IC制造化学清洗过程中硅上重金属污染的表面光电压监测

引言

集成电路复杂性的持续增加，以及需要减小栅极氧化物厚度的临界尺寸的减小，产生了对更好地控制重金属污染的需求。检测硅晶片中的重金属污染物最近受到了极大的关注，这是低成本制造几个大规模集成电路的关键任务。采用表面光电压(SPV)表征方 法，建立了两者之间的定量关系。少数载流子扩散长度、加工过 程中添加的重金属浓度和集成电路产量下降1.2)。由SPV直接测量的少数载流子扩散长度已经成为指导工艺工程师的标准参数。

实验

特殊防护装置：

SPV设备的示意图，如图1所示。卤素光源配有一个连接器计算机控制的调节光圈光子通量保证了低- 强度，线性SPV区域。表示“单”最多七色的彩色灯从1到0.8 um的预选波长是使用由步迸电机。单个过滤器被预先调整以获得常数，SPV探头输出端的有效光子通量Qerr值。

图1 计算机化设备示意图 用于SPV映射

非接触SPV：

在非接触配置中，SPV拾取探针放置在距离dpw的上方放置在黑色阳极氧化铝晶片卡盘上方支撑销上的硅晶片。

测量技术：

使用SPV方法测量寿命/扩散长度。随着恒定光子通量 SPV的引入，测量的精度、再现性和速度都得到了提高。

样品制备：

我们测量了磷硅中的铁污染。铁浓度通过两次扩散长度测量定量确定：在200°C退火之前和之后。

结果和讨论

为建立最佳条件铁浓度的测量、扩散长度变化被研究为退火温度、时间和恢复温度。样品在退火温度下退火200℃保持10分钟，并在水中淬火至室温21℃，导致扩散长度减少约三倍扩散长度的恢复发生在室温下。如图2

图2

图3显示了扩散长度随退火温度的变化。似乎铁-硼对在100℃以上开始分解，铁-硼对的全部分解发生在大约180℃。

图3 扩散长度与退火温度的关系

图4显示了从200℃淬火后进行的一系列扩散长度测量结果，作为恢复温度的函数。铁-硼对的最快恢复发生在85℃。

图4 样品退火淬火后扩散长度与退火温度的关系

扩散长度的原始值为35 um，在200℃退火后，减小到12 pm。在100℃以上，扩散长度的减小是由于铁硼对开始分解成间隙铁引起的。观察到的200℃退火后扩散长度的减少是重金属污染的特征。恢复过程表明特定的 这个案件中涉及的元素是铁。接下来，在清洗过程中引入的铁污染在高温处理(在处理过程中使用的典型氧化/退火顺序或在1100℃下5分钟的RTA)之后进行测量，该高温处理用于将清洗留下的重金属驱入晶片的主体。在关键步骤的统计过程控制(SPC)的情况下，例如预栅极清洗，在栅极氧化后测量晶片。

将SPV技术用于预氧化清洗的SPC的例子如图5所示。晶片(p型，100 cm)在湿化学槽中清洗，其中化学制品在cach清洗循环后不被替换，并在90℃氧化30分钟。每个点是50个晶片批次中两个晶片氧化后铁测量值的平均值。允许的铁污染阈值显示为水平虚线。超过这个阈值，铁对栅氧化层的完整性有不利影响。该统计过程控制图显示，在液体中的污染物累积到不可接受的水平并且必须更换化学品之前，可以进行大约八次清洁操作。

图5 预氧化湿化学清洗的SPC(SC-1，SC-2)。化学药品可以重复使用八次

总结

本文介绍了SPV在化学清洗和化学品纯度监测中的应用。新的SPV方法的非接触式、晶圆级特性和精密的仪器，使这项技术特别适合重金属监测。据我们所知，没有其他技术可以与这种表征能力相媲美。该方法用于监测BHF的铜污染，通过测量其对表面复合的影响和通过其对体复合的影响来监测铁污染，在区域贸易协定步骤之后，区域贸易协定步骤用于驱动在清洁过程中沉积在表面的铁进入体。与TXRF和原子吸收光谱法等更传统的方法相比，SPV方法是非常新的，但已经证明了它在监测集成电路加工生产线的湿化学问题方面的有效性。与传统方法相比，SPV测量的主要优点是测量速度快；信息是在工艺步骤完成几分钟后获得的，以及在图案化产品晶片中进行非接触测量的能力。