电子清洗剂在纸源扩散工艺中的应用研究

摘 要：采用新型电子清洗剂代替传统的化学酸清洗，成功地制造出晶闸管，试验表明采用电子清洗剂具有操作简单、性能可靠、成本低、对环境无污染、对人体无害等优点，具有推广价值。

【关键词】电子清洗剂 纸源扩散 清洗工艺 改进

1 前言

在晶体管和集成电路生产中，几乎每道工序都有化学清洗的问题，化学清洗的好坏对器件性能有严重的影响，处理不当可使全部硅片报废，做不出管子来，或者制造出性能低劣，稳定性、可靠性很差的器件，本文着重介绍电子清洗剂代替普通的化学酸在硅片扩散前的清洗工艺。

众所周知，历年来大功率半导体器件的制造都采用传统的化学酸清洗工艺，即采用H2SO4、H2O2、NH4OH、盐酸、硝酸等化学试剂单独或按一定比例配制而成的清洗溶液进行化学酸清洗。采用这种传统的清洗工艺和方法，虽能满足器件电压和电流特性的要求；但有明显的不足之处。一是化学酸清洗成本高；二是污染严重，通常化学酸清洗的废气排空，废酸液排入下水道或地下，对环境造成严重污染；三是对操作者人体伤害。因此改进传统的化学酸清洗工艺和方法，采用既简单又能保证器件电压和电流特性的清洗方法是器件设计和制造者努力探索及研究的目标。

目前多数厂家都使用了一种新型的电子清洗剂，代替了传统化学酸清洗，实现了电力电子器件的无酸清洗化，这种电子清洗剂具有操作简单、性能可靠、成本低、对环境无污染、对人体无害等优点，试验表明采用该清洗剂制造出的电力半导体器件能够满足电力半导体器件标准的要求。

2 电子清洗剂清洗原理

大家知道，硅片表面上沾污的杂质可分为三种类型，即分子型、离子型和原子型。分子型杂质主要是油醋类分子，依靠物理的静电引力吸附在硅片表面上；离子型和原子型杂质主要是钾、钠、铜、银、金等金属离子或原子依靠化学键力或者范德华力吸附在硅片表面上。按常规清洗工艺，必须采用甲苯、丙酮等有机溶液来去除沾污在硅片表面上的油污，用盐酸、硝酸、硫酸等去除沾污在硅片表面上的金属离子或原子。为满足清洗油醋类分子及金属离子和原子型杂质的需要，采用了两种电子清洗剂即DZ-1和DZ-2。这两种清洗剂都是中性清洗剂，DZ-1是用于去除沾污在硅片表面上的油污，DZ-2是用于去除沾污在硅片表面上的金属原子或离子，这两种清洗剂的基本工作原理如下：

（1）DZ-1的去油污原理。DZ-1的主要成份是12醇聚乙二醇醚，其分子成为C12H25-O- （ CH2CH2O） n H式中n为6-30的正整数，在12醇聚乙二醇醚分子结构中既含有与油醋分子结构的相似的亲油基，如C12H25，又含有与水分子结构相似的亲水基，如O- （ CH2CH2O）nH硅片表面上沾污的油醋分子与水分子之间存在有相互排斥的分界面，清洗时亲油基能够吸附在油分子与水分子的界面上，产生乳化增溶作用。所谓乳化是指在乳化剂的作用下，两种互不相溶的液体混合在一起，一种液体以细微滴珠的形状分散在另一种液体中，使溶液呈乳浊状态，实际上丙酮等有机类溶剂在去油过程中也起到了乳化剂的作用。乳化后的油醋分子被乳化剂包裹在里面不再吸附于硅表面，可用去离子水冲洗干净，从而达到去除油污的目的。这就是电子清洗剂DZ-1去油污的基本原理。

（2）DZ-2的去金属离子或原子原理：DZ-2的主要成份是12烷基醇酞胺磷酸脂，充当络合剂的作用。它含有提供配位体的氮和氧，能与金属离子或原子形或络合物。络合物也叫分子间化合物，在络合物分子中有一个叫络离子形或体的离子占据中心叫中心离子，在中心离子周围直接配位着一些负电荷离子或分子，这些离子或分子叫配位体。配位体对金属离子或原子的吸引力大于金属离子或原子与硅片表面之间的吸引力，从而形成了能溶于水的络合物，这些络合物可用大量的去离子水冲洗干净，从而达到去除金属离子或原子的目的。这就是电子清洗剂DZ-2去金属离子或原子的基本原理。

3 实验验证及测试结果

纸源扩散前的清洗试验：取常规生产用的原始单晶硅片，经超沙后采用DZ-1. DZ-2清洗，其清洗工艺如下：DZ-1清洗液的配制比例是：

DZ-1清洗剂：去离子水=5毫升：95毫升

同样DZ-2清洗液的配制比例也是：

DZ-2清洗剂：去离子水=5毫升：95毫升

将配制好的DZ-1清洗液，倒入石英烧杯中，清洗液应浸没过硅片为宜，然后将石英烧杯置于超声波发生器中（槽中应加适量的去离子水）进行超声清洗5-10分钟左右，倒掉清洗液，用热去离子水冲洗2分钟左右；接着用DZ-2清洗液进行超声波清洗5-10分钟左右，然后用热去离子水冲洗3分钟左右；再用热去离子超声3分钟左右，用热去离子水冲洗5分钟；热去离子水超声3分钟左右，再用热去离子水冲洗以冲净为宜。

清洗后的硅片进行纸源扩散，扩散后测试电压、反恢和高温特性，并与同一批按传统化学酸清洗后进行纸源扩散的硅片作比较，其结果如表1：

为了验证在纸源扩散清洗工艺中采用电子清洗剂制造的2cz系列产品的各项参数指标，还进行了下面的实验和验证：

1.进行室温和结温下的电压测试；

2.进行高温老化，一批50只全部通过试验；

3.进行dv/dt、di/dt测试，dv/dt=500v di/dt=80uA/us

4 进行正向压降测试。

以上四项的测试结果全部符合要求，其数据不再罗列。由此可以看出，电子表清洗剂清洗的硅片满足器件的各项特性要求。

5结论

通过上述试验和测试结果来看，电子清洗剂清洗的器件特性与化学酸清洗的器件特性基本一致。而且电子清洗剂具有操作简单、性能可靠、成本低、对环境无污染、对操作者人体无害等优点。而且其成本也只有化学酸清洗的1/10左右，故而经济效益明显。该方法是降低成本、提高产品质量、创造经济效益的好途径，值得各生产企业推广使用。

参考文献

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[3] 王卫东，黄澎，阳铁强.电力工程施工现场临时用电安全技术应用探讨[J].中国科技成果，2010（23）.

作者简介

袁平（1968-），女，工学学士，电子工程师，质量工程师。主要从事二极管、三极管管芯的生产和研究。

作者单位

江苏省扬州市四菱电子有限公司 江苏省扬州市 225001