隨著科技的發(fā)展，在當(dāng)前社會(huì)中，大規(guī)模集成電路、半導(dǎo)體器件等得到了越來越廣泛的應(yīng)用，對(duì)其可靠性、電能性等性能的要求也越來越高。因此，半導(dǎo)體單晶拋光片的表面潔凈程度就顯得更為重要。因此，在半導(dǎo)體單晶拋光片的清洗過程中，要想得到更為良好的拋光片質(zhì)量，不能僅僅對(duì)拋光片表面的污染物進(jìn)行清除。在實(shí)際清洗過程當(dāng)中，除了拋光片表面的污垢以外，表面粗糙度、氧化膜厚度、表面化學(xué)態(tài)等都是應(yīng)當(dāng)關(guān)注的問題。
1半導(dǎo)體單晶拋光片的清洗
在當(dāng)前的世界范圍內(nèi)，對(duì)于半導(dǎo)體單晶拋光片的清洗工藝來說，硅單晶拋光片的清洗工藝相對(duì)較為成熟，普遍采用的是美國無線電公司的RCA清洗法。而對(duì)于砷化鎵、鍺等半導(dǎo)體單晶拋光片來說，其清洗工藝仍然較為保密，相關(guān)的研究也不夠成熟。因此，應(yīng)當(dāng)結(jié)合半導(dǎo)體單晶拋光片的清洗工藝實(shí)例進(jìn)行分析，探尋清洗半導(dǎo)體材料拋光片的關(guān)鍵性技術(shù)，從而對(duì)硅、砷化鎵、鍺等半導(dǎo)體材料拋光片的清洗工藝和技術(shù)水平提高提供借鑒和參考。
在清洗半導(dǎo)體單晶拋光片的過程中，由于半導(dǎo)體材料的性質(zhì)、數(shù)量、氧化物種類等方面的不同，也存在著一定的差異。例如，在硅單晶拋光片的清洗工藝中，先用稀氟氫酸進(jìn)行清洗，然后再用氫氧化銨和雙氧水的混合液進(jìn)行清洗，最后用鹽酸和雙氧水的混合溶液進(jìn)行清洗[1]。在砷化鎵拋光片清洗工藝中，先使用氫氧化鉀溶液進(jìn)行清洗，然后進(jìn)行紫外光照射和臭氧清洗，最后采用酸性活性劑進(jìn)行清洗。在鍺單晶拋光片的清洗工藝中，先用濃硫酸進(jìn)行清洗，然后在稀硫酸中清洗，最后用氫氧化銨和雙氧水的混合液進(jìn)行清洗。
2半導(dǎo)體單晶拋光片的清洗工藝
2.1硅拋光片的清洗
在硅拋光片完成拋光處理后，在其表面具有較強(qiáng)的斷裂鍵力場，容易對(duì)拋光環(huán)境中的污染物進(jìn)行吸附。在硅拋光片的表面，容易沉積顆粒、有機(jī)物、自然氧化膜、濕氣分子、金屬等污染物。一些有機(jī)物會(huì)對(duì)硅片表面進(jìn)行覆蓋，從而阻礙氧化膜污染物的清除。因此在清洗工藝中，應(yīng)當(dāng)先將有機(jī)污染物去除，然后將氧化層溶解，最后去除金屬、顆粒等其它污染物，并且對(duì)表面進(jìn)行鈍化處理。
在稀氟氫酸清洗中，能夠出去硅片表面的氧化膜，因此，自然氧化膜上的鎳、鋅、鐵、鋁等金屬也能夠輕易去除。在雙氧水的租用下，硅片表面會(huì)不斷形成新的氧化膜，然后不斷被腐蝕。在這一過程中，能夠出去硅片表面的大部分金屬離子。在經(jīng)過稀氟氫酸清洗之后，硅片中的氫離子能夠結(jié)合硅片表面的斷裂鍵。因此，在硅片最外段，硅的終端基本上都是氫。在氫氧化銨和雙氧水混合溶液清洗中，能夠使硅片表面的氧化膜產(chǎn)生親水性，從而去除硅片表面的顆粒污染物。在鹽酸和雙氧水混合溶液中，能夠?qū)⒐杵砻娴匿X、鎂、鐵、鈉等金屬污染物去除。經(jīng)過以上三個(gè)步驟的清洗之后，能夠有效的去除拋光片表面的金屬、顆粒、有機(jī)物等污染物[2]。不過，由于在鹽酸和雙氧水混合液清洗后，拋光片表面會(huì)呈疏水性，因此需要進(jìn)行兆聲波清洗，從而確保拋光片的清潔。
2.2砷化鎵拋光片的清洗
砷化鎵在完成拋光之后，其表面會(huì)生成一層自然氧化膜，其主要成分包括五氧化二砷、三氧化二砷、三氧化二鎵等物質(zhì)。鎵的化學(xué)性質(zhì)比砷更加活潑，具有更快的氧化速度，因此表面氧化膜中鎵的含量往往會(huì)較高。因此，為了滿足1：1的砷原子和鎵原子比例，在清洗過程中，應(yīng)當(dāng)盡量平衡三氧化二砷和三氧化二鎵的含量，從而是砷化鎵拋光片的表面質(zhì)量得以提升。
在清洗工藝中，先利用氫氧化鉀溶液將拋光片表面富含鎵的自然氧化層去除，此處應(yīng)當(dāng)采用濃度較低的氫氧化鉀溶液，以避免五氧化二砷和三氧化二砷的反應(yīng)，確保拋光片表面不會(huì)受到損傷。同時(shí)，在堿性環(huán)境當(dāng)中，砷化鎵拋光片會(huì)形成親水性的表面，能夠更加有效的去除拋光片表面的顆粒。去除自然氧化膜之后，應(yīng)當(dāng)及時(shí)促進(jìn)穩(wěn)定氧化膜的形成[3]。在紫外光的照射下，臭氧進(jìn)行清洗，在形成穩(wěn)定氧化膜的同時(shí)，還能夠?qū)伖馄砻娴挠袡C(jī)污染物清除。在短時(shí)間內(nèi)形成的氧化膜當(dāng)中，基本上能夠保持砷和鎵的一致性。在經(jīng)過紫外光和臭氧的清洗后，由于拋光片表面清潔情況發(fā)生改變，因此需要用酸性表面活性劑或兆聲波清洗工藝進(jìn)行清洗，從而去除拋光片表面的其它污染物。其中，兆聲波清洗主要是利用高能、的聲波來提高溶液的運(yùn)動(dòng)速度，從而利用快速的溶液流體將不斷的對(duì)拋光片表面進(jìn)行沖擊，這樣，拋光片表面的顆粒等污染物就會(huì)脫離拋光片進(jìn)入到溶液當(dāng)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)去除拋光片表面污染物的目的。
2.3鍺拋光片的清洗
鍺元素在被氧化之后，會(huì)生成二氧化鍺和氧化鍺兩種物質(zhì)。因此在反應(yīng)過程中，首先生成氧化鍺，然后一定條件下繼續(xù)被氧化生成二氧化鍺。二氧化鍺具有金紅石和α-石英兩種結(jié)構(gòu)，前者不溶于水，后者可溶于水。氧化鍺在600~650℃之間就能夠大量的揮發(fā)，而二氧化鍺的揮發(fā)溫度更高，能夠達(dá)到1150~1200℃。因此，在拋光片拋光結(jié)束后，表面會(huì)殘留氧化鍺和金紅石結(jié)構(gòu)的二氧化鍺。為了確保鍺片能夠更好的生長砷化鎵，應(yīng)當(dāng)對(duì)鍺片表面生成的二氧化鍺進(jìn)行嚴(yán)格的控制。
在鍺拋光片的清洗工藝當(dāng)中，先使用濃硫酸進(jìn)行清洗，去除其中的金屬污染物，使之形成能夠溶解的硫酸鹽。同時(shí)，濃硫酸還能夠去除鍺片中的有機(jī)物，使其分解位水和二氧化碳。此外，濃硫酸還能夠去除鍺片上的氧化物。此后利用稀硫酸對(duì)拋光片表面的濃度進(jìn)行稀釋，便于后續(xù)表面濃硫酸的去除。最后一個(gè)步驟，使用氫氧化銨和雙氧水的混合溶液進(jìn)行清洗。雙氧水會(huì)在鍺拋光片形成自然氧化膜，然后氫氧化銨會(huì)將這層氧化膜腐蝕，并且同時(shí)除去鍺片表面的顆粒，以及鍺片表面殘留的濃硫酸，從而完成鍺拋光片的清洗。由于在鍺拋光片的表面上，不應(yīng)當(dāng)存在二氧化鍺，因此，在這該清洗過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)將腐蝕液的溫度盡量降低，從而減緩二氧化鍺的生成速度。這樣，就能夠有效的降低鍺拋光片表面中二氧化鍺的含量，從而提高鍺拋光片的質(zhì)量。
3結(jié)論
半導(dǎo)體單晶拋光片是當(dāng)前社會(huì)中一種重要的材料，對(duì)于大規(guī)模集成電路和半導(dǎo)體器件的發(fā)展和應(yīng)用有著直接的影響。其中，拋光片表面的清潔度是一項(xiàng)重要的參數(shù)，能夠極大的影響拋光片的質(zhì)量和效果。因此，對(duì)于不同材料的半導(dǎo)體單晶拋光片，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的清洗工藝進(jìn)行處理，以確保拋光片表面的清潔度滿足實(shí)際的使用需求。