半导体表面沾污的放化研究——痕量杂质在硅和二氧化硅上的沉积

用放化示踪原子法研究了八种低能级杂质元素对硅和二氧化硅表面的沾污。标记痕量组分使用的放射性同位素是 Au~(198)、Cu~(64)、Fe~(59)、Gr~(51)、Zn~(65)、sb~(122)、Sb~(124)、Mn~(54)和 Mo~(99)。以试剂组成,溶液中的杂质浓度、浸泡时间和温度、吸附剂的表面条件以及溶液中有或没有螫合剂为函数研究了在制造硅器件时这些杂质从使用的典型试剂溶液中的沉积。对各种解吸处理加以评论,例如在水、酸、络合剂和螫合化合物中洗涤。比较了从试剂溶液中沉积的各种杂质的数值,在这里列出了数据,每种杂质的浓度通常是固定在4ppm(重量/体积),用每平方厘米的原子数表示。硅片在 HF+HNO_3混合液中腐蚀时,有的加入 CH_3CO_2H 或 I_2,有的则不加,都含有一种指定的放射性示踪原子,表面浓度数值如下:10~(13)Au/厘米~2,10~(12)Cr/厘米~2,10~(11)Cu/厘米~2,小于10~(11)Mn/厘米~2和10~(10)或更少的 Fe/厘米~2,这些数值表明仅覆盖硅单原子层的一小部分。由于硅没腐蚀时氧化物表面就被溶解了,产生了不可阻止的电化学置换镀敷,所以从 HF 中沉积,这种情况是极其严重的。用相应离子标记这种试剂得到表面浓度为3×10~(16)Cu/厘米~2、7×10~(14)Au/厘米~2、4×10~(14)Cr/厘米~2和1×10~(11)Fe/厘米~2。Sb 和 Mo 也沉积,但锌离子不沉积,它在 HF 中强烈地被络合。硅从浓 HNO_3、HCl 或王水中吸附痕量金属只有2～4×10~(12)Au 或 Cu/厘米~2和3×10~(11)Fe/厘米~2,因为在这些酸中氧化膜保护了硅。如果表面预先处理生成氧化层,用含放射性铜的热去离子水和蒸馏水洗涤硅片,则得到同样低的数据。二氧化硅就是这类吸附表面的最典型的例子,甚至得到更低的吸附,包括浸在 HF 中。但是氧化物被溶掉(氟化物效应),硅从无机酸或水中会吸附大量金属。从稀 H_2O_2中吸附金属离子有波动,与条件有关,但通常吸附作用是强烈的。在硅腐蚀的条件下(100℃),从5%NaOH 中的沉积是2×10~(16)Cu/厘米~2、6×10~(15)Fe/厘米~2、1×10~(15)Au/厘米~2和5×10~(13)Sb/厘米~2。硅表面结构和光洁度(氧化层除外),掺杂类型和浓度,以及浴浸时间对杂质沉积量没有多大影响。杂质沉积的最终数量对杂质沉积的 log 通常与溶液中的杂质浓度成正比,并且一般地成直线 log-log 关系。在试剂溶液中加入螯合剂防止杂质在硅上沉积一般是不太有效的,但是有些螫合剂能够从半导体表面除去沉积的金属。在酸性 H_2O_2中络合溶解得到极好的结果。对解吸沉积的 Fe 来说,HCI 效果是显著的。