半導(dǎo)體單晶拋光片清洗工藝分析

摘要：目前，在當(dāng)前社會(huì)中，半導(dǎo)體單晶拋光片是一種極為重要的材料。在極大程度上影響著大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體器件的發(fā)展和應(yīng)用。本文通過(guò)以硅、砷化稼、鍺等半導(dǎo)體單晶拋光片為例，深入研究了半導(dǎo)體單晶拋光片的清洗工藝，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體單晶拋光片，清洗工藝

1.引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，當(dāng)前社會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件、大規(guī)模集成電路的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)也對(duì)其提出了越來(lái)越高的要求。所以，半導(dǎo)體單晶拋光片的表面潔凈程度是非常重要的。在清洗半導(dǎo)體單晶拋光片過(guò)程中，不但要將半導(dǎo)體單晶拋光片的污垢拋光，而且還應(yīng)高度重視半導(dǎo)體單晶拋光片的表面化學(xué)態(tài)、氧化膜厚度、表面粗糙度等問(wèn)題。

2.半導(dǎo)體單晶拋光片的清洗工藝

2.1硅拋光片的清洗

在拋光處理完成硅拋光片以后，硅拋光片表面的斷裂鍵力場(chǎng)是比較強(qiáng)的，極易吸附拋光環(huán)境中的污染物。一些污染物極易沉積硅拋光片的表面，包括自然氧化膜、濕氣分子、有機(jī)物、金屬等污染物、顆粒等。因?yàn)橐恍┯袡C(jī)物會(huì)覆蓋硅片表面，大大增大了氧化膜污染物的清除難度。所以在清洗硅拋光片過(guò)程中，應(yīng)先去除有機(jī)污染物，然后溶解氧化層，最后去除其它污染物，如顆粒、金屬等。同時(shí)應(yīng)鈍化處理硅拋光片的表面。

在利用稀氟氫酸進(jìn)行清洗時(shí)，可以將硅片表面的氧化膜清除，所以可以輕易去除自然氧化膜中的一些金屬物質(zhì)，如鐵、鋁、鎳、鋅等。硅片表面在雙氧水作用下，會(huì)形成新的氧化膜，然后會(huì)不斷會(huì)被腐蝕。在以上過(guò)程中，硅片表面大多數(shù)的金屬離子可以被去除。在利用稀氟氫酸清洗完成以后，硅片表面的斷裂鍵可以有效結(jié)合硅片中的氫離子。所以，氫是硅的終端、硅片最外段的主要物質(zhì)成分。在利用雙氧水、氫氧化銨混合溶液進(jìn)行清洗時(shí)，硅片表面的氧化膜可以產(chǎn)生親水性，有助于硅片表面顆粒污染物的去除。在利用雙氧水、鹽酸混合溶液進(jìn)行清洗時(shí)，硅片表面中的一些金屬污染物能夠被清除，如鐵、鈉、鋁、鎂等。通過(guò)以上幾大步驟的清洗以后，拋光片表面的有機(jī)物、顆粒、金屬等污染物可以被有效清除。但是，在利用雙氧水、鹽酸混合液進(jìn)行清洗以后，拋光片表面會(huì)產(chǎn)生疏水性，所以為保證拋光片的清潔，應(yīng)選用兆聲波進(jìn)行清洗。

2.2砷化稼拋光片的清洗

在砷化稼完成拋光以后，砷化稼的表面會(huì)形成一層自然氧化膜，其中，這層自然氧化膜的主要成分包括三氧化二稼、三氧化二砷、五氧化二砷等物質(zhì)。其中，和砷相比，稼的化學(xué)性質(zhì)更為活躍，稼的氧化速度更快一些，所以，砷化稼表面氧化膜中稼含量常常會(huì)更高一些。為保證稼原子與砷原子的比例為1：1，在清洗砷化稼拋光片過(guò)程中，應(yīng)盡量確保三氧化二稼、三氧化二砷含量的平衡，以有效提高砷化稼拋光片的表面質(zhì)量。

在砷化稼拋光片清洗工藝中，為避免三氧化二砷、五氧化二砷二者之間發(fā)生反映，保證砷化稼拋光片表面免受損傷，先選用濃度比較低氫氧化鉀溶液，有效去除砷化稼拋光片表面富含稼的自然氧化層。與此同時(shí)，在堿性環(huán)境中，砷化稼拋光片的表面具有親水性，有助于砷化稼拋光片表面顆粒的去除。在自然氧化膜去除以后，應(yīng)盡快形成穩(wěn)定氧化膜。在紫外光的照射環(huán)境中，利用臭氧進(jìn)行清洗，在穩(wěn)定氧化膜形成的同時(shí)，還可以有效清除砷化稼拋光片表面的有機(jī)污染物。在較短時(shí)間中產(chǎn)生的氧化膜中，可以有效保證稼、砷的一致性。在利用臭氧進(jìn)行清洗以后，因?yàn)樯榛趻伖馄砻娴那鍧嵡闆r會(huì)發(fā)生一定程度的變化，所以應(yīng)選用兆聲波或者、酸性表面活性劑進(jìn)行清洗，以將拋光片表面的其它污染物予以清除。其中，兆聲波清洗工藝，就是通過(guò)運(yùn)用聲波來(lái)提高溶液的運(yùn)動(dòng)速度，通過(guò)運(yùn)用速度較快的溶液流體，有效沖擊砷化稼拋光片，進(jìn)而拋光片表面的污染物便會(huì)從拋光片中脫離出來(lái)，進(jìn)入溶液內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)拋光片表面污染物的清除目的。

2.3鍺拋光片的清洗

鍺元素在經(jīng)過(guò)氧化以后，會(huì)產(chǎn)生兩種物質(zhì)，即氧化鍺、二氧化鍺。所以在反應(yīng)過(guò)程中，會(huì)先產(chǎn)生氧化鍺，然后在一定條件下，會(huì)繼續(xù)發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化鍺。當(dāng)溫度達(dá)到600-650℃之間時(shí)，氧化鍺便會(huì)出現(xiàn)大量的揮發(fā)，不過(guò)二氧化鍺的揮發(fā)溫度會(huì)更高一些，高約1150-1200℃。所以在鍺拋光片拋光完成以后，鍺拋光片表面會(huì)有金紅石結(jié)構(gòu)的二氧化鍺、氧化鍺殘留。為保證鍺片可以更好地生長(zhǎng)砷化稼，一定要嚴(yán)格控制鍺片表面生成的二氧化鍺。

在鍺拋光片清洗工藝中，應(yīng)選利用用濃硫酸進(jìn)行清洗，將其中的金屬污染物去除，以產(chǎn)生可以溶解的硫酸鹽。另外，濃硫酸還可以將鍺片中的有機(jī)物去除，分解成為二氧化碳、水;濃硫酸可以將鍺片上的氧化物去除。然后利用稀硫酸，稀釋鍺拋光片表面的濃度，以便于后續(xù)表面濃硫酸的去除。最后，通過(guò)利用雙氧水、氫氧化銨混合溶液進(jìn)行清洗。鍺拋光片在雙氧水作用會(huì)形成自然氧化膜，然后自然氧化膜在氫氧化銨作用下會(huì)被腐蝕，同時(shí)鍺片表面殘留的濃硫酸、鍺片表面的顆粒會(huì)被去除，最終完成鍺拋光片的清洗。在鍺拋光片的表面上，因?yàn)椴粦?yīng)當(dāng)存在二氧化鍺，所以，在以上清洗過(guò)程中，應(yīng)盡量降低腐蝕液的溫度，減緩二氧化鍺的產(chǎn)生速度，進(jìn)而鍺拋光片表面中二氧化鍺的含量便會(huì)得到有效降低，有效提高鍺拋光片的質(zhì)量。

3.小結(jié)

目前，在當(dāng)下社會(huì)中，半導(dǎo)體單晶拋光片是一種極為重要的材料，在極大程度上影響著大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體器件的發(fā)展和應(yīng)用。其中，拋光片表面的清潔度是一項(xiàng)極為重要的參數(shù)，對(duì)拋光片的質(zhì)量和效果能夠造成極大的影響。所以，針對(duì)各種材料的半導(dǎo)體單晶拋光片，需要選取相應(yīng)有效的清洗工藝，以保證拋光片表面的清潔度滿足實(shí)際使用要求。

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作者簡(jiǎn)介：

康海洋，1985.9，男，漢族，籍貫：河南，職務(wù)：質(zhì)量工程科負(fù)責(zé)人，本科，單位：天津中環(huán)領(lǐng)先材料技術(shù)有限公司，