摘要：研究了一種新穎的添加了表面活性劑和HF的RCA的改進工藝，并和標準RCA工藝與目前被廣泛采用的稀釋RCA工藝進行了比較后指出，改進工藝對金屬沾污和表面顆粒的有效去除能力，使0.18mm以上的顆粒能夠控制在15顆以內，金屬沾污能夠有效降至109原子cm-2以下（Al略高小于1010cm-2）。

    關鍵詞：RCA工藝；拋光硅片；清洗技術

    1 引言

    目前在半導體工業(yè)生產(chǎn)中，普遍采用的清洗工藝是改進的RCA清洗技術，多年來，人們對RCA清洗技術的清洗效果進行了深入的研究，kern證明 RCA工藝可在硅片的表面形成1～1.5nm的氧化硅鈍化膜[1]，okumura觀察到標準的RCA清洗對硅片表面有較嚴重的粗糙化作用[2]，研究人員一直沒有放棄取代技術的研究。1994年，山東大學發(fā)明了可以與標準RCA工藝相媲美的新型清洗技術[3]，采用了 DGQ-1和DGQ-2新型清洗劑，近年來也被廣泛采用。本文主要討論了添加表面活性劑和HF的RCA改進清洗技術對拋光片金屬沾污和表面顆粒的影響。

    2 實驗方法

    分別采用φ150mm，p(100)，8～11Ω·cm；φ125mm，p（111），3～5Ω·cm； φ100mm，n（100），0.0012～0.0015Ω·cm；φ 100mm，n（111），0.010～0.013Ω·cm四種不同型號的拋光硅片。拋光完成后，放入加有活性劑的純水中浸泡，進行分組。每一種型號拋光片分三組，每組取24片。第一組用標準RCA工藝清洗；第二組用稀釋的RCA工藝清洗；第三組用添加表面活性劑和HF的RCA改進清洗技術進行清洗。顆粒由 CR80檢測，金屬沾污由TXRF和SIMS檢測所得。

    3 結果與討論

    硅片表面質量的主要指標有：微粗糙度（RMS）、金屬沾污和表面顆粒度以及有機沾污，這些指標對器件性能有重大影響。對于硅表面的微粗糙度主要受RCA清洗工藝和HF清洗的影響，但可以通過降低氨水含量和稀釋HF得以抑制[4]。因此，我們通過降低氨水濃度和極度稀釋HF的清洗技術來更好地保證硅片表面的微粗糙度，鑒于此，對于我們的實驗，金屬沾污和表面顆粒度的控制顯得更為重要。

    3.1 金屬沾污

    金屬沾污會破壞薄氧化層的完整性、增加漏電流密度、減少少子壽命；活動離子如鈉會在氧化層中引起移動電荷，影響MOS器件的穩(wěn)定性；重金屬離子會增加暗電流；快擴散離子，如銅、鎳，易沉積于硅表面，形成微結構缺陷（S-Pits）；鐵沉淀會使柵氧化層變薄。另外銅會在硅二氧化硅界面形成富銅沉淀，在高溫（1200℃/20s）時過飽和銅硅化物會使氧化層彎曲、破裂，直至穿透，在低溫（900℃/20s）時形成透鏡狀沉淀，使氧化層變薄[5]。當金屬沾污嚴重時，還會形成霧狀缺陷（Haze）。微缺陷和霧狀缺陷都與氧化誘生層錯（OSF）和外延層錯相關。表1引用了300mm硅片對表面各類金屬離子的清洗要求。
              
金屬沾污在硅片表面的方式主要有三種[6]；物理吸附（范德華力）、化學吸附（形成共價鍵）、金屬替位（電子轉移）。如以酸性溶液結束，能使表面形成氧化層以阻止金屬電化學沉淀，在酸性溶液中能溶解陽離子以免物理吸附，同時使表面呈正電，避免化學吸附，因此，我們研究了改進的 RCA清洗工藝來有效地去除金屬沾污。表2是不同工藝條件的金屬沾污的檢測結果，其中Al和Na由SIMS檢測，其他由TXRF測得。表3單獨列舉了樣片N04硅片Al和Na的SIMS結果。
              
在圖1到圖3中，橫坐標表示硅片表面的沾污深度，縱坐標表示沾污濃度(單位面積的原子數(shù))，可見，添加了活性劑和HF的RCA改進工藝有良好的去金屬沾污能力，且明顯優(yōu)于標準的RCA工藝和稀釋的RCA工藝。
              
3.2 表面顆粒

    表面顆粒度會引起圖形缺陷、外延前線、影響布線的完整性，是提高成品率的最大障礙。特別是在硅片鍵合時，引入微隙，同時也引起位錯，影響鍵合強度和表層質量。