多晶硅蝕刻殘留物的的形成機(jī)理

為了闡明蝕刻殘留物的形成機(jī)理，研究了氯/氦-氧、溴化氫/氦-氧和溴化氫/氯等不同氣體混合物的影響，我們發(fā)現(xiàn)在氧的存在下，蝕刻殘留物形成良好，這表明蝕刻殘留物是由氧和非揮發(fā)性乳化硅化合物的反應(yīng)引起的，濕法清洗和干法蝕刻清洗工藝被用于去除多晶硅蝕刻殘留物，這可能影響電特性和進(jìn)一步的器件工藝。XPS結(jié)果表明，濕法清洗適用于蝕刻殘留物的去除。
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本文利用HBr/Cl/He-O2反應(yīng)氣體對(duì)多晶硅進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻后，利用X射線光電子能譜(XPS)和電子顯微鏡(SEM)對(duì)表面形成的杯狀流層進(jìn)行了研究，為了查明蝕刻殘留物的形成機(jī)制，從原來(lái)的混合氣體成分中分別排除了一種成分的反應(yīng)氣體，觀察了其效果。同時(shí)，為了消除使用HBr/CI/He-O2混合氣體冷卻后形成的殘留層，引入了濕法和干式工藝進(jìn)行了比較。

圖1

圖1是實(shí)驗(yàn)順序的圖表，首先，在生長(zhǎng)了約100 nm厚的熱氧化物的(100) p型硅晶片基板上，用LPCVD方法將多晶硅生長(zhǎng)了約550 nm，然后，利用64 MDRAM S1口罩對(duì)準(zhǔn)備好的基板進(jìn)行圖案設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行了蝕刻實(shí)驗(yàn)，蝕刻條件是RF功率為150 w，反應(yīng)漢堡王的壓力保持在100 mTorr，磁場(chǎng)保持在75 Gauss，在此條件下，蝕刻速率約為200 nm/ min。為了查明蝕刻殘留物的形成機(jī)制，將原來(lái)的反應(yīng)氣體成分中的一個(gè)成分各排除在外，進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，這時(shí)的混合氣體是 氯/氦-氧(30/9 sccm)、溴化氫/氦-氧(30/9 sccm)、溴化氫/氯 使用了30/30 sccm)，蝕刻條件如上。反應(yīng)離子蝕刻后形成的殘留層會(huì)影響后處理過(guò)程，因此，為了消除使用HBr/Cl/He-O2混合氣體蝕刻后形成的殘留膜，采用了濕法和干式工藝。

圖2使用HBr/Cl/He-O:反應(yīng)氣體進(jìn)行蝕刻 這是觀察剖面的SEM照片,利用O2等離子體和O/H2SO 4溶液去除后，觀察食各表面，發(fā)現(xiàn)殘留物以囊的形式殘留在多晶硅薄膜上。調(diào)查這樣形成的殘留物的組成元素和化學(xué)結(jié)合狀態(tài),為了起床做了XPS分析,首先，圖3(a)的XPS survey光譜顯示，殘留物的成分包括硅(silicon)、氧(oxygen)、大氣中的碳等。

圖2
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圖3(b)中的Si2p和(c)中的 殘留物 在O1s峰的NARROW SCAN SFETLAM中，可以觀察到硅氧化物的化學(xué)鍵狀態(tài)不止一種，這說(shuō)明多晶硅蝕刻殘留物膜的化學(xué)鍵形式是硅氧化物。其中，O1s和Si2p光譜中關(guān)于thermal oxide和看起來(lái)是蝕刻殘留物的氧化硅峰的結(jié)合能差，這似乎是由于差分相位差異造成的，這反而有助于區(qū)分彼此。

圖3

為了確認(rèn)在微分中分離的每一年的化學(xué)鍵狀態(tài)，觀察了沿著take-off angle的變化。圖 3的(B)和(C)顯示了隨著takc-off anglc)的變化，每個(gè)化學(xué)鍵狀態(tài)的峰值強(qiáng)度相對(duì)如何變化。利用蝕刻工藝，結(jié)果表明殘留物以硅氧化物的形式存在于多晶硅的頂部,為了查明蝕刻殘留物的形成機(jī)制，在原始HBr/CI/Hc-O2混合氣體條件下各有一項(xiàng) 排除了的反應(yīng)機(jī)理，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。為了重申最高結(jié)合能Si2p的106.2 cV和O1s的535.8 cV的化學(xué)鍵狀態(tài)是由蝕刻殘留物引起的，利用Ar '對(duì)深度方向進(jìn)行了分析(depth profilc)。結(jié)果，20分鐘沖刺后，被認(rèn)為是蝕刻殘留物,可以觀察到很少發(fā)生。

從以上結(jié)果可以看出，在利用HBr/C/He-O、反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)性連續(xù)蝕刻后去除殘余物的后處理工藝中，為了使表面變得更加清潔，濕法工藝比干球信息更合適。通過(guò)x射線光電子能譜(XPS)的結(jié)果觀察了流物的形成，因此，為了獲得更干凈的表面，可以得出濕工序比干工序更合適的結(jié)論。