半導體設備技術和工藝控制的不斷進步，加上制造亞微米尺寸器件對襯底清潔度提出的更嚴格要求，重新引起了人們對汽相HF氧化物蝕刻技術的興趣，在文中描述了一種系統

我們華林科納通過將氮氣通過HF水溶液引入HF蒸汽，為了最小化由于蒸發導致的源組成的變化，可以使用38.26重量% of的共沸混合物。

這項工作使用的反應器的示意圖中，該反應器由一個惰性碳化硅反應室和兩個裝有適當溶液的加熱蒸發器組成，電容器既不接受氧化后惰性環境，也不接受金屬化后形成氣體退火，

培養時間和蝕刻速率，用汽相HF氧化物蝕刻可以實現兩種不同的蝕刻選擇性模式，各種硅氧化物和氮化物的蝕刻速率列于表中，與含水HF的情況一樣，對于不同的硅氧化物，氣相等效物表現出不同的蝕刻速率，從而產生蝕刻選擇性，從熱生長到沉積氧化物，以及從未摻雜到摻雜氧化物，蝕刻速率增加，盡管氮化硅的低蝕刻速率使其成為硅氧化物的合適蝕刻掩模，但應該注意的是，氣相HF，像其含水對應物一樣，產生各向同性蝕刻。

在蝕刻過程開始時，存在發生可忽略蝕刻的時間，該培養時間與在晶片表面形成薄水膜所需的時間有關。如圖所示，對于不同的氧化物，孵化時間是不同的，這產生了第二種蝕刻選擇性，在熱氧化物的培養時間內的時間間隔8t中，PSG的非零蝕刻速率意味著PSG對熱氧化物的無限蝕刻選擇性，這種現象的一個具體應用是從包含熱氧化物作為成分之一的電介質材料的圖案化疊層中選擇性去除摻雜氧化物，通過執行具有由抽空/解吸步驟分隔的幾個蝕刻循環的多步蝕刻工藝，無限選擇性的持續時間可以進一步增加到8t以上。

為了區分長培養時間和短培養時間與可忽略蝕刻速率的可能組合，設計了連續多步蝕刻工藝來表征在減少的氮載氣流量下的熱氧化物蝕刻速率，結果總結在下圖，第一步包括用流速為15升/分鐘的氮氣載氣進行10秒鐘的蝕刻，隨后的步驟是可變時間蝕刻，其中氮載氣的流量減少，同時通過注入額外量的純氮氣將通過蝕刻室的總流量保持在15升/分鐘的恒定值，第一步導致濃縮膜的形成，因此，第二步的有效培養時間基本為零，在第一步和向第二步過渡期間，蝕刻的厚度略小于60納米，對于5升/分鐘的氮載氣流速，使用該技術測量的蝕刻速率為3.2納米/秒，而當流速進一步降低至1升/分鐘時，基本上沒有觀察到蝕刻。

在較低流速下較長的培養時間可以理解為H2O蒸汽分壓隨著載氣流速的降低而降低，對這種培養時間對H2O蒸汽分壓的依賴性的進一步驗證來自于對固定注射HF的觀察，培養時間隨著H2O蒸汽注射量的增加而減少，例如，當10升/分鐘的氮氣流被轉移通過H~O蒸發器時，熱氧化物蝕刻的培養時間下降到小于5s。

對于摻雜氧化物膜，蝕刻速率進一步受到與膜致密化工藝相關的熱處理的影響，BPSG的固定持續時間蝕刻的結果在表中，除了在氮氣環境中于850℃退火20分鐘的薄膜外，致密化實際上導致了氧化物的更多蝕刻，這是由更快的蝕刻速率或保溫時間的減少引起的。未致密化膜和在850℃退火的膜的腐蝕速率是相當的，而致密化膜的保溫時間是沉積態膜的兩倍多一點，對于相同的工藝參數，PSG膜的腐蝕速率通常比BPSG膜的腐蝕速率高，而相應的培養時間較短，例如，當用5升/分鐘的氮氣載氣流速蝕刻PSG時，蝕刻速率和培養時間分別為17.2納米/秒和4.7秒。

在這組實驗中，使用H2O含量遠大于共沸組合物的蒸汽混合物，第一個觀察結果是蝕刻速率遠低于在具有相同HF分壓的共沸蒸汽中的蝕刻速率，蝕刻速率的下降直接源于濃縮膜中HF濃度的降低，這使得蝕刻動力學對注入的少量HCl更加敏感，根據濃縮膜的pH值，可以給出觀察到的孵育時間和蝕刻速率對HCl的依賴性的可能解釋。

在沒有H~O稀釋的共沸蒸汽混合物的情況下，冷凝膜中高得多的HF濃度使得蝕刻速率和培養時間對注入少量HCl幾乎不敏感，在有和沒有(100 SCCM)HCl注入的情況下，蝕刻速率分別為3.2和3.3 nm/s，培養時間分別為15.0和15.4 s，對表面處理的依賴，除了蝕刻速率依賴于氧化膜的形成和摻雜方法之外，培養時間的存在還帶來了另一個工藝參數，必須仔細研究其變化。

高顆粒密度有助于水在晶片表面的凝結，從而有效地縮短了顆粒周圍區域的培養時間，這種成核降低了蝕刻均勻性，并導致更高的有效蝕刻速率，在一些嚴重的情況下，在氣相HF處理的氧化物表面上可以觀察到顆粒成核的腐蝕斑點，因此，為了達到可接受的工藝控制程度，氧化物表面必須保持相對無顆粒。

與典型的硅加工特別相關的表面處理的另一個例子是擴展的，將氧化物暴露在熱磷酸中，通過在160℃下在磷酸中浸泡一小時，培養時間沒有顯著，處理后蝕刻速率提高了約18%，蝕刻均勻性提高了略小于50%，較高的蝕刻速率可能與氧化物表面的輕微摻雜有關，源自磷的非揮發性摻雜劑停留在氧化物的表面，通過降低濃縮膜的pH值而導致更高的蝕刻速率。

在NH~OH/H~OJH~O溶液中處理氧化物也對腐蝕特性有影響，在一個特定的蝕刻配置中，培養時間減少了3秒，蝕刻速率稍微降低，粒子性能-對于許多需要無自然氧化物的硅表面的工藝，通常在清洗程序的最后使用短時間的HF蝕刻來去除自然或化學氧化物，這種方法有許多缺點，在HF處理之后的水沖洗和旋轉干燥步驟期間，發生了有限量的天然氧化物再生長，第二，一般認為如果HF溶液中存在顆粒和重金屬，這些污染物很容易沉積在干凈的硅表面上，當氣相HF用于蝕刻天然或化學氧化物時，可以消除沖洗和干燥晶片的需要。

薄氧化物表征-使用具有12 nm柵極氧化物的LOCOS隔離MOS電容器研究了用氣相HF蝕刻代替含水HF蝕刻的電氣含義，電容器既不接受氧化后惰性環境退火，也不接受柵極形成氣體退火，在將晶片分成三份之前，對晶片進行常規的預氧化清洗。

不同HF治療組，處理是含水(1%) HF、氣相I-IF和氣相HF，然后用水沖洗，在所有晶片上測量了相似的有效固定氧化物電荷密度和中間帶隙界面態，圖中總結了斜坡電壓擊穿分布，觀察到從含水HF到氣相HF的改善趨勢，并且氣相HF和水沖洗的組合獲得了最佳分布，隨著超過四倍的改善，時間相關的介電擊穿數據顯示了當含水HF被氣相HF替代時最顯著的變化。

各種硅氧化物的氣相HF蝕刻已經被廣泛表征，已經開發了基于不同氧化物的培養時間變化的新方法，用于實際應用，例如在也包含熱氧化物的圖案化疊層中選擇性去除PSG，用氣相HF工藝代替傳統的含水HF工藝，不僅可以獲得更好的清潔度，而且可以提高薄氧化物的耐電應力性。

審核編輯：符乾江