一种抛光硅片表面颗粒和有机污染物的清洗方法

本文提出了一种抛光硅片表面颗粒和有机污染物的清洗方法，非离子型表面活性剂可以有效地去除表面上的颗粒，因为它可以显著降低液体的表面张力和界面张力，非离子型表面活性剂分子具有亲水和疏水两部分，实验选择了脂肪醇-聚氧乙烯醚作为一种非离子型表面活性剂，这种非离子表面活性剂不能被电离，因此不会带来离子污染物。

此外，它有很强的渗透力，可以深入渗透和“楔入”,亲水部分的长度大于三分之二，从而形成厚的覆盖层，如图1所示，非离子表面活性剂分子可以吸附在硅晶片的表面上和颗粒周围，其支撑颗粒，并在颗粒周围形成吸附层，以防止颗粒吸附在表面上。

非离子表面活性剂可以在抛光硅片上形成保护层膜，可以有效控制颗粒的吸附，保持吸附处于物理吸附状态，使其易于去除，然而这一层保护膜本身属于有机污染，最终需要去除，当非离子表面活性剂与BDD-EO结合时，可以同时去除有机污染物和颗粒污染物，以及表面吸附的非离子表面活性剂。在实验中，由BDD-EO产生的电解质中的氧化剂被称为氧化液(简称OL)，制备OL的实验装置如图2所示，它是一个两盒电解槽，由离子交换膜分割，阳极槽较大，用于制备OL和清洗晶片，在实验之前，所有的晶片都通过化学机械抛光(CMP)技术进行抛光，并且需要制备有机玻璃，并在约10 V的负载电压下加热到70 ℃,持续1.5 h。

颗粒去除比较实验

（1）将抛光晶圆放入OL中10分钟，然后从阳极浴中取出，放入装满OL的容器中，然后将容器放入80kHz频率的超音速清洁器中，持续10分钟，之后它在另一个容器中清洗了三次，该容器中装满了新鲜的去离子水，并以80kHz的频率放入超音速清洁器中，每次清洗10分钟，最后一步，在氮气气氛中干燥。

（2）将两片片分别浸泡在1%v/v非离子表面活性剂容器和10%v/v非离子表面活性剂容器中，每个晶片在室温下浸泡20分钟，然后将容器放入80kHz的超音速清洁器中浸泡10分钟，然后每个晶圆在另一个容器中清洗三次，容器中装满新鲜的去离子水，并以80kHz的频率放入超音速清洁器中，每次10分钟，在最后一步中，每个晶片都在氮气气氛中干燥，在500倍放大的整体情况下，用显微镜观察清洗后的晶圆。

有机质去除比较实验

BDD膜阳极的电化学氧化可以在电解质中产生高强度的氧化剂，该氧化剂不仅能有效去除表面的有机污染物，而且还能有效去除非离子表面活性剂，通过比较实验验证了去除有机物的效果。

（1）非离子表面活性剂-OL清洗(简称S-OL清洗)在室温下，将抛光晶圆在1%v/v非离子表面活性剂容器中浸泡20分钟，将容器放入80kHz的超音速清洗器中清洗10分钟，将晶片放入OL中放置10分钟，然后从阳极浴中取出，放入装满OL的容器中，将容器放入80kHz频率的超音速清洗器中，清洗10分钟，在另一个容器中清洗三次，这个容器中装满了新鲜的去离子水，然后放入一个具有80kHz频率的超音速清洁器中，每次清洗10分钟，最后一步，在氮气气氛中干燥。

（2）OL清洗将抛光晶圆放入OL10分钟，从阳极浴中取出装满OL的容器，将容器放入80kHz的超音速清洗剂10分钟，然后将晶圆片在另一个容器中清洗三次，该容器中装满了新鲜的去离子水，并以80kHz的频率放入超音速清洁器中，每次清洗10分钟，最后一步在氮气气氛中干燥。

（3）传统的RCA清洁技术

在RCA(SC1)中，氢氧化铵（29%）、过氧化氢（30%）和水的体积逆比为1：1：5，在80ıC的温度下，持续10分钟，然后放入80kHz频率的超音速清洁器中，持续10分钟，然后将其放入RCA(SC2)中，其中盐酸、过氧化氢和水的体积逆比为1：1：6，温度为70ıC，持续10分钟，然后放入超音速清洁器中，频率为80kHz，10分钟，然后将晶圆片在另一个容器中清洗三次，该容器中装满了新鲜的去离子水，并以80kHz的频率放入超音速清洁器中，每次清洗10分钟，最后一步，在氮气气氛中干燥。

所有的实验晶片在氮气气氛中干燥，放入干净的玻璃器皿中，并密封在装有氮气的编号盒子中，然后将盒子送到检查中心，用x射线光电子能谱(XPS)测试有机含量，在500倍放大的整体情况下，用金相显微镜观察清洗后的晶圆，1%v/v非离子表面活性剂清洗去除颗粒的效果明显优于OL清洗和10%v/v非离子表面活性剂，由于浓度较高，10%v/v的非离子表面活性剂在溶液中和晶圆表面上都产生了胶束，由10%v/v非离子表面活性剂产生的片状胶束，因此在使用非离子型表面活性剂时，应该是适当的浓度，所以在有机物去除对比实验中，非离子表面活性剂的浓度为1% v/v。

XPS测量是观察晶圆片表面有机污染物的一种重要而有效的方法，可以直接反映有机残留物的数量，显示典型的晶片表面全扫描和局部扫描的光谱，在三种有机物去除比较实验中清洗，全扫描光谱显示硅表面的化学成分基本上是三种元素，氧、碳和硅。

测量结果表明，三种技术清洗的硅片均有微量有机碳残留和薄二氧化硅氧化层，三种元素浓度的比较，用OL和S-OL清洗技术清洗的硅晶片表面比用RCA清洗技术具有更少的有机残留物和更厚的氧化层，因此，在从晶圆表面去除有机污染物方面，新技术优于RCA清洗技术。

将非离子表面活性剂与BDD薄膜阳极电化学氧化相结合的新型清洗技术可以同时去除有机污染物和颗粒污染物，以及吸附在晶片表面的表面活性剂，BDD-EO中的化学试剂量小，可重复使用，S-OL清洗技术中不使用盐酸、氢氧化铵和过氧化氢。因此，S-OL清洁技术是一种环保的清洁技术。
 

审核编辑：汤梓红