《炬丰科技-半导体工艺》IPA溶液的界面和电动特性
书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：IPA溶液的界面和电动特性
编号：JFKJ-21-777
作者：炬丰科技
摘要
在本研究中，异丙醇异丙醇异丙醇和去离子水的混合物的界面和电动现象与半导体晶片干燥进行了研究。随着异丙醇加入去离子水，异丙醇溶液的介电常数从78线性下降到18。异丙醇溶液的粘度随着异丙醇在去离子水中的体积百分比的增加而增加。还在异丙醇溶液中测量了二氧化硅颗粒和硅片的ζ电势。随着异丙醇在去离子水中体积比的增加，ζ电位接近中性。当异丙醇浓度增加到30体积%时，测量到表面张力从72达因/厘米降低到23达因/厘米。异丙醇在气-液界面的表面过量在异丙醇的20体积%左右达到最大值。在异丙醇溶液中，用原子力显微镜测量二氧化硅颗粒在硅片上的附着力。附着力随着异丙醇在水中体积百分比的增加而增加。当晶片浸入含小于25体积%异丙醇的溶液中并从中取出时，观察到较低的颗粒污染。
介绍
湿法化学工艺在晶片清洗中是不可或缺的，因为它们能有效地去除污染物。最近，由于图案密度和晶片尺寸的增加以及低于0.13 μm的图案尺寸的快速减小，湿法清洗和干燥变得比以往任何时候都更加重要。旋转和热异丙醇异丙醇蒸汽干燥已被马兰戈尼型异丙醇干燥取代，该干燥利用了室温下气液界面的表面压力梯度。
IPA由于其低表面张力、高蒸气压和在水中的高溶解度而被用于湿法清洗和干燥，以增加表面润湿性和增强晶片干燥。尽管已经进行了评估去离子去离子水中的薄IPA层的研究，以阐明晶片干燥现象，从半导体湿法加工的角度评估IPA溶液的界面和电动现象的研究很少。本研究对异丙醇溶液进行了电动力学和界面表征，以阐明异丙醇在半导体清洗和干燥过程中的作用。
实验
硅晶片在SPM H2SO4 H2O2 = 4:1体积%、120℃和APM NH4OH H2O2:H2O = 1:1:5体积%、80℃的清洗溶液中预清洗10分钟。清洗后，用去离子水冲洗晶片3分钟。然后最后用0.5% DHF的稀氢氟酸溶液清洗晶片5分钟，并用去离子水冲洗。
在不同浓度的异丙醇溶液中，六英寸晶片用于干燥和颗粒粘附实验。将晶片浸入被0.5 m二氧化硅颗粒污染的异丙醇混合物中。持续2分30秒。浸渍后，以2.4毫米/秒的速度非常缓慢地取出晶片。这些薄饼是用热N2吹风干燥的。使用激光粒子扫描仪Surfscan 5500(KLA腾科公司)测量晶片表面上的粒子数量，在干燥晶片之前和之后。
图3显示了二氧化硅和硅颗粒随IPA浓度增加的zeta电位。当IPA浓度达到50vol%时，zeta电位接近中性值。这表明在IPA溶液中，表面电荷变为中性。以往的研究表明，IPA溶液可以有效地防止和在IPA浓度超过20卷%时消除静电积累。颗粒在液体中的分散和稳定性强烈依赖于颗粒的zeta电势。图4显示了富气二氧化硅颗粒的平均粒径随IPA浓度的变化。随着IPA浓度的增加，平均粒径从1000nm增加到1800nm。当悬臂梁接近衬底时，可以测量粒子与硅表面之间的相互作用力。
图5显示了在实验中使用的典型的力与距离曲线方法。在原子力显微镜中，样品的表面使用一个长达几微米、直径通常小于10纳米的尖锐尖端进行探测。尖端和样品表面之间的力会导致悬臂梁弯曲或偏转。当尖端扫描样品表面时，探测器测量悬臂偏度。从力与距离的曲线上，可以评估两个表面之间的相互作用的大小。图6显示了球形二氧化硅颗粒与硅表面之间的粘附力。在去离子水中，二氧化硅与硅表面的粘附力最低。粘附力随着IPA浓度的增加而增加。
图8显示了在空气/液体界面的DI水中，IPA溶液的表面张力随IPA浓度随体积的变化。当IPA浓度增加到30vol%时，表面张力从72代/cm迅速下降到27代/cm。去离子水中IPA的存在导致空气-液界面上IPA分子表面过量。这表明IPA在较低浓度下在气液界面非常活跃。
结论
IPA溶液的介电常数随水中IPA浓度的变化呈线性减小。IPA溶液的粘度增加到50%的IPA浓度，但IPA的进一步增加降低了粘度。当IPA含量增加到50%时，IPA溶液中二氧化硅和硅颗粒的zeta电位接近中性值。由于粒子的zeta电位的减小，颗粒的尺寸随着IPA浓度的减小而呈线性增加。当IPA加入去离子水时，硅颗粒在硅片上的粘附力增加，并在IPA浓度为25%时达到平台。根据IPA溶液的表面张力计算出表面过剩，发现在约20%的IPA浓度时达到最大值。在较低浓度的IPA下，干燥过程中IPA溶液中硅晶片的颗粒污染较少。
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