层，即具有原子均质的膜层。硅片农面达到原子均质的程度越高，洁净度越高，反之，洁净度越低。2.2吸附理论硅片表面是硅晶体的一个断面，由结品学可知,这个表面所有的晶格都处于破坏状态,