一種新型超凈高純?cè)噭┰诎雽?dǎo)體技術(shù)中的應(yīng)用

1、半導(dǎo)體技術(shù)第30卷第9期2005年9月201引言隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)超凈高純?cè)噭┑囊笤絹碓礁?在集成電路和超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)過程中,超凈高純?cè)噭┲饕糜谛酒肮鑸A片表面的清洗,其質(zhì)量對(duì)集成電路的成品率、電性能及可靠性都有著十分重要的影響。超凈高純?cè)噭┑钠贩N很多,常用的超凈高純?cè)噭┲饕?酸類如硫酸、氫氟酸、硝酸、鹽酸、磷酸、醋酸、混酸;堿類如氫氧化銨;溶劑類如甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲苯、二甲苯、環(huán)己烷;其他類如過氧化氫、氟化銨水溶液等1。這些試劑有的有腐蝕作用,有的有毒而產(chǎn)生污染,因此,多年來國內(nèi)外許多單位都在研究開發(fā)無毒或低毒的中性試劑。我國在“六五

2、”、“七五”、“八五”和“十五”期間,都將超凈高純?cè)噭┑难芯块_發(fā)列入了國家重點(diǎn)科技攻關(guān)任務(wù)2。所以,新型超凈高純乙腈3的成功開發(fā)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。這里所指的新型超凈高純?cè)噭┚褪且猿瑑舾呒円译鏋橹饕煞值脑噭?本文通過檢測(cè)這種新型超凈高純?cè)噭?yīng)用于MOS器件柵氧化前清洗的效果,以考察其在半導(dǎo)體器件相應(yīng)清洗工藝中的應(yīng)用情況?；痦?xiàng)目:中國石油化工股份有限公司科研開發(fā)資金資助(201074一種新型超凈高純?cè)噭┰诎雽?dǎo)體技術(shù)中的應(yīng)用鄭學(xué)根,邱曉生,汪道明(中國石化股份有限公司安慶分公司檢驗(yàn)中心,安徽安慶246002摘要:通過對(duì)新型超凈高純?cè)噭┩Ｒ?guī)C M O S 酸堿試劑同時(shí)進(jìn)行C M O S 工藝中

3、柵氧化前的清洗實(shí)驗(yàn),從清洗后硅片殘留金屬量的電感耦合高頻等離子體原子發(fā)射光譜分析、硅片表面形貌的A F M 分析和M O S 電容測(cè)量三個(gè)方面進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,以超凈高純乙腈為主要組分的新型試劑,其清洗效果總體優(yōu)于常規(guī)C M O S 酸堿試劑,可以考慮在半導(dǎo)體器件相應(yīng)清洗工藝中采用。關(guān)鍵詞:高純?cè)噭?半導(dǎo)體;清洗工藝中圖分類號(hào):TQ421.2+3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-353X(200509-0020-04ApplicationofaNewSuper-CleanandHigh-PurityReagentinSemiconductorTechniqueZHENGXue-gen,

4、QIUXiao-sheng,WANGDao-ming(AnalysisCenterofAnqingCompany,SINOPEC,Anqing 246002,China Abstract :Thenewsuper-cleanandhigh-purityreagentandthecommonCMOSreagentofacid oralkaliwereusedsimultaneouslybycleaningexperimentbeforegridoxidationinCMOStechnology,themetalcontentofapieceofcleanedsilicawasmeasuredby

5、ACP-AES,theappearancepatternofa pieceofcleanedsilicawasmeasuredbyAFM,MOSelectriccapacitywasmeasuredtoo.Theexperi-mentalresultsshowedthatcleaningeffectofthenewreagentmadeofsuper-cleanandhigh-purity acetonitrilewassuperiortousualCMOSacidandalkalicleansingsolution,itwasusedascleaning solutionforsemicon

6、ductor.Keywords :high-purityreagent ;semiconductor ;cleaningsolution技術(shù)專欄Se mico nduc tor Tech nology Vol. 30 No. 9September 2005212實(shí)驗(yàn)方法采用p 型(10035cm 磨拋好的5cm 硅片,分成兩組。第一組用新型超凈高純?cè)噭┣逑?第二組用抗輻射CMOS 工藝線上的常規(guī)酸堿試劑清洗。清洗過程為:制備的片子置于聚四氟乙烯片架并浸泡在清洗液中,用5060去離子水加熱并超聲處理1012min;倒去清洗液,用5060一次去離子水沖洗56min ;續(xù)用另一次去離子水沖洗56mi

7、n;用二次去離子水(>16M 沖洗3min 后甩干。除此以外,其他工藝過程全同。將所有清洗處理完畢的片子進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)及測(cè)量:(1對(duì)兩組試劑清洗好的硅片表面進(jìn)行電感耦合高頻等離子體原子發(fā)射光譜分析測(cè)量,檢測(cè)其表面雜質(zhì)殘留情況,對(duì)他們的表面清洗效果進(jìn)行比較;(2對(duì)兩組試劑清洗好的硅片進(jìn)行原子力顯微鏡(A F M 觀察,并記錄其表面形貌,對(duì)兩組試劑清洗后的硅片的表面情況進(jìn)行比較;(3用兩組試劑清洗好的硅片進(jìn)行H ,O 合成柵氧化物生長(zhǎng),柵氧化物厚度約為50nm,然后制作鋁柵MOS 電容,并進(jìn)行三項(xiàng)測(cè)量:常態(tài)高頻(1M H z C -V 測(cè)量,電容C -V 的溫偏實(shí)驗(yàn),其外加電場(chǎng)為1×

8、106V/cm,溫度為100;擊穿場(chǎng)的測(cè)量;總劑量輻射測(cè)量,外加電場(chǎng)1×106V /c m,總計(jì)量為3×105R a d(Si 。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1電感耦合高頻等離子體原子發(fā)射光譜分析采用美國產(chǎn)J-ASH965型光譜分析儀進(jìn)行分析,該分析儀對(duì)大多數(shù)元素分析精度為10-810-9g/ml。被分析的硅片上殘留金屬有N a ,F e ,C u ,C r ,K ,Z n ,N i 及M n 。分析結(jié)果表明,對(duì)于采用新型超凈高純?cè)噭┣逑吹墓杵?上述金屬殘留物在儀器可分辨的范圍內(nèi),等同于常規(guī)C M O S 酸堿試劑清洗的效果。同時(shí),其對(duì)于N a ,K 這樣對(duì)MOS 器件特別有害的堿金屬殘

9、留物可優(yōu)于常規(guī)試劑清洗的效果,因而可以滿足MOS 器件柵氧化前清洗要求。詳細(xì)分析結(jié)果見表1。從表中可看出,用新型超凈高純?cè)噭┣逑春?多數(shù)硅片金屬殘留物較少。表1不同試劑清洗后的硅片金屬殘留物比較檢測(cè)項(xiàng)目NaFeCuCrKZnNiMn 備注1號(hào)為用新型超凈高純?cè)噭┣逑?2號(hào)為用抗輻射C M O S 工藝線上的常規(guī)酸堿試劑清洗3.2原子力顯微鏡分析結(jié)果對(duì)1號(hào)和2號(hào)樣品進(jìn)行原子力顯微鏡(A F M分析并進(jìn)行形貌觀察,觀測(cè)結(jié)果見圖1和圖2。從圖中可以發(fā)現(xiàn),1號(hào)樣品清洗的片子表面起伏最大值為8n m 左右(見圖1;2號(hào)樣品即常規(guī)C M O S 酸堿試劑清洗的片子的表面起伏最大值為60nm左右(見圖2。這

10、說明該新型超凈高純?cè)噭┣逑春?硅片的表面平整度優(yōu)于常規(guī)CMOS 酸堿試劑清洗后的硅片。3.3MOS 電容測(cè)量結(jié)果3.3.1常態(tài)高頻C-V 曲線及溫偏測(cè)量結(jié)果將1號(hào)新型超凈高純?cè)噭┡c2號(hào)常規(guī)酸堿試劑清洗的常態(tài)M O S 電容進(jìn)行了比較(圖3,發(fā)現(xiàn)兩者的C-V 曲線基本重合,說明該新型超凈高純?cè)噭﹫D1新型超凈高純?cè)噭┣逑春蠊杵腁 F M 掃描結(jié)果技術(shù)專欄半導(dǎo)體技術(shù)第30卷第9期2005年9月22的清洗效果同常規(guī)試劑的清洗效果相當(dāng)。圖4和圖5分別示出1號(hào)樣品新型超凈高純?cè)噭?及2號(hào)樣品常規(guī)CMOS 酸堿試劑的溫偏實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從圖中可以看出,1號(hào)樣品同2號(hào)樣品常規(guī)C M O S 酸堿試劑的溫偏前后MO

11、S 電容C-V 特性接近,由此計(jì)算SiO 2內(nèi)可動(dòng)鈉離子面密度<5×1010/cm 2,滿足C M O S 器件工藝的要求。3.3.2MOS電容擊穿特性測(cè)量結(jié)果圖6和圖7分別示出1號(hào)樣品新型超凈高純?cè)噭┘?號(hào)樣品常規(guī)CMOS 酸堿試劑清洗制作的MOS 電容芯片上隨機(jī)抽取相同數(shù)量的MOS電容擊穿電壓測(cè)量的統(tǒng)計(jì)分配圖。1號(hào)樣品統(tǒng)計(jì)平均擊穿特性較好,且最大擊穿電場(chǎng)也稍高,這說明從擊穿特性角度看1號(hào)樣品清洗效果優(yōu)于2號(hào)樣品常規(guī)CMOS 酸堿試劑。圖2常規(guī)C M O S 酸堿試劑清洗后硅片的A F M 掃描結(jié)果-12-10-8-6-4-2024681012新型超凈高純?cè)噭┣逑闯Ｒ?guī)酸堿試劑

12、清洗電壓/V電容/氧化層電容圖3常態(tài)下新型超凈高純?cè)噭┖统Ｒ?guī)酸堿試劑清洗后硅片的C -V 曲線的比較圖4新型超凈高純?cè)噭┣逑春驧OS 電容的-10-50510B T 前偏壓/V 電容/氧化層電容B T 后-10-50510B T 前偏壓/V電容/氧化層電容B T 后圖5常規(guī)酸堿試劑清洗后M O S 電容的溫度-偏壓實(shí)驗(yàn)曲線圖6新型超凈高純?cè)噭┣逑春驧 O S 電容擊穿電壓分布率3530252015105030354045505560擊穿電壓/V分布率/100%3530252015105030354045505560擊穿電壓/V分布率/100%圖7常規(guī)酸堿試劑清洗后M O S 電容擊穿電壓分布率

13、技術(shù)專欄Se mico nduc tor Tech nology Vol. 30 No. 9September 2005233.3.3MOS電容總計(jì)量輻射特性測(cè)量結(jié)果圖8和圖9分別示出1號(hào)樣品新型超凈高純?cè)噭┖?號(hào)樣品常規(guī)C M O S 酸堿試劑清洗的M O S 電容在經(jīng)過3×105R a d (S i 射線(C o 60源,E =1.33MeV總劑量輻射特性,從輻射后相對(duì)輻射前的高頻C-V 曲線的移動(dòng)可以看出,新型超凈高純?cè)噭┞詢?yōu)于常規(guī)CMOS 工藝酸堿試劑的清洗效果,計(jì)算得到前者氧化物空穴陷阱電荷密度約為2.1×1011/cm 2,后者此電荷密度約為2.8×1

14、011/cm 2。4結(jié)論對(duì)新型超凈高純?cè)噭┡c常規(guī)CMOS 酸堿試劑同時(shí)進(jìn)行了CMOS 工藝中柵氧化前的清洗實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括清洗后硅片殘留金屬量的電感耦合高頻等離子體原子發(fā)射光譜分析、硅片表面形貌的A F M 分析、M O S 電容的常態(tài)C -V 及溫偏實(shí)驗(yàn)、擊穿電壓分布以及總計(jì)量輻射實(shí)驗(yàn)。測(cè)量結(jié)果證明,所得到的各項(xiàng)結(jié)果說明此新型超凈高純?cè)噭┑那逑葱Ч傮w優(yōu)于常規(guī)C M O S 酸堿試劑,因此,可以考慮在半導(dǎo)體器件相應(yīng)清洗工藝中采用。參考文獻(xiàn):1聞瑞梅.兆位電路用高純水、氣和化學(xué)試劑的質(zhì)量控制J .電子學(xué)報(bào),1993,21(5:2430.凈高純?cè)噭┑馁|(zhì)量要求J .半導(dǎo)體技術(shù),1998,23(4:89.3鄭學(xué)根,邱曉生,王長(zhǎng)明,等.新型超凈高純乙腈的研制J