有机污染物在晶圆表面的吸附行为

微电子工业中高性能器件的快速发展需要非常好的清洁环境维护。洁净室对于提供用于处理半导体器件的合适环境是必不可少的。然而，即使在这样的环境中，也可能发生晶片表面的有机亚单层污染。在10级或更高等级的洁净室中，有机化合物的浓度可能超过颗粒浓度几个数量级。

一般来说，有机污染物要么来自洁净室本身等工艺环境，要么来自制造过程不同阶段使用的塑料储存箱。我们已经发现晶片表面上吸附的有机化合物会导致缺陷，例如表面粗糙度增大、雾度的形成、条纹、对外延生长的损害以及栅极氧化物完整性的退化。

为了研究有机污染物表面浓度对硅片的影响，首先利用XPS技术对硅片表面进行了表征，然后测定了不同气相浓度下PGMEA和EA的吸附行为，评价了温度对两种化合物吸附动力学的影响。为了模拟洁净室中更真实的条件，我们研究了混合物对吸附动力学的影响。最后，根据国际半导体技术路线图建议的最大允许有机污染水平限制，对两种化合物的不同气相浓度的最大暴露时间进行了估算。

图2.硅表面的XPS光谱。(二)硅片表面(a) C1s、(b) Si2p和(c) O1s的XPS光谱

用XPS技术对硅片表面进行了表征，揭示了在该工作中使用的硅表面的组成由一氧化硅1.6C1.1组成，并且碳原子占检测到的原子的28.2%。

以流动管式反应器为检测工具，研究了丙二醇甲醚乙酸酯和乙酸乙酯两种有机化合物在硅片表面的吸附行为。

建立了气相浓度与晶片表面吸附量之间的关系。这可用于阐明丙二醇甲醚乙酸酯和乙酸乙酯在洁净室气氛中的吸附特性。根据两种化合物的物理化学性质对它们的吸附进行比较，发现酮基是这两种化合物在硅片上快速吸附的原因，而沸点是影响化合物吸附焓的关键参数。以这种方式，即使具有相同偶极矩但不同沸点的有机物相对于晶片表面也可以具有非常不同的吸附行为。

因此，为了揭示洁净室中存在的有机污染物的吸附行为的全貌，还有许多事情需要了解。理论计算有助于支持实验数据，并揭示更多关于硅表面吸附位置能级的信息。我们实验室已经在进行一些理论研究。

单组分体系和双组分体系的动力学对比研究表明，硅晶片表面聚乙二醇单甲醚的吸附量不随乙二醇浓度的变化而变化。然而，吸附和解吸常数值都增加了。

根据国际半导体技术路线图建议的最大允许浓度，为两种化合物建立了气相浓度和最大暴露时间之间的关系。发现在高气相浓度下，吸附量的临界值在很短的时间内达到。

因此，即使在短时间内被吸附的低分子量有机污染物也可能改变微电子器件的质量。

审核编辑：汤梓红