4 基片清洗膜

1、1第四章第四章 支撐膜的基片處理支撐膜的基片處理 薄膜涂層必須與基片緊密結(jié)合。薄膜涂層必須與基片緊密結(jié)合。一、一、 基片類型基片類型1、 普通普通玻璃玻璃 Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或或 Na2OCaO6SiO2 、 Na2SiO3玻璃是一種透明的具有平滑表面的穩(wěn)定性材料，可以玻璃是一種透明的具有平滑表面的穩(wěn)定性材料，可以在小于在小于500的溫度下使用。玻璃的熱性質(zhì)和化學(xué)性的溫度下使用。玻璃的熱性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)隨其成分不同而有明顯變化。不同廠家生產(chǎn)的玻璃質(zhì)隨其成分不同而有明顯變化。不同廠家生產(chǎn)的玻璃基片的精確組成有所不同基片的精確組成有所不同 .2 石英石英玻璃玻璃（SiO2）在化學(xué)

2、在化學(xué)耐久耐久性、性、耐熱耐熱性和性和耐耐熱沖擊熱沖擊性方面都是最優(yōu)異的。性方面都是最優(yōu)異的。 普通玻璃板和顯微鏡鏡片玻璃是堿石灰系玻璃，普通玻璃板和顯微鏡鏡片玻璃是堿石灰系玻璃，易熔化和成型，但膨脹系數(shù)大?？梢詫⑵胀úＲ兹刍统尚?，但膨脹系數(shù)大?？梢詫⑵胀úＡО逯械牧О逯械腘a2O置換成置換成B2O3，以減小其膨脹系數(shù)。，以減小其膨脹系數(shù)。 硅酸鹽硅酸鹽玻璃的玻璃的膨脹系數(shù)較小膨脹系數(shù)較?。ǖ湫彤a(chǎn)品）。（典型產(chǎn)品）。3 石英玻璃石英玻璃42、 陶瓷基片陶瓷基片 氧化鋁基片氧化鋁基片 氧化鋁是很好的氧化鋁是很好的耐熱耐熱材料，材料，機械強度高機械強度高， 其其介電常數(shù)大，但性能隨其純度提高而改

3、善介電常數(shù)大，但性能隨其純度提高而改善。 基片必備的通孔、凹孔和裝配各種電子器件、基片必備的通孔、凹孔和裝配各種電子器件、接頭所用，不易配封接材料。接頭所用，不易配封接材料。5 多層基片多層基片 為縮短大規(guī)模集成電路組裝件的為縮短大規(guī)模集成電路組裝件的延遲時間延遲時間，在，在陶瓷基片上高密度集成大規(guī)模集成電路的許多陶瓷基片上高密度集成大規(guī)模集成電路的許多芯片，芯片，芯片芯片間的間的布線布線配置于陶瓷基片配置于陶瓷基片內(nèi)部內(nèi)部和陶和陶瓷片瓷片上部上部。若將這些布線。若將這些布線多層化多層化、高密度化高密度化，則布線長度變短，延遲時間也會縮短。則布線長度變短，延遲時間也會縮短。 基片上的多層布線常

4、采用基片上的多層布線常采用疊層法疊層法，包括厚膜疊，包括厚膜疊層印刷法或薄膜疊層法，層印刷法或薄膜疊層法， 6 鎂橄欖石基片鎂橄欖石基片 鎂橄欖石鎂橄欖石( 2MgOSiO2 ) 具有高頻下介電損耗小、具有高頻下介電損耗小、絕緣絕緣電阻大電阻大的特性，它易獲得的特性，它易獲得光潔光潔表面，因此可表面，因此可以作為金屬薄膜電阻、碳膜電阻和纏繞電阻的基以作為金屬薄膜電阻、碳膜電阻和纏繞電阻的基片或芯體，還可以作為晶體管基極和集成電路基片或芯體，還可以作為晶體管基極和集成電路基片，其片，其介電常數(shù)比氧化鋁小，因此信號傳送的延介電常數(shù)比氧化鋁小，因此信號傳送的延遲時間短遲時間短。其膨脹系數(shù)接近玻璃板和

5、大多數(shù)金屬，。其膨脹系數(shù)接近玻璃板和大多數(shù)金屬，且隨其組成發(fā)生變化，因此它不同于氧化鋁，很且隨其組成發(fā)生變化，因此它不同于氧化鋁，很容易選擇匹配的氣密封接材料容易選擇匹配的氣密封接材料。7 碳化硅基片碳化硅基片 高導(dǎo)熱絕緣碳化硅熱導(dǎo)率數(shù)高導(dǎo)熱絕緣碳化硅熱導(dǎo)率數(shù) 25 4.53Wm和高電阻率和高電阻率(25 1013cm)的的優(yōu)優(yōu)異材料?？箯潖姰惒牧??？箯潖姸群蛷椥韵禂?shù)大，熱脹系數(shù)度和彈性系數(shù)大，熱脹系數(shù)25400下為下為3.710-6，適于裝載大型元件。，適于裝載大型元件。 缺點缺點：SiC 的的介電常數(shù)較大介電常數(shù)較大約為約為 40（長），碳化硅（長），碳化硅信號延遲時間為氧化鋁的二倍。可以

6、用信號延遲時間為氧化鋁的二倍?？梢杂肅u、Ni 使使碳化硅金屬化，開發(fā)出許多應(yīng)用領(lǐng)域，如集成電路碳化硅金屬化，開發(fā)出許多應(yīng)用領(lǐng)域，如集成電路基片和封裝等?；头庋b等。83、 單晶體基片單晶體基片 單晶體基片對外延生長膜的形成起著重要作用。單晶體基片對外延生長膜的形成起著重要作用。實際上人們需要各種實際上人們需要各種外延膜外延膜，但外延法制作的薄，但外延法制作的薄膜的許多性能是由所用的單晶體基片決定的。特膜的許多性能是由所用的單晶體基片決定的。特別是為了能在別是為了能在高溫基片上生長外延膜高溫基片上生長外延膜，需要很好，需要很好的了解單晶體基片的熱性質(zhì)。的了解單晶體基片的熱性質(zhì)。 基片晶體由于

7、基片晶體由于各向異性會產(chǎn)生裂紋各向異性會產(chǎn)生裂紋，基片與薄膜，基片與薄膜間的間的熱膨脹系數(shù)相差很大熱膨脹系數(shù)相差很大時，會在薄膜內(nèi)殘留大時，會在薄膜內(nèi)殘留大的應(yīng)力，這樣使薄膜的耐用性顯著下降。的應(yīng)力，這樣使薄膜的耐用性顯著下降。 氣相外延氣相外延工藝。圖工藝。圖1為硅為硅(Si)氣相外延裝置原理。氣相外延裝置原理。氫氫(H2)氣攜帶四氯化硅氣攜帶四氯化硅(SiCl4)或三氯氫硅或三氯氫硅(SiHCl3)、硅烷、硅烷(SiH4)或二氯氫硅或二氯氫硅(SiH2Cl2)等進入置有硅襯等進入置有硅襯底的反應(yīng)室，在反應(yīng)室進行高溫化學(xué)反應(yīng)，使含底的反應(yīng)室，在反應(yīng)室進行高溫化學(xué)反應(yīng)，使含硅反應(yīng)氣體硅反應(yīng)氣體

8、還原還原或或熱分解熱分解，所產(chǎn)生的，所產(chǎn)生的硅原子在襯硅原子在襯底硅表面上外延生長底硅表面上外延生長。硅片外延生長時，常需要。硅片外延生長時，常需要控制摻雜，以保證控制電阻率。控制摻雜，以保證控制電阻率。N型外延層所用型外延層所用的摻雜劑一般為磷烷的摻雜劑一般為磷烷(PH3)或三氯化磷或三氯化磷(PCl3);P型型的為乙硼烷的為乙硼烷(B2H6)或三氯化硼或三氯化硼(BCl3)等。等。9 同質(zhì)外延膜同質(zhì)外延膜： 在同一材料上生在同一材料上生長同質(zhì)外延薄膜長同質(zhì)外延薄膜是層狀生長型。是層狀生長型。 異質(zhì)外延膜異質(zhì)外延膜在不在不同材料上生長異同材料上生長異質(zhì)外延薄膜可是質(zhì)外延薄膜可是層狀生長型也有

9、層狀生長型也有島狀生長型島狀生長型10 LED（發(fā)光二極（發(fā)光二極管 Light-Emitting Diode ） 外延片生長的基本原理是：在適當(dāng)溫度的襯底基外延片生長的基本原理是：在適當(dāng)溫度的襯底基片片(主要有藍寶石主要有藍寶石“Al2O3 ”和、和、SiC、Si) 上，氣上，氣態(tài)物質(zhì)態(tài)物質(zhì)I nGaAlP 有控制的輸送到襯底表面，生長有控制的輸送到襯底表面，生長出特定單晶薄膜。目前出特定單晶薄膜。目前LED外延片生長技術(shù)主要外延片生長技術(shù)主要采用采用有機金屬化學(xué)氣相沉積方法有機金屬化學(xué)氣相沉積方法11124、 金屬基片金屬基片 在金屬基片上制備薄膜的目的在于獲得在金屬基片上制備薄膜的目的在

10、于獲得保護性和保護性和功能性薄膜功能性薄膜，以及，以及裝飾性薄膜裝飾性薄膜。采用的金屬基片。采用的金屬基片的種類也日益多樣化，作為基片的金屬材料包括的種類也日益多樣化，作為基片的金屬材料包括黑色金屬、有色金屬、電磁材料、原子反應(yīng)堆用黑色金屬、有色金屬、電磁材料、原子反應(yīng)堆用材料、燒結(jié)材料、非晶態(tài)合金和復(fù)合材料等。材料、燒結(jié)材料、非晶態(tài)合金和復(fù)合材料等。 13二、二、 基片的清洗基片的清洗 薄膜基片的清洗方法應(yīng)根據(jù)薄膜生長方法和薄薄膜基片的清洗方法應(yīng)根據(jù)薄膜生長方法和薄膜使用目的而定。這是因為基片的表面狀態(tài)嚴膜使用目的而定。這是因為基片的表面狀態(tài)嚴重影響基片上生長出的薄膜結(jié)構(gòu)和薄膜物理性重影響基

11、片上生長出的薄膜結(jié)構(gòu)和薄膜物理性質(zhì)。質(zhì)。 基片清洗方法一般分為去除基片表面上基片清洗方法一般分為去除基片表面上物理物理附著附著的污物的清洗方法和去除的污物的清洗方法和去除化學(xué)化學(xué)附著附著的的污物的清洗方法。污物的清洗方法。14 要使基片表面僅由基片物質(zhì)構(gòu)成，對于半導(dǎo)體要使基片表面僅由基片物質(zhì)構(gòu)成，對于半導(dǎo)體基片，則需要采用反復(fù)的基片，則需要采用反復(fù)的離子離子轟擊轟擊和和熱熱處理處理方方法，也可以采用真空解理法。但是考慮氣體吸法，也可以采用真空解理法。但是考慮氣體吸附情況時，這樣獲得的基片表面即使是在超高附情況時，這樣獲得的基片表面即使是在超高真空中也是不穩(wěn)定的，所以，清洗基片，真空中也是不穩(wěn)定

12、的，所以，清洗基片，必須必須根據(jù)實驗?zāi)康臄喽ㄇ逑吹绞裁闯潭炔攀呛线m的根據(jù)實驗?zāi)康臄喽ㄇ逑吹绞裁闯潭炔攀呛线m的。由于基材種類不同，表面清洗和處理方法也不由于基材種類不同，表面清洗和處理方法也不一樣。對于基材來說，一樣。對于基材來說，清洗的清洗的方法方法有：有：15（1） 水洗水洗 去掉表面的塵土和可溶性及易脫落雜物；去掉表面的塵土和可溶性及易脫落雜物； 必要時用必要時用鉻酸洗液鉻酸洗液清洗。鉻酸洗液有強氧化性，可清洗。鉻酸洗液有強氧化性，可除掉油污和有機物及其他雜質(zhì)。除掉油污和有機物及其他雜質(zhì)。 有時用有時用NH4F 或或 HF 稀溶液浸泡玻璃，使之發(fā)生化稀溶液浸泡玻璃，使之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新的

13、玻璃表面；再用學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新的玻璃表面；再用水或離子水水或離子水洗去鉻洗去鉻酸洗液或氟化物溶解物；（凈玻璃板豎放時，應(yīng)該酸洗液或氟化物溶解物；（凈玻璃板豎放時，應(yīng)該無油花或珠）；有時還要用無油花或珠）；有時還要用無水乙醇無水乙醇清洗。清洗。16 （2）使用洗滌劑的清洗）使用洗滌劑的清洗 去油脂的清洗方法是，在煮沸的洗滌劑中將基片去油脂的清洗方法是，在煮沸的洗滌劑中將基片浸泡浸泡 l0min左右，隨后用流動水充分沖洗，再在左右，隨后用流動水充分沖洗，再在乙醇中浸泡之后用干燥機快速烘干。乙醇中浸泡之后用干燥機快速烘干。 基片經(jīng)洗滌劑清洗以后，為防止人手油脂附著在基片經(jīng)洗滌劑清洗以后，為防止人手油脂附

14、著在基片上，需用竹基片上，需用竹攝子攝子等工具夾持。等工具夾持。 簡便的方法是將紗布用洗滌液浸透，再用紗布擦簡便的方法是將紗布用洗滌液浸透，再用紗布擦洗基片表面，再對基片進行干燥處理。洗基片表面，再對基片進行干燥處理。17 清洗清洗半導(dǎo)體表面時多用半導(dǎo)體表面時多用強堿強堿溶液溶液。在用丙酮等溶。在用丙酮等溶液清洗時，一般多采用前面所述的清洗順序。液清洗時，一般多采用前面所述的清洗順序。 另外，還可用溶劑另外，還可用溶劑蒸氣蒸氣對基片表面進行脫脂清洗，對基片表面進行脫脂清洗，采用異丙醇溶劑能極有效地進行這種清洗。采用異丙醇溶劑能極有效地進行這種清洗。（3） 使用化學(xué)藥品和溶劑的清洗使用化學(xué)藥品和

15、溶劑的清洗18 超聲波清洗方法是利用超聲波在液體介質(zhì)中超聲波清洗方法是利用超聲波在液體介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生的空穴現(xiàn)象對基片表面進行清洗。傳播時產(chǎn)生的空穴現(xiàn)象對基片表面進行清洗。針對不同的清洗目的，一般多采用溶劑、洗針對不同的清洗目的，一般多采用溶劑、洗滌液和蒸餾水等作為液體清洗介質(zhì)，或者將滌液和蒸餾水等作為液體清洗介質(zhì)，或者將這些液體適當(dāng)組合成液體清洗介質(zhì)。這些液體適當(dāng)組合成液體清洗介質(zhì)。 （4）超聲波清洗）超聲波清洗19 （5）離子轟擊清洗方法）離子轟擊清洗方法 用加速的正離子撞擊基片表面，把表面上的污染用加速的正離子撞擊基片表面，把表面上的污染物和吸附物質(zhì)清除掉。這種方法被認為是一種極物和吸附

16、物質(zhì)清除掉。這種方法被認為是一種極好的清洗方法。該法是在抽好的清洗方法。該法是在抽真空真空至至10100Pa的的試樣制作室中，對位于基片前面的電極施加電壓試樣制作室中，對位于基片前面的電極施加電壓5001000V，引起低能量的輝光放電。，引起低能量的輝光放電。 但要注意，高能量離子會使基片表面產(chǎn)生濺射，但要注意，高能量離子會使基片表面產(chǎn)生濺射，會使存在于制作室內(nèi)的油蒸氣發(fā)生分解，生成分會使存在于制作室內(nèi)的油蒸氣發(fā)生分解，生成分解產(chǎn)物，反而使基片表面受到污染。解產(chǎn)物，反而使基片表面受到污染。20 如果基片具有熱穩(wěn)定性，則在盡量高的真空中如果基片具有熱穩(wěn)定性，則在盡量高的真空中把基片加熱至把基片加

17、熱至300左右就會有效除去基片表左右就會有效除去基片表面上的水分子等吸附物質(zhì)。這時在真空排氣系面上的水分子等吸附物質(zhì)。這時在真空排氣系統(tǒng)中最好不使用油，因為它會造成油分解產(chǎn)物統(tǒng)中最好不使用油，因為它會造成油分解產(chǎn)物吸附在基片表面上。吸附在基片表面上。（6） 烘烤清洗方法烘烤清洗方法21 三、基片的表面處理三、基片的表面處理 （1 1）、輻照）、輻照 基片表面長時間保持清潔是非常困難的。即使是基片表面長時間保持清潔是非常困難的。即使是把基片放置于真空中，在把基片放置于真空中，在10Pa以下的壓力下，油以下的壓力下，油蒸氣從旋轉(zhuǎn)機械泵和油擴散泵向真空中的擴散會蒸氣從旋轉(zhuǎn)機械泵和油擴散泵向真空中的擴

18、散會增強，使基片受污染。增強，使基片受污染。 同時也會由于真空密封用橡膠、密封脂和真空容同時也會由于真空密封用橡膠、密封脂和真空容器內(nèi)壁放出的氣體作用而使基片污染。因此為使器內(nèi)壁放出的氣體作用而使基片污染。因此為使清潔表面能連續(xù)保持幾小時，要求清潔表面能連續(xù)保持幾小時，要求10-710-8 Pa的高真空條件。的高真空條件。22 清潔處理被污染表面的典型方法是在清潔處理被污染表面的典型方法是在高真空條高真空條件下對基片加熱脫氣件下對基片加熱脫氣，必要時采取在反應(yīng)性的，必要時采取在反應(yīng)性的氣體中進行反應(yīng)性加熱方法。氣體中進行反應(yīng)性加熱方法。 在基片不允許加熱的情況下，在要求快速清潔在基片不允許加熱

19、的情況下，在要求快速清潔處理或要求修飾基片時，用處理或要求修飾基片時，用離子輻照離子輻照、等離子等離子體輻照和電子輻射方法體輻照和電子輻射方法處理基片表面通常能收處理基片表面通常能收到較好的效果。到較好的效果。23 離子輻照離子輻照 離子輻照采用氬氣，把在離子輻照采用氬氣，把在10-1 100Pa壓力下生成壓力下生成的的氬離子氬離子加速到加速到200l000 eV的能量，當(dāng)它輻照的能量，當(dāng)它輻照到固體表面時，固體吸附的原子、分子和固體自到固體表面時，固體吸附的原子、分子和固體自身的原子會從固體表面放出，而且多數(shù)的輻照離身的原子會從固體表面放出，而且多數(shù)的輻照離子進入基片被捕獲（濺射制膜）。子進

20、入基片被捕獲（濺射制膜）。 200l000eV能量遠能量遠大于濺射閾值能量大于濺射閾值能量（不被捕（不被捕獲），濺射閾值能量對不同原子稍有不同，但最獲），濺射閾值能量對不同原子稍有不同，但最大為大為35eV。24 等離子體輻照等離子體輻照 對玻璃和塑料等絕緣性基片用對玻璃和塑料等絕緣性基片用離子離子輻照，有時會輻照，有時會使其表面帶電，防礙表面處理這時用使其表面帶電，防礙表面處理這時用等離子等離子體體輻照可有效處理表面。最簡單的等離子體輻照方輻照可有效處理表面。最簡單的等離子體輻照方法是：對法是：對10-1100Pa的氬氣采用氖燈變壓器，的氬氣采用氖燈變壓器，借助于幾百幾千伏的電壓下產(chǎn)生的借助

21、于幾百幾千伏的電壓下產(chǎn)生的輝光放電對輝光放電對基片表面進行處理基片表面進行處理。采用射頻放電電源，用電容。采用射頻放電電源，用電容耦合或電感耦合方式對真空容器提供電能，使之耦合或電感耦合方式對真空容器提供電能，使之形成放電等離子體，或用波導(dǎo)管將微波功率供給形成放電等離子體，或用波導(dǎo)管將微波功率供給放電容器，使之形成放電等離子體。放電容器，使之形成放電等離子體。 25 電子輻照電子輻照 當(dāng)固體受到電子輻照時，則電子進入固體表當(dāng)固體受到電子輻照時，則電子進入固體表面較深處，電子具有的大部分能量以熱能形面較深處，電子具有的大部分能量以熱能形式傳給固體，使表面層放出原子。式傳給固體，使表面層放出原子。 被加速的電子進入固體表面的深度在電子能被加速的電子進入固體表面的深度在電子能量小于幾百量小于幾百keV時正比加速電壓。表面的電時正比加速電壓。表面的電子輻照一般