關于半導體硅材料的清洗方法探究

譚永麟 / 天津市環歐半導體材料技術有限公司

關于半導體硅材料的清洗方法探究

譚永麟 / 天津市環歐半導體材料技術有限公司

在半導體這一領域內極為關鍵的一大步驟即對半導體原料實施清潔，這關系到半導體原料本身的質量與下游一類產品自身的特性。文章就對現階段硅片關鍵的清潔方式相應的工作理念、清潔成效、運用面積等特征實施探究，并指出了各式清潔方式相關的優勢、不足。生產企業應依據具體的生產狀況與產品規定選取適宜的清潔方式。

清洗方法；半導體硅材料；運用；分析

1.前言

從上個世紀中期，民眾就意識到了干凈的襯底表層在半導體微電子型元件內的必要性。而大范圍集成型電路的持續進步、集成程度持續增強、線寬持續變小，就對硅片表層的干凈程度予以了更多規定。硅片本身的干凈程度對領域的進步無可或缺，因為細小污物潛藏，集成型電路在制作期間會丟失一半。如果半導體原料表層有痕量型雜質，在高溫期間就會分散、傳播，進到半導體原料中，傷害元件。所以，務必要在低溫前后全方位消除表層的雜質。

2.國內半導體硅原料的進步進程

上個世紀五十年代，我國就把快速提升國內半導體這一領域當作急迫事宜歸入到國務院公布的十二年科技進步規劃內，并構建了許多半導體試驗室，以對半導體硅原料實施研發。那時，國內與西方各國差不多一同起步。至六十年代，逐步實施了工業型生產，并構建了很多半導體原料廠。國內硅產業自無至有，自試驗室至工業化，邁入了迅速進步的軌道，不單具備研究處，還具備優良的生產企業，穩固了國內硅原料這一領域的根基。那時，國內硅原料的研發、工業化層次與日本這一國家的硅原料層次一致。至七十年代，因為被電子核心論與全民大辦電子所制約，我國變成了無次序、盲目地進步，低層次多次構建，生產企業猛增。因為生產企業遍布、投入不多、面積不大、技術層次較低，其成果即產品本身質量較低、投入較大，產品無法售出，使得很多生產企業只有停產，導致資源被過多耗費，同時，減緩了國內硅原料這一領域的進步態勢。

后來，我國對微電子這一領域報以了極大的注重。國務院構建了電子型計算機與大范圍集成型電路領導團隊。此間，國內硅原料這一領域二次收獲了迅速進步的機遇[1]。雖然西方各國對國內實施技術型封鎖，但是，在國內硅原料這一領域所有工作者的努力之下，很好地給國內的銀河計算機一類關鍵科研與項目予以了更多新興原料，給國內微電子與國防這類領域、訊息事務的進步予以了大量扶持。至八十年代，國內半導體硅這一領域面對著自計劃經濟這一機制變換成市場經濟這一難題。而半導體硅原料在這時已實施了市場調整與以銷定產，同時，剛開始開放的國家，讓很多外國電子類產品與其部件涌進我國，不單全方位打擊了國內剛構建的微電子這一領域，還對其上游有關產品即半導體硅原料施以了大量挑戰。處于這一狀況內，我國半導體硅原料這一領域實施的生產較緩，技術進步較慢。后來，尤其是近幾年，國際硅片售價下降，使得硅片企業頻頻產生兼并與破產，部分小型企業無法為繼。加之前些年亞洲產生的金融風暴所干涉，讓國內半導體硅原料一類企業很多都處于負債運轉這一狀況內。

3.硅片清潔的關鍵方式

至上個世紀七十年代之前，清潔半導體原料運用的方式依舊即原始的方式，包含機械型與化學型。機械型即在清潔劑內實施超聲或是毛刷清潔。前一類方式會使得硅片碎裂，而后一類就會留存刷毛。化學型即借助各類化學制劑，比如濃氫氟酸、王水、混合型熱酸與熱硝酸等。這類方式在清潔過后均會導致環境被破壞或是引進其余雜質，所以，無法與半導體這一領域內部的清潔規定相符。這一領域急切需要一類新興的清潔方法。

3.1 RCA型清潔

RCA型清潔即一類經典的濕化化學型清潔。這即第一類總體進步的能夠被運用到裸硅片與氧化硅片內的清潔技藝。這一方式借助雙氧水、酸/堿試劑相應的融合物實施兩步氧化，先在堿性條件內實施操作，再在酸性條件內實施操作。因為這一方式即經由RCA企業在上個世紀六十年代所研發，所以叫做RCA型清潔。

RCA型清潔在消除晶片表層的有機物、因子與金屬一類污物期間極為高效，這也即這一方法獲得大量運用的關鍵要素。然而，這一清潔方式也具備許多缺陷：例如，清潔期間要運用很多各式化學制劑，給環境帶來較大破壞；在清潔期間大多處于高溫這一條件內，就要很多液體型化學物質與超純水；還要有很多空氣以阻礙化學制劑被蒸發；化學制劑的運用會增加硅片本身的粗糙程度。因此，耗費化學物質較多、排放總量較多與破壞環境就阻礙了RCA型清潔的持續運用，要改良并運用新興的清潔方式。

3.2 超聲型清潔

RCA型清潔的關鍵目標即消除晶片表層的污物薄膜但是不可以消除顆粒。為了健全清潔有關技術，RCA企業就研發了超聲型清潔這一技術[2]。在清潔期間，晶片浸入到清潔液內，借助超高頻次的聲波能量把晶片正反面相應的顆粒全方位消除。超聲型清潔的關鍵理念即借助超聲波空化這一效應、聲流與輻射壓，先把硅片放在槽中的清潔液內，借助槽底處的超聲振子開展工作，將能量傳送至液體，并借助聲波波前這一模式穿過液體。在振動較大過后，液體產生分裂，進而形成許多氣泡，即空穴泡。這類氣泡即超聲波型清潔的核心，其儲藏了清潔能量，只要這類氣泡觸碰硅片表層，就會產生破裂，分散的較大能量就能夠清潔硅片表層。在清潔液內加進適宜的表層活性液，能夠提升超聲波型清潔的成效。

超聲波型清潔具備許多優勢：清潔速率迅速；清潔成效較優；可以清潔各類繁雜形狀的硅片表層；極易開展遠控與自動化。其不足表現在如下幾方面：超聲波對顆粒尺寸不一致的污物帶來的清潔成效不一致，顆粒大小愈大，清潔成效愈優；但顆粒大小愈小，清潔成效愈差，對粒徑僅零點幾微米一類顆粒，要借助兆聲型清潔才可以消除；在空穴泡破裂過后，較大的能量會給硅片帶來相應的損害。

3.3 氣相型清潔

氣相型干洗期間，先使片子進行低速轉動，再增加速率以讓片子變干，此時，HF型蒸汽能夠全方位消除氧化膜污物與金屬污物。這一方式對構造繁雜的部位，例如溝槽，可以開展全方位清潔。對硅片表層因子的清潔成效也較優，且無法生成再次污染。盡管HF型蒸汽能夠消除自然型氧化物，但是，無法全方位消除金屬型污染。

3.4 紫外-臭氧型清潔與其余清潔

這一方式即把晶片放到氧氣條件內，借助汞燈生成的短波長型紫外光實施照射。氧氣能夠吸入180 nm這一輻射，進而構成活躍的臭氧與原子氧。這一方式尤其適宜氧化消除有機物，但是，對普通的無機物就沒有成效[3]。所以，這一方式在原來的運用受到了制約，但是，也具備一類獨特的運用，例如GaAs型清潔，就要借助紫外-臭氧型清潔。

此外，還具備部分比較罕見的清潔方式，比如干冰型清潔，能夠高效地消除晶片表層的顆粒；借助氯自由基、微波或是光引導解吸入一類方式能夠消除金屬離子污物。現階段，又逐步研發了借助超臨界型流體、等離子與氣溶膠實施干法型清潔一類技藝，這類清潔方式也逐漸獲得運用。

4.結束語

總而言之，現如今對硅片實施清潔的方式各式各樣，但是所有方式均具備自身的優勢，企業應依據具體需求加以選取。硅片清潔的進步要朝資源節省、清潔成效較優與綠色一類朝向邁進，如此，就能夠促使環境的維護與我國經濟的長遠進步得以實現。

[1]王艷茹,李賀梅.半導體硅材料的清洗方法[J].天津科技,2017,(05):56-59.

[2]朱邵歆.我國化合物半導體產業狀況分析[J].集成電路應用,2017,(01):20-21.

[3]王欣.電子科學技術中的半導體材料發展趨勢[J].通訊世界,2016,(08):237.