硅片清洗之干法清洗有哪些方法

 

1.干冰清洗

當(dāng)溫度超過31.1℃、壓強(qiáng)達(dá)到7.38MPa 時(shí)，CO2處于超臨界狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)氣態(tài)和固態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。CO2從鋼瓶中通過噴嘴驟然噴出，壓力下降、體積極速膨脹，發(fā)生了CO2的等焓值變化，氣液混合的CO2生成固態(tài)干冰微粒，從而實(shí)現(xiàn)清洗硅片。干冰微粒去除顆粒和有機(jī)物雜質(zhì)的機(jī)理不同。去除顆粒雜質(zhì)時(shí)，干冰顆粒與顆粒雜質(zhì)發(fā)生彈性碰撞，產(chǎn)生動(dòng)量轉(zhuǎn)移，顆粒雜質(zhì)被粉碎，隨高速氣流被帶走。去除有機(jī)物雜質(zhì)時(shí)，干冰顆粒與有機(jī)物發(fā)生非彈性碰撞，干冰顆粒液化包裹有機(jī)物脫離硅片表面，然后固化被高速氣流帶走。

 

X Guo[15]等人提出了一種新型干冰微粒噴射清洗技術(shù)，采用純度為5N、壓強(qiáng)為8MPa 的CO2氣體源、噴嘴前壓強(qiáng)11MPa 的清洗參數(shù)，很后得到了很好的清洗效果。

 

采用干冰微粒清洗技術(shù)對(duì)硅片進(jìn)行清洗效果十分理想，而且對(duì)硅片表面無損害，不會(huì)污染環(huán)境，是一種理想的清洗技術(shù)。

 

 

2.紫外-臭氧清洗

J R Vig[16]于1986 年提出了紫外線-臭氧清洗技術(shù)（UV/O3）。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得波長(zhǎng)為253.7nm 和184.9nm 的紫外光，這兩種波長(zhǎng)的光子可以直接打開和切斷有機(jī)物分子中的共價(jià)鍵，使有機(jī)物分子活化，分解成離子、游離態(tài)原子、受激分子等。與此同時(shí)， 184.9nm 波長(zhǎng)紫外光的光子能將空氣中的氧氣（O2）分解成臭氧（O3）；而253.7nm波長(zhǎng)的紫外光的光子能將O3分解成O2和活性氧（O），這個(gè)光敏氧化反應(yīng)過程是連續(xù)進(jìn)行的，在這兩種短波紫外光的照射下，臭氧會(huì)不斷的生成和分解，活性氧原子就會(huì)不斷的生成，而且越來越多，由于活性氧原子（O）有強(qiáng)烈的氧化作用，與活化了的有機(jī)物-碳?xì)浠衔锏确肿影l(fā)生氧化反應(yīng)，生成揮發(fā)性氣體，如：CO2，CO，H2O，NO 等，逸出物體表面，從而徹底清除了粘附在物體表面上的有機(jī)污染物。

 

UV/O3清洗技術(shù)可以有效的去除硅片表面的有機(jī)雜質(zhì)，對(duì)硅片表面無損害，可以改善硅片表面氧化層的質(zhì)量，但是對(duì)無機(jī)和金屬雜質(zhì)的清除效果不理想。采用相同的原理，WJ Lee 和HT Jeon[17]利用UV/O3清洗過程中加入了HF，不僅除去了有機(jī)雜質(zhì)而且對(duì)無機(jī)和金屬雜質(zhì)也有很好的清除效果。

 

 

3.氣相清洗

氣相清洗利用清洗劑高溫氣化，氣流上升至材料表面，由于溫度的差異發(fā)生冷凝，清洗劑溶解掉材料表面的雜質(zhì)，回落到分離池，去除清洗劑中的水分和雜質(zhì)后，清洗劑再回到加熱槽進(jìn)行氣化，如此循環(huán)往復(fù)實(shí)現(xiàn)芯片表面清洗，如圖1 所示。

WH Lin[18]利用溴丙烷作為氣相干洗的清洗劑，對(duì)砷化鎵半導(dǎo)體裸芯片進(jìn)行清洗。清洗過程沒有對(duì)砷化鎵芯片造成破壞而且得到了很好的清洗效果，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步測(cè)試，清洗后，芯片的性能保持穩(wěn)定。采用類似的方法G Shi[19]利用氟利昂和異丙醇混合的有機(jī)溶劑作為清洗劑，清洗印刷電路板PCB，清洗效果優(yōu)異。

 

由此證實(shí)了該方法是一種高度滿足清洗要求的優(yōu)秀工藝，并且可以推廣到硅片的清洗工藝中。

 

 

4.束流清洗技術(shù)

束流清洗是指在電場(chǎng)力的作用下，霧化的導(dǎo)電化學(xué)清洗劑通過毛細(xì)管形成細(xì)小的束流狀，高速?zèng)_擊在硅片表面上，使得雜質(zhì)與硅原子之間的范德瓦爾斯鍵斷裂，雜質(zhì)脫離硅片表面，實(shí)現(xiàn)硅片清潔。J F Mahoney[20]等人于1998 年提出了微集射束流清洗技術(shù)，將超高速的物質(zhì)或能量流直接作用于硅片表面的雜質(zhì)，使得雜質(zhì)與硅原子之間的范德瓦爾斯鍵斷裂，雜質(zhì)脫離硅片表面。在此理論的基礎(chǔ)上，超聲波束流清洗技術(shù)得到了空前的發(fā)展。

 

WD jiang[21]等人利用KrF 準(zhǔn)分子激光器對(duì)硅片表面的Al2O3雜質(zhì)進(jìn)行了清洗試驗(yàn)和理論分析。利用248nm、30ns 的KrF 準(zhǔn)分子激光源垂直照射到大小為5mm×10mm、厚度為650μm 的硅片上進(jìn)行清洗試驗(yàn)，然后使用MX40 光學(xué)顯微鏡對(duì)清洗前后的硅片進(jìn)行觀察。得出使用單個(gè)脈沖能量密度為90mJ/cm2 時(shí)，1μm 大小的Al2O3顆粒及其團(tuán)聚顆粒被明顯去除，激光的清洗效率達(dá)到90%。激光束流清洗技術(shù)能夠有效的去除微米級(jí)和亞微米級(jí)的雜質(zhì)顆粒，而且不對(duì)硅片表面造成損壞，是一種潛力極大的新型清洗技術(shù)。