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引言

在氨過氧化氫混合物(APM)(或SC1)清洗處理之前，硅晶片暴露于包含HF蝕刻步驟的清洗序列。這些晶片根據(jù)至少三種機(jī)制進(jìn)行粗糙化。一種粗糙化機(jī)制是由于來自APM混合物的蒸汽，而另外兩種與金屬污染密切相關(guān)。首先，來自熱APM溶液的氨蒸汽將凝結(jié)在冷的疏水晶片表面上，并將蝕刻該表面。第二，鐵離子污染(以氫氧化鐵聚集體的形式存在于APM中)會(huì)催化過氧化氫的分解。在晶片浸入過程中，這些鐵離子聚集體會(huì)沉積在硅表面。因此，隨著這些聚集體繼續(xù)催化其分解，產(chǎn)生了局部過氧化氫損耗。這導(dǎo)致深度為2-5納米的典型環(huán)中的硅的局部蝕刻，而3-8納米的氧化硅邊緣被沉積在環(huán)旁邊。最后，諸如銅和鎳的金屬可以在APM步驟之前的HF步驟中鍍?cè)诠杈?。它們?cè)谠姵刂谐洚?dāng)陰極，而銅(或鎳)核周圍的硅正在陽極溶解。

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實(shí)驗(yàn)

用于實(shí)驗(yàn)的化學(xué)物質(zhì)具有低金屬污染的過氧化氫(30%)和氨(25%)。將標(biāo)準(zhǔn)鐵(NO3)3 (1000重量ppm)溶液稀釋至1或10重量ppm儲(chǔ)備溶液。使用這些儲(chǔ)備溶液時(shí)，APM被添加到0.1-10重量ppb的水平。用沸騰的稀硝酸(5%)清洗石英容器和晶片容器1小時(shí)，然后用去離子水沖洗。監(jiān)控硅片(n型或p型，[100]取向，150 mm直徑)在噴霧處理器中清洗[硫酸過氧化氫混合物(SPM)-稀HF-APM-鹽酸過氧化氫混合物(HPM)序列]，并在SPM浴中浸泡(5分鐘)，然后浸入0.5% HF溶液中。APM溶液由5l水、1l過氧化氫和1l氫氧化銨制備。這些溶液是通過用可選的鐵鹽將去離子水加熱到75-80℃制成的。隨后，加入氨和過氧化氫，導(dǎo)致浴溫約為70℃。

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結(jié)果

在圖1中，描繪了暴露于APM蒸汽15秒，然后沖洗并干燥的硅表面的照片。當(dāng)硅晶片轉(zhuǎn)移到槽中時(shí)，APM蒸汽凝結(jié)在晶片表面。這可以從閃亮的硅表面出現(xiàn)的霧霾中觀察到。這種霧霾是氨的小液滴陣列。蝕刻的圖案是圓形的可變直徑(在2到30米之間)，可以代表小液滴的形狀。當(dāng)疏水性硅晶片浸入鐵污染的APM溶液(0.5-10 wt ppb)中時(shí)，典型的簇狀lpd(見圖2)出現(xiàn)在晶片表面。這些聚集的LPD沿著平行于晶片浸入APM槽的方向的線定向。當(dāng)親水時(shí)，沒有觀察到這種現(xiàn)象。

在圖3中，描繪了AFM圖，該圖顯示了在具有簇的斑點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)的典型粗糙度的形狀lpd。基本形狀是在硅表面蝕刻的直徑為3-8μm的環(huán)。另一個(gè)方面是在幾乎每個(gè)環(huán)的一側(cè)(相對(duì)于APM槽中晶片取向的底側(cè))和蝕刻區(qū)域的正外部形成邊緣。環(huán)形凹坑可以深達(dá)2-5納米，而邊緣可以高達(dá)3-8納米。沒有脂多糖的區(qū)域沒有顯示任何這些表面結(jié)構(gòu)。邊緣可以很容易地通過后續(xù)的高頻步驟去除，而不是用水或稀釋的鹽酸溶液去除。這表明輪輞由氧化硅組成。

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圖3

與APM相關(guān)的硅表面粗糙化的第三種機(jī)制發(fā)生在當(dāng)來自HF處理的銅作為非常小的金屬核鍍?cè)诼懵兜墓枭蠒r(shí)。這種反應(yīng)已知是由可見光激活的。通過將晶片浸入載體中，放入裝有0.5% HF和10 ppb Cu的槽中5分鐘，并隨后進(jìn)行水沖洗和干燥步驟，晶片的表面粗糙度沒有增加，這是用檢查員表面掃描觀察到的。VPD-DC-TXRF公司測(cè)量的銅濃度略有增加。然而，在將這些相同的晶片浸入干凈的APM溶液中(5分鐘)以及隨后的水洗和干燥步驟后，表面粗糙度確實(shí)增加了。用鎳代替銅進(jìn)行了類似的觀察。在圖5中，描繪了霧霾的審查圖。高濃度的表面粗糙度出現(xiàn)在晶片的上部，并且在側(cè)面發(fā)現(xiàn)一些圖案。這種模式是可再現(xiàn)的，并且與晶片在添加銅的高頻槽中的位置很好地相關(guān)。該圖案與晶片上的光強(qiáng)度分布圖案相關(guān)，同時(shí)將其浸入含銅的氟化氫中。在暴露于高光強(qiáng)的地方，鍍銅比在光強(qiáng)較低的地方多。由于這個(gè)原因，晶片的左側(cè)、右側(cè)和底部相對(duì)干凈，因?yàn)榫d體和相鄰的晶片遮蔽了晶片的光。

粗糙區(qū)域的原子力顯微鏡圖(圖6)顯示與鐵引起的表面粗糙度相比，表面粗糙度略有不同。圓圈的大小較小(2-3米)，強(qiáng)度較低，在每個(gè)圓圈的中心，可以看到一個(gè)尖銳的峰值。

PM用于去除顆粒，其配方針對(duì)LPD還原效率進(jìn)行了優(yōu)化。然而，量化粒子密度的光散射方法不能區(qū)分粒子和局部粗糙度特征。由于APM步驟，局部粗糙度可以增加，而APM的粒子去除效率仍然可以是好的。我們的實(shí)驗(yàn)表明，有幾種機(jī)制可以產(chǎn)生微粗糙度，從而增加粒子數(shù)。這三種機(jī)制都有可能在生產(chǎn)中出現(xiàn)。所描述的第一種機(jī)制是由水和氨的冷凝引起的蝕刻。由于這種含有低濃度hy-的堿性溶液的冷凝過氧化氫，硅表面可以被局部蝕刻。這種粗糙化機(jī)制會(huì)受到溫度和浸入速度的影響。溫度越高，氨的蒸發(fā)率越高，更多的氨將凝結(jié)在晶片上。如果浸入率低，曝光時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)，表面有更多的時(shí)間被蝕刻。

在許多清洗中，APM步驟之前是HF步驟，銅是HF中的潛在污染物。然而，氟化氫中的銅濃度可以變化，此外，硅晶片上“鍍出”的銅量取決于晶片表面上輻射的光量。因此，特定清潔的顆粒去除效率測(cè)量結(jié)果可能因工具、批次和晶片而異。一旦銅核被鍍?cè)诠璞砻嫔希鼈兙涂梢栽陔娊赓|(zhì)如APM中充當(dāng)原電池(見圖10)。銅核充當(dāng)陰極，過氧化氫在陰極上被還原。圍繞在銅核周圍的硅是陽極，將陽極化進(jìn)入溶液。通過這種機(jī)制，以前看不見的銅核變得可見，因?yàn)橹車墓璞晃g刻掉了。

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總結(jié)

? ? ? 諸如溫度、晶片上和工藝液體中的金屬離子污染、晶片在浴中的浸入速度以及親水或疏水晶片等參數(shù)影響表面粗糙化的量。這些相同的參數(shù)也對(duì)顆粒去除效率有影響。然而，實(shí)際上很難用LPD監(jiān)測(cè)來區(qū)分這兩者。

? ? ? 用于顆粒測(cè)量的光散射方法不區(qū)分顆粒和表面粗糙。因此，在APM步驟中生成的局部化粗糙度特征可能被錯(cuò)誤地分配給粒子。因此，清潔過程的顆粒去除效率可能被低估。粗糙度可以指示可能影響器件性能的其他現(xiàn)象:這種局部較高的金屬污染。由于這種一致性，關(guān)于顆粒或粗糙度對(duì)器件性能的影響可能會(huì)得出不正確的結(jié)論。