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  • 不同清洗液的亲水处理过程
    http://www.ic72.com 发布时间:2007/4/29 2:57:46

    硅片亲水处理前要进行化学清洗,亲水处理必须满足三个基本提条件:(1)亲水处理溶液具有氧化作用,使硅片表面生成本征氧化层形成羟基。(2)亲水处理溶液对硅片表面最好没有腐蚀作用。(3)亲水处理溶液对硅片表面去污能力强。硅片键合常用的氧化性亲水处理溶液有H2SO4/H2O2、NH4OH/H2O2,HNO3/H2O2以及HF/H2O2 等。对于H2 SO4 、NH4OH、HNO3而言,它们不仅能除去硅片表面沾污的金属原子(如Cu、Fe)、灰尘,有机物等,同时还都能使硅表面形成SiOx过渡层,从而获得预键合必需的Si-OH结构,反应式分别如下。

    对于H2 SO4/H2O2:

    Cu + 2H2 SO4 →CuSO4 + SO2 + 2H2O (2.21)

    H2O2 →H2O + [O]    Si + X[O] →SiOx (2.22)

    对于HNO3/H2O2:

    3Cu + 8HNO3 (稀) →3Cu(NO3) 2 + 2NO + 4H2O (2.23)

    3Si + 4HNO3 (稀) →3SiOx + 4NO + 2H2O (2.24)

    对于NH4OH/H2O2:

    Cu + H2O2 + 4NH3 →[Cu(NH3) 4 ] (OH) 2 (2.25)

    Si + H2O2 →SiOx + 2H2O (2.26)

    值得注意的是HF清洗液,在硅工艺中它经常用作腐蚀剂。它对硅片表面的处理一般是疏水性的,即不可能形成SiOx过渡层。实际上,经常用HF漂去硅表面自然氧化层,方程为

        Si - O -Si + HF→ F-Si + Si-OH (2.27)

    由此可见:HF有漂去SiOx过渡层作用,不会形成亲水硅表面而是疏水表[22 ],在键合制备功率器件衬底材料时常用疏水处理。

    硅片的亲水性常用水滴在硅片表面形成的接触角θ表示。如图2.10所示,在固、液、气三相交界处,自固/液界面经过水滴内部到气/液界面的夹角叫接触角,接触角的大小是硅片表面亲水性强弱的表征。平衡接触角与固/气、固/液、液/气界面自由能之间满足Yong方程

    (2.28)

    图2.10 水滴在亲水硅片表面的接触角θ

    根据亲水的基本条件(A > 0),接触角满足cos@=0,@<=90 ,时硅片才能满足亲水性的要求,rSG - rS差越大,接触角就越小,硅片的亲水性就越强。NH4OH/H2O2处理后的硅片表面水滴的接触角最小,为5o,H2 SO4/H2O2处理次之,为8o,HNO3/H2O2处理的接触角最大,为55o,所以现在一般用NH4OH/H2O2溶液,并且形成了系列的配比,常用的有RCA1溶液和改进的RCA2溶液。




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