半导体硅片清洗工艺的发展研究-solarbe文库

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中国高新技术企业半导体硅片清洗工艺的发展研究文／舒福璋【摘要】在硅晶体管和集成电路生产中，几乎每道工序都有硅片清洗的问题，硅片清洗的好坏对器件性能有严重的影响，处理不当，可能使全部硅片报废，做不出晶体管来，或者制造出来的器件性能低劣，稳定性和可靠性很差。因此弄清楚硅片清洗的方法，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重要的意义。【关键词】半导体清洗工艺污染１硅片污染物杂质的分类［１］根据污染物产生的原因，大致可将它们分为颗粒、有机物杂质、金属污染物三类。（１）颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂等。颗粒的存在会造成ＩＣ芯片短路或大大降低芯片的测试性能。（２）有机物杂质它在硅片上以多种方式存在，如人的皮肤油脂、防锈油、润滑油、松香、蜡等。这些物质通常都会对加工进程带来不良影响。（３）金属污染物它在硅片上以范德华引力、共价键以及电子转移等三种表面形式存在。这种玷污会破坏极薄的氧化层的完整性，增加漏电流密度，影响ＭＯＳ器件的稳定性，结果导致形成微结构缺陷或雾状缺陷。沾污的种类及对半导体硅片的影响２硅片的化学清洗方法［２］化学清洗是指利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或溶解作用，或伴以超声、加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清除物体的表面脱附（解吸），然后用大量高纯热、冷去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。化学清洗又可分为湿法化学清洗和干法化学清洗，其中湿法化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位。常用的化学清洗液（１）溶液浸泡法溶液浸泡法就是通过将要清除的硅片放入溶液中浸泡来达到清除表面污染目的的一种方法，它是湿法化学清洗中最简单也是最常用的一种方法。它主要是通过溶液与硅片表面的污染杂质在浸泡过程中发生化学反应及溶解作用来达到清除硅片表面污染杂质的目的。（２）机械擦洗法当硅片表面沾有微粒或有机残渣时常用擦片的方法清洗。机械擦洗法一般可分为手工擦洗和擦片机擦洗两种方法。（３）超声波清洗技术超声波清洗是半导体工业中广泛应用的一种清洗方法，该方法的优点是清洗效果好，操作简单，对于复杂的器件和容器也能清除，但该法也具有噪音较大、换能器易坏的缺点。（４）兆声波清洗技术兆声波清洗不但保存了超声波清洗的优点，而且克服了它的不足。兆声波清洗的机理是由高能（８５０ｋＨｚ）频振效应并结合化学清洗剂的化学反应对硅片进行清洗的。（５）旋转喷淋法旋转喷淋法是指利用机械方法将硅片以较高的速度旋转起来，在旋转过程中通过不断向硅片表面喷液体（高纯去离子水或其它清洗液）而达到清除硅片目的的一种方法。该方法利用所喷液体的溶解（或化学反应）作用来溶解硅片表面的沾污，同时利用高速旋转的离心作用，使溶有杂质的液体及时脱离硅片表面，这样硅片表面的液体总保持非常高的纯度。３干法清洗技术干法清洗技术，一般是指不采用溶液的清洗技术，是一种气相化学处理方法，通常需利用等离子体、紫外线、激光产生的激活能在低温下加强化学反应。在集成电路制备中使用的干法清洗技术有ＨＦ／Ｈ２Ｏ气相清洗、紫外线－臭氧清洗（ＵＶＯＣ）、Ｈ２／Ａｒ等离子清洗、热清洗等多种干法清洗工艺。目前通常采用的干法清洗技术有等离子体清洗技术、气相清洗等。等离子体清洗属于全干法清洗，而气相法清洗属于半干法清洗。超声液清洗与ＨＦ／Ｈ２Ｏ相结合的清洗流程如下４清洗技术的最新发展４．１电解离子水清洗硅片［３］用电解的方法将超净水或添加电解质的超净水分解为阴离子和阳离子，并通过调节电解液的浓度、电流密度等来控制其ＰＨ值和氧化还原电位，得到所需要的强氧化性溶液或强还原性溶液，以达到去除硅片表面的有机物、颗粒和金属的作用。此清洗方法的应用，将大幅度地减少化学试剂的用量，而且也减少了冲洗用的超净水的用量，简化了回收再利用所需的设备，既降低成本，又减少对环境的污染。电解粒子水的使用将有可能是未来硅片清洗的重要发展方向。４．２只用ＨＦ清洗（下转９９页）科技论坛９６－－中国高新技术企业（上接９６页）在湿式清洗工艺中，硅片表面都有一层化学氧化膜，这层氧化膜是主要的沾污源。如果没有这层氧化膜可大大降低金属、有机物等沾污。用ＨＦ清洗可去除表面氧化层，而且用ＨＦ清洗后，氢终端表面非常稳定，不易被其它杂质污染，具有很好的钝化特性。此种工艺的最大难题是颗粒增加无规律、清洗完后硅片表面有水迹。而且残留的颗粒、负电位高的金属杂质会直接沉积在疏水性表面上，表面粗糙度也会变坏。研究表明，颗粒增加主要发生在气、液界面处。因为经ＨＦ清洗后的硅片表面为疏水性，所以不能浸润硅片表面形成水膜，使其在气、液界面很容易造成颗粒的沾污。只用ＨＦ清洗或简化常规工艺后最后用ＨＦ清洗，可通过降低与周围环境的接触来获得一个理想的钝化表面，减少颗粒吸附在敏感的疏水性表面上。这就对清洗工艺设备提出了多方面的要求。４．３臭氧超净水清洗臭氧为不稳定的气体，具有强烈的腐蚀性及氧化性。目前臭氧的制造方法有光化学法和放电法等技术。硅片接触到溶有臭氧的超净水后，表面会迅速形成一层氧化膜，形成的速度会比在空气中快的多。这是因为臭氧在水中分解后产生的氧离子及自由基迅速氧化硅片表面。氧化层的厚度会随臭氧浓度的增高而增加。臭氧形成氧化膜为规律性形成，Ｏｈｉｍｉ等用原子力显微镜观察表面形貌，发现形成氧化膜的表面比原来的硅表面更为平坦，而且用ＨＦ／Ｈ２Ｏ２去除氧化膜后，微粗糙度依然没有劣化的迹象。５结束语传统的清洗方法已不能满足要求，臭氧水、兆声波、电解离子水等的应用显示出很好的去除硅片表面颗粒和金属沾污的能力，对硅片表面微观态的影响很小。而且，它们的使用使清洗设备小型化及清洗工艺一次完成化的实现成为可能。同时，它们对环境的低污染度也是传统的清洗溶液所不能比拟的。在未来的清洗工艺中它们可能会被广泛地应用。参考文献［１］闫志瑞．半导体硅片清洗工艺发展方向［Ｊ］．电子工业专用设备，２００４，（９）．［２］张厥宗．硅片的化学清洗技术［Ｊ］．洗净技术，２００３，（４）．［３］郭运德．硅片清洗方法探讨［Ｊ］．上海有色金属，１９９９，（４）．（作者单位系中国电子科技集团公司第四十五研究所）（上接９５页）如果井口压力在６－１２ＭＰａ之间，停止起电缆，压井后再起电缆和仪器；如果井口压力大于１２ＭＰａ，应立即停止起电缆，卡紧电缆（以避免电缆和仪器落井）后，下放电缆使其处于松弛状态。此时，两人同时旋紧剪断手轮，剪断电缆后关闭防喷闸板，待挤压井作业后，利用电缆固定装置将留井电缆和下井仪器一同起出。２现场试验及应用在河口采油厂大６５－Ｘ６０井用水泥车模拟井喷进行了电缆射孔防喷器的现场应用试验。用水泥车模拟井喷现场，模拟最高压力１５ＭＰａ，试验证明该装置体积小、重量轻、结构简单、安全可靠，额定压力范围内电缆的动、静密封效果良好，达到了设计要求。电缆射孔防喷器已在胜利油田推广应用，在２００余口井的电缆射孔作业中进行了现场应用，应用效果良好，满足了现场的施工要求。３结论（１）该电缆射孔防喷器在电缆剪切、防止电缆落井、电缆的动静密封以及不同阶段压力的适应性井控施工工艺等方面具有一定的新颖性，能够有效防止带电缆作业中井喷事故的发生。尤其是剪断电缆并防止电缆落井的设计思路，更是打破了使用带防喷导管的密闭测试装置的传统思维的束缚，对完善、拓展电缆测试作业过程中的井控举措具有十分重要的意义。（２）在电缆测试作业过程中，使用电缆射孔防喷器防止失控井喷事故的发生，可避免经济损失５０万元／口，经济效益可观。（３）电缆射孔防喷器可以安全可靠的防止电缆测试作业过程中失控井喷事故的发生，避免失控井喷造成的环境污染、油层损伤、油井报废和可能造成的一系列火灾和人身伤害等事故，为电缆测试作业提供可靠的安全井控保障。并可以避免电缆和井下工具的打捞，减轻工人的劳动强度和节省作业成本费用，社会效益显著。参考文献［１］试井手册编写组，试井手册（上册），北京石油工业出版社，１９９１２４５～２５８。［２］杨永宁，液压防喷器剪切闸板的设计，油矿场机械，２００２，３１（５）３１～３３。［３］中国机械网密封。［４］徐芝纶著，弹性力学，上册，第二版，高等教育出版社，１９９６年，北京。［５］ＳＹ／Ｔ５０５３．１－２０００防喷器及控制装置防喷器石油天然气行业标准。（作者单位系胜利石油管理局井下作业三公司）的确定即要保证焊缝性能又不影响锻件强度还要兼顾母材性能。经过５３０ ℃ 五次回火，其性能没有明显变化。综合上述因素将最终焊后回火的试验温度选择在６２０ ℃ 保温１２小时，其性能结果与同炉处理的未经６２０ ℃ 焊后回火的母材试板做比较，结果见表３、表４。表４中的试板试验用料是用新进厂的６４５－ Ⅲ 钢。表３焊后回火机械性能表４焊后回火机械性能（６４５－ Ⅲ 新材料）四、结论综合以上试验数据制定冷凝器水室（大封头）热处理工艺如下１、冷凝器水室壳体及循环水接管压型加热工艺规范按衬里水室热冲压成型专用技术条件中第３．２条款执行。２、压型后回火工艺６５０＋１０ ℃ 加热保温１２小时，空冷。３、焊后回火工艺６１５＋１０１５ ℃ 加热保温１２小时，空冷至３００ ℃ 后入炉缓冷。（每台份焊后回火保温期间温度的选择应根据该台份锻件供货的强度来具体确定）。（作者单位系哈尔滨汽轮机厂有限责任公司）科技论坛９９－－