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引言
本文研究了硅的氧化物和氮化物的氣相氟化氫蝕刻作用，新的氧化物選擇性模式，概述了通過將無水高頻與控制量的水蒸汽混合而產(chǎn)生高頻蒸汽蝕刻劑的實(shí)現(xiàn)方法，描述了一種通過將氮?dú)馔ㄟ^高頻水溶液而引入高頻蒸汽的系統(tǒng)。
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實(shí)驗(yàn)
圖1顯示了本工作中使用的反應(yīng)器的示意圖；該反應(yīng)器由一個(gè)惰性碳化硅反應(yīng)室和兩個(gè)裝有適當(dāng)溶液的加熱汽化器組成，通過使受控量的氮?dú)廨d氣通過汽化器來輸送蒸汽，該室沒有被加熱，并且處理壓力保持在350托。為了進(jìn)行電學(xué)表征，在摻硼多晶硅上制備了具有450納米摻雜柵的LOCOS隔離MOSCAPs?5-10 Q-cm (100)取向的硅襯底，12納米的柵氧化層是在900℃的干燥氧氣環(huán)境中生長(zhǎng)的，電容器既沒有接受氧化后惰性環(huán)境，也沒有接受金屬化后形成氣體退火。
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結(jié)果與討論
通過氣相高頻氧化物蝕刻，可以實(shí)現(xiàn)孵育時(shí)間和不同模式的蝕刻選擇性。硅的各種氧化物和氮化物的蝕刻速率列于表1。與高頻水溶液一樣，氣相等效物對(duì)不同的硅氧化物表現(xiàn)出不同的蝕刻速率，從而產(chǎn)生了蝕刻選擇性，蝕刻速率從熱生長(zhǎng)到沉積氧化物，從未摻雜到摻雜氧化物增加。雖然氮化硅的低蝕刻速率使其成為硅氧化物的合適蝕刻掩模，但需要注意的是，氣相HF與水對(duì)應(yīng)物一樣，產(chǎn)生各向同性蝕刻。
氣相和水相高頻之間有明顯的區(qū)別。如表1所示，蝕刻發(fā)生的時(shí)間存在于蝕刻過程的開始，這種孵育時(shí)間與在晶片表面形成薄的水膜所需的時(shí)間有關(guān)，不同氧化物的孵育時(shí)間不同，從而產(chǎn)生了第二種蝕刻選擇性，如圖所示2，在熱氧化物孵育時(shí)間內(nèi)的時(shí)間間隔8t內(nèi)，PSG的非零蝕刻速率意味著PSG對(duì)熱氧化物蝕刻的選擇性是無限。這種現(xiàn)象的一個(gè)特殊應(yīng)用是選擇性地從含有熱氧化物的介電材料堆中去除摻雜氧化物，通過進(jìn)行多個(gè)由抽送/解吸步驟分離的多步驟蝕刻過程，可以進(jìn)一步增加無限選擇性的持續(xù)時(shí)間。對(duì)于給定的氧化物，孵育時(shí)間和蝕刻速率都受HF蒸汽注入速率和H=O蒸汽注入量的影響，分別由氮載氣通過HF和H20蒸發(fā)器的流動(dòng)控制。
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圖2
對(duì)于熱生長(zhǎng)的氧化物，蝕刻速率隨著氮載氣通過高頻汽化器的流量的減小而減小。為了區(qū)分長(zhǎng)孵育時(shí)間和短孵育時(shí)間和可忽略的蝕刻速率的可能組合，設(shè)計(jì)了一個(gè)連續(xù)的多步蝕刻過程來表征減少氮載氣流量下的熱氧化物蝕刻速率，結(jié)果匯總?cè)鐖D所示3，第一步包括10秒的蝕刻，氮?dú)庖?5升/分鐘的速度流動(dòng)，接下來的步驟是氮?dú)獾牧髁繙p少，而通過注入額外的純氮?dú)猓ㄟ^蝕氣室的總流量保持在15升/分鐘，第一步是凝聚態(tài)膜的形成。因此，第二步的有效孵化時(shí)間基本上為零。在第一步和向第二步的過渡期間，蝕刻時(shí)間略小于60nm。當(dāng)?shù)d氣流速為5l/min時(shí)，使用該技術(shù)測(cè)量的蝕刻速率為3.2nm/s，而在流量上升時(shí)基本上沒有觀察到蝕刻。
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圖3
由于孵育時(shí)間等同于水膜的形成時(shí)間，因此在較低流速下較長(zhǎng)的孵育時(shí)間可以通過伴隨降低的H20蒸汽分壓降低來理解，進(jìn)一步驗(yàn)證了孵育時(shí)間對(duì)H20蒸汽分壓的依賴性。對(duì)于摻雜的氧化物薄膜，蝕刻速率進(jìn)一步受到與薄膜致密化過程相關(guān)的熱處理的影響。除了在氮?dú)猸h(huán)境下在850~下退火20min的薄膜外，致密化實(shí)際上導(dǎo)致了更多的氧化物蝕刻，要么是由于更快的蝕刻速率，要么是由于減少了孵育時(shí)間。未致敏膜的蝕刻速率和在850~下退火的膜的蝕刻速率相當(dāng)，而致敏膜的孵育時(shí)間略高于沉積膜的兩倍。研究發(fā)現(xiàn)，即使HF和H20注射量保持不變，HClinjection.--The注射HC1的影響也會(huì)顯著影響氣相氧化物蝕刻特性，蝕刻速率和孵育時(shí)間均隨著HC1注射量的增加而增加。
根據(jù)表面conditioning--Besides的依賴性，蝕刻速率對(duì)形成方法和氧化膜摻雜的依賴性，孵育時(shí)間的存在帶來了另一個(gè)工藝參數(shù)，該參數(shù)的變化必須仔細(xì)研究。
當(dāng)使用氣相高頻蝕刻天然或化學(xué)氧化物時(shí)，可以消除沖洗和干燥晶片的需要，當(dāng)用氣相高頻代替水相高頻時(shí)，天然氧化物脫膠的粒子性能。需要指出的是，同時(shí)使用相同的高頻源來產(chǎn)生水溶液和蒸汽。至于重金屬鍍層，由于與蒸氣產(chǎn)生相關(guān)的額外蒸餾，在天然氧化物的氣相高頻蝕刻過程中，這種鍍層也降低了。在將晶片分為三組不同的心衰處理前，對(duì)其進(jìn)行常規(guī)的預(yù)氧化清潔處理。處理方法為水相（1%）高頻、氣相I-IF和氣相高頻，然后進(jìn)行水沖洗。從水高頻到汽相高頻有改善的趨勢(shì)，氣相高頻和水沖洗相結(jié)合的分布最好。經(jīng)過4倍以上的改進(jìn)，隨時(shí)間變化的介電擊穿數(shù)據(jù)，當(dāng)水相高頻被氣相高頻取代時(shí)，其變化最為顯著。
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結(jié)果
對(duì)各種硅氧化物的氣相高頻蝕刻進(jìn)行了廣泛的表征，基于不同氧化物孵育時(shí)間變化的新工藝已經(jīng)被開發(fā)出來，用于實(shí)際應(yīng)用，如在同樣含有熱氧化物的圖案堆疊中選擇性去除PSG。用氣相高壓工藝取代傳統(tǒng)的水高頻工藝，不僅可以獲得更好的清潔度，而且可以提高薄氧化物的電應(yīng)力耐久性。