干法刻蝕工藝介紹 硅的深溝槽干法刻蝕工藝方法

硅的深溝槽干法刻蝕工藝中一般有兩種方法：

第一種是間歇式刻蝕方法(BOSCH)，即多次交替循環(huán)刻蝕和淀積工藝，刻蝕工藝使用的是SF6氣體，淀積工藝使用的是C4F8氣體，采用的是高密度電感耦合等離子體(TCP：Transformer CoupledPlasma)，輸出方式有連續(xù)和脈沖兩種方法，采用低溫(10 oC～20 oC)的溫度環(huán)境，由于間歇式刻蝕方法是多步(達(dá)到幾百步)交替循環(huán)，導(dǎo)致深溝槽輪廓的側(cè)壁粗糙度增加，形成類似于扇貝表面的側(cè)壁?？涛g阻擋層則有光刻膠和氧化膜硬掩膜兩種。

第二種是單步穩(wěn)態(tài)刻蝕方法(SSP)，即經(jīng)典的一步刻蝕，氣體使用的是SF6和02，也可以摻入CHF3、CF4、NF3或C12，HBr氣體進(jìn)行深溝槽形貌的調(diào)節(jié)，也可以摻入N2、Ar或He氣體進(jìn)行稀釋，溫度環(huán)境是低溫(10。C～20 oC)狀態(tài)，采用的也是高密度電感耦合等離子體，輸出方式有連續(xù)和脈沖兩種方法，在這種工藝中深溝槽側(cè)壁能夠形成反應(yīng)副產(chǎn)物SiOxFv保護(hù)層，通過(guò)改變刻蝕反應(yīng)過(guò)程中刻蝕和沉積的比例來(lái)調(diào)節(jié)深溝槽的角度，SF6分解出F基團(tuán)對(duì)硅進(jìn)行等向性刻蝕，同時(shí)等離子體SF6／02中的O反應(yīng)基會(huì)在反應(yīng)過(guò)程中生成SiOxFv聚合物，這種副產(chǎn)物會(huì)抑制硅的刻蝕，低溫狀態(tài)下反應(yīng)氣體SF6揮發(fā)性降低同時(shí)增加抑制層的形成，離子轟擊將會(huì)成為刻蝕的主要?jiǎng)恿?，各向異性刻蝕得到進(jìn)一步加強(qiáng)，深溝槽形貌保持較好但速率會(huì)有損失，刻蝕阻擋層一般會(huì)用氧化膜作為硬掩膜，為了速率，單步刻蝕會(huì)損失對(duì)光刻膠的選擇比，當(dāng)溝槽深度過(guò)深，光刻膠是無(wú)法阻擋單步刻蝕的u J。

相較于第一種刻蝕方法，單步穩(wěn)態(tài)刻蝕方法能獲得平滑的側(cè)壁表面，對(duì)刻蝕腔體的影響比較低，而間歇式刻蝕方法則要求在短時(shí)間內(nèi)對(duì)刻蝕腔體進(jìn)行清洗維護(hù)。

在深溝槽超級(jí)結(jié)的單步穩(wěn)態(tài)刻蝕工藝中壓力、硅片溫度和氧氣含量是影響深溝槽輪廓的主要參數(shù)。而深溝槽的角度、寬度和深度是影響最終擊穿電壓的主要因素。

通過(guò)以上三個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)可以控制深溝槽的角度和深度，深溝槽的角度與壓力和氧氣含量成反比，而與硅片溫度成正比，但是刻蝕速率跟氧氣含量和硅片溫度成反比，氧氣含量的增加和硅片溫度的降低都會(huì)降低刻蝕速率，引入TCP RF功率和BiasRF進(jìn)行調(diào)整，增大等離子體的密度和轟擊能量，都能加速刻蝕速率和控制深溝槽深度，例如在TCP RF400 W到800 W的范圍內(nèi)，刻蝕速率增加迅速，而深溝槽的輪廓卻改變較小。同時(shí)還要注意，氧氣含量過(guò)多，針狀的硅尖刺缺陷會(huì)劇增尤其在硅片的中間，氧氣含量過(guò)少，在硅片邊上深溝槽的側(cè)壁有較大的損傷，而這兩種缺陷都會(huì)導(dǎo)致器件的漏電，硅片溫度過(guò)高，深溝槽形狀變形，硅片溫度過(guò)低，深溝槽刻蝕不下去，因此在得到目標(biāo)角度時(shí)，氧氣含量和硅片溫度的中心點(diǎn)能夠有效地平衡以上的缺陷。

在深溝槽超級(jí)結(jié)的單步穩(wěn)態(tài)刻蝕工藝中，圖形的疏密度和刻蝕面積對(duì)干法刻蝕也有很大的影響。針對(duì)不同疏密度深溝槽刻蝕的結(jié)果，在版圖設(shè)計(jì)上可以進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。對(duì)于不同刻蝕面積的深溝槽刻蝕可以進(jìn)行有效的時(shí)間調(diào)節(jié)。在工藝研發(fā)中這兩個(gè)重要的因素是不可忽略的。

審核編輯：劉清