微電子工業(yè)中高性能器件的快速發(fā)展需要非常好的清潔環(huán)境維護(hù)。潔凈室對(duì)于提供用于處理半導(dǎo)體器件的合適環(huán)境是必不可少的。然而，即使在這樣的環(huán)境中，也可能發(fā)生晶片表面的有機(jī)亞單層污染。在10級(jí)或更高等級(jí)的潔凈室中，有機(jī)化合物的濃度可能超過顆粒濃度幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

一般來說，有機(jī)污染物要么來自潔凈室本身等工藝環(huán)境，要么來自制造過程不同階段使用的塑料儲(chǔ)存箱。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)晶片表面上吸附的有機(jī)化合物會(huì)導(dǎo)致缺陷，例如表面粗糙度增大、霧度的形成、條紋、對(duì)外延生長的損害以及柵極氧化物完整性的退化。

為了研究有機(jī)污染物表面濃度對(duì)硅片的影響，首先利用XPS技術(shù)對(duì)硅片表面進(jìn)行了表征，然后測(cè)定了不同氣相濃度下PGMEA和EA的吸附行為，評(píng)價(jià)了溫度對(duì)兩種化合物吸附動(dòng)力學(xué)的影響。為了模擬潔凈室中更真實(shí)的條件，我們研究了混合物對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)的影響。最后，根據(jù)國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖建議的最大允許有機(jī)污染水平限制，對(duì)兩種化合物的不同氣相濃度的最大暴露時(shí)間進(jìn)行了估算。

圖2.硅表面的XPS光譜。(二)硅片表面(a) C1s、(b) Si2p和(c) O1s的XPS光譜

用XPS技術(shù)對(duì)硅片表面進(jìn)行了表征，揭示了在該工作中使用的硅表面的組成由一氧化硅1.6C1.1組成，并且碳原子占檢測(cè)到的原子的28.2%。

以流動(dòng)管式反應(yīng)器為檢測(cè)工具，研究了丙二醇甲醚乙酸酯和乙酸乙酯兩種有機(jī)化合物在硅片表面的吸附行為。

建立了氣相濃度與晶片表面吸附量之間的關(guān)系。這可用于闡明丙二醇甲醚乙酸酯和乙酸乙酯在潔凈室氣氛中的吸附特性。根據(jù)兩種化合物的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)它們的吸附進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)酮基是這兩種化合物在硅片上快速吸附的原因，而沸點(diǎn)是影響化合物吸附焓的關(guān)鍵參數(shù)。以這種方式，即使具有相同偶極矩但不同沸點(diǎn)的有機(jī)物相對(duì)于晶片表面也可以具有非常不同的吸附行為。

因此，為了揭示潔凈室中存在的有機(jī)污染物的吸附行為的全貌，還有許多事情需要了解。理論計(jì)算有助于支持實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并揭示更多關(guān)于硅表面吸附位置能級(jí)的信息。我們實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在進(jìn)行一些理論研究。

單組分體系和雙組分體系的動(dòng)力學(xué)對(duì)比研究表明，硅晶片表面聚乙二醇單甲醚的吸附量不隨乙二醇濃度的變化而變化。然而，吸附和解吸常數(shù)值都增加了。

根據(jù)國際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖建議的最大允許濃度，為兩種化合物建立了氣相濃度和最大暴露時(shí)間之間的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在高氣相濃度下，吸附量的臨界值在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到。

因此，即使在短時(shí)間內(nèi)被吸附的低分子量有機(jī)污染物也可能改變微電子器件的質(zhì)量。

審核編輯：湯梓紅