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UV 輔助氣相清洗工藝引數對從Si 襯底上去除 PEG(聚乙二醇的影響

由 半導體時事 發表于 攝影2023-01-05
簡介在襯底溫度、壓力和紫外暴露等不同工藝條件下,在200C下使用紫外增強O2GPC去除聚乙EG的實驗,透過在200C的襯底溫度下,在150秒內去除約200nm厚度的PEG薄膜,證實了使用UVO2GPC作為低溫原位清洗工具進行有機去除的可能性,

襯底厚度影響什麼

在襯底溫度、壓力和紫外暴露等不同工藝條件下,在200C下使用紫外增強O2GPC去除聚乙EG的實驗,透過在200C的襯底溫度下,在150秒內去除約200nm厚度的PEG薄膜,證實了使用UV/O2GPC作為低溫原位清洗工具進行有機去除的可能性,在襯底溫度高於玻璃化轉變溫度的紫外/o2GPC中,聚乙二醇去除率的顯著增加可以用表面波的形成來解釋,可以透過考慮氣相和有機膜上的紫外能量在襯底之間的分配來理解最佳的壓力條件,本文透過觀察聚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清洗10min,然後用氮氣吹制乾燥。將2wt%的固態聚乙二醇溶解在乙腈溶劑中,製備了聚乙二醇(聚乙二醇,平均分子量為20萬)溶液,用2000RPM的轉速塗覆170nm厚的薄膜30秒,然後在100C下烘烤15min,將4英寸、p型、(100)導向(RS=2238Ω-cm)的矽片切成2×2cm2的碎片,安裝在UVGPC系統的樣品架上,GPC實驗在一個配有紫外燈的負載鎖定反應器中進行,以暴露反應氣體和底物,該儀器的示意圖如圖所示1。

UV 輔助氣相清洗工藝引數對從Si 襯底上去除 PEG(聚乙二醇的影響

用於在不同的清洗時間、壓力和襯底溫度下去除PEG的UV/o2GPC,波長為254nm和185nm的紫外燈功率分別固定在4050mW/cm2和2。93。6mW/cm2m,距離為2。5mW/cm2,清洗實驗前後用α-step譜儀測定聚EG薄膜的厚度,計算出不同實驗條件下的蝕刻速率,採用傅立葉變換紅外(FTIR)光譜儀(MB154)分析了UV-GPC處理前後化學鍵態的定量/定性變化,

為了區分聚乙二醇的光解和熱解,我們在室溫至600C的加熱溫度為10C/min時,採用熱重分析(TGA)檢測了聚乙二醇的熱分解。圖4為聚乙二醇的TGA曲線,m/w = 200,000)。由於聚乙二醇具有簡單的線性鏈鍵結構,主鏈中-C-O-為66%,-C-C-為33%,鍵能在8283千卡/摩爾之間,熱解離透過COXHY、H2和水的形成發生在一個狹窄的溫度範圍內,利用UV/o2GPC獲得無碳矽表面的襯底溫度被限制在200C,PEG沒有明顯發生熱解離如圖所示4。

UV 輔助氣相清洗工藝引數對從Si 襯底上去除 PEG(聚乙二醇的影響

採用FTIR光譜法分析紫外/o2GPC後在不同襯底溫度、壓力和處理時間後剩餘的PEG薄膜,隨著襯底溫度升高到200C,大約是PEG薄膜玻璃化轉變溫度的三倍,幾乎所有的PEG薄膜在150秒內被去除,只剩下一個微小的C-O拉伸峰,透過光學顯微鏡檢查,以發現在襯底溫度為200下去除率大幅增加的原因,結果在襯底溫度為200的情況下,進行短時間的紫外/o2處理後,發現一些表面波停留在PEG薄膜的表面。

因此,我們假設表面波是由於高襯底溫度下薄膜遷移率的增加而引起的,並對UV/o2GPC引起的PEG去除速率的加速有深遠的影響,我們現在正在研究在聚乙二醇薄膜上產生表面波的機制以及這些波在聚乙二醇去除過程中的作用。隨著壓力的增加,氣相中氧分子數量的增加減少了活性氧原子和分子的平均能量透過增加轟炸啟用物種和滅活氧分子和增加紫外線輻射和PEG薄膜之間的遮蔽效應,導致低程度的膜解離,這可以用比爾-蘭伯特定律來解釋。結果表明,活性氧的平均能量會降低,活化氧的濃度會增加。

在襯底溫度、壓力、紫外暴露等不同的工藝引數下,在200C以下的低襯底溫度下,使用紫外光增強的o2GPC去除PEG的實驗。透過在200C的襯底溫度下,在150秒內去除厚度約為200nm的PEG薄膜,證實了使用UV/O2GPC作為低溫原位清洗工具進行有機去除的可能性。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。在襯底溫度高於PEG膜的玻璃化轉變溫度時形成的表面波,透過提高小揮發性分子的傳質速率和表面解吸以及抑制自重組速率,大大提高了有機膜的去除率。孵育時間來自於透過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來建立穩態表面反應區所需的時間。

UV 輔助氣相清洗工藝引數對從Si 襯底上去除 PEG(聚乙二醇的影響