拋光及清洗工藝對(duì)硅片表面形貌的影響.pdf

1、近年來，集成電路的設(shè)計(jì)線寬正向納米尺度發(fā)展，對(duì)半導(dǎo)體硅材料的表面性能提出了更加苛刻的要求。當(dāng)器件的特征尺寸逐漸減小后，器件的成品率與硅片表面形貌直接相關(guān)，如納米形貌將會(huì)影響淺溝槽隔離(STI)的化學(xué)機(jī)械拋光，產(chǎn)生不均勻地減薄；隨著柵氧化層的不斷地減薄，表面微粗糙度會(huì)導(dǎo)致柵氧化層厚度不均勻，從而會(huì)影響柵氧化層的完整性和最小閾值電壓。為了適應(yīng)大尺寸硅片在0.13μm及以下節(jié)點(diǎn)中的應(yīng)用，必須對(duì)硅片制造工藝中表面形貌進(jìn)行深入地研究。 本

2、論文主要目的是優(yōu)化硅片的化學(xué)機(jī)械拋光工藝，考察拋光過程中重要的工藝參數(shù)對(duì)硅片表面形貌的影響；探索出新的清洗工藝，解決RCA清洗過程中堿性溶液引起的硅片表面粗糙化的問題。通過本文的研究可以改進(jìn)和優(yōu)化硅片的拋光和清洗工藝，提高硅片的表面質(zhì)量。 利用非接觸式光學(xué)輪廓儀研究了化學(xué)機(jī)械拋光過程中pH值對(duì)拋光去除速率和硅片表面形貌的影響。pH值的大小在一定程度上反應(yīng)了化學(xué)腐蝕作用的強(qiáng)度。拋光速率隨pH值逐漸增大，當(dāng)pH≈9.8時(shí)去除速率達(dá)到

3、最大值，隨著pH值繼續(xù)增大，去除速率緩慢地下降。表面粗糙度隨著拋光液pH值的升高而增大，Peak-valley值與粗糙度有相似的變化趨勢(shì)。 本文分別使用原子力顯微鏡和表面輪廓儀研究了拋光過程中不同壓力下拋光后硅片表面形貌的變化，并通過Stribeck曲線來對(duì)硅片與拋光布之間的接觸模式進(jìn)行了探討。化學(xué)機(jī)械拋光過程中機(jī)械作用的強(qiáng)度隨著壓力的變化而不同，從而影響拋光后的硅片表面形貌。當(dāng)硅片表面與拋光布之間的接觸處于固-液混合接觸區(qū)時(shí)，

4、協(xié)調(diào)每一步拋光工藝中壓力的大小，可以顯著地降低硅片表面的微粗糙度和Peak-valley值。 研究了H2O2在降低堿性溶液對(duì)硅片表面各向異性腐蝕中的作用，期望通過改變H2O2的濃度來降低表面在氨水溶液中的表面微粗糙度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在NH4OH濃度一定的情況下H2O2濃度小于一臨界值時(shí)，堿性溶液對(duì)硅片表面進(jìn)行強(qiáng)烈的各向異性腐蝕，表面非常粗糙，而H2O2的濃度大于這一臨界值后，微粗糙度下降，但之后H2O2濃度的變化并沒有引起表面微

5、粗糙度的變化。 為了降低清洗過程中氨水溶液對(duì)硅片表面的各向異性腐蝕而帶來的微粗糙增加的問題，本文探索出新的清洗工藝，即在RCA清洗前使硅片在含有氧化劑的溶液中進(jìn)行預(yù)氧化。通過實(shí)驗(yàn)表明，在含有氧化劑H2O2的溶液中生成的表面氧化層能有效地消除OH-對(duì)硅片表面的各向異性腐蝕，清洗后的表面微粗糙度值均比清洗前小，并且隨著SC-1過程中NH4OH濃度在一定范圍內(nèi)增加反而下降。通過這種表面預(yù)氧化的方法，可以有效地解決硅片在堿性NH4OH溶