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本文研究了用氟化銨(NH4F)、氫氟酸(HF)和水之間的BHF蝕刻摻雜CVD薄膜的蝕刻速率和反應(yīng)機(jī)理，在我們的研究中，BHF中NH4F的~濃度低于傳統(tǒng)成分比的BHF，即NH4F的濃度設(shè)置在較高水平，在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)將NI-I4F濃度設(shè)置在15~20%，約為常規(guī)濃度的一半，有幾個(gè)好處，但并不影響熱氧化物的蝕刻速率。
在5in上沉積了各種摻雜的CVD薄膜，在300~500~o2、Sill4、乙硼烷、磷化氫和砷化氫的溫度下，將硅晶片逐一地引入環(huán)境中，薄膜厚度范圍為2000~10000A，通過(guò)將薄膜溶解在高純度的HF中，測(cè)定了摻雜的CVD薄膜中B、P和As的濃度，BHF中HF和NH4F的濃度有所變化，在每次蝕刻過(guò)程中，蝕刻劑的溫度均保持在25_+0.1~，蝕刻速率定義為薄膜厚度在單位時(shí)間內(nèi)的減小，采用光學(xué)型薄膜厚度計(jì)(Nanospec210LCW-VT/SP200)測(cè)量薄膜厚度。
硅酸砷玻璃膜--As濃度為2%：無(wú)熱處理，因此，隨著NH4F濃度的升高，二氧化硅的蝕刻速率急劇增加，然而，一旦NH4F濃度超過(guò)等摩爾濃度，HF~的生成就會(huì)變得穩(wěn)定，即使NH4F濃度進(jìn)一步增加，蝕刻速率也幾乎沒(méi)有上升。
當(dāng)NH4F濃度接近20%時(shí)，即使HF~生成穩(wěn)定，蝕刻速率也開(kāi)始下降，這可能是因?yàn)閮?yōu)勢(shì)離子HF~的遷移率由于NH~的增加而降低，圖1顯示了當(dāng)NH4F濃度變化時(shí)，熱二氧化硅氧化物和CVD氧化物的蝕刻速率，圖中的箭頭表示NH4F濃度與HF濃度的增加等摩爾的點(diǎn)：1.85、3.70、5.55、7.40和9.25%。
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圖1
圖2顯示了摻雜6%p的PSG薄膜的蝕刻速率,當(dāng)PSG薄膜被蝕刻時(shí)，初始蝕刻速率隨著NH~I~濃度的增加而變高，直到NH~F濃度與HF濃度等摩爾,在達(dá)到峰值后，隨著NH4F濃度的進(jìn)一步增加，蝕刻速率逐漸降低,這可能會(huì)發(fā)生，就像在熱氧化物的情況下一樣，因?yàn)?/span>H+和HF~在液體中的流動(dòng)性由于NH4F濃度的高而降低，即由于NH~的增加,由于PSG膜的蝕刻速率大約是熱氧化物膜的25倍左右，因此HF~的遷移率受NH~濃度的影響很大,因此，我們也認(rèn)為刻蝕速率從NH開(kāi)始下降,濃度低于等摩爾濃度的區(qū)域。
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圖2
同時(shí)，研究了用HF濃度為1%的BHF蝕刻的PSG薄膜的NI-I4F濃度與蝕刻速率之間的關(guān)系,PSG膜中的P濃度分別為4、6和15.8%,當(dāng)NH4F濃度設(shè)置在10%或更低時(shí)，摻雜P的濃度對(duì)蝕刻速率有相當(dāng)大的影響,隨著NH4F濃度的增加，0~15.8%P的蝕刻速率降低到4倍左右。
為了證實(shí)上述假設(shè)，并測(cè)定了蝕刻速率,結(jié)果表明，AsSG薄膜的蝕刻速率高于未摻雜的CVD薄膜,在BSG薄膜的情況下，由于B是三價(jià)的，即一價(jià)不到四價(jià)硅，硅氧氧鍵比非摻雜膜的情況更難斷裂。因此，HF~難以協(xié)調(diào)，這使得BSG膜的蝕刻速率低于非摻雜膜，HF濃度設(shè)為1%，NH4F濃度設(shè)在0~30%之間，BSG薄膜的蝕刻速率低于未摻雜的CVD薄膜，BSG薄膜和PSG薄膜的NH+F濃度與蝕刻速率之間的關(guān)系相同。(蝕刻速率隨著NH4F量的增加而增加，當(dāng)NH4F量與HF量等摩爾時(shí)，達(dá)到峰值后，蝕刻速率隨著NH4F量的增加而開(kāi)始下降。)
在某些情況下，硅表面可能會(huì)通過(guò)蝕刻薄膜而變得粗糙，在BHF中添加少量的表面活性劑可以有效地克服這些問(wèn)題，因此，當(dāng)使用高濃度NH4F的BHF作為蝕刻劑時(shí)，添加表面活性劑是必要的。BHF中NH、F的濃度，以滿足各目的，通過(guò)這樣做，蝕刻過(guò)程將能夠處理更多的應(yīng)用程序，發(fā)現(xiàn)了摻雜劑影響二氧化硅膜蝕刻速率的機(jī)理，一系列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PSG、BSG和BPSG薄膜的蝕刻速率由摻雜離子的價(jià)數(shù)(P、B等)決定，這一發(fā)現(xiàn)使得可以通過(guò)改變要摻雜的離子的量或類型來(lái)控制蝕刻速率。
在目前的蝕刻過(guò)程中使用的NH4F濃度較高的BHF中，摻雜離子量的變化對(duì)蝕刻速率幾乎沒(méi)有影響。然而我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)BHF中的NH4F濃度降低時(shí)，就可以適當(dāng)?shù)乜刂莆g刻速率。發(fā)現(xiàn)了一種蝕刻機(jī)理，它使控制熱氧化物和摻雜膜的蝕刻速率成為可能，在熱氧化物和摻雜膜共存的過(guò)程中，可以以相同的速率蝕刻不同類型的薄膜，以及通過(guò)控制摻雜劑的類型和數(shù)量以及NH4F的濃度來(lái)選擇性地蝕刻不同類型的薄膜。