書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：采用RCA-1進(jìn)行硅蝕刻

編號(hào)：JFKJ-21-725

作者：炬豐科技

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摘要

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眾所周知，在器件制造過程中反復(fù)使用的RCA標(biāo)準(zhǔn)清潔1會(huì)導(dǎo)致硅的蝕刻。在一些工藝流程中，當(dāng)制造具有薄膜的器件時(shí)，例如在絕緣體上硅技術(shù)中，這種蝕刻可能是重要的。我們顯示，當(dāng)在二氧化硅上的裸露硅層上涂覆10分鐘時(shí)，25-30埃的硅被改良版的SC1清洗劑(1:8:64重量份的NH4OH、H2O2和H2O)蝕刻掉。

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介紹

??制造業(yè)中使用了許多濕法化學(xué)清洗方案，其中最流行的是Kern在1965年開發(fā)的RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗SC1。這種清洗的主要目的是從晶片表面去除顆粒和金屬等雜質(zhì)。RCA清潔旨在分兩步完成。第一步，SC1清潔，它是氫氧化銨、氧化劑過氧化氫和水的含水混合物，混合比為1:1:5(80℃，10分鐘)，已被用作顆粒去除清潔。在這個(gè)步驟中，硅發(fā)生氧化，隨后氧化物溶解，這使得表面終止于大約6的化學(xué)氧化物。已經(jīng)表明，為了良好的顆粒去除，有必要對(duì)表面進(jìn)行輕微的蝕刻。SC2清潔是鹽酸和相同氧化劑過氧化氫的混合物，用于去除表面的金屬。

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實(shí)驗(yàn)條件和結(jié)果

????為了檢查SC1清洗對(duì)薄膜厚度的影響，對(duì)具有非常薄的硅薄膜(20-30埃)的SOI晶片進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)清洗，并在清洗之前和清洗之后1小時(shí)內(nèi)在相同的位置測(cè)量厚度。由于該過程以去除稀氫氟酸中的化學(xué)氧化物結(jié)束，硅表面是疏水的，氫終止，因此在硅薄膜厚度測(cè)量過程中，自然氧化物將< 5。在圖1中。最終的硅膜厚度被繪制為初始厚度的函數(shù)，并且很明顯，對(duì)于硅含量小于25的位置，所有的硅都被去除了。對(duì)于較厚的薄膜，最終厚度與初始厚度呈線性關(guān)系。

在所有情況下，標(biāo)準(zhǔn)清潔后立即進(jìn)行1.5分鐘的15:1 H2O:氫氟酸沖洗，以去除表面的任何氧化物。在硅被SC1腐蝕掉的晶片位置，高頻處理去除了大約250埃的二氧化硅，相當(dāng)于167埃/分鐘。幾乎立即被SC1耗盡硅的區(qū)域損失高達(dá)300埃的二氧化硅，這表明二氧化硅被SC1蝕刻.對(duì)于25℃以上的初始硅膜，掩埋氧化物從不暴露于氟化氫，二氧化硅損失的階躍函數(shù)從250下降到零，如圖3所示。

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討論

SC1溶液由氫氧化銨(NH4OH)、過氧化氫(H2O2)和水組成。H2O2的主要目的是氧化硅，然后在NH4OH的幫助下溶解氧化物。將硅浸入SC1會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)不超過埃的化學(xué)氧化層，此時(shí)達(dá)到穩(wěn)態(tài)條件，即硅的氧化速率和氧化物的溶解速率相等。除非進(jìn)行旨在檢測(cè)硅消耗的特定測(cè)量，否則通常不會(huì)觀察到硅的損失。有三種方法可以測(cè)量被去除的硅的量:(一)部分掩蔽表面的輪廓，(二)非常精確的晶片稱重，以及(三)相對(duì)于明確定義的深度標(biāo)記的厚度測(cè)量。原子級(jí)的尖銳界面可以放置在足夠靠近表面的位置，使得去除的厚度占總距離的很大一部分。

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在未來，我們計(jì)劃測(cè)量外延晶片上硅的消耗量。在這樣的晶片上，我們看到我們版本的SC1過程對(duì)表面粗糙度的貢獻(xiàn)很小。用原子力顯微鏡測(cè)量的典型表面粗糙度為0.6A在均方根(rms)前，在SC1后不超過1.2Arms。然而，表面粗糙度并不是衡量硅的損失，而是蝕刻保形的指標(biāo)。對(duì)于保形蝕刻，粗糙度不受影響。

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總結(jié)

????SC1清洗程序去除了有限數(shù)量的硅。我們的配方(1:8:64重量份的NH4OH、H2O2和H2O)蝕刻10分鐘25-30微升的硅，而標(biāo)準(zhǔn)配方為80微升。但是在一些器件結(jié)構(gòu)中，甚至硅的這種相對(duì)較小的損失也必須考慮在內(nèi)，特別是當(dāng)使用SOI晶片時(shí)，其中硅的最終厚度必須被精確地和可再現(xiàn)地控制。SOI技術(shù)的出現(xiàn)增加了探索新型清潔化學(xué)的重要性。SC1化學(xué)的蝕刻特性的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它可以有意地用于在SOI應(yīng)用中微調(diào)硅膜的厚度。

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