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引言
? ? ? 集成電路制造過(guò)程中通常使用的清洗化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)使用了很多年。盡管已知各種清潔化學(xué)物質(zhì)對(duì)于當(dāng)前一代集成電路設(shè)計(jì)規(guī)則是有效的，但是對(duì)這些化學(xué)物質(zhì)的清潔機(jī)制和性能限制仍知之甚少。通過(guò)仔細(xì)的過(guò)程優(yōu)化和對(duì)清潔機(jī)制的理解，這些化學(xué)物質(zhì)通常可以被修改以保持或提高清潔效率，同時(shí)減少化學(xué)物質(zhì)的使用。最常見(jiàn)的清洗化學(xué)物質(zhì)包括用于去除重有機(jī)污染物、過(guò)渡金屬污染物和顆粒污染物的氧化水溶液。硫酸和強(qiáng)氧化劑如過(guò)氧化氫的混合物通常用于去除高分子量有機(jī)物(如灰化光刻膠)。
? ? ? 近年來(lái)，大量的努力集中在優(yōu)化SC-1和SC-2化學(xué)品的工藝性能上。已經(jīng)表明，這些化學(xué)物質(zhì)可以被充分稀釋，同時(shí)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(jī)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(guò)最大限度地減少化學(xué)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(shí)驗(yàn)
? ? ? 顆粒去除研究：實(shí)驗(yàn)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(lái)的，粒徑范圍從0.11 pm(計(jì)量檢測(cè)下限)到0.30 Atm。用于這些實(shí)驗(yàn)的晶片是150毫米的Si<100 >，在稀釋的(1∶10∶130)SC-1化學(xué)中預(yù)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(jìn)行粒子計(jì)量。首先進(jìn)行篩選實(shí)驗(yàn)以確定顆粒去除的主要效果。然后評(píng)估經(jīng)驗(yàn)響應(yīng)面矩陣，以確定顆粒去除的最佳條件。
? ? ? 有機(jī)污染物去除研究：進(jìn)行了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以評(píng)估稀釋的化學(xué)物質(zhì)SC-1與應(yīng)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(xué)物質(zhì)，這種溶液可以去除低分子量有機(jī)污染物，并有助于去除顆粒物因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)等有機(jī)污染物會(huì)影響柵極電介質(zhì)擊穿。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以確保稀釋SC-1不會(huì)不利地影響輕質(zhì)有機(jī)物的去除。
? ? ? 環(huán)境影響：使用稀釋化學(xué)清潔劑的第一個(gè)附帶好處是減少了化學(xué)物質(zhì)的使用?？梢院苋菀椎剡M(jìn)行計(jì)算，以確定通過(guò)稀釋化學(xué)處理槽獲得的化學(xué)節(jié)約量。廢水處理中使用的化學(xué)品也可以通過(guò)減少需要由廢物處理設(shè)施。然而，由于生產(chǎn)半導(dǎo)體晶圓廠的大部分化學(xué)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(xué)品(堿性)的廢水處理節(jié)省可忽略不計(jì)。
? ? ? 稀釋化學(xué)清洗的另一個(gè)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?jīng)_洗水流出物達(dá)到預(yù)定的電阻率。達(dá)到所需電阻率所需的時(shí)間根據(jù)不同濃度的SC-1化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)溢流沖洗用于完整的標(biāo)準(zhǔn)間距150毫米晶圓盒。這些實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)漂洗水電阻率為15 Mfl-cm。
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總結(jié)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(dāng)氫氧化銨和過(guò)氧化氫的濃度都顯著降低時(shí)，SC-1化學(xué)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(xué)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(xué)，1:1:5(ohihzo 2-H2O的比率)；稀釋至1:100:6900的化學(xué)成分包括在圖2中?？梢钥吹蕉握最l超聲波功率響應(yīng)，以及對(duì)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(yīng)很可能在實(shí)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(yīng)在稀釋化學(xué)中可能會(huì)增強(qiáng)。稀釋的化學(xué)物質(zhì)具有降低的離子強(qiáng)度，隨著離子強(qiáng)度的降低，雙層厚度減小，因此排斥通過(guò)ζ電勢(shì)相互作用增強(qiáng)。
? ? ? 這些結(jié)果表明，在高度稀釋的氫氧化銨中，薄的化學(xué)或天然氧化物足以保護(hù)硅表面免受堿性侵蝕。由于當(dāng)使用足夠稀釋的氨水時(shí)，清潔效率似乎對(duì)過(guò)氧化氫的存在不敏感，這些數(shù)據(jù)還表明表面蝕刻對(duì)于有效去除顆粒不是必需的。這些清洗不需要為了達(dá)到一定的蝕刻速率而定制，以便有效地去除顆粒。
? ? ? 有機(jī)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(yīng)。這是用于準(zhǔn)備有機(jī)污染挑戰(zhàn)的方法，這些數(shù)據(jù)作為對(duì)照組。所有其他晶片都經(jīng)過(guò)了各種清洗，并給出了最終的殘余污染水平(標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)稀釋的SC-1與一套完整的閘門(mén)前化學(xué)清洗結(jié)合使用時(shí)(通常情況下)，稀釋SC-1清洗不會(huì)降低整體HMDS去除效率。最后，由于“Fab Clean”包括一種侵蝕性有機(jī)剝離清潔劑，因此進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估當(dāng)序列中省略了食人魚(yú)清潔劑時(shí)，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(xué)物質(zhì)SC-1可能的化學(xué)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(shí)，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(jìn)行對(duì)比，使用了每天倒入一個(gè)20升浴缸的基準(zhǔn)。各種稀釋度的預(yù)期化學(xué)用途如表1所示。此外，與傳統(tǒng)的1:1:5清洗化學(xué)藥品相比，化學(xué)藥品的使用量減少了10%。顯然，通過(guò)使用稀釋濃度的SC-1可以大幅減少化學(xué)品的使用。稀釋化學(xué)清洗的一個(gè)直接相關(guān)的好處是清洗后所需沖洗水的減少。
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總結(jié)
? ? ? 清洗程序中使用的化學(xué)物質(zhì)通常是根據(jù)歷史先例選擇的。因此，仔細(xì)檢查化學(xué)成分和清潔順序可能是合適的。例如，通過(guò)更好地理解SC-1化學(xué)品在去除顆粒和有機(jī)污染物方面的性能極限，可以顯著減少化學(xué)品的使用..如果應(yīng)用足夠的兆頻超聲波能量，充分稀釋的SC-l化學(xué)物質(zhì)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(xué)物質(zhì)不需要用于SC-1顆粒去除。使用稀釋的SC-1去除輕質(zhì)有機(jī)污染物的研究表明，如果SC-1作為獨(dú)立的工藝使用，那么有機(jī)清洗效率可能會(huì)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(jié)合使用，則整個(gè)清洗順序相當(dāng)穩(wěn)健，并且SC-1的稀釋對(duì)有機(jī)去除沒(méi)有明顯影響。此外，為了去除輕有機(jī)物，可考慮在閘門(mén)前清洗程序中省略食人魚(yú)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(xué)和水資源。這些結(jié)果表明，使用優(yōu)化的清洗順序可以有效去除污染物，同時(shí)通常會(huì)減少化學(xué)品和水的使用。