摘要：半导体单晶抛光片是当前一种十分重要的材料，对于大规模集成电路和半导体器件的应用有着巨大的作用。本文主要以硅、砷化镓、锗等半导体单晶抛光片为例，对其清洗工艺和清洗机理进行了研究。具体来说，先采用氧化性的溶液在抛光片表面产生氧化膜，然后再将形成的氧化膜去除，从而实现抛光片表面杂质和污染物的清除。
关键词：半导体；单晶抛光片；清洗工艺
引言
随着半导体器件和大规模集成电路的迅速发展，对半导体器件的电性能和可靠性的要求越来越高，这就使半导体材料抛光片表面洁净度成为了材料和器件发展的首要问题。要得到高质量的半导体抛光片，仅仅除去抛光片表面的沾污已不再是最终的要求。在清洗过程中造成的表面化学态、氧化膜厚度、表面粗糙度等已成为同样的重要参数。
1 半导体单晶抛光片的清洗
在实际清洗处理中，常采用物理、或化学反应的方法去除；有机物主要来源于清洗容积、机械油、真空脂、人体油脂、光刻胶等方面，在实际清洗环节可采取双氧水或酸性溶液去除；氧化物主要是相应半导体单晶抛光片在自然含氧环境中形成的，且在后期会形成较为严重的化学缺陷。在实际清洗环节可采用稀氢氟酸或稀盐酸进行浸泡处理。
在当前的世界范围内，对于半导体单晶抛光片的清洗工艺来说，硅单晶抛光片的清洗工艺相对较为成熟，普遍采用的是美国无线电公司的 RCA 清洗法。而对于砷化镓尧锗等半导体单晶抛光片来说，其清洗工艺仍然较为保密，相关的研究也不够成熟。因此，应当结合半导体单晶抛光片的清洗工艺实例进行分析，探寻清洗半导体材料抛光片的关键性技术，从而对硅尧砷化镓尧锗等半导体材料抛光片的清洗工艺和技术水平提高提供借鉴和参考。
在清洗半导体单晶抛光片的过程中，由于半导体材料的性质尧数量尧氧化物种类等方面的不同，也存在着一定的差异。例如，在硅单晶抛光片的清洗工艺中，先用稀氟氢酸进行清洗，然后再用氢氧化铵和双氧水的混合液进行清洗，最后用盐酸和双氧水的混合溶液进行清洗。在砷化镓抛光片清洗工艺中，先使用氢氧化钾溶液进行清洗，然后进行紫外光照射和臭氧清洗，最后采用酸性活性剂进行清洗。在锗单晶抛光片的清洗工艺中，先用浓硫酸进行清洗，然后在稀硫酸中清洗，最后用氢氧化铵和双氧水的混合液进行清洗。
2 半导体单晶抛光片的清洗工艺
2.1 硅抛光片的清洗
硅抛光片清洗主要包括 DHF 清洗、APM 清洗、HPM 清洗三个步骤。首先采用 DHF 法，将附着在硅抛光片表面的自然氧化膜进行清除处理。在硅抛光片表面锌、铝、铁、镍等金属氧化物质去除之后，由于双氧水的作用，硅抛光片外层会逐渐形成新的氧化物。这种情况下，就需要将硅抛光片浸泡入DHF 清洗液中，一段时间后，可去除硅抛光片外部大部分的氧化膜及金属离子。DHF 清洗液进行硅抛光片清洗主要是依据 DHF 清洗液中的氢离子与硅抛光片表层断裂键结合，在硅抛光片外部形成氢离子终端，而氢离子的疏水性可为表面离子去除提供依据。其次 APM 清洗，APM 清洗主要采用水、双氧水、氢氧化铵等物质进行适当比例拌和。在双氧水的催化作用下，硅抛光片外部可形成一层自然氧化膜，即二氧化硅，其具有亲水性质。将硅抛光片浸泡入 APM 清洗液后，硅抛光片外部自然氧化层可与硅抛光片清洗液中的氢氧化铵溶液发生反应，形成溶于水的物质，便于自然氧化膜的有效去除。最后在 HPM 清洗，HPM 清洗液主要由水、双氧水、盐酸等试剂进行适当拌和而成，其主要针对硅抛光片外部的镁、铝、钠、铁等碱性金属物资。由于硅抛光片外层金属物质具有较为良好的抗腐蚀性能，在实际 HPM 清洗完毕之后，可采用超声仪器进行进一步清洁处理。
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2.2 砷化镓抛光片的清洗
砷化镓在完成抛光之后，其表面会生成一层自然氧化膜，其主要成分包括五氧化二砷尧 三氧化二砷尧 三氧化二镓等物质。镓的化学性质比砷更加活泼，具有更快的氧化速度，因此表面氧化膜中镓的含量往往会较高。因此，为了满足砷原子和镓原子比例，在清洗过程中，应当尽量平衡三氧化二砷和三氧化二镓的含量，从而是砷化镓抛光片的表面质量得以提升。
在清洗工艺中，先利用氢氧化钾溶液将抛光片表面富含镓的自然氧化层去除，此处应当采用浓度较低的氢氧化钾溶液，以避免五氧化二砷和三氧化二砷的反应，确保抛光片表面不会受到损伤。同时，在碱性环境当中，砷化镓抛光片会形成亲水性的表面，能够更加有效的去除抛光片表面的颗粒。去除自然氧化膜之后，应当及时促进稳定氧化膜的形成。在紫外光的照射下，臭氧进行清洗，在形成稳定氧化膜的同时，还能够将抛光片表面的有机污染物清除。在短时间内形成的氧化膜当中，基本上能够保持砷和镓的一致性。在经过紫外光和臭氧的清洗后，由于抛光片表面清洁情况发生改变，因此需要用酸性表面活性剂或兆声波清洗工艺进行清洗，从而去除抛光片表面的其它污染物。其中，兆声波清洗主要是利用高能尧的声波来提高溶液的运动速度，从而利用快速的溶液流体将不断的对抛光片表面进行冲击，这样，抛光片表面的颗粒等污染物就会脱离抛光片进入到溶液当中，进而实现去除抛光片表面污染物的目的。
2.3 锗抛光片的清洗
首先在有机物去除环节，主要依据相似相溶原理，将铬抛光片浸泡入有机溶剂内，随后采用乙醇、异丙醇等水基溶剂将其表层有机溶剂进行清除，如石油醚、甲苯等。在这个基础上，采用纯化水或去离子水将其表层杂质进行冲洗除净。需要注意的是，由于铬抛光片清洗环节，采用了大量的有机化学试剂，而有机化学试剂作用时效较长，对整体清洗效率造成了一定的影响。
其次金属物质去除，相较于硅、砷化镓等半导体单晶抛光片而言，铬抛光片在实际应用中，主要采用硫酸溶液进行金属物质去除。而由于硫酸溶液在实际应用过程中，极易在铬抛光片表层形成硫化物，而硫化物的难溶性为后续工作造成了一定的困难。因此本文主要采用不同浓度盐溶液的配置，对铬抛光片外层金属物质进行梯度洗脱。稀盐酸溶液自身稳定的化学性质，可以在保证铬抛光片外层金属离子去除效果的同时，生成溶解性良好的氯化盐，便于后续处理工作的顺利进行。而自然氧化膜去除工序的省略，也可以有效提高铬抛光片清除效率。
最后，采用兆声波清洗可以适当提高清洗效率，声波的能量从压电陶瓷传递至晶圆表面的液体薄层内，形成直进流，或者是由于声波能量的强弱变化导致一些微气泡的破裂，加快晶圆表面液体的流动，兆声波清洗技术主要是由 850kHz 的高能频振效应，结合相应化学 APM 清洗剂的应用，对铬抛光片进行反复清洗。在清洗环节相应超声设备可以发出波长为 1.50μm的高能声波，在高能声波的驱动下，溶液分子可以一个加速度运动，当其最大瞬时速度达到 31cm/s 时，则可以形成高速流体波。高速流体波可通过连续冲击作用，将铬抛光片外部附着杂质、微小颗粒进行强制去除。在这个过程中，APM 清洗液主要利用其内部氢氧化铵、去离子水、过氧化氢等物质，与铬抛光片外部物质发生反应，最终形成可溶于水的物质。
结束语
半导体单晶抛光片是当前社会中一种重要的材料，对于大规模集成电路和半导体器件的发展和应用有着直接的影响。其中，抛光片表面的清洁度是一项重要的参数，能够极大的影响抛光片的质量和效果。因此，对于不同材料的半导体单晶抛光片，应当采取相应的清洗工艺进行处理，以确保抛光片表面的清洁度满足实际的使用需求。
参考文献：
[1]管丕恺，张臣. 半导体材料现状与发展[J].中国集成电路.2003（03）
[2]向磊. 半导体材料测试方法标准介绍[J].世界有色金属.2010（08）
[3]王磊. 中国半导体材料业的状况分析[J].内燃机与配件.2018（14）
[4]袁绪泽. 半导体单晶抛光片清洗工艺研究[J].通讯世界.2015（11）
论文作者:叶宏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/29
标签：表面论文; 溶液论文; 半导体论文; 工艺论文; 声波论文; 双氧水论文; 氢氧化铵论文; 《基层建设》2019年第1期论文;