HF溶液中二氧化硅刻蚀机理实验

摘要

在高频水溶液中，SiO的蚀刻可以通过电场的应用而被阻碍或停止。在CMOS制造中，非常低水平的光可以导致这种影响。对溶解过程提出了平行反应路径，并加上电场在中间步骤中停止或重定向反应的能力。

介绍

SiO2在高频溶液中的溶解是集成电路制造的一个基本步骤。基于这些技术背后的知识，蚀刻结构如图所示1。与n+区域以上的磷掺杂材料相比，在p+区域上发现的硼掺杂玻璃的蚀刻率仅略有下降。由于氧化物厚度的差异，孔的p+侧可能会出现轻微的过度膨胀，但这将是一个很小的困难。

在某些n+和p+掺杂浓度高、浅连接和极低硅表面缺陷密度的条件下。被蚀刻在大多数集成电路处理光屏蔽区域的黄色光中，已经观察到无论过度拉伸时间如何，n+侧都不清楚。在某些情况下，在n+氧化物上可见颜色明亮的层。这一层不溶于非氧化的高频溶液。另一方面，如果蚀刻在绝对黑暗中进行，氧化物在n+和p+硅上均匀溶解。这种光灵敏度表明连接结构可能发生光充电。通过实验研究了应用电场对二氧化硅层蚀刻的影响。并研究了改变结结构的影响。最后，对集成电路上实际接触孔蚀刻中剩余的材料进行了俄歇和扫描电镜分析。

实验

如图所示2，由一系列p孔区组成，每个区分裂为n+和p+扩散素。当这些阵列在环境光下蚀刻时，只要扩散不结束，n+和p+-硅上的氧化物就会被均匀地去除。如果扩散有重叠，去除+氧化物。当氧化剂，如草酸，加入到蚀刻剂中，只有轻微重叠的扩散在环境光下也会均匀清除。当相同的阵列在完全黑暗中蚀刻，在刻蚀剂中没有氧化剂时，无论扩散重叠如何，氧化物在n+和p+硅上都被均匀地去除。

在蒸汽环境中，在n<<0>硅片上生长100nm氧化物，制备用于电位器实验的样品。在氮气中进行1000~30min退火后，晶片被切成丁并附着在IC引线框架上。一根导线被固定在铅框架上，样品被密封在电绝缘塑料中，只留下氧化的前表面暴露。然后将样品用环氧树脂安装在有机玻璃支架上。

图2.N+/p+扩散重叠测试结构。实线表示岛屿，虚线表示接触点，虚线表示扩散，如标记。为了清晰起见，扩散只显示在底部一行;横截面类似于图1.

讨论

环境照明实验表明，当波长大于蓝色可见光的光子存在时，就会发生蚀刻停止效应。改变结结构以允许更大的耗尽区域(更有效的光子吸收)增强了这种效应，这表明p+和n+扩散是带光电荷的，导致了横跨氧化物的电场。电位调节器实验，总结如图3所示。表明穿过氧化物的e场能够阻止蚀刻。参照图1。从分析可以看出，在氧化物外表面形成的h芬可溶性层是一层部分还原的薄薄的二氧化硅(SiOx，其中x<2)。像这样的氧化物被认为不溶于HF溶液，除非有一种氧化剂，如HNOs存在。观察到的薄膜可溶于HF/NHO3溶液。在蚀溶剂中添加草酸的结果进一步支持了这种不溶性层的鉴定。轻微重叠的连接，有较小的消耗区域，随后较小的充电，在环境光中与蚀刻剂中的草酸均匀清除。同样的连接结构在没有草酸的环境光下并不清楚。

图1.在CMOS p-中重叠和扩散(为了清晰度夸大垂直尺度)。n+上的氧化物厚度为75nm;在p+上，厚度为50nm

图3.电位调节器样品上的残余氧化物厚度作为施加电压的函数

结论

对二氧化硅应用电场可以阻止I-IF溶液中二氧化硅的溶解。所需的场强足够小，可以通过光子吸收在分离CMOSC电路中产生。在一些CMOS结构中，可以在SIO2溶液界面上生成hf不溶层。这一层很可能是部分还原SiO的薄膜，可溶于HF/HNO3溶液。

审核编辑：汤梓红