125 m m 低阻硅拋光片清洗技術(shù)研究

耿 莉，楊洪星

(中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所，天津 300220)

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，硅拋光片清洗設(shè)備由原來的手動設(shè)備、半自動設(shè)備逐步發(fā)展到全自動清洗設(shè)備階段，國際上，全自動清洗設(shè)備已經(jīng)成熟，通常帶有一套較為成熟的工藝，這樣可縮短設(shè)備調(diào)試時間，盡快將設(shè)備投入到生產(chǎn)當(dāng)中，但價格昂貴。近年來，國內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)廠家加大了全自動清洗設(shè)備的研發(fā)投入，并取得了較大的進(jìn)步，相比于進(jìn)口設(shè)備，國產(chǎn)設(shè)備價格便宜，但無成熟的工藝與設(shè)備相匹配，需要采購廠家進(jìn)行工藝探索，在工藝調(diào)試時間上相應(yīng)要增長，部分設(shè)備被國內(nèi)硅片生產(chǎn)廠成功運用于硅片生產(chǎn)當(dāng)中。本單位采購了一臺國產(chǎn)硅片全自動清洗機，用于50～150 mm(2～6 英寸)硅單晶拋光片的預(yù)清洗。

在設(shè)備調(diào)試過程中，125 mm 硅拋光片清洗過程中出現(xiàn)邊緣“色斑”現(xiàn)象。本文對“色斑”現(xiàn)象進(jìn)行了分析，通過對清洗液配比、清洗溫度以及快排沖洗等進(jìn)行研究，解決了125 mm 硅拋光片表面的“色斑”現(xiàn)象。

1 試驗

（1）樣品參數(shù)

直徑：125 mm；

電阻率：0.001～0.005 Ω·cm；

晶向：<111>偏＜110＞4°±1°；

晶片表面經(jīng)正常拋光工藝進(jìn)行拋光。

（2）清洗設(shè)備

HL-WA08型硅片全自動清洗機。

（3）工藝流程

上料位→氫氟酸浸泡清洗→溢流清洗→RCA1# 超聲清洗→快排清洗→RCA2# 浸泡清洗→快排清洗→下料位→甩干→檢驗

快排清洗槽的原理圖見圖1，各裝置的開啟時間、關(guān)閉時間均可獨立控制，并且各裝置開啟、關(guān)閉的順序也可獨立控制。

圖1 快排清洗槽原理圖

（4）試驗方案

針對拋光片表面存在“色斑”現(xiàn)象的問題，對RCA1# 超聲清洗、快排清洗兩個過程進(jìn)行了正交分析，設(shè)計了表1所示的工藝方案。

表1 試驗方案

2 結(jié)果

表2 列出了4個方案的試驗結(jié)果。

表2 試驗結(jié)果

3 討論

3.1 “色斑”位置

在試驗過程中，發(fā)現(xiàn)“色斑”出現(xiàn)的位置具有一定的規(guī)律性，基本集中于如圖2所示中拋光片被花藍(lán)遮蓋的區(qū)域。

圖2 花藍(lán)與硅片的相對位置

采用表面分析儀對出現(xiàn)“色斑”的區(qū)域進(jìn)行微區(qū)分析發(fā)現(xiàn)，“色斑”區(qū)域的霧均值顯著高于正常區(qū)域。這種現(xiàn)象的成因是：1）拋光過程中，拋光片表面不均勻；2）清洗過程中，該區(qū)域沖洗效果不理想，表面殘留的化學(xué)試劑對拋光片表面繼續(xù)腐蝕。從“色斑”位置的規(guī)律性可以判定“色斑”的成因為沖洗效果不理想。經(jīng)采用其他設(shè)備進(jìn)行對比試驗發(fā)現(xiàn)，“色斑”是清洗過程造成的。

3.2 表面活性劑對“色斑”現(xiàn)象的影響

在文獻(xiàn)[1-3]中介紹了在含有表面活性劑的溶液中顆粒去除機理，使襯底表面與顆粒表面具有相同的電勢，減少顆粒的吸附，防止顆粒的二次吸附等。在清洗液中加入表面活性劑可減少拋光片表面顆粒的吸附。

另一方面，加入表面活性劑后，降低了溶液以及硅片的表面張力，有利于拋光片表面顆粒及殘留化學(xué)品的去除，降低拋光片表面“色斑”現(xiàn)象的比例。

從方案一、方案四之間的對比以及方案二、方案三之間的對比可以看出，在清洗液中加入表面活性劑可降低“色斑”的比例，但僅采用加入表面活性劑的措施，不能徹底解決“色斑”現(xiàn)象。

3.3 快排沖洗方式對“色斑”現(xiàn)象的影響

從方案二、方案三與方案一的對比可以看出，快排沖洗方式對“色斑”現(xiàn)象影響較大，第一步?jīng)_洗是影響整個清洗效果的關(guān)鍵因素。采用下淋方式能夠以溢流方式將拋光片表面的化學(xué)品沖洗下來，減少化學(xué)品對拋光片表面繼續(xù)腐蝕，從而減少“色斑”現(xiàn)象的產(chǎn)生。

3.4 總結(jié)

綜合上述四個試驗方案，在清洗液中加入表面活性劑、采用“下淋——快排+上噴+下淋——下淋+上噴”清洗方式可有效解決拋光片表面“色斑”問題。

4 結(jié)論

通過工藝試驗，我們得出了以下結(jié)論：

（1）拋光片表面的“色斑”缺陷是拋光片表面清洗效果不理想造成的，尤其在晶片邊緣與花籃接觸位置有化學(xué)試劑殘留，經(jīng)后續(xù)的干燥工藝處理后殘留于表面，從而形成“色斑”。

（2）清洗液中加入表面活性劑，可以在拋光片表面形成一層保護(hù)膜，在后續(xù)的快排沖洗過程中更容易沖洗，而不產(chǎn)生化學(xué)試劑殘留。

（3）快排沖洗過程對沖洗效果影響較大，采用“下淋——快排+上噴+下淋——下淋+上噴”的工藝過程可獲得理想的沖洗效果。

[1]劉玉嶺，檀柏梅，趙之雯，等.表面活性劑在半導(dǎo)體硅材料加工技術(shù)中的應(yīng)用[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，33（2）：72-76.

[2]萬群.ULSI 用硅片的缺陷與表面質(zhì)量[J].稀有金屬，1997，22（3）：172-174.

[3]鄭 忠.表面活性劑的物理化學(xué)原理[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，1995.