引言
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我們觀察到半導(dǎo)體制造過(guò)程中光刻膠掩模氧化硅濕法刻蝕過(guò)程中形成新的樹(shù)枝狀缺陷(DLD)。樹(shù)突是分枝狀晶體，表現(xiàn)出顯示晶體方向性的形態(tài)特征，如直的初生莖、次生側(cè)臂，甚至第三紀(jì)分枝。當(dāng)非多面材料從過(guò)冷熔體或過(guò)飽和溶液中生長(zhǎng)時(shí)，通常會(huì)觀察到樹(shù)枝狀晶體，其特征是光滑的拋物線狀尖端和尖端后面的側(cè)枝。通過(guò)許多分析和實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)已認(rèn)識(shí)到表面張力和/或原子附著動(dòng)力學(xué)中的各向異性對(duì)于穩(wěn)定尖端區(qū)域防止尖端分裂起著重要作用。

大多數(shù)關(guān)于微電子器件制造過(guò)程中枝晶形成的報(bào)道主要與金屬腐蝕反應(yīng)有關(guān)，因?yàn)樵谖㈦娮悠骷帢O/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的腐蝕反應(yīng)過(guò)程中，溶解的金屬離子如鋁、銀或銅的減少會(huì)導(dǎo)致金屬枝晶的成核和生長(zhǎng)。然而，關(guān)于半導(dǎo)體加工中濕法刻蝕過(guò)程中枝晶形成的報(bào)道非常有限。在本文中，我們指出了在半導(dǎo)體制造過(guò)程中PR掩模氧化硅濕法刻蝕后檢測(cè)到的一種新型枝晶狀缺陷(DLD)及其去除方法。

實(shí)驗(yàn)

圖1a展示了一個(gè)典型的帶有PR掩模的氧化物濕法刻蝕工藝，其中單元陣列中的氧化物隔離層被稀釋HF (dHF)的濕法化學(xué)腐蝕，而核心/外圍區(qū)域中的氧化物隔離層被KrF PR圖案(b)阻擋。在使用具有單晶片清潔劑的足夠的濕蝕刻劑去除氧化物隔離物后，300毫米晶片被用去離子水沖洗(DIW)并通過(guò)以高轉(zhuǎn)速連續(xù)旋轉(zhuǎn)干燥(c)。對(duì)旋轉(zhuǎn)干燥過(guò)程后的缺陷位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)DLD進(jìn)行仔細(xì)檢查。

圖1 代表性光刻膠掩模氧化物濕法刻蝕工藝示意圖。(a)在單元和核心/外圍具有氧化物隔離物的柵極結(jié)構(gòu)，其用PR掩蔽。(b)通過(guò)HF濕法蝕刻氧化物隔離物，(c)用DIW漂洗并旋轉(zhuǎn)干燥后的最終狀態(tài) 。

結(jié)果和討論

圖2b，這是典型DLD的高放大掃描電鏡圖像2a 表明DLD是由兩種不同的成分組成的。這種形態(tài)特征在小的非分枝DLD的掃描電鏡圖像上清晰可見(jiàn)(圖2c)，呈現(xiàn)出一種核殼混合結(jié)構(gòu)。在電子顯微鏡分析過(guò)程中，當(dāng)強(qiáng)電子束輻射到特定區(qū)域時(shí)，大部分缺陷被分解和/或升華；然而，盡管電子束輻射時(shí)間更長(zhǎng)，支撐結(jié)構(gòu)的框架仍然存在。這一結(jié)果表明DLD可能是一種有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化復(fù)合材料，因?yàn)闊o(wú)機(jī)鹽如堿金屬或堿土金屬鹵化物很容易被電子束輻射分解。

圖2 典型DLD的掃描電鏡圖像

氟硅酸鹽納米晶體可以通過(guò)蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)結(jié)晶形成，更復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)如納米板或納米線/納米棒也可以通過(guò)隨后的結(jié)晶融合和過(guò)飽和過(guò)程中的自組裝結(jié)晶生成。然而，據(jù)推測(cè)，經(jīng)典的晶體生長(zhǎng)模型不適合DLD形成，因?yàn)橛袡C(jī)成分在形成和生長(zhǎng)中起著重要作用，在該模型中，穩(wěn)定的核通過(guò)單位細(xì)胞復(fù)制而簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)大，而不會(huì)引起體或表面的結(jié)構(gòu)變化。

一旦PR表面形成DLD，應(yīng)用傳統(tǒng)的晶圓清洗工藝，如增加DIW清洗時(shí)間、SC1清洗和過(guò)氧化氫/ DIW混合物(H2O2/H2O)清洗，很難完全去除。在我們的研究中，發(fā)現(xiàn)兩種方法對(duì)消除DLD病是有效的。第一種方法包括在濕法刻蝕工藝之前對(duì)光刻膠表面進(jìn)行氧等離子體處理。一般估計(jì)兩種等離子體處理效果；首先，聚合物表面的氧等離子體處理改變了表面組成，并通過(guò)極性基團(tuán)的形成使聚合物表面趨向于高度親水，導(dǎo)致表面潤(rùn)濕性的改善。其次，通過(guò)調(diào)節(jié)等離子體條件，光刻膠顯影后的有機(jī)殘留物可以重新移動(dòng)，在光刻膠表面形成硬殼層。

結(jié)果表明，等離子體處理有效地消除了光刻膠表面的殘留物，提高了表面粗糙度。由于PR表面的等離子體處理效應(yīng)阻礙了帶有相反電荷有機(jī)分子的氟硅酸鹽納米晶的聚集介導(dǎo)生長(zhǎng)，因此難以生成DLDs。通過(guò)使用全晶圓缺陷檢測(cè)工具，確認(rèn)了DLD形成的最終狀態(tài)。去除DLD的第二種方法是在最后的清洗步驟中引入臭氧化去離子水(O3/DIW)。由于其對(duì)有機(jī)污染物的高效去除，臭氧水處理能夠在室溫下短時(shí)間內(nèi)有效去除DLD水中的有機(jī)成分。一旦有機(jī)骨架的去除開(kāi)始，氟硅酸鹽聚集物或納米晶體本身可以通過(guò)簡(jiǎn)單的DIW清洗過(guò)程容易地去除。因此，幾乎相同的缺陷檢查圖與圖6d 在最后的濕蝕刻過(guò)程中臭氧化水處理后觀察到。H2SO4/H2O2混合物也通常用于再移動(dòng)有機(jī)化合物，例如等離子體蝕刻過(guò)程中產(chǎn)生的PR和聚合物。然而，它甚至可以攻擊公共關(guān)系掩模圖案幾秒鐘，因?yàn)镠2SO4/H2O2混合物通常以高溫(120℃)和非常濃縮的形式(h2so 4∶h2so 4的2∶1至4∶1)使用。因此，在光刻膠掩模氧化物濕法蝕刻工藝中，它不適合DLD的遷移。

總結(jié)

本文指出了在半導(dǎo)體制造過(guò)程中，在光刻膠掩模氧化硅濕法刻蝕后觀察到的一種新的樹(shù)枝狀(DLD)缺陷。假設(shè)DLD是一種由氟硅酸鹽納米晶體(無(wú)機(jī)核)被一些有機(jī)分子(有機(jī)殼)分隔而成的中間晶體，樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)是在溶劑蒸發(fā)和旋轉(zhuǎn)干燥過(guò)程中由有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化結(jié)構(gòu)組成的自組裝或聚集介導(dǎo)的晶體生長(zhǎng)產(chǎn)生的。結(jié)果表明，在氧化物濕法刻蝕前，在光刻膠表面引入氧等離子體處理抑制了DLD的形成。最后，臭氧水(O3/DIW)處理通過(guò)消除有機(jī)骨架導(dǎo)致的中晶體結(jié)構(gòu)的消失，在去除DLD方面非常有效。

　　審核編輯：湯梓紅