詳解SC-I清洗的化學(xué)模型

介紹

RCA標(biāo)準(zhǔn)清潔，在去除硅表面污染方面非常有效。RCA清潔包括兩個(gè)順序步驟：標(biāo)準(zhǔn)清潔1（SC-1）和標(biāo)準(zhǔn)清潔2（SC-2）。SC-1溶液由氫氧化銨、過氧化氫和水的混合物組成，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最有效的顆粒去除劑。這種混合物也被稱為氫氧化胺、過氧化氫混合物(APM)。SC-I溶液通過蝕刻顆粒下面的晶片來促進(jìn)顆粒去除；從而松動(dòng)顆粒，使機(jī)械力可以很容易地從晶圓表面去除顆粒。

本文將討論一個(gè)詳細(xì)的SC-I清洗的化學(xué)模型。了解導(dǎo)致氧化物同時(shí)生長和蝕刻的化學(xué)性質(zhì)，為優(yōu)化顆粒去除，同時(shí)盡量減少氣體液體界面的形成提供了基礎(chǔ)。

溶液化學(xué)

SC-1中晶片表面氧化物的生長速率由溫度、過氧化氫濃度和pH決定。此外，由于活性物質(zhì)在與硅反應(yīng)之前必須通過現(xiàn)有的氧化物擴(kuò)散，因此該反應(yīng)是受運(yùn)輸限制的，因此是氧化物厚度的函數(shù)。氧化物的厚度隨同時(shí)蝕刻和氧化物的生長而變化。因此，厚度是反應(yīng)時(shí)間的函數(shù)。此外，識別最可能的氧化物種對于準(zhǔn)確的氧化物溶液中氧化物生長模型是必要的。先前的分析表明，H202可能不是主要的氧化物種。

氧化物生長的濃度依賴性

在SC-1和H202溶液中發(fā)現(xiàn)了兩種不同的氧化物質(zhì)：H202和超氧化氫。這兩種氧化劑的相對濃度在兩種溶液之間存在很大差異。

其中CH202和CNH3是化學(xué)物質(zhì)混合物的正式過氧化氫和氨濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SC-1溶液的氧化速率遠(yuǎn)高于純過氧化物溶液。SC-1中的最終氧化物厚度會在非常短的暴露時(shí)間后達(dá)到，而在過氧化物溶液中，只有在大約50分鐘后才能獲得類似的氧化物厚度。

圖3：不同濃度下H202溶液中氧化物厚度隨時(shí)間的函數(shù)

氧化物生長的時(shí)間依賴性

事實(shí)上，化學(xué)氧化物的最大厚度是9A，因?yàn)樵撗趸锸窃赟C-I或純過氧化物溶液中產(chǎn)生的。由于氧化物在純過氧化氫溶液和SC-1溶液中停止生長，數(shù)據(jù)表明其他一些運(yùn)輸限制可能是活躍的。在氧化物和硅之間的界面附近，與局部電荷相關(guān)的極化能可以直接影響帶電物質(zhì)的輸運(yùn)。界面上局部電荷的存在提供了一種動(dòng)力，通過近距離擴(kuò)散影響輸運(yùn)。

結(jié)果表明，A的符號為負(fù)的，說明陰離子是氧化膜生長過程中的活性氧化物質(zhì)。這一證 據(jù)再次表明，超氧化氫是主要的氧化劑。

圖6：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（6）與圖像電荷模型的比較

結(jié)論

氧化物的生長發(fā)生在純物之間的界面上。硅和現(xiàn)有的氧化物，因此是一個(gè)運(yùn)輸有限的反應(yīng)。本文對已發(fā)表的數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析表明，負(fù)責(zé)氧化物生長的主要氧化劑是過氧化物陰離子，超氧化氫”。數(shù)據(jù)表明，SC-I溶液的生長速度明顯快于過氧化物溶液。在SC-1溶液中，超氧化氫由于氫氧化銨的存在而導(dǎo)致的濃度增加；因此，由于氧化劑濃度較高，生長速度更快。H20 2 在兩種溶液中的濃度大致相同，因此如果H20 2 是主要的活性氧化物種，則預(yù)計(jì)兩種溶液之間的生長速率不會發(fā)生變化。此外，任何一種溶液的增長率都與的濃度也與 成正比。這些比例關(guān)系表明，一個(gè)簡單的一階反應(yīng)，或與超氧化氫的運(yùn)輸有限反應(yīng)是氧化物生長的主要原因。最后，基于簡單菲克擴(kuò)散的模型無法擬合數(shù)據(jù)。相比之下，基于圖像電荷離子輸運(yùn)的模型與實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)發(fā)表的數(shù)據(jù)一致?；趫D像電荷輸運(yùn)的模型預(yù)測了經(jīng)常觀察到的氧化物厚度在8-10a左右的限制。超氧化氫-由圖像電荷產(chǎn)生的離子力傳輸；而H202不受這種靜電效應(yīng)的影響。