淺析半導體硅片的超聲和兆聲清洗技術

宋 瑋

上海申和熱磁電子有限公司

淺析半導體硅片的超聲和兆聲清洗技術

宋 瑋

上海申和熱磁電子有限公司

實際工作中，半導體硅片的清潔程度對太陽能電池的繼續發展有著很大的影響，所以人們對半導體硅片清洗的方法提出了更苛刻的要求。半導體硅片在經過切片、倒角、研磨、拋光等加工過程中，表面會受到不同程度的污染，比如顆粒、金屬離子以及有機物。基于此，本文將著重分析探討半導體硅片的超聲和兆聲清洗技術，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

半導體硅片；超聲清洗；兆聲清洗

1、半導體硅片加工表面污染類型

硅片污染發生的概率比較大，因為在硅片加工過程中，不可能做到無污染的程度。污染途徑可能來源于大氣、水、使用的化學試劑、人以及加工過程中。污染物可以分為以下幾種類型：l)顆粒污染；顆粒主要是一些聚合物、光致抗蝕劑等。2)有機物雜質它可以有很多種存在方式，如潤滑油、松香、防銹油、蠟等。這些物質通常都會對加工進程帶來不良影響。3)金屬污染物。它在硅片上的存在形式有共價鍵、范德華引力和電子轉移三種形式。這會破壞掉氧化層，導致霧狀缺陷或微結構缺陷。

2、半導體硅片的超聲清洗技術

超聲清洗技術的基本原理主要是通過在劇烈的超聲作用之下令液體本身產生疏密，疏部環境下會產生空腔泡，也就是能夠令分子當中的化學鍵發生斷裂的而一種振動情況。這時候的機械力達到最大的情況下則泡內部就聚集了較大的熱量，會令溫度繼續升高，并促進化學反應進一步發展。

超聲清洗主要基于物理清洗工藝角度進行分析，將清洗劑倒入清洗槽當中，并對槽內進行超聲波技術處理。因為超聲波屬于振動波類型，在進行傳播的過程中其截至會在壓力的影響發生變化。當物質在負壓區域當中時，液體發生撕裂的情況下，則會在真空環境當中產生氣泡。而當聲壓超過一定賦值情況下，這些氣泡又會不斷增長，正壓區域當中的氣泡之間發生相互擠壓與閉合，液體之間發生碰撞之下也會造成非常強烈的沖擊波。盡管在速度以及位移環境上產生的變化相對較小，但是加速度則會較大。這種現象就是我們通常情況下所說的空化效果。超聲清洗需要借助于空化效果，其中空化效應是超聲清洗技術當中的核心影響因素。通過超聲技術處理氣泡在爆裂之后能夠產生高溫以及高壓，這種情況下沖擊波能夠讓污染物的粘附性有所減輕，進而引起污染物結構的破壞。與此同時，氣泡發生振動也能夠直接對污染表面起到清洗效果。氣泡進入到裂縫當中發生振動，能夠令污染表層發生脫落。超聲空化技術在使用的過程中可能會造成污染物表面發生速度低度以及聲流，這就可能造成污染物件的邊界層進一步受到污染，此時，因為介質支點產生了較為嚴重的振動，會使得清洗表面也產生振動，從而將污染物去除掉。

采用超聲工藝技術進行清洗的實際效果主要受到超聲條件的影響。這個過程中超聲波實際產生的功率越高則清洗工藝得到的效果越明顯。這項技術一般情況下主要應用在對硅片的大塊污染清理工作當中。表面活性劑以及相關使用化學試劑同樣會手動污染，這是的聲波作用可能會對硅片表面造成破壞。超聲清洗技術應用在半導體當中已經十分普遍，這種技術應用具有幾個方面的特征：首先，清洗度相對較高；其次，清洗工藝相對操作簡便；再次，工藝適應性較為廣泛，能夠對不同類型的污染物見以及容器進行清洗；最后，清洗過程中容易產生較大噪聲以及換能器更換率較高。

3、半導體硅片兆聲清洗技術

聲波流作用于顆粒上的力如圖1所示。

圖1 兆聲清洗中顆粒受力示意圖

FD為聲波流作用于顆粒的拉力，Fa為顆粒受硅片的吸附力，v為聲波流速度的剖面圖，在接近硅片表面一定距離之內，聲波流受到與硅片表面之間的磨擦阻力的作用，速度逐漸下降，因此，將硅片表面附近的一個薄層稱為滯流層，厚度為d，凡粒徑小于d的顆粒均完全處于滯流層內，不易去除，增大兆聲的頻率、功率和控制適當的兆聲清洗溫度，可使滯流層厚度減小。兆聲振蕩使顆粒從晶片表面脫附后，顆粒存在于兆聲槽內清洗液中，通常的方法是循環更換清洗液以帶走脫附后的顆粒，避免造成二次沉積，這種方法不僅增長工序時間，而且造成大量純水和化學試劑的浪費。我們采用非離子表面活性劑溶液作為兆聲清洗液，使得脫附后的顆粒迅速被清洗液中的活性劑膠束所包圍，防止已脫附的顆粒再聚集，有效抑制潛在的顆粒沉積，提高清洗效果，并節省試劑。

表面活性劑分子，可以看作是碳氫化合物分子上的一個或幾個氫原子，被極性基團取代而構成的物質。其中極性取代基可以是離子，也可以是非離子基團。因此，表面活性劑分子結構一般是由極性基和非極性基構成，具有不對稱結構。它的極性基易溶于水即具有親水性質，故叫親水基；而長鏈烴基(非極性基)不溶于水，易溶于“油”，具有親油性質，故叫親油基，也叫疏水基。由此可知，表面活性劑分子具有“兩親結構”，故稱之為“兩親分子”。圖2為兩種不同類型的“兩親分子”，(a)為離子型，(b)為非離子型。它們的親油基相同，而親水基則不同，一個為-OSO3-，另一個為-(OC2H4)6OH。

圖2 兩親分子示意圖

總而言之，如果沒有處理好這些污染的話，器件性能會受到很大的影響。到目前為止，因為不適當清洗引起器件失效的占制造總損失的一半。因此，人們加快了對硅片清洗技術的研究。這就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現進一步研究探討。

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