專利名稱：切割、研磨硅片表面清洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域器件制造用切割、研磨硅片表面清洗方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件諸如二極管、太陽(yáng)能電池片以及高反壓三極管用重?fù)诫s硅襯底片等是在硅切割片或硅研磨片表面上直接摻雜擴(kuò)散形成P-N結(jié)和重?fù)诫s硅襯底層的，如果半導(dǎo)體硅片表面質(zhì)量達(dá)不到使用要求，無(wú)論其它工藝環(huán)節(jié)控制得多么完美，也是不可能獲得高質(zhì)量的半導(dǎo)體器件的。硅片表面的清洗就成為半導(dǎo)體硅片加工和器件生產(chǎn)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代規(guī)?；a(chǎn)，由于其加工批量大、產(chǎn)量高，傳統(tǒng)的利用有機(jī)溶劑棉球浸濕手工檫試清洗和SC-1、2的化學(xué)試劑加溫?zé)蟮那逑捶椒ㄒ堰h(yuǎn)遠(yuǎn)不能適宜大批量生產(chǎn)的使用要求。 目前，普遍選用的是清洗效果好，操作簡(jiǎn)單的超聲波清洗方法。將硅片豎插入承載花籃內(nèi)， 擺放入配有清洗介質(zhì)的超聲波清洗槽內(nèi)，依次經(jīng)過(guò)6 8道工位超聲清洗，脫水甩干。每道超洗約3 15分鐘，其工藝流程及工位設(shè)置參見下表
—“ι jP^二T位四工位五工位六工位七工位AX位-JL·· ι JMb SR 泡Hh超聲溢流攝纖觼+鼓泡加溫十超聲潔洗洗劑十加轚十潔Ktt清去離子洗剤+水+加加湓+逭十超 MF潔聲溢流洗 Slft去離子水+加溫十趄聲激液費(fèi)洗JljtL.' ΕΕ'-^Η' JS 1* J 水+加盤+"超聲溢流 mmJ 水+加量十趄聲激瀘常激W0C45 65°CCS0C 75°C5β CO0C40 50 3β 貓9C辦波40KHz4βΚΗζ ΟΚΗζ40Κ ζ 4ΘΚ ζ40ΚΗζ4 OKHz40ΚΗζ潔洗路續(xù),■…,......■>—— —·......m>■…,■‘…,,■‘淸洗介質(zhì)流翔溢m 直接 fPJtPL更換接放娜更換排放■更溢流直換排放樹t放激腿接膽溢驢接職直
大批量生產(chǎn)中硅片經(jīng)上表工藝流程方法清洗，產(chǎn)品提供器件廠使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)在硅片表面制絨時(shí)，制絨層色澤不一致，嚴(yán)重影響太陽(yáng)能電池片的轉(zhuǎn)換效率的問(wèn)題；用于制造硅整流二極管等器件時(shí)存在TRR沾污現(xiàn)象，導(dǎo)致反向恢復(fù)時(shí)間偏低，參數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)和使用要求而報(bào)廢的問(wèn)題；用于制造高反壓三極管時(shí)，在重?fù)诫s高溫長(zhǎng)時(shí)間硅襯底擴(kuò)散時(shí)，片與片會(huì)產(chǎn)生粘連和結(jié)餅現(xiàn)象，造成破片和報(bào)廢的問(wèn)題。 分析現(xiàn)有清洗技術(shù)在使用中，存在的上述問(wèn)題的原因，主要是清洗工藝流程設(shè)置不合理，經(jīng)二工位酸鼓泡超聲清洗后的硅片連同花籃及承載硅片花籃的籃筐，直接傳遞到三工位堿性清洗液超聲清洗槽超洗后，又傳遞到四工位堿性清洗液超聲清洗槽超洗，二工位的酸液被帶入到三工位和四工位的堿性清洗液內(nèi)，酸與堿產(chǎn)生中和反應(yīng)，使三工位和四工位的堿性清洗液PH值發(fā)生變化；隨著硅片清洗批次的增加，二工位中酸液被帶入三工位
3和四工位堿性清洗液內(nèi)的量逐漸增大，導(dǎo)致三工位和四工位堿性清洗液的PH值逐漸降低， 失取清洗作用；縮短了清洗液的正常使用周期，造成被清洗硅片表面的潔凈度重復(fù)性差，色澤不一致，如中途清洗液添加把握不及時(shí)，被清洗硅片表面很容易產(chǎn)生花斑、發(fā)藍(lán)、發(fā)黑等氧化現(xiàn)象，導(dǎo)致被清洗硅片表面質(zhì)量不合格而報(bào)廢的問(wèn)題時(shí)而出現(xiàn)。二是超聲條件(功率、 頻率等)設(shè)計(jì)選配不合理，超聲空化作用效果差，造成被清洗硅片表面局部清洗不干凈和細(xì)微顆粒清洗不徹底的問(wèn)題存在，使清洗后的硅片表面質(zhì)量不能完全達(dá)到用戶制造硅器件的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，提供一種提高硅片表面清洗潔凈度重復(fù)性和色澤一致性好，節(jié)約清洗液的清洗方法。本發(fā)明解決現(xiàn)有問(wèn)題的清洗方法是切割、研磨硅片表面清洗方法，將硅片連同硅片的承載體依次浸入下述工位并完成相應(yīng)的過(guò)程清洗
設(shè)有軟化水和鼓泡的一工位清洗槽內(nèi)超聲溢流漂洗； 設(shè)有HF酸溶液和鼓泡的二工位的清洗槽中超聲清洗； 設(shè)有堿性清洗劑的三工位的清洗槽超聲溢流清洗； 設(shè)有堿性清洗劑的四工位的清洗槽超聲清洗； 設(shè)有去離子水的五至八工位清洗槽內(nèi)超聲溢流漂洗，
作為本發(fā)明改進(jìn)，所述的硅片連同硅片的承載體從二工位的清洗槽超聲清洗后浸入設(shè)有軟化水工位的清洗槽超聲溢流漂洗后再依次浸入設(shè)有堿性清洗劑的三工位超聲清洗、設(shè)有堿性清洗劑的四工位的清洗槽超聲清洗；然后，依次浸入五至八工位的高頻率超聲波設(shè)置的清洗槽中階梯循環(huán)溢流超聲漂洗；所述的超聲清洗槽全部工位的實(shí)際有效使用面積內(nèi)超聲波功率為1.5 w/cm2。所述的硅片連同硅片的承載體從八工位去離子水清洗后進(jìn)入設(shè)有高純氮?dú)鉁囟葹?0(Γ120 的九工位離心甩干，而后下料。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的鼓泡源為注入水中的高純氮?dú)?。上述的酸溶液? 5%HF 酸溶液或檸檬酸溶液。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的五至八工位清洗槽的高頻率超聲波設(shè)置，選用60 80KHZ的高頻率超聲波發(fā)生源換能器，增強(qiáng)對(duì)粘附在硅片表面細(xì)小的沾污顆粒產(chǎn)生有效清洗和去除。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的超聲清洗槽全部工位的實(shí)際有效使用面積內(nèi)超聲波功率為1. 5 w/cm2，均選用單頭100W的高功率換能器作超聲波發(fā)生源來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的五至八工位的清洗槽階梯溢流，去離子水從八工位的清洗槽注入，后一工位的清洗槽高于前一工位的清洗槽，后一工位的清洗槽的去離子水溢流至前一工位的清洗槽，五工位的清洗槽去離子水溢流超聲漂洗后直接排放。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述的階梯溢流階梯差為20mm。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，其有益效果是，解決和克服了酸與堿易產(chǎn)生中和反應(yīng)的問(wèn)題，使三工位和四工位的堿性清洗液PH值保持恒定，堿性清洗液的濃度保持穩(wěn)定，堿性清洗液的去污能力持久有效。通過(guò)本發(fā)明方法清洗的切割、研磨硅片，其表面潔凈度高， 重復(fù)性好，色澤一致；避免產(chǎn)生花斑、發(fā)藍(lán)、發(fā)黑等氧化現(xiàn)象，經(jīng)清洗的硅片合格率高；同時(shí)，工藝規(guī)定的清洗量有效期內(nèi)中途不需要添加清洗液，操作簡(jiǎn)單，而清洗液的有效使用周期得到成倍提高，清洗成本明顯降低；清洗質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益獲得明顯提高。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的清洗流程示意圖。圖2本發(fā)明方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖2，本實(shí)施案例包括硅片1、硅片1的承載體即承載花籃2和承載花籃的籃筐3，將硅片1連同承載體依次浸入，
設(shè)有軟化水和鼓泡的一工位清洗槽內(nèi)超聲溢流漂洗； 設(shè)有3 5%HF酸溶液和鼓泡的二工位的清洗槽中超聲清洗； 設(shè)有軟化水工位的清洗槽超聲溢流漂洗； 設(shè)有堿性清洗劑的三工位的清洗槽超聲清洗； 設(shè)有堿性清洗劑的四工位的清洗槽超聲清洗； 設(shè)有高純?nèi)ルx子水的五至八工位清洗槽內(nèi)超聲溢流漂洗，
硅片1連同承載體從八工位去離子水清洗后進(jìn)入設(shè)有氮?dú)鉁囟葹?0(Γ120 的九工位離心甩干，而后下料。其中，鼓泡源為注入水中的高純氮?dú)狻Ｔ谇逑催^(guò)程中，五至八工位、后一工位清洗液槽的濃度將低于前一工位清洗液槽的濃度，為節(jié)約清洗用水，五、六、七、八工位清洗槽階梯設(shè)置，階梯溢流的階梯差為20mm，高純?nèi)ルx子水從八工位清洗槽注入，后一工位清洗槽高于前一工位清洗槽，后一工位清洗槽的去離子水溢流至前一工位清洗槽，至五工位清洗槽去離子水溢流超聲漂洗后直接排放。 這樣既保證了清洗的質(zhì)量，又節(jié)約了清洗用水；此外硅片1的清洗溫度從五工位至八工位逐步遞減，后一工位的清洗液溢流至前一工位，相當(dāng)于預(yù)熱，從而節(jié)省了前一工位預(yù)熱時(shí)間和能源的消耗。下面結(jié)合本發(fā)明的具體操作進(jìn)一步闡述本發(fā)明。將每個(gè)工位清潔干凈，然后，將一工位清洗槽內(nèi)加注滿軟化水，并調(diào)節(jié)進(jìn)水量至 10 20升/分鐘，同時(shí)，打開氮?dú)庠撮_關(guān)，調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量至5 15升/分鐘產(chǎn)生鼓泡待清洗；將二工位清洗槽內(nèi)加注入去離子水，加入的水量以高出硅片花籃2 5 cm為宜，配置 3 5%的HF酸溶液設(shè)定并升溫至25 或常溫)，同時(shí)，打開氮?dú)庠撮_關(guān)，調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量至3 10升/分鐘產(chǎn)生鼓泡待清洗；將二、三工位之間新增加工位清洗槽內(nèi)加注滿軟化水， 并調(diào)節(jié)進(jìn)水量至10 20升/分鐘，待清洗；將三工位清洗槽內(nèi)加注入去離子水，加入的水量以高出硅片花籃2 5 cm為宜，并加入8% 15%配比的堿性清洗劑，設(shè)定并升溫至45 65°C待清洗；將四工位清洗槽內(nèi)加注入去離子水，加入的水量以高出硅片花籃2 5 cm為宜，并加入8% 15%配比的堿性清洗劑，設(shè)定并升溫至45 65 待清洗；將五工位清洗槽內(nèi)加注滿去離子水，設(shè)定并升溫至60 75 待清洗；將六工位清洗槽內(nèi)加注滿去離子水， 設(shè)定并升溫至50 60 待清洗；將七工位清洗槽內(nèi)加注滿去離子水，設(shè)定并升溫至40 50°C待清洗；將八工位清洗槽內(nèi)加注滿去離子水，并調(diào)節(jié)進(jìn)水量至10 20升/分鐘，設(shè)定并升溫至35 40 待清洗。具體為將硅片1連同硅片1的承載花籃2、籃筐3放入一工位清洗槽內(nèi)，打開超聲波發(fā)生器電源開關(guān)，用軟化水、鼓泡和超聲溢流常溫漂洗3 5分鐘；時(shí)間到取出傳送到二工位清洗槽內(nèi)，打開超聲波發(fā)生器電源開關(guān)，用3 5%HF酸溶液加溫25 30 (或常溫)、 鼓泡和超聲清洗3 5分鐘，漂去掉硅片表面的自然氧化膜(SiO2)并除去硅片表面上的金屬沾污物；時(shí)間到取出傳送到新增加工位清洗槽內(nèi)，打開超聲波發(fā)生器電源開關(guān)，用軟化水和超聲溢流常溫漂洗3 5分鐘，對(duì)酸溶液超洗后的硅片進(jìn)行超聲溢流漂洗，避免酸液帶入后工位中，與堿性清洗液產(chǎn)生中和反應(yīng)，影響清洗液的使用效果和使用周期；時(shí)間到取出傳送到三工位清洗槽內(nèi)，打開超聲波發(fā)生器電源開關(guān)，用堿性清洗劑在45 65%、超聲清洗 3 5分鐘；時(shí)間到取出傳送到四工位清洗槽內(nèi)，打開超聲波發(fā)生器電源開關(guān)，用堿性清洗劑在45 65°C、超聲清洗3 5分鐘；三、四工位選用帶非離子型表面活性劑的堿性清洗液，加溫到45° 60 ,在超聲“空化”作用下產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊將Si片表面的硅屑、油污、金屬原子等污物撞擊下來(lái)，并利用堿的腐蝕性，絡(luò)合硅片表面的金屬離子，通過(guò)表面活性劑的乳化、分散作用，把粒子和油污帶離硅片表面，從而獲得好的清洗效果；時(shí)間到取出傳送到五工位清洗槽內(nèi)，打開超聲波發(fā)生器電源開關(guān)，水溫65 75 用六工位溢流來(lái)的循環(huán)去離子水超聲溢流漂洗3 5分鐘；時(shí)間到取出傳送到六工位清洗槽內(nèi)，打開超聲波發(fā)生器電源開關(guān)，水溫50 60 用七工位溢流來(lái)的循環(huán)去離子水、超聲溢流漂洗3 5分鐘；時(shí)間到取出傳送到七工位清洗槽內(nèi)，打開超聲波發(fā)生器電源開關(guān)，水溫40 50 用八工位溢流來(lái)的循環(huán)去離子水、超聲溢流漂洗3 5分鐘；時(shí)間到取出傳送到八工位清洗槽內(nèi)，打開超聲波發(fā)生器電源開關(guān)，30 40 的去離子水、超聲溢流漂洗3 5分鐘，五至八工位除去硅片表面的堿性清洗液成分和硅粉、細(xì)微顆粒、雜質(zhì)離子等，從而最終獲得潔凈的硅片表面； 時(shí)間到取出傳送至九工位甩干機(jī)內(nèi)，離心甩干后下料，即完成硅片的表面清洗。其中，一工位至五工位以及二工位與三工位之間新增加的工位，超聲頻率為25 28KHZ的，保證對(duì)粘附在硅片表面大的沾污顆粒產(chǎn)生有效除去。五工位至八工位超聲頻率為60 80KHZ的，保證對(duì)粘附在硅片表面細(xì)小的沾污顆粒產(chǎn)生有效除去。最終獲得完全除去硅片表面雜質(zhì)沾污的目的。而增強(qiáng)和提高超聲波功率往往有利于清洗效果的提高，但受
換能器體積和超聲清洗槽的實(shí)際有效使用面積的限制，本實(shí)施案例中超聲波功率為1.5 w/
2
cm ο為了驗(yàn)證使用效果，本發(fā)明申請(qǐng)人對(duì)太陽(yáng)能用切割硅片和二極管、三極管用研磨硅片使用本發(fā)明的清洗方法均作了反復(fù)的試驗(yàn)和推廣應(yīng)用，清洗后的產(chǎn)品經(jīng)提供給國(guó)內(nèi)外相關(guān)客戶工藝使用驗(yàn)證，在提高太陽(yáng)能片表面制絨質(zhì)量，消除硅整流二極管器件TRR沾污和三極管重?fù)诫s高溫長(zhǎng)時(shí)間硅襯底擴(kuò)散片粘連現(xiàn)象，均取得明顯和有效改善，得到客戶的滿意認(rèn)可。達(dá)到完全去除切割、研磨硅片表面雜質(zhì)沾污的目的。以上列舉的僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本發(fā)明申請(qǐng)人在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)多種不同規(guī)格型號(hào)的切割、研磨硅片，都使用本發(fā)明的方法進(jìn)行了推廣應(yīng)用，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.切割、研磨硅片表面清洗方法，將硅片連同硅片的承載體依次浸入下述工位并完成相應(yīng)的工序，設(shè)有軟化水和鼓泡的一工位清洗槽內(nèi)超聲溢流漂洗；設(shè)有酸溶液和鼓泡的二工位的清洗槽中超聲清洗；設(shè)有堿性清洗劑的三工位的清洗槽超聲溢流清洗；設(shè)有堿性清洗劑的四工位的清洗槽超聲清洗；設(shè)有去離子水的五至八工位清洗槽內(nèi)超聲溢流漂洗，其特征在于所述的硅片連同硅片的承載體從二工位的清洗槽超聲清洗后浸入設(shè)有軟化水工位的清洗槽超聲溢流漂洗后，再依次后浸入設(shè)有堿性清洗劑的三工位超聲溢流清洗、設(shè)有堿性清洗劑的四工位的清洗槽超聲清洗，然后，依次浸入五至八工位的高頻率超聲波設(shè)置的清洗槽中階梯循環(huán)溢流超聲漂洗；所述的硅片連同硅片的承載體從八工位去離子水清洗后進(jìn)入設(shè)有高純氮?dú)鉁囟葹?0(Γ120 的九工位離心甩干，而后下料。
2.如權(quán)利要求1所述的切割、研磨硅片表面清洗方法，其特征在于所述的鼓泡源為注入水中的高純氮?dú)狻?br> 3.如權(quán)利要求1所述的切割、研磨硅片表面清洗方法，其特征在于所述的五至八工位的清洗槽階梯溢流，去離子水從八工位的清洗槽注入，后一工位的清洗槽高于前一工位的清洗槽，后一工位的清洗槽的去離子水溢流至前一工位的清洗槽，五工位的清洗槽去離子水溢流直接排放。
4.如權(quán)利要求3所述的切割、研磨硅片表面清洗方法，其特征在于所述的階梯溢流階梯差為20mm。
5.如權(quán)利要求1所述的切割、研磨硅片表面清洗方法，其特征在于所述的酸溶液為HF 酸溶液。
6.如權(quán)利要求1所述的切割、研磨硅片表面清洗方法，其特征在于所述的酸溶液為 3^5%HF酸溶液。
7.如權(quán)利要求1所述的切割、研磨硅片表面清洗方法，其特征在于所述的三工位及四工位清洗槽內(nèi)清洗劑清洗溫度為45飛5°C。
8.如權(quán)利要求1所述的切割、研磨硅片表面清洗方法，其特征在于所述的超聲清洗槽全部工位的實(shí)際有效使用面積內(nèi)超聲波功率為1.5 w/cm2。
9.如權(quán)利要求1所述的切割、研磨硅片表面清洗方法，其特征在于所述的五工位至八工位超聲頻率為60 80KHZ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種切割、研磨硅片表面清洗方法，將硅片連同硅片的承載體依次浸入下述工位并完成相應(yīng)的過(guò)程清洗設(shè)有軟化水和鼓泡的一工位清洗槽內(nèi)超聲溢流漂洗等，本發(fā)明克服了酸與堿易產(chǎn)生中和反應(yīng)的問(wèn)題，使三工位和四工位的堿性清洗液PH值保持恒定，堿性清洗液的濃度保持穩(wěn)定，堿性清洗液的去污能力持久有效。通過(guò)本發(fā)明方法清洗的切割、研磨硅片，其表面潔凈度高，重復(fù)性好，色澤一致；避免產(chǎn)生花斑、發(fā)藍(lán)、發(fā)黑等氧化現(xiàn)象，經(jīng)清洗的硅片合格率高；同時(shí)，工藝規(guī)定的清洗量有效期內(nèi)中途不需要添加清洗液，操作簡(jiǎn)單，而清洗液的有效使用周期得到成倍提高，清洗成本明顯降低；清洗質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益獲得明顯提高。
文檔編號(hào)H01L21/67GK102412172SQ20111033866
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者汪貴發(fā), 蔣建松 申請(qǐng)人:浙江光益硅業(yè)科技有限公司