125 m m 低阻硅抛光片清洗技术研究

耿 莉，杨洪星

(中国电子科技集团公司第四十六研究所，天津 300220)

随着半导体技术的发展，硅抛光片清洗设备由原来的手动设备、半自动设备逐步发展到全自动清洗设备阶段，国际上，全自动清洗设备已经成熟，通常带有一套较为成熟的工艺，这样可缩短设备调试时间，尽快将设备投入到生产当中，但价格昂贵。近年来，国内设备生产厂家加大了全自动清洗设备的研发投入，并取得了较大的进步，相比于进口设备，国产设备价格便宜，但无成熟的工艺与设备相匹配，需要采购厂家进行工艺探索，在工艺调试时间上相应要增长，部分设备被国内硅片生产厂成功运用于硅片生产当中。本单位采购了一台国产硅片全自动清洗机，用于50～150 mm(2～6 英寸)硅单晶抛光片的预清洗。

在设备调试过程中，125 mm 硅抛光片清洗过程中出现边缘“色斑”现象。本文对“色斑”现象进行了分析，通过对清洗液配比、清洗温度以及快排冲洗等进行研究，解决了125 mm 硅抛光片表面的“色斑”现象。

1 试验

（1）样品参数

直径：125 mm；

电阻率：0.001～0.005 Ω·cm；

晶向：<111>偏＜110＞4°±1°；

晶片表面经正常抛光工艺进行抛光。

（2）清洗设备

HL-WA08型硅片全自动清洗机。

（3）工艺流程

上料位→氢氟酸浸泡清洗→溢流清洗→RCA1# 超声清洗→快排清洗→RCA2# 浸泡清洗→快排清洗→下料位→甩干→检验

快排清洗槽的原理图见图1，各装置的开启时间、关闭时间均可独立控制，并且各装置开启、关闭的顺序也可独立控制。

图1 快排清洗槽原理图

（4）试验方案

针对抛光片表面存在“色斑”现象的问题，对RCA1# 超声清洗、快排清洗两个过程进行了正交分析，设计了表1所示的工艺方案。

表1 试验方案

2 结果

表2 列出了4个方案的试验结果。

表2 试验结果

3 讨论

3.1 “色斑”位置

在试验过程中，发现“色斑”出现的位置具有一定的规律性，基本集中于如图2所示中抛光片被花蓝遮盖的区域。

图2 花蓝与硅片的相对位置

采用表面分析仪对出现“色斑”的区域进行微区分析发现，“色斑”区域的雾均值显著高于正常区域。这种现象的成因是：1）抛光过程中，抛光片表面不均匀；2）清洗过程中，该区域冲洗效果不理想，表面残留的化学试剂对抛光片表面继续腐蚀。从“色斑”位置的规律性可以判定“色斑”的成因为冲洗效果不理想。经采用其他设备进行对比试验发现，“色斑”是清洗过程造成的。

3.2 表面活性剂对“色斑”现象的影响

在文献[1-3]中介绍了在含有表面活性剂的溶液中颗粒去除机理，使衬底表面与颗粒表面具有相同的电势，减少颗粒的吸附，防止颗粒的二次吸附等。在清洗液中加入表面活性剂可减少抛光片表面颗粒的吸附。

另一方面，加入表面活性剂后，降低了溶液以及硅片的表面张力，有利于抛光片表面颗粒及残留化学品的去除，降低抛光片表面“色斑”现象的比例。

从方案一、方案四之间的对比以及方案二、方案三之间的对比可以看出，在清洗液中加入表面活性剂可降低“色斑”的比例，但仅采用加入表面活性剂的措施，不能彻底解决“色斑”现象。

3.3 快排冲洗方式对“色斑”现象的影响

从方案二、方案三与方案一的对比可以看出，快排冲洗方式对“色斑”现象影响较大，第一步冲洗是影响整个清洗效果的关键因素。采用下淋方式能够以溢流方式将抛光片表面的化学品冲洗下来，减少化学品对抛光片表面继续腐蚀，从而减少“色斑”现象的产生。

3.4 总结

综合上述四个试验方案，在清洗液中加入表面活性剂、采用“下淋——快排+上喷+下淋——下淋+上喷”清洗方式可有效解决抛光片表面“色斑”问题。

4 结论

通过工艺试验，我们得出了以下结论：

（1）抛光片表面的“色斑”缺陷是抛光片表面清洗效果不理想造成的，尤其在晶片边缘与花篮接触位置有化学试剂残留，经后续的干燥工艺处理后残留于表面，从而形成“色斑”。

（2）清洗液中加入表面活性剂，可以在抛光片表面形成一层保护膜，在后续的快排冲洗过程中更容易冲洗，而不产生化学试剂残留。

（3）快排冲洗过程对冲洗效果影响较大，采用“下淋——快排+上喷+下淋——下淋+上喷”的工艺过程可获得理想的冲洗效果。

[1]刘玉岭，檀柏梅，赵之雯，等.表面活性剂在半导体硅材料加工技术中的应用[J].河北工业大学学报，2004，33（2）：72-76.

[2]万群.ULSI 用硅片的缺陷与表面质量[J].稀有金属，1997，22（3）：172-174.

[3]郑 忠.表面活性剂的物理化学原理[M].广州：华南理工大学出版社，1995.