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单晶硅片表面脏污原因分析及解决措施程志峰发表时间：2019-10-24T14:27:07.307Z 来源：《电力设备》2019年第12期作者：程志峰张晓俊赵洪军[导读] 摘要：单晶硅片表面脏污是金刚线切片行业中常见的不良。
总结了单晶硅片清洗过程后出现表面脏污的几种类型，分析其产生产生机理，通过实验验证，提出了解决办法。
（黄河上游水电开发有限责任公司青海西宁 810008）摘要：单晶硅片表面脏污是金刚线切片行业中常见的不良。
总结了单晶硅片清洗过程后出现表面脏污的几种类型，分析其产生产生机理，通过实验验证，提出了解决办法。
关键词：单晶硅片；表面脏污；预清洗；清洗；硅粉1.引言太阳能是一个行之有效的取之不尽的清洁能源，是发展低碳经济不可缺少的重要手段【1】，单晶硅片作为制作光伏电池和集成电路的基础，清洗效果直接影响光伏电池和集成电路最终性能、效率和稳定性。
单晶硅片切割过程，硅片表面的多层晶格处于被破坏的状态，布满了活性较高不饱和的悬挂键，易吸附外界杂质粒子，导致硅片表面被污染且性能变差。
清洗硅片不仅要除去硅片表面的杂质而且要使硅片表面钝化，从而减小硅片表面的吸附能力。
目前，由于硅片清洗技术的缺陷，大规模集成电路中因为硅材的洁净度不够而产生问题甚至失效的比例达到50%，因此提高单晶硅片清洗质量极其重要。
2.金刚线切片技术最主要的优势金刚线切单晶硅片切割技术中，以生产量高，硅片直径适用范围广，翘曲值低，表面损伤浅，表面光洁度低等多项优势被广泛应用。
随着国内金刚线制造和应用技术的不断成熟，加之市场需求的快速增长不断的刺激金刚线制造技术向细线化、薄片化方向发展。
使用金刚线切片技术后，由于刀缝损失的减小，能够带来单位耗硅量的减少，从而较大程度地减少了硅片的硅成本和折旧等，这也是金刚线切片最重要的驱动因素。
为了追求更高的效益，使用更细的金刚线切割薄硅片已成为行业趋势，但在提高公斤出片数以及单刀产能的同时，如何保证单晶硅片清洗质量成行业内共同攻克的技术难题，本文以生产工艺及原辅材料为基础，研究单晶硅片清洗过程中产生的表面脏污，并通过实验验证提出了解决方法。
硅片车间污染源控制介绍水污染：水污染主要是由于人类排放的各种外源性物质（包括自然界中原先没有的），进入水体后，超出了水体本身自净作用所能承受的范围，导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。
公司排放的含硅废水的特性：具有量大、成分复杂、毒性大、不易净化、难处理等特点。
污染物指标介绍：COD化学需氧量，该指标主要反映水体受有机物污染的程度，COD 的含量越高，污染就越严重。
SS总固体悬浮物，包括不溶于水中的无机物，有机物，沉砂，黏土、微生物等。
其数值越高污染就越严重。
车间排放的废水中主要就是含硅砂浆废液、硅片清洗剂、切磨车间排放的含硅废水。
这些废水中含有很高的COD和悬浮物及油类物质。
尤其是废水中含有的大量悬浮液、表面活性剂、油类物质这几种污染物，对于物化处理有很大的影响，容易导致污泥上浮，而且在后续处理中生化降解性差，通常直接导致出水排放指标不合格。
原水有机物浓度含量高的主要有：悬浮液，乳酸，清洗剂。
通过实验室的分析，这3种物质原液的COD分别如下：按每天平均400T废水计算，使水中的COD达到1000 mg/L，所需这3种物质分别为处理方式及在实际运行中遇到的情况：公司污水处理站采用物化处理+两级生化处理的方式去除水中的有机物。
而现阶段真正起到降低废水中COD，也就是分解有机物的阶段在好氧生化阶段，在此阶段通过好氧微生物的新陈代谢作用，将废水中的有机物作为自身繁殖的营养物质，而进行去除，去除效率可到达80%以上。
但是好氧生化阶段，在运行中也存在一定的条件，例如水温、氧气的供给、进水有机物的高低。
如果上面的控制指标超过了一定的范围，将会对好氧生化系统产生严重的影响。
其中就废水中有机物浓度含量超出好氧生化系统的耐受极限，超负荷冲击致使活性污泥微生物大量死亡，排放水就会超标。
系统设计的进水COD为100-2500mg/L，正常运行是的原水COD浓度通常在1000-1500 mg/L,最高也只能短时间处理2500-3000mg/l的有机废水原水，而某些时间段车间排放的废水浓度达到了4000mg/l以上或者更高。
Michael Quirk & Julian Serda©October 2001 by Prentice HallSemiconductorManufacturing TechnologyMichael Quirk & Julian Serda ©October 2001 by Prentice Hall Chapter 6Contamination Controlin Wafer Fabs目标通过本章的学习，你将能够：1.说明并描述5种不同类型的净化间沾污，并讨论与每种沾污相关的问题。
2.列举净化间的7种沾污源，并描述每一种怎样影响硅片的洁净。
3.解释并使用净化级别来表征净化间空气质量。
4.说明并讨论员工按照合理规程进入净化间的7个正确步骤。
5.描述净化间设备的各个方面，包括空气过滤、静电释放、超纯去离子水和工艺气体等。
6.解释现代工业区设计和微环境怎样有助于沾污控制。
7.说明两种湿法清洗的化学原理，解释每一种分别去除哪种沾污，并讨论湿法清洗的改进和选择余地。
8.描述不同的湿法清洗设备，说明每种清洗工艺怎样有助于硅片的洁净。
Wafer FabCleanroom 硅片制造净化间在近半个世纪前半导体制造刚开始的时候，控制沾污的需要很明显。
早期净化间基于局部净化区域建成，包括操作员穿戴工作服和手套并使用洁净的工作台。
20世纪60年代高效颗粒空气过滤器（HEPA ）的引入是向着硅片制造中大量减少颗粒迈出的第一步。
HEPA 过滤器向工作台输送洁净空气，有效去除了产品中的颗粒。
现代半导体制造是在被成为净化间的成熟设施中进行的。
这种硅片制造设备与外部环境隔离，受诸如颗粒、金属、有机分子和静电释放（ESD ）的沾污。
一般来讲，那意味着这些沾污在最先进测试仪器的检测水平范围内都检测不到。
净化间还意味着遵循广泛的规程和实践，以确保用于半导体制造的硅片生产设施免受沾污。
6.2 沾污的类型沾污是指半导体制造过程中引入半导体硅片的任何危害微芯片成品率及电学性能的不希望有的物质。
半导体硅片制造中的沾污及控制硅片加工中的简单活动，如开门关门或在工艺设备周围过度活动，都会产生颗粒沾污。
通常的人类活动，如谈话、咳嗽、打喷嚏，对半导体都是有害的。
从以上所列数据，可清楚地看到操作人员地衣着和行动对环境洁净度的影响，所以洁净区要限制人数，而且洁净区工作人员应注意以下事项。
⑴进入洁净区要先穿戴好专用净化工作服、鞋、帽。
⑵进入洁净区前要现在风淋室风淋后方可进入净化车间⑶每周洗工作服，不准用化妆品⑷与工作无关的纸张、书报不得带入车间⑸严禁再净化区做会造成粉末的活，工作中少走动⑹进入净化区的设备、试剂、气瓶等所有物品都要经过严格清洁方可进入⑺每天上班前清扫、擦拭设备，下班前清理好工作现场。
⑻定期检测洁净度，超标要停产整顿。
就在我们身边的异常硅片裸放在设备上记录本随处防置超净服为实现净化间内的超净环境，人员必须遵守某些程序，成为净化间的操作规程，还必须穿上净化服。
超净服由兜帽、连衣裤工作服、靴子、手套组成，完全包裹住了身体。
超净服系统的目标是满足一下职能标准：对身体产生的颗粒和浮质的总体控超净服系统颗粒零释放对ESD的零静电积累无化学和生物残余物的释放要求人员在进入净化间前必须穿戴好净化服方可进入净化间。
防护口罩是防止员工唾液中的颗粒沾污制造区域。
净化手套是防止汗渍沾污硅片造成离子沾污。
为了减少人类带来的沾污，使用了超净服，制定了净化间操作规程应该做的不应该做的理由只有经过授权的人员方可进入净化间没有接受过净化间应知行为严格培训的人员不得入内，净化间的管理者具有最后的决定权经过授权的人员才熟悉超净室操作中严格且近乎苛求的规定只把必需物品带入净化间进制化妆品、香烟、手帕、卫生纸、食品、饮料、糖果、木制/自动铅笔或钢笔、香水、手表、珠宝、磁带播放机、电话、寻呼机、摄像机、录音机、梳子、纸板或非净化间允许的纸张、设计图、操作手册或指示图表等阻断不想要的沾污员进入在半导体期间中产生缺陷根据公司培训规定的方式着装进入不允许包裹不严的街头服装进入净化间确保超净服免受可能进入净化间的沾污始终确保所有的头部和面部头发被包裹起来不要曝露脸上和头上的头发头发是沾污源遵守进入净化间的程序，如风淋和鞋清洁器不要在所有程序完成之前开启任何一道通往净化间的门所有淋浴都可能有助于去除沾污，许多公司由于空气沾污原因已经停止使用这到程序在净化间中所有时间内都保持超净服的闭合不要把任何街头服装曝露于超净室内，不要让你的皮肤的任何部分接触超净服的外面部分不想要的沾污源缓慢移动不要群聚或者快速移动这会破坏气流模式空气过滤空气进入天花板内的特效颗粒过滤器，以层流模式流向地面，进入到空气再循环系统后与补给的空气一道返回空气过滤器系统。
一、硅片清洗的重要性二、硅片沾污类型三、硅片清洗四、硅片沾污的源与控制大规模集成电路的发展，对硅片的质量要求提高在硅晶体管和集成电路的生产中，几乎每道工序都涉及硅片清洗。
硅片清洗是半导体器件制造中最重要最频繁的步骤其效率将直接影响到器件的成品率、性能和可靠性所以国内外对清洗工艺的研究一直在不断地进行。
常见的清洗工艺有：湿法化学清洗、超声清洗法、兆声清洗法、鼓泡清洗法、擦洗法、高压喷射法、离心喷射法、RCA 标准清洗、等离子体清洗等。
在硅片加工及器件制造过程中所有与硅片接触的外部媒介都是硅片沾污杂质的可能来源。
这主要包括以下几方面: 硅片加工成型过程中的污染环境污染水造成的污染试剂带来的污染工业气体造成的污染工艺本身造成的污染?颂逶斐傻奈廴镜取?硅片表面沾污杂质的分类分类依据沾污类别沾污杂质的形态微粒型沾污、膜层污染质吸附力的存在形态物理吸附型污染质、化学吸附型杂质被吸附物质的存在形态分子型、原子型、离子型吸附杂质物化性质有机沾污、无机盐、金属离子（原子）和机械微粒颗粒：引起电路开路或短路。
半导体制造中，可接受的颗粒尺寸的粗略法则是它必须小于器件特征尺寸的一半。
金属杂质：导致器件成品率下降。
典型金属杂质是碱金属。
主要来源是离子注入和化学品与传输管道/容器的反应。
钠是最普遍的可动离子沾污，人是主要的传送者。
有机物沾污：使硅片表面清洗不彻底，降低栅氧层的致密性自然氧化层：暴露于室温下空气中或含溶解氧的去离子水中硅片表面将被氧化。
自然氧化层的存在将增加接触电阻，还将阻碍其它工艺步骤如硅片上单晶薄膜、超薄栅氧化层生长的进行。
静电释放：两种不同静电势的材料接触或摩擦会产生静电释放。
静电释放可能成为栅氧层击穿的诱因；其次电荷积累产生电场会吸引带点颗粒或极化并吸引中性颗粒到硅片。
具体的沾污类型沾污名称化学配料描述（所有清洗后伴随去离子水清洗）分子式颗粒piranha（SPW）硫酸/过氧化氢/去离子水H 2 SO 4 /H 2 O 2 /H 2 O SC-1APW 氢氧化铵/过氧化氢/去离子水NH 4 OH/H 2 O 2 /H 2 O 有机物SC-1APW 氢氧化铵/过氧化氢/去离子NH 4 OH/H 2 O 2 /H 2 O 金属不含铜SC-2HPW）盐酸/过氧化氢/去离子水HCL/H 2 O 2 /H 2 O piranha（SPW）硫酸/过氧化氢/去离子水H 2 SO 4 /H 2 O 2 /H 2 O DHF 氢氟酸/水溶液（不能去除铜）HF/H 2 O 自然氧化层DHF 氢氟酸/水溶液（不能去除铜）HF/H2O BHF 缓冲氢氟酸溶液NH 4 F/HF/H 2 O 硅片湿法清洗化学品目标去除所有的表面沾污：颗粒、有机物、金属和自然氧化层1号标准清洗液（SC-1）化学配料NH 4 OH/H 2 O 2 /H 2 O，按1:1:5到1:1:7配比配合。
