XPS和SEM對多晶硅蝕刻殘留物的研究

為了闡明蝕刻殘留物的形成機理，研究了氯/氦-氧、溴化氫/氦-氧和溴化氫/氯等不同氣體混合物的影響，我們發現，在氧的存在下，蝕刻殘留物形成良好，這表明蝕刻殘留物是由氧和非揮發性鹵化硅化合物的反應引起的，濕法清洗和干法蝕刻清洗工藝被用於去除多晶硅蝕刻殘留物，這可能影響電特性和進一步的器件工藝。XPS結果表明，濕法清洗適用於蝕刻殘留物的去除。

本文利用HBr/Cl/He-O2反應氣體對多晶硅進行反應離子蝕刻後，利用X射線光電子能譜(XPS)和電子顯微鏡(SEM)對錶面形成的杯狀流層進行了研究，為了查明蝕刻殘留物的形成機制，從原來的混合氣體成分中分別排除了一種成分的反應氣體，觀察了其效果。同時，為了消除使用HBr/CI/He-O2混合氣體冷卻後形成的殘留層，引入了濕法和乾式工藝進行了比較。

圖1是實驗順序的圖表，首先，在生長了約100 nm厚的熱氧化物的(100) p型硅晶片基板上，用LPCVD方法將多晶硅生長了約550 nm，然後，利用64 MDRAM S1口罩對準備好的基板進行圖案設計，然後進行了蝕刻實驗，蝕刻條件是RF功率為150 w，反應漢堡王的壓力保持在100 mTorr，磁場保持在75 Gauss，在此條件下，蝕刻速率約為200 nm/ min。為了查明蝕刻殘留物的形成機制，將原來的反應氣體成分中的一個成分各排除在外，進行了進一步的實驗，這時的混合氣體是 氯/氦-氧(30/9 sccm)、溴化氫/氦-氧(30/9 sccm)、溴化氫/氯 使用了30/30 sccm)，蝕刻條件如上。反應離子蝕刻後形成的殘留層會影響後處理過程，因此，為了消除使用HBr/Cl/He-O2混合氣體蝕刻後形成的殘留膜，採用了濕法和乾式工藝。

圖2使用HBr/Cl/He-O:反應氣體進行蝕刻 這是觀察剖面的SEM照片,利用O2等離子體和O/H2SO 4溶液去除後，觀察食各表面，發現殘留物以囊的形式殘留在多晶硅薄膜上。調查這樣形成的殘留物的組成元素和化學結合狀態,為了起床做了XPS分析,首先，圖3(a)的XPS survey光譜顯示，殘留物的成分包括硅(silicon)、氧(oxygen)、大氣中的碳等。

為了確認在微分中分離的每一年的化學鍵狀態，觀察了沿着take-off angle的變化。圖 3的(B)和(C)顯示了隨着takc-off anglc)的變化，每個化學鍵狀態的峰值強度相對如何變化。利用蝕刻工藝，結果表明殘留物以硅氧化物的形式存在於多晶硅的頂部,為了查明蝕刻殘留物的形成機制，在原始HBr/CI/Hc-O2混合氣體條件下各有一項 排除了的反應機理，進行了實驗。為了重申最高結合能Si2p的106.2 cV和O1s的535.8 cV的化學鍵狀態是由蝕刻殘留物引起的，利用Ar '對深度方向進行了分析(depth profilc)。結果，20分鐘衝刺後，被認為是蝕刻殘留物,可以觀察到很少發生。

從以上結果可以看出，在利用HBr/C/He-O、反應氣體進行反應性連續蝕刻後去除殘餘物的後處理工藝中，為了使表面變得更加清潔，濕法工藝比干球信息更合適。通過x射線光電子能譜(XPS)的結果觀察了流物的形成,因此，為了獲得更乾淨的表面，可以得出濕工序比干工序更合適的結論。