螯合劑在微電子工藝中減少硅表面重金屬污染的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)特征尺寸的減小和集成度的迅速提高，金屬雜質(zhì)的危害就顯得特別突出。硅襯底表面金屬沾污濃度的要求越來越低，而金屬的沾污幾乎不可避免。 本論文從微電子工藝中不可避免的硅與各種水溶液的接觸和反應(yīng)入手，以螯合劑的方法從兩個(gè)方面研究如何盡量減少硅襯底表面重金屬的污染：一方面通過在水溶液中加入適當(dāng)?shù)尿蟿┍M量減少引起金屬污染的機(jī)會(huì)，另一方面對于已經(jīng)存在金屬污染的情況，通過在清洗液中加入適當(dāng)?shù)尿蟿┍M可能地消除和減少金屬

2、污染。 本論文首先測定了河北工業(yè)大學(xué)劉玉嶺教授發(fā)明的FA/O 螯合劑與Cu（II）、Fe（III） 所形成螯合物的穩(wěn)定常數(shù)。測定結(jié)果顯示，F(xiàn)A/O 螯合劑至少具有十個(gè)可以形成配位鍵的配位原子；FA/O 螯合劑更適合在堿性pH>10 的條件下使用，在pH>12 更好。FA/O 螯合劑與Cu（II）、Fe（III）所形成螯合物的穩(wěn)定常數(shù)logK 分別為9.69 和18.7。 本論文還以金屬銅為例測定了FA/O 螯合劑

3、以及其他幾種螯合劑在微電子DHF 清洗液、RCA 清洗液以及硅襯底拋光液中減少銅在硅晶片表面的沉積和去除硅晶片表面銅污染的作用。硅晶片表面污染的銅的濃度通過石墨爐原子吸收技術(shù)結(jié)合液滴夾心刻蝕的金屬富集技術(shù)測得。 對堿性介質(zhì)中螯合劑作用效果的研究結(jié)果顯示，F(xiàn)A/O 螯合劑在堿性清洗液（NH4OH/H2O2 / H2O，SC1）和堿性硅溶膠拋光液中應(yīng)用效果突出，比傳統(tǒng)螯合劑EDTA 減少金屬銅在硅晶片表面沉積和去除硅晶片表面銅污染的

4、效果要好，而且FA/O 不含鈉離子，易溶于水，使用更方便。FA/O 螯合劑替代SC1 清洗液中NH4OH，一步清洗即可去除硅晶片表面Cu 污染達(dá)到微電子工藝要求。 本論文還研究了幾種酸性螯合劑在DHF 清洗液和酸性硅溶膠拋光液中減少銅在硅晶片表面沉積的情況，其中將螯合劑用于DHF 清洗液中減少金屬在硅晶片表面沉積未見文獻(xiàn)報(bào)道，本文是首次。研究表明在DHF 清洗液中加入不同螯合劑都可以減少硅片表面金屬污染，其中膦酸類螯合劑減少金屬

5、銅在硅晶片表面沉積效果較好；酸性硅溶膠拋光液中PAA 螯合劑的作用效果較好。 本論文還對不同螯合劑減少硅晶片表面金屬銅污染的作用原理進(jìn)行了理論分析。微電子工藝溶液中加入的螯合劑不僅通過化學(xué)反應(yīng)減少了溶液中的自由金屬離子，而且螯合劑可以吸附在硅片表面，與金屬離子競爭吸附，從而使得硅晶片表面的金屬銅污染大大減少。 研究結(jié)果表明，在螯合劑分子較大、極性較強(qiáng)時(shí)，螯合劑優(yōu)先吸附在硅片表面，吸附性質(zhì)對硅片表面銅污染的減少甚至起主導(dǎo)作