離子注入后氧化層BOE腐蝕工藝優化

商亞峰

摘 要：半導體器件制備過程中，SiO2犧牲氧化層經常作為離子注入的阻擋層，用來避免Si材料本身直接遭受離子轟擊而產生缺陷，犧牲氧化層在注入完成之后，氧化層的性質和結構會發生較大變化，在被腐蝕去除過程中，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程。

關鍵詞：犧牲氧化；BOE腐蝕；氧化

中圖分類號：TG17 文獻標志碼：A

0 前言

在標準的硅基半導體工藝中，SiO2氧化層在光刻掩蔽和鈍化過程中起到了不可替代的作用，而氧化層的生長可以通過多種方式形成，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腐蝕液中表現出的腐蝕速率是不相同的，熱氧化層在這些氧化層中結構最為致密，所以腐蝕速率最慢，而其他類別的氧化層由于生長方式導致氧化層結構中排列的矩陣被打亂，所以表現為更容易被腐蝕。

離子注入也是半導體工藝中的基礎工藝，研究表明氧化層經過離子注入以后，其氧化層的腐蝕速率都將增加，在N溝道VDMOS器件制備的過程中，場氧化是保證器件耐壓的關鍵工藝之一，在場氧化工藝之后，需要進行P+離子注入工藝，而在注入之前生長的阻擋氧化層，通常稱之為犧牲氧化層，因為在注入完成之后，該氧化層需要被腐蝕去除，同時要保證場氧化層的厚度在工藝范圍之內，否則會對器件耐壓帶來致命的影響。

1 襯底片準備

選取P型100晶向單晶片18片，在熱氧化生長氧化層之前，單晶片的清洗步驟是相同的，具體清洗過程如下：激光打標（1#～18#）→擦片→超生清洗→SC-1清洗（60℃ 5min）→1∶1000HF 10min；所用設備為Wafer Mark ? II激光打標機，AIO-88 擦片機，TEMPRESS超聲波清洗機，MERCURY FSI全自動清洗機，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，氧化層厚度目標值為10500 ?的場氧化工藝，7#～18#片選擇的是900℃氫氧合成工藝，氧化層厚度目標值是500 ?的犧牲氧化工藝，該氧化工藝均是在THERMCO SYSTEM 擴散爐設備上完成的。

3 氧化層厚度測試

熱氧化工藝完成以后，通過NANOSPEC膜厚測試儀進行SiO2厚度測試，每片上中下左右測試五點，測試數據見表1。

4 腐蝕

將1#-12#做完熱氧化的片子，進行離子注入，工藝條件為注入劑量：1E15，注入能量：80keV，注入雜質B11 ，注入設備為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，工藝試驗分批情況見表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；腐蝕后氧化層測試設備為NANOSPEC膜厚測試儀。

5 腐蝕速率測試

腐蝕速率ER=（五點平均初始氧化層厚度—腐蝕后五點平均氧化層厚度）/腐蝕時間，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平均值。腐蝕速率測試數據見表2。

6 數據分析

6.1 腐蝕速率整理見表3。

6.2 經P+注入的柵氧腐蝕速率大于不經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 根據以上數據看出，用20∶1BOE腐蝕液，腐蝕時間1min即可將500 ?犧牲氧化層腐蝕凈，考慮到工藝窗口的寬度，結合場氧化層工藝允許的剩余厚度，最終確定腐蝕時間為3min。

7 實驗結論

本文從理論上分析了離子注入對熱氧化層結構的影響，并以N溝道VDMOS產品的實際工藝作為案例，對比了注入前后氧化層后的腐蝕速率，并結合產品實際設計要求，對P+離子注入犧牲氧化層的腐蝕工藝進行優化，最后確定了20∶1BOE腐蝕液，腐蝕時間3min的最優工藝條件。

參考文獻

[1]王慧泉，鄭陽明，金仲和，等.基于BOE硅腐蝕現象的硅納米線制作[J].傳感技術學報，2007，20（10）：2187-2190.

[2]肖步文.VDMOS產品犧牲氧化層BOE腐蝕工藝確定[J].軍民兩用技術與產品，2014（13）：179.