面向硅片清洗技术的高浓度臭氧产生装置

白敏，冷 宏 ，李超群 ，3

(1.大连海事大学环境工程研究所，辽宁大连116026；2.大连大学环境与化学工程学院，辽宁大连116622；3.大连博羽环保技术开发有限公司，辽宁大连116026)

随着特大规模集成电路研发与生产的发展，硅片的线宽不断减小（0.09～0.13 μm）和硅片直径不断增大（300 mm），因而对硅片表面质量要求越来越严格[1-2]。这是由于抛光硅片表面存在颗粒、金属污染、有机污染、自然氧化膜和微粗糙度等，而严重地影响着特大规模集成电路的性能和成品率，其表面清洗就更至关重要了。其中清洁臭氧气体产生装置（器）制取的臭氧及其水溶液是新一代的绿色强氧化剂，被逐步地应用于液晶基板和半导体晶片的清洗；高集成度IC基板电路的绝缘成膜；感光耐蚀膜的剥离及硅片表面氧化处理。由于环保越来越严格的要求，原来需消耗大量化学药品的处理方式将逐步过渡为环保型处理方式，所以臭氧的应用正在不断扩大[3-6]。而高浓度清洁臭氧产生装置市场却被发达国家占据，为了改变这一被动局面，大连海事大学环境工程研究所在国家863项目（2008AA06Z317）和国家自然科学基金项目（50778028）等资助下研制成功dhO3g系列臭氧产生装置（器），其臭氧浓度达到240 mg/L，满足了φ300 mm硅片清洗及高浓度臭氧水（10～100 mg/L）制备的需要[7]，该装置主要技术指标达到同类进口设备的先进水平，该设备研制成功将大幅度降低硅片清洗成本，比进口设备具有更佳的性价比优势。

1 设备的先进性及特点

(1)高性能。本研究所在强电场电离放电研究取得了突破性进展，电离折合电场强度达到380Td，电子的平均能量达到7～9 eV，均比现有分别高出50%、40%。导致臭氧浓度达到240 mg/L。以上，满足了高浓度臭氧（10～100 mg/L）清洁臭氧水制取的需要浓度（200～300 mg/L）。

(2)清洁度高。臭氧产生器的放电极、接地极表面覆盖一层0.47 mm的高纯度的Al2O3，在放电间隙中不存在任何金属、有机物、无机物，所以制取臭氧气体是清洁的，，满足硅片清洗的清洁度要求。

(3)自动控制水平高。臭氧浓度的流量、压力、放电功率以及电磁阀体运动等进行自动控制，并管理全部工艺时序。

(4)高安全、高稳定。为保证操作人员人身安全、设备安全、该装置配置有必要的安全互锁动能。

2 设备系列及技术指标

我们研制的dhO3g型高浓度臭氧产生器规格及其技术指标如表1所示，臭氧气体流量与臭氧浓度关系如图1所示。

表1 dhO3g型高浓度臭氧产生器规格及其技术指标

3 装置及其结构

dhO3g系列的臭氧产生器是由臭氧产生单元、高频高压电源、显示屏幕及自动控制系统组成。dhO3g-2型高浓度臭氧产生器照片如图2所示。臭氧产生单元的结构如图3所示，它是由放电极板、接地极、电介质层和隔片等组成。放电极和接地极表面覆冶一层0.47 mm厚的高纯度Al2O3薄层。Al2O3电介质层不但有效抑制了放电电流无限制增大而导致弧光放电，又确保放电间隙微放电形成清洁臭氧气体。

图1 dhO3g-1型高浓度臭氧产生器的氧气流量与臭氧浓度关系曲线

图2 dhO3g-20型臭氧产生器照片

图3 臭氧产生单元结构

4 结束语

由我所研制成功的dhO3g系列高浓度臭氧产生系列产品均采用强电离放电方法制取的臭氧浓度达到240 mg/L。由于在放电间隙中的放电电极、接地极表面覆盖高纯度Al2O3薄层，在放电间隙中形成了洁净臭氧气体。该装置主要技术指标达到了国际先进水平。该装置具有突出的价格优势，大大地节省厂商设备成本，增强了国内企业的市场竞争力。

[1]闫志瑞，李俊峰，刘红艳，等.HF/O3在300 mm硅片清洗中的应用[J].半导体技术，2006，31(2):1081-111.

[2]库黎明，闫志瑞，索思卓，等.300 mmSi片加工及最新发展[J].半导体技术，2009，34(12):1153-1156.

[3]赵权.太阳电池用Ge抛光片清洗技术的研究进展[J].半导体技术，2009，34(9):840-844.

[4]高宝红，刘玉岭，朱亚东，等.BDD电极电化学氧化清洗工艺氧化性研究[J].半导体技术，2009，34(9):833-836.

[5]雷红.CMP后清洗技术的研究进展[J].半导体技术，2009，34(9):833-836.

[6]成立，李加元，李岚，等.晶圆制备工艺用清洗洁净及环保新技术[J].半导体技术，2006，31(10):721-724.

[7]许宝兴.半导体制造清洗技术的新动向[J].电子工业专用设备，2005，31(126):1-10.