稀釋HF清洗過程中硅表面顆粒沉積的機理報告

摘要

本文討論了稀氫氟酸清洗過程中顆粒沉積在硅片表面的機理。使用原子力顯微鏡的直接表面力測量表明，硅表面上的顆粒再沉積是由于顆粒和晶片表面之間的主要相互作用。表面活性劑的加入可以通過改變顆粒和晶片之間的表面相互作用力來影響稀氟化氫溶液的清潔效果。我們表明，顆粒沉積與晶片和顆粒的ζ電勢的乘積之間存在簡單的相關性。這種相關性可以通過在雙電層相互作用的推導中引入線性疊加近似來解釋。表面活性劑的加入也將降低分散吸引力，引入空間排斥，并消除粘附力，如表面力測量結果所示。

介紹

隨著半導體工業(yè)向越來越小的尺寸發(fā)展，去除顆粒污染物變得極其重要。因此，硅片超凈是半導體加工的一個重要領域。最廣泛使用的清洗方法是基于RCA的濕化學清洗，可去除晶片表面的有機殘留物、顆粒和金屬離子。經(jīng)RCA清洗的晶片表面有一層約1-2納米厚的化學氧化層。使用稀釋的HF清洗來去除該層，并獲得氫鈍化的裸露硅表面，該表面具有高的抗氧化穩(wěn)定性和低密度的表面狀態(tài)。然而，在HF清洗期間，浴中的顆粒傾向于再沉積到裸露的硅表面上。

實驗

所有的實驗都在室溫下進行。每個實驗的0.5% HF溶液都是從電子級49% HF溶液新鮮制備的。在這些實驗中，氮化硅顆粒被選為模型顆粒。顆粒沉積實驗如下進行;硅片在浸入含200 ppm氮化硅顆粒的0.5 wt % HF溶液前，先在SC-1溶液中清洗~Alfa Aesar。平均直徑為0.3毫米，表面活性劑含量為1重量%，持續(xù)10分鐘。在稀氫氟酸溶液中分別加入不同的陽離子、陰離子、兩性或非離子表面活性劑來改變表面電荷。在水洗和氮氣吹干后，使用Jeol 6400掃描電子顯微鏡對晶片進行分析。從照片中統(tǒng)計表面顆粒。表面活性劑效率定義為并且小于零的值表示與沒有添加表面活性劑的情況相比顆粒沉積增加。

結論

已經(jīng)進行了直接力測量，以了解在DHF清洗期間硅表面上的粒子污染。在0.5%的氟化氫溶液中，酸堿度約為1.9，硅表面略有正電荷。由于硅表面和顆粒之間的大范德華相互作用，裸露硅表面上的顆粒沉積非常普遍。表面活性劑可用于減少DHF清潔中的顆粒沉積。表面活性劑的效率與其增加硅和粒子ζ電勢乘積的能力相關。在計算硅和粒子之間的電相互作用時，可以用線性疊加近似來理解這種相關性。表面活性劑可以減少分散相互作用，并在硅表面之間引入空間排斥和粒子表面。一些表面活性劑的加入也可以消除顆粒和硅表面之間的粘附力，促進顆粒從硅晶片上去除。

審核編輯：湯梓紅