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硅片超声波清洗技术

在半导体材料的制备过程中,每一道工序都涉及到清洗,而且清洗的好坏直接影响下一道工序,甚至影响器件的成品率和可靠性。由于ULSI集成度的迅速提高和器件尺寸的减小,对于晶片表面沾污的要求更加严格,ULSI工艺要求在提供的衬底片上吸附物不多于500个/m2×0.12um,金属污染小于 1010atom/cm2。晶片生产中每一道工序存在的潜在污染,都可导致缺陷的产生和器件的失效。因此,硅片的清洗引起了专业人士的重视。以前很多厂家都用手洗的方法,这种方法人为的因素较多,一方面容易产生碎片,经济效益下降,另一方面手洗的硅片表面洁净度差,污染严重,使下道工序化抛腐蚀过程中的合格率较低。所以,硅片的清洗技术引起了人们的重视,找到一种简单有效的清洗方法是当务之急。本文介绍了一种超声波清洗技术,其清洗硅片的效果显著,是一种值得推广的硅片清洗技术。硅片表面污染的原因

  晶片表面层原子因垂直切片方向的化学键被破坏而成为悬空键,形成表面附近的自由力场,尤其磨片是在铸铁磨盘上进行,所以铁离子的污染就更加严重。同时,由于磨料中的金刚砂粒径较大,造成磨片后的硅片破损层较大,悬挂键数目增多,极易吸附各种杂质,如颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子、硅粉粉尘等,造成磨片后的硅片易发生变花、发蓝、发黑等现象,使磨片不合格。硅片清洗的目的就是要除去各类污染物,清洗的洁净程度直接决定着ULSI向更高集成度、可靠性、成品率发展,这涉及到高净化的环境、水、化学试剂和相应的设备及配套工艺,难度越来越大,可见半导体行业中清洗工艺的重要性。
 (1)超声波清洗的基本原理
  利用28KHz以上的电能,经超声波换能器转换成高频机械振荡而传入到清洗液中。超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射,使液体流动,并不停地产生数以万计的微小气泡。这些气泡是在超声波纵向传播的负压区形成及生长,而在正压区迅速闭合。这种微小气泡的形成、生成迅速闭合称为空化现象,在空化现象中气泡闭合时形成超过1000个大气压的瞬时高压,连续不断产生的瞬时高压,像一连串小爆炸不停地轰击物体表面,使物体及缝隙中的污垢迅速剥落。这种空化侵蚀作用就是超声波清洗的基本原理。
  (2)清洗工艺流程
  自动上料→去离子水+超声波清洗+振动筛抛动→碱液+超声波清洗+抛动→去离子水+超声波清洗+抛动→碱液+超声波清洗+抛动→碱液+超声波清洗+抛动→去离子水+超声波清洗+抛动+溢流→去离子水+超声波清洗+抛动+溢流→自动下料
  (3)清洗液的最佳配比的确定
  取4″及500祄厚的硅片做十组实验,固定5分钟清洗时间及超声清洗的温度,见下面列表。
  从表中观察不同条件下硅片表面,用荧光灯照射表面可清楚看出硅表面的洁净程度。因此得出清洗液的最佳配比为活性剂:清洗剂: 去离子水=0.10:1.00:7.0
  通过实验发现当清洗剂的浓度越低,越有利于水的清洗,但清洗剂的浓度不能低于15%,否则清洗效果反而降低。
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