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引言
? ? ? 硅晶片在晶片制造工藝或元件制作工藝過(guò)程中，會(huì)受到各種污染物、表面特性的影響。 這些污染物是導(dǎo)致半導(dǎo)體元件產(chǎn)出率下降的原因，可以在晶圓制造工序后的最后階段進(jìn)行清潔處理，也可以在元件制造工序前和工序中間進(jìn)行清潔處理。進(jìn)行清潔工程，使污染物濃度最小化。
? ? ? 使用HF清洗后，必須對(duì)重新吸入的微粒進(jìn)行清除。BOE溶液是NH4F和HF混合的溶液，與DHF溶液一樣，NH4F溶液有助于酸的貨物去除和NH4F溶液去除微粒，NH4F和HF混合使效果比HF顫抖。本方法對(duì)廣泛應(yīng)用于通用器件的Polished Si晶片和用于邏輯器件的Epitaxially-grown Si晶片進(jìn)行了表面處理時(shí)表面的化學(xué)物理變化，確定了相互之間的三個(gè)定過(guò)程后特性差異。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 本方法對(duì)直徑為300mm的拋光晶片和EpiLayer晶片采用不同的清潔液進(jìn)行表面處理后，表面的變化進(jìn)行了鑒定。晶片為P-type興奮劑，以抑制雜質(zhì)為1016cm?3濃度，在1200攝氏度高溫下進(jìn)行離子注入摻雜。 切成10 mm×10 mm大小的雕塑試片后，用清潔液進(jìn)行了表面處理。 選用SC-1作為RCA洗脫方法； SC-1洗脫方法是由氨水及過(guò)氧化氫水、超純水按1:1:5的比例混合使用，在混合液加熱到80 oC的情況下進(jìn)行洗脫，洗脫時(shí)間為600秒。
? ? ? 用混合液在清潔階段結(jié)束后利用超純水去除晶片表面殘留的混合液1分鐘，然后依次進(jìn)行了干燥階段。DHF洗脫以50%HF溶液與超純水為1:50的混合液在常溫下洗脫10秒，并進(jìn)行相同的混合液去除、干燥。BOE洗潔精也和DHF洗潔精一樣，在洗潔精后實(shí)施了去混合液干燥。在NH4F和HF以6:1混合的溶液中，用超純數(shù)為1:50混合的溶液洗脫BOE溶液10秒。這種利用混合液經(jīng)過(guò)表面處理過(guò)程的樣品均通過(guò)真空貯存，使硅片試件表面形成的自然氧化物的生長(zhǎng)達(dá)到最小。
? ? ? 在XPS分析中，所有的峰值都進(jìn)行了能量偏差補(bǔ)償，因此反映了表面特性。通過(guò)這些物理和化學(xué)測(cè)定，比較和分析了洗井前后表面的變化。
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總結(jié)和討論
? ? ? 純硅在化學(xué)上非常不穩(wěn)定，很容易與大氣中存在的異物結(jié)合。結(jié)果化合物在表面形成，占大部分的是氧化物。這種自然氧化膜形成后，顯微、遠(yuǎn)地等吸附現(xiàn)象會(huì)發(fā)生得更嚴(yán)重。因此，本研究為了最大限度地減少這些空氣中的污染現(xiàn)象，將清洗后的樣品真空包裝起來(lái)，在表面處理后測(cè)量之前，盡量減少與樣品大氣的接觸時(shí)間，從而只獲得清洗過(guò)程本身引起的表面特性。
表面粗糙度特性：圖1是通過(guò)對(duì)表面處理前后的每個(gè)晶片進(jìn)行AFM測(cè)量來(lái)測(cè)量表面的精細(xì)粗糙度的圖，與沒(méi)有進(jìn)行表面處理的雕刻時(shí)的相比，表面幾何圖形較差。
圖1 清洗處理前后的拋光和2.5μm和4μmepi層晶片表面的AFM圖像
表面化學(xué)特性：將晶片進(jìn)行表面處理后利用XPS測(cè)得的光譜圖，這里要重點(diǎn)確認(rèn)的元素種為:530eV附近的氧（O 1s）峰； 依據(jù)峰值強(qiáng)度可計(jì)算出鍵合濃度，峰值強(qiáng)度為280 eV附近的碳（C 1s）峰，100 eV附近的硅（Si 2p）峰。特別是對(duì)于用APM混合物和DHF混合物處理過(guò)的拋光晶片，可以看出O1s峰的強(qiáng)度被測(cè)得比其它表面處理混合物小。?
這些表面處理后立即形成的表面極性，在以后的門(mén)絕緣膜形成過(guò)程中伴隨的化學(xué)變化，使過(guò)程后出現(xiàn)變化。然而，對(duì)于這些表面化學(xué)和電學(xué)特性，利用XPS精確地確立初始條件對(duì)以后的工藝參數(shù)也有影響，因此可能是非常重要的。
本方法使用的X射線能量在Si的平衡帶邊緣的結(jié)合能量區(qū)域(主要由Si3s和O2p外角電子斜坡組成的區(qū)域)中有3 nm以上的電子逸出深度。因此，通過(guò)圖6的解釋?zhuān)_認(rèn)了表面處理前后Si-Si耦合電子結(jié)構(gòu)在表面上的存在。這證明了存在的氧化膜的形態(tài)是island形態(tài)，而不是一開(kāi)始表面處理之前完全捕集Si晶片表面的真菌工作形式，這種流動(dòng)形式隨著表面處理后氧化膜蝕刻的發(fā)生而更加明顯。這樣，基板表面處理后，不均勻的表面結(jié)構(gòu)特性和部分氧化特性增加，表面狀態(tài)不穩(wěn)定，DHF溶液處理等氧化膜被大部分去除，成為氫縱斷面。這之后進(jìn)行的柵極絕緣膜過(guò)程中，界面不穩(wěn)定性導(dǎo)致界面擴(kuò)散和界面粗糙的可能性會(huì)增加，因此，對(duì)這些清洗過(guò)程的密切表面特性的觀察可以說(shuō)是非常重要的例子。
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圖6 晶圓表面的XPS價(jià)帶邊緣光譜
總結(jié)
本方法以?huà)伖饩cEpi-Layer晶片進(jìn)行表面粗糙度、自然氧化物厚度及化學(xué)結(jié)合研究來(lái)確定變化，以確定晶片表面經(jīng)過(guò)表面處理后的化學(xué)與物理變化。 拋光晶片和Epi-Layer晶片通過(guò)AFM的3-D圖像確定了表面處理時(shí)，不同混合液晶片表面在特定部分的蝕刻導(dǎo)致的表面微粗糙度不同。 但是拋光晶片的情況下，對(duì)于BOE混合物，前部的蝕刻不是特定部分的蝕刻，而是產(chǎn)生了微粗糙度比表面處理前得到了改善值。
化學(xué)鍵分布通過(guò)XPS測(cè)量確定。結(jié)果表明，拋光晶片和Epi-層晶片均表明DHF混合液對(duì)表面存在自然氧化物的去除優(yōu)于BOE混合液。在拋光晶片和4μm-EPi-層晶圓的情況下，在O1s XPS光譜中發(fā)現(xiàn)了由表面吸附的OH效應(yīng)引起的結(jié)合能的變化，這使得表面極性 VBM結(jié)果證明是有影響的。盡管是相同的Si結(jié)構(gòu)，拋光和Epi-層晶片在各自的表面處理后有顯著的化學(xué)和物理差異，Epi-層晶片之間的厚度也不同。因此，為了應(yīng)用邏輯器件，Epi-層晶片通過(guò)本方法得到了增強(qiáng)，通過(guò)上述仔細(xì)的表面分析，為應(yīng)用柵極形成，必須對(duì)現(xiàn)有聚合波導(dǎo)基礎(chǔ)上建立的WAFAFER清洗工藝進(jìn)行重新評(píng)價(jià)，并開(kāi)發(fā)出能夠?qū)酆暇?.5 m & 4 m Epi-層晶片進(jìn)行相同表面氧化膜和污染物去除和微粗糙度改善的混合清洗液和工藝。