湿式化学清洗过程对硅晶片表面微粒度的影响
摘要
本文利用cz、fz和epi晶片，研究了湿式化学清洗过程对硅晶片表面微粒度的影响。结果表明，表面微粗糙度影响了氧化物的介电断裂~特性：随着硅基底的微粗糙度的增加，氧化物的微电击穿会降解。利用扫描隧道显微镜(stm)和原子力显微镜(afm)评估了硅衬底表面和氧化物表面的微粗糙度。表面微粗糙度在湿化学处理中增加，特别是nh4oh h2o2 h20清洗(apm清洗)。研究表明，如果nh4oh-h2oz-h20溶液中的氢氧化铵混合比较低：nh4oh-h2o2-h20=0.05：1：5(常规混合比为1：1：5)，室温超纯水冲洗在apm清洗后立即诱导，则微度根本不会增加。同时，在低水平上抑制其氢氧化铵混合比的apm清洗被发现可以非常有效地清除硅表面的颗粒和金属杂质。由于apm清洗而导致的微粒度的增加在不同的晶片类型中有所不同;在epi晶圆上观察到很少增加，但在cz和fz晶片上观察到显著增加。然而，已经发现，cz和fz晶片在1000~下通过湿氧化超过4小时，可以以与epm晶片相同的水平几乎抑制apm清洗中微粗糙度的增加。这是因为在湿氧化过程中产生的间质硅原子填补了硅空位。在n型cz晶片的t2m情况下，表面微粗糙度也被观察到增加的dhf清洗。已经发现添加了h202。超过0.5%的dhf溶液可以完全抑制这种微粒度的增加。
介绍
传统的清洗过程是基于rca清洗的概念，它可以有效地去除基底表面的污染物，如颗粒、有机材料和金属杂质 。同时，如果水和氧共存，天然氧化物会立即在空气或超纯水中生长在硅表面。当硅表面被天然氧化物覆盖时，工艺质量，特别是低温过程中的质量，会被极度降解。因此，人们提出了引入氮气密封封闭系统的概念，它完全阻止了天然氧化物在硅表面的生长。此外，气相清洗技术已经建立起来：采用用氮气稀释的高频气，选择性地去除天然氧化物，而不破坏其他氧化物膜。
结果和讨论
表面微粗糙度的测量
天然氧化物去除过程在stm评价中至关重要。一般采用dhf清洗作为湿式化学清洗过程的最后步骤，以去除硅表面的天然氧化物。然而，dhf的清洗增加了p型cz晶圆的表面微粗糙度。
由湿法化学过程引起的表面微粗糙度
图1显示，apm清洗和hpm清洗都没有增加表面微粗糙度。spm清洗时表面微度的轻微增加主要是由于spm清洗的4个循环重复造成的原因。另一方面，如图所示。4、随着apm清洗中氢氧化铵混合比的越来越高，cz晶片的表面微粗糙度逐渐增加。当apm清洗中的氢氧化铵混合比降低到0.05时，发现在初始水平上抑制了cz晶片上表面微粗糙度的增加和偏差。然而，在fz晶圆的情况下，表面微粗糙度几乎没有增加。除了对氢氧化铵混合比的依赖性不像cz晶圆那么明显：当用nh4oh--h2h2或h20溶液以混合比为1：1：5处理fz晶片时，表面微粗糙度略有增加。
图1：研究了hpm清洗和第四次循环spm清洗的表面微粗糙度
颗粒和金属杂质的去除效率
apm清洗的主要目的是去除晶片表面的颗粒。本实验测定了apm清洗后室温超纯水冲洗后的颗粒计数。在图中。去除聚苯乙烯乳胶和空气中颗粒的效率会下降，因为这些颗粒是有机材料。随着apm清洗过程中氢氧化铵混合比的升高，h202的氧化力越高，提高了有机颗粒表面的粘度。因此，这些有机颗粒更容易粘附在表面上。室温超纯水冲洗后需要进行热超纯水冲洗，以去除有机材料。
hf-h202清洗对表面微粗糙度的影响
图2显示-dhf清除几乎无法清除但随着h202浓度的变高，hfh202的清洗具有较高的铜去除效率。此外，当hf-h202清洗时间从1min增加到60min时，可以获得更高的铜去除效率。研究发现，采用hf-h202清洗法去除天然氧化物，不仅能提高铜的去除效率，而且能更有效地保持表面微粗糙度。这意味着hf-h202的清洗对于从同时具有n和p区域的实际晶片中去除天然氧化物是必不可少的。
图2：hf(0.5%)-h202(10%)清洗后晶片表面的xps光谱
结论
结果发现，薄氧化物的质量受到衬底表面微粗糙度的强烈影响：随着衬底表面的更平滑，击穿场强度(ebd)越高。这意味着提高表面平滑度是提高ulsi器件可靠性的第一步。stm评价表明，在湿式化学清洗过程中，基底表面的光滑度下降，特别是在apm清洗过程中(nh4oh：h202：h20=l：1：5)。研究发现，通过将apm清洗的混合比改变到0.05：1：5，并在apm清洗和热超纯漂洗之间引入室温超纯水冲洗，可以完全抑制表面微粗糙度的降解，从而有效地去除附着在晶圆和晶圆载体上的氢氧化铵。在n型cz晶圆的情况下，发现表面微粗糙度为即使在dhf清洗过程中也会被降解。然而，通过在dhf中添加超过0.1%的h202，可以完全解决了这个问题。
研究发现，dhf清洗应改为hf-h202清洗，以去除铜等金属杂质。这些金属杂质的电子负性高于硅，并且它们在目前在湿过程的最后阶段使用的dhf清洗中不能被去除。在湿法过程中，cz晶片上的表面微粗糙度比epi晶片上的表面微粗糙度更容易增加。在1000~下的4小时湿氧化对于克服这个问题至关重要。湿氧化使cz晶片可以抑制其的表面微粒度增加，说明硅空位簇的不均匀分布导致了表面微粒度的退化。
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介绍
传统的清洗过程是基于rca清洗的概念，它可以有效地去除基底表面的污染物，如颗粒、有机材料和金属杂质 。同时，如果水和氧共存，天然氧化物会立即在空气或超纯水中生长在硅表面。当硅表面被天然氧化物覆盖时，工艺质量，特别是低温过程中的质量，会被极度降解。因此，人们提出了引入氮气密封封闭系统的概念，它完全阻止了天然氧化物在硅表面的生长。此外，气相清洗技术已经建立起来：采用用氮气稀释的高频气，选择性地去除天然氧化物，而不破坏其他氧化物膜。
结果和讨论
表面微粗糙度的测量
天然氧化物去除过程在stm评价中至关重要。一般采用dhf清洗作为湿式化学清洗过程的最后步骤，以去除硅表面的天然氧化物。然而，dhf的清洗增加了p型cz晶圆的表面微粗糙度。
由湿法化学过程引起的表面微粗糙度
图1显示，apm清洗和hpm清洗都没有增加表面微粗糙度。spm清洗时表面微度的轻微增加主要是由于spm清洗的4个循环重复造成的原因。另一方面，如图所示。4、随着apm清洗中氢氧化铵混合比的越来越高，cz晶片的表面微粗糙度逐渐增加。当apm清洗中的氢氧化铵混合比降低到0.05时，发现在初始水平上抑制了cz晶片上表面微粗糙度的增加和偏差。然而，在fz晶圆的情况下，表面微粗糙度几乎没有增加。除了对氢氧化铵混合比的依赖性不像cz晶圆那么明显：当用nh4oh--h2h2或h20溶液以混合比为1：1：5处理fz晶片时，表面微粗糙度略有增加。
图1：研究了hpm清洗和第四次循环spm清洗的表面微粗糙度
颗粒和金属杂质的去除效率
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hf-h202清洗对表面微粗糙度的影响
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结论
结果发现，薄氧化物的质量受到衬底表面微粗糙度的强烈影响：随着衬底表面的更平滑，击穿场强度(ebd)越高。这意味着提高表面平滑度是提高ulsi器件可靠性的第一步。stm评价表明，在湿式化学清洗过程中，基底表面的光滑度下降，特别是在apm清洗过程中(nh4oh：h202：h20=l：1：5)。研究发现，通过将apm清洗的混合比改变到0.05：1：5，并在apm清洗和热超纯漂洗之间引入室温超纯水冲洗，可以完全抑制表面微粗糙度的降解，从而有效地去除附着在晶圆和晶圆载体上的氢氧化铵。在n型cz晶圆的情况下，发现表面微粗糙度为即使在dhf清洗过程中也会被降解。然而，通过在dhf中添加超过0.1%的h202，可以完全解决了这个问题。
研究发现，dhf清洗应改为hf-h202清洗，以去除铜等金属杂质。这些金属杂质的电子负性高于硅，并且它们在目前在湿过程的最后阶段使用的dhf清洗中不能被去除。在湿法过程中，cz晶片上的表面微粗糙度比epi晶片上的表面微粗糙度更容易增加。在1000~下的4小时湿氧化对于克服这个问题至关重要。湿氧化使cz晶片可以抑制其的表面微粒度增加，说明硅空位簇的不均匀分布导致了表面微粒度的退化。
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