硅片清洗原理與改進(jìn)方法畢業(yè)論文-文庫吧
2025-07-25 06:25 本頁面
【正文】 ..........................................5 .................................................5 .............................................5 .............................................6 .................................................6 干法清洗技術(shù) ...................................................7 等離子體清洗技術(shù) ..........................................7 ..................................................7 ................................................8 第三章 清洗技術(shù)的最新進(jìn)展 ..........................................9 結(jié)論 ..............................................................10 參考文獻(xiàn)（ References） .............................................11 致謝 .............................................................. 12 硅片清洗原理與改進(jìn)方法 1 第 1 章 硅片清洗的基本理論 硅片的表面狀態(tài)與潔凈度問題 理想的硅片表面應(yīng)該是硅原子有規(guī)則排列終止所形成的表面 , 表面內(nèi)部的硅原子以共價(jià)鍵結(jié)合 , 而表面外部無其它原子 , 所以外方向的價(jià)鍵是未飽和的 , 存在著可以俘獲電子的表 面態(tài)。 上述理 想表面實(shí)際是不存在的 , 硅片的真實(shí)表面由于暴露在環(huán)境氣氛中發(fā)生氧化及吸附 , 其表面往往有一層很薄的自然氧化層 , 厚度為幾個(gè)埃、幾十個(gè)埃甚至上百埃 。 真實(shí)的硅片表面是內(nèi)表面和外表面的總合 , 內(nèi)表面是硅與自然氧化層的界面 , 它既存在著受主能級(jí)又存在著施主能級(jí) , 能級(jí)密度為 1011～ 1012個(gè) /c㎡ [10]。外表面是自然氧化層與環(huán)境氣氛的界面 , 它也存在一些表面能級(jí) , 并吸附一些污染雜質(zhì)原子 , 而且不同程度地受到內(nèi)表面能級(jí)的影響 , 可以與內(nèi)表面交換電荷 , 外表面的吸附現(xiàn)象是復(fù)雜的 。 清洗的根本目的是使硅片獲得潔 凈表面 ,但是什么樣的表面才是潔凈的表面 , 一直沒有嚴(yán)格的定義。如果僅從制造工藝來說 , 可以簡(jiǎn)單認(rèn)為污染物質(zhì)對(duì)器件特性的影響應(yīng)當(dāng)在可以忽略的范圍以下 。 一般污染雜質(zhì)種類和數(shù)量越少 , 表面潔凈度越高 , 工藝中總存在一個(gè)明顯的污染容限 , 當(dāng)污染在該容限之下 , 污染對(duì)器件的電特性、成品率、可靠性的影響急劇下降。當(dāng)污染超過該容限時(shí) , 影響顯著上升 , 只要污染在容限之下 , 盡管硅片表面并非絕對(duì)潔凈 , 仍認(rèn)為硅片表面是相對(duì)潔凈的。如污染在容限之上 ,則認(rèn)為硅片是非潔凈的。 完好的硅片清洗總是去除沾污在硅片表面的微粒和有害膜 層 , 代之以氧化物的、氮化物的或其它揮發(fā)元素 (或分子 ) 的連續(xù)無害膜層 ,即具有原子均質(zhì)的膜層。硅片表面達(dá)到原子均質(zhì)的程度越高 , 潔凈度越高 , 反之 , 潔凈度越低。 硅片清洗原理與改進(jìn)方法 2 吸附理論 由結(jié)晶學(xué)可知 , 這個(gè)表面所有的晶格都處于破壞狀態(tài) ,即有一層或多層硅原子的鍵被打開 , 呈現(xiàn)一層到幾層的懸掛鍵 , 又稱之為不飽和鍵。由物化性質(zhì)可知 , 非飽和化學(xué)鍵化學(xué)活性高硅片表面是硅晶體的一個(gè)斷面 , 處于不穩(wěn)定狀態(tài) , 極易與周圍的分子或原子結(jié)合起來 , 這就是所謂的“吸附”。被吸附的雜質(zhì)粒子并不是固定不動(dòng)的 , 而是在其平 衡位置附近不停地振動(dòng)著 , 其中一些被吸附的雜質(zhì)粒子由于獲得較大的動(dòng)能而脫離硅片表面 , 重新回到周圍介質(zhì) (如空氣 ) 中去 , 這種現(xiàn)象稱為“解吸”。與此同時(shí) , 在介質(zhì)中的另一些粒子又會(huì)在硅片表面上重新被吸附。在一般情況下 , 硅片表面層所吸附的雜質(zhì)粒子處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 對(duì)于硅片表面來說 , 吸附是一種放熱過程 ,而解吸是一種吸熱過程。升高溫度有利于硅片表面雜質(zhì)粒子的解吸。而以各種手段提供雜質(zhì)粒子解吸所需要的能量 , 也就構(gòu)成了不同名目的清洗。 吸附可分為物理吸附和化學(xué)吸附 , 二者的區(qū)別主要在于吸附力的產(chǎn)生形式和大小 的不同。對(duì)于物理吸附 , 其吸附力來自于固體和被吸附分子間的范德瓦斯引力 , 而化學(xué)吸附則是靠化學(xué)鍵力結(jié)合 , 這種成鍵的力在一定情況下是共價(jià)鍵力 , 但也或多或少地混合著離子的相互作用力。化學(xué)吸附的吸附熱比物理吸附要大得多 , 且化學(xué)吸附具有小得多的平衡間距 , 所以要使化學(xué)吸附的雜質(zhì)解吸需要更大的能量。 化學(xué)吸附時(shí) , 吸附層內(nèi)被吸附的原子數(shù)等于硅片表面原子數(shù) , 因?yàn)楣柙诓煌娴脑訑?shù)是不同的 , 所以各面吸附層內(nèi)被吸附的原子數(shù)也不同。物理吸附時(shí) , 吸附層內(nèi)的原子數(shù)取決于以液相或固相狀態(tài)存在于表面上被吸附分子的大小 , 即不取決于物質(zhì)表面性質(zhì)而取決于表面面積和分子吸著面積 , 不同氣體分子的吸著面積是不同的。 由于吸附的不可避免性 , 造成了潔凈表面概念的相對(duì)性。目前大多數(shù)處理方法都是希望硅片表面以氫原子為終端 , 其優(yōu)點(diǎn)是具有很小的表面態(tài)密度 , 可使器件的電結(jié)構(gòu)特性穩(wěn)定。 硅片清洗原理與改進(jìn)方法 3 硅片表面沾污雜質(zhì)的來源和分類 為了解決硅片表面的沾污問題 , 實(shí)現(xiàn)工藝潔凈表面 , 我們需要弄清楚硅片表面引入了哪些雜質(zhì) , 然后選擇適當(dāng)?shù)墓杵逑捶椒ㄟ_(dá)到去除的目的。 在硅片加工及器件制造過程中 , 所有與硅片接觸的外部媒介都是硅片沾污雜質(zhì)的可能來源 。這主要包
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