浅析半导体硅片的超声和兆声清洗技术

2017-04-12宋玮

环球市场 2017年5期

关键词：硅片极性活性剂

宋玮

上海申和热磁电子有限公司

浅析半导体硅片的超声和兆声清洗技术

宋玮

上海申和热磁电子有限公司

实际工作中，半导体硅片的清洁程度对太阳能电池的继续发展有着很大的影响，所以人们对半导体硅片清洗的方法提出了更苛刻的要求。半导体硅片在经过切片、倒角、研磨、抛光等加工过程中，表面会受到不同程度的污染，比如颗粒、金属离子以及有机物。基于此，本文将着重分析探讨半导体硅片的超声和兆声清洗技术，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。

半导体硅片；超声清洗；兆声清洗

1、半导体硅片加工表面污染类型

硅片污染发生的概率比较大，因为在硅片加工过程中，不可能做到无污染的程度。污染途径可能来源于大气、水、使用的化学试剂、人以及加工过程中。污染物可以分为以下几种类型：l)颗粒污染；颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂等。2)有机物杂质它可以有很多种存在方式，如润滑油、松香、防锈油、蜡等。这些物质通常都会对加工进程带来不良影响。3)金属污染物。它在硅片上的存在形式有共价键、范德华引力和电子转移三种形式。这会破坏掉氧化层，导致雾状缺陷或微结构缺陷。

2、半导体硅片的超声清洗技术

超声清洗技术的基本原理主要是通过在剧烈的超声作用之下令液体本身产生疏密，疏部环境下会产生空腔泡，也就是能够令分子当中的化学键发生断裂的而一种振动情况。这时候的机械力达到最大的情况下则泡内部就聚集了较大的热量，会令温度继续升高，并促进化学反应进一步发展。

超声清洗主要基于物理清洗工艺角度进行分析，将清洗剂倒入清洗槽当中，并对槽内进行超声波技术处理。因为超声波属于振动波类型，在进行传播的过程中其截至会在压力的影响发生变化。当物质在负压区域当中时，液体发生撕裂的情况下，则会在真空环境当中产生气泡。而当声压超过一定赋值情况下，这些气泡又会不断增长，正压区域当中的气泡之间发生相互挤压与闭合，液体之间发生碰撞之下也会造成非常强烈的冲击波。尽管在速度以及位移环境上产生的变化相对较小，但是加速度则会较大。这种现象就是我们通常情况下所说的空化效果。超声清洗需要借助于空化效果，其中空化效应是超声清洗技术当中的核心影响因素。通过超声技术处理气泡在爆裂之后能够产生高温以及高压，这种情况下冲击波能够让污染物的粘附性有所减轻，进而引起污染物结构的破坏。与此同时，气泡发生振动也能够直接对污染表面起到清洗效果。气泡进入到裂缝当中发生振动，能够令污染表层发生脱落。超声空化技术在使用的过程中可能会造成污染物表面发生速度低度以及声流，这就可能造成污染物件的边界层进一步受到污染，此时，因为介质支点产生了较为严重的振动，会使得清洗表面也产生振动，从而将污染物去除掉。

采用超声工艺技术进行清洗的实际效果主要受到超声条件的影响。这个过程中超声波实际产生的功率越高则清洗工艺得到的效果越明显。这项技术一般情况下主要应用在对硅片的大块污染清理工作当中。表面活性剂以及相关使用化学试剂同样会手动污染，这是的声波作用可能会对硅片表面造成破坏。超声清洗技术应用在半导体当中已经十分普遍，这种技术应用具有几个方面的特征：首先，清洗度相对较高；其次，清洗工艺相对操作简便；再次，工艺适应性较为广泛，能够对不同类型的污染物见以及容器进行清洗；最后，清洗过程中容易产生较大噪声以及换能器更换率较高。

3、半导体硅片兆声清洗技术

声波流作用于颗粒上的力如图1所示。

图1 兆声清洗中颗粒受力示意图

FD为声波流作用于颗粒的拉力，Fa为颗粒受硅片的吸附力，v为声波流速度的剖面图，在接近硅片表面一定距离之内，声波流受到与硅片表面之间的磨擦阻力的作用，速度逐渐下降，因此，将硅片表面附近的一个薄层称为滞流层，厚度为d，凡粒径小于d的颗粒均完全处于滞流层内，不易去除，增大兆声的频率、功率和控制适当的兆声清洗温度，可使滞流层厚度减小。兆声振荡使颗粒从晶片表面脱附后，颗粒存在于兆声槽内清洗液中，通常的方法是循环更换清洗液以带走脱附后的颗粒，避免造成二次沉积，这种方法不仅增长工序时间，而且造成大量纯水和化学试剂的浪费。我们采用非离子表面活性剂溶液作为兆声清洗液，使得脱附后的颗粒迅速被清洗液中的活性剂胶束所包围，防止已脱附的颗粒再聚集，有效抑制潜在的颗粒沉积，提高清洗效果，并节省试剂。

表面活性剂分子，可以看作是碳氢化合物分子上的一个或几个氢原子，被极性基团取代而构成的物质。其中极性取代基可以是离子，也可以是非离子基团。因此，表面活性剂分子结构一般是由极性基和非极性基构成，具有不对称结构。它的极性基易溶于水即具有亲水性质，故叫亲水基；而长链烃基(非极性基)不溶于水，易溶于“油”，具有亲油性质，故叫亲油基，也叫疏水基。由此可知，表面活性剂分子具有“两亲结构”，故称之为“两亲分子”。图2为两种不同类型的“两亲分子”，(a)为离子型，(b)为非离子型。它们的亲油基相同，而亲水基则不同，一个为-OSO3-，另一个为-(OC2H4)6OH。