清洗的原理

要了解清洗的原理，首先必须了解杂质的类型，杂质分为三类：一是分子型杂质，包括加工中的一些有机物；分子型杂质吸附的特点是他们与硅片表面的接触，通常是依照静电引力来维持，是一种物理吸附现象。由于天然或合成油脂、树脂和油类的分子一般以非极性分子存在，它是靠杂质的中性分子与硅片原子没有被平衡的那部分剩余力相互吸引而结合的。结合的力与分子型晶体结构中分子与分子间存在的范德瓦耳斯引力是一样的。这种吸引力比较弱，它随着分子间距的增加很快被削弱，所以这种力所涉及的范围只不过在2×10－8～3×10－8cm，也就是像分子直径那么大小的距离。因此要彻底清除这些分子型杂质是比较容易的。分子型杂质的另一个重要特点是：像油脂等，大多是不溶于水的有机化合物，当它们吸附在硅片表面时将使硅片表面出现疏水性，从而妨碍了去离子水或酸、碱溶液与硅片表面的有效接触，使去离子水或酸、碱溶液无法与硅片表面或其他杂质粒子相互作用，因此无法进行有效的化学清洗。

二是离子型杂质，包括腐蚀过程中的钠离子、氯离子、氟离子等；离子型杂质吸附多属于化学吸附的范畴。其主要特点是杂质离子和硅片表面之间依靠化学键力相结合，这些杂质离子与硅片表面的原子所达到的平衡距离极小，以至于可以认为这些杂质离子已成为硅片整体的一部分。根据化学吸附杂质的本性，有的可以是晶格自由电子的束缚中心，充当电子的陷阱，起着受主的作用。有的可以作为自由空穴的束缚中心，起着施主的作用，在实验中曾观察到，由于化学吸附杂质的存在，导致表面电荷量发生变化，从而引起半导体脱出功和表面电导率的相应改变，因此这种表面杂质离子是导致硅片表面界面态发生变化的一种原因。此外，这些化学吸附的杂质粒子并不是固定地束缚在晶体表面的某些位置上，它还或多或少的具有沿硅片表面移动的能力。当这些杂质离子与晶格原子间的吸附能大于硅片表面势垒高度时，这些离子就有可能沿着硅片表面移动，而不会和表面脱离，这就是硅片表面杂质离子的迁移现象。这种迁移与环境温度的高低以及外加电场的大小有关，当温度升高或外加电场增大时，这种现象就更加明显。因此硅片表面杂质离子的沾污也可能是造成器件性能不稳定和可靠性低劣的原因之一。由于化学吸附力较强，所以对这种杂质离子的清除较之分子型杂质困难得多。

三是原子型杂质，如金、铁、铜和铬等一些重金属杂质。原子型杂质吸附和离子型杂质吸附一样，同属于化学吸附范畴，其吸附力较强，比较难以清除。兼之金、铂等重金属原子不容易和一般酸、碱溶液起化学反应，因此必须采用诸如王水之类的化学试剂，使之形成络合物并溶于试剂中，然后才用高纯去离子水冲除。吸附在硅片表面的重金属原子可以成为表面复合中心，如果经过高温热处理，还会扩散入硅片体内，成为体内复合中心，降低体内少子寿命。无论吸附在硅片表面或者扩散入硅片体内的重金属原子，都对器件的性能有严重影响，使器件参数变坏，甚至造成产品不合格。

通过上面的分析可以清楚，吸附在硅片表面的杂质大体上可分为分子型、离子型、原子型3种情况。分子型杂质粒子与硅片表面之间的吸附力较弱，清除这类杂质粒子比较容易。它们多属油脂类杂质，具有疏水性的特点，这种杂质的存在，对清除离子型和原子型杂质具有掩蔽作用。因此在对硅片进行化学清洗时，首先应该把它们清除干净。清除分子型吸附的油脂类物质，一般可采用四氯化碳、三氯乙烯、甲苯、丙酮、无水乙醇等有机溶液去除，也可采用硫酸碳化、硝酸或碱性双氧水氧化等方法去除。

离子型和原子型吸附的杂质属于化学吸附杂质，其吸附力都较强。在一般情况下，原子型吸附杂质的量较小，而且它们不与一般酸、碱发生化学反应，必须用王水或酸性双氧水才能溶除。王水和酸性双氧水还能溶除离子型杂质，因此在化学清洗时，一般都采用酸、碱溶液或碱性双氧水先清除掉离子型吸附杂质，然后用王水或酸性双氧水再来清除残存的离子型杂质及原子型杂质。最后用高纯去离子水将硅片冲洗干净。再加温烘干后就可得到洁净表面的硅片。

综上所述，清洗硅片的一般工艺程序为

→去油→去离子→去原子→去离子水冲洗