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摘要
? ? ? 目前的硅基技術(shù)要求萬億分之幾(PPT)范圍內(nèi)的表面污染容限，要求烘烤溫度低于800℃的硅外延等工藝的較低熱預(yù)算，以及每次清洗的硅消耗量低于0.1毫米。
? ? ? 這些新的限制現(xiàn)在可能會(huì)超過同類最佳制造清洗序列的能力。一些關(guān)鍵原因是:
? ? ? -其稀釋化學(xué)物質(zhì)的清潔效率，即使與萬億比特化學(xué)物質(zhì)的使用相結(jié)合，也可能無法滿足ppt污染要求，
? ? ? -需要原始穩(wěn)定的氫封端硅表面終端，以滿足許多熱處理的低熱預(yù)算要求，
? ? ? -按照ITRS路線圖的定義，使用過氧化物和基于臭氧的化學(xué)物質(zhì)，每次清潔消耗的硅量固有地超過0.1毫米。
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清潔效率
? ? ? 制造環(huán)境中使用的大多數(shù)當(dāng)前濕法清洗工藝仍然用天然、化學(xué)氧化物層終止硅。這種天然或化學(xué)氧化物是清洗后污染的主要部分。傳統(tǒng)的濕法清洗化學(xué)品如氫氧化銨、鹽酸、硫酸、氫氟酸和過氧化氫的凈化已經(jīng)投入了大量的努力。添加H2O2、HCl和醇也常用于dHF混合物中，以抑制污染。雖然這些可能是一些有效的補(bǔ)救措施，但這些混合物中的主要成分超純水(UPW)仍然含有溶解的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會(huì)滲入化學(xué)氧化物或在清洗后終止于硅表面。
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氧化物和氫化物硅表面終端
? ? ? 氧化物終止清洗對(duì)于不限制后續(xù)高溫工藝的工藝來說是足夠的，標(biāo)準(zhǔn)UPW中的溶解氧、二氧化碳、總有機(jī)碳和二氧化硅等雜質(zhì)仍然存在，并可能對(duì)氧化物完整性和其他電氣性能產(chǎn)生不利影響。熱處理時(shí)，間隙碳也可以擴(kuò)散到硅中。UPW的溶解有機(jī)物需要大幅減少，以提高這些化學(xué)生長(zhǎng)氧化物的純度。
? ? ? SiHx終端是許多工藝的理想選擇：使用dHF濕法清洗工藝實(shí)現(xiàn)100% SiHx終端幾乎是不可能的，由于暴露在空氣中時(shí)硅表面固有的再氧化，最大限度地減少濕法清洗和后續(xù)工藝之間的排隊(duì)時(shí)間至關(guān)重要。SiHx表面暴露在空氣中也會(huì)導(dǎo)致有機(jī)污染物的附著與氧化物終止清洗類似，UPW溶解的雜質(zhì)對(duì)dHF工藝提供純凈、穩(wěn)定的氫終止硅表面的能力有顯著影響。
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硅片干燥方法也面臨挑戰(zhàn)
? ? ? ?隨著濕法清洗和漂洗步驟所面臨的新挑戰(zhàn)，有證據(jù)表明，目前最先進(jìn)的使用異丙醇的硅片干燥方法是不可接受的有機(jī)污染水平的來源。隨著表面污染規(guī)格的降低，其干燥后殘留物的污染程度超過了異丙醇輔助干燥帶來的好處。其他非化學(xué)干燥方法需要加強(qiáng)或發(fā)展。
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簡(jiǎn)單的增強(qiáng)以滿足苛刻的表面處理要求 ??
? ? ? 深入研究硅晶片上天然氧化物的生長(zhǎng)、浸入不同溶解氧水平和空氣的去離子水中(圖1)以及功能性H2水對(duì)顆粒去除效率和氫終止表面的益處。超純水(UPW)的脫氣和再氣化可以成為實(shí)現(xiàn)這些新標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)組成部分。
? ? ? 這項(xiàng)新技術(shù)發(fā)揮作用的一些關(guān)鍵要素是:
? ? ? -特定的dHF化學(xué)和工藝條件
? ? ? -超脫氣水(< 100ppt)
? ? ? -H2功能水或陰離子表面活性劑9)以實(shí)現(xiàn)> 90%的顆粒去除效率
? ? ? -具有高純度部件和管道的工藝設(shè)備
? ? ? XPS研究表明，這一過程可產(chǎn)生無法檢測(cè)的氧化物(< 0.1A)長(zhǎng)達(dá)3天。另一種在dHF過程后量化表面缺少C和O的極其靈敏的方法是封裝SIMS。這兩種表征方法中氧氣和碳的缺乏間接表明濕法清洗過程后表面上SiHx的程度(圖。2)根據(jù)UPW的溶解氧，該過程可產(chǎn)生< 3E12 at/cm2的空氣氧化物密度(圖。3). 這種能力使得低溫硅和硅鍺外延工藝的熱預(yù)算低于800℃。4). 這一過程也被證明允許超過8小時(shí)的排隊(duì)時(shí)間，而無需在清潔和epi過程之間使用特殊處理。
? ? ? 在許多情況下，如果不是大多數(shù)情況下，現(xiàn)在有可能使用單步dHF濕法工藝來最大限度地減少硅損失，并降低擁有成本和環(huán)境問題。
? ? ? 為了解決將異丙醇用于晶片干燥的有機(jī)殘留物問題，已經(jīng)研究了增強(qiáng)諸如常規(guī)旋轉(zhuǎn)漂洗干燥(SRD)等低效方法的能力，這可能是替代現(xiàn)有記錄異丙醇干燥技術(shù)的可接受選擇。
? ? ?SRD工具的兩項(xiàng)增強(qiáng)功能可使其作為有效的干燥工具重新浮出水面，以滿足新的表面處理標(biāo)準(zhǔn):
? ? ? -用真空補(bǔ)充干燥步驟可以顯著減少水微滴
? ? ? -利用低溶解氧(脫氣)UPW進(jìn)行沖洗已顯示可消除水痕
總結(jié)
? ? ? 盡管隨著新興光伏和器件技術(shù)帶來的表面處理規(guī)范的收緊，出現(xiàn)了復(fù)雜的問題，但事實(shí)證明解決方案本質(zhì)上可能很簡(jiǎn)單。解決這些難題的簡(jiǎn)單方法的一些例子是:
? ? ? -一步dHF清洗可以克服與新的表面處理標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的三個(gè)障礙。
? ? ? -對(duì)UPW的溶解氧和其他溶解物質(zhì)以及化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行脫氣已被證明是一項(xiàng)有價(jià)值的技術(shù)，可顯著降低濕法清洗過程的清洗、漂洗和干燥步驟中的污染水平。
? ? ? -可增強(qiáng)SRD以實(shí)現(xiàn)有效的晶圓干燥，并取代基于IPA的方法
? ? ? -通過快速、減壓、低溫處理，幾乎可以消除不可避免的空氣傳播有機(jī)污染物和異丙醇干燥殘留物。
? ? ? 這些實(shí)現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性的表面制備標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)單方法可以在商用設(shè)備上找到。
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