《炬丰科技-半导体工艺》不同沉积介质对颗粒粘附和去除的影响

书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：不同沉积介质对颗粒粘附和去除的影响

编号：JFKJ-21-772

作者：炬丰科技

摘要

   本研究的目的是探讨不同沉积介质对颗粒粘附和去除的影响。使用不同的悬浮介质:空气、异丙醇IPA和去离子水，将50 μm的聚苯乙烯胶乳PSL颗粒沉积在涂有热氧化物和氮化硅的硅片上，然后在干燥环境中去除。结果表明，由于在所有沉积介质中范德华力较高，沉积在氧化物上的PSL粒子比沉积在氮化物上的更容易去除。此外，沉积在空气中的干燥颗粒比沉积在液体介质中的颗粒更容易去除。当颗粒从液体悬浮液中沉积时，在颗粒和基底之间形成液体弯月面，导致毛细作用力。毛细作用力会导致像PSL这样的软颗粒发生塑性变形，从而增加颗粒和基底之间的接触面积，使它们更难去除。液体弯月面在暴露于干燥空气环境或真空后不久蒸发；然而，除了毛细管力的短时间暴露之外，颗粒的塑性变形将主要由于初始粘附力而发生。

介绍

     颗粒粘附是半导体行业产量损失的主要原因之一，因为颗粒会导致短路或开路；然而，颗粒粘附还有其他有用的应用。例如，药物颗粒对特定部位的粘附对制药工业很重要.在静电复印术中，要将墨粉颗粒成功地从光电导体转移到接收器，需要了解颗粒粘附的机制，在纳米制造中，研究人员已经使用定向组装将纳米颗粒制成纳米线。本文采用空气、异丙醇异丙醇和去离子水三种不同的沉积介质，在热氧化物和氮化硅晶片上沉积聚苯乙烯乳胶PSL粒子。使用空气中的旋转器去除这些颗粒，以观察沉积介质对颗粒去除效率PRE的影响。

理论背景

   粘附力和粘附力矩。

--第一个主要的粘附力是无处不在的范德华力。在没有施加任何外部载荷的情况下，当粒子在力范围内时，引力范德华力使粒子与表面接触。当存在液体膜或高湿度时，颗粒和衬底之间可以形成液体半月板。由此产生的毛细管力对总粘附力有很大的贡献。在本文中，我们重点关注这些范德华和毛细管粘附力。

通过流体动力流动去除颗粒。

--流体动力去除颗粒是从表面去除颗粒的实用方法之一。流体流动参数，如速度分布、壁面剪应力、阻力和升力等，为流体流动得到了很好的建立。对球体上的水动力力的了解使我们能够研究到亚微米大小的颗粒的粘附和去除机制。

颗粒去除机理。

--如图所示。粘附在空气中旋转圆盘圆片上的颗粒受到以下力：吸引粘附力Fa、升力Fl、阻力Fd和离心力分。

所有实验均在10级洁净室45%湿度中进行。实验中使用的热氧化物600nm和等离子体增强的化学气相沉积氮化硅300nm薄膜沉积在150mm的硅晶片上。在每次实验开始前，使用硫酸和过氧化氢的食人鱼溶液混合物清洗晶片。用空气、IPA和去离子水将PSL直径为50m干粉的PSL球形颗粒沉积在晶片上。沉积后，使用光刻抗蚀剂旋转器前进研究，以相对较低的转速每分钟旋转，以扩散粒子并实现粒子的均匀沉积。然后，带有粒子的晶圆在空气环境中以每分钟更高转速的速度旋转。晶圆旋转后，再次扫描晶圆，获得不同晶圆半径下的去除效率。为了研究和测量50um PSL粒子与衬底之间的接触区域，我们还使用了场发射扫描电子显微镜。

结果和讨论

    图3显示了当颗粒沉积在空气、IPA和去离子水介质中时，氧化物和氮化物硅片上的PRE作为应用去除矩的函数的比较。结果表明，需要较高的去除力矩对于所有考虑的沉积介质，从氮化物晶片中比氧化物晶片中去除颗粒。这是因为氮化硅比ASiO2=6.510−20J具有更高的哈默克常数，而二氧化硅具有ASi3N4=1710−20J。从去离子水悬浮液中去除颗粒比从IPA悬浮液中去除颗粒需要更高的去除力矩。这表明，当颗粒从液体悬浮液中沉积时，去除矩取决于液体介质的表面张力。与空气相比，去除沉积在液体介质中的颗粒需要更高的去除力矩。与在空气介质中去除相比，在去离子水介质中去除颗粒需要2个数量级以上的去除矩。

如图所示。3、对于沉积在IPA介质中的颗粒，获得相同的PRE所需的去除力矩比干燥颗粒高约1阶。此外，沉积在去离子水中的粒子的去除矩比沉积在空气中的粒子高2阶。方程3表明，粘附矩与3/z03成正比。较高的去除力矩是由于毛细管力引起的接触半径的增加。毛细管力使PSL粒子变形，并使接触区域内柔软粗糙PSL颗粒表面，减少等效分离距离，从而增加总附着力。

 

 

结论

   

本文研究了不同的沉积介质对颗粒的粘附和去除的影响，以更好地了解颗粒的粘附和去除机理。PSL颗粒沉积在氧化物和氮化物硅片上的空气、IPA和去离子水介质中。这些粒子的PRE是作为去除矩的函数来测量的。当粒子沉积在空气介质中时，范德华力占主导地位。然而，当粒子从液体悬浮液沉积在基底上时，粒子和底板之间形成半月板，产生毛细力，主导范德瓦尔斯力，使粒子比干颗粒变形得多。具有较高表面张力的液体会产生更大的毛细管力，从而导致更多的变形。即使液体半月板暴露在干燥的空气环境或真空中都会蒸发，毛细管力的初始效应比干燥的颗粒留下更大的塑性变形。即使在液体半月板消失后，由于毛细管力引起的塑性变形更大，液体悬浮液中的颗粒仍然比那些干颗粒更容易去除。

标签：粒子,介质,粘附,颗粒,沉积,去除
来源： https://blog.csdn.net/hlkn2020/article/details/120745640