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半导体电化学清洗IC硅衬底片有机物的研究 背景及意义 飞速发展的微电子、光电子产业离不开制造工艺切实有效的技术进步。在微电子、光电子制造过程中，几乎每道工序都涉及到清洗技术，而且电路的集成度越高，制造工序越多，所需的清洗工序也就越多。清洗步骤约占到整个制造过程的30%，成为了重复率最高的步骤。可以说，没有有效的清洗技术，就没有微电子、光电子等信息产业的今天。可见，清洗技术在微电子、光电子制造工艺中是至关重要的。 材料表面污染物的来源与危害 材料表面的污染实际上就是：有机物、固体颗粒和金属元素三种物理化学性质不同的污染物，以原子、离子、分子、颗粒或膜的形式，物理吸附或者化学吸附于材料表面上。本文着重讨论有机污染物去除。 有机污染物通常以分子形式存在于材料表面，具有代表性的有机污染物为：油污、蜡质、树脂、光刻胶和有机溶剂等有机杂质。表面存在的有机污染物会导致很多问题。另外，非水溶性有机杂质还能阻碍表面吸附颗粒和金属杂质的转移，降低清洗的综合效果。材料表面清洗工艺中，有机污染物的去除为首要步骤。 清洗技术的现状与存在问题 湿法清洗技术应用较多的是RCA技术。它从提出至今已有四十多年的历史，虽经过诸多改进，但其基本体系却一直没有发生重大变化。主要存在以下技术问题： ①步骤多，消耗超纯水和化学试剂多，成本高； ②使用强酸强碱和强氧化剂，操作危险； ③试剂易分解、挥发，有刺激性气味，使用时必须通风； ④污染性废水排放量大，存在较严重的环保问题。 干法清洗技术最大的优点在于清洗后无废液，对环境的污染较小，而且有的干法技术专门针对某一污染物的清洗效果十分突出。但由于其中很多技术还处于开发阶段，存在这样或那样的技术问题，目前干法化学清洗技术还不能完全取代湿法化学清洗技术，只能在某些特定清洗步骤中作为有力的补充清洗处理。 清洗技术进一步发展的方向 湿法化学清洗技术由于有较多的方案可供选用，对杂质的和基体的选择性好，可将杂质清洗到非常低水平的诸多优势，使其在清洗技术中一直占主导地位，目前的研究重点主要放在开发新型湿法化学清洗技术上。 本论文的工作设想及研究内容 1.应用新型的清洗方法：金刚石膜电化清洗方法。 2.确定清洗实验装置，对清洗过程中的各项影响参数，如超声、温度和清洗时间等进行研究。 3.简化工艺，对比清洗过程中加电极循环与不加电极的效果。 4. 研究了太阳能电池硅衬底表面的清洗，检测其清洗效果。 金刚石的电学性能 金刚石具有许多优异的性质，在高技术领域具有十分广阔的应用前景。它是制作高可靠性、抗辐射半导体器件的理想材料 。 人造金刚石的研究进展 由于天然金刚石稀少，开采困难，价格昂贵，未能得到广泛应用。 经过几十年的研究，人造金刚石的技术得到发展。20 世纪 90 年代初，化学气相沉积金刚石膜的技术水平已相当发高。人们开始研究金刚石膜的掺杂以及经过掺杂改性后金刚石膜的性质及其应用。 CVD 金刚石膜制备方法简介 热丝化学气相沉积方法 微波 PCVD 法 直流等离子体喷射CVD 法 掺硼金刚石膜电极的电化学特性 宽电势窗口。使其具有处理有机物范围宽广的电化学特性。 低背景电流。产生相同的氧化还原电流时所需的电压小,能耗低。 优异的物理及化学稳定性 。具有非常好的自净能力。 综上所述，掺硼金刚石膜可以成为很好的惰性电极材料。 金刚石膜电-化清洗方法 现行的污染物清洗技术，针对有机污染物的清洗去除原理，总体上可分为以下几种： （1）溶解原理：即“相似相容原理”。 （2）表面活性剂的去污悬浮机理。 （3）氧化分解原理。 金刚石膜电-化学清洗技术基本原理 （1）氧化分解原理：利用金刚石膜电极作为阳极，电解磷酸盐，使溶液体系产生高浓度的强氧化性物质，再由产生的强氧化物把材料表面的有机污染物初级氧化分解为易溶于水的小分子物质。 （2）表面活性剂的去污悬浮原理：在专用的水基清洗液中，添加有效的耐氧化和非离子型表面活性剂和渗透剂，起到降低表面张力、渗透剥离有机污染物膜层和悬浮破碎有机物残渣的作用。 （3）溶解原理：表面活性剂与大多数有机物污染物结构类似，可起到部分溶解的作用。 金刚石膜电化清洗方法的讨论 采用硼掺杂金刚石膜，能够长时间保持稳定的氧化能力。通过电解产生强氧化物质实现对有机污染物的氧化分解，配合专用清洗剂使用能有效去除固体材料表面及狭缝、盲孔中残留的有机物达到极好的清洗效果。省去了大量化学试剂和超纯水，并节省了大量能源，而且工艺简单，成本低，操作方便，满足环保要求。 电解液氧化强度的表征 配制标准浓度的高锰酸钾溶液与硫酸亚铁溶液。用硫酸亚铁溶液标定高锰酸钾溶液。取定量的硫酸亚铁溶液，用定量的电解液进行氧化。然后用高锰酸钾溶液氧化剩余的硫酸亚铁溶液。通过换算，可以用二价铁离子的摩尔浓度表征电解液的氧化能力