一種除去晶片表面有機(jī)物的清洗方法

近年來(lái)，作為取代SPM（硫酸/過氧化氫）清洗的有機(jī)物去除法，通過添加臭氧的超純水進(jìn)行的清洗受到關(guān)注，其有效性逐漸被發(fā)現(xiàn)。在該清洗法中，可以實(shí)現(xiàn)清洗工序的低溫化、操作性的提高、廢液處理的不必要化、封閉系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。另一方面，動(dòng)態(tài)自旋清洗法解決了現(xiàn)在普遍使用的靜態(tài)分批清洗法中存在的交叉污染、藥液使用量的減少化、清洗時(shí)間的縮短化問題，而且還可以抑制自然氧化膜的生成，因此受到了人們的關(guān)注。將自旋清洗法與添加臭氧的超純水相結(jié)合的新清洗法，與以往的方法相比，具有更好的清洗能力，在抑制自然氧化膜生成的同時(shí)，可以在短時(shí)間內(nèi)完全除去晶片表面的有機(jī)物。

有機(jī)物的影響和除去方法有機(jī)物污染是必須從晶片表面除去的污染物之一。作為污染源，被認(rèn)為是涉及潔凈室內(nèi)的空氣、晶片載體、晶片盒、藥品、清洗工具等多種多樣的污染源。物理吸附在晶片表面的有機(jī)物分子以粒子或薄膜狀復(fù)蓋表面，為了遮擋與清洗藥液的接觸，清洗效率(金屬、粒子除去)降低，表面的不均勻蝕刻，以及外延硅層的生長(zhǎng)、柵極氧化膜的擊穿，因此，一般認(rèn)為晶片表面上的有機(jī)物除去在清洗工序中必須首先在完全壁上進(jìn)行。

有機(jī)物去除機(jī)理根據(jù)利用FT-ⅠR的觀察，已經(jīng)推測(cè)有機(jī)物具有島狀或至少不均勻的厚度，是物理吸附的。有機(jī)物的除去使用的是利用氧化分解的清洗法，但是由于清洗后的晶片表面會(huì)形成氧化硅膜，所以一般組合進(jìn)行用于除去氧化膜的清洗(稀氫氟酸清洗等)。SPM清洗、添加臭氧的超純水清洗基本上都需要完全分解有機(jī)物，是理想的，但是認(rèn)為有些有機(jī)物在數(shù)10分鐘的清洗時(shí)間內(nèi)大多不能分解。據(jù)推測(cè)，在這種情況下，本來(lái)為了除去氧化膜而進(jìn)行的清洗會(huì)對(duì)有機(jī)物的除去提供幫助。通過這一連串的清洗去除有機(jī)物的機(jī)理可考慮如下。圖1模式化地表示了去除機(jī)理。

圖1 有機(jī)物去除機(jī)理圖

被有機(jī)物污染的晶圓浸漬在清洗液(硫酸/過氧化氫、添加臭氧的超純水)中后，氧化反應(yīng)，即有機(jī)物的氧化分解或者沒有吸附有機(jī)物的部分開始硅的氧化。如果進(jìn)一步進(jìn)行氧化反應(yīng)，在晶片表面整體上形成氧化硅膜，未被分解而殘留的難分解有機(jī)物成為騎在氧化膜上的形式。因此，即使不完全分解有機(jī)物，只要在該時(shí)刻進(jìn)行除去氧化膜的操作，就可以從晶片表面除去有機(jī)物。但是，如果氧化膜的形成在面內(nèi)不均勻，則清洗后的晶圓表面為了增加表面的粗糙度，需要設(shè)定適當(dāng)?shù)难趸瘯r(shí)間。

新的清洗方法：

靜態(tài)洗滌方法：圖2顯示的是只進(jìn)行了預(yù)清洗的晶片的光譜( Pre-cleaned )和在能夠被認(rèn)為有機(jī)物完全熱分解的1000°C下進(jìn)行熱氧化處理的晶片的光譜( Thermal oxidation )。后者沒有檢測(cè)出表示有機(jī)物存在的峰值，但前者可以明確確認(rèn)。另外，添加臭氧的超純水清洗、SPM清洗的情況下，這種傾向也得到了同樣的結(jié)果，表明了一直以來(lái)使用的靜態(tài)清洗法的清洗能力是有限的。

圖2批量清洗法的能力極限

動(dòng)態(tài)洗滌方法：在裝置中，將晶片安裝在清洗室內(nèi)的卡盤上，在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過可動(dòng)式噴嘴供給清洗藥液或超純水。罩上部有高純度氮的導(dǎo)入口，通過經(jīng)常吹掃，可以防止?jié)崈羰抑械目諝馕廴?。另外，可以抑制自然氧化膜的生成。此外，該裝置不僅可以除去有機(jī)物，還可以在一個(gè)清洗室內(nèi)進(jìn)行包括金屬雜質(zhì)、粒子/粒子除去清洗在內(nèi)的所有清洗工序。在該方法中，具有經(jīng)常向晶圓表面供給新鮮的藥液，通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的遠(yuǎn)Jb力形成均勻的流動(dòng)，在R舜時(shí)從晶圓表面除去不需要的反應(yīng)生成物的優(yōu)良特點(diǎn)。

自旋清洗法：旋轉(zhuǎn)清洗法、分批清洗法均為5分鐘（分批清洗為10分鐘）的10ppm臭氧添加超純水，對(duì)被有機(jī)物污染的晶片分別進(jìn)行清洗、超純水清洗、稀氫氟酸清洗和最終超純水清洗。

在旋轉(zhuǎn)清洗法中，去除率隨著旋轉(zhuǎn)次數(shù)的增加而提高，在1500rpm左右時(shí)，與分批清洗法相比，只能得到較低的去除率，但在旋轉(zhuǎn)3000rpm以上時(shí)，可以去除到完全檢測(cè)不出有機(jī)物的峰值的程度。此外，該清洗方法同時(shí)可以完全抑制Si-OH、Si-0-Si的生成。此外，由于在這種裝置中，按照預(yù)先設(shè)定的工序順序，在完全控制的條件下進(jìn)行清洗，因此可以認(rèn)為是一種均勻性、再現(xiàn)性優(yōu)異的清洗方法。

總結(jié)

我們能夠檢測(cè)出晶片表面極微量存在的有機(jī)物，而且通過動(dòng)態(tài)清洗法能夠提供以往方法無(wú)法得到的高清潔度的晶片表面，這成為了解明至今尚不清楚的有機(jī)物影響的切入點(diǎn)，尤其包括器件的高性能化、微細(xì)加工技術(shù)的進(jìn)步。

　　審核編輯：湯梓紅