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等离子清洗机设备蚀刻后硅锗沟槽界面对西格玛型沟槽形状及硅锗外延生长的影响

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发布时间：

2020-11-10

等离子清洗机设备蚀刻后硅锗沟槽界面对西格玛型沟槽形状及硅锗外延生长的影响：

众所周知，等离子清洗机设备硅的干法蚀刻过程中会产生大量的高分子副产物。图形密集区反应总量大，因此副产物容易聚集。在图形硅片实验中，图形密集区厚重的蚀刻副产物导致深度相比图形稀疏区浅。这样的深度差异在TMAH处埋工艺后，会变得更加明显，甚至导致无法形成正常形状的西格玛型硅沟槽。这是因为等离子清洗机设备蚀刻后处理工艺需要一个干净的硅界面来进行湿法蚀刻，以形成的西格玛型硅沟槽。这种深度的差异，可以通过在蚀刻气体中引人了Cl2。与其他气体(如HBr)相比，氯与硅形成的副产物具有更好的气化性，能够有效地减少蚀刻副产物的沉积，达到改善蚀刻负载的效果。实验证明Cl2的加人对于改进深度差异非常有效。通过引入Cl，这种图形导致的深度差异可以改善60%，另一方面在引入Cl2前，后续的处理工艺常常不能形成正常的西格玛型硅沟槽，而引入Cl2后可以解决这一问题。

另一方面，等离子清洗机设备干法蚀刻后的湿法清洗也在西格玛型硅沟槽形成中起着重要的作用。硅沟槽表面生长的氧化硅会阻碍后续四甲基氢氧化铵处理，导致西格玛型硅沟槽无法形成。在集成电路制造中，通常使用稀释的氢氟酸来去除氧化硅，确保在硅表面没有氧化硅或者其他的污染。通过氢氟酸工艺时间的调整，不同图形的西格玛型硅沟槽的深度差异得到了极大的改善。所有试验都是基于相同的干法蚀刻和灰化工艺。当稀释的氢氟酸的用量超过一定量，西格玛型沟槽的深度差异可以控制在较低的水平。然而，过量的氢氟酸清洗，会去除过多的浅沟槽隔离氧化硅，导致器件隔离性能下降。因此，对氢氟酸的使用，需要兼顾硅沟槽的清洗效果和浅沟槽隔离氧化硅的损耗。

锗硅的外延生长对硅沟槽表面性质非常敏感，很容易形成各种外延缺陷。因此对硅沟槽等离子清洗机设备干法蚀刻后的灰化工艺选择就变得非常关键。灰化工艺不仅要去除残余光阻，还要得到纯净的硅表面以利于锗硅的外延生长。灰化工艺包含氧化型灰化，低氢混合气体(含有4%氢气的氮气氢气混合气体)灰化、高氢混合气体(氢含量大于20%)灰化。低氢混合气体灰化工艺可以有效地减少光阻及蚀刻副产物的残留，但是外延生长缺陷却没有明显改善，这是因为光残余及蚀刻副产物不是造成外延缺陷的主要原因。文献中报道，Si-C键是造成外延缺陷的主要原因。其中碳原子来自光阻及蚀刻气体，在蚀刻过程中被注入体硅中。在等离子清洗机设备等离子体蚀刻过程中，碳和体硅或者侧墙的氯化硅发生反应，形成Si-C键。因此需要找到一种能够有效去除Si-C键的方法来改善锗硅的外延缺陷。相对于低氢灰化工艺，高氢灰化工艺能够更加有效地去除硅沟槽表面的Si-C键，达到改善硅锗外延缺陷的目的。等离子清洗机设备氧化型灰化工艺也可以在增加氧化量的基础上，达到改善外延缺陷的目的。但是此类工艺会在沟槽表面形成较厚的氧化硅层。如前所述，去除灰化产生的氧化硅层的过程也会造成浅沟槽隔离氧化硅层的损伤，对器件性能造成影响，因此氧化型灰化工艺在锗硅工艺中并不适用。

等离子清洗机设备蚀刻