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摘要
? ? ? 本研究開(kāi)發(fā)了一種低擁有成本的臭氧去離子水清洗工藝。室溫下40 ppm的臭氧濃度用于去除有機(jī)蠟?zāi)ず皖w粒。僅經(jīng)過(guò)商業(yè)脫蠟處理后，仍殘留有厚度超過(guò)200的蠟殘留物。由于臭氧的擴(kuò)散限制反應(yīng)，代替脫蠟器的DIO3處理在8000的厚蠟層上顯示出低去除率。脫蠟器與DIO3漂洗相結(jié)合，以減少蠟去除時(shí)間并完全去除蠟殘留物。用DIO3漂洗代替去離子漂洗導(dǎo)致表面接觸角小于5°，這表明不需要進(jìn)一步的清洗步驟。通過(guò)將SC-1清洗步驟與DIO3漂洗過(guò)程相結(jié)合，進(jìn)一步提高了顆粒去除效率。通過(guò)在脫蠟過(guò)程中引入DIO3清洗，縮短了處理時(shí)間。
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介紹
? ? ? 通過(guò)幾種拋光和清洗工藝，已經(jīng)生產(chǎn)出通過(guò)直拉法生長(zhǎng)的用于器件芯片制造的硅晶片。隨著用于器件大規(guī)模生產(chǎn)的晶片尺寸的增加，半導(dǎo)體制造需要硅晶片的改善的均勻性和接近零的缺陷。通常，真空吸盤(pán)或薄膜類(lèi)型的薄膜用于將晶片附著在拋光頭上進(jìn)行拋光處理。然而，有機(jī)蠟也被用于將晶片附著在頭上，用于最終的批量型拋光工藝，特別是為了實(shí)現(xiàn)晶片的高均勻性。在拋光過(guò)程之后，應(yīng)該從晶片背面去除有機(jī)蠟及其殘留物。商業(yè)和專(zhuān)有的脫蠟器用于去除厚的有機(jī)蠟，但是在常規(guī)的晶片背面清洗工藝中，為了去除殘留物和顆粒，遵循了SC-1清洗的幾個(gè)步驟。它需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間、高溫、大量的化學(xué)和去離子水浪費(fèi)，從而導(dǎo)致高擁有成本(CoO).2)在本研究中，新的清洗工藝是用臭氧化二氧化碘水(DIO3)開(kāi)發(fā)的，以實(shí)現(xiàn)低CoO。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 圖4顯示了作為臭氧氣體壓力和臭氧氣體濃度的函數(shù)的去離子水中溶解的臭氧濃度的變化。在相同的臭氧氣體濃度下，較高的臭氧氣體壓力對(duì)較高的DIO3濃度更有效。當(dāng)O3氣體壓力過(guò)高時(shí)，O3氣體由于過(guò)多產(chǎn)生氣泡而不能有效溶解在去離子水中。優(yōu)化的臭氧氣體壓力用于在最大溶解臭氧濃度下最小化氣泡的產(chǎn)生。使用反射計(jì)(TE-2000，K-MAC)測(cè)量蠟?zāi)さ暮穸取Ｊ褂渺o態(tài)接觸角分析儀觀察表面潤(rùn)濕性。光學(xué)顯微鏡(LV100D，尼康)和傅里葉變換紅外光譜(FTX-6000，Bio-Rad)用于分析清洗后晶片上的顆粒和蠟殘留物。表面粒子掃描儀(Surfscan-6200，Tencor)用于測(cè)量清洗后晶片表面的粒子數(shù)量。
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圖4?溶解臭氧濃度隨臭氧氣體壓力和濃度的函數(shù)
結(jié)果和討論
? ? ? 各種溶劑處理：測(cè)試脫蠟器和水溶性溶劑以除去有機(jī)蠟。改變水溶性脫蠟劑的濃度以評(píng)估蠟?zāi)さ娜コ俾省D5顯示了在40∶1至100∶1(去離子水∶脫蠟劑)的不同脫蠟劑濃度下，有機(jī)蠟的去除率隨時(shí)間的變化。脫蠟劑濃度越高，去除有機(jī)蠟越有效。盡管脫蠟器能有效地除去稠的有機(jī)蠟，但很難完全除去有機(jī)蠟。在40 : 1脫蠟溶液中處理4分鐘后，仍殘留厚度大于300的蠟殘余物。圖6顯示了用脫蠟劑、異丙醇和丙酮處理的表面的接觸角隨處理時(shí)間的變化。異丙醇和丙酮在去除大塊蠟層方面與脫蠟劑一樣有效。應(yīng)該注意的是，即使在5分鐘的處理后，沒(méi)有一個(gè)樣品達(dá)到20o以下。
? ? ? 臭氧化去離子水處理：在不同濃度的DIO3中去除有機(jī)蠟。圖7顯示了溶解臭氧濃度40和68ppm溶解臭氧濃度的蠟去除率隨時(shí)間的函數(shù)。高濃度的DIO3去除有機(jī)蠟。雖然DIO3在去除有機(jī)污染物方面非常有效，但DIO3的去除率過(guò)低厚蠟層。至少需要超過(guò)45min才能達(dá)到薄膜厚度小于500A，說(shuō)明臭氧反應(yīng)是擴(kuò)散控制過(guò)程。DIO3去除有機(jī)化合物的機(jī)理如圖所示。?
? ? ? 脫蠟器和DIO3的組合：為了在短時(shí)間內(nèi)去除蠟，商用消蠟器與DIO3結(jié)合。新工藝的目標(biāo)是減少脫蠟時(shí)間和SC-1步驟。圖中。9表示殘余蠟的變化在解波器（1：40）中處理樣品4min后，厚度隨時(shí)間的函數(shù)。DIO3沖洗處理膜后，即使處理時(shí)間長(zhǎng)于1min，膜厚度也低于100A。脫蠟處理4分鐘后，經(jīng)常規(guī)脫蠟和去離子水沖洗工藝后，仍有大于200A的蠟殘留。
? ? ? 另一方面，脫蠟過(guò)程后的DIO3沖洗代替去離子水沖洗，4min沖洗后的蠟小于50A。圖中。10顯示了用DIO3處理過(guò)的表面的接觸角和光學(xué)圖像。用DIO3代替DI沖洗后，接觸角更低，蠟殘留層更薄，如圖所示。10(b)，表示沒(méi)有需要去除蠟的進(jìn)一步清洗步驟。在沖洗后加入SC-1步驟后，無(wú)論臭氧處理如何，接觸角都具有完全的親水性。
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圖6 用消波劑、IPA和丙酮處理的表面接觸角隨處理時(shí)間的變化
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圖8 通過(guò)DIO3擴(kuò)散控制反應(yīng)去除有機(jī)顆粒的機(jī)理
顆粒的去除
? ? ? 以評(píng)價(jià)二氧化硅對(duì)顆粒去除的影響效率(PRE)，使用200mmp型（100）晶圓，如圖所示。 11.最終的干燥是在室溫下的馬蘭戈尼型IPA干燥機(jī)中進(jìn)行的。脫蠟過(guò)程后的DIO3沖洗顆粒略低于去離子水，如圖所示。11(b)。在清洗過(guò)程中加入SC-1步驟后，PRE顯著增加。需要注意的是，SC-1與DIO3后的應(yīng)用明顯優(yōu)于DIW沖洗后的PRE，如圖所示。11(c)和(d)因?yàn)镈IO3沖洗不僅去除蠟殘留，還去除最終拋光引入的顆粒。與有24分鐘工藝時(shí)間的常規(guī)工藝和開(kāi)發(fā)的不到8分鐘的工藝相比，PRE幾乎相同。它還可以假設(shè)DIO3漂洗使晶片表面更具親水性，這不僅防止了顆粒在沖洗過(guò)程中的粘附，而且提高了沖洗效率。
結(jié)論
? ? ?本研究采用DIO3有效清洗了用于拋光頭上的重有機(jī)膜蠟?zāi)?。采用傳統(tǒng)的脫蠟劑、IPA和丙酮相互去除有機(jī)蠟。脫蠟劑和溶劑處理后仍有大于200A的蠟殘留。所有的溶劑都將表面接觸角降低到20o，但沒(méi)有降低。由于臭氧反應(yīng)的擴(kuò)散能力有限，DIO3僅不能去除厚蠟?zāi)ぁＳ肈IO3沖洗代替去離子水沖洗，不僅可以完全去除蠟渣，還可以去除顆粒，減少SC-1的清潔步驟。因此，DIO3的引入大大減少了工藝時(shí)間和化學(xué)消耗。
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