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摘要
? ? ? 基于臭氧的氟化氫化學被提議在晶圓回收中取代傳統(tǒng)的氟化氫/硝酸混合物用于多晶硅剝離。研究了臭氧化氫氟酸溶液的腐蝕特性。與HF/HNO3類似，HF/O3被發(fā)現(xiàn)通過同時氧化和蝕刻工藝剝離多晶硅膜。剝離速率由氧化和蝕刻反應競爭中的速率限制步驟決定；無論哪個速度慢，都會控制整個動力學。由于硅和氧化硅上的化學物質(zhì)具有不間斷蝕刻的特性，因此根據(jù)多晶硅和下面的熱氧化物之間的蝕刻選擇性來評估工藝應用的可行性。
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介紹
? ? ? 眾所周知，臭氧是一種強氧化劑，它可能是替代硝酸進行內(nèi)部聚汽提的理想選擇。臭氧可以在使用點不斷產(chǎn)生，并與濃度穩(wěn)定的氟化氫溶液混合，而不會引起溫度變化。此外，單一酸(HF)系統(tǒng)可使無電極電導率傳感器適用于快速、準確、經(jīng)濟高效地監(jiān)測和控制汽提過程中HF酸的濃度，從而延長槽壽命。另外，與硝酸相比，臭氧幾十年來在大氣中迅速變成氧氣，大大減少了對環(huán)境的擔憂。在本研究中，評估了臭氧化氟化氫溶液的蝕刻特性和工藝效果，以探索所提出的化學方法的可行性。
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實驗
? ? ? 在這項研究中，使用了在400氧化硅層上涂有大約1000(或2000)多晶硅薄膜的150毫米硅片。認識到以高速率在大表面積上產(chǎn)生均勻蝕刻的困難，較小的樣品被用于蝕刻速率表征測試。將許多聚晶片切割成約25 mm × 50 mm的試樣，用一根帶槽端的“PFA”管夾住樣品，以便浸入浴中。另一方面，還測試了整片多晶硅片，以驗證實際剝離特性。使用熱氧化物晶片(> 1000)在不同浴濃度下也表征了氧化物蝕刻速率。在每次測試之前和之后，用魯?shù)婪蜃詣訖E圓偏振儀測量多晶硅膜(或熱氧化膜)的厚度。然后基于所應用的工藝時間和膜厚度的變化來估計蝕刻速率。
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結果和討論
?????通過臭氧化氟化氫溶液，聚合蝕刻似乎變得顯而易見。圖2顯示，在HF濃度為0.25%時，15 ppm的溶解O3導致約57埃/分鐘的多晶硅蝕刻速率。然而，進一步增加氟化氫中的臭氧濃度并不能增強這種情況下的聚剝離(圖。2). 觀察結果表明，在0.25%的氫氟酸溶液中，一定存在一個臭氧濃度閾值。超過該值，蝕刻動力學將受到特定HF濃度的限制。
? ? ? 另一方面，當O3含量為55 ppm時，聚薄膜的蝕刻動力學取決于0.05-0.5%的氟化氫濃度，如圖3所示。主要由高速率下的不均勻蝕刻引起的大數(shù)據(jù)散射開始出現(xiàn)在0.5%的HF下，并且增加了橢偏儀測量薄膜厚度的難度和不準確性。因此，除了0.5%氟化氫外，沒有進行小試樣實驗。取而代之的是，使用全多晶硅晶片來提供蝕刻特性的定性方法。
? ? ? 如前所述，HF/O3溶液中的多晶硅剝離是多晶硅氧化和多晶硅蝕刻的同時過程。實驗結果(圖。2和5)已經(jīng)表明這是氧化反應和蝕刻反應之間的競爭過程。無論哪個速度較慢，都是限速步驟，并決定整個多晶硅蝕刻動力學。在這種情況下，相對于HF濃度具有“高”O(jiān)3水平的溶液將總是在硅表面上保持有限的氧化物層，而相對于HF濃度具有“低”O(jiān)3水平的溶液將產(chǎn)生裸露的硅表面。這一推論已經(jīng)通過檢查浸入各種溶液后聚樣品的表面疏水性得到了證明。表1列出了實驗觀察結果。
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圖2:0.25%氫氟酸中不同O3含量下的多晶硅蝕刻速率
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圖3：含55ppmO3的HF中聚（小樣品）的蝕率
結論
? ? ? 在不同的O3含量和HF濃度下，對基于臭氧的HF化學在多晶硅上的蝕刻行為進行了表征。測試結果表明，該過程是O3多氧化和HF多氧化刻蝕之間的競爭。在固定的溫度下，兩個反應中較慢的速率決定了整個蝕刻動力學。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，當滿足適當?shù)腍F和O3濃度時，該工藝似乎是可行的；1000(或2000)多晶硅薄膜可以在合理的時間內(nèi)剝離，而不會完全腐蝕下面的熱氧化物，也不會對硅襯底造成損壞。這個過程可以在現(xiàn)有的AKrion工具上實現(xiàn)，而無需進行重大修改?？紤]到更容易監(jiān)測控制鍍液、更安全使用和更環(huán)保工藝的優(yōu)勢，所提出的化學方法似乎有望取代傳統(tǒng)的濃縮氫氟酸、硝酸混合物用于晶圓回收。
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