稀释SC1溶液中硅表面颗粒的去除
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本文介绍了我们华林科纳在稀释SC1过程中使用兆声波来增强颗粒去除 ， 在SC1清洗过程中 ， 两种化学成分之间存在协同和补偿作用 ， H2O2氧化硅并形成化学氧化物 ， 这种氧化物的形成受到氧化性物质扩散的限制 ， 相反氢氧化铵会慢慢腐蚀这种化学生长的氧化物 ， 这两个过程的结果是化学氧化层将不断产生和去除 。 因此颗粒通过这种蚀刻和底切作用被去除 ， 颗粒去除效率可以通过增加二氧化硅的蚀刻速率来增加 。
实验装置由加工槽、泵、过滤器、红外加热器和用于浓度控制的电导率传感器组成 ， 兆频超声波系统配有1 MHz/800 W脉冲发生器 ， 其中的传感器固定在处理槽组件的底部 ， 使用全自动GAMA-1TM晶片处理湿站 ， 并利用ICE-1TM原位化学浓度控制系统 ， 在类似的条件下进行了试验 。 通过在环境温度下将面向裸硅晶片的氧化物晶片放置在10∶1 BOE(缓冲氧化物蚀刻剂)溶液中1分钟来进行颗粒沉积 ， 当二氧化硅颗粒在溶液中扩散并沉积到裸硅上时 ， 就会产生污染 ， 然后清洗晶片 ， 并在IPA干燥器中干燥 ， 另一组晶片通过将悬浮(在IPA中)的SiO2和SisN4颗粒雾化到测试晶片上而被污染 ， 使用TencorTM表面分析系统对所有受污染的晶片进行颗粒计数 ， 每个颗粒测试包括将三个测试晶片放置在两个盒子的槽1、13和25中 ， 剩余的空位被假人填满 ， 清洁工艺配方由以下顺序组成:SC1/漂洗/IPA干燥 ， SC1条件在稀释度和温度方面有所不同 ， 漂洗循环进行2次快速转储 ， 干燥器和漂洗槽先前合格 ， 颗粒添加量限制在小于5个0.2 um的颗粒 ， 然后对处理过的晶片进行后颗粒计数 。
第二组实验条件涉及在各种不同的制造环境中处理的晶片 ， 研究了硅制造过程中光刻胶剥离和外延生长前后的污染水平 ， SCl/兆频超声波系统旨在去除这些应用中的污染物 。 结果以图表形式显示为初始颗粒数对移除颗粒 ， 颗粒A(最终计数-初始计数) ， 数据以这种方式呈现有两个原因:首先 ， 数据拟合线斜率的负值近似表示颗粒去除效率；第二 ， 这条线(Ao)与A轴的截距代表添加到理想晶片的颗粒(零颗粒计数) ， 这是一个值提供了工艺和/或设备清洁度的量度 ， 使用这两个参数 ， 可以很容易地评估SC1/兆频超声波系统的性能 ， 并与其他系统进行比较 ， 以下部分显示了在准备好的以及真实世界粒子实验中收集的数据 ，制备的颗粒使用0.5:1:5的SC1溶液在60 ℃和800℃下清洗BOE污染的晶片如图1所示 ， 获得了95%的颗粒去除效率和+35的Ao ， 对于0.25:1:5的SC1、70°C和800 W的过程 ， 重复该实验(见图2) ， 即使NH4OH浓度降低50% ， 数据显示去除效率为94 % Ao为+23 ， 再次重复该实验 ， 这次使用1∶1∶100的SC1工艺 ， 在70 ℃和800 W下 。
这些结果表明 ， 在稀释化学条件下可以获得高的颗粒去除率 ，当不同成分的颗粒沉积在晶片表面上时 ， 获得了类似的结果 ， 60℃时SisNa颗粒在0.2:1:5 SC1中的去除效率曲线表明 ， 输入功率越高 ， 在NH4OH浓度较低时 ， 颗粒去除率越高 ， 当对二氧化硅颗粒进行实验时 ， 获得了类似的等高线图 。 随着氨浓度的降低(化学能的影响较小) ， 去除效率也降低 ， 然而 ， 在兆频超声波能量的帮助下 ， 降低氨浓度的效果不会影响颗粒去除效率 ， 即使氨浓度降低20倍 ， 相同的去除效率也保持在大约98% 。
在H2SO4-H2O2工艺之后 ， 由于冲洗不充分而发生污染 ， 导致晶片表面上的高颗粒数 ， 这些颗粒缺陷被描述为依赖于时间的表面混浊 ， 这是在粘性酸(例如磷酸和硫酸)中处理晶片后冲洗不良造成的 ， 这种随时间变化的混浊物通常是硫(或磷)和/或硫化合物 ， 为了减少和/或消除这些缺陷 ， 通常使用延长的热DIW冲洗 ， SC1/兆频超声波(0.5:1:5 ， 50 ℃和800 W ， 5分钟)工艺旨在增强这些情况下的粒子性能 ， 该工艺的颗粒去除效率超过98% ， SC1/兆频超声波工艺的实施不仅给出了良好的颗粒结果 ， 而且可以在后硫酸清洗中错误处理晶片的情况下用作缓冲 ， 稀释SC1/兆频超声波工艺的另一个应用是在0.13 um颗粒阈值下的预外延工艺和后外延工艺 ， 将晶片在70 ℃的1∶10∶120溶液中处理5分钟 。
通过高频声波在稀释的SC1溶液中增加颗粒去除效率可以解释如下:首先 ， 根据化学比例 ， 稀释的SC1溶液通常具有9.5至10.5之间的pH值 ， 这些pH值需要达到足够的蚀刻速率以便进行颗粒去除 ， 第二 ， 声音通过液体的速度随着溶液密度的增加而增加 ， NH4OH和H2O2溶液的比重小于1 ， 在相同的温度和压力下 ， 稀释的SC1溶液比浓缩的SC1溶液密度大 ， 与浓缩的SC1溶液相比 ， 这导致了在稀释的SCl溶液中更高的传输效率 。 此外 ， H2O2的分解将许多细小的气泡引入到处理槽中 ， 这些气泡减弱了声波的传播 ， 遮蔽了晶片表面 ， 和/或从晶片表面衍射或反射声波 ， 导致较低的颗粒去除率 ， 在这些情况下 ， 只能通过添加更多的氨和/或提高温度来实现高颗粒去除率 。基于RCA的晶圆加工一直采用高浓度化学品 ， 提高加工温度 ， 延长加工时间 ， 由于缺乏化学浓度控制 ， 基于RCA的清洗溶液通常在相当短的时间(2-4小时)后被更换 ， 以获得任何程度的工艺均匀性 ， 如果提供化学浓度的精确和连续控制 ， 清洗溶液可以使用更长的时间间隔 。 对SC1溶液的持续监控将允许使用更多的稀释化学品 ， 化学品消耗的减少将降低拥有成本 。 实验以监测在稀释的SC1浴中超过8小时的粒子去除效率 ， 使用加工槽上的ICE-1TM系统 ， 通过保持溶液的导电性来控制化学浓度 ， 可以观察到化学浓度和电导率保持在一个窄的范围内 。 在70℃下在稀释的1:1:100 SC1中处理超过8小时的晶片上的初始和最终颗粒数 ， 观察到初始浴和浴寿命结束时的去除效率差异很小 ， 当0.25:1:5 @ 70 ℃的SC1浴延长至22小时时 ， 观察到类似的浓度控制 ， 进行了一些实验来研究稀释SC1溶液对晶片表面金属的影响 。
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