硅片濕法清洗技術(shù)與設(shè)備---華林科納

硅片制造過程中，在進(jìn)行下一步工藝前要獲得 一個潔凈的表面，以保證后道工藝能再一個潔 凈的表面上進(jìn)行，這就需要對硅片進(jìn)行清洗。清洗是硅片制造過程中重復(fù)次數(shù)最多的工藝。目前，在 清洗工藝中使用最多的就是濕法清洗技術(shù)，華林科納半導(dǎo)體設(shè)備公司的硅片濕法腐蝕清洗機(jī)在半導(dǎo)體行業(yè)得到了很多客戶的認(rèn)可.

1 硅片濕法清洗的種類

1.1 刷洗 刷洗是去除硅片表面顆粒的一種直接而有效 的方法，該清洗技術(shù)一般用在切割或拋光后的硅片 清洗上，可高效地清除拋光后產(chǎn)生的大量顆粒。刷 洗一般有單面或雙面兩種模式，雙面模式可同時清 洗硅片的兩面。刷洗有時也與超聲及去離子水或化 學(xué)液一起配合使用，以達(dá)到更好的清洗效果和更高 的清洗效率。 1.2 化學(xué)清洗 1.2.1 RCA 清洗 20 世紀(jì) 60 年代，由美國無線電公司（RCA）研 發(fā)了用于硅片清洗的 RCA 清洗技術(shù)，這種技術(shù)成 為后來各種化學(xué)清洗技術(shù)的基礎(chǔ)，現(xiàn)在大多數(shù)工廠 所使用的清洗技術(shù)都是基于最初的 RCA 清洗法。 RCA 清洗是按照一定的順序依次浸入兩種標(biāo) 準(zhǔn)清洗液(SC-1 和 SC-2)中來完成，這兩種清洗液的使用溫度一般在 80 ℃以內(nèi)，有時也需要將溶液 冷卻到室溫以下。

1.2.2 改進(jìn)的 RCA 清洗

RCA 清洗一般都需要在高溫下進(jìn)行，并且化 學(xué)液的濃度很高，這樣就造成大量消耗化學(xué)液和去 離子水的問題。目前，很少有人還按照最初的 RCA 化學(xué)液配比進(jìn)行濕法清洗。 在 RCA 清洗的基礎(chǔ)上，采用稀釋化學(xué)法，將 SC-1、SC-2 稀釋到 100 倍以上，也可以達(dá)到甚至超 過最初的 RCA 清洗效果。改進(jìn)的 RCA 清洗方法最 大的好處是減少了化學(xué)液的消耗，可使化學(xué)液的消 耗量減少 85﹪以上。另外，附加兆聲或超聲能量 后，可大大降低溶液的使用溫度和反應(yīng)時間，提高 溶液的使用壽命，大幅度降低了生產(chǎn)成本，同時，低 濃度化學(xué)液對人體健康和安全方面都是有好處的。

1.2.3 自然氧化層的去除

硅片經(jīng)過清洗液的氧化或暴露于空氣中，會在 硅片表面形成一層氧化膜，稱為自然氧化層。在進(jìn) 行外延前必須將這一層自然氧化層去除，一般使用 HF 進(jìn)行清洗，HF 清洗液的配比為 HF:H2O=1:10~1: 100。在進(jìn)行下一道工藝前，HF 清洗一般是 道清洗。經(jīng)過 HF 的浸泡后，硅片表面形成穩(wěn)定 H-SI 鍵，在空氣中具有較高的穩(wěn)定性，避免了再次 被氧化。

2 濕法清洗設(shè)備或裝置

2.1 化學(xué)清洗槽 從材質(zhì)上來說一般有 NPP、PVDF、PTFE、石英 玻璃等。在使用時根據(jù)化學(xué)液的濃度、酸堿度、使用 溫度等條件選擇相應(yīng)的槽體材料。例如：NPP 一般 用在常溫下的弱酸弱堿清洗，PVDF、PTFE、石英玻 璃等一般用在需加熱的強(qiáng)酸強(qiáng)堿清洗，其中石英玻 璃不能用在 HF 的清洗中。常溫化學(xué)槽，一般為 NPP 材料。圖 1 為石英加熱槽，槽內(nèi)溶液可加熱到 180 ℃甚至更高，它一般由石英內(nèi)槽、保溫層、塑料 (PP)外槽組成。石英槽加熱可以通過粘貼加熱膜或 者直接在石英玻璃上涂敷加熱材料實現(xiàn)。石英槽內(nèi) 需安裝溫度和液位傳感器，以實現(xiàn)對溫度的精確控 制以及槽內(nèi)液位的檢測，防止槽內(nèi)液位過低造成加 熱器干燒。圖 2 為 PVDF(PTFE)加熱槽，這類加熱 槽常用于 HF 溶液的清洗中。由于受到槽體材料的 限制，這類加熱槽只能使用潛入式加熱，潛入式加 熱器一般有盤管式和平板式兩種，加熱器外包覆 PFA 管。

2.2 兆聲清洗槽 RCA 或者改進(jìn)的 RCA 清洗配合兆聲能量是 目前使用非常廣泛的清洗方法。在附加了兆聲能量 后，可大幅降低溶液的使用溫度以及工藝時間，而 清洗效果更加有效。常用兆聲清洗的頻率為 800 kHz~1 MHz，兆聲功率在 100～600 W。

兆聲換能器有平板式、圓弧板式等形式。兆聲 換能器可直接安裝于槽體底部，石英清洗槽則可以 采用水浴的方式，兆聲換能器安裝于外槽底部，這 樣可以避免清洗液對兆聲換能器的侵蝕。其結(jié)構(gòu)如 圖 3 所示。兆聲換能器在工作過程中會在石英槽底 部產(chǎn)生大量的氣泡，這些氣泡會大量吸收兆聲能 量，大大降低了兆聲清洗的效果，因此內(nèi)槽石英缸 底部一般要有 10~15(°)的傾斜角度，當(dāng)有氣泡產(chǎn) 生時，由于浮力的作用氣泡沿傾斜的石英槽底向上 移動，脫離石英槽壁浮出水面，減少了氣泡對兆聲 能量的損耗。另外水浴外槽可根據(jù)不同的需要采用 不銹鋼槽、石英槽等。

圓弧板兆聲換能器由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，使其 在兆聲能量的傳播方向、能量分布上更加合理，清 洗效果更加顯著，一般情況下，圓弧板兆聲換能器 只需要平板兆聲換能器一半的功率即可達(dá)到相同 的清洗效果，見圖 4。

2.3 旋轉(zhuǎn)噴淋清洗 旋轉(zhuǎn)噴淋清洗系統(tǒng)一般包括自動配液系統(tǒng)、清 洗腔體、廢液回收系統(tǒng)組成。清洗腔結(jié)構(gòu)如圖 5 所 示，清洗工藝過程如圖 6 所示。

噴淋清洗在一個密封的工作腔內(nèi)一次完成化 學(xué)清洗、去離子水沖洗、旋轉(zhuǎn)甩干等過程，對硅片來 說是一個 Dry-to-Dry 的過程，減少了在每一步的清 洗過程中由于人為操作因素造成的影響。在噴淋清 洗中由于旋轉(zhuǎn)和噴淋的效果，使得硅片表面的溶液 更加均勻，同時，接觸到硅片表面的溶液永遠(yuǎn)是新 鮮的，這樣就可以做到通過工藝時間設(shè)置，精確控 制硅片的清洗腐蝕效果，實現(xiàn)很好的一致性。密封 的工作腔可以隔絕化學(xué)液的揮發(fā)，減少了溶液的損 耗以及溶液蒸氣對人體和環(huán)境的危害。 2.4 刷洗器 刷洗器主要用于硅片拋光后的清洗，可有效地去 除 1μm 以上的顆粒。其結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。早期使用的 尼龍毛刷易造成硅片的損傷，現(xiàn)在一般采用 (PVA)毛刷，PVA 毛刷配合去離子水或清洗液的噴射可有效地去除顆粒而不損傷硅片表 面。有時也會使用超聲噴嘴，以提高清洗的效果。

2.4 水沖洗槽 每完成一步化學(xué)清洗后，都要使用去離子水將 硅片表面的殘留物清洗干凈，在過去一般使用單級 或多級溢流槽來完成，但是由于溢流清洗相對較低 的液體流動性，使得去離子水的耗量非常大，同時 其清洗效果也不能滿足現(xiàn)代工藝的要求，現(xiàn)在多使 用快速排放沖洗槽來進(jìn)行水沖洗，為提高沖洗的效 果，在快排槽內(nèi)也可以增加溢流、氮氣鼓泡等功能。

3 結(jié)束語 濕法清洗作為硅片制造過程中主要的清洗方 法，在未來一段時間內(nèi)仍將占有統(tǒng)治地位。同 時，隨著硅片制造工藝節(jié)點的提升，濕法清洗技術(shù) 也將不斷的改進(jìn)，以適應(yīng)新工藝的需求。

半導(dǎo)體硅片濕法腐蝕