超細金屬顆粒在硅片表面的行為研究

摘要

隨著 ULSI 設備越來越小型化，對產量產生不利影響的顆粒直徑一直在縮小。最近，直徑為 0.1 或更小的超細顆粒變得很重要。預計這種類型的超細顆粒難以去除。本研究建立了一種評估超細顆粒去除效率的方法。使用氣體沉積方法將直徑為幾納米到幾百納米的超細金屬顆粒沉積在硅表面。研究了使用各種清潔溶液去除超細顆粒的效率。APM（NH4OH~H2O2-H2O）清洗可以去除150nm的Au顆粒，但不能去除直徑小于幾十納米的超細Au顆粒。此外，當執(zhí)行 DHF-H2O2 清洗以去除 Au 超細顆粒時，Si 表面變得更粗糙。這被認為是因為貴金屬如Au? Ag和Cu具有比Si更高的電負性，從Si吸引電子促進Si氧化。

介紹

隨著超大規(guī)模集成 (ULSI) 制造技術的不斷進步，超潔凈晶圓表面的制備至關重要。超凈晶片表面的特征在于：(i) 無顆粒 (ii) 無有機污染，(m) 無金屬污染，(w) 無天然氧化物，(v) 完全終止氫，表面無顯微粗糙度。特別是，實現(xiàn)無顆粒的晶圓表面是最重要的項目，因為顆?？隙〞е聢D案缺陷，從而降低 ULSI 產量。因此，顆粒是實現(xiàn)接近100%良率的高性能工藝的最大障礙。通常，對成品率產生不利影響的顆粒直徑大于 ULSI 圖案尺寸的十分之一。2,3 因此，隨著最近的圖案尺寸在制造中變得小于 1 pim，直徑為 0.1 |±m(xù) 或少變得重要。在 21 世紀初，我們希望制造具有 0.1 pcm 圖案尺寸的 ULSI 器件，因此 10 nm 范圍內的顆粒變得至關重要。預計這種類型的超細顆粒難以去除。迄今為止，一些理論研究表明，較小的顆粒更難去除 4 并且更容易粘附。3,5 盡管存在這一嚴重問題，但由于難以檢測，因此很少對 Si 晶片表面的超細顆粒進行研究和處理超細顆粒。

氣體沉積法樣品制備

在氣相沉積法中，由氣相冷凝產生的顆粒沉積在基板上。通常，在氣相冷凝法中，從蒸發(fā)源蒸發(fā)的金屬原子與氣體原子碰撞，在冷卻過程中它們冷凝形成細粒。隨著粒子的聚結，粒子的進一步生長發(fā)生。顆粒的粒徑和分散狀態(tài)很大程度上取決于與蒸發(fā)源的距離。蒸發(fā)源附近的顆粒很小，呈非分散性。

超細金屬顆粒的去除效率

圖 3 顯示了經過各種清洗后具有 150 nm Au 細顆粒的樣品晶片的 SEM 圖像。UPW 漂洗和 DHF 清潔無法去除顆粒。但是，APM 清潔可以去除顆粒。如果粒子的半徑變小，在 10 nm 的范圍內，就很難去除它們。圖 4 顯示了 13 nm 顆粒的結果。在 UPW 清潔和 DHF 之后。

由顆粒引起的表面微觀粗糙度

在濕法清洗過程中，通常使用具有溶解作用的清洗液。污染物和硅表面通常被清潔溶液溶解。有機材料等污染物會在 SPM (H2SO4-H2O2) 和臭氧化超純水等強氧化劑中分解。在這些溶液中，Si 表面被氧化，但 Si 沒有溶解。但是，Si 表面會被 DHF-H2O2、APM 和 DHE 等溶液蝕刻，因此在使用此類化學品時必須小心。當表面被覆蓋。顆粒，由于顆粒覆蓋的區(qū)域和清潔表面之間的蝕刻速率不同，表面被不規(guī)則地蝕刻。它會導致表面顯微粗糙度。

結論

本研究建立了一種評估超細顆粒去除效率的方法。使用氣體沉積方法將直徑為幾納米至幾百納米的超細金屬顆粒沉積在硅表面。APM（NH4OH-H2O2-H2O）可以去除150nm的Au顆粒，但不能去除直徑小于幾十納米的超細Au顆粒。在半導體工藝中，Si 表面上可能存在大量的超細不溶性顆粒，例如 Fe2O3)Al2O3 和 Si3N4。這些粒子變得越來越重要。為了去除超細顆粒，迫切需要一種新的清潔方法。

審核編輯：符乾江