学文网【摘要】文中首先就硅片清洗原理的硅片的表面状态与洁净度问题和吸附理论进行了探讨，在硅片清洗的常用方法与技术中分析了湿法化学清洗、干法清洗技术、束流清洗技术。
【关键词】硅片清洗原理；湿法化学清洗；干法清洗技术；束流清洗技术
1、引言
硅片的质量，尤其是硅抛光片的表面质量，随着大规模集成电路的发展，不断减小的线宽，不断提高的集成度，其要求也就越来越严格。这是由于器件的质量和成品率很关键在于金属杂质沾污和抛光片表面的颗粒。目前仍有50%以上的材料在目前的集成电路生产中被损失掉，都是由于硅抛光片表面被沾污了。可见器件的成品率和质量跟抛光片表面的颗粒和金属杂质沾污有着莫大的关系。抛光片表面大于0.2μm的颗粒数应小于20个/片，抛光片的表面金属杂质沾污应全部小于5×1016at/cm2，影响电路的临界颗粒尺寸为0.06μm。这些都是线宽为0.35μm的64兆DRAM器件的要求。本文基于这一背景，对硅片清洗原理与方法进行了探讨。
2、硅片清洗的基本理论
2.1硅片的表面状态与洁净度问题
硅片的表面最理性的状态应该是：有规则的硅原子排列终止形成，以共价键结合的内部的硅原子，因为未饱和的外方向的价键，可以俘获电子表面态，所以表面外部没有其他的原子。可是现实中不会存在这种理想的硅片表面，由外表面和内表面组成的真实的硅片，表面上常常会因为在外露的环境中发生吸附和氧化，有一层厚度上达上百埃或者几个埃、几十个埃的自然氧化层。硅片的内表面是能级密度为1011～1012个/cm2，不但存在着施主能级，而且存在着受主能级的硅与自然氧化层的界面。而外表面是环境气氛和自然氧化层的界面，它的吸附现象很复杂，它的表面能级受到内表面能级的不同程度的影响，且能够与内表面交换电荷，吸附一些污染杂质原子。进行清洗是为了让硅片的表面洁净，可是表面的洁净却一直以来都没有具体的标准。在制造工艺方面来看，如果器件特性并没有因为污染物质而受到特别的影响，那就说明硅片的清洁度是合格的了。
2.2吸附理论
硅晶的一个断面形成了硅片表面，这个表面又叫做不饱和键，原因是打开了一层或多层硅原子的键，呈现一层到几层的悬挂键，全部的晶格都是处在被破坏了的状态。上述这些是根据结晶学得知的，而根据物化性质可以知道，所说的“吸附”，就是指处在不稳定状态的非饱和化学键由于化学活性高，很容易就和周围的原子或者分子结合起来。何为“解吸”？意思是指被吸附的杂质粒子在它们平衡位置附近并不是固定不动的，由于它们不断的振动，其中就会有一些重新回到周围介质比如空气中去的被吸附的杂质粒子（它们能够脱离硅片表面的动能都是通过被吸附的杂质粒子不断振动而获得的）。一般而言，硅片表面层所吸附的杂质粒子不会处于动荡状态，反而一直会维持动态平衡，因为的解吸的同时，会有另一些粒子重新被吸附到硅片的表面。
3、硅片清洗的常用方法与技术
本文除了对束流清洗技术和干法清洗等主要清洗方法进行简单的介绍外，重点论述了湿法化学清洗的常用方法、所遵循的基本原理以及相关的技术手段。因为约有20%的工序在半导体器件生产中涉及到硅片的清洗，必须要选择不同的技术手段和清洗方法来满足不同工序不同的清洗要求和目的。
3.1湿法化学清洗
干法化学清洗和湿法化学清洗作为化学清洗的两种常用方法，目前在硅片表面清洗中以后者为主要的清洗手段。具体的过程是指让杂质通过加热、超声、抽真空等措施从硅片的表面解吸，或者让杂质和油污通过和各种有机溶剂和化学试剂发生溶解或者化学反应达到解吸，接着用大量的高纯冷、热水冲洗，最后完成硅片表面的洁净。
3.2干法清洗技术
相对湿法化学清洗来说，我们所说的干法清洗，是指在清洗过程中不使用溶液。干法清洗有可以分为“半干法”和“全干法”两大类，主要是看是否完全不使用溶液工艺，比如清洗技术中汽相法清洗属于前者，等离子清洗属于后者。而这两种清洗技术都是目前最常用的干法清洗技术。
3.3束流清洗技术
通过硅片表面的沾污杂质和有较高能量的呈束流状的物质流发生化学作用，从而完成对硅片表面杂质的清洗，这一种清洗技术就叫做束流清洗技术。激光束技术、冷凝喷雾技术和微集射束流清洗技术是目前常用的束流清洗技术。
参考文献
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