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在襯底溫度、壓力和紫外暴露等不同工藝條件下,在200?C下使用紫外增強(qiáng)O2GPC去除聚乙EG的實(shí)驗(yàn),通過(guò)在200?C的襯底溫度下,在150秒內(nèi)去除約200nm厚度的PEG薄膜,證實(shí)了使用UV/O2GPC作為低溫原位清洗工具進(jìn)行有機(jī)去除的可能性,在襯底溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的紫外/o2GPC中,聚乙二醇去除率的顯著增加可以用表面波的形成來(lái)解釋,可以通過(guò)考慮氣相和有機(jī)膜上的紫外能量在襯底之間的分配來(lái)理解最佳的壓力條件,本文通過(guò)觀察聚PEG薄膜中的光譜和比例(C-O+C=O)/(C-H),確定了最佳壓力為5Torr。
樣品用丙酮、乙醇和去離子水在聲速浴中分別預(yù)清洗10min,然后用氮?dú)獯抵聘稍?。?wt%的固態(tài)聚乙二醇溶解在乙腈溶劑中,制備了聚乙二醇(聚乙二醇,平均分子量為20萬(wàn))溶液,用2000RPM的轉(zhuǎn)速涂覆170nm厚的薄膜30秒,然后在100?C下烘烤15min,將4英寸、p型、(100)導(dǎo)向(RS=22~38Ω-cm)的硅片切成2×2cm2的碎片,安裝在UVGPC系統(tǒng)的樣品架上,GPC實(shí)驗(yàn)在一個(gè)配有紫外燈的負(fù)載鎖定反應(yīng)器中進(jìn)行,以暴露反應(yīng)氣體和底物,該儀器的示意圖如圖所示1。
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圖1
用于在不同的清洗時(shí)間、壓力和襯底溫度下去除PEG的UV/o2GPC,波長(zhǎng)為254nm和185nm的紫外燈功率分別固定在40~50mW/cm2和2.9~3.6mW/cm2m,距離為2.5mW/cm2,清洗實(shí)驗(yàn)前后用α-step譜儀測(cè)定聚EG薄膜的厚度,計(jì)算出不同實(shí)驗(yàn)條件下的蝕刻速率,采用傅里葉變換紅外(FTIR)光譜儀(MB154)分析了UV-GPC處理前后化學(xué)鍵態(tài)的定量/定性變化,
為了區(qū)分聚乙二醇的光解和熱解,我們?cè)谑覝刂?/span>600?C的加熱溫度為10?C/min時(shí),采用熱重分析(TGA)檢測(cè)了聚乙二醇的熱分解。圖4為聚乙二醇的TGA曲線,m/w = 200,000)。由于聚乙二醇具有簡(jiǎn)單的線性鏈鍵結(jié)構(gòu),主鏈中-C-O-為66%,-C-C-為33%,鍵能在82~83千卡/摩爾之間,熱解離通過(guò)COXHY、H2和水的形成發(fā)生在一個(gè)狹窄的溫度范圍內(nèi),利用UV/o2GPC獲得無(wú)碳硅表面的襯底溫度被限制在200?C,PEG沒(méi)有明顯發(fā)生熱解離如圖所示4。
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圖4
采用FTIR光譜法分析紫外/o2GPC后在不同襯底溫度、壓力和處理時(shí)間后剩余的PEG薄膜,隨著襯底溫度升高到200?C,大約是PEG薄膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的三倍,幾乎所有的PEG薄膜在150秒內(nèi)被去除,只剩下一個(gè)微小的C-O拉伸峰,通過(guò)光學(xué)顯微鏡檢查,以發(fā)現(xiàn)在襯底溫度為200下去除率大幅增加的原因,結(jié)果在襯底溫度為200的情況下,進(jìn)行短時(shí)間的紫外/o2處理后,發(fā)現(xiàn)一些表面波停留在PEG薄膜的表面。
因此,我們假設(shè)表面波是由于高襯底溫度下薄膜遷移率的增加而引起的,并對(duì)UV/o2GPC引起的PEG去除速率的加速有深遠(yuǎn)的影響,我們現(xiàn)在正在研究在聚乙二醇薄膜上產(chǎn)生表面波的機(jī)制以及這些波在聚乙二醇去除過(guò)程中的作用。隨著壓力的增加,氣相中氧分子數(shù)量的增加減少了活性氧原子和分子的平均能量通過(guò)增加轟炸激活物種和滅活氧分子和增加紫外線輻射和PEG薄膜之間的屏蔽效應(yīng),導(dǎo)致低程度的膜解離,這可以用比爾-蘭伯特定律來(lái)解釋。結(jié)果表明,活性氧的平均能量會(huì)降低,活化氧的濃度會(huì)增加。
在襯底溫度、壓力、紫外暴露等不同的工藝參數(shù)下,在200?C以下的低襯底溫度下,使用紫外光增強(qiáng)的o2GPC去除PEG的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)在200?C的襯底溫度下,在150秒內(nèi)去除厚度約為200nm的PEG薄膜,證實(shí)了使用UV/O2GPC作為低溫原位清洗工具進(jìn)行有機(jī)去除的可能性。在紫外/o2GPC中,隨著襯底溫度的升高,聚乙二醇表面波的形成加速了去除速率。在襯底溫度高于PEG膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)形成的表面波,通過(guò)提高小揮發(fā)性分子的傳質(zhì)速率和表面解吸以及抑制自重組速率,大大提高了有機(jī)膜的去除率。孵育時(shí)間來(lái)自于通過(guò)紫外線暴露的表面熔化和聚合物材料與氧化劑的表面反應(yīng)來(lái)建立穩(wěn)態(tài)表面反應(yīng)區(qū)所需的時(shí)間。