先進(jìn)的Pre-Gate清潔評(píng)估報(bào)告

摘要

為了滿(mǎn)足更嚴(yán)格的晶圓清潔度要求、新出現(xiàn)的環(huán)境問(wèn)題和更嚴(yán)格的成本效益標(biāo)準(zhǔn)，晶圓清潔技術(shù)正慢慢遠(yuǎn)離傳統(tǒng)的基于RCA的工藝。本文比較了在同一個(gè)濕式臺(tái)架上進(jìn)行的不同先進(jìn)預(yù)澆口清洗工藝的清洗效率。稀釋RCA、稀釋動(dòng)態(tài)清潔(基于HF/臭氧的工藝)和AFEOL(稀釋SC1、HF和臭氧化學(xué)的組合)根據(jù)金屬和顆粒去除性能和主要表面特性(表面粗糙度和少數(shù)載流子壽命)進(jìn)行評(píng)估。還研究了硅和氧化物的消耗。對(duì)圖案化的柵極氧化物結(jié)構(gòu)進(jìn)行電評(píng)估，并且將使用優(yōu)化配方的分割批次的電結(jié)果與使用常規(guī)RCA工藝獲得的電結(jié)果進(jìn)行比較。這三種先進(jìn)清潔工藝的穩(wěn)健性已得到明確確立，我們證明它們的性能至少與標(biāo)準(zhǔn)RCA相同。

介紹

柵極前清洗被一致認(rèn)為是控制薄柵極氧化物完整性的關(guān)鍵參數(shù)之一，因此也是最終器件性能和產(chǎn)量的關(guān)鍵參數(shù)之一。然而，盡管工藝要求越來(lái)越嚴(yán)格，多種形式的RCA清洗]仍然是全球集成電路制造中FEOL清洗順序的首選。原因很簡(jiǎn)單:濃縮的NH4OH/ H2O2/ H2O混合物(SC1)在去除顆粒方面表現(xiàn)很好，HCl/ H2O2/ H2O混合物(SC2)在去除金屬污染物方面也表現(xiàn)很好。

本文提出了一種稀RCA，并討論了它在濕式臺(tái)架上的實(shí)現(xiàn)。我們介紹了DDC的最新技術(shù)進(jìn)展。我們還引入了一種新的先進(jìn)的生產(chǎn)線前端清洗技術(shù)，即AFEOL，它由氟化氫-臭氧和稀釋SC1化學(xué)組成(人們可以稱(chēng)之為dRCA和DDC工藝之間的中間方法)。

實(shí)驗(yàn)

二氧化硅和三氧化二鋁顆粒的污染程序是在分散了市售顆粒的去離子水中短暫浸泡。Si3N4污染的晶片通過(guò)將干凈的晶片浸入靜態(tài)污染的H3PO4蝕刻浴中獲得。請(qǐng)注意，PRE強(qiáng)烈依賴(lài)于初始計(jì)數(shù)和晶圓的初始條件(污染前的清潔)。因此，所有污染晶圓的實(shí)驗(yàn)都是在同一批次的樣品上進(jìn)行的。顆粒測(cè)量在TENCOR Surfscan 6200上進(jìn)行(顆粒尺寸:0.16米及以上)。

金屬污染的程序包括浸泡在SC1溶液(0，25/1/5 @ 25°C)中，該溶液之前添加了標(biāo)準(zhǔn)鐵、鋅、鋁、鈣、…解決方案。金屬污染水平是通過(guò)氣相分解TXRF(里加庫(kù))和/或VPD電感耦合等離子體(瓦里安)檢測(cè)的。這些技術(shù)對(duì)所研究元素的檢測(cè)限約為109原子/cm2。

結(jié)果和討論

顆粒污染物去除

在SC1化學(xué)中，顆粒通過(guò)NH4OH/ H2O2混合物的連續(xù)氧化和蝕刻作用被去除，這些化學(xué)物質(zhì)的比例是關(guān)鍵參數(shù)，因?yàn)樗鼪Q定了顆粒所附著的表面層的化學(xué)溶解速率(欠蝕刻機(jī)理)。在優(yōu)化稀SC1溶液的同時(shí)，NH4OH/ H2O2的比例保持不變，這已被證明導(dǎo)致硅和二氧化硅的類(lèi)似蝕刻行為高達(dá)0.25/1/500。在0，25/1/20的最佳工作點(diǎn)被明確地建立，用于去除我們研究的所有顆粒類(lèi)型。

金屬污染物去除

表三報(bào)告了SCP和-PCD測(cè)量的表面壽命數(shù)據(jù)(τscp對(duì)應(yīng)于表面復(fù)合壽命，τ pcd對(duì)應(yīng)于少數(shù)載流子壽命)。用RCA/ dRCA清洗或DDC/AFOEL清洗處理的晶圓之間出現(xiàn)了明顯的差異。對(duì)于最初被污染的晶片，這種區(qū)別更加明顯(最初的污染水平與表二中給出的相同)。這表明這兩組工藝的殘留金屬污染物略有不同。然而，應(yīng)該記住，在一階近似下，τ pcd與鐵濃度成反比:[Fe] = (τ pcd)-1X5.1011。因此，通過(guò)-PCD測(cè)量的50 s的差異僅代表從2.5到3.3X109cm2.如上所述，在這個(gè)范圍內(nèi)，分析技術(shù)很難檢測(cè)到變化。

硅表面粗糙度

當(dāng)獲得硅表面的“不切實(shí)際的粗糙化”時(shí)(通過(guò)在BHF 或在熱去離子水或在堿溶液中的長(zhǎng)時(shí)間處理)，檢測(cè)到產(chǎn)量損失。另一方面，當(dāng)涉及相對(duì)光滑的表面(低均方根粗糙度)時(shí)，均方根粗糙度和固有氧化物性能之間的相關(guān)性并不十分清楚。如圖所示2、從這個(gè)角度來(lái)看DDC過(guò)程是非常有效的。AFEOL清洗也能夠減少高峰的數(shù)量，但RCA和dRCA工藝并非如此。

結(jié)論

本文已經(jīng)測(cè)量了表1中詳述的三種替代清潔工藝的性能，并與標(biāo)準(zhǔn)RCA清潔進(jìn)行了比較。在整片晶圓上，我們通過(guò)這些先進(jìn)工藝獲得的顆粒去除效率、金屬去除效率和“表面特性”至少與RCA工藝一樣好(通常更好)。通過(guò)測(cè)試幾個(gè)批次的70柵氧化層結(jié)構(gòu)，它們的堅(jiān)固性已在圖案化晶圓上得到統(tǒng)計(jì)證明。電學(xué)結(jié)果證實(shí)，dRCA、DDC或AFEOL清洗工藝可以作為傳統(tǒng)RCA清洗的成本有效的替代品，具有化學(xué)消耗低得多、占地面積小和產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)。

新的AFEOL序列累積了SC1化學(xué)去除粒子的可靠性(實(shí)際上是優(yōu)化的稀釋SC1)和臭氧化學(xué)確保最終硅表面完美鈍化的可靠性。由于金屬污染也得到很好的控制，這個(gè)過(guò)程可能代表著向更先進(jìn)的清潔策略。

審核編輯：湯梓紅