淺析半導(dǎo)體硅片的超聲和兆聲清洗技術(shù)

宋 瑋

上海申和熱磁電子有限公司

淺析半導(dǎo)體硅片的超聲和兆聲清洗技術(shù)

宋 瑋

上海申和熱磁電子有限公司

實(shí)際工作中，半導(dǎo)體硅片的清潔程度對(duì)太陽(yáng)能電池的繼續(xù)發(fā)展有著很大的影響，所以人們對(duì)半導(dǎo)體硅片清洗的方法提出了更苛刻的要求。半導(dǎo)體硅片在經(jīng)過(guò)切片、倒角、研磨、拋光等加工過(guò)程中，表面會(huì)受到不同程度的污染，比如顆粒、金屬離子以及有機(jī)物。基于此，本文將著重分析探討半導(dǎo)體硅片的超聲和兆聲清洗技術(shù)，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

半導(dǎo)體硅片；超聲清洗；兆聲清洗

1、半導(dǎo)體硅片加工表面污染類型

硅片污染發(fā)生的概率比較大，因?yàn)樵诠杵庸み^(guò)程中，不可能做到無(wú)污染的程度。污染途徑可能來(lái)源于大氣、水、使用的化學(xué)試劑、人以及加工過(guò)程中。污染物可以分為以下幾種類型：l)顆粒污染；顆粒主要是一些聚合物、光致抗蝕劑等。2)有機(jī)物雜質(zhì)它可以有很多種存在方式，如潤(rùn)滑油、松香、防銹油、蠟等。這些物質(zhì)通常都會(huì)對(duì)加工進(jìn)程帶來(lái)不良影響。3)金屬污染物。它在硅片上的存在形式有共價(jià)鍵、范德華引力和電子轉(zhuǎn)移三種形式。這會(huì)破壞掉氧化層，導(dǎo)致霧狀缺陷或微結(jié)構(gòu)缺陷。

2、半導(dǎo)體硅片的超聲清洗技術(shù)

超聲清洗技術(shù)的基本原理主要是通過(guò)在劇烈的超聲作用之下令液體本身產(chǎn)生疏密，疏部環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生空腔泡，也就是能夠令分子當(dāng)中的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂的而一種振動(dòng)情況。這時(shí)候的機(jī)械力達(dá)到最大的情況下則泡內(nèi)部就聚集了較大的熱量，會(huì)令溫度繼續(xù)升高，并促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展。

超聲清洗主要基于物理清洗工藝角度進(jìn)行分析，將清洗劑倒入清洗槽當(dāng)中，并對(duì)槽內(nèi)進(jìn)行超聲波技術(shù)處理。因?yàn)槌暡▽儆谡駝?dòng)波類型，在進(jìn)行傳播的過(guò)程中其截至?xí)趬毫Φ挠绊懓l(fā)生變化。當(dāng)物質(zhì)在負(fù)壓區(qū)域當(dāng)中時(shí)，液體發(fā)生撕裂的情況下，則會(huì)在真空環(huán)境當(dāng)中產(chǎn)生氣泡。而當(dāng)聲壓超過(guò)一定賦值情況下，這些氣泡又會(huì)不斷增長(zhǎng)，正壓區(qū)域當(dāng)中的氣泡之間發(fā)生相互擠壓與閉合，液體之間發(fā)生碰撞之下也會(huì)造成非常強(qiáng)烈的沖擊波。盡管在速度以及位移環(huán)境上產(chǎn)生的變化相對(duì)較小，但是加速度則會(huì)較大。這種現(xiàn)象就是我們通常情況下所說(shuō)的空化效果。超聲清洗需要借助于空化效果，其中空化效應(yīng)是超聲清洗技術(shù)當(dāng)中的核心影響因素。通過(guò)超聲技術(shù)處理氣泡在爆裂之后能夠產(chǎn)生高溫以及高壓，這種情況下沖擊波能夠讓污染物的粘附性有所減輕，進(jìn)而引起污染物結(jié)構(gòu)的破壞。與此同時(shí)，氣泡發(fā)生振動(dòng)也能夠直接對(duì)污染表面起到清洗效果。氣泡進(jìn)入到裂縫當(dāng)中發(fā)生振動(dòng)，能夠令污染表層發(fā)生脫落。超聲空化技術(shù)在使用的過(guò)程中可能會(huì)造成污染物表面發(fā)生速度低度以及聲流，這就可能造成污染物件的邊界層進(jìn)一步受到污染，此時(shí)，因?yàn)榻橘|(zhì)支點(diǎn)產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的振動(dòng)，會(huì)使得清洗表面也產(chǎn)生振動(dòng)，從而將污染物去除掉。

采用超聲工藝技術(shù)進(jìn)行清洗的實(shí)際效果主要受到超聲條件的影響。這個(gè)過(guò)程中超聲波實(shí)際產(chǎn)生的功率越高則清洗工藝得到的效果越明顯。這項(xiàng)技術(shù)一般情況下主要應(yīng)用在對(duì)硅片的大塊污染清理工作當(dāng)中。表面活性劑以及相關(guān)使用化學(xué)試劑同樣會(huì)手動(dòng)污染，這是的聲波作用可能會(huì)對(duì)硅片表面造成破壞。超聲清洗技術(shù)應(yīng)用在半導(dǎo)體當(dāng)中已經(jīng)十分普遍，這種技術(shù)應(yīng)用具有幾個(gè)方面的特征：首先，清洗度相對(duì)較高；其次，清洗工藝相對(duì)操作簡(jiǎn)便；再次，工藝適應(yīng)性較為廣泛，能夠?qū)Σ煌愋偷奈廴疚镆娨约叭萜鬟M(jìn)行清洗；最后，清洗過(guò)程中容易產(chǎn)生較大噪聲以及換能器更換率較高。

3、半導(dǎo)體硅片兆聲清洗技術(shù)

聲波流作用于顆粒上的力如圖1所示。

圖1 兆聲清洗中顆粒受力示意圖

FD為聲波流作用于顆粒的拉力，F(xiàn)a為顆粒受硅片的吸附力，v為聲波流速度的剖面圖，在接近硅片表面一定距離之內(nèi)，聲波流受到與硅片表面之間的磨擦阻力的作用，速度逐漸下降，因此，將硅片表面附近的一個(gè)薄層稱為滯流層，厚度為d，凡粒徑小于d的顆粒均完全處于滯流層內(nèi)，不易去除，增大兆聲的頻率、功率和控制適當(dāng)?shù)恼茁暻逑礈囟龋墒箿鲗雍穸葴p小。兆聲振蕩使顆粒從晶片表面脫附后，顆粒存在于兆聲槽內(nèi)清洗液中，通常的方法是循環(huán)更換清洗液以帶走脫附后的顆粒，避免造成二次沉積，這種方法不僅增長(zhǎng)工序時(shí)間，而且造成大量純水和化學(xué)試劑的浪費(fèi)。我們采用非離子表面活性劑溶液作為兆聲清洗液，使得脫附后的顆粒迅速被清洗液中的活性劑膠束所包圍，防止已脫附的顆粒再聚集，有效抑制潛在的顆粒沉積，提高清洗效果，并節(jié)省試劑。

表面活性劑分子，可以看作是碳?xì)浠衔锓肿由系囊粋€(gè)或幾個(gè)氫原子，被極性基團(tuán)取代而構(gòu)成的物質(zhì)。其中極性取代基可以是離子，也可以是非離子基團(tuán)。因此，表面活性劑分子結(jié)構(gòu)一般是由極性基和非極性基構(gòu)成，具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。它的極性基易溶于水即具有親水性質(zhì)，故叫親水基；而長(zhǎng)鏈烴基(非極性基)不溶于水，易溶于“油”，具有親油性質(zhì)，故叫親油基，也叫疏水基。由此可知，表面活性劑分子具有“兩親結(jié)構(gòu)”，故稱之為“兩親分子”。圖2為兩種不同類型的“兩親分子”，(a)為離子型，(b)為非離子型。它們的親油基相同，而親水基則不同，一個(gè)為-OSO3-，另一個(gè)為-(OC2H4)6OH。

圖2 兩親分子示意圖

總而言之，如果沒(méi)有處理好這些污染的話，器件性能會(huì)受到很大的影響。到目前為止，因?yàn)椴贿m當(dāng)清洗引起器件失效的占制造總損失的一半。因此，人們加快了對(duì)硅片清洗技術(shù)的研究。這就要求我們?cè)谝院蟮膶?shí)際工作中必須對(duì)其實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步研究探討。

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