窄间隙介质阻挡放电清除硅片表面颗粒污染物

发布时间：2020-12-31 02:05

　　硅片清洗技术已成为制备高技术电子产品的关键技术。采用窄间隙介质阻挡放电方法研制了低温氧等离子体源,把氧离解、电离、离解电离成O、O^-、O⁺和O₂（a¹Δg）等低温氧等离子体,其中O^-和O₂（a¹Δg）活性粒子进一步反应形成高质量浓度臭氧气体,再溶于酸性超净水中,用于去除硅片表面颗粒污染物。实验结果表明:当等离子体源输入功率为300 W时,臭氧气体质量浓度最高为316 mg/L;高质量浓度臭氧气体溶于pH值为3.8的超净水中形成臭氧超净水,质量浓度为62.4 mg/L;在硅片清洗槽内,高质量浓度臭氧超净水仅用30 s就可去除硅片表面的Cu、Fe、Ca、Ni和Ti等金属颗粒物,去除率分别为98.4%、95.2%、88.4%、85.2%和64.1%。本方法与目前普遍使用的RCA清洗法相比,具有无需大剂量化学试剂和多种液体化学品、清洗工艺简单、投资及运行成本低等优势。因此,窄间隙介质阻挡放电清洗硅片表面颗粒污染物技术具有广阔的市场应用前景。 

【文章来源】：微纳电子技术. 2020年05期 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

窄间隙介质阻挡放电清洗硅片表面颗粒污染物工艺流程[10]

图1 窄间隙介质阻挡放电清洗硅片表面颗粒污染物工艺流程[10]采用德国生产的臭氧气体浓度检测仪器（BMT964C）在线观察臭氧气体的质量浓度，同时配套使用臭氧超净水浓度检测仪器（BMT964AQ）测定臭氧超净水的质量浓度，使用泰克示波器（TDS2012B）采集低温氧等离子体源在放电过程中的电流电压波形图。

低温氧等离子体源是采用窄间隙介质阻挡强电离放电技术研制的，由放电极、接地极、电介质层、绝缘子隔片及高频高压电源组成，如图3(a）所示，图中E/n为折合电场强度，单位为Td(1 Td=1×10-17 V/cm2),E为通道内电场强度（单位：kV/cm),n为气体数密度（单位：分子个数/cm3),E与n呈函数关系。放电极与接地极选用316 L不锈钢板加工制成；放电间隙是放电极与接地极之间形成的空间；电介质层材料选用粒径小于1μm的高纯度α-Al2O3晶粒，经反复轧制形成1.2 mm薄片，再经1 200℃高温热处理加工而成。由于上述电介质层材料与加工工艺的改进，能有效地抑制放电电流无限增大所形成的火花和弧光放电，缩短放电间隙距离，进而提高电离放电电场强度。由M.Bernie等人[11]的研究结果可知，放电间隙为0.1 mm的电子具有的平均能量为8.6 eV，比放电间隙为0.45 mm的电子提高1.8 eV左右，此时放电间隙内产生大量的空间电荷和电介质表面沉积的电荷聚集而形成微放电流光柱。单个微放电流光柱照片如图3(b）所示。本文研制的窄间隙（放电间隙0.1 mm）介质阻挡放电等离子体源与2015年白敏菂[10]研究的介质阻挡放电（放电间隙为0.45 mm）等离子体源区别在于电介质层材料及加工工艺的改进，放电间隙由原来的0.45 mm缩短至0.1 mm。图3(c）是输入电压为220 V、电流为2.3 A时等离子体源的电流电压波形图，对应的激励电压、电流、频率分别为6.6 kV、1 A、15 kHz，此时放电间隙的电场强度照片如图3(a）所示。低温氧等离子体源中微放电流光柱的大部分电子所具有的能量足以将O2离解、电离、离解电离成高浓度的低温氧等离子体。反应速率常数（k1、k2、k3和k4）决定等离子体化学反应过程，根据反应速率常数大小列出O2在微放电通道中形成O3的主要反应方程式为[12]


本文编号：2948734