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1、第! 卷第#期半导体学报 $% 山东大学光电材料与器件研究所(济南! E * A * * B 摘要?报道了利用红外吸收谱J K射线光电子谱和表面张力测试仪对新型半导体清洗工艺进行研究的结果采用 8 L M系列清洗剂清洗硅片时( 首先需用,6稀溶液浸泡硅片(以利于将包埋于氧化层内的金属和有机污染物去除N 溶液的配比浓度由临界胶束浓度和硅片表面的污染程度确定(要确保清洗过程中溶液内部有足够的胶束存在(一 般8 L MF A J 8 L MF !的配比浓度在C * O到C G O之间N当温度接近表面活性剂溶液的浊点温度时(增溶能力最强(因 而清洗液的温度定在 * P 关键词?红外吸收谱NK射线光电子
2、谱N清洗工艺 Q R S S ?* E ! * 6 N# C * 中图分类号?9 ) * E T C #文献标识码?4文章编号?* ! E F D A # # ! * * ! B * # F * # # # F * E U 引言 目前世界各国在半导体器件生产中普遍采用的 是VW X Y于A C # *年发明的3 + 4标准清洗方法Z A 许 多研究人员对3 + 4标准清洗方法进行了大量研究 和改进自C *年代初期(人们开始致力于新型清洗 工艺和清洗剂的研究以取代 3 + 4清洗技术 A C C 年+ ;和$ X X Y Z ! 提出了采用四甲基氢氧化 氨Z ) + ,B D1,B 与羧酸盐缓冲
3、剂配置的碱性水溶 液喷雾清洗法N A C C #年0 W % Y和3 _ a Y Z ( D 提出了 利用兆声波激发臭氧水对硅片进行清洗N A C C G年 b c c W X Z E 等人提出了用水和水d + 1 !混合溶液在高 温J高压下的清洗等等 A C C E年山东大学光电材料 与器件研究所研制成功了含表面活性剂的新型半导 体清洗剂和与之配套的新型8 e系列清洗工艺Z ( 它有8 e F A J 8 e F !两种型号( 8 e F A主要用于去除硅 片表面的有机杂质(如油污和石蜡等N 8 e F !主要用 于去除重金属离子或原子沾污(使用时稀释A C倍( 用超声波进行清洗该清洗技术的
4、清洗效果与3 + 4 清洗技术相当(目前已在半导体分立器件中得到了 应用近几年(我们大大提高了8 e系列清洗剂的纯 度(并降低了溶液中的颗粒度(研制出符合超大规模 集成电路清洗要求的8 L M系列清洗剂(把它的清 洗效果与标准3 + 4清洗技术进行了比较(结果表 明含表面活性剂水溶液的新型半导体清洗技术在去 除有机物和金属杂质离子方面相当于标准3 + 4清 洗工艺Z # (其清洗的硅片(表面平整度高(明显优于 标准3 + 4清洗技术Z G (而且新型清洗剂具有无毒J 无腐蚀性J对人体无危害J对环境无污染J工艺简单J 操作方便等优点在应用过程中(许多人对,6稀溶 液在8 L M系列清洗工艺中的作
5、用J清洗剂浓度的 选取J新型半导体清洗工艺的冲水方式J温度的选择 等系列问题存有疑问在此(我们报道了利用红外吸 收谱J K射线光电子谱和表面张力测试仪等设备对 新型半导体清洗工艺研究的结果 f 实验结果和讨论 为使新型半导体清洗工艺对硅片的清洗达到令 人满意的效果(除了对清洗剂本身所用的各种表面 活性剂和助剂进行研究外(还须对与之配套的清洗 工艺进行研究 万方数据 ! # $%稀溶液在 8 7 8 5 9 A D5 : 8 ; C 片号清 洗 方 法 3 )* E)2FG3 E3泡2 / C .常温高纯水冲/ 19 HI 0 J的 + , -K 3溶液超声清洗3 0 19 H热高纯水冲L 19
6、 HI 0 J 的+ , -K 2溶液超声清洗3 0 19 H热高纯水冲/ 19 H冷 高纯水冲3 0 19 H烘干 2 I 0 J的+ , -K 3溶液超声清洗3 0 19 H热高纯水冲L 19 H I 0 J的+ , -K 2溶 液 超 声 清 洗3 0 19 H热 高 纯 水 冲 / 19 1 P3处的吸收是不同价态硅氧化物的复合吸 收R O S.其中的尖峰是由T2价态硅氧化物吸收产生 的由图3的曲线U可以看出. + , -系列清洗剂的 图3不同清洗工艺清洗后的硅片红外透过谱 V W )*酸漂. 新型清洗剂洗XU W新型清洗剂洗 * 9 ? 3 Y A D5 : 8 ; C 5 : K
7、= 8 ;B 9 : : 8 ; 8 7 8 5 9 9 8 V W )*; 9 C 8 . D5 C 9 ? 6 = 8 9 8 XU W D5 C 9 ?6 = 8 1P3 处的吸收存在不同价态硅氧化物的复合吸收.这表 明清洗后的硅片表面依然有一层不同价态硅氧化物 存在由图3的曲线V可以看出.用)*稀溶液浸泡 后清洗的硅片.复合吸收变成仅有二氧化硅的吸收. 表明 + , -K 3 + , -K 2清洗剂对硅片表面的硅氧化 膜没有去除作用因此.采用+ , -系列清洗剂清洗 硅片时.首先需用)*稀溶液浸泡硅片.将硅片表面 的自然氧化膜去掉.以利于去除包埋于氧化层内的 金属和有机污染物 ! !
8、使用条件下清洗剂浓度的选取 从清洗机理中知道.只有当表面活性剂在水中 的量达到临界胶束浓度之上.溶液中有胶束存在时. 它的清洗作用最大表面活性剂的临界胶束浓度随 表面活性剂的不同而各有差异.其测量方法也是多 种多样的.常用的方法有电导法表面张力法染料 法图2给出了表面张力法测得的新型超大规模集 成电路清洗剂 + , -K 3和+ , -K 2中复合表面活性 剂的表面张力与其浓度的关系曲线.曲线拐点对应 的浓度就是表面活性剂的临界胶束浓度图2 M 5 N给 出 了 + , -K 3中 表 面 活 性 剂 的 临 界 胶 束 浓 度 为 / _ O Q 1? a b .图2 M 6 N给出了+ ,
9、 -K 2中表面活性剂 图2新型清洗剂中表面活性剂水溶液的表面张力与浓 度的关系曲线 M 5 N + , -K 3清洗剂X M 6 N + , -K 2清洗剂 * 9 ? 2 c 8 7 5 = 9 A C 9 Z6 8 = D8 8 8= 8 C 9 A 5 A 8 = ; 5 = 9 A 9 A = 5 9 9 = 5 =C A 7 = 9 A C 9 ?= 8 7 8 5 9 7 8 5 9 ?B 8 = 8 ; ? 8 7 8 5 9 ?B 8 = 8 ; K ? 8 = Qdd 半导体学报 2 L卷 万方数据 的临界胶束浓度为! # $ % 1: ;1在水中产生水合作用* 与水分子中
10、的氢形成氢键*如图所示+温度升高* 氢键减弱*有的甚至断裂*水合作用减小*胶束易于 形成*胶束的聚集数亦显著地增加*对油脂等污染物 的增溶量增大? 0 5 *这种情况有利于硅片的清洗+当 温度升高到! A B左右时*聚氧乙烯链9 : ;1: ;1 加速脱水并产生卷缩*使胶束起增溶的空间减小*增 溶能力下降*清洗液由透明变成乳浊液*这一温度被 称做溶液的浊点温度+只有温度接近表面活性剂溶 液的浊点温度时*增溶能力最强*因而清洗液的温度 定在! 5 B比较合理+ 9 : ;1: ;1 C ; ; 图聚氧乙烯链水合作用9氢键= D E + ;F G H I J E K LK M N K O F K
11、P F I Q R J S F O R L RQ S I E L 7 + T 硅片的冲水方式 硅片经 , - ./ 0和, - ./ 1溶液超声清洗后的 冲水过程*看起来是一个很简单的问题*其实则不 然+在同样的冲水时间内*不同的冲水方式得到硅片 表面的有机残留量是不同的+ 取%组5 # A D ;1_ 0 0泡 1 A *常 温, 水 冲 A ( 0 : 5 6 / 8 7 6 0 ) . ( ) ,( ) 7 5 / 0 9 4 ) ( 8 6 / ( ) 9 ( ) ,( ) ? 6 ( 4 ) ( 6 ?=0 5 6 /0 5# $ % : 4 / ( 0 : 5 6 / 8 7 6
12、0 ) . ( ) ,( ) 7 5 / 0 9 4 ) ( 8 6 7 5 / 0 9 4 ) ( 8 ( )? 6 ( 4 ) ( 6 ?=0 5 6 / 0 5 # $ % : 4 / B ( ) / ( ) 9 ( ) ,( )? 6 ( 4 ) . ( 6 ?=0 5 6 /0 5# $ % : 4 /# ( ) 5 3 6 )0 5/ 4 4 5 6 2 6 / 0 . 5 K K Z 9 U M V M W I ! K M =U? Q V M W I U V V M W I U ? =? N 2 /) 2 / 1 4 * 3 9 cFd ; ; =!? N 2 /) 2 / 1
13、4 * 3 9 cFd ; 9 M M V K W I M M : V ; 9 M M V K W I M M : ? =K? G* E* 3XN 9 A ? ; ; 9: 3 # . W ; 2 , ? 2 3 8K ! ?( 3 . 504 * 3, 4 *, * E * 6 2 , F 6 * V M ; ; M W ; 7 ; 7 ; Z |J 6 / Q * 1 , + F / 6 , * 8C 5G2 , : ; L M W N 2 /) 2 / 1 4 * 3 E2 . * 9 02 +C / 6 3 ; 9 6 * Y ; E1M ; ; M 4 *N 4 & 3 * + *e
14、 3 + , & , F , */ - S . * 1 , 6 / 3 & 1 + !期 曹宝成等I新型半导体清洗剂的清洗工艺 万方数据 新型半导体清洗剂的清洗工艺新型半导体清洗剂的清洗工艺 作者：曹宝成， 于新好， 马洪磊 作者单位：山东大学光电材料与器件研究所,济南,250100 刊名： 半导体学报 英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SEMICONDUCTORS 年，卷(期)：2002,23(7) 被引用次数：4次 参考文献(11条)参考文献(11条) 1.Kern W Handbook of semiconductor wafer cleanin g technology
15、1993 2.Cady W A.Varadarajan M 查看详情 1996(06) 3.Joong S.Raghavan S 查看详情 1995(02) 4.Ojima S.Kubo K.Toda M 查看详情 1997(04) 5.Bakker L G 查看详情 1998(01) 6.曹宝成.马洪磊.罗升旭 新型电子清洗工艺对半导体表面的清洗效果 1995(02) 7.Cao Baocheng.Yu Xinhao.Ma Honglei Proceedings of t he 25th International Conference on the Physics of Semicondu
16、ctors 2000 8.曹宝成.于新好.马洪磊 用含表面活性剂和螯合剂的清洗液清洗硅片的研究期刊论文-半导体学报 2001(09) 9.Nemen R C.Willis J B 查看详情 1965 10.刘程 表面活性剂应用大全 1992 11.王建祺 电子能谱学引论 1992 引证文献(4条)引证文献(4条) 1.赵权 太阳电池用Ge抛光片清洗技术的研究进展期刊论文-半导体技术 2009(9) 2.韩恩山.王焕志.常亮.胡建修 微电子工业中清洗工艺的研究进展期刊论文-微电子学 2006(2) 3.张远祥.刘玉岭.袁育杰 微电子工艺中硅衬底的清洗技术期刊论文-清洗世界 2006(2) 4.刘建强.李玉香.肖洪地.刘万里.曹宝成.马洪磊 精密金属零件非ODS清洗技术研究期刊论文-山东大学学报 (理学版) 2004(3) 本文链接：