濕清洗過程中硅晶片表面顆粒去除

引言

在整個晶圓加工過程中，仔細維護清潔的晶圓表面對于在半導體器件制造中獲得高產量至關重要。因此，濕式化學清洗以去除晶片表面的污染物是任何LSI制造序列中應用最重復的處理步驟。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

在過去的25年里，浸泡式濕式清洗已經在世界各地的半導體行業中使用。本文將討論預氧化/沉積硅表面濕式化學清洗中的一些關鍵問題，重點討論該技術的未來發展前景。

實驗

根據金屬元素的類型，它具有不同程度的效率。比較了超純SC-1清洗前后初始晶片表面Cu或Fe濃度以及不同數量的SC-1清洗前后兩種典型的重金屬Fe和Cu在硅表面的表面濃度。SC-1溶液是通過將去離子水與過氧化氫溶液（30%）和NH40H溶液（30%）混合而制備的。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

所使用的混合比為NH40H：過氧化氫：水= 1：2：7。SC-1溶液中的Fe和Cu濃度均小于0.02 ppb，為原子吸收光譜檢測限。在整個實驗過程中，溶液溫度保持在60°C。治療時間為10 min。浴液體積為1.3 x 10 cm3，包括在顆粒過濾系統中循環的體積。SC-1處理后，再用水沖洗和干燥。

結果和討論

我們研究了晶片表面的初始金屬濃度對金屬去除效率的影響浸泡清洗使用廣泛使用的行業，采用了NH4OH/H2O2/H2O混合物，并澄清浸沒式濕清洗的金屬污染去除效率的局限性。雖然SC-1溶液通常被認為是去除顆粒的最有效的化學物質，但它也可以以不同程度的效率去除金屬污染物，這取決于金屬元素的類型。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

圖1 (a)顯示了SC-1清洗后硅片上鐵的表面濃度，同時浸泡125mm硅片，初始表面濃度為1.4 x 1013個原子/cm2?？梢钥闯?，盡管本實驗中使用的晶片的初始Fe濃度相同，但SC-1清洗后的表面濃度隨同時浸入浴液中的受污染晶片的數量而變化。

如圖1(b)所示，初始Fe濃度為1.0 x 10原子/cm時，清洗后的濃度低于相同晶片數量的1.4 x 1013原子/cm2時的濃度。在圖1的(a)和(b)中，隨著浸入浴液中的晶片數量的增加，清洗后的表面濃度就越高。只對初始晶圓清潔度，以及同時處理的晶片數量。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

這表明，當故意污染的晶片浸入雜質濃度可忽略不計的超純SC-1溶液中時，清洗處理后的晶片表面金屬污染水平取決于晶片本身帶入溶液中的金屬雜質總量。對于Cu污染，如圖2所示，通過SC-1清洗，可以將高達5 x 1014個原子/cm2的初始表面污染降低到1 x 1010個原子/cm2以下的水平。因此，銅可以比鐵更有效地還原。與Fe一樣，SC-1清洗后的晶片上的銅濃度隨著同時處理過的晶片數量的增加而增加。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

圖1。對于初始表面濃度相同的不同數量的晶片

圖2。在相同初始表面濃度為5 x 1014原子/cm2的SC-1溶液中，SC-1清洗前后125mm硅片表面的銅濃度。

已知，在清洗后，晶片上的最終表面雜質濃度與SC-1溶液的最終雜質濃度處于平衡狀態。因此，如果在清洗[6]過程中可以假設初始表面雜質溶解到溶液中，則可以估計溶液的最終雜質濃度。清洗后在晶圓表面計算的鐵和銅濃度與測量的結果基本一致。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

結論

在我們的實驗中，硅表面的雜質濃度不是由化學物質的純度決定的，而是由晶片本身帶入化學物質的雜質決定的。在過去，人們一直尋求更純的化學品來提高金屬去除效率，但在獲得合理的純化學品后，金屬去除效率將由晶片本身帶來的污染為主。

在浸沒式濕清洗中，化學溶液在處理前重復使用，隨著經過清洗處理的25個晶圓批次數量的增加，由于晶片中的金屬污染物加入，化學溶液的雜質濃度增加，因此隨著浸沒清洗批次數量的增加，最終表面雜質濃度逐漸增大。

由于重復使用SC-1溶液，我們的125mm直徑的晶片的表面金屬濃度變化如圖3所示。在計算中，考慮了化學物質中吸附在晶片表面的金屬雜質的量。清洗20個晶片批次后，表面銅濃度仍可降低到1x10個10個原子/cm2以下，而表面鐵污染只能略有降低。（江蘇英思特半導體科技有限公司）

圖3。125mm晶片表面的晶片表面金屬濃度作為經過SC-1浸沒清洗的25個晶片批次累積數量的函數。

審核編輯 黃宇