磷酸中二氧化硅的選擇性濕法蝕刻方法

摘要

在濕法工藝實(shí)施中使用單晶片處理器是先進(jìn)半導(dǎo)體制造的一種趨勢(shì)，因?yàn)樗哂袩o(wú)污染、靈活的工藝控制以及在不損壞圖案的情況下提高顆粒去除效率的優(yōu)點(diǎn)。然而，在氮化硅去除過程中，不僅磷酸消耗的成本問題，而且包括蝕刻速率、均勻性和選擇性在內(nèi)的工藝性能都是使該工藝難以從臺(tái)式轉(zhuǎn)換到單晶片型的障礙。在這里，我們提出了一種新穎的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)引入了上晶片加熱板，以保持磷酸蝕刻劑的高溫，從而克服在氮化物剝離工藝中單晶片處理器中蝕刻速率低、均勻性差和選擇性低的常見問題。在這項(xiàng)工作中，研究了單晶片處理器中的操作變量(如轉(zhuǎn)速、攪拌時(shí)間和溫度)對(duì)蝕刻速率、均勻性和選擇性的交互影響，以深入了解這一過程。鈣的腐蝕選擇性明顯降低。當(dāng)H3PO4溫度從144℃升高到154℃時(shí)，溫度從100℃升高到60℃，而加熱器板的引入已被證明能顯著提高蝕刻選擇性。

介紹

在半導(dǎo)體制造中，氮化硅(Si3N4)和二氧化硅(SiO2)是最典型和廣泛使用的電介質(zhì)材料，用作硬掩模、犧牲層、注入隔離物或應(yīng)力誘導(dǎo)膜.1–5氮化硅通常可以通過各種方法去除，例如干法蝕刻、HF、BOE(緩沖氧化物蝕刻)等。然而，在磷酸介質(zhì)中，氮化硅對(duì)氧化物的高蝕刻選擇性使得氧化硅用作蝕刻停止層，以保護(hù)下層膜或結(jié)構(gòu)免受氮化物膜剝離產(chǎn)生的損害。

為了克服單晶片處理器在氮化物剝離過程中遇到的上述常見問題，本工作提出了一種新的設(shè)計(jì)，通過引入加熱板上晶片來保持磷酸溶液的工作溫度和低粘度，以實(shí)現(xiàn)高蝕刻速率和良好的均勻性。

實(shí)驗(yàn)

厚度為1200–1800納米的Si3N4薄膜被沉積在二氧化硅薄膜上，以防止在低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)室中由溫度> 700℃的SiH2Cl2和NH3的氣體混合物引起的應(yīng)力誘發(fā)的破裂。因此，制備了兩種樣品，硅/二氧化硅/氮化硅和硅/二氧化硅，用于評(píng)估各自的蝕刻速率。這些樣品用煮沸磷酸溶液提供的設(shè)備蝕刻.用KLA-滕科爾橢偏儀測(cè)量蝕刻前后的氮氧化物沉積厚度，以獲得氮化物或氧化物層厚度的減少。透射電鏡數(shù)據(jù)證實(shí)并校正了該橢偏儀的精度。通過用于光點(diǎn)缺陷檢查的KLA-滕科表面掃描測(cè)量工藝前后氧化物涂覆晶片表面上的粒子數(shù)，以獲得氧化物層表面上的加法計(jì)數(shù)。

結(jié)果和討論

加熱板的影響。

圖2顯示了有無(wú)加熱板時(shí)二氧化硅和氮化硅的典型蝕刻速率，其中第1行和第2行的數(shù)據(jù)是從沒有加熱板的單晶片處理器獲得的。

轉(zhuǎn)速和攪拌時(shí)間對(duì)氮化硅刻蝕速率的影響。

為了獲得加熱板、晶圓旋轉(zhuǎn)速度、處理時(shí)間和化學(xué)品之間的關(guān)系，必須進(jìn)行幾項(xiàng)測(cè)試。圖5清楚地顯示了在三種轉(zhuǎn)速(10、30和50轉(zhuǎn)/分)下，Si3N4蝕刻速率與平均流體高度的線性相關(guān)性.這種線性相關(guān)性可能是由于流體在最快轉(zhuǎn)速下的停留時(shí)間太短，導(dǎo)致加熱板加熱效率低，導(dǎo)致蝕刻速率比其他速度低得多。同時(shí)，用于在較高轉(zhuǎn)速下有效溶解硅酸的蝕刻劑體積不足也影響了蝕刻速率。由于在這一系列測(cè)試中沒有進(jìn)行攪拌步驟，因此很容易判斷通過加熱板加熱H3PO4以提高蝕刻速率的必要性。

氮化硅對(duì)二氧化硅的刻蝕選擇性。

盡管文獻(xiàn)中廣泛討論了Si3N4/SiO2的蝕刻選擇性，但大多數(shù)情況是基于試樣或槽式工具。

結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種具有加熱器板上部晶片的新型單晶片處理器，以保持磷酸的蝕刻溫度，從而克服傳統(tǒng)單晶片處理器在氮化物剝離工藝中遇到的問題。在這種設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)中采用了加熱板來保持晶片表面上磷酸的溫度，因?yàn)楫?dāng)流體從管道中分配出來時(shí)，高粘性磷酸(對(duì)溫度非常敏感)在晶片表面上的不平滑流動(dòng)會(huì)影響蝕刻的均勻性。典型的過程包括3個(gè)步驟:(1)以200轉(zhuǎn)/分的速度在晶片上分配H3PO4溶液3秒鐘；(2)用H3PO4溶液的連續(xù)流降低加熱器板；和(3)低轉(zhuǎn)速下的槳式踏板。在初步測(cè)試中，該單晶片處理器的轉(zhuǎn)速、處理時(shí)間和加熱器溫度是有效提高蝕刻均勻性的重要變量。在這項(xiàng)工作中，加熱器板的溫度設(shè)置對(duì)氮化硅、氧化物的蝕刻速率和蝕刻選擇性有很大影響，同時(shí)過高的加熱器溫度不能保持最小的二氧化硅損失，但提供了高的Si3N4蝕刻速率.我們將找到這種單晶片處理器的最佳條件，并在未來的工作中研究硬件參數(shù)與加熱器如何幫助蝕刻均勻性之間的關(guān)系。

審核編輯：符乾江