SC-1 versus SC-2 versus verdund HF: chemie, wat elk verwijdert en het oppervlak dat achterblijft

De RCA-reiniging, de basis van het reinigen van siliciumwafers, gebruikt na elkaar chemicaliën met verschillende taken. SC-1, een mengsel van ammoniak en waterstofperoxide, verwijdert deeltjes en organische stoffen. SC-2, zoutzuur met waterstofperoxide, verwijdert metaalverontreiniging. Verdund fluorwaterstofzuur (DHF) lost het natuurlijke oxide op het oppervlak op. Na SC-1 en SC-2 is het oppervlak bedekt met een dun oxide en hydrofiel (water spreidt zich uit); na DHF is het met waterstof getermineerd en hydrofoob (water parelt).

KenmerkSC-1 (APM)SC-2 (HPM)Verdund HF (DHF)
ChemicaliënAmmoniumhydroxide, waterstofperoxide en water (klassieke verhouding 1:1:5)Zoutzuur, waterstofperoxide en water (klassieke verhouding 1:1:6)Fluorwaterstofzuur verdund met water (als richtlijn ongeveer 0,5 tot 1%)
pH en temperatuurBasisch; typisch ongeveer 70 tot 80 °CZuur; typisch ongeveer 70 tot 80 °CZuur; meestal kamertemperatuur
Verwijdert vooralDeeltjes en organische stoffenMetaalverontreiniging (alkalimetalen, Fe, Al en andere)Natuurlijk en chemisch oxide, samen met de verontreiniging die erin vastzit
MechanismePeroxide oxideert het oppervlak en ammoniak lost dat oxide langzaam op, waardoor deeltjes van onderaf loskomen; oppervlak en deeltjes zijn allebei negatief geladen, dus deeltjes hechten niet opnieuwLost metalen op als oplosbare ionen, zoals chloridenLost SiO2 op
Etsen van silicium en oxideGering (oxide als richtlijn ruwweg 0,1 tot 1 nm per minuut)Vrijwel nietEtst oxide; silicium wordt nauwelijks geëtst
Oppervlak na reinigingDun chemisch oxide; hydrofielDun chemisch oxide; hydrofielMet waterstof getermineerd; hydrofoob
Bijwerkingen en aandachtspuntenKan het oppervlak ruw maken (te weinig peroxide, of hoge concentratie of temperatuur); metalen zoals Fe en Al in de oplossing zetten zich vaak op het oppervlak afNiet erg effectief in het verwijderen van deeltjesHet hydrofobe oppervlak trekt deeltjes en watervlekken aan; edele metalen zoals Cu slaan makkelijk op het oppervlak neer; oxide dat moet blijven, wordt ook dunner
Gebruikelijke plaats in de volgordeEerst (na SPM als er veel organische verontreiniging is), om deeltjes en organische stoffen te verwijderenNa SC-1, om metalen te verwijderen die SC-1 heeft afgezetTussen SC-1 en SC-2, of als laatste (HF-last)

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

SC-1
Als eerste reinigingsstap, om deeltjes en organische stoffen te verwijderen. Het wordt overal gebruikt waar deeltjes ertoe doen, zoals bij het reinigen na CMP.
SC-2
Na SC-1, wanneer metaalverontreiniging bijzonder laag moet blijven, bijvoorbeeld vóór gate-oxidatie of een warmtebehandeling.
DHF
Wanneer een kaal siliciumoppervlak zonder oxide nodig is, bijvoorbeeld vlak vóór epitaxiale groei, de vorming van silicide of gate-oxidatie.

Veelgestelde vragen

Waarom volgt SC-2 op SC-1?

Het basische SC-1 verwijdert deeltjes en organische stoffen goed, maar metalen in de oplossing, zoals Fe en Al, zetten zich vaak op het oppervlak af. Het zure SC-2 verwijdert ze vervolgens door ze om te zetten in oplosbare chloriden en vergelijkbare ionen.

Waarom stoot het oppervlak na verdund HF water af?

Zodra het oxide is opgelost, is het siliciumoppervlak getermineerd met bindingen aan waterstof. Dat water parelt, bevestigt dat het oxide weg is. Dit oppervlak trekt echter makkelijk deeltjes aan, dus de wachttijd tot de volgende stap wordt bewaakt.

Hoe wordt ruw worden van het oppervlak door SC-1 voorkomen?

De basisregel is genoeg waterstofperoxide aan te houden, zodat het oppervlak tijdens het etsen met oxide bedekt blijft. Tegenwoordig worden de chemicaliën vaak verdund en bij lagere temperatuur gebruikt, gecombineerd met megasone reiniging, om deeltjes te verwijderen met minder etsen.

Hoe wordt gecontroleerd dat metaalverontreiniging is verwijderd?

Methoden zoals totale-reflectieröntgenfluorescentie (TXRF) meten de hoeveelheid metaal op het waferoppervlak. De gevoeligheid neemt verder toe als het oppervlakteoxide eerst met HF-damp wordt opgelost en vóór de analyse wordt verzameld. Deeltjes worden geteld met inspectieapparatuur die laserlicht detecteert dat door de deeltjes wordt verstrooid.

Test uw begrip

Wat is het belangrijkste doel van SC-1 (mengsel van ammonia en waterstofperoxide) dat bij RCA-reiniging wordt gebruikt?

  1. AVerwijderen van metaalverontreiniging
  2. BVerwijderen van deeltjes en organische stoffen
  3. CVerwijderen van natuurlijk oxide
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Verwijderen van deeltjes en organische stoffen

SC-1 (NH4OH:H2O2:H2O, bijvoorbeeld 1:1:5, circa 70 ℃) oxideert het oppervlak met waterstofperoxide en lost die oxidefilm met ammonia langzaam op, met circa 0,1 tot 1 nm per minuut, waardoor deeltjes van onderaf worden losgemaakt en verwijderd. In alkalische omgeving laden deeltjes en oppervlak beide negatief op en stoten elkaar af, zodat opnieuw aanhechten moeilijk is. Het is ook effectief tegen organische stoffen. Voor het verwijderen van metaalverontreiniging wordt SC-2 gebruikt en voor natuurlijk oxide verdund fluorwaterstofzuur.

Wat is het belangrijkste doel van reiniging met verdund fluorwaterstofzuur (DHF)?

  1. AVerwijderen van organische stoffen
  2. BHet afzetten van een metaalfilm
  3. CVerwijderen van natuurlijk oxide
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Verwijderen van natuurlijk oxide

Fluorwaterstofzuur lost SiO2 op; bij een behandeling van enkele tientallen seconden met circa 0,5 tot 1% verdund fluorwaterstofzuur wordt het natuurlijke oxide van circa 1 nm van het siliciumoppervlak verwijderd. Na de behandeling is het siliciumoppervlak met waterstof afgesloten en hydrofoob; dat water wordt afgestoten, bevestigt de verwijdering. De behandeling vindt vaak vlak vóór gateoxidatie, epitaxiale groei of silicidevorming plaats. Voor het verwijderen van organische stoffen en deeltjes wordt SC-1 gebruikt en voor metaalverontreiniging SC-2.

Welke combinatie van volgorde en doel van SC-1 en SC-2 bij standaard RCA-reiniging is juist?

  1. ANa het verwijderen van deeltjes en organische stoffen met SC-1 wordt metaalverontreiniging met SC-2 verwijderd
  2. BNa het verwijderen van deeltjes met SC-2 wordt metaalverontreiniging met SC-1 verwijderd
  3. CSC-1 en SC-2 worden gemengd en tegelijk gebruikt
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Na het verwijderen van deeltjes en organische stoffen met SC-1 wordt metaalverontreiniging met SC-2 verwijderd

RCA-reiniging is een methode die in 1970 door Kern en anderen van RCA werd gepubliceerd. De basisvolgorde is dat eerst met alkalische SC-1 deeltjes en organische stoffen worden verwijderd en daarna met zure SC-2 (HCl:H2O2:H2O) de metaalverontreiniging, die bij SC-1 gemakkelijk aanhecht, als chloride wordt opgelost en verwijderd. Zo nodig wordt daartussen met verdund fluorwaterstofzuur de oxidefilm verwijderd en tussen de stappen met ultrazuiver water gespoeld. Ook na meer dan 50 jaar wordt ze, verbeterd, nog als basis van reiniging gebruikt.

  1. Welke toestand is juist voor een siliciumoppervlak dat als laatste met verdund fluorwaterstofzuur is gereinigd?
  2. Welke uitspraak over de rol van waterstofperoxide in SC-1 (mengsel van ammonia en waterstofperoxide) is juist?
  3. Welke methode wordt veel gebruikt voor de analyse van sporen van metaalverontreiniging op het waferoppervlak?

Oefenvragen over CMP en reiniging

Belangrijke termen uitgelegd

RCA-reiniging
Reinigingsmethode waarbij SC-1 (ammonia en waterstofperoxide) deeltjes en organische stoffen verwijdert en SC-2 (zoutzuur en waterstofperoxide) metaalverontreiniging.
SC-1 (APM)
Mengsel van ammonia, waterstofperoxide en water. Wordt aan het begin van de RCA-reiniging gebruikt en verwijdert deeltjes en organische stoffen terwijl het oppervlak licht wordt geëtst.
SC-2 (HPM)
Mengsel van zoutzuur, waterstofperoxide en water. Wordt bij RCA-reiniging na SC-1 gebruikt om metaalverontreiniging te verwijderen.
Verdund fluorwaterstofzuur (DHF)
Reinigingsvloeistof van met water verdund fluorwaterstofzuur. Verwijdert het natuurlijke oxide van het siliciumoppervlak en laat het oppervlak achter in een met waterstof beëindigde, hydrofobe toestand.
Natuurlijk oxide (native oxide)
Dunne oxidelaag van circa 1 nm die vanzelf ontstaat wanneer silicium met lucht of water in aanraking komt. Verhoogt de contactweerstand en hindert epitaxiale groei; daarom direct voor de betreffende stap verwijderd.
SPM (sulfuric peroxide mixture)
Mengsel van zwavelzuur en waterstofperoxide. Verwijdert organische stoffen zoals resist met sterke oxiderende werking.
Megasonisch reinigen
Reinigingsmethode waarbij ultrageluid van ongeveer 1 MHz op de reinigingsvloeistof wordt toegepast om deeltjes van het waferoppervlak te verwijderen.
TXRF (total reflection X-ray fluorescence)
Analysemethode waarbij röntgenstraling onder een zeer kleine hoek op het waferoppervlak valt en totaal wordt gereflecteerd, en de fluorescentiestraling van minieme metaalverontreinigingen aan het oppervlak zeer gevoelig wordt gemeten.

Verwante vergelijkingen