書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：超細(xì)金屬顆粒在硅片表面的行為

編號：JFKJ-21-462

作者：炬豐科技

摘要

? ?隨著 ULSI 設(shè)備越來越小型化，對產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響的顆粒直徑一直在縮小。最近，直徑為 0.1 或更小的超細(xì)顆粒變得很重要。預(yù)計這種類型的超細(xì)顆粒難以去除。本研究建立了一種評估超細(xì)顆粒去除效率的方法。使用氣體沉積方法將直徑為幾納米到幾百納米的超細(xì)金屬顆粒沉積在硅表面。研究了使用各種清潔溶液去除超細(xì)顆粒的效率。APM（NH4OH~H2O2-H2O）清洗可以去除150nm的Au顆粒，但不能去除直徑小于幾十納米的超細(xì)Au顆粒。此外，當(dāng)執(zhí)行 DHF-H2O2 清洗以去除 Au 超細(xì)顆粒時，Si 表面變得更粗糙。這被認(rèn)為是因為貴金屬如Au? Ag和Cu具有比Si更高的電負(fù)性，從Si吸引電子促進(jìn)Si氧化。

介紹

? 隨著超大規(guī)模集成 (ULSI) 制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，超潔凈晶圓表面的制備至關(guān)重要。超凈晶片表面的特征在于：(i) 無顆粒 (ii) 無有機(jī)污染，(m) 無金屬污染，(w) 無天然氧化物，(v) 完全終止氫，表面無顯微粗糙度。特別是，實(shí)現(xiàn)無顆粒的晶圓表面是最重要的項目，因為顆?？隙〞?dǎo)致圖案缺陷，從而降低 ULSI 產(chǎn)量。因此，顆粒是實(shí)現(xiàn)接近100%良率的高性能工藝的最大障礙。通常，對成品率產(chǎn)生不利影響的顆粒直徑大于 ULSI 圖案尺寸的十分之一。2,3 因此，隨著最近的圖案尺寸在制造中變得小于 1 pim，直徑為 0.1 |±m(xù) 或少變得重要。在 21 世紀(jì)初，我們希望制造具有 0.1 pcm 圖案尺寸的 ULSI 器件，因此 10 nm 范圍內(nèi)的顆粒變得至關(guān)重要。預(yù)計這種類型的超細(xì)顆粒難以去除。迄今為止，一些理論研究表明，較小的顆粒更難去除 4 并且更容易粘附。 3,5 盡管存在這一嚴(yán)重問題，但由于難以檢測，因此很少對 Si 晶片表面的超細(xì)顆粒進(jìn)行研究和處理超細(xì)顆粒。

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氣體沉積法樣品制備

? 在氣相沉積法中，由氣相冷凝產(chǎn)生的顆粒沉積在基板上。通常，在氣相冷凝法中，從蒸發(fā)源蒸發(fā)的金屬原子與氣體原子碰撞，在冷卻過程中它們冷凝形成細(xì)粒。隨著粒子的聚結(jié)，粒子的進(jìn)一步生長發(fā)生。顆粒的粒徑和分散狀態(tài)很大程度上取決于與蒸發(fā)源的距離。蒸發(fā)源附近的顆粒很小，呈非分散性。

超細(xì)金屬顆粒的去除效率

? 圖 3 顯示了經(jīng)過各種清洗后具有 150 nm Au 細(xì)顆粒的樣品晶片的 SEM 圖像。UPW 漂洗和 DHF 清潔無法去除顆粒。但是，APM 清潔可以去除顆粒。如果粒子的半徑變小，在 10 nm 的范圍內(nèi)，就很難去除它們。圖 4 顯示了 13 nm 顆粒的結(jié)果。在 UPW 清潔和 DHF 之后。

由顆粒引起的表面微觀粗糙度

? 在濕法清洗過程中，通常使用具有溶解作用的清洗液。污染物和硅表面通常被清潔溶液溶解。有機(jī)材料等污染物會在 SPM (H2SO4-H2O2) 和臭氧化超純水等強(qiáng)氧化劑中分解。在這些溶液中，Si 表面被氧化，但 Si 沒有溶解。但是，Si 表面會被 DHF-H2O2、APM 和 DHE 等溶液蝕刻，因此在使用此類化學(xué)品時必須小心。當(dāng)表面被覆蓋。顆粒，由于顆粒覆蓋的區(qū)域和清潔表面之間的蝕刻速率不同，表面被不規(guī)則地蝕刻。它會導(dǎo)致表面顯微粗糙度。

結(jié)論

? 本研究建立了一種評估超細(xì)顆粒去除效率的方法。使用氣體沉積方法將直徑為幾納米至幾百納米的超細(xì)金屬顆粒沉積在硅表面。APM（NH4OH-H2O2-H2O）可以去除150nm的Au顆粒，但不能去除直徑小于幾十納米的超細(xì)Au顆粒。在半導(dǎo)體工藝中，Si 表面上可能存在大量的超細(xì)不溶性顆粒，例如 Fe2O3)Al2O3 和 Si3N4。這些粒子變得越來越重要。為了去除超細(xì)顆粒，迫切需要一種新的清潔方法。