硅片清洗之干法清洗有哪些方法

硅片清洗之干法清洗有哪些方法

 

1.干冰清洗

当温度超过31.1℃、压强达到7.38MPa 时，CO2处于超临界状态，可以实现气态和固态的相互转换。CO2从钢瓶中通过喷嘴骤然喷出，压力下降、体积极速膨胀，发生了CO2的等焓值变化，气液混合的CO2生成固态干冰微粒，从而实现清洗硅片。干冰微粒去除颗粒和有机物杂质的机理不同。去除颗粒杂质时，干冰颗粒与颗粒杂质发生弹性碰撞，产生动量转移，颗粒杂质被粉碎，随高速气流被带走。去除有机物杂质时，干冰颗粒与有机物发生非弹性碰撞，干冰颗粒液化包裹有机物脱离硅片表面，然后固化被高速气流带走。

 

X Guo[15]等人提出了一种新型干冰微粒喷射清洗技术，采用纯度为5N、压强为8MPa 的CO2气体源、喷嘴前压强11MPa 的清洗参数，很后得到了很好的清洗效果。

 

采用干冰微粒清洗技术对硅片进行清洗效果十分理想，而且对硅片表面无损害，不会污染环境，是一种理想的清洗技术。

 

 

2.紫外-臭氧清洗

J R Vig[16]于1986 年提出了紫外线-臭氧清洗技术（UV/O3）。通过实验测得波长为253.7nm 和184.9nm 的紫外光，这两种波长的光子可以直接打开和切断有机物分子中的共价键，使有机物分子活化，分解成离子、游离态原子、受激分子等。与此同时， 184.9nm 波长紫外光的光子能将空气中的氧气（O2）分解成臭氧（O3）；而253.7nm波长的紫外光的光子能将O3分解成O2和活性氧（O），这个光敏氧化反应过程是连续进行的，在这两种短波紫外光的照射下，臭氧会不断的生成和分解，活性氧原子就会不断的生成，而且越来越多，由于活性氧原子（O）有强烈的氧化作用，与活化了的有机物-碳氢化合物等分子发生氧化反应，生成挥发性气体，如：CO2，CO，H2O，NO 等，逸出物体表面，从而彻底清除了粘附在物体表面上的有机污染物。

 

UV/O3清洗技术可以有效的去除硅片表面的有机杂质，对硅片表面无损害，可以改善硅片表面氧化层的质量，但是对无机和金属杂质的清除效果不理想。采用相同的原理，WJ Lee 和HT Jeon[17]利用UV/O3清洗过程中加入了HF，不仅除去了有机杂质而且对无机和金属杂质也有很好的清除效果。

 

 

3.气相清洗

气相清洗利用清洗剂高温气化，气流上升至材料表面，由于温度的差异发生冷凝，清洗剂溶解掉材料表面的杂质，回落到分离池，去除清洗剂中的水分和杂质后，清洗剂再回到加热槽进行气化，如此循环往复实现芯片表面清洗，如图1 所示。

WH Lin[18]利用溴丙烷作为气相干洗的清洗剂，对砷化镓半导体裸芯片进行清洗。清洗过程没有对砷化镓芯片造成破坏而且得到了很好的清洗效果，经过实验的进一步测试，清洗后，芯片的性能保持稳定。采用类似的方法G Shi[19]利用氟利昂和异丙醇混合的有机溶剂作为清洗剂，清洗印刷电路板PCB，清洗效果优异。

 

由此证实了该方法是一种高度满足清洗要求的优秀工艺，并且可以推广到硅片的清洗工艺中。

 

 

4.束流清洗技术

束流清洗是指在电场力的作用下，雾化的导电化学清洗剂通过毛细管形成细小的束流状，高速冲击在硅片表面上，使得杂质与硅原子之间的范德瓦尔斯键断裂，杂质脱离硅片表面，实现硅片清洁。J F Mahoney[20]等人于1998 年提出了微集射束流清洗技术，将超高速的物质或能量流直接作用于硅片表面的杂质，使得杂质与硅原子之间的范德瓦尔斯键断裂，杂质脱离硅片表面。在此理论的基础上，超声波束流清洗技术得到了空前的发展。

 

WD jiang[21]等人利用KrF 准分子激光器对硅片表面的Al2O3杂质进行了清洗试验和理论分析。利用248nm、30ns 的KrF 准分子激光源垂直照射到大小为5mm×10mm、厚度为650μm 的硅片上进行清洗试验，然后使用MX40 光学显微镜对清洗前后的硅片进行观察。得出使用单个脉冲能量密度为90mJ/cm2 时，1μm 大小的Al2O3颗粒及其团聚颗粒被明显去除，激光的清洗效率达到90%。激光束流清洗技术能够有效的去除微米级和亚微米级的杂质颗粒，而且不对硅片表面造成损坏，是一种潜力极大的新型清洗技术。