超细金属颗粒在硅片表面的行为研究

摘要

随着 ULSI 设备越来越小型化，对产量产生不利影响的颗粒直径一直在缩小。最近，直径为 0.1 或更小的超细颗粒变得很重要。预计这种类型的超细颗粒难以去除。本研究建立了一种评估超细颗粒去除效率的方法。使用气体沉积方法将直径为几纳米到几百纳米的超细金属颗粒沉积在硅表面。研究了使用各种清洁溶液去除超细颗粒的效率。APM（NH4OH~H2O2-H2O）清洗可以去除150nm的Au颗粒，但不能去除直径小于几十纳米的超细Au颗粒。此外，当执行 DHF-H2O2 清洗以去除 Au 超细颗粒时，Si 表面变得更粗糙。这被认为是因为贵金属如Au? Ag和Cu具有比Si更高的电负性，从Si吸引电子促进Si氧化。

介绍

随着超大规模集成 (ULSI) 制造技术的不断进步，超洁净晶圆表面的制备至关重要。超净晶片表面的特征在于：(i) 无颗粒 (ii) 无有机污染，(m) 无金属污染，(w) 无天然氧化物，(v) 完全终止氢，表面无显微粗糙度。特别是，实现无颗粒的晶圆表面是最重要的项目，因为颗粒肯定会导致图案缺陷，从而降低 ULSI 产量。因此，颗粒是实现接近100%良率的高性能工艺的最大障碍。通常，对成品率产生不利影响的颗粒直径大于 ULSI 图案尺寸的十分之一。2,3 因此，随着最近的图案尺寸在制造中变得小于 1 pim，直径为 0.1 |±m 或少变得重要。在 21 世纪初，我们希望制造具有 0.1 pcm 图案尺寸的 ULSI 器件，因此 10 nm 范围内的颗粒变得至关重要。预计这种类型的超细颗粒难以去除。迄今为止，一些理论研究表明，较小的颗粒更难去除 4 并且更容易粘附。3,5 尽管存在这一严重问题，但由于难以检测，因此很少对 Si 晶片表面的超细颗粒进行研究和处理超细颗粒。

气体沉积法样品制备

在气相沉积法中，由气相冷凝产生的颗粒沉积在基板上。通常，在气相冷凝法中，从蒸发源蒸发的金属原子与气体原子碰撞，在冷却过程中它们冷凝形成细粒。随着粒子的聚结，粒子的进一步生长发生。颗粒的粒径和分散状态很大程度上取决于与蒸发源的距离。蒸发源附近的颗粒很小，呈非分散性。

超细金属颗粒的去除效率

图 3 显示了经过各种清洗后具有 150 nm Au 细颗粒的样品晶片的 SEM 图像。UPW 漂洗和 DHF 清洁无法去除颗粒。但是，APM 清洁可以去除颗粒。如果粒子的半径变小，在 10 nm 的范围内，就很难去除它们。图 4 显示了 13 nm 颗粒的结果。在 UPW 清洁和 DHF 之后。

由颗粒引起的表面微观粗糙度

在湿法清洗过程中，通常使用具有溶解作用的清洗液。污染物和硅表面通常被清洁溶液溶解。有机材料等污染物会在 SPM (H2SO4-H2O2) 和臭氧化超纯水等强氧化剂中分解。在这些溶液中，Si 表面被氧化，但 Si 没有溶解。但是，Si 表面会被 DHF-H2O2、APM 和 DHE 等溶液蚀刻，因此在使用此类化学品时必须小心。当表面被覆盖。颗粒，由于颗粒覆盖的区域和清洁表面之间的蚀刻速率不同，表面被不规则地蚀刻。它会导致表面显微粗糙度。

结论

本研究建立了一种评估超细颗粒去除效率的方法。使用气体沉积方法将直径为几纳米至几百纳米的超细金属颗粒沉积在硅表面。APM（NH4OH-H2O2-H2O）可以去除150nm的Au颗粒，但不能去除直径小于几十纳米的超细Au颗粒。在半导体工艺中，Si 表面上可能存在大量的超细不溶性颗粒，例如 Fe2O3)Al2O3 和 Si3N4。这些粒子变得越来越重要。为了去除超细颗粒，迫切需要一种新的清洁方法。

审核编辑：符乾江