硅晶片的清洗技术

小英说半导体

引言

高质量的晶圆在晶体精度、成型质量和表面质量方面都很优越，所以增加LSIs（大规模集成电路）的集成密度需要更高质量的硅晶片，但我们必须考虑芯片尺寸和制造成本增加的问题。它们会导致互连故障和晶体缺陷，退化设备性能，目前有机杂质以及诸如金属和颗粒等传统杂质的规格已经开始被规定。为了满足这些要求，英思特公司从理论上对硅片表面发生的现象进行分析，突破难关的基础上进行了工艺设计。

实验与讨论

在清洗溶液中对金属的吸附主要有两种机制。一种是化学吸收，即金属在碱性溶液中对天然氧化物（SiO）的吸附。另一种是在酸性溶液中对裸硅的电化学吸附。

在SC-1清洗溶液中，晶片整体厚度缓慢减小，但晶片表面存在一定的厚度。在这种情况下，如果蚀刻速率足够慢，金属吸附和解吸反应足够快，则天然氧化物与溶液之间就会存在一定的金属离子吸附平衡。实际上，由于SC-1清洗溶液对天然氧化物的蚀刻速率为每分钟几个单层，而金属的吸附量在晶片浸泡后一秒内达到恒定值，因此可以认为这种平衡是保持的。溶液中在给定温度下的金属离子浓度与吸附量之间的关系称为“吸附等温线”。图1显示了29%氢氧化铵和31%氢水溶液的1：1：5混合物的吸附等温线。

图1：SC-1溶液中Fe³+、Ni²+和Zn²+的吸附等温线

与臭氧化水的氧化能力相比，氢化水具有还原氧化能力。当被施加一种像超电子力这样的物理力时，它显示出一种去除粒子的能力。粒子通过像超音速这样的物理力被释放到氢化水中，并通过氢化水的还原能力被带入负电荷。负电荷粒子排斥相同电荷的硅晶表面，使其不再粘附，并从表面去除。与APM等流行的颗粒去除溶液的碱性清洗溶液相比，氢化水蚀刻的很少，有利于粗糙度不能降解的晶片和表面装饰的晶片。

结论

本文讨论了金属的吸附和颗粒的粘附机理。英思特研究发现，通过不断提高集成密度有助于实现更高的清洁度。300毫米晶圆的出现将成为提高晶片表面清洁度的重要方法。为了满足这一变化，未来我们有必要关注在原子水平上分析和控制发生在硅片表面的反应，这些对技术突破和半导体行业的的发展有着重大的意义。