CN101700520B

CN101700520B - 单晶/多晶硅片的清洗方法

Info

Publication number: CN101700520B
Application number: CN2009101547518A
Authority: CN
Inventors: 吴雄杰; 高海军; 饶伟星; 王飞尧; 肖型奎; 赵文辉
Original assignee: Hangzhou Haina Semiconductor Ltd Co
Current assignee: Zhejiang Haina Semiconductor Co ltd
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: CN101700520A

Abstract

本发明公开了一种单晶/多晶硅片的清洗方法，包括以下步骤：硅片先浸入去离子水中在超声波作用下进行粗洗；然后移入无机碱稀溶液中浸泡；接着浸入去离子水中在超声波作用下进行清洗；接着浸入流动的无机碱溶液中，在超声波作用下进行碱洗；接着浸入流动的去离子水中，在超声波作用下进行再次清洗；接着再次浸入流动的去离子水中，室温中在超声波作用下进行漂洗；最后将硅片进行干燥处理。采用本发明方法清洗后所得的单晶/多晶硅片表面洁净度高。

Description

单晶/多晶硅片的清洗方法

技术领域

本发明涉及一种半导体和太阳能用的单晶或多晶硅片的清洗方法。

背景技术

单晶和多晶硅片是指将硅单晶或多晶材料切割和研磨后所获得的一定平面的硅材料产品；因为切割或研磨通常采用机械加工方式，加上硅片表面因化学键的影响具有较强的表面吸附力，所以硅片表面往往容易吸附各类杂质，如切割砂浆、研磨砂、有机杂质、无机杂质、金属离子和硅粉等，造成硅片表面易发生变花、发蓝、发黑等现象，从而影响后续器件生产。

目前常规的清洗大都采用清洗液浸泡加超声波清洗的方式。清洗液的作用是降低硅片表面的吸附能力，同时活化粘附物，使粘附物易于脱离。而25～40KHz的超声波在液体中传播能产生空化现象，在空化现象中形成的“真空腔”闭合时会产生超过1000个大气压的瞬时高压，连续不断产生的瞬时高压，像一连串小爆炸不停地轰击硅片表面，使表面及缝隙中的污垢迅速剥落。这种空化侵蚀作用就是超声波清洗的基本原理。上述清洗液加超声波的清洗方式能洗去硅片表面的大部分粘附物，但也存在以下的明显缺陷：

首先，超声波在传播时会产生反射、干涉、叠加和共振现象，使超声波在流体介质中易形成驻波，这样悬浮在流体中的微小颗粒便会凝聚在波节处，在空间形成周期性的堆积，表现为清洗后的硅片表面色泽不一致，局部有粘污残留；

另外，研磨片表面粘附物的成分也比较复杂，在实际生产中清洗液的活化作用往往达不到理想的效果，清洗后硅片表面仍会有少量粘附物残留，影响后道器件加工的质量和成品率。

为此，在直接采用硅片作为热扩散的器件生产工艺中，往往规定在热扩散前需要对硅片进行“酸洗”，以期洗净残留物。这样不仅增加生产成本，而且酸洗中使用的酸会对环境造成污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种环保型的单晶/多晶硅片的清洗方法，采用该方法清洗后所得的单晶/多晶硅片表面洁净度高。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种单晶/多晶硅片的清洗方法，包括以下步骤：

1)、粗洗：

将硅片放入PFA花篮内，于室温中将载有硅片的PFA花篮浸入去离子水中在超声波作用下进行粗洗；超声波频率为20～100KHz，粗洗时间为2～20分钟；

2)、浸泡：

室温中将上述载有粗洗后硅片的PFA花篮移入无机碱稀溶液中浸泡，浸泡时间为2～30分钟；

3)、清洗：

室温中将上述载有浸泡后硅片的PFA花篮浸入去离子水中在超声波作用下进行清洗；超声波频率为20～100KHz，清洗时间为2～20分钟；

4)、碱洗：

将上述载有清洗后硅片的PFA花篮浸入流动的无机碱溶液中，在超声波作用下进行碱洗；超声波频率为20～100KHz，清洗时间为3～20分钟，清洗温度为30～85℃；

5)、再次清洗：

将上述载有碱洗后硅片的洗篮浸入流动的去离子水中，在超声波作用下进行再次清洗；超声波频率为20～100KHz，清洗时间为2～20分钟，清洗温度为0～25℃；

6)纯水漂洗：

将上述载有再次清洗后硅片的PFA花篮浸入流动的去离子水中，室温中在超声波作用下进行漂洗；超声波频率为20～100KHz，清洗时间为2～20分钟；

7)、干燥：

将上述纯水漂洗后的硅片进行干燥处理。

作为本发明的单晶/多晶硅片的清洗方法的改进：在步骤1)以及步骤3)～步骤6)的工作过程中，使PFA花篮上下摇动，摇动频率为30-90次/分钟。

作为本发明的单晶/多晶硅片的清洗方法的进一步改进：步骤2)中，无机碱稀溶液的质量浓度为0.1％～5％；步骤4)中，无机碱溶液的质量浓度为30～55％；所述无机碱为KOH、NaOH或四甲基氢氧化铵(TMAH)。

作为本发明的单晶/多晶硅片的清洗方法的进一步改进：步骤4)中无机碱溶液流量为1升～10升/分钟，步骤5)中去离子水流量为2升～20升/分钟，步骤6)中去离子水流量为2升～20升/分钟。

作为本发明的单晶/多晶硅片的清洗方法的进一步改进：步骤7)中将载有硅片的PFA花篮进行离心甩干处理；离心速度为800～1000rpm，离心时间为30秒～10分钟。

本发明的单晶/多晶硅片的清洗方法，能将粘附在硅片表面的硅粉、切割砂浆、研磨料、重金属和有机物等污物进行有效去除。本发明利用碱液对硅片的腐蚀机理，通过控制化学反应的强度，对硅片表面实施弱腐蚀，将硅片表层(表层厚度小于5微米)连同表层上的各类粘附物一同剥离，同时借助超声波的机械作用把剥离物除去，从而得到一个全新的、干净的、适合后道器件加工表面的硅片，实现了对单晶/多晶硅片进行清洗的目的。每个步骤的作用具体如下：

步骤1)：进行粗清洗，去除硅片表面粘附不强的粘附物，以利于后续的进一步清洗；

步骤2)：稀碱液室温浸泡，对硅片表面进行轻微腐蚀，降低或去除在步骤1)中所没有去除的粘附物的粘附力，以利于下一步的超声清洗；

步骤3)：超声波清洗去除步骤2)处理后掉下来的粘附物或粘附力不强的粘附物。

步骤4)：浓碱液加热超声波清洗，将硅片表面腐蚀掉一层。

步骤5)：去离子水超声波清洗，去除步骤4)腐蚀处理后掉下来的粘附物，同时稀释硅片表面碱液。

步骤6)：进一步去除硅片表面残留的碱。

步骤7)：干燥，将清洗好的硅片干燥。

采用本发明所得的单晶/多晶硅片，清洗后硅片表面无色差，目视无污染物，用洁净布擦拭无黑迹；完全符合产品要求，因此无需进行再次的酸化处理，从而避免了酸性溶液对环境造成的危害；所以本发明还具有绿色环保的特点。且本发明的清洗效果优于现有技术的清洗液浸泡+超声波清洗+酸洗，上述现有方法清洗后硅片表面存在一定的色差，用洁净布擦拭，洁净布上能看到有黑迹。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明单晶/多晶硅片的清洗方法所用清洗槽的结构示意图。

具体实施方式

一种清洗槽，如图1所示，包括支架1，在支架1上放置槽体3，槽体3内设置超声波振板5，此超声波振板5用于产生超声波。支架1上设有能调节上下摇动频率的摇动臂2，摇动臂2的一端位于槽体3内，在位于槽体3内的摇动臂2上设置洗篮4(即硅片清洗篮)。槽体3上设有液体进口和出口，因此能使槽体3内的液体处于流动状态；槽体3上还设有温控装置，从而控制槽体3内液体的温度。依靠摇动臂2，可调节洗篮4的上下摇动频率，从而使PFA花篮上下摇动；依靠超声波振板5，可调节超声波频率。

实施例1、一种单晶/多晶硅片的清洗方法，依次进行以下步骤：

以下步骤1)～步骤6)的每个步骤都使用一个特定的清洗槽，即步骤1)使用1#清洗槽，步骤2)使用2#清洗槽，步骤3)使用3#清洗槽，步骤4)使用4#清洗槽，步骤5)使用5#清洗槽，步骤6)使用6#清洗槽。

该1#清洗槽～6#清洗槽的容积均为45L。

1)、粗洗(使用1#清洗槽)：

先将研磨后的硅片插装在PFA花篮内，此PFA花篮可选用entergrits公司生产的25片装的PFA花篮。然后将载有硅片的PFA花篮放入1#清洗槽的洗篮4内，此1#清洗槽的槽体3内装有去离子水。整个PFA花篮浸没在去离子水中，设定摇动臂2的上下摇动频率为60次/分钟。

室温下，硅片于去离子水中在超声波作用下进行粗洗；超声波频率为50KHz；粗洗时间为10分钟；

2)、浸泡(使用2#清洗槽)：

将上述载有粗洗后硅片的PFA花篮移入2#清洗槽的洗篮4内，此2#清洗槽的槽体3内装有质量浓度0.2％的NaOH溶液(即NaOH占NaOH溶液总重的0.2％)。整个PFA花篮浸没在NaOH溶液中。

室温下，硅片被浸泡在上述NaOH溶液中，浸泡时间为30分钟。

3)、清洗(使用3#清洗槽)：

将上述载有浸泡后硅片的PFA花篮移入3#清洗槽的洗篮4内，此3#清洗槽的槽体3内装有去离子水。整个PFA花篮浸没在去离子水中，设定摇动臂2的上下摇动频率为60次/分钟。

室温下，硅片于去离子水中在超声波作用下进行清洗；超声波频率为50KHz；清洗时间为10分钟。

4)、碱洗(使用4#清洗槽)：

将上述载有清洗后硅片的PFA花篮移入4#清洗槽的洗篮4内，此4#清洗槽的槽体3内装有质量浓度为30％的NaOH溶液。整个PFA花篮浸没在NaOH溶液中，设定摇动臂2的上下摇动频率为60次/分钟。利用槽体3上设置的液体进口和出口，使NaOH溶液处于流动状态，流量为2L/分钟。依靠槽体3上的加热装置，槽体3内的NaOH溶液保持40～50℃的温度。

硅片在超声波作用下被流动状态的NaOH溶液进行碱洗，超声波频率为50KHz；清洗时间为10分钟。

5)、再次清洗(使用5#清洗槽)：

将上述载有碱洗后硅片的PFA花篮移入5#清洗槽的洗篮4内，此5#清洗槽的槽体3内装有去离子水。整个PFA花篮浸没在去离子水中，设定摇动臂2的上下摇动频率为60次/分钟。利用槽体3上设置的液体进口和出口，使去离子水处于流动状态，流量为5L/分钟。依靠槽体3上的温控装置，槽体3内的去离子水保持15℃的温度。硅片在超声波作用下被流动状态的去离子水进行再次清洗，超声波频率为50KHz；清洗时间为10分钟。

6)纯水漂洗(使用6#清洗槽)：

将上述载有再次清洗后硅片的PFA花篮移入6#清洗槽的洗篮4内，此6#清洗槽的槽体3内装有去离子水。整个PFA花篮浸没在去离子水中，设定摇动臂2的上下摇动频率为60次/分钟。利用槽体3上设置的液体进口和出口，去离子水处于流动状态，流量为2L/分钟。槽体3内的去离子水保持室温。硅片在超声波作用下被流动状态的去离子水进行漂洗，超声波频率为50KHz；清洗时间为10分钟。

7)、干燥：

将载有硅片的PFA花篮从6#清洗槽的洗篮4中取出，然后进行离心甩干处理；离心速度为800rpm，离心时间为3分钟；得清洗后的硅片。

该硅片的原平均厚度为302微米；最终所得的硅片平均厚度为295微米；该硅片表面洁净，目视无色差，无沾污，擦拭无黑迹。

实施例2、一种单晶/多晶硅片的清洗方法，依次进行以下步骤：

1)、粗洗(使用1#清洗槽)：

将摇动臂2的上下摇动频率改为90次/分钟，超声波频率改为20KHz；粗洗时间改为20分钟，其余同实施例1。

2)、浸泡(使用2#清洗槽)：

此2#清洗槽的槽体3内装有浓度为5％的KOH溶液，浸泡时间为2分钟。其余同实施例1。

3)、清洗(使用3#清洗槽)：

设定摇动臂2的上下摇动频率为80次/分钟，超声波频率为20KHz；清洗时间为20分钟；其余同实施例1。

4)、碱洗(使用4#清洗槽)：

此4#清洗槽的槽体3内装有质量浓度为50％的NaOH溶液。设定摇动臂2的上下摇动频率为40次/分钟。NaOH溶液的流量为4L/分钟。槽体3内的NaOH溶液保持40～50℃的温度。

硅片在超声波作用下被流动状态的NaOH溶液进行碱洗，超声波频率为20KHz；清洗时间为20分钟。

5)、再次清洗(使用5#清洗槽)：

设定摇动臂2的上下摇动频率为80次/分钟。去离子水的流量为2L/分钟。槽体3内的去离子水保持20℃的温度。超声波频率为20KHz；清洗时间为20分钟。

6)纯水漂洗(使用6#清洗槽)：

设定摇动臂2的上下摇动频率为60次/分钟。去离子水的流量为5L/分钟。槽体3内的去离子水保持室温。硅片在超声波作用下被流动状态的去离子水进行漂洗，超声波频率为50KHz；清洗时间为10分钟。

7)、干燥：

将载有硅片的PFA花篮从6#清洗槽的洗篮4中取出，然后进行离心甩干处理；离心速度为1000rpm，离心时间为40秒；得清洗后的硅片。

该硅片的原平均厚度为510微米；最终所得的硅片平均厚度为500微米。该硅片表面洁净，目视无色差，无沾污，擦拭无黑迹。

实施例3、一种单晶/多晶硅片的清洗方法，依次进行以下步骤：

1)、粗洗(使用1#清洗槽)：

将摇动臂2的上下摇动频率改为90次/分钟，超声波频率改为100KHz；粗洗时间改为2分钟，其余同实施例1。

2)、浸泡(使用2#清洗槽)：

此2#清洗槽的槽体3内装有浓度为3％的KOH溶液，浸泡时间为15分钟。其余同实施例1。

3)、清洗(使用3#清洗槽)：

设定摇动臂2的上下摇动频率为80次/分钟，超声波频率为100KHz；清洗时间为2分钟；其余同实施例1。

4)、碱洗(使用4#清洗槽)：

此4#清洗槽的槽体3内装有质量浓度为50％的NaOH溶液。设定摇动臂2的上下摇动频率为40次/分钟。NaOH溶液的流量为3升/分钟。槽体3内的NaOH溶液保持60～70℃的温度。

硅片在超声波作用下被流动状态的NaOH溶液进行碱洗，超声波频率为80KHz；清洗时间为18分钟。

5)、再次清洗(使用5#清洗槽)：

设定摇动臂2的上下摇动频率为80次/分钟。去离子水的流量为5升/分钟。槽体3内的去离子水保持10℃的温度。超声波频率为20KHz；清洗时间为20分钟。

6)纯水漂洗(使用6#清洗槽)：

设定摇动臂2的上下摇动频率为60次/分钟。利用槽体3上设置的液体进口和出口，使去离子水处于流动状态，流量为2L/分钟。槽体3内的去离子水保持室温。硅片在超声波作用下被流动状态的去离子水进行漂洗，超声波频率为50KHz；清洗时间为10分钟。

7)、干燥：

将载有硅片的PFA花篮从洗篮4中取出，然后进行离心甩干处理；离心速度为900rpm，离心时间为5分钟；得清洗后的硅片。

对比实施例：

选用完全同实施例1的硅片，然后按照现有方法先用清洗液浸泡加超声波清洗，然后再进行酸洗，最终所得的硅片平均厚度为302微米。表面能看到明显色差，用洁净布擦拭，洁净布上能看到有黑迹。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种单晶/多晶硅片的清洗方法，其特征是包括以下步骤：

1)、粗洗：

2)、浸泡：

3)、清洗：

4)、碱洗：

5)、再次清洗：

6)纯水漂洗：

7)、干燥：

将上述纯水漂洗后的硅片进行干燥处理。

2.根据权利要求1所述的单晶/多晶硅片的清洗方法，其特征是：在步骤1)以及步骤3)～步骤6)的工作过程中，使PFA花篮上下摇动，摇动频率为30-90次/分钟。

3.根据权利要求2所述的单晶/多晶硅片的清洗方法，其特征是：所述步骤2)中，无机碱稀溶液的质量浓度为0.1％～5％；步骤4)中，无机碱溶液的质量浓度为30～55％；所述无机碱为KOH或NaOH。

4.根据权利要求3所述的单晶/多晶硅片的清洗方法，其特征是：步骤4)中无机碱溶液流量为1升～10升/分钟，步骤5)中去离子水流量为2升～20升/分钟，步骤6)中去离子水流量为2升～20升/分钟。

5.根据权利要求4所述的单晶/多晶硅片的清洗方法，其特征是：所述步骤7)中将载有硅片的PFA花篮进行离心甩干处理，离心速度为800～1000rpm，离心时间为30秒～10分钟。