硅的干法刻蚀简介

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着硅珊ＭＯＳ器件的出现，多晶硅渐渐成为先进器件材料的主力军。

除了用作ＭＯＳ栅
极之外多晶硅还广泛应用于ＤＲＡＭ的深沟槽电容极扳填充，闪存工艺中的位线和字线。

这些工艺的实现都离不开硅的干法刻蚀技术其中还包括浅槽隔离的单晶硅刻蚀和金属硅化物的刻蚀。

为了满足越来越苛刻的要求，业界趋向于采用较低的射频能量并能产生低压和高密度的等离子体来实现硅的干法刻蚀。

感应耦合等离子刻蚀技术（ＩＣＰ）被广泛应用于硅及金属硅化物刻蚀，具有极大技术优势和前景。

它比典型的电容耦合（ＣＣＰ）等离子刻蚀技术高出１０￣２０倍。

此外，其对离子浓度和能量的独立控制扩大了刻蚀工艺窗口及性能。

硅栅（Ｐｏｌｙ　Ｇａｔｅ）的干法刻
蚀：
随着晶体管尺寸的不断缩小对硅栅的刻蚀就越具有挑战性。

这种挑战体现在对关键尺寸（ＣＤ）及其均匀性的控制，即对栅氧化层选择比的提高，对剖面轮廓的一致性控制以及减少等离子导致的损伤。

因为受到光刻线宽的限制，为达到最后的ＣＤ　线宽要求往往需要先对光阻进行缩小处理，然后进一步往下刻蚀。

ＢＡＲＣ打开后，再以光阻为阻挡层将ＴＥＯＳ　打开。

　接着把剩余的光阻去除，再以ＴＥＯＳ作为阻挡层对硅栅进行刻蚀。

为了保护栅极氧化层不被损伤，通常要把硅栅的刻蚀分成几个步骤：主刻蚀、着陆刻蚀和过刻蚀。

主刻蚀通常有比较高的刻蚀率但对氧化硅的选择比较小。

通过主刻蚀可基本决定硅栅的剖面
硅的干法刻蚀简介
应用材料中国，葛强
轮廓和关键尺寸。

着陆刻蚀通常对栅极氧化层有比较高的选择比以确保栅极氧化层不被损伤。

一旦触及到栅极氧化层后就必须转成对氧化硅选择比更高的过刻蚀步骤以确保把残余的硅清除干净而不损伤到栅极氧化层。

ＣＬ２，ＨＢｒ，ＨＣＬ是硅栅刻蚀的主要气体，ＣＬ２和硅反应生成挥发性的ＳｉＣｌ４而ＨＢｒ和硅反应生成的ＳｉＢｒ４　同样具有挥发性。

通常会在这些主刻蚀气体中加入小流量的氧气，一方面是为了在侧壁生成氧化硅从而增加对侧壁的保护；另一方面也提高了对栅极氧化层的选择比。

在标准的ＩＣＰ双耦合刻蚀腔体中，ＨＢｒ－Ｏ２的组合通常能达到大于１００：１的选择比。

为了避免伤及栅极氧化层，任何带Ｆ基的气体如ＣＦ４，ＳＦ６，ＮＦ３都不能在过刻蚀的步骤中使用。

浅沟槽（ＳＴＩ）的干法刻蚀：
在０．２５ｕｍ和以下的技术节点中，浅沟槽隔离技术被广泛应用。

　因为它在减小表面积的同时提供更加有效的隔离。

作为沟槽硅刻蚀的阻挡层可以直接用光阻但更多是采用氮化硅作为硅刻蚀的阻挡层。

先用光阻作为氮化硅刻蚀的阻挡层，然后用氧等离子体将剩余的光阻除去，最后以氮化硅为阻挡层完成浅沟槽的刻蚀。

浅沟槽刻蚀的难点在于沟槽深度的匀度小于１００仯
饩拖嗟庇谛∮？．２５％
的均匀性。

随着硅片尺寸的增加要达到这样的要求就必须严格控制氮化过刻蚀、ＢＴ刻蚀和浅槽刻蚀的均匀性，每一步都会对最后的结果产生影响。

其次为了满足沟槽隔离氧化物的填充要求，剖面轮廓的控制也是非常重要的环节。

因
随
为太垂直的轮廓不利于ＨＤＰＣＶＤ的沉积，所以通常会要求适当的倾斜度。

另外随着工艺尺寸的缩小，要求达到更高的深宽比使得剖面轮廓控制和深度均匀性控制受到更大的挑战．。

当然ＣＤ　的均匀性和剩余氮化硅的均匀性也是重要的技术指标。

ＣＬ２和ＨＢｒ依然是浅沟槽的刻蚀的主要气体，再配合小流量的氧气和氮气来产生氮氧化硅形成侧壁钝化层从而达到理想的刻蚀剖面轮廓。

氦气和氩气通常用作辅助稀释的作用。

另外浅槽底部轮廓同样影响到氧化物的填充。

采用ＣＬ２　做为主刻蚀的气体容易形成比较直的剖面轮廓和凸型的底部轮廓。

采用ＨＢｒ　作为主刻蚀气体能得到比较斜的剖面轮廓和凹形的底部轮廓。

在实际生产中经常会遇到硅刻蚀的反应物没有被及时的清洗从而导致产品被污染的现象。

这是因为硅片完成刻蚀离开反应腔时，在硅片的表面还有大量的Ｃｌ　和Ｂｒ　残留。

　它们具有较强的挥发
性。

当硅片暴露在空气中，空气中的水汽和ＣＬ、Ｂｒ形成ＨＣＬ和　ＨＢｒ。

这些酸性物质会腐蚀和它们接触的表面形成一定程度的污染。

为了防止这样的现象发生可以采用Ｏ２等离子清除表面的残留，或者利用腔体净化功能减少污染源。

另外还应尽量减少硅片暴露在空气中的时间，尽快洗去表面污染物。

随着关键尺寸的不断缩小和硅片尺寸的扩大。

先进的３００ｍｍ　硅刻蚀工艺腔体的气体和温度多采用内圈和外圈独立的控制以满足苛刻的工艺要求。

可变的腔体尺寸也是业界的方向之一。

腔体内环境的控制和不同硅片的一致性控制也是生产中最常遇到的问题。