引言

基于臭氧的氟化氫化學(xué)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(shí)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(yīng)競(jìng)爭(zhēng)中的速率限制步驟決定；無論哪個(gè)速度慢，都會(huì)控制整個(gè)動(dòng)力學(xué)。由于硅和氧化硅上的化學(xué)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(píng)估工藝應(yīng)用的可行性。

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介紹

眾所周知，臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，它可能是替代硝酸進(jìn)行內(nèi)部聚汽提的理想選擇。臭氧可以在使用點(diǎn)不斷產(chǎn)生，并與濃度穩(wěn)定的氟化氫溶液混合，而不會(huì)引起溫度變化。此外，單一酸(HF)系統(tǒng)可使無電極電導(dǎo)率傳感器適用于快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)高效地監(jiān)測(cè)和控制汽提過程中HF酸的濃度，從而延長(zhǎng)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(duì)環(huán)境的擔(dān)憂。在本研究中，評(píng)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(xué)方法的可行性。

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實(shí)驗(yàn)

在這項(xiàng)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(rèn)識(shí)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(cè)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(cè)試了整片多晶硅片，以驗(yàn)證實(shí)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(cè)試之前和之后，用魯?shù)婪蜃詣?dòng)橢圓偏振儀測(cè)量多晶硅膜(或熱氧化膜)的厚度。然后基于所應(yīng)用的工藝時(shí)間和膜厚度的變化來估計(jì)蝕刻速率。

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結(jié)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(shí)，15 ppm的溶解O3導(dǎo)致約57埃/分鐘的多晶硅蝕刻速率。然而，進(jìn)一步增加氟化氫中的臭氧濃度并不能增強(qiáng)這種情況下的聚剝離(圖。2). 觀察結(jié)果表明，在0.25%的氫氟酸溶液中，一定存在一個(gè)臭氧濃度閾值。超過該值，蝕刻動(dòng)力學(xué)將受到特定HF濃度的限制。

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另一方面，當(dāng)O3含量為55 ppm時(shí)，聚薄膜的蝕刻動(dòng)力學(xué)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(cè)量薄膜厚度的難度和不準(zhǔn)確性。因此，除了0.5%氟化氫外，沒有進(jìn)行小試樣實(shí)驗(yàn)。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(shí)過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖。2和5)已經(jīng)表明這是氧化反應(yīng)和蝕刻反應(yīng)之間的競(jìng)爭(zhēng)過程。無論哪個(gè)速度較慢，都是限速步驟，并決定整個(gè)多晶硅蝕刻動(dòng)力學(xué)。在這種情況下，相對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果。

結(jié)論

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在不同的O3含量和HF濃度下，對(duì)基于臭氧的HF化學(xué)在多晶硅上的蝕刻行為進(jìn)行了表征。測(cè)試結(jié)果表明，該過程是O3多氧化和HF多氧化刻蝕之間的競(jìng)爭(zhēng)。在固定的溫度下，兩個(gè)反應(yīng)中較慢的速率決定了整個(gè)蝕刻動(dòng)力學(xué)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)滿足適當(dāng)?shù)腍F和O3濃度時(shí)，該工藝似乎是可行的；1000(或2000)多晶硅薄膜可以在合理的時(shí)間內(nèi)剝離，而不會(huì)完全腐蝕下面的熱氧化物，也不會(huì)對(duì)硅襯底造成損壞。這個(gè)過程可以在現(xiàn)有的AKrion工具上實(shí)現(xiàn)，而無需進(jìn)行重大修改?？紤]到更容易監(jiān)測(cè)控制鍍液、更安全使用和更環(huán)保工藝的優(yōu)a勢(shì)，所提出的化學(xué)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。