一种基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法与流程

1.本发明涉及硅片加工技术领域，尤其涉及一种基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法。


背景技术：

2.采用喷砂法使硅片背面形成软损伤，从而实现其金属吸除性能。背面损伤是通过对硅片背面的机械损伤，使硅片具有非本证的吸杂能力，这些损伤可以在ic工艺中作为吸除杂质的陷阱。
3.喷砂法是一种较常见的背面软损伤工艺，采用一定粒径的颗粒与水混合形成砂浆，利用气压带动砂浆对移动中的硅片进行喷砂，以达到在硅片背面形成“软”损伤的方法。基于小尺寸硅片产品，背损伤吸杂工艺具有成本低、加工工艺稳定、制备产量大等优点，至今仍是小尺寸硅片产品的主流吸杂工艺之一。
4.但是喷砂工艺带来的问题是人为增加硅片表面的颗粒污染，这些颗粒以喷砂颗粒以及打碎的表面硅颗粒为主，主要影响到硅片的背面成膜均一性，硅片正面的洁净度，从而影响器件的表面的导电性、氧化物的完整性和其他器件稳定性参数,这是造成器件失效的主要原因。在生产线上，来自上工序的硅片表面污染，会对下工序产生实际的二级污染。
5.背面软损伤工艺后硅片表面的颗粒残留粒径有所不同，从十几个微米到几个微米都有分布，由于背损伤后硅片表面存在微小硅颗粒残留，现有的超声洗净设备超声频率单一，而单一频率下形成的超声空化效应难以将不同粒径的颗粒去除，同时硅片表面因颗粒的存在，其表面的湿化及表面浸润程度在背面软损伤工艺后较低，在液体中增加了去除颗粒的难度。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供了一种清洁效果更优的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法。
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现。
8.本技术提供了一种基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，包括：
9.调配混合清洗药液，hf浓度10％，非离子表面活性剂浓度0.01％～0.1％；
10.执行低频清洗时段，清洗过程中超声频率采用30～60hz；
11.执行高频清洗时段，清洗过程中超声频率采用100～150hz；
12.其中，低频清洗时段的执行时长大于高频清洗时段的执行时长。
13.进一步限定，上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其中，所述非离子表面活性剂采用壬基酚的聚氧乙烯醚、辛基酚的聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、仲醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。
14.进一步限定，上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其中，先执行第一低频清洗时段，于第一低频清洗时段终止下执行高频清洗时段，于所述高频清洗时段终止下
执行第二低清洗时段；
15.其中，所述第一低频清洗时段与第二低频清洗时段的执行时长之和大于高频清洗时段的执行时长。
16.进一步限定，上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其中，于所示高频清洗时段的执行过程中，执行所述低频清洗时段。
17.进一步限定，上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其中，所述低频清洗时段中采用超声频率为40khz。
18.进一步限定，上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其中，所述高频清洗时段中采用超声频率为120khz。
19.进一步限定，上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其中，所述低频清洗时段和/或高频清洗时段中采用的超声功率为1800w。
20.进一步限定，上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其中，所述低频清洗时段、高频清洗时段执行完毕后还包括工件清洗效果检测。
21.进一步限定，上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其中，所述工件清洗效果检测具体为：
22.获取单位面积内g型颗粒、s型颗粒的分布密度；
23.将所述g型颗粒、s型颗粒的分布密度结果分别与预设标准值对比；
24.基于对比结果再次执行对应的高频清洗时段和/或低频清洗时段；
25.其中，所述g型颗粒的粒径集中在3.46μm，所述s型颗粒的粒径集中在10.9μm，所述高频清洗时段针对g型颗粒，所述低频清洗时段针对s型颗粒。
26.进一步限定，上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其中，还包括：
27.基于对比结果对应调整高频清洗时段和/或低频清洗时段的执行时长。
28.本发明至少具有以下有益效果：
29.1、针对1～10微米和10～20微米两种粒径的颗粒，利用混合频率下音波波长不同的特性，锁定不同粒径的颗粒并利用超声空化泡将其去除，保证了清洁的全面性，有效增强硅片表面颗粒的去除效果；
30.2、在混合清洗药液内引入混合非离子表面活性剂，提高硅片表面在液体中的浸润程度，降低颗粒的去除难度，从而进一步提高清洁效果；
31.3、低频清洗时段的执行时长大于高频清洗时段的执行时长，从而使得对10～20微米粒径的颗粒于获得更好的清洗效果；
32.4、在一时段内同时执行低频清洗以及高频清洗，由于波束叠加效应，高频和低频超声波在工件上相互叠加，即两个频率的超声波在特定区域会形成干涉和加和效应，导致更强的声压和能量聚焦，从而提高清洗效果。
附图说明
33.图1为本技术实施例基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法的流程图；
34.图2为本技术实施例基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法中超声清洁的原理图。
具体实施方式
35.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域
36.普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
38.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例提供的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法进行详细地说明。
39.如图1所示，本技术实施例提供了一种基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，包括：
40.s1、调配混合清洗药液，hf浓度10％，非离子表面活性剂浓度0.01％～0.1％；
41.s2、执行低频清洗时段，清洗过程中超声频率采用30～60hz，纯水溢流量为10l/min；
42.s3、执行高频清洗时段，清洗过程中超声频率采用100～150hz，纯水溢流量为10l/min；
43.s4、高频清洗时段终止，再次执行或延续执行s2中的低频清洗时段。
44.可以理解的是，超声波清洗机原理主要是通过换能器，将功率超声频源的声能转换成机械振动，通过清洗槽壁将超声波辐射到槽子中的清洗液，由于受到超声波的辐射，使槽内液体中的微气泡能够在声波的作用下从而保持振动，破坏污物与清洗件表面的吸附，引起污物层的疲劳破坏而被剥离，气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，如图2所示，在超声清洗过程中，由于超声波产生的真空泡在压力波动的影响下经历了由小变大的成长段以及压缩内爆段后，形成冲击波段，并在冲击波的扰动下形成清洁工件表面的涡流段，通过涡流和微小气泡的产生和破裂过程，可以帮助物理和化学清洁剂更好地与污垢接触，从而提高清洗效果。
45.其中，在步骤s1中，非离子表面活性剂可以为壬基酚的聚氧乙烯醚、辛基酚的聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、仲醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。
46.可以理解的是，由于硅片为酸腐蚀后的硅片，表面常呈现疏水性，通过非离子表面活性剂能够使硅片表面得到湿化，从而提升硅片在溶液中的浸润度。
47.其中，在步骤s2中，由于采用喷砂法使硅片背面形成软损伤后，硅片所残留的颗粒为sio2微粉，残留颗粒中g型颗粒(角状颗粒)粒径集中在3.46μm，s型颗粒(球状颗粒)粒径集中在10.9μm，通过30～60hz频段的超声波，能够利用液体中的超声空化效应去除硅片表面10～20微米的s型颗粒。
48.其中，在步骤s3中，通过100～150hz频段的超声波，能够利用液体中的超声空化效应去除硅片表面1～10微米的g型颗粒。
49.可以理解的是，步骤s2、s3能够同时执行，即在一时段内通过低频超声装置以及高频超声装置同时发射超声波，此时由于波束叠加效应，高频和低频超声波在工件上相互叠加，即两个频率的超声波在特定区域会形成干涉和加和效应，导致更强的声压和能量聚焦，从而提高清洗效果。
50.其中，当步骤s2、s3同时执行时，步骤s4中执行的低频清洗时段表现为步骤s2相比于步骤s3清洗时段的延长，因为低频超声波具有较长的波长和较低的能量密度，通常需要较长的清洗时长以获得更好的清洗效果。
51.本技术实施例中，采用上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，针对1～10微米和10～20微米两种粒径的颗粒，利用混合频率下音波波长不同的特性，锁定不同粒径的颗粒并利用超声空化泡将其去除，保证了清洁的全面性，有效增强硅片表面颗粒的去除效果，同时在混合清洗药液内引入混合非离子表面活性剂，提高硅片表面在液体中的浸润程度，降低颗粒的去除难度，从而进一步提高清洁效果。
52.在一种较佳的实施方式中，步骤s2中低频清洗时段的执行时长大于步骤s3中高频清洗时段的执行时长。
53.在一种较佳的实施方式中，低频清洗时段中采用的超声功率为1800w，超声频率使采用40khz。
54.在一种较佳的实施方式中，高频清洗时段中采用的超声功率为1800w，超声频率使采用120khz。
55.本技术实施例中，采用上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，利用混合频率下音波波长不同的特性，锁定不同粒径的颗粒并利用超声空化泡将其去除，使用40khz超声波去除硅片表面10～20微米的较大颗粒，使用120khz超声波去除硅片表面1～10微米的较小颗粒。
56.在一种较佳的实施方式中，如图1所示，步骤s4之后还包括：
57.s5、工件清洗效果检测，未达到预期标准则再次执行步骤2至步骤4中的清洗流程。
58.其中，硅片表面的颗粒检测方法为获取单位面积内g型颗粒、s型颗粒的分布密度，可以理解的是，检测结果中两种粒径颗粒的分布情况单独对比，基于检测结果调整步骤2至步骤4中相关频率时段的时长，同时，两种粒径颗粒基于检测结果针对性执行低频清洗或者高频清洗，从而节省硅片清洁过程中的能源消耗。
59.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本技术实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
60.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员
在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。

技术特征：
1.一种基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其特征在于，包括：调配混合清洗药液，hf浓度10％，非离子表面活性剂浓度0.01％～0.1％；执行低频清洗时段，清洗过程中超声频率采用30～60hz；执行高频清洗时段，清洗过程中超声频率采用100～150hz；其中，低频清洗时段的执行时长大于高频清洗时段的执行时长。2.根据权利要求1所述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其特征在于，所述非离子表面活性剂采用壬基酚的聚氧乙烯醚、辛基酚的聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、仲醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其特征在于，先执行第一低频清洗时段，于第一低频清洗时段终止下执行高频清洗时段，于所述高频清洗时段终止下执行第二低清洗时段；其中，所述第一低频清洗时段与第二低频清洗时段的执行时长之和大于高频清洗时段的执行时长。4.根据权利要求1所述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其特征在于，于所示高频清洗时段的执行过程中，执行所述低频清洗时段。5.根据权利要求1至4任一项所述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其特征在于，所述低频清洗时段中采用超声频率为40khz。6.根据权利要求1至4任一项所述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其特征在于，所述高频清洗时段中采用超声频率为120khz。7.根据权利要求1至4任一项所述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其特征在于，所述低频清洗时段和/或高频清洗时段中采用的超声功率为1800w。8.根据权利要求1所述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其特征在于，所述低频清洗时段、高频清洗时段执行完毕后还包括工件清洗效果检测。9.根据权利要求8所述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其特征在于，所述工件清洗效果检测具体为：获取单位面积内g型颗粒、s型颗粒的分布密度；将所述g型颗粒、s型颗粒的分布密度结果分别与预设标准值对比；基于对比结果再次执行对应的高频清洗时段和/或低频清洗时段；其中，所述g型颗粒的粒径集中在3.46μm，所述s型颗粒的粒径集中在10.9μm，所述高频清洗时段针对g型颗粒，所述低频清洗时段针对s型颗粒。10.根据权利要求9所述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，其特征在于，还包括：基于对比结果对应调整高频清洗时段和/或低频清洗时段的执行时长。

技术总结
本申请公开了一种基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，包括调配混合清洗药液，非离子表面活性剂浓度0.01％～0.1％；执行低频清洗时段以及高频清洗时段，本申请实施例中，采用上述的基于混频超声的硅片表面颗粒去除方法，针对1～10微米和10～20微米两种粒径的颗粒，利用混合频率下音波波长不同的特性，锁定不同粒径的颗粒并利用超声空化泡将其去除，保证了清洁的全面性，有效增强硅片表面颗粒的去除效果，同时在混合清洗药液内引入混合非离子表面活性剂，提高硅片表面在液体中的浸润程度，降低颗粒的去除难度，从而进一步提高清洁效果。效果。效果。


技术研发人员：苏利军 洪漪 王建华
受保护的技术使用者：上海中欣晶圆半导体科技有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/10/6