200◦C下使用紫外增强O2GPC去除聚乙EG的实验

在衬底温度、压力和紫外暴露等不同工艺条件下，在200◦C下使用紫外增强O2GPC去除聚乙EG的实验，通过在200◦C的衬底温度下，在150秒内去除约200nm厚度的PEG薄膜，证实了使用UV/O2GPC作为低温原位清洗工具进行有机去除的可能性，在衬底温度高于玻璃化转变温度的紫外/o2GPC中，聚乙二醇去除率的显著增加可以用表面波的形成来解释，可以通过考虑气相和有机膜上的紫外能量在衬底之间的分配来理解最佳的压力条件，本文通过观察聚PEG薄膜中的光谱和比例(C-O+C=O)/(C-H)，确定了最佳压力为5Torr。

样品用丙酮、乙醇和去离子水在声速浴中分别预清洗10min，然后用氮气吹制干燥。将2wt%的固态聚乙二醇溶解在乙腈溶剂中，制备了聚乙二醇（聚乙二醇，平均分子量为20万）溶液，用2000RPM的转速涂覆170nm厚的薄膜30秒，然后在100◦C下烘烤15min，将4英寸、p型、（100）导向(RS=22∼38Ω-cm)的硅片切成2×2cm2的碎片，安装在UVGPC系统的样品架上，GPC实验在一个配有紫外灯的负载锁定反应器中进行，以暴露反应气体和底物，该仪器的示意图如图所示1。

用于在不同的清洗时间、压力和衬底温度下去除PEG的UV/o2GPC，波长为254nm和185nm的紫外灯功率分别固定在40∼50mW/cm2和2.9∼3.6mW/cm2m，距离为2.5mW/cm2，清洗实验前后用α-step谱仪测定聚EG薄膜的厚度，计算出不同实验条件下的蚀刻速率，采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪(MB154)分析了UV-GPC处理前后化学键态的定量/定性变化，

为了区分聚乙二醇的光解和热解，我们在室温至600◦C的加热温度为10◦C/min时，采用热重分析(TGA)检测了聚乙二醇的热分解。图4为聚乙二醇的TGA曲线，m/w = 200,000)。由于聚乙二醇具有简单的线性链键结构，主链中-C-O-为66%，-C-C-为33%，键能在82∼83千卡/摩尔之间，热解离通过COXHY、H2和水的形成发生在一个狭窄的温度范围内，利用UV/o2GPC获得无碳硅表面的衬底温度被限制在200◦C，PEG没有明显发生热解离如图所示4。

采用FTIR光谱法分析紫外/o2GPC后在不同衬底温度、压力和处理时间后剩余的PEG薄膜，随着衬底温度升高到200◦C，大约是PEG薄膜玻璃化转变温度的三倍，几乎所有的PEG薄膜在150秒内被去除，只剩下一个微小的C-O拉伸峰，通过光学显微镜检查，以发现在衬底温度为200下去除率大幅增加的原因，结果在衬底温度为200的情况下，进行短时间的紫外/o2处理后，发现一些表面波停留在PEG薄膜的表面。

因此，我们假设表面波是由于高衬底温度下薄膜迁移率的增加而引起的，并对UV/o2GPC引起的PEG去除速率的加速有深远的影响，我们现在正在研究在聚乙二醇薄膜上产生表面波的机制以及这些波在聚乙二醇去除过程中的作用。随着压力的增加，气相中氧分子数量的增加减少了活性氧原子和分子的平均能量通过增加轰炸激活物种和灭活氧分子和增加紫外线辐射和PEG薄膜之间的屏蔽效应，导致低程度的膜解离，这可以用比尔-兰伯特定律来解释。结果表明，活性氧的平均能量会降低，活化氧的浓度会增加。

在衬底温度、压力、紫外暴露等不同的工艺参数下，在200◦C以下的低衬底温度下，使用紫外光增强的o2GPC去除PEG的实验。通过在200◦C的衬底温度下，在150秒内去除厚度约为200nm的PEG薄膜，证实了使用UV/O2GPC作为低温原位清洗工具进行有机去除的可能性。在紫外/o2GPC中，随着衬底温度的升高，聚乙二醇表面波的形成加速了去除速率。在衬底温度高于PEG膜的玻璃化转变温度时形成的表面波，通过提高小挥发性分子的传质速率和表面解吸以及抑制自重组速率，大大提高了有机膜的去除率。孵育时间来自于通过紫外线暴露的表面熔化和聚合物材料与氧化剂的表面反应来建立稳态表面反应区所需的时间。

　　审核编辑：汤梓红