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摘要
? ? ? 本文通過(guò)繪制少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度、體中鐵濃度和表面污染（表面電荷和表面重組），介紹了表面光電電壓(SPV)在監(jiān)測(cè)化學(xué)清洗和化學(xué)品純度方面的應(yīng)用。新的SPV方法和精密儀器的非接觸性、晶片級(jí)的特性使該技術(shù)特別適合于重金屬監(jiān)測(cè)。該方法用于監(jiān)測(cè)BHF中的銅污染，通過(guò)測(cè)量其對(duì)表面重組的影響，并通過(guò)其對(duì)整體重組的影響，快速熱退火步驟用于驅(qū)動(dòng)在清洗過(guò)程中沉積在表面的鐵。鐵表面污染測(cè)量到1X109cm-2水平，而該方法的檢測(cè)限為2x108cm-2。不同等級(jí)的H202中不同的鐵污染水平(1~13ppb)很容易區(qū)分。該程序應(yīng)允許人們?cè)?ppt水平上監(jiān)測(cè)H202中的鐵污染。進(jìn)口化學(xué)品的清潔度并不總是一個(gè)限制因素，而且通常與使用點(diǎn)（在清潔站）的化學(xué)品的清潔度無(wú)關(guān)。
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介紹
? ? ? 集成電路(IC)復(fù)雜性的持續(xù)增加，以及需要減少柵極氧化物厚度的臨界尺寸的減少，產(chǎn)生了更好地控制重金屬污染的需要。這就對(duì)清潔方法和表征技術(shù)提出了嚴(yán)格的要求，迫切需要一種快速、廉價(jià)、高通量的測(cè)量方法，可作為一種質(zhì)量控制(QC)方法，以實(shí)時(shí)確定清洗過(guò)程、進(jìn)入的化學(xué)品、使用點(diǎn)的化學(xué)品和清洗站的性能。
在此，我們探討了表面光電電壓(SPV)在監(jiān)測(cè)化學(xué)清洗中的應(yīng)用。與其他技術(shù)如總反射x射線熒光光譜(TXRF)或原子吸收光譜(AAS)相比，SPV在監(jiān)測(cè)清洗過(guò)程中的應(yīng)用是相當(dāng)新的，盡管已經(jīng)取得了一些令人印象深刻的進(jìn)展。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，SPV方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：能夠在圖案（產(chǎn)品)晶片上進(jìn)行非接觸測(cè)量，不需要樣品制備，測(cè)量時(shí)間短(秒），允許實(shí)時(shí)反饋，不匹配的靈敏度(鐵108cm-2的量級(jí))。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 在我們的實(shí)驗(yàn)中，我們使用RTA來(lái)驅(qū)動(dòng)重金屬，盡管爐退火也可以使用。之所以選擇RTA，是因?yàn)樗c傳統(tǒng)的爐膛退火相比具有速度優(yōu)勢(shì)，而且RTA中的背景污染水平通常非常低，因?yàn)镽TA是一個(gè)冷鏈系統(tǒng)。測(cè)定表面剩余鐵濃度的典型程序如圖所示。 9.圖中顯示了由最先進(jìn)的清洗過(guò)程留下的表面鐵污染的一個(gè)例子。 用該方法測(cè)量到的最低鐵污染為1x109cm-2 (2 x1010cm-3)。目前，我們還不確定鐵的污染水平是否是由RTA引入的。不幸的是，沒(méi)有其他方法具有足夠的靈敏度來(lái)交叉關(guān)聯(lián)我們的測(cè)量結(jié)果。假設(shè)RTA污染背景不是一個(gè)限制因素，而鐵檢測(cè)僅與SPV測(cè)量的靈敏度有關(guān)(4x109cm-3)有關(guān)，我們認(rèn)為這種方表面的靈敏度為2x108cm-2（用于標(biāo)準(zhǔn)厚度的硅晶片）和2x107cm-2（用于2.5mm厚的超純硅樣品）。對(duì)其他重金屬的這一限制尚未確定。
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結(jié)果和討論
? ? ? 某些沉積在硅表面的金屬雜質(zhì)，而不是被驅(qū)動(dòng)到體中，可以表現(xiàn)為有效的表面重組中心或可能引入表面電荷。我們對(duì)重金屬對(duì)表面電荷和表面重組的影響的研究才剛剛開始，我們的知識(shí)仍然相當(dāng)有限。到目前為止，我們已經(jīng)確定了p型10t2cm硅表面的銅對(duì)勢(shì)壘高度（表面電荷）有相當(dāng)有限的影響，但對(duì)表面重組有顯著的影響。圖5顯示了銅對(duì)故意被銅污染的p型硅片表面電荷的影響。這些晶圓在污染前用SC-1、SC-2溶液清洗，銅從被銅鹽污染的BHF中沉積下來(lái)，濃度在1ppb到1ppm之間。 ?隨后用去離子水沖洗樣品。用TXRF測(cè)定相應(yīng)的銅濃度。除非銅表面濃度超過(guò)少數(shù)1014cm-2，否則其對(duì)表面電荷的影響不明顯。銅對(duì)表面重組的影響更為明顯。圖3顯示了暴露于100ppbCu污染BHF和未污染(銅濃度分別為1.5X1014和1X1011cm-2)的兩個(gè)樣品的SPV函數(shù)，這是在DI沖洗后測(cè)量的。
? ? ? 收集并測(cè)量了四組晶圓（n型和p型體積）。晶片處理和結(jié)果總結(jié)如下：
? ? ? 第1組：已接收的p型和n型批量控制晶片。沒(méi)有熱處理。
? ? ? 第2組：兩種類型的晶片都經(jīng)過(guò)預(yù)先清潔處理以去除通常在到來(lái)的控制晶片上發(fā)現(xiàn)的表面污染。清洗后，晶片被給予一個(gè)1150℃的RTA驅(qū)動(dòng)器2min，以將表面污染擴(kuò)散到本體中。
? ? ? 第3組：Wafers與第2組一樣進(jìn)行初始預(yù)清洗處理。然后將晶片浸入沸騰的“半”級(jí)(ICP/MS的13ppb)過(guò)氧化氫中浸泡30min。隨后是與第2組相同的RTA驅(qū)動(dòng)器。
? ? ? 第4組：這些晶片除高純度處理(ICP/MS處理1ppb)外，具有與第3組有相同的處理順序。1150℃RTA經(jīng)過(guò)化學(xué)處理。
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圖3 SPV圖，I/AV與~1，測(cè)量了銅表面污染前后相同的晶圓。截距值決定了擴(kuò)散長(zhǎng)度L，它保持不變
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圖5 p型（10Ω-cm）硅中的表面電荷（表面屏障）與銅表面濃度的函數(shù)。銅在表面用TXRF測(cè)量
結(jié)論
? ? ? 本文介紹了SPV通過(guò)繪制少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度、體中鐵濃度和表面污染（表面電荷和表面重組）在監(jiān)測(cè)化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)清潔和純度方面的應(yīng)用。新的SPV方法的非接觸性，晶片級(jí)的特點(diǎn)，和改進(jìn)的儀器，使該技術(shù)特別適合于重金屬監(jiān)測(cè)。該方法用于監(jiān)測(cè)BHF中的銅污染，通過(guò)測(cè)量其對(duì)表面重組的影響，通過(guò)對(duì)整體重組的影響對(duì)鐵污染的影響表面在清洗過(guò)程中，進(jìn)入整體。鐵表面污染被測(cè)量到1X109cm-2水平，而該方法的檢測(cè)限為2X108cm-2。制定了一種監(jiān)測(cè)液體化學(xué)品中重金屬污染水平的程序。不同等級(jí)的H202中不同的鐵污染水平(1~13ppb)很容易區(qū)分。該程序應(yīng)允許在1ppt水平上監(jiān)測(cè)H202中的鐵污染。進(jìn)口化學(xué)品的清潔度并不總是一個(gè)限制因素，而且通常與使用點(diǎn)（在清潔站）的化學(xué)品的清潔度無(wú)關(guān)。設(shè)備本身通常會(huì)造成嚴(yán)重的限制。很明顯，設(shè)備設(shè)計(jì)師可以受益更好地了解他們的設(shè)備性能限制。
? ? ? 與TXRF和AAS等傳統(tǒng)方法相比，SPV方法非常新，但它已經(jīng)證明了它在監(jiān)測(cè)集成電路處理線中濕化學(xué)問(wèn)題方面的有效性。與更傳統(tǒng)的方法相比，SPV測(cè)量的主要優(yōu)點(diǎn)是其測(cè)量速度；信息是在一個(gè)過(guò)程步驟完成幾分鐘后獲得的。該方法還具有在圖案產(chǎn)品晶片中進(jìn)行非接觸式測(cè)量的能力。
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