硅片湿法清洗技术与设备---华林科纳CSE

硅片制造过程中，在进行下一步工艺前要获得 一个洁净的表面，以保证后道工艺能再一个完全洁 净的表面上进行，这就需要对硅片进行清洗。清洗是硅片制造过程中重复次数最多的工艺。目前，在 清洗工艺中使用最多的就是湿法清洗技术，华林科纳半导体设备公司的硅片湿法腐蚀清洗机在半导体行业得到了很多客户的认可.

1 硅片湿法清洗的种类

1.1 刷洗 刷洗是去除硅片表面颗粒的一种直接而有效 的方法，该清洗技术一般用在切割或抛光后的硅片 清洗上，可高效地清除抛光后产生的大量颗粒。刷 洗一般有单面或双面两种模式，双面模式可同时清 洗硅片的两面。刷洗有时也与超声及去离子水或化 学液一起配合使用，以达到更好的清洗效果和更高 的清洗效率。 1.2 化学清洗 1.2.1 RCA 清洗 20 世纪 60 年代，由美国无线电公司（RCA）研 发了用于硅片清洗的 RCA 清洗技术，这种技术成 为后来各种化学清洗技术的基础，现在大多数工厂 所使用的清洗技术都是基于最初的 RCA 清洗法。 RCA 清洗是按照一定的顺序依次浸入两种标 准清洗液(SC-1 和 SC-2)中来完成，这两种清洗液的使用温度一般在 80 ℃以内，有时也需要将溶液 冷却到室温以下。

1.2.2 改进的 RCA 清洗

RCA 清洗一般都需要在高温下进行，并且化 学液的浓度很高，这样就造成大量消耗化学液和去 离子水的问题。目前，很少有人还按照最初的 RCA 化学液配比进行湿法清洗。 在 RCA 清洗的基础上，采用稀释化学法，将 SC-1、SC-2 稀释到 100 倍以上，也可以达到甚至超 过最初的 RCA 清洗效果。改进的 RCA 清洗方法最 大的好处是减少了化学液的消耗，可使化学液的消 耗量减少 85﹪以上。另外，附加兆声或超声能量 后，可大大降低溶液的使用温度和反应时间，提高 溶液的使用寿命，大幅度降低了生产成本，同时，低 浓度化学液对人体健康和安全方面都是有好处的。

1.2.3 自然氧化层的去除

硅片经过清洗液的氧化或暴露于空气中，会在 硅片表面形成一层氧化膜，称为自然氧化层。在进 行外延前必须将这一层自然氧化层去除，一般使用 HF 进行清洗，HF 清洗液的配比为 HF:H2O=1:10~1: 100。在进行下一道工艺前，HF 清洗一般是最后一 道清洗。经过 HF 的浸泡后，硅片表面形成稳定 H-SI 键，在空气中具有较高的稳定性，避免了再次 被氧化。

2 湿法清洗设备或装置

2.1 化学清洗槽 从材质上来说一般有 NPP、PVDF、PTFE、石英 玻璃等。在使用时根据化学液的浓度、酸碱度、使用 温度等条件选择相应的槽体材料。例如：NPP 一般 用在常温下的弱酸弱碱清洗，PVDF、PTFE、石英玻 璃等一般用在需加热的强酸强碱清洗，其中石英玻 璃不能用在 HF 的清洗中。常温化学槽，一般为 NPP 材料。图 1 为石英加热槽，槽内溶液可加热到 180 ℃甚至更高，它一般由石英内槽、保温层、塑料 (PP)外槽组成。石英槽加热可以通过粘贴加热膜或 者直接在石英玻璃上涂敷加热材料实现。石英槽内 需安装温度和液位传感器，以实现对温度的精确控 制以及槽内液位的检测，防止槽内液位过低造成加 热器干烧。图 2 为 PVDF(PTFE)加热槽，这类加热 槽常用于 HF 溶液的清洗中。由于受到槽体材料的 限制，这类加热槽只能使用潜入式加热，潜入式加 热器一般有盘管式和平板式两种，加热器外包覆 PFA 管。

2.2 兆声清洗槽 RCA 或者改进的 RCA 清洗配合兆声能量是 目前使用非常广泛的清洗方法。在附加了兆声能量 后，可大幅降低溶液的使用温度以及工艺时间，而 清洗效果更加有效。常用兆声清洗的频率为 800 kHz~1 MHz，兆声功率在 100～600 W。

兆声换能器有平板式、圆弧板式等形式。兆声 换能器可直接安装于槽体底部，石英清洗槽则可以 采用水浴的方式，兆声换能器安装于外槽底部，这 样可以避免清洗液对兆声换能器的侵蚀。其结构如 图 3 所示。兆声换能器在工作过程中会在石英槽底 部产生大量的气泡，这些气泡会大量吸收兆声能 量，大大降低了兆声清洗的效果，因此内槽石英缸 底部一般要有 10~15(°)的倾斜角度，当有气泡产 生时，由于浮力的作用气泡沿倾斜的石英槽底向上 移动，脱离石英槽壁浮出水面，减少了气泡对兆声 能量的损耗。另外水浴外槽可根据不同的需要采用 不锈钢槽、石英槽等。

圆弧板兆声换能器由于其结构的特殊性，使其 在兆声能量的传播方向、能量分布上更加合理，清 洗效果更加显著，一般情况下，圆弧板兆声换能器 只需要平板兆声换能器一半的功率即可达到相同 的清洗效果，见图 4。

2.3 旋转喷淋清洗 旋转喷淋清洗系统一般包括自动配液系统、清 洗腔体、废液回收系统组成。清洗腔结构如图 5 所 示，清洗工艺过程如图 6 所示。

喷淋清洗在一个密封的工作腔内一次完成化 学清洗、去离子水冲洗、旋转甩干等过程，对硅片来 说是一个 Dry-to-Dry 的过程，减少了在每一步的清 洗过程中由于人为操作因素造成的影响。在喷淋清 洗中由于旋转和喷淋的效果，使得硅片表面的溶液 更加均匀，同时，接触到硅片表面的溶液永远是新 鲜的，这样就可以做到通过工艺时间设置，精确控 制硅片的清洗腐蚀效果，实现很好的一致性。密封 的工作腔可以隔绝化学液的挥发，减少了溶液的损 耗以及溶液蒸气对人体和环境的危害。 2.4 刷洗器 刷洗器主要用于硅片抛光后的清洗，可有效地去 除 1μm 以上的颗粒。其结构如图 7 所示。早期使用的 尼龙毛刷易造成硅片的损伤，现在一般采用聚乙烯醇 (PVA)毛刷，PVA 毛刷配合去离子水或清洗液的喷射可有效地去除颗粒而不损伤硅片表 面。有时也会使用超声喷嘴，以提高清洗的效果。

2.4 水冲洗槽 每完成一步化学清洗后，都要使用去离子水将 硅片表面的残留物清洗干净，在过去一般使用单级 或多级溢流槽来完成，但是由于溢流清洗相对较低 的液体流动性，使得去离子水的耗量非常大，同时 其清洗效果也不能满足现代工艺的要求，现在多使 用快速排放冲洗槽来进行水冲洗，为提高冲洗的效 果，在快排槽内也可以增加溢流、氮气鼓泡等功能。

3 结束语 湿法清洗作为硅片制造过程中主要的清洗方 法，在未来一段时间内仍将占有绝对统治地位。同 时，随着硅片制造工艺节点的提升，湿法清洗技术 也将不断的改进，以适应新工艺的需求。 

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