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介绍

在半导体制造流程中，氮化硅(Si3N4)用于定义有源区。通常称为衬垫氮化物的Si3N4沉积在二氧化硅层(“衬垫氧化物”)上，并通过各向异性等离子体工艺在用于隔离各个器件的那些区域上被部分去除。焊盘氧化物的典型层厚在50-400之间，焊盘氮化物的典型层厚在200-1600之间，具体取决于应用和技术。

为了获得全功能器件，有源区必须完全不含氮化硅，而由热氧化物、LOCOS(硅的局部氧化)或STI(浅沟槽隔离)组成的隔离保持完整。同样重要的是底层硅不被攻击。特别是对于具有减小的器件拓扑和基于TEOS的浅沟槽隔离的集成电路产品，氧化物去除的预算非常紧张。

这种各向同性的去除过程是用热磷酸(H3PO4)在浸浴中蚀刻来进行的。不能使用干法(等离子体)蚀刻，因为可实现的选择性低得多。

尽管加热的氢氟酸可用于去除氮化物(这通常用于晶片或监视器回收)，但这不适合产品应用，因为氧化硅的蚀刻速率较高，因此不符合选择性要求。

选择性氮化物蚀刻的典型工艺流程包括以下步骤，如图1所示。作为蚀刻掉薄的天然氧化物层的第一处理步骤，经常包括可选的短HF浸渍(包括随后的冲洗)，该氧化物层可能是由于热氧化步骤中的部分再氧化而形成的，以形成钝化氧化物或场氧化物。该层起到蚀刻阻挡层的作用，在H3PO4中去除该层需要相当长的时间，因此会影响工艺时间和均匀性。

化学反应

    水水解氮化硅形成水合二氧化硅和氨，氨以磷酸铵的形式保留在溶液中。化学计量表明，水是蚀刻过程中化学成分的一个组成部分。在蚀刻氮化物的过程中，形成水合二氧化硅(H2OSiO2)，其影响二氧化硅蚀刻。在新的槽中，氧化硅被正磷酸去除，但是随着蚀刻溶液中二氧化硅浓度的持续增加，二氧化硅从晶片表面的蚀刻速率降低。因此，蚀刻速率的选择性取决于影响浓度的槽利用率。

因此，氮化硅的蚀刻速率取决于温度和浓度.典型的蚀刻速率如图2 (2)所示。对于Si3N4和二氧化硅蚀刻，蚀刻遵循阿伦尼乌斯方程。还观察到硅的蚀刻速率很小，这是由溶液中不复杂的过热H2O引起的。希望在尽可能高的温度下进行处理，以减少处理时间。对于20-40分钟的合理曝光时间，需要大约50/分钟的蚀刻速率，这导致典型的工艺温度为160-165℃。更高的温度将导致更快的去除，但是对二氧化硅和硅的选择性也更低。

从图2中可以看出，较高浓度的磷酸不一定会导致较高的蚀刻速率，这证实了该工艺本质上需要H2O。在较低的温度下，较高的水含量提供更好的结果，而在较高的温度下，高浓度H3PO4似乎更有效。因此，工艺必须针对工艺温度和浓度进行优化和控制。

这种优化不能独立完成，因为磷酸的沸点随浓度而变化，如图3所示。由于输送的85 %原磷酸将在157℃沸腾，因此需要更高的浓度来将工艺温度提高到160℃以上。这很容易实现，因为H2O不断从加热的溶液中蒸发。反之亦然，如果在槽寿命期间酸的浓度持续增加，即使在升高的工艺温度下，蚀刻的性能也会降低。因此，需要持续补充H2O，以在给定的工艺温度下保持蚀刻速率(和选择性)。

最佳情况下，该过程在可能的最高温度和水浓度下运行，导致沸点温度略高于设定温度。在这种状态下，浴缸将保持相对安静，只允许少量气泡的液体流量控制和最简单的排气处理。

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