半导体工艺 臭氧化去离子水去除最终抛光晶片上的颗粒

摘要

本研究开发了一种低拥有成本的臭氧去离子水清洗工艺。室温下40 ppm的臭氧浓度用于去除有机蜡膜和颗粒。仅经过商业脱蜡处理后，仍残留有厚度超过200的蜡残留物。由于臭氧的扩散限制反应，代替脱蜡器的DIO3处理在8000的厚蜡层上显示出低去除率。脱蜡器与DIO3漂洗相结合，以减少蜡去除时间并完全去除蜡残留物。用DIO3漂洗代替去离子漂洗导致表面接触角小于5°，这表明不需要进一步的清洗步骤。通过将SC-1清洗步骤与DIO3漂洗过程相结合，进一步提高了颗粒去除效率。通过在脱蜡过程中引入DIO3清洗，缩短了处理时间。

实验

图1显示了作为臭氧气体压力和臭氧气体浓度的函数的去离子水中溶解的臭氧浓度的变化。在相同的臭氧气体浓度下，较高的臭氧气体压力对较高的DIO3浓度更有效。当O3气体压力过高时，O3气体由于过多产生气泡而不能有效溶解在去离子水中。优化的臭氧气体压力用于在最大溶解臭氧浓度下最小化气泡的产生。使用反射计(TE-2000，K-MAC)测量蜡膜的厚度。使用静态接触角分析仪观察表面润湿性。光学显微镜(LV100D，尼康)和傅里叶变换红外光谱(FTX-6000，Bio-Rad)用于分析清洗后晶片上的颗粒和蜡残留物。表面粒子扫描仪(Surfscan-6200，Tencor)用于测量清洗后晶片表面的粒子数量。

图1.溶解臭氧浓度随臭氧气体压力和浓度的函数
 

结果和讨论

各种溶剂处理：测试脱蜡器和水溶性溶剂以除去有机蜡。改变水溶性脱蜡剂的浓度以评估蜡膜的去除速率。尽管脱蜡器能有效地除去稠的有机蜡，但很难完全除去有机蜡。在40 : 1脱蜡溶液中处理4分钟后，仍残留厚度大于300的蜡残余物。图2显示了用脱蜡剂、异丙醇和丙酮处理的表面的接触角随处理时间的变化。异丙醇和丙酮在去除大块蜡层方面与脱蜡剂一样有效。应该注意的是，即使在5分钟的处理后，没有一个样品达到20o以下。

图2.用消波剂、IPA和丙酮处理的表面接触角随处理时间的变化

通过DIO3扩散控制反应去除有机颗粒的机理
 

颗粒的去除

以评价二氧化硅对颗粒去除的影响效率(PRE)，使用200mmp型（100）晶圆，如图4所示，最终的干燥是在室温下的马兰戈尼型IPA干燥机中进行的。脱蜡过程后的DIO3冲洗颗粒略低于去离子水，如图4(b)，在清洗过程中加入SC-1步骤后，PRE显著增加。需要注意的是，SC-1与DIO3后的应用明显优于DIW冲洗后的PRE，如图所示。4(c)和(d)因为DIO3冲洗不仅去除蜡残留，还去除最终抛光引入的颗粒。与有24分钟工艺时间的常规工艺和开发的不到8分钟的工艺相比，PRE几乎相同。它还可以假设DIO3漂洗使晶片表面更具亲水性，这不仅防止了颗粒在冲洗过程中的粘附，而且提高了冲洗效率。

图4.在不同的清洗步骤中实现的颗粒去除效率
 

结论

本研究采用DIO3有效清洗了用于抛光头上的重有机膜蜡膜。采用传统的脱蜡剂、IPA和丙酮相互去除有机蜡。脱蜡剂和溶剂处理后仍有大于200A的蜡残留。所有的溶剂都将表面接触角降低到20o，但没有降低。由于臭氧反应的扩散能力有限，DIO3仅不能去除厚蜡膜。用DIO3冲洗代替去离子水冲洗，不仅可以完全去除蜡渣，还可以去除颗粒，减少SC-1的清洁步骤。因此，DIO3的引入大大减少了工艺时间和化学消耗。