溫度對(duì)去除氮化物和氧化物層的影響

本文介紹了在緩沖氧化物腐蝕(BOE)溶液中溫度對(duì)氮化物和氧化物層腐蝕速率的影響。明確的框架結(jié)構(gòu)和減少的蝕刻時(shí)間將提高制造過(guò)程的生產(chǎn)率，該方法從圖案化氮化硅開(kāi)始，以研究在BOE工藝之后形成的框架結(jié)構(gòu)，然后，在25℃和80℃的兩個(gè)不同溫度下，將圖案化的氮化硅浸入BOE溶液中，對(duì)形成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，顯然80℃給出了更好的掩模結(jié)構(gòu)。接下來(lái)，通過(guò)將溫度從40℃變化到90℃來(lái)進(jìn)一步研究溫度對(duì)氧化物和氮化物層的蝕刻速率的影響，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，發(fā)現(xiàn)溫度將在所需時(shí)間和掩模結(jié)構(gòu)方面改進(jìn)BOE蝕刻工藝。

所用的BOE是49%氫氟酸(HF)溶液和40%氟化銨(NH4F)溶液的混合物，其組成為1:6，單獨(dú)用于去除氧化硅的HF溶液蝕刻太快，還會(huì)剝離光刻構(gòu)圖中使用的光致抗蝕劑，氟化銨用于減緩蝕刻速率并避免光致抗蝕劑從襯底上剝離，此外，NH4F用于更可控的蝕刻速率，在這種溶液中，NH4F完全離解，提供了大量的游離離子源，游離離子與未離解的HF反應(yīng)形成HF2-離子。

研究了去除硅襯底上的氮化物和氧化物層時(shí)溫度對(duì)腐蝕速率的影響，實(shí)驗(yàn)從將BOE溶液倒入聚四氟乙烯燒杯開(kāi)始，與玻璃燒杯相比，聚四氟乙烯燒杯具有很高的耐腐蝕性，不易被強(qiáng)酸腐蝕，雙煮沸技術(shù)用于使用熱板加熱BOE溶液。圖2示出了在雙沸騰技術(shù)下的BOE蝕刻工藝的示意圖，溫度設(shè)定在40–80°C之間變化，以研究蝕刻速率，在整個(gè)過(guò)程中，用聚四氟乙烯夾子夾住樣品。

這項(xiàng)研究的第一部分是在氮化硅襯底上構(gòu)圖方形框架，將光致抗蝕劑AZP4620以500 rpm旋涂10秒，以2500 rpm旋涂20秒，得到5 μm厚的光致抗蝕劑層，樣品在120℃下軟烘烤1分鐘，光致抗蝕劑AZP4620適用于濕法蝕刻工藝，因?yàn)榕c形成非常薄層的AZ1500系列光致抗蝕劑相比，這種光致抗蝕劑形成厚層。

將襯底在強(qiáng)度為2.4 MW/cm2的紫外光下曝光90秒。曝光時(shí)間基于光致抗蝕劑層的厚度和曝光能量來(lái)計(jì)算，然后將樣品浸入體積比為1∶3的AZ 400K顯影劑和去離子水中，顯影圖案2-4分鐘，之后，用去離子水沖洗樣品，并用氮?dú)獯蹈?。然后將樣品?20℃下烘烤15分鐘，圖3顯示了已經(jīng)轉(zhuǎn)移到硅基底上的框架，2mm×2mm的方形框架已經(jīng)在基板上完全顯影，并準(zhǔn)備好用于BOE濕法蝕刻工藝。

在圖案化框架之后，可以研究溫度對(duì)BOE蝕刻過(guò)程的影響，為此，首先在室溫下將樣品浸入BOE溶液中，如前所述，需要4個(gè)小時(shí)來(lái)確保從樣品架表面完全去除氮化物，相比之下，在80℃下，只需要10分鐘就可以去除不想要的氮化物，加熱BOE溶液將減少去除氮化物所消耗的時(shí)間，并且制造工藝在時(shí)間和框架結(jié)構(gòu)方面變得更加有效，如果BOE溶液進(jìn)入光致抗蝕劑區(qū)域，就會(huì)發(fā)生過(guò)蝕刻，較短的蝕刻時(shí)間將減少BOE溶液進(jìn)入光致抗蝕劑區(qū)域的可能性，并為下一次濕法蝕刻工藝保護(hù)框架結(jié)構(gòu)。

該方法證明了在BOE溶液中短時(shí)間的浸漬可以保護(hù)圖案結(jié)構(gòu)，相反，在BOE溶液中長(zhǎng)時(shí)間浸泡會(huì)使溶液進(jìn)入光刻膠層，在BOE溶液中不同樣品浸漬時(shí)間的顏色變化，溫度被設(shè)置為80攝氏度以加速這一過(guò)程，它表明，最初的紫色氮化物在浸漬5分鐘后變?yōu)榧t色，在5分鐘的附加時(shí)間后最終變?yōu)殂y色，這是硅的顏色，氮化物層根據(jù)其厚度顯示各種顏色，因此氮化物在25℃下被蝕刻的過(guò)程中會(huì)慢慢顯示這些顏色。

在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置中，研究了在不同溫度下去除氮化物和氧化物層的蝕刻速率，溫度從40℃變化到90℃，首先將具有氮化物層的樣品浸漬3分鐘，隨后使用薄膜測(cè)繪儀F50 Filmetrics測(cè)量氮化物層的厚度，根據(jù)曲線圖，蝕刻速率與溫度成比例，換句話說(shuō)，蝕刻速率隨著溫度而增加，原因是溫度會(huì)增加游離HF的小部分，以提供已知催化整個(gè)反應(yīng)的H+離子。

對(duì)于樣品二，硅預(yù)涂覆有6.607 μm的氧化物層，厚度在薄膜測(cè)繪儀下驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)設(shè)置基于上述參數(shù)，基于曲線圖，氧化物蝕刻速率也與溫度成比例，值得注意的是，蝕刻速率在70℃時(shí)迅速增加，與氮化物層相比，氧化物層的去除更快，例如，200納米的氧化層可以在2分鐘內(nèi)在BOE溶液中被去除，但是200 nm的氮化物層需要4個(gè)小時(shí)才能去除，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，結(jié)果顯示溫度提高了蝕刻速率，從而減少了去除氮化物和氧化物層所消耗的時(shí)間。此外，通過(guò)向BOE溶液提供更高的溫度，構(gòu)建掩模的框架結(jié)構(gòu)同樣得到改善。

已經(jīng)驗(yàn)證了溫度對(duì)去除氮化物和氧化物層的影響，較高的溫度減少了蝕刻過(guò)程中消耗的時(shí)間。此外，過(guò)蝕刻的風(fēng)險(xiǎn)也降低了，因?yàn)檩^短的時(shí)間將抑制BOE溶液進(jìn)入光致抗蝕劑層，兩個(gè)溫度水平之間的比較表明，在室溫下，BOE溶液需要4小時(shí)來(lái)去除200 nm的氮化物層，同時(shí)，80℃的溫度將這一時(shí)間減少到僅9-10分鐘左右，已經(jīng)證明，與常規(guī)技術(shù)相比，溫度將減少96%的時(shí)間消耗，因此可以說(shuō)，溫度會(huì)增加蝕刻過(guò)程在時(shí)間和框架結(jié)構(gòu)方面的有效性。

審核編輯：湯梓紅