CN101393852B - 一种半导体硅片的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体硅片的清洗方法。一种半导体硅片的清洗方法，其特征在于它包括如下步骤：1)将半导体硅片放入玻璃培养皿中，并一同放入微波反应器中，调节微波反应器的功率100～1000W，微波辐照清洗1～10min，辐照后用超纯水对半导体硅片冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；2)重复步骤1)的微波辐照2～5次；每次辐照后，待微波反应器冷却，取出玻璃培养皿，利用超纯水对半导体硅片冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；3)然后将清洗后的半导体硅片放入充满高纯氩气的干燥器里保存。该方法成本低、操作简单，环境污染小。

Description

一种半导体硅片的清洗方法

技术领域

本发明涉及一种半导体硅片的清洗方法。

背景技术

目前硅片的清洗技术仍主要是化学清洗。化学清洗是指利用各种化学试剂与基底表面上的杂质和污染物发生化学反应或溶解作用，然后利用高纯去离子水冲洗基底，从而获得洁净表面的过程。化学清洗可分为湿式化学清洗和干法化学清洗。其中，湿式化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位。湿式化学清洗中主要应用的清洗剂仍是美国无线电公司(Radio Corporation of America)研制的标准清洗剂，包括SC1(NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O＝1∶1∶6(V/V))溶液和SC2(HCl∶H₂O₂∶H₂O＝1∶1∶6(V/V))溶液。分别用于去除硅片表层的金属颗粒和有机污染物。硅片经清洗后，表层被氧化为硅氧化物，从而表现出很强的亲水性。但是在该法中，需要较长的清洗时间，较高的温度，所用试剂也均为高纯化学试剂，这就使清洗费用比较高，同时对环境的污染也比较大。其它传统的湿式化学清洗方法中，比较常见的有：利用HF溶液、HF/H₂O₂溶液、HF/缓冲溶液或NH4F溶液的腐蚀作用，腐蚀硅片的自然氧化层，从而获得原子级平整的氢端基表面，使基底表现出较强的疏水性。这些方法中，几乎都用到有剧毒性的HF溶液，对环境造成很大的污染和危害操作人员的健康。电解离子水法和臭氧水清洗法是近年来发展起来的化学湿式清洗方法。电解离子水法主要是利用电解的方法将超净水或添加电解质的超净水分解为阴离子和阳离子，通过调节电解液的浓度、电流密度等来控制其PH值和氧化还原电位，得到所需要的强氧化性溶液和强还原性溶液，作为去除硅片表面金属颗粒和有机污染物的清洗液。此法的应用可以减少高纯化学试剂的用量，降低成本和减少对环境的污染。臭氧水清洗法主要利用臭氧的强腐蚀性和氧化性，腐蚀掉硅片表面的自然氧化层，并迅速形成一层均匀的氧化膜。氧化膜的厚度随臭氧浓度的增高而增加，且形成的氧化膜的表面也比较平坦。

干法清洗技术，是指利用等离子体、紫外线或激光产生的激活能在低温下加强化学反应，是一种气相化学处理方法。主要有等离子体清洗，束流清洗和UV/O₃清洗法。等离子体清洗是指在系统中通入少量的氧气，在强电场作用下，使低压的氧气产生等离子体，其中活化的原子态气体具有很强的氧化性，从而可以去除硅片表面的有机污染物。束流清洗技术是指利用含有较高能量的呈束流状的物质流(能量流)与硅片表面的颗粒和有机污染物相互作用，并将其带离硅片表面，达到清除的目的。常用的束流清洗技术有激光束技术，微集射束流技术，冷凝喷雾技术等。UV/O₃清洗法中，使用来自水银石英灯的短波UV照射硅片表面，在氧气存在的情况下，将有机沾污所氧化。同时，有机污染物可以吸收其中特定波长的光能，从而分解为CO、CO₂和H₂O。UV/O₃法对大多数的有机污染物清洗效果明显，对硅片表面无机械损伤，清洗后也无需干燥，但是却对去除无机沾污和金属沾污效果不佳。从上述叙述中可以看出，在干法清洗过程中，其仅能去除特定类型的污染物，而且在清洗过程中会留下一些物质颗粒和金属污染物，对硅片表面造成二次污染。

此外，工业化生产中比较常用的硅片清洗方法还有机械刮片法，超声(兆声)清洗法和旋转喷淋法等。机械刮片法主要利用在硅片表层刮擦的方法去除表层的蜡膜、灰尘、残胶和其它固体颗粒。但该法容易造成硅片表层的划伤。超声清洗主要是利用超声波在水中产生的微空腔在硅片表面崩开时的巨大能量，来清洗硅片表面的污染物。该法操作简单，清洗效果好，但在操作过程中会产生较大的噪音，同时由于声能的作用，对硅片表层也有损伤。旋转喷淋法是指利用机械方法将硅片以较高的速度旋转起来，同时不断向硅片表面喷液体(高纯去离子水或其它清洗液)，从而清洗硅片的一种方法。该法集合了化学清洗、流体力学清洗和高压擦洗的优点，同时该法还可以与硅片的甩干工序结合在一起进行。但该法中需要较复杂的旋转机械装置及其控制系统。

现阶段的硅片清洗技术中，过多地使用高纯度的化学试剂，能量消耗过大，清洗过程耗时长，且有的方法对硅片表面的损伤较大，仅能去除特定类型的污染物等。所以，这些方法已经逐渐不能适应半导体工业高速发展的需求，而急需开发一种新型绿色快速的硅片清洗技术，尤其是小批量的硅片的清洗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体硅片的清洗方法，该方法成本低、操作简单。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种半导体硅片的清洗方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)将半导体硅片放入玻璃培养皿中，并一同放入微波反应器中，调节微波反应器的功率100～1000W，微波辐照清洗1～10min，辐照后用超纯水对半导体硅片冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；

2)重复步骤1)的微波辐照2～5次；每次辐照后，待微波反应器冷却，取出玻璃培养皿，利用超纯水对半导体硅片冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；

3)然后将清洗后的半导体硅片放入充满高纯氩气的干燥器里保存。

步骤1)所述的半导体硅片为预处理后的半导体硅片，半导体硅片的预处理为：在室温条件下(10～35℃)，将半导体硅片放入分析纯的甲苯中，超声清洗3～8min，超声的功率为100～800W，取出后用超纯水冲洗，高纯氮气吹干；然后将清洗后的半导体硅片放入超纯水中，超声清洗2～3min，超声的功率为100～800W，取出后用超纯水冲洗，高纯氮气吹干；得预处理后的半导体硅片。

超纯水为电阻率大于18.00MΩ·cm的纯净水，高纯氮气、高纯氩气均为市售产品(质量含量≥99.995％)。

本发明采用半导体硅片首先经预处理，以去除表层的有机污染物；然后在一定的功率条件下，半导体硅片在微波反应器中经微波辐照后，表层被均匀的氧化为一层硅氧化合物，从而使得基底表层具有很强的亲水性；由于微波辐照的高热效率，从而可以使该清洗过程在很短的时间内完成；同时，利用微波辐照的加热均匀性，可以在半导体硅片表面形成一层厚度均匀平整的氧化物表层；由于表层为亲水性很强的硅氧化物，从而提供了一层化学活性很强的表层羟基基团，为半导体硅片表面的进一步改性和修饰提供了良好的基底。本发明的方法可以应用到各种半导体材料的表面清洗和改性过程当中。

在每次清洗处理后，接着就是利用超纯水的快速清洗和高纯氮气的吹干步骤，因该过程仅需要清洗硅片上残留的很少的化学清洗剂，所以清洗时间比现阶段正在使用的湿法处理技术短的多。

本发明的有益效果是：该方法可以使化学试剂(本发明为分析纯的甲苯)和超纯水的消耗最小化，化学试剂浪费最小化，清洗时间短，降低了成本；同时所需设备装置的操作也比较简单。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

一种半导体硅片的清洗方法，它包括如下步骤：

1)半导体硅片的预处理：在室温条件下(10～35℃)，将半导体硅片放入分析纯的甲苯中(浸没在甲苯中)，超声清洗5～6min，超声的功率为100W，取出后用超纯水冲洗，高纯氮气吹干；然后将清洗后的半导体硅片放入超纯水中，超声清洗2min，超声的功率为100W，取出后用超纯水冲洗，高纯氮气吹干；得预处理后的半导体硅片。

2)将预处理后的半导体硅片放入清洗干净的玻璃培养皿中，并一同放入微波反应器中，调节微波反应器的功率100W，微波辐照清洗1min(硅片总表面积小于0.5cm²时选择1min)，辐照后用超纯水对半导体硅片充分冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；

3)重复步骤2)的微波辐照2次；每次辐照后，待微波反应器冷却，取出玻璃培养皿，利用超纯水对半导体硅片充分冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；

4)然后将清洗后的半导体硅片放入充满高纯氩气的干燥器里保存。

超纯水为电阻率大于18.00MΩ·cm的纯净水，高纯氮气和高纯氩气均为市售产品(质量含量≥99.995％)。

实施例2：

一种半导体硅片的清洗方法，它包括如下步骤：

1)半导体硅片的预处理：在室温条件下(10～35℃)，将半导体硅片放入分析纯的甲苯中(浸没在甲苯中)，超声清洗5～6min，超声的功率为500W，取出后用超纯水冲洗，高纯氮气吹干；然后将清洗后的半导体硅片放入超纯水中，超声清洗2min，超声的功率为500W，取出后用超纯水冲洗，高纯氮气吹干；得预处理后的半导体硅片。

2)将预处理后的半导体硅片放入清洗干净的玻璃培养皿中，并一同放入微波反应器中，调节微波反应器的功率600W，微波辐照清洗6min(硅片总表面积为18cm²)，辐照后用超纯水对半导体硅片充分冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；

3)重复步骤2)的微波辐照3次；每次辐照后，待微波反应器冷却，取出玻璃培养皿，利用超纯水对半导体硅片充分冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；

4)然后将清洗后的半导体硅片放入充满高纯氩气的干燥器里保存。

超纯水为电阻率大于18.00MΩ·cm的纯净水，高纯氮气和高纯氩气均为市售产品(质量含量≥99.995％)。

实施例3：

一种半导体硅片的清洗方法，它包括如下步骤：

1)半导体硅片的预处理：在室温条件下(10～35℃)，将半导体硅片放入分析纯的甲苯中(浸没在甲苯中)，超声清洗5～6min，超声的功率为800W，取出后用超纯水冲洗，高纯氮气吹干；然后将清洗后的半导体硅片放入超纯水中，超声清洗2min，超声的功率为800W，取出后用超纯水冲洗，高纯氮气吹干；得预处理后的半导体硅片。

2)将预处理后的半导体硅片放入清洗干净的玻璃培养皿中，并一同放入微波反应器中，调节微波反应器的功率1000W，微波辐照清洗10min(硅片总表面积大于50cm²时选择10min)，辐照后用超纯水对半导体硅片充分冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；

3)重复步骤2)的微波辐照5次；每次辐照后，待微波反应器冷却，取出玻璃培养皿，利用超纯水对半导体硅片充分冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；

4)然后将清洗后的半导体硅片放入充满高纯氩气的干燥器里保存。

超纯水为电阻率大于18.00MΩ·cm的纯净水，高纯氮气和高纯氩气均为市售产品(质量含量≥99.995％)。

本发明各工艺参数(如清洗时间)的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (1)

1.一种半导体硅片的清洗方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)半导体硅片的预处理为：在室温条件下，将半导体硅片放入分析纯的甲苯中，超声清洗3～8min，超声的功率为100～800W，取出后用超纯水冲洗，高纯氮气吹干；然后将清洗后的半导体硅片放入超纯水中，超声清洗2～3min，超声的功率为100～800W，取出后用超纯水冲洗，高纯氮气吹干；得预处理后的半导体硅片；

将预处理后的半导体硅片放入玻璃培养皿中，并一同放入微波反应器中，调节微波反应器的功率100～1000W，微波辐照清洗1～10min，辐照后用超纯水对半导体硅片冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；

2)重复步骤1)的微波辐照2～5次；每次辐照后，待微波反应器冷却，取出玻璃培养皿，利用超纯水对半导体硅片冲洗，用高纯氮气将半导体硅片吹干；

3)然后将清洗后的半导体硅片放入充满高纯氩气的干燥器里保存。