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高等物理化学 专业 电子科学与技术 姓名 田胜骏 学号 201521901023 硅片表面有机物的清洗方法研究进展 硅片有机物清洗简介 1）清洗的目的和意义 2）硅片表面的吸附污染与去除原理 3）较少吸附的主要途径 4）硅片表面的污染种类 5 ) 典型清洗方法 硅片清洗的目的： 硅片加工过程中，表面会不断被各种杂质污染，为获得洁净的表面，需要采用多种方法，将硅片进行清洗，进行洁净化。一般每道工序结束之前，都有一次清洗的过程，要求做到本流程污染，本流程清洗。 意义：多次清洗工序可以保证最终硅片表面的洁净性。 切片、倒角、磨片、热处理、背损伤、化学剪薄，CMP等各个阶段，在工艺结束之后，都需要进行一次清洗，尽量消除本加工阶段的污染物，从而达到一定的洁净标准。而随着加工的进行，对表面洁净度的要求也不断提高，最终抛光结束之后，还要进行一次清洗。 这些清洗，一般称为：切割片清洗，研磨片清洗，抛光片清洗，其中抛光片清洗对洁净度要求最高。 1）清洗的目的和意义 扫描电镜（SEM）测量的材料表面图像 表面的特点： 最表层存在悬挂键，即不饱和键。 表面粗糙不平整。 微观表面积可能很大，而不同于宏观的表面。 存在较强局域电场。 表面的这些特点决定，表面易吸附杂质颗粒，而被沾污。 表面吸附：硅材料的表面存在大量的悬挂键，这本身是不饱和键，因此具有很高的活性，很容易与周围原子或者颗粒团簇发生吸引，引起表面沾污，这就是表面的吸附。 硅表面吸附的三个因素： 1）硅表面性质，包括粗糙度，原子密度等，这归根到底是表面势场的分布。 2）杂质颗粒的性质（如大小，带电密度等），以及吸附后的距离。 3）温度。温度高，杂质颗粒动能大，不易被吸附（束缚）。 2）材料表面的特点 硅表面的吸附形式： 1）化学吸附。 2）物理吸附。 1）化学吸附 定义：在硅片表面上，通过电子转移（离子键）或电子对共用（共价键）形式，在硅片和杂质之间，形成化学键或生成表面配位化合物等方式产生的吸附。 化学吸附的特点： 1）吸附稳定牢固，不易脱离。 2）只吸附单原子层，而且至多吸附满整个表层。这是因为只能在近距离成化学键。 3）对吸附原子的种类有选择性。比如Si表层吸附O原子较容易。 4）表面原子密度越大，吸附越强。比如硅（111）面的化学吸附能力最强。 2）物理吸附 定义：硅片表面和杂质颗粒之间，由于长程的范德瓦耳斯吸引作用，所引起的表面吸附。 特点：这种吸附，可以吸附较远范围，而且较大的杂质颗粒，吸附之后，颗粒和表面的距离比较大，结合能力也比较弱，因此杂质也比较容易脱落。 物理吸附的特点： 1）作用距离大，从几十纳米到微米量级。 2）可吸附的杂质种类多。 3）作用力弱。 4）可释放性强。 简单说，环境越干净，杂质少，物理吸附量就少，反之，吸附量就大，因此，环境洁净是物理吸附的主要途径。 项目 物理吸附 化学吸附 吸附力 范德华力 化学键力 选择性 所有杂质 可反应杂质 吸附层 多层 单层 吸附活化能 4kJ/mol 小 40kJ/mol大 吸附温度 低温，吸附很快 高温，吸附减慢 低温，吸附很慢 高温，显著增大 可逆性 可逆 易去除 通常不可逆 不易去除 3）减少吸附的主要途径 物理吸附： 提高洁净度，减少可吸附颗粒—超洁净 多次清洗，消除物理吸附 化学吸附： 每道工艺结束，进行清洗，减少杂质 最终进行可消除化学吸附的清洗（抛光片清洗） 4）硅片表面污染的种类 污染的种类是清洗的对象，硅片表面的污染物主要有： 1）有机杂质。 2）颗粒杂质。 3）金属污染——最难清洗。 有机污染 有机类分子或者液滴粘附在硅片表面形成的污染。比如：润滑油类，研磨浆油性的，粘胶硅棒和CMP中硅片固定的蜡。 特点：一般是物理吸附，不过有机分子，一般亲硅片表面而疏水，不能用水溶解。 清洗方法： 采用表面活性剂，进行物理溶解而清洗。 使其在酸、碱环境中水解，再清洗。 有机污染 有机类分子或者液滴粘附在硅片表面形成的污染。比如：润滑油类，研磨浆油性的，粘胶硅棒和CMP中硅片固定的蜡。 特点：一般是物理吸附，不过有机分子，一般亲硅片表面而疏水，不能用水溶解。 清洗方法： 采用表面活性剂，进行物理溶解而清洗。 使其在酸、碱环境中水解，再清洗。 5） 硅片清洗的方法与原理 对有机物沾污的几种基本处理方案 (1) 典型RCA清洗 RCA清洗液的原理 RCA的不足与改进 (2)UV/ O3 清洗 (3)超声波清洗法 有机污染—溶剂溶解，活性剂分散，氧化 处理原则：找到合适溶剂或表面活性剂，将杂质溶解，同时溶剂可以方便去除，或者将有机物氧化分解。 处理对象：如润滑油，研磨液等各种油脂，粘结的蜡，硅棒的粘结胶。 溶解方