第五章硅片加工- 硅片清洗.ppt

第五章 硅片表面的清洗 主要内容 1. 表面污染和清洗简介。 2. 硅片表面清洗的原理与方法。 3. 切割、研磨、抛光片清洗的工艺与流程。 1. 污染和清洗简介 1）清洗的目的和意义 2）材料表面的吸附污染与去除原理 3）较少吸附的主要途径 4）环境洁净度的概念 5）硅片表面的污染种类——清洗对象 1）清洗的目的和意义 硅片清洗的目的： 硅片加工过程中，表面会不断被各种杂质污染，为获得洁净的表面，需要采用多种方法，将硅片进行清洗，进行洁净化。一般每道工序结束之前，都有一次清洗的过程，要求做到本流程污染，本流程清洗。 意义：多次清洗工序可以保证最终硅片表面的洁净性。 何时需要清洗 切片、倒角、磨片、热处理、背损伤、化学剪薄，CMP等各个阶段，在工艺结束之后，都需要进行一次清洗，尽量消除本加工阶段的污染物，从而达到一定的洁净标准。而随着加工的进行，对表面洁净度的要求也不断提高，最终抛光结束之后，还要进行一次清洗。 这些清洗，一般称为：切割片清洗，研磨片清洗，抛光片清洗，其中抛光片清洗对洁净度要求最高。 2）材料表面的特点 表面的特点： 最表层存在悬挂键，即不饱和键。 表面粗糙不平整。 微观表面积可能很大，而不同于宏观的表面。 存在较强局域电场。 表面的这些特点决定，表面易吸附杂质颗粒，而被沾污。 材料表面吸附的原理 表面吸附：硅材料的表面存在大量的悬挂键，这本身是不饱和键，因此具有很高的活性，很容易与周围原子或者颗粒团簇发生吸引，引起表面沾污，这就是表面的吸附。 硅表面吸附的三个因素： 1）硅表面性质，包括粗糙度，原子密度等，这归根到底是表面势场的分布。 2）杂质颗粒的性质（如大小，带电密度等），以及吸附后的距离。 3）温度。温度高，杂质颗粒动能大，不易被吸附（束缚）。 硅表面的吸附形式： 1）化学吸附。 2）物理吸附。 1）化学吸附 定义：在硅片表面上，通过电子转移（离子键）或电子对共用（共价键）形式，在硅片和杂质之间，形成化学键或生成表面配位化合物等方式产生的吸附。 主要特点：是一种较近距离的作用，成键稳定，比较难清除。和表面最上层的原子分布有关，更确切说，和表层电子云的分布有关。 化学吸附的特点： 1）吸附稳定牢固，不易脱离。 2）只吸附单原子层，而且至多吸附满整个表层。这是因为只能在近距离成化学键。 3）对吸附原子的种类有选择性。比如Si表层吸附O原子较容易。 4）表面原子密度越大，吸附越强。比如硅（111）面的化学吸附能力最强。 2）物理吸附 定义：硅片表面和杂质颗粒之间，由于长程的范德瓦耳斯吸引作用，所引起的表面吸附。 特点：这种吸附，可以吸附较远范围，而且较大的杂质颗粒，吸附之后，颗粒和表面的距离比较大，结合能力也比较弱，因此杂质也比较容易脱落。 物理吸附的特点： 1）作用距离大，从几十纳米到微米量级。 2）可吸附的杂质种类多。 3）作用力弱。 4）可释放性强。 简单说，环境越干净，杂质少，物理吸附量就少，反之，吸附量就大，因此，环境洁净是物理吸附的主要途径。 3）减少吸附的主要途径 物理吸附： 提高洁净度，减少可吸附颗粒—超洁净 多次清洗，消除物理吸附 化学吸附： 每道工艺结束，进行清洗，减少杂质 最终进行可消除化学吸附的清洗（抛光片清洗） 4）环境洁净度的概念 定义：在空间中，单位体积空气中，含有杂质粒子的数目。通常以大于或等于被考虑粒径的粒子最大浓度限值进行划分的等级标准。 洁净环境：超净间。 5）硅片表面污染的种类 污染的种类是清洗的对象，硅片表面的污染物主要有： 1）有机杂质。 2）颗粒杂质。 3）金属污染——最难清洗。 1）有机污染 有机类分子或者液滴粘附在硅片表面形成的污染。比如：润滑油类，研磨浆油性的，粘胶硅棒和CMP中硅片固定的蜡。 特点：一般是物理吸附，不过有机分子，一般亲硅片表面而疏水，不能用水溶解。 清洗方法： 采用表面活性剂，进行物理溶解而清洗。 使其在酸、碱环境中水解，再清洗。 2） 颗粒杂质 颗粒尺寸比较大，物理吸附在硅表面，吸附能力很低，容易去除。比如：空气中的颗粒、粉尘。 清除方法：超声清洗。 超声清洗：硅片浸在清洗液中，在超声波作用下，颗粒做受迫振动，其动能增强，可以脱离硅片表面，并悬浮在溶液中。 ≥0.4um颗粒：超声清洗。 0.2um～0.4um颗粒：兆声波清洗。 3）金属杂质 这是一种最重要的污染物。比如Cu、Fe、Al、Mn等原子或者离子。 危害：导致硅表面电阻率降低，并且随温度不稳定，器件易被击穿。 分为两类： 1）物理吸附在硅表面，一般较大金属颗粒。 2）化学吸附，形成金属硅化物，即成化学键。 清洗方法：依靠化学清洗，腐蚀表层的硅，附带将其清