半导体工业中表面处理和预清洗的重要性

介绍

半导体工业中表面处理和预清洗的重要性是众所周知的。为了确保良好的薄膜粘附和金属-半导体接触的低电阻，酸或碱处理后的某些溶剂或等离子体清洗对于去除有机残留物和表面氧化物是必不可少的。已知多种蚀刻剂可有效去除天然GaAs氧化物。然而，对于在特定的加工步骤中使用什么样的处理以及需要什么样的浓度和加工时间来达到有效的结果，工业上几乎没有标准化。此外，与制备特定蚀刻化学物质相关的成本和所涉及的化学物质的有效寿命以前没有被仔细研究过。这篇合作论文将回顾几个大批量生产组织中湿法氧化物去除蚀刻的一般实践，以及对这些实践有效性的研究。

介绍

作为制造过程的一部分，所有半导体制造厂都使用酸、碱、溶剂和等离子体清洗来去除氧化物、抗蚀剂浮渣或GaAs以及相关的外延化合物。举例来说，图案化光致抗蚀剂开口可能需要等离子体清洁来移除在显影步骤之后残留的残余抗蚀剂，且这通常随后是氧化物移除以确保蒸发膜的良好粘附。类似地，可能需要表面清洁来为下一层光刻或电介质沉积准备晶片表面。在湿法处理的情况下，化学物质可以作为通风橱中的浴槽获得，或者从晶片轨道或其他自动单晶片处理工具分配。确定使用什么样的镀液、采用什么样的浓度以及有效的镀液寿命应该是工程的责任。本文提供了这些选择的例子，并讨论了美国一些主要制造厂如何利用这些加工步骤。

在薄膜沉积之前，HCl的稀释液经常被用作去除表面氧化物的试剂。最广泛使用的HCl起始浓度通常被称为37% HCl，更准确地说是指11至12的氯化氢标准溶液，包装上的标签标明36至38% HCl。全浓度37%盐酸很少用于晶片清洗，1:1盐酸:DIW (18%盐酸)或1:5盐酸:DIW (6%盐酸)更为常见。尽管许多工厂通过稀释比来表示槽液浓度，但如果不同工厂的起始HCl浓度不一致，这就有可能造成混淆。Sky- works的蚀刻槽储存了多种起始浓度的HCl，浓度范围从18%到36%。在本节中浓度将根据氯化氢百分比而不是稀释比来描述。

由于认识到在进行下一步之前有效清除表面氧化物的重要性，大多数设施都采取保守措施，并使用具有短浴寿命的强溶液；通常每次浴槽填充12小时。为了探索使用HCl有效去除氧化物的要求，通过在下游氧等离子体蚀刻工具中故意氧化晶片表面来制备一系列裸露的GaAs机械晶片。根据浴龄和浴强度评估样品。

GAAS氧化物的XPS研究

为了进一步检验不同的湿氧化物去除处理的效果，蚀刻后的晶片的表面化学通过XPS表征。在45°引出角下在100 μm直径的点上进行分析。在完成氧化物去除过程后的2小时内，将样品置于XPS工具中的真空下，以最小化氧化物再生长的机会。在进行高分辨率扫描之前，对每个样品进行调查扫描以检查污染。

为了产生湿法蚀刻底切，然后通过GaAs湿法蚀刻处理晶片，去除8000 +/- 300的高度。使用的蚀刻化学物质是1∶1∶20的H3PO4(85%):H2O2(35%):DIW。在湿法蚀刻过程中不进行搅拌，以便强调两层之间的粘附引起的底切。测量从湿法蚀刻特征的顶部边缘到SiN底部边缘或PR底部边缘的距离，以表征GaAs表面清洁的质量；这种技术如图5所示。

仅用DIW清洗作为预清洗的GaAs晶片的湿法蚀刻底切用作比较不同化学清洗的氧化物去除的基线。对于GaAs-SiNx粘附，用HCl和NH4OH清洗的晶片具有与基线晶片相似的底切。与其他预清洗方法相比，用HF清洗的晶片具有改善的粘附性，并且具有少约25%的湿法蚀刻底切。这种粘附性的提高可能是由于除了氧化物去除之外的HF暴露的另一个效应。每种清洁化学品的两种稀释度之间没有显著差异。对于GaAs-PR粘附，所有化学清洗产生的粘附比基线晶片差。要断定每种清洁条件之间是否存在差异，需要更多的数据，因为每种条件下的底切差异太大。

结论

为了蚀刻GaAs氧化物，对每种方法的功效进行了评估。就氧化物厚度而言，每种化学物质获得的结果大致相同。对于HCl的情况，发现蚀刻后剩余氧化物厚度对浓度或浴寿命的依赖性很小或没有。使用不同化学方法蚀刻的样品的XPS分析证实，每种方法产生相似的最终表面组成和残余氧化物厚度。通过测量在不同的氧化物去除处理之后沉积的SiN和光刻胶掩模的GaAs湿法蚀刻底切来评估蚀刻化学对薄膜与GaAs粘附性的影响。当使用SiN蚀刻掩模时，发现底切对氧化物去除化学的一些依赖性，而使用光致抗蚀剂掩模的结果是不确定的。在200个晶片的使用中，没有观察到HCl和NH4OH浴的浴消耗或负载效应。

　　审核编辑：汤梓红