SC-1顆粒去除和piranha后漂洗的機理研究

引言

SC-l和piranha(H2SO4/H2O2)清潔劑已經使用多年來去除顆粒和有機污染物。盡管SC-1清潔劑(通常與施加的兆頻超聲波功率一起使用)被認為對顆粒去除非常有效，但去除機制仍不清楚。對于去，除重有機污染物，piranha清洗是一個有效的過程；然而，piranha后殘留物頑強地粘附在晶片表面，導致顆粒生長現象。已經進行了一系列實驗來幫助理解這些過程與硅的相互作用。

實驗

為了評估piranha清洗后晶片上殘留的硫量，將150毫米n型裸硅和熱氧化晶片在95 °C下通過5:1或10:1（氫、硫、氫、氧）piranha處理10分鐘。對沖洗過程進行各種修改后，飛行時間二次離子質譜（TOF- SIMS）和全反射X射線熒光光譜法（TXRF）用于測量殘留硫。清洗和干燥晶片后，還測量了作為時間函數的光點缺陷。當piranha被處理后晶片已經顯示出顆粒生長現象。這些分析技術的數據用于評估各種沖洗技術的功效。

結果和討論

在對SC-1化學物質的研究中，當稀釋時，清潔效率與測量的開路電位或霧度增量之間沒有明顯的相關性。使用了SC-1化學物質。圖1顯示了基于去除硅鈉顆粒的鉗去除效率。 這些實驗是在已知影響硅蝕刻的條件下進行的（n型和p型Si<100>, 有而疫有照明）。圖2顯示了相同的霧度增量數。

圖1 作為晶片類型和照明條件的函數的LPD去除

圖2 作為晶片類型和光照條件的函數的霧度

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霧度值可能與表面粗糙度有關，這是由基礎介質中優先的硅｛100｝蝕刻引起的?？梢钥闯?，有助于增加霧度以及蝕刻的條件與 顆粒移動效率的增加無關（見圖1）。當在親水晶片上使用不含H202的足夠稀釋的氨水溶液時，硅的堿性侵蝕和粗糙化最小，但是仍然有效去除顆粒獲得。當疏水性裸硅片通過稀氨水溶液處理時，霧度明顯增加?？磥鞸C-1預清洗步驟產生的薄化學氧化物足以抑制在非常稀的氨水中對硅表面的堿性蝕刻。

這些數據表明硅的蝕刻不是有效清潔的必要條件。為了理解兆聲在粒子去除中的物理機制，需要清潔浴中聲壓場的預測模型。使用射線追蹤方法，計算的一維壓力場與測量值進行比較，如圖3所示。為了獲得無反射的莊力測量值，實驗傳感器以脈沖模式工作，脈沛持續時間約為50微秒。該建模方法與測量值吻合良好，可用于預測各種槽幾何形狀中的壓力場，并 最終可用于優化未來工具中的清洗槽幾何形狀。

圖3 預測和測量的壓力場

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過氧化硫酸（piranha）沖洗：

經過piranha清洗后，清洗后殘留在晶圓上的硫污染物會頑強地附著在硅表面。當晶片暴露在潔凈室空氣中時，這種殘留的硫會隨著時間的推移產生顆粒污染。

圖4所示的piranha清洗過的晶片的TOF-SIMS負離子和正離子圖像圖表明，顆粒由SOx”和 NH4組成。已經發現，向piranha后沖洗浴中加入少量氫氧化鉉（例如，足以達到 pH = 10）可有效降低硫的表面濃度，以及減輕piranha引起的顆粒生長。通過全反射x射線熒光（TXRF）測量的硫濃度顯示在圖5中，用于基本漂洗和去離子水中漂洗。

圖4 TOF-SIMS負（左）和正（右）

圖5 堿性和去離子水沖洗后的表面硫濃度

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總結

表面敏感技術被用來研究SC-1對硅片的化學效應。顆粒去除效率不一定取決于表面改性現象，如蝕刻或鈍化。為了研究兆頻超聲波清洗的物理效應，正在開發計算和實驗模型。這種模型將允許浴缸制造商根據第一原則計算清潔性能。

按照piranha清洗和沖洗順序，硅晶片表面會殘留硫。當晶片儲存在潔凈室環境中時，這種殘留物會形成顆粒物質。TOF-SIMS被用來確定這些顆粒是硫酸—鉉。在piranha之后使用堿性漂洗劑（例如，pH = 10）可有效降低殘留硫濃度 ,從而抑制隨時間變化的顆粒形成。