半導體工業中表面處理和預清洗的重要性

介紹

半導體工業中表面處理和預清洗的重要性是眾所周知的。為了確保良好的薄膜粘附和金屬-半導體接觸的低電阻，酸或堿處理后的某些溶劑或等離子體清洗對于去除有機殘留物和表面氧化物是必不可少的。已知多種蝕刻劑可有效去除天然GaAs氧化物。然而，對于在特定的加工步驟中使用什么樣的處理以及需要什么樣的濃度和加工時間來達到有效的結果，工業上幾乎沒有標準化。此外，與制備特定蝕刻化學物質相關的成本和所涉及的化學物質的有效壽命以前沒有被仔細研究過。這篇合作論文將回顧幾個大批量生產組織中濕法氧化物去除蝕刻的一般實踐，以及對這些實踐有效性的研究。

介紹

作為制造過程的一部分，所有半導體制造廠都使用酸、堿、溶劑和等離子體清洗來去除氧化物、抗蝕劑浮渣或GaAs以及相關的外延化合物。舉例來說，圖案化光致抗蝕劑開口可能需要等離子體清潔來移除在顯影步驟之后殘留的殘余抗蝕劑，且這通常隨后是氧化物移除以確保蒸發膜的良好粘附。類似地，可能需要表面清潔來為下一層光刻或電介質沉積準備晶片表面。在濕法處理的情況下，化學物質可以作為通風櫥中的浴槽獲得，或者從晶片軌道或其他自動單晶片處理工具分配。確定使用什么樣的鍍液、采用什么樣的濃度以及有效的鍍液壽命應該是工程的責任。本文提供了這些選擇的例子，并討論了美國一些主要制造廠如何利用這些加工步驟。

在薄膜沉積之前，HCl的稀釋液經常被用作去除表面氧化物的試劑。最廣泛使用的HCl起始濃度通常被稱為37% HCl，更準確地說是指11至12的氯化氫標準溶液，包裝上的標簽標明36至38% HCl。全濃度37%鹽酸很少用于晶片清洗，1:1鹽酸:DIW (18%鹽酸)或1:5鹽酸:DIW (6%鹽酸)更為常見。盡管許多工廠通過稀釋比來表示槽液濃度，但如果不同工廠的起始HCl濃度不一致，這就有可能造成混淆。Sky- works的蝕刻槽儲存了多種起始濃度的HCl，濃度范圍從18%到36%。在本節中濃度將根據氯化氫百分比而不是稀釋比來描述。

由于認識到在進行下一步之前有效清除表面氧化物的重要性，大多數設施都采取保守措施，并使用具有短浴壽命的強溶液；通常每次浴槽填充12小時。為了探索使用HCl有效去除氧化物的要求，通過在下游氧等離子體蝕刻工具中故意氧化晶片表面來制備一系列裸露的GaAs機械晶片。根據浴齡和浴強度評估樣品。

GAAS氧化物的XPS研究

為了進一步檢驗不同的濕氧化物去除處理的效果，蝕刻后的晶片的表面化學通過XPS表征。在45°引出角下在100 μm直徑的點上進行分析。在完成氧化物去除過程后的2小時內，將樣品置于XPS工具中的真空下，以最小化氧化物再生長的機會。在進行高分辨率掃描之前，對每個樣品進行調查掃描以檢查污染。

為了產生濕法蝕刻底切，然后通過GaAs濕法蝕刻處理晶片，去除8000 +/- 300的高度。使用的蝕刻化學物質是1∶1∶20的H3PO4(85%):H2O2(35%):DIW。在濕法蝕刻過程中不進行攪拌，以便強調兩層之間的粘附引起的底切。測量從濕法蝕刻特征的頂部邊緣到SiN底部邊緣或PR底部邊緣的距離，以表征GaAs表面清潔的質量；這種技術如圖5所示。

僅用DIW清洗作為預清洗的GaAs晶片的濕法蝕刻底切用作比較不同化學清洗的氧化物去除的基線。對于GaAs-SiNx粘附，用HCl和NH4OH清洗的晶片具有與基線晶片相似的底切。與其他預清洗方法相比，用HF清洗的晶片具有改善的粘附性，并且具有少約25%的濕法蝕刻底切。這種粘附性的提高可能是由于除了氧化物去除之外的HF暴露的另一個效應。每種清潔化學品的兩種稀釋度之間沒有顯著差異。對于GaAs-PR粘附，所有化學清洗產生的粘附比基線晶片差。要斷定每種清潔條件之間是否存在差異，需要更多的數據，因為每種條件下的底切差異太大。

結論

為了蝕刻GaAs氧化物，對每種方法的功效進行了評估。就氧化物厚度而言，每種化學物質獲得的結果大致相同。對于HCl的情況，發現蝕刻后剩余氧化物厚度對濃度或浴壽命的依賴性很小或沒有。使用不同化學方法蝕刻的樣品的XPS分析證實，每種方法產生相似的最終表面組成和殘余氧化物厚度。通過測量在不同的氧化物去除處理之后沉積的SiN和光刻膠掩模的GaAs濕法蝕刻底切來評估蝕刻化學對薄膜與GaAs粘附性的影響。當使用SiN蝕刻掩模時，發現底切對氧化物去除化學的一些依賴性，而使用光致抗蝕劑掩模的結果是不確定的。在200個晶片的使用中，沒有觀察到HCl和NH4OH浴的浴消耗或負載效應。