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      2. 硅片清洗

        2019年03月03日

        硅片經過切片、倒角、研磨、表面處理、拋光、外延等不同工序加工后,表面已經受到嚴重的沾污,清洗的目的就是為了去除硅片表面顆粒、金屬離子以及有機物等污染。

         

        常用的硅片清洗技術有濕法清洗和干法清洗。

        濕法清洗采用具有較強腐蝕性和氧化性的化學溶劑,如H2SO4、H2O2、DHF、NH3·H2O等溶劑,硅片表面的雜質粒子與溶劑發生化學反應生成可溶性物質、氣體或直接脫落。為了提高雜質的清除效果,可以利用兆聲、加熱、真空等技術手段,最后利用超純水清洗硅片表面,獲取滿足潔凈度要求的硅片。

        干法清洗指清洗過程中不采用化學溶劑,例如氣相干洗技術、束流清洗技術。氣相干洗技術采用氣化無水HF與硅片表面的自然氧化層相互作用,可以有效的去除硅片表面的氧化物及氧化層中的金屬粒子,并且具有一定的抑制硅片表面氧化膜產生的效果。氣相干洗極大縮減了HF的用量而且加快了清洗的效率。

         

        一、濕法清洗

        1、RCA清洗

        Kern等人于1965年提出了RCA清洗法,按照SPM、DHF、SC-1、SC-2順序的RCA清洗技術基本上滿足了大部分硅片潔凈度的要求,而且使硅片表面鈍化。用該方法清洗硅片,不僅提高了清洗效率、降低成本、節約時間、獲得優異的表面潔凈度,而且還提高了硅片的電化學性能。

         

        2、超聲清洗

        超聲波清洗是半導體工業中廣泛應用的一種清洗方法,該方法的優點是:清洗效果好,操作簡單,對于復雜的器件和容器也能清除,但該法也具有噪音較大、換能器易壞的缺點。

        這種方法采用高頻聲波的機械作用、溶液的空化效應、化學試劑的絡合反應,有效除去了硅片表面的有機、顆粒、金屬離子雜質。采用類似的方法BongKyun等人利用0.83MHz的兆聲波清洗硅片,效果更加優異,可去除0.3μm以下的顆粒雜質。

         

        3、雙流噴洗

        雙流霧化噴嘴清洗硅片利用噴嘴隨旋轉臂來回掃描硅片,硅片順時針旋轉。雙流噴嘴采用高壓高速噴射的氣體沖擊低俗流動的液體,破壞了液體的表面張力和液體分子之間的范德瓦爾斯鍵和氫鍵,使得液體霧化,成為納米級的小液滴,在高壓空氣的作用下通過噴嘴高速噴射而出。

         

        4、臭氧微泡法

        利用臭氧的高活性和強氧化性來去除硅片表面的有機、顆粒雜質。臭氧溶解在水中生成高活性的OH基,OH基與有機物發生化學反應,除去硅片表面的有機雜質,同時在硅品表面覆蓋了一層原子級光滑程度的氧化膜,有效隔離了雜質的再吸附。

        此法清洗效果優異,基本除去了有機、顆粒雜質,達到了一般硅片潔凈度的要求。同時,臭氧微泡清洗產生的污染廢料少,清洗效率高,可用于大規模電路、硅片與LED的清洗。

         

        二、干法清洗

        1、干冰清洗

        干冰微粒去除顆粒和有機物雜質的機理不同。去除顆粒雜質時,干冰顆粒與顆粒雜質發生彈性碰撞,產生動量轉移,顆粒雜質被粉碎,隨高速氣流被帶走。去除有機物雜質時,干冰顆粒與有機物發生非彈性碰撞,干冰顆粒液化包裹有機物脫離硅片表面,然后固化被高速氣流帶走。采用干冰微粒清洗技術對硅片進行清洗效果十分理想,而且對硅片表面無損害,不會污染環境,是一種理想的清洗技術。

         

        2、紫外-臭氧清洗

        UV/O3清洗技術可以有效的去除硅片表面的有機雜質,對硅片表面無損害,可以改善硅片表面氧化層的質量,但是對無機和金屬雜質的清除效果不理想。采用相同的原理,WJLee和HTJeon利用UV/O3清洗過程中加入了HF,不僅除去了有機雜質而且對無機和金屬雜質也有很好的清除效果。

         

        3、氣相清洗

        氣相清洗利用清洗劑高溫氣化,氣流上升至材料表面,由于溫度的差異發生冷凝,清洗劑溶解掉材料表面的雜質,回落到分離池,去除清洗劑中的水分和雜質后,清洗劑再回到加熱槽進行氣化,如此循環往復實現芯片表面清洗。

         

        4、束流清洗技術

        束流清洗是指在電場力的作用下,霧化的導電化學清洗劑通過毛細管形成細小的束流狀,高速沖擊在硅片表面上,使得雜質與硅原子之間的范德瓦爾斯鍵斷裂,雜質脫離硅片表面,實現硅片清潔。激光束流清洗技術能夠有效的去除微米級和亞微米級的雜質顆粒,而且不對硅片表面造成損壞,是一種潛力極大的新型清洗技術。

         

        干法清洗和濕法清洗的對比

        濕法清洗技術在硅片表面清洗中仍處于主導地位,但是由于化學試劑的使用會產生大量的有毒廢液,造成環境污染。同時高集成化的器件要求硅片清洗要盡量減少對硅片表面的破壞和損傷,盡量減少溶液本身或工藝過程中帶來的沾污,滿足亞微米級器件的工藝要求,這對濕法清洗是一項巨大的挑戰。

        干法清洗技術能夠在線清除硅片上的顆粒、有機物等沾污,清洗的精度達到了微米級,對硅片表面無損傷,是一種具有很好發展前景的清洗技術。但是由于技術方面的欠缺,導致干法清洗技術的成本較高,一直制約著其大面積的推廣和發展。

         

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        來源:北京中鋮新材料科技有限公司
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