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? ? ? 微電子工業(yè)中高性能器件的快速發(fā)展需要非常好的清潔環(huán)境維護。潔凈室對于提供用于處理半導體器件的合適環(huán)境是必不可少的。然而，即使在這樣的環(huán)境中，也可能發(fā)生晶片表面的有機亞單層污染。在10級或更高等級的潔凈室中，有機化合物的濃度可能超過顆粒濃度幾個數(shù)量級。
? ? ? 一般來說，有機污染物要么來自潔凈室本身等工藝環(huán)境，要么來自制造過程不同階段使用的塑料儲存箱。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)晶片表面上吸附的有機化合物會導致缺陷，例如表面粗糙度增大、霧度的形成、條紋、對外延生長的損害以及柵極氧化物完整性的退化。?
? ? ? 有機污染物要么被物理吸附，要么被化學吸附，這取決于它們的物理化學性質。一般來說，單層有機化合物在固體表面的吸附特性受它們的蒸汽壓、偶極矩和分子量的控。這種污染的控制，尤其是硅晶片上有機沉積動力學的知識，對于處理半導體器件制造的工業(yè)來說是至關重要的。盡管在實際的半導體制造過程中，某些化合物(如鄰苯二甲酸酯)的吸附動力學長達數(shù)天，但晶片暴露時間通常僅限于幾個小時。然而，即使暴露幾個小時也會導致低分子量有機化合物污染晶片表面。這種污染反過來會導致半導體電氣特性的惡化。
? ? ? 許多研究致力于開發(fā)定量晶片表面有機污染物的分析方法。大多數(shù)研究都使用熱解吸氣相色譜/質譜(TD-GC/MS)進行空氣和晶圓表面分析。這種實驗技術的主要缺點是加熱溫度的設定，因為過度加熱不僅會分解母體污染物，還會導致反應室部件產(chǎn)生非預期的材料除氣，這可能會干擾晶片除。
? ? ? 為了研究有機污染物表面濃度對硅片的影響，首先利用XPS技術對硅片表面進行了表征，然后測定了不同氣相濃度下PGMEA和EA的吸附行為，評價了溫度對兩種化合物吸附動力學的影響。為了模擬潔凈室中更真實的條件，我們研究了混合物對吸附動力學的影響。最后，根據(jù)國際半導體技術路線圖建議的最大允許有機污染水平限制，對兩種化合物的不同氣相濃度的最大暴露時間進行了估算。
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圖?2.硅表面的XPS光譜。(二)硅片表面(a) C1s、(b) Si2p和(c) O1s的XPS光譜
? ? ? 用XPS技術對硅片表面進行了表征，揭示了在該工作中使用的硅表面的組成由一氧化硅1.6C1.1組成，并且碳原子占檢測到的原子的28.2%。
? ? ? 以流動管式反應器為檢測工具，研究了丙二醇甲醚乙酸酯和乙酸乙酯兩種有機化合物在硅片表面的吸附行為。
? ? ? 建立了氣相濃度與晶片表面吸附量之間的關系。這可用于闡明丙二醇甲醚乙酸酯和乙酸乙酯在潔凈室氣氛中的吸附特性。根據(jù)兩種化合物的物理化學性質對它們的吸附進行比較，發(fā)現(xiàn)酮基是這兩種化合物在硅片上快速吸附的原因，而沸點是影響化合物吸附焓的關鍵參數(shù)。以這種方式，即使具有相同偶極矩但不同沸點的有機物相對于晶片表面也可以具有非常不同的吸附行為。
? ? ? 因此，為了揭示潔凈室中存在的有機污染物的吸附行為的全貌，還有許多事情需要了解。理論計算有助于支持實驗數(shù)據(jù)，并揭示更多關于硅表面吸附位置能級的信息。我們實驗室已經(jīng)在進行一些理論研究。
? ? ? 單組分體系和雙組分體系的動力學對比研究表明，硅晶片表面聚乙二醇單甲醚的吸附量不隨乙二醇濃度的變化而變化。然而，吸附和解吸常數(shù)值都增加了。
? ? ? 根據(jù)國際半導體技術路線圖建議的最大允許濃度，為兩種化合物建立了氣相濃度和最大暴露時間之間的關系。發(fā)現(xiàn)在高氣相濃度下，吸附量的臨界值在很短的時間內達到。
? ? ? 因此，即使在短時間內被吸附的低分子量有機污染物也可能改變微電子器件的質量。
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