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引言
? ? ? 集成電路制造過程中通常使用的清洗化學物質已經使用了很多年。盡管已知各種清潔化學物質對于當前一代集成電路設計規(guī)則是有效的，但是對這些化學物質的清潔機制和性能限制仍知之甚少。通過仔細的過程優(yōu)化和對清潔機制的理解，這些化學物質通?？梢员恍薷囊员３只蛱岣咔鍧嵭?，同時減少化學物質的使用。最常見的清洗化學物質包括用于去除重有機污染物、過渡金屬污染物和顆粒污染物的氧化水溶液。硫酸和強氧化劑如過氧化氫的混合物通常用于去除高分子量有機物(如灰化光刻膠)。
? ? ? 近年來，大量的努力集中在優(yōu)化SC-1和SC-2化學品的工藝性能上。已經表明，這些化學物質可以被充分稀釋，同時仍然保持高清潔效率。本文將討論SC-1清潔劑的優(yōu)化，以最大限度地減少顆粒和有機污染、環(huán)境影響和擁有成本。只要施加足夠的兆頻超聲波能量，稀釋SC1清洗就能有效去除顆粒。這通過最大限度地減少化學品使用、漂洗水使用和廢物處理，降低了擁有成本和環(huán)境影響。
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實驗
? ? ? 顆粒去除研究：實驗面臨的污染挑戰(zhàn)是氮化硅顆粒，它是從氣溶膠中沉積出來的，粒徑范圍從0.11 pm(計量檢測下限)到0.30 Atm。用于這些實驗的晶片是150毫米的Si<100 >，在稀釋的(1∶10∶130)SC-1化學中預先清洗，以建立恒定的表面條件。在粒子沉積步驟和粒子去除清潔之前和之后進行粒子計量。首先進行篩選實驗以確定顆粒去除的主要效果。然后評估經驗響應面矩陣，以確定顆粒去除的最佳條件。
? ? ? 有機污染物去除研究：進行了設計性實驗，以評估稀釋的化學物質SC-1與應用的兆聲波一起去除0.20微米以下的顆粒。然而，由于SC-1是一種氧化性化學物質，這種溶液可以去除低分子量有機污染物，并有助于去除顆粒物因為已經發(fā)現(xiàn)鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)等有機污染物會影響柵極電介質擊穿。進行實驗以確保稀釋SC-1不會不利地影響輕質有機物的去除。
? ? ? 環(huán)境影響：使用稀釋化學清潔劑的第一個附帶好處是減少了化學物質的使用?？梢院苋菀椎剡M行計算，以確定通過稀釋化學處理槽獲得的化學節(jié)約量。廢水處理中使用的化學品也可以通過減少需要由廢物處理設施。然而，由于生產半導體晶圓廠的大部分化學污染物是酸性的，如果酸性和堿性廢液一起處理，稀釋的SC-1化學品(堿性)的廢水處理節(jié)省可忽略不計。
? ? ? 稀釋化學清洗的另一個主要環(huán)境效益是減少了用于清洗晶片的水。晶片通常被沖洗，直到沖洗水流出物達到預定的電阻率。達到所需電阻率所需的時間根據(jù)不同濃度的SC-1化學物質進行測量。簡單的級聯(lián)溢流沖洗用于完整的標準間距150毫米晶圓盒。這些實驗的目標漂洗水電阻率為15 Mfl-cm。
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總結和討論
? ? ? 顆粒去除研究：只要施加足夠的兆頻超聲波功率，即使當氫氧化銨和過氧化氫的濃度都顯著降低時，SC-1化學催化劑在顆粒去除方面也表現(xiàn)良好。圖1和圖2顯示了使用化學比率r = 1和r=0.01的氮化硅顆粒去除效率的等高線圖，其中r定義為OH與H2O2的體積比。包括在圖1的曲線圖中的將是傳統(tǒng)的濃度化學，1:1:5(ohihzo 2-H2O的比率)；稀釋至1:100:6900的化學成分包括在圖2中?？梢钥吹蕉握最l超聲波功率響應，以及對于兩種濃度范圍獲得有效清潔的大區(qū)域。堿性SC-1中的靜電效應很可能在實現(xiàn)有效的顆粒去除方面發(fā)揮重要作用，并且這些靜電效應在稀釋化學中可能會增強。稀釋的化學物質具有降低的離子強度，隨著離子強度的降低，雙層厚度減小，因此排斥通過ζ電勢相互作用增強。
? ? ? 這些結果表明，在高度稀釋的氫氧化銨中，薄的化學或天然氧化物足以保護硅表面免受堿性侵蝕。由于當使用足夠稀釋的氨水時，清潔效率似乎對過氧化氫的存在不敏感，這些數(shù)據(jù)還表明表面蝕刻對于有效去除顆粒不是必需的。這些清洗不需要為了達到一定的蝕刻速率而定制，以便有效地去除顆粒。
? ? ? 有機污染物去除研究：在圖5中看到由于HMDS的胺氮與親水性表面(-OH端基)的羥基的反應。這是用于準備有機污染挑戰(zhàn)的方法，這些數(shù)據(jù)作為對照組。所有其他晶片都經過了各種清洗，并給出了最終的殘余污染水平(標準化為“硅+峰值”)。SC-1本身不足以去除HMDS，并且SC-1的稀釋降低了去除HMDS的功效。然而，如圖6所示，當稀釋的SC-1與一套完整的閘門前化學清洗結合使用時(通常情況下)，稀釋SC-1清洗不會降低整體HMDS去除效率。最后，由于“Fab Clean”包括一種侵蝕性有機剝離清潔劑，因此進行了一項實驗來評估當序列中省略了食人魚清潔劑時，稀釋的SC-1去除HMDS的功效。
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圖6 HMDS移除與清潔順序
? ? ? 環(huán)境影響：使用稀釋化學物質SC-1可能的化學還原程度取決于許多因素，例如稀釋程度、鍍液壽命(通常至少8小時，取決于金屬污染物的存在)和鍍液體積。為了將幾種不同的稀釋度與傳統(tǒng)的濃度SC-1進行對比，使用了每天倒入一個20升浴缸的基準。各種稀釋度的預期化學用途如表1所示。此外，與傳統(tǒng)的1:1:5清洗化學藥品相比，化學藥品的使用量減少了10%。顯然，通過使用稀釋濃度的SC-1可以大幅減少化學品的使用。稀釋化學清洗的一個直接相關的好處是清洗后所需沖洗水的減少。
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總結
? ? ? 清洗程序中使用的化學物質通常是根據(jù)歷史先例選擇的。因此，仔細檢查化學成分和清潔順序可能是合適的。例如，通過更好地理解SC-1化學品在去除顆粒和有機污染物方面的性能極限，可以顯著減少化學品的使用..如果應用足夠的兆頻超聲波能量，充分稀釋的SC-l化學物質仍然可以高效去除顆粒。Zeta電位相互作用，而不是硅蝕刻，似乎是主要的顆粒去除的因素；濃縮到足以提供顯著硅蝕刻速率的清潔化學物質不需要用于SC-1顆粒去除。使用稀釋的SC-1去除輕質有機污染物的研究表明，如果SC-1作為獨立的工藝使用，那么有機清洗效率可能會降低。然而，如果將SC-1與其他典型的柵極氧化前清洗步驟結合使用，則整個清洗順序相當穩(wěn)健，并且SC-1的稀釋對有機去除沒有明顯影響。此外，為了去除輕有機物，可考慮在閘門前清洗程序中省略食人魚步驟作為替代程序。省略這一工藝步驟將節(jié)省大量的化學和水資源。這些結果表明，使用優(yōu)化的清洗順序可以有效去除污染物，同時通常會減少化學品和水的使用。