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關(guān)于氮化硅和二氧化硅層上的金屬去除，先前的研究表明，通過蝕刻幾埃的受污染材料可以實(shí)現(xiàn)非常有效的清洗，通過為多晶硅蝕刻和晶圓變薄而開發(fā)的濕蝕刻化學(xué)方法，可以獲得最高的硅蝕刻速率（每分鐘幾微米），這些化學(xué)物質(zhì)通常是HF/HNO3混合物、FNPS(HF/HNO3/H3po4/h2so4)或商業(yè)解決方案，如默克紡絲機(jī)?系列,然而，由于蝕刻的硅的厚度和均勻性難以控制，這些化學(xué)方法不適合重復(fù)清洗步驟。
此外，二氧化硅和氮化硅的蝕刻速率降低了10到100倍，所以無論基質(zhì)如何，都不能使用相同的配方,研究發(fā)現(xiàn)，直高頻清洗對二氧化硅和氮化硅的銅去污非常有效,在工業(yè)環(huán)境中，通過僅蝕刻7A的氮化硅，銅污染可從1012at/cm2降低到1010at/cm2,雖然這種清洗方案目前用于集成電路制造廠，但它不能解決硅表面的金屬去污，特別是過渡金屬，因?yàn)樗晃g刻硅或具有較低的氧化還原電位值,如果可以通過調(diào)整稀釋度和化學(xué)比來控制Si和二氧化硅上的蝕刻速率，則不會蝕刻氮化硅。
在這項(xiàng)研究中，我們研究了一種解決方案，使我們能夠通過改變混合物成分和溫度來“調(diào)整”和控制硅、氮化硅和氧化硅的蝕刻速率,我們選擇了一種h2o：h2o2：h2so4：HF(dHF-SPM)混合物，因?yàn)樗梢元?dú)立地控制3種感興趣材料的蝕刻速率，而不會粗糙硅表面,含dHF-SPM混合物的硅蝕刻是基于h2o2：h2so4混合物同時(shí)氧化硅和隨后的dHF氧化硅蝕刻，在給定的溫度下,通過結(jié)合使用酸性新鮮化學(xué)和單晶圓工具，可以實(shí)現(xiàn)較高的清潔效率，因?yàn)榻饘俜N類既可以溶解在酸性介質(zhì)中，也可以被化學(xué)流提升和清除。
根據(jù)SEZ的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置了化學(xué)流量、晶圓自旋速度、化學(xué)分配器臂“吊臂擺動”、沖洗和干燥條件等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)良好的均勻性和較短的工藝時(shí)間,所有試驗(yàn)均使用新鮮（非再循環(huán)）化學(xué)物質(zhì),我們根據(jù)LETI的內(nèi)部規(guī)范考慮了關(guān)鍵的背面金屬水平，即生產(chǎn)批次的5E11at/cm2，監(jiān)測晶片的1.5E11at/cm2。
由于之前的研究表明，幾埃的蝕刻就足以顯著降低銅的污染，我們的目標(biāo)是獲得約10a/分鐘的蝕刻率,對硅和氮化硅，且小于50a/分鐘,在熱氧化物上,對于dHF-SPM混合物中的硅蝕刻，硅表面氧化作為速率限制步驟；因此，HF濃度不應(yīng)影響硅蝕刻速率,對于二氧化硅和氮化硅底物，蝕刻速率主要取決于高頻濃度和溫度。
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圖1
通過改變混合物中的過氧化氫和硫酸比值來關(guān)注硅的蝕刻率,溫度設(shè)置為60°C，以激活Si表面氧化反應(yīng)，高頻濃度為0.5%,隨著過氧化氫含量的增加，硅蝕刻從5.8A增加到13.5A/min（圖1），但體積比為5：5：1的混合物似乎達(dá)到了一個平臺期,選擇這種組合物進(jìn)行最后的清潔測試,在第二步中，我們調(diào)整了高頻濃度，以達(dá)到在氮化硅和氧化硅上所需的蝕刻速率,在60°C下，HF濃度為0.1%~0.5%，氮化硅的蝕刻速率為5~25A/min，二氧化硅值從10到140A/分鐘,對于硅蝕刻速率最低的混合物（比率8：2：1，圖2），充分驗(yàn)證了硅蝕刻速率與高頻濃度的獨(dú)立性。
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圖2
我們注意到，在過氧化氫含量較高的化學(xué)混合物中（比值為5：5：1）時(shí)，蝕刻速率略有下降，正如我們預(yù)計(jì)硅氧化速率會隨著氧化劑濃度和非常低的高頻濃度的增加而增加，限制步驟可能是氧化硅蝕刻速率。最后，選擇0.2%的HF濃度，以避免限制硅蝕刻，因?yàn)樵诘韬蜔岫趸?60°C)上分別獲得了合適的蝕刻速率，分別為10A/min和35A/min，經(jīng)過5次清洗后，AFM對硅片的粗糙度沒有顯著增加。
我們開發(fā)的清潔溶液對過渡金屬和其他類型的污染表現(xiàn)出良好的性能，通過在硅晶片上的故意污染，初始金屬水平接近1E13at/cm2是通過故意污染獲得的，然后，通過在退火晶片上用5：5：1/0.2混合物(60°C60秒)蝕刻10A硅，達(dá)到1E10at/cm2下的殘留污染水平。
然后，我們重點(diǎn)研究了四個可能會增加一些外來污染的新興過程：HfOSix和Y2O3高k材料的沉積；ITO的沉積，可作為上述IC元件中的透明電極；以及用于MRAM應(yīng)用的鐵磁層的沉積。我們觀察到初始污染水平（未在同一運(yùn)行中沉積）的晶圓間的顯著變化，從E10到E13at/cm2。清洗后，最終達(dá)到5E10at/cm2以下的污染水平。
在一個封閉的腔室中，來自被污染氣體流動的顆粒（在晶片表面均勻分布），從而獲得了非常高的初始污染水平，1min可接受70~95%，清潔然而，從工具操作和卡盤接觸中去除顆粒要困難得多，在這個測試中，初始粒子數(shù)要低得多，但PRE幾乎可以忽略不計(jì)（0到20%）。雖然來自野鴨的顆粒污染很高，并且在每個積分步驟中都有增加的趨勢，但與焦點(diǎn)的相關(guān)性沒有得到證明，結(jié)果表明，聚焦點(diǎn)與處理系統(tǒng)造成的非常大的背面缺陷，或卡在光刻工具卡盤上的大粒子更好地相關(guān)，而不是晶圓背面粒子數(shù)。
由于單晶片序列的工藝時(shí)間短，金屬去除仍然具有挑戰(zhàn)性，在SEZ自旋處理器上研究了背面清洗，該處理器具有一種易于使用的化學(xué)方法，專門用來通過使用相同的配方去除硅、氧化硅或氮化硅背面涂層上的金屬污染，我們重點(diǎn)研究了過渡金屬和“外來”污染物，并表明無論使用何種襯底，都可以獲得良好的金屬去除效率。