硅晶圓表面金屬在清洗液中的行為

引言

隨著器件的集成化，對(duì)Si晶片的要求也變得更加嚴(yán)格，降低晶片表面的金屬污染變得重要，這是因?yàn)镾i晶片表面的金屬污染被認(rèn)為是氧化膜耐壓和漏電流等電特性劣化的原因。在Si晶圓的清洗中RCA清洗被廣泛使用，為了提高表面的清潔度，進(jìn)行了清洗法的改良，降低使用的超純水、藥品中的污染等方面的努力。今后為了進(jìn)一步提高表面清潔度，有必要比以前更多地減少工藝中的污染，但這并不是把污染金屬集中起來處理，而是考慮到每個(gè)元素在液體中的行為不同，在本文中，介紹了關(guān)于Si晶圓表面金屬在清洗液中的行為的最近的研究例子。

RCA洗凈

除去Si晶圓表面污染的RCA清洗是由NH4OH/H2O2/H20，HF/H2 O，HCl/H2O2/H2O組合而成的。通過NH4OH/H2O2/H2O除去Si晶圓表面的有機(jī)物污染以及粒子（微粒子），通過HF除去自然氧化膜和膜中的污染，通過HGl/H2 O2/H2O除去金屬污染，形成純凈的自然氧化膜。對(duì)于金屬污染的除去能力，在各個(gè)液體中是不同的。酸系的清洗對(duì)Fe，Al，Zn的去除能力很高。與此相對(duì)，氨系的清洗對(duì)Ni，Cu的去除效果很高

晶圓表面金屬污染評(píng)價(jià)法

Si晶圓表面金屬污染降低到現(xiàn)在的1010atoms/cm2以下的背景，當(dāng)然是評(píng)價(jià)技術(shù)水平的提高。在各種分析方法中，作為Si晶圓表面金屬污染的評(píng)價(jià)方法，現(xiàn)在備受關(guān)注的有氣相分解/原子吸收法（VPD/AAS），全反射熒光X射線分析法(TXRF)。氣相分解/原子吸光法是將晶圓暴露在HF蒸汽中，之后滴下超純水，通過均勻地剝離晶圓表面，將含有金屬污染的HF作為液體回收，通過原子吸光法進(jìn)行分析的方法。原子吸光法擅長(zhǎng)Zn，Na，K等元素分析，但不擅長(zhǎng)Al，Ni等元素。在該方法中，可以進(jìn)行晶圓表面濃度為109atoms/cm2左右的微量分析。但是，如后文所述，由于容易吸附在沒有形成自然氧化膜的Si表面上的Cu等進(jìn)行再吸附，因此存在HF溶液的回收率低的問題點(diǎn)。

另一方面，全反射熒光X射線分析法是X射線，使之以0.1°左右的低角度入射到晶圓表面，檢測(cè)從試料表面產(chǎn)生的熒光X射線的方法，能夠靈敏地測(cè)定表面附近的雜質(zhì)。測(cè)定對(duì)象元素為TREX610的情況下，周期表上的S到Zn的元素，F(xiàn)e到Zn的元素的檢測(cè)界限大致為1010atoms/cm2。僅考慮檢測(cè)極限，全反射熒光X射線分析法不如氣相分解/原子吸光法，但具有非破壞，非接觸，簡(jiǎn)便地測(cè)量晶片上的金屬污染的優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量結(jié)果的一個(gè)例子如圖1所示。最近，通過氣相分解/全反射熒光X射線分析法（VPD/TXRF），108～109atoms/cm2的檢測(cè)也成為可能。

圖1 全反射熒光X射線分析方法的測(cè)量示例

晶圓的強(qiáng)制污染方法

在進(jìn)行Si晶圓表面的金屬污染行為調(diào)查時(shí)，準(zhǔn)備故意表面污染的晶圓，進(jìn)行化學(xué)處理后，根據(jù)上述評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析。作為定量污染液，通常使用原子吸光用標(biāo)準(zhǔn)液。作為對(duì)晶圓全面的強(qiáng)制污染方法，代表性的有旋涂法和液中污染法。旋涂法是使滴下一定量的污染液的晶圓旋轉(zhuǎn)，在面內(nèi)均勻地涂敷的方法。該方法是在晶圓上涂敷金屬離子的狀態(tài)，因此表面濃度不依賴于元素，而是依賴于液中金屬濃度。在旋涂法中，通過使用具有自然氧化膜的親水表面的晶圓，可以在晶圓面內(nèi)均勻地進(jìn)行污染。

另一方面，液中污染法是在添加了金屬離子的液中處理晶圓的方法。與自旋涂法不同，在這種情況下，為了使金屬離子容易吸附到Si晶圓表面。因此，污染的程度不同。圖2顯示了NH4OH/H2O2/H2O中的藥液中的污染量和處理后的表面污染量的關(guān)系。從該圖可以看出，在液體中的污染量相同的情況下，相對(duì)于Fe、Zn，Ni、Cu的表面污染量變少了。

圖2 液體中金屬濃度與晶片表面金屬濃度的關(guān)系。在NH4OH/H2O2/HBO液體中單獨(dú)污染的情況

總結(jié)

由于成為問題的金屬污染量變得微量，在為了得到清潔的晶圓的清洗中，降低清洗液中的金屬污染水平是很重要的，必須注意根據(jù)金屬的不同，在液體中的行為也不同。另外，評(píng)價(jià)Si晶圓―表面的金屬污染的方法有各種各樣的方法，但是由于是微量的，檢測(cè)變得困難。通過組合使用多種裝置，金屬離子的行為逐漸變得清楚。今后為了降低晶圓表面的金屬污染量，需要充分注意測(cè)定法的改良和處理等。

　　審核編輯：湯梓紅