晶片濕法刻蝕技術(shù)研究

文介紹了我們?nèi)A林科納研究了整個濕蝕過程中的完整性，它給出了一些確保這種保護(hù)的提示，并提出了評估這種保護(hù)的相關(guān)新方法，用光刻膠制作材料的濕圖案需要材料的完美完整性，防止?jié)裎g刻劑，這種保護(hù)作用可以通過兩種不同的濕式蝕刻劑滲透路徑來降解，通常只在參數(shù)測試的生產(chǎn)批次上觀察到材料的降解，這種檢測已經(jīng)太晚了，而且可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的金錢浪費，而不是在參數(shù)測試中測量晶體管的退化，在這里提出了替代方法。

第一個穿透路徑位于抗蝕劑/材料界面處，在最壞的情況下，濕蝕刻劑可以很容易地通過這個界面，在濕蝕刻距離幾微米，通常在涂覆抗蝕劑之前，使用HMDS（六甲基二硅氮烷），用光刻膠覆蓋晶片，這些非極性鍵排斥極性濕蝕刻劑，防止后者打破抗蝕劑-材料的粘附鍵，引物反應(yīng)的產(chǎn)率可受多種因素的調(diào)節(jié)：一階引物持續(xù)時間，也有底物表面鍵，硅氧化物表面由硅烷醇（Si-OH）和硅氧烷（Si-O-Si）鍵制成。

因此，硅氧烷水解成硅醇鍵增加了三甲基硅基鍵的數(shù)量，然而親水表面必須非常干燥，才能使HMDS與材料表面發(fā)生反應(yīng)，而不是與被吸附的水分子發(fā)生反應(yīng)，在氧化硅水解過程中，良好的晶片干燥和襯底都必須在啟動前實現(xiàn)脫水，最后氧化硅表面純度起著重要的作用，摻雜硅氧化物上的碳或摻雜物，或CVD沉積氧化物影響引物產(chǎn)率，第二滲透路徑是濕蝕刻劑滲透通過聚合物自由體積，直至受保護(hù)材料，根據(jù)所研究的聚合物/濕式蝕刻體系，蝕刻劑的擴(kuò)散可以遵循Fick定律（蝕刻劑分子和聚合物之間沒有相互作用），或者更經(jīng)常地可以遵循非Fick定律。

除了研究通過聚合物的蝕刻劑擴(kuò)散動力學(xué)外，還開發(fā)了其他方法來確定濕圖案形成過程中的材料完整性過程窗口。首先，兩種不同的無損聲學(xué)方法已經(jīng)成功地能夠量化這種過程窗口，原子力顯微鏡（原子力顯微鏡）也是另一個機(jī)會。利用該方法研究了旋轉(zhuǎn)干燥單晶片工具上300nm厚的抗蝕劑與各種濕蝕刻劑的兼容性，在薄的氧化硅層上沉積7nm厚的氮化鈦層，然后在整個晶片表面進(jìn)行抗蝕涂層。

用四種不同的接觸時間進(jìn)行測試：60、100、140和180秒，退化只從第三個持續(xù)時間開始觀察到，通過光學(xué)顯微鏡可以清晰地看到降解情況（圖1）。一旦HF突破了整個抗蝕劑的厚度，氮化鈦天然氧化物就會很快被選擇性地蝕刻向氮化鈦大塊材料，然后實現(xiàn)了氮化鈦/抗蝕劑界面的快速降解，在同一工具上用SC1進(jìn)行了第二次實驗，在硬腦膜上可以通過肉眼觀察到抗蝕劑/材料界面的退化。即使整個刻蝕片表面的抗蝕劑厚度非常均勻，在兩種體系中觀察到的降解總是從晶片中心的濕蝕刻劑更嚴(yán)重，流動動力學(xué)變化（轉(zhuǎn)速，高頻流量）已經(jīng)進(jìn)行，但沒有顯示出任何顯著的調(diào)制，降解顯然發(fā)生在化學(xué)分配過程中，但在晶片干燥過程中可能會加劇，在晶片干燥過程中分配了大量（約200升/分鐘）的氮，非常接近晶片表面，并來自晶片中心。

目視檢查是一種快速的方法，但對于柵極氧化物等敏感材料不可靠，其中1a的降解對于材料/設(shè)備的完整性已經(jīng)是不可接受的，因此，提出了一種新的、快速、非常準(zhǔn)確的方法。用所研究的抗蝕劑涂覆了熱氧化物，并進(jìn)行了濕法蝕刻劑的滲透試驗，然后用SPM（硫酸、過氧化氫混合物）剝離抗蝕劑，并從非接觸C(V)測量中提取EOT（等效氧化物厚度）值，單晶片和濕臺工具在探索的試驗中給出了類似的結(jié)果。

考慮濕蝕刻的性質(zhì)：HF與BOE，具有相同的2.3μm厚抗蝕劑，參考晶片能夠確認(rèn)對剝離工藝的EOT有低/無影響，這個晶圓片跳過了濕式蝕刻過程，而0.5%的HF已經(jīng)通過抗蝕劑擴(kuò)散并降解了下面的氧化硅，而BOE并不影響它，這可以用蝕刻劑種類的大小來解釋。的確，所測試的抗蝕劑的自由體積為0.28nm，HF和HF2-(代表BOE)分子尺寸分別為0.09nm和0,23nm。空間侵權(quán)和電荷與抗蝕劑的相互作用阻止了HF2-穿透光刻膠。調(diào)節(jié)氟基蝕刻劑的pH和稀釋，改變氟的形成，產(chǎn)生或多或少的HF或hf2分子，影響進(jìn)入抗蝕劑的滲透動力學(xué)。

其次，在相同的1.8-3μm厚度上測試抗蝕劑厚度，HF為0.5%和110A熱氧化硅蝕刻目標(biāo)(即220s蝕刻時間)。當(dāng)高頻厚度足夠厚時，抗蝕劑厚度對高頻通過聚合物擴(kuò)散的輕微重要性，厚度的影響也在更大的厚度尺度上進(jìn)行了研究，但考慮了2種不同的電阻（相同的基本聚合物和涂層條件），0.23μm厚的抗蝕劑對滲透更為敏感。實際上，降解已經(jīng)存在于HF70A二氧化硅蝕刻目標(biāo)上。并繪制了HF110A后兩種抗性(0.23μm對厚的)，根據(jù)菲克定律，EOT似乎證實了一種滲透現(xiàn)象，至少在高頻擴(kuò)散的早期階段是這樣的。

同時，這些覆蓋層晶圓也被橢圓偏振法測量，只有1.8μm厚的樣品，數(shù)據(jù)表明，一些二氧化硅較薄的點證實了HF0.5%220s已經(jīng)完全突破了抗蝕劑，并攻擊了下面的材料，盡管如此，一些點表明有一個“更厚”的氧化硅膜，這可以解釋為殘留在氧化物表面的剩余的氟硅酸鹽副產(chǎn)物，使其局部比初始的生長膜值更厚。

最后在實際設(shè)備上進(jìn)行了一些測試，采用了類似的方法：抗蝕劑涂層，HF110A0.5%的分配，抗蝕劑帶，在這里研究非常大的電容器，以探索濕式蝕刻劑的垂直滲透，同樣的248nmDUV抗蝕劑，雖然C(V)方法已經(jīng)能夠檢測到HF110A蝕刻目標(biāo)的硅氧化物降解，但在實際設(shè)備上的參數(shù)測試未能檢測到它，雖然在HF和SC1之間，通過抗蝕劑的擴(kuò)散動力學(xué)很低，但濕性蝕刻劑的性質(zhì)對氮化鈦-抗蝕劑界面有一些不同的影響，事實上，一旦蝕刻劑到達(dá)氮化鈦，HF就會蝕刻掉氮化鈦的天然氧化物，并導(dǎo)致嚴(yán)重的裂紋和抵抗分層，SC1觀察到不同的行為，蝕刻氮化鈦天然氧化物和氮化鈦膜，但蝕刻的產(chǎn)物停留在氮化鈦抵抗處，在剩余的氮化鈦膜上保持一定的抵抗粘附。

已經(jīng)提出了各種方法來描述蝕刻劑的擴(kuò)散，雖然參數(shù)測試是耗時的，但已經(jīng)開發(fā)了新的方法，以獲得對抗蝕劑能力的快速響應(yīng)，以確保對通過聚合物厚度的擴(kuò)散的完美保護(hù)。C(V)測量是最準(zhǔn)確的，甚至比在真實設(shè)備上的參數(shù)測試更準(zhǔn)確，橢圓偏振法的結(jié)果可能很難單獨解釋，首先結(jié)果顯示了選擇一個相關(guān)的抵抗/蝕刻夫婦的重要性，蝕刻劑的尺寸(pH，分子)和抗蝕劑的厚度是確保在整個濕蝕刻過程中良好的材料免受聚合物保護(hù)的關(guān)鍵。此外，雖然濕蝕刻劑的溫度影響了它們通過抗蝕劑的擴(kuò)散，但抗蝕劑的烘烤降低了聚合物的自由體積，因此濕蝕刻劑的擴(kuò)散。
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