離子注入后氧化層BOE腐蝕工藝優(yōu)化

商亞峰

摘 要：半導(dǎo)體器件制備過(guò)程中，SiO2犧牲氧化層經(jīng)常作為離子注入的阻擋層，用來(lái)避免Si材料本身直接遭受離子轟擊而產(chǎn)生缺陷，犧牲氧化層在注入完成之后，氧化層的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生較大變化，在被腐蝕去除過(guò)程中，腐蝕速率不確定性較大，本文研究了犧牲氧化層的腐蝕工藝選擇過(guò)程。

關(guān)鍵詞：犧牲氧化；BOE腐蝕；氧化

中圖分類號(hào)：TG17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在標(biāo)準(zhǔn)的硅基半導(dǎo)體工藝中，SiO2氧化層在光刻掩蔽和鈍化過(guò)程中起到了不可替代的作用，而氧化層的生長(zhǎng)可以通過(guò)多種方式形成，并按照其形成的原因分為自然氧化層、熱氧化層、CVD淀積氧化層等等，這些氧化層在SiO2腐蝕液中表現(xiàn)出的腐蝕速率是不相同的，熱氧化層在這些氧化層中結(jié)構(gòu)最為致密，所以腐蝕速率最慢，而其他類別的氧化層由于生長(zhǎng)方式導(dǎo)致氧化層結(jié)構(gòu)中排列的矩陣被打亂，所以表現(xiàn)為更容易被腐蝕。

離子注入也是半導(dǎo)體工藝中的基礎(chǔ)工藝，研究表明氧化層經(jīng)過(guò)離子注入以后，其氧化層的腐蝕速率都將增加，在N溝道VDMOS器件制備的過(guò)程中，場(chǎng)氧化是保證器件耐壓的關(guān)鍵工藝之一，在場(chǎng)氧化工藝之后，需要進(jìn)行P+離子注入工藝，而在注入之前生長(zhǎng)的阻擋氧化層，通常稱之為犧牲氧化層，因?yàn)樵谧⑷胪瓿芍?，該氧化層需要被腐蝕去除，同時(shí)要保證場(chǎng)氧化層的厚度在工藝范圍之內(nèi)，否則會(huì)對(duì)器件耐壓帶來(lái)致命的影響。

1 襯底片準(zhǔn)備

選取P型100晶向單晶片18片，在熱氧化生長(zhǎng)氧化層之前，單晶片的清洗步驟是相同的，具體清洗過(guò)程如下：激光打標(biāo)（1#～18#）→擦片→超生清洗→SC-1清洗（60℃ 5min）→1∶1000HF 10min；所用設(shè)備為Wafer Mark ? II激光打標(biāo)機(jī)，AIO-88 擦片機(jī)，TEMPRESS超聲波清洗機(jī)，MERCURY FSI全自動(dòng)清洗機(jī)，SC-1清洗劑的配比為：NH4OH：30% H2O2：DI water （1 ∶1∶5）。

2 熱氧化工藝

用熱氧化工藝生長(zhǎng)SiO2，我們選擇了兩種熱氧化工藝，其中1#～6#片，采用的是1050℃濕氧工藝，氧化層厚度目標(biāo)值為10500 ?的場(chǎng)氧化工藝，7#～18#片選擇的是900℃氫氧合成工藝，氧化層厚度目標(biāo)值是500 ?的犧牲氧化工藝，該氧化工藝均是在THERMCO SYSTEM 擴(kuò)散爐設(shè)備上完成的。

3 氧化層厚度測(cè)試

熱氧化工藝完成以后，通過(guò)NANOSPEC膜厚測(cè)試儀進(jìn)行SiO2厚度測(cè)試，每片上中下左右測(cè)試五點(diǎn)，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

4 腐蝕

將1#-12#做完熱氧化的片子，進(jìn)行離子注入，工藝條件為注入劑量：1E15，注入能量：80keV，注入雜質(zhì)B11 ，注入設(shè)備為GDS-200。13#-18#片，不做注入處理，然后分別用6∶1BOE SiO2腐蝕液腐蝕20s，用20∶1BOE SiO2腐蝕液腐蝕60s，工藝試驗(yàn)分批情況見(jiàn)表1。

其中6∶1 BOE 配比為 HF（氫氟酸）：NH4F（氟化銨）6∶1， 20∶1 BOE 配比為HF（氫氟酸）：NH4F（氟化銨）20∶1；腐蝕后氧化層測(cè)試設(shè)備為NANOSPEC膜厚測(cè)試儀。

5 腐蝕速率測(cè)試

腐蝕速率ER=（五點(diǎn)平均初始氧化層厚度—腐蝕后五點(diǎn)平均氧化層厚度）/腐蝕時(shí)間，單位為?/min。其中平均腐蝕速率 ER AVG是同一條件下，每片的平均腐蝕速率的加權(quán)平均值。腐蝕速率測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

6 數(shù)據(jù)分析

6.1 腐蝕速率整理見(jiàn)表3。

6.2 經(jīng)P+注入的柵氧腐蝕速率大于不經(jīng)P+注入的柵氧腐蝕速率

6.3 由于注入后的犧牲氧化層腐蝕速率過(guò)快，從工藝可控性角度考慮，選擇20∶1BOE腐蝕液是比較理想的。

6.4 根據(jù)以上數(shù)據(jù)看出，用20∶1BOE腐蝕液，腐蝕時(shí)間1min即可將500 ?犧牲氧化層腐蝕凈，考慮到工藝窗口的寬度，結(jié)合場(chǎng)氧化層工藝允許的剩余厚度，最終確定腐蝕時(shí)間為3min。

7 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本文從理論上分析了離子注入對(duì)熱氧化層結(jié)構(gòu)的影響，并以N溝道VDMOS產(chǎn)品的實(shí)際工藝作為案例，對(duì)比了注入前后氧化層后的腐蝕速率，并結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際設(shè)計(jì)要求，對(duì)P+離子注入犧牲氧化層的腐蝕工藝進(jìn)行優(yōu)化，最后確定了20∶1BOE腐蝕液，腐蝕時(shí)間3min的最優(yōu)工藝條件。

參考文獻(xiàn)

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