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引言
硅水清洗是集成電路制造過程中最常用的處理步驟。這一過總旨在去除幾種不同類型的污染物，其中包括顆粒、金屬和有機(jī)物。然而，據(jù)估計，集成電路制造中超過50%的產(chǎn)量損失是由清洗后殘留在硅晶片表面上的污染物造成的。本文的目的是記錄在硅晶片表面上使用改進(jìn)的超高純度化學(xué)物質(zhì)的效果，該效果通過全反射x射線熒光測量，TXRF。在這項研究中。用標(biāo)準(zhǔn)等級的化學(xué)物質(zhì)和超高純度的化學(xué)物質(zhì)清洗硅樣品，然后用TXRF測量金屬雜質(zhì)。發(fā)現(xiàn)超高純度化學(xué)物質(zhì)的使用大大減少了清洗后存在于棉卷表面的表面污染物的量。
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介紹
自20世紀(jì)50年代以來，硅片清洗一直是半導(dǎo)體器件制造中不可或缺的一部分，事實上，它是集成電路制造過程中最常用的加工步驟。晶片清洗的目的是在不降低其結(jié)構(gòu)的情況下從硅表面去除污染物。不能低估充分清潔的重要性，因為已知殘留在襯底表面上的污染物會降低器件性能、可靠性和產(chǎn)量。據(jù)估計，集成電路制造中超過50%的產(chǎn)量損失是由微分層造成的晶片清洗將繼續(xù)是器件制造中的重要工藝步驟，尤其是當(dāng)器件幾何尺寸接近亞半微米尺寸時。
殘留在半導(dǎo)體表面上的污染物會在隨后的加工過程中造成各種不利影響，這取決于雜質(zhì)的性質(zhì)。顆粒會造成各種加工操作的阻塞或掩蔽，例如在蝕刻或光刻過程中。薄膜生長或沉積過程中出現(xiàn)的顆粒會導(dǎo)致針孔和微孔，如果顆粒足夠大且具有導(dǎo)電性，則會導(dǎo)致導(dǎo)線之間發(fā)生射擊。在器件加工的幾乎任何步驟中，金屬雜質(zhì)也會污染sil- icon晶片表面。這種污染將導(dǎo)致p-n結(jié)處電流泄漏的增加、氧化物擊穿電壓的降低以及少數(shù)載流子壽命的惡化。許多金屬能夠在接近硅帶隙(1.12電子伏)的中間位置引入局域能態(tài)，從而產(chǎn)生降低少數(shù)載流子壽命的高效生成復(fù)合中心。這些中心也被稱為陷阱。例如，通過在硅價帶邊以上0.40和0.55電子伏處引入體陷阱，鐵可能導(dǎo)致漏電流，從而阻止動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)設(shè)備滿足刷新規(guī)范。
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圖 1?TRXRF單元的配置
? ? ? 圖1”描述了典型TXRF裝置的儀器配置。在整個研究過程中使用了飛利浦X射線分析公司的TE CHNOS TREX 610裝置，該裝置位于德克薩斯州謝爾曼的德州儀器的硅產(chǎn)品部門。TREX 610采用帶有鎢靶的旋轉(zhuǎn)陽極。單色儀選擇W-Lβ線作為激發(fā)過渡金屬的有效能量源。氟化鋰晶體單色儀與消除過度散射的狹縫一起減少了背景信號，從而提高了檢測限。樣品臺根據(jù)全反射位置進(jìn)行調(diào)整。樣品室被渦輪分子泵壓至0.1-0.2托的基礎(chǔ)壓力，以防止大氣污染和x射線散射?！?/span>
圖2顯示了典型的TXRF頻譜。熒光強(qiáng)度(ⅰ)以每秒計數(shù)(cps)為單位，相對于0至10千電子伏的熒光能量繪制。出現(xiàn)在1.74電子伏的大峰值來自硅襯底，而另一個出現(xiàn)在9.67電子伏的大峰值的來源是二硼化鎢x射線。
將化學(xué)源從標(biāo)準(zhǔn)等級的NH、OH和HCO轉(zhuǎn)換為超高純度的NH、OH和HCO。這種轉(zhuǎn)變是由于SPD努力將硅片上的銅、鎳、鐵和鋅含量降低到5×10”原子/厘米以下。向超高純度氫的轉(zhuǎn)變；O_，在第34天產(chǎn)生，在第63天轉(zhuǎn)變?yōu)槌呒兌萅H OH。
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實驗
學(xué)習(xí)期間；化學(xué)品(氫、氧；和新罕布什爾州)，由達(dá)拉斯的化學(xué)運行部供應(yīng)給謝爾曼的硅產(chǎn)品部。最初，這些材料是標(biāo)準(zhǔn)等級的，但后來改為超高純度。表一列出了研究期間跟蹤的四種金屬(鋅、銅、鎳和鐵)的規(guī)格(雜質(zhì)的最高可接受容差)。可以看出，改用純度更高的化學(xué)品導(dǎo)致容差更緊，為S0-100倍。
化學(xué)運行部的電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)和石墨爐原子吸收光譜(GFAAS)裝置監(jiān)控供應(yīng)給SPD的化學(xué)品中的金屬雜質(zhì)水平。金屬水平檢查符合上述規(guī)格。A F-PQS模型電感耦合等離子體質(zhì)譜法用于銅、鎳和鋅的分析。“氫氧”的樣品制備包括用去離子水以1:1稀釋，同時先用蒸汽或加熱浴將氫氧化銨蒸發(fā)至接近干燥(約為其原始體積的10 %)。這兩種化學(xué)物質(zhì)都是通過氬氣載氣引入系統(tǒng)的，國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(NIST)全程使用可追溯標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。
用瓦里安SpectAA 300/ 400系列石墨爐原子吸收光譜儀測量鐵含量，該儀器配有塞曼背景校正和熱解涂層石墨管。樣品直接注入并在2600℃霧化。使用NIST可追蹤鐵標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。
? ? ? ?整個研究中使用的硅樣品是直拉法生長的p型(摻硼)150毫米二氧化硅晶片，電阻率為8-10平方厘米。沃特斯緊隨其后
SPD中使用的常規(guī)工藝流程，包括機(jī)械拋光和清洗。水域看到的最后過程包括通過兩條可能的清理路線之一。
所有晶片首先通過包含SC-1清潔劑(l:4:20 NH，OH:HCO，HCO)的80℃清洗線10分鐘，然后用6分鐘的室溫去離子水沖洗。然后將一些晶片通過附加的60℃，10分鐘的SC-1溶液(1:3:50 NH，OH:H2O)，接著是1-2分鐘的室溫HF漂洗，另一個60℃，10分鐘的SC-1 (1:3:50 NH，OH:H，。o；:HCO)清洗，并用去離子水沖洗。SC-1的目的是去除顆粒，HF漂洗的目的是去除殘留的工藝化學(xué)品。在這兩種情況下，晶圓片暴露的最后一種化學(xué)處理包括不同濃度的HCO和羥基。
然后通過全反射x射線熒光(TXRF)分析晶片。使用掠射角為0.13”的TECHNOS TREX 610裝置檢測表面金屬。提供200毫安的電流和30千伏的電壓。在每個水面上的三個點進(jìn)行分析，稱為邊緣(距離水邊緣1厘米)、中心(偏離中心0.2毫米)和半半徑(中心和邊緣之間距離的一半)。另外。以類似的方式分析了來自同一批次的三種不同的水，總共九個數(shù)據(jù)點。由TXRF測量的這九個點的值是四種金屬(鐵)的金屬污染水平的平均值，單位為10“原子/厘米”。鋅、鎳和銅。
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結(jié)果和討論
表1中列出的規(guī)格是指標(biāo)準(zhǔn)和超高純度等級化學(xué)品中雜質(zhì)的最高可接受水平。實際上，雜質(zhì)水平通常要低得多。表二和表三給出了標(biāo)準(zhǔn)和超高純度HCO以及標(biāo)準(zhǔn)和超高純度NH OH中實際金屬含量的平均值。平均值基于20至30個樣品，每個樣品取自不同的生產(chǎn)批次，通過電感耦合等離子體質(zhì)譜法或石墨爐原子吸收光譜法測量。鋅和銅的降幅最大:
應(yīng)該注意的是，在許多情況下，特別是對于銅和鎳，實際值低于儀器檢測極限。在這些情況下，檢測極限被用作表面金屬值。向超高純度化學(xué)制品的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致了鋅、銅和鎳向低表面金屬的明顯轉(zhuǎn)變。沒有觀察到鐵的這種偏移。
表面鋅水平實現(xiàn)了最顯著的改善，平均水平從111.4降低到了10030.3 x 10英寸原子/厘米。表面銅被降低到7.2毫摩爾4.8×10“原子/厘米”，而鎳從3.6減少到3.1×10“原子/厘米”。鐵水平?jīng)]有遵循類似的趨勢；平均表面值從12.6提高到15.5×10英寸原子/厘米。平均值的比較表明，在鋅和鎳的95%置信水平上，轉(zhuǎn)換前后的差異有統(tǒng)計學(xué)意義，而在銅的80 %置信水平上，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。在每種情況下，標(biāo)準(zhǔn)偏差都有所改善。