清洗實驗結果與討論

在4.1與4.2分別以APM清洗濃度、溫度、及超音波發射功率對試片A、試片 B微塵移除顆數，進行討論。

在4.3就試片C在不同的APM濃度、APM溫度及超音波功率下對磊晶裸片表 面的粗糙度及其電性參數的影響，進行討論。

4.1 不同 APM 濃度、溫度及超音波功率對試片 A 的微塵移除效果

試片A為DT（Deep Trench）段溝渠式標準型DRAM製程實驗試片其製 程為蝕刻完深溝渠（deep trench）作為電容製程之後欲進行清洗製程之產 品晶圓，用其對 1:2:50（NH^B4^BOH/H^B2^BO^B2^B/H^B2^BO）清洗四次發現其微塵數量約 略相同，其最高峰為~4000顆（清洗條件為 35^PoPC，超音波功率為0W）。

如圖4-1所示，不止是微塵數量大約相同，且移除的速率也接近相同。

Time(sec)

P/T counts (0.22μm)

試片A in 1_2_50 APM 實驗四次之去微塵量

0 200 400 600 800 1000 1200

0 1000 2000 3000 4000 5000

1st exp 2nd exp 3th exp 4th exp

圖4-1 試片A 在清洗時所量測之微塵數量

（實驗條件為：1:2:50 NH^B₄^BOH/H^B₂^BO^B₂^B/H^B₂^BO，溫度 35^PoPC，超音波功率0W）

4.1.1 不同 APM 濃度對試片 A 的影響

在試片A中試著改變濃度，實驗結果（如圖 4-2）顯示微塵去除效果形 成二個族群，濃度（NH^B4^BOH/H^B2^BO^B2^B/H^B2^BO）1:2:50、1:2:100 與1:2:200 去除 效果約相同形成群組 I，1:2:400（NH^B₄^BOH/H^B₂^BO^B₂^B/H^B₂^BO）、1:2:600與1:2:1000 去除效果約相同形成群組 II。試片A微塵數量其最高峰約為~4000 顆。 (溫 度 35^PoPC，超音波功率 0W)，清潔溶液濃度越低， 清潔效果越低，在濃度 1:2:200 為一個明顯分界。

除了清潔效果之外，該圖移除微塵數量到達最高峰的時間，也有變化，

濃度越高到達最高峰的時間也隨著縮短。依本實驗目標為降低清洗濃度、

溫度而言，使用 1:2:200 是一個不錯的選擇，其不但清潔效果與高濃度

1:2:50相當，清潔的時間也沒有明顯增長。

Time(sec)

PT Counts(0.2 μm)

試片A in 1_2_EXP(NH₄OH/H₂O₂/H₂O)_APM 35C_50P_Meg_0W

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

0

除了清潔效果之外從圖上來看，該圖移除微塵數量到達最高峰的時 間，略有變化，但不明顯，溫度越高到達最高峰的時間也隨著縮短。依本 實驗目標為降低清洗濃度、溫度而言，使用45^P0PC是一個不錯的選擇，其不 但清潔效果與高溫65^P0PC相當，清潔的時間也沒有明顯增長。

Time(sec)

P/T counts (0.22μm)

試片A in 1_2_200(NH₄OH/H₂O₂/H₂O)_APM XXC_50P_Meg_0W

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

35 ℃ 45 ℃ 55 ℃ 65 ℃

圖4-3 試片A 在清洗時所量測之微塵數量

（實驗條件：1:2:200 NH^B₄^BOH/H^B₂^BO^B₂^B/H^B₂^BO，溫度EXP ^PoPC，超音波功率 0W）

4.1.3 不同 Mega-sonic 功率對試片 A 的影響

由4.1.1選出APM濃度 1:2:200，由 4.1.2選出反應溫度 45^P0PC。本節的 改變的參數為百萬赫茲超音波功率。

隨著百萬赫茲功率的增大移除的效果也隨著上升，由圖4-4 來看，0W 時微塵去除量約為~4000 顆，而百萬赫超音波在 300W 時去除微塵數量約

為~5000 顆，去除效率上升 25%，但在 300W 之後，隨著超音波的功率上 升，去除效果只有些微的上升，將功率上升至 1200W 時圖形開始有些改

變，依照0~600W的圖形特性，微塵數量在600~800 秒後微塵數量應趨近

於零，但 1200W 時微塵數量卻一直維持在 600~700 顆之間，實驗功率進

行至 1800W 時發現微塵的數量大增，其原因為超音波破壞（damage）了

試片A表面的圖案與結構，使得該晶圓釋放大量的微塵。

Time(sec)

P/T counts (0.22μm)

試片A in 1_2_200 APM various megasonic power vs. particle counts

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

0 2000 4000 6000 8000

0W 300W 600W 1200W 1800W

圖4-4 試片A 在清洗時所量測之微塵數量

（實驗條件：1:2:200 NH^B4^BOH/H^B2^BO^B2^B/H^B2^BO，溫度 45 ^PoPC，超音波功率EXP W）

4.2 不同 APM 濃度、溫度及超音波功率對試片 B 的微塵移除效果

Isolation，避免電子穿透產生短路。用試片B對1:2:50（NH^B₄^BOH/H^B₂^BO^B₂^B/H^B₂^BO） 清洗四次發現其微塵數量約略相同，其最高峰為~400 顆（清洗條件為 35^PoPC，超音波功率為 0W）。如圖 4-5 所示，不止是微塵數量大約相同，

且移除的速率也接近相同。

time(sec)

P/T counts (0.22μm)

試片 B in 1_2_50 APM 實驗四次之去微塵量

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

1st exp 2nd exp 3th exp 4th exp

圖4-5試片B在清洗時所量測之微塵數量

（實驗條件為：1:2:50 NH^B4^BOH/H^B2^BO^B2^B/H^B2^BO，溫度 35^PoPC，超音波功率0W）

4.2.1 不同 APM 濃度對試片 B 的影響

改 變 濃 度 去 除 效 果 形 成 二 個 族 群 如 圖 4-6 ， 濃 度 1:2:50

（NH^B₄^BOH/H^B₂^BO^B₂^B/H^B₂^BO）、1:2:100與1:2:200 去除效果約相同形成群組 I， 1:2:400（NH^B4^BOH/H^B2^BO^B2^B/H^B2^BO）、1:2:600 與1:2:1000去除效果約相同形成 群組 II。微塵數量其最高峰約為~400 顆。 (溫度35^PoPC，超音波功率 0W)， 濃度越低，清潔的效果越低，在1:2:200 為一個分界。

time(sec)

P/T counts (0.22μm)

試片B in 1_2_EXP(NH₄OH/H₂O₂/H₂O)_APM 35C_50P_Meg_0W

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0

50 100 150 200 250 300 350 400

1:2:50 1:2:100 1:2:200 1:2:400 1:2:600 1:2:1000

圖4- 6 試片B在清洗時所量測之微塵數量

（實驗條件：1:2:實驗條件 NH^B₄^BOH/H^B₂^BO^B₂^B/H^B₂^BO，溫度35^PoPC，超音波功率 0W）

4.2.2 不同 APM 溫度對試片 B 的影響

由4.2.1實驗中選出APM（NH^B₄^BOH/H^B₂^BO^B₂^B/H^B₂^BO）濃度為 1:2:200，接著

P/T counts (0.22μm)

試片B in 1_2_200(NH₄OH/H₂O₂/H₂O)_APM XXC_50P_Meg_0W

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0

當實驗參數為改變超音波功率時如圖 4-8，功率增加時去除效果增大,

P/T counts (0.22μm)

試片B in 1_2_200(NH₄OH/H₂O₂/H₂O)_APM 55C_50P_Meg_XXW

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0

除金屬離子）/ DI rinse/ IPA 烘乾晶圓。清洗完成之後晶圓（1.）進行AFM

（原子力顯微鏡）量測其表面粗糙度。（2.）走GOI（Gate Oxide Inspection） 二氧化矽品質檢測流程，成長二氧化矽，鍍上複晶（Poly-Si）以測試實驗 條件之崩潰電壓（V^B_BD^B : Breakdown voltage）和崩潰電荷（Q^B_BD^B : Charge to breakdown）。（如圖 3-10之流程圖）。表面粗糙度實驗APM的濃度實驗 由W/O RUN（Without run any chemical）、1:2:1000~1:2:50 和W/O APM

（Without run in APM, process only DHF/HPM/IPA dry）。GOI檢測實驗 APM的濃度實驗由1:2:1000~1:2:50 和W/O APM。

4.3.1 不同 APM 濃度對試片 C 的影響

隨著濃度的降低其表面粗糙度也隨著下降，在1:2:500與1:2:1000的 表面粗糙度己經非常接近了W/O APM實驗（表4-1 和圖4-9），也表示該 濃度對表面粗糙效應己經很微小了。W/O RUN（Without run any chemical） 表示為裸晶未參與濃度實驗，該晶圓直接量測AFM以求其表面粗糙度，其 磊晶裸晶表面有一層自生氧化層~10Ǻ。W/O APM（Without run in APM, process only DHF/HPM/IPA dry）為該晶圓的實驗條件與其他濃度相同，

只是在清洗APM 時用去離子水代替，該晶圓上的自生氧化層己被去除。

量測濃度變化的V^B_BD^B和Q^B_BD，其值與粗糙度成反比，越粗糙的表面其^B V^B_BD^B

（圖4-10）和Q^B_BD（圖^B 4-11）越低，V^B_BD^B和Q^B_BD^B越低表其氧化層的品質越差。

表4-1 試片C 在清洗時改變濃度所量測之表面粗糙度 Ratio 1:2:EXP

(NH^B4^BOH:H^B2^BO^B2^B:H^B2^BO)

W/O

APM 1:2:1000 1:2:500 1:2:200 1:2:100 1:2:50 W/O RUN

#1 RMS [nm] 0.172 0.148 0.17 0.195 0.197 0.214 0.208

#2 RMS [nm] 0.160 0.154 0.151 0.175 0.205 0.211 0.206 Average RMS [nm] 0.166 0.151 0.161 0.185 0.201 0.213 0.207

W/O APM 1:2:1000 1:2:500 1:2:200 1:2:100 1:2:50 W/O RUN 0.144

（W/O RUN（Without run any chemical）為裸晶未參與濃度實驗，裸晶表面有一層自生氧化層~10Ǻ）。

（W/O APM（Without run in APM, process only DHF/HPM/IPA dry）為該晶圓的實驗條件與其他濃度相

同，只是在清洗APM 時用去離子水代替，該晶圓上的自生氧化層己被去除。）

Concentration of APM : NH₄OH/H₂O₂/H₂O VBD : Breakdown voltage (V)

Various concentration APM vs. V_BD

W/O APM 1:2:1000 1:2:500 1:2:200 1:2:100 1:2:50

8.7

（W/O APM（Without run in APM, process only DHF/HPM/IPA dry）為該晶圓的實驗條件與其他濃度相

同，只是在清洗APM 時用去離子水代替，該晶圓上的自生氧化層己被去除。）

Concentration of APM : NH₄OH/H₂O₂/H₂O QBD:Charge to breakdown(C/cm2 )

Various concentration APM vs. Q_BD

W/O APM 1:2:1000 1:2:500 1:2:200 1:2:100 1:2:50 1.6

（W/O APM（Without run APM, process only DHF/HPM/IPA dry）為該晶圓的實驗條件與其他濃度相

同，只是在清洗APM 用去離子水代替，該晶圓上的自生氧化層己被去除。）

4.3.2 不同 APM 溫度對試片 C 的影響

選擇APM（1:2:200）來進行改變反應溫度之實驗，在AFM的結果顯示

（表4-2，圖4-12），隨著溫度的上升表面粗糙度也隨著上升，量測其V^B_DB^B 和Q^B_BD^B，其值與粗糙度成反比，越粗糙的表面其V^B_BD^B（圖4-13）和Q^B_BD^B（圖 4-14）越低，V^BBD^B和Q^BBD^B越低表其氧化層的品質越差。

表4-2 試片C 在清洗時改變溫度所量測之表面粗糙度 Ratio 1:2:200

(NH^B4^BOH:H^B2^BO^B2^B:H^B2^BO) 35^P0PC 50^P0PC 65^P0PC

#1 RMS [nm] 0.174 0.198 0.251

#2 RMS [nm] 0.191 0.206 0.212

Temperature of APM (°C)

RMS : Microroughness(nm)

Various temperature APM vs. RMS

35'C 50'C 65'C

0.16 0.18 0.2 0.22 0.24 0.26

Maximum Minimum 75%

25%

Median Outliers Extremes

Temperature of APM °C VBD : Breakdown voltage (V)

Various temperature APM vs. V_BD

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

6 7 8 9 10 11

圖4-13 試片C在清洗時改變溫度所量測之崩潰電壓（V^BBD^B）

（實驗條件為：1:2:200 NH^B₄^BOH/H^B₂^BO^B₂^B/H^B₂^BO，溫度EXP^PoPC，超音波功率0 W）

Temperature of APM (°C) QBD:Charge to breakdown(C/cm2 )

Various Temperature APM vs. Q_BD

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

圖 4-14 試片C在清洗時改變溫度所量測之崩潰電荷（Q^B_BD^B）

（實驗條件為：1:2:200 NH^B₄^BOH/H^B₂^BO^B₂^B/H^B₂^BO，溫度EXP^PoPC，超音波功率0 W）

4.3.3 不同 Mega-sonic 功率對試片 C 的影響

選擇APM（1:2:200，35^PoPC）來進行超音波功率之實驗，在AFM的結果 顯示（表 4-3，圖 4-15），隨著功率的上升表面粗糙度沒有明顯變化，在 V^BBD^B（圖4-16）和Q^BBD^B（圖4-17）的數值沒有明顯變化和Q^BBD^B，所以超音波 並不影響表面粗糙度、V^B_BD^B和Q^B_BD^B。

表 4-3 試片 C在清洗時改變超音波功率所量測之表面粗糙度 DI water only 0W 900W 1800W

#1 RMS [nm] 0.167 0.165 0.169

Megasonic power (W)

RMS : Microroughness(nm)

Various Megasonic Power vs. RMS

0W 900W 1800W

0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 0.24

圖 4-15 試片C 在清洗時改變超音波功率所量測之表面粗糙度（RMS）

（實驗條件為：DI water，溫度35^PoPC，超音波功率EXP W）

Megasonic power (W) VBD : Breakdown voltage (V)

Various Megasonic power vs. V_BD

0W 900W 1800W

8.7 9 9.3 9.6 9.9 10.2

圖4-16 試片C在清洗時改變超音波功率所量測之崩潰電壓（V^BBD^B）

（實驗條件為：DI water，溫度35^PoPC，超音波功率EXP W）

Megasonic power (W) QBD:Charge to breakdown(C/cm2)

Various Megasonic power vs. Q_BD

0W 900W 1800W

1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1

圖4-17 試片C在清洗時改變超音波功率所量測之崩潰電荷（Q^B_BD^B）

（實驗條件為：DI water，溫度35^PoPC，超音波功率EXP W）

在文檔中 低濃度氫氧化氨、雙氧水混合物在深溝渠式記憶體清洗製程之研究 (頁 58-74)