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介紹

在半導(dǎo)體制造流程中，氮化硅(Si3N4)用于定義有源區(qū)。通常稱為襯墊氮化物的Si3N4沉積在二氧化硅層(“襯墊氧化物”)上，并通過各向異性等離子體工藝在用于隔離各個器件的那些區(qū)域上被部分去除。焊盤氧化物的典型層厚在50-400之間，焊盤氮化物的典型層厚在200-1600之間，具體取決于應(yīng)用和技術(shù)。

為了獲得全功能器件，有源區(qū)必須完全不含氮化硅，而由熱氧化物、LOCOS(硅的局部氧化)或STI(淺溝槽隔離)組成的隔離保持完整。同樣重要的是底層硅不被攻擊。特別是對于具有減小的器件拓?fù)浜突赥EOS的淺溝槽隔離的集成電路產(chǎn)品，氧化物去除的預(yù)算非常緊張。

這種各向同性的去除過程是用熱磷酸(H3PO4)在浸浴中蝕刻來進(jìn)行的。不能使用干法(等離子體)蝕刻，因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)的選擇性低得多。

盡管加熱的氫氟酸可用于去除氮化物(這通常用于晶片或監(jiān)視器回收)，但這不適合產(chǎn)品應(yīng)用，因?yàn)檠趸璧奈g刻速率較高，因此不符合選擇性要求。

選擇性氮化物蝕刻的典型工藝流程包括以下步驟，如圖1所示。作為蝕刻掉薄的天然氧化物層的第一處理步驟，經(jīng)常包括可選的短HF浸漬(包括隨后的沖洗)，該氧化物層可能是由于熱氧化步驟中的部分再氧化而形成的，以形成鈍化氧化物或場氧化物。該層起到蝕刻阻擋層的作用，在H3PO4中去除該層需要相當(dāng)長的時間，因此會影響工藝時間和均勻性。

化學(xué)反應(yīng)

?? ?水水解氮化硅形成水合二氧化硅和氨，氨以磷酸銨的形式保留在溶液中。化學(xué)計(jì)量表明，水是蝕刻過程中化學(xué)成分的一個組成部分。在蝕刻氮化物的過程中，形成水合二氧化硅(H2OSiO2)，其影響二氧化硅蝕刻。在新的槽中，氧化硅被正磷酸去除，但是隨著蝕刻溶液中二氧化硅濃度的持續(xù)增加，二氧化硅從晶片表面的蝕刻速率降低。因此，蝕刻速率的選擇性取決于影響濃度的槽利用率。

因此，氮化硅的蝕刻速率取決于溫度和濃度.典型的蝕刻速率如圖2 (2)所示。對于Si3N4和二氧化硅蝕刻，蝕刻遵循阿倫尼烏斯方程。還觀察到硅的蝕刻速率很小，這是由溶液中不復(fù)雜的過熱H2O引起的。希望在盡可能高的溫度下進(jìn)行處理，以減少處理時間。對于20-40分鐘的合理曝光時間，需要大約50/分鐘的蝕刻速率，這導(dǎo)致典型的工藝溫度為160-165℃。更高的溫度將導(dǎo)致更快的去除，但是對二氧化硅和硅的選擇性也更低。

從圖2中可以看出，較高濃度的磷酸不一定會導(dǎo)致較高的蝕刻速率，這證實(shí)了該工藝本質(zhì)上需要H2O。在較低的溫度下，較高的水含量提供更好的結(jié)果，而在較高的溫度下，高濃度H3PO4似乎更有效。因此，工藝必須針對工藝溫度和濃度進(jìn)行優(yōu)化和控制。

這種優(yōu)化不能獨(dú)立完成，因?yàn)榱姿岬姆悬c(diǎn)隨濃度而變化，如圖3所示。由于輸送的85 %原磷酸將在157℃沸騰，因此需要更高的濃度來將工藝溫度提高到160℃以上。這很容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)镠2O不斷從加熱的溶液中蒸發(fā)。反之亦然，如果在槽壽命期間酸的濃度持續(xù)增加，即使在升高的工藝溫度下，蝕刻的性能也會降低。因此，需要持續(xù)補(bǔ)充H2O，以在給定的工藝溫度下保持蝕刻速率(和選擇性)。

最佳情況下，該過程在可能的最高溫度和水濃度下運(yùn)行，導(dǎo)致沸點(diǎn)溫度略高于設(shè)定溫度。在這種狀態(tài)下，浴缸將保持相對安靜，只允許少量氣泡的液體流量控制和最簡單的排氣處理。

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