不同清洗液的亲水处理过程

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，r_SG - r_S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5^o，H₂ SO₄/H₂O₂处理次之，为8^o，HNO₃/H₂O₂处理的接触角最大，为55^o，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。