干法刻蚀工艺介绍 硅的深沟槽干法刻蚀工艺方法

硅的深沟槽干法刻蚀工艺中一般有两种方法：

第一种是间歇式刻蚀方法(BOSCH)，即多次交替循环刻蚀和淀积工艺，刻蚀工艺使用的是SF6气体，淀积工艺使用的是C4F8气体，采用的是高密度电感耦合等离子体(TCP：Transformer CoupledPlasma)，输出方式有连续和脉冲两种方法，采用低温(10 oC～20 oC)的温度环境，由于间歇式刻蚀方法是多步(达到几百步)交替循环，导致深沟槽轮廓的侧壁粗糙度增加，形成类似于扇贝表面的侧壁。刻蚀阻挡层则有光刻胶和氧化膜硬掩膜两种。

第二种是单步稳态刻蚀方法(SSP)，即经典的一步刻蚀，气体使用的是SF6和02，也可以掺入CHF3、CF4、NF3或C12，HBr气体进行深沟槽形貌的调节，也可以掺入N2、Ar或He气体进行稀释，温度环境是低温(10。C～20 oC)状态，采用的也是高密度电感耦合等离子体，输出方式有连续和脉冲两种方法，在这种工艺中深沟槽侧壁能够形成反应副产物SiOxFv保护层，通过改变刻蚀反应过程中刻蚀和沉积的比例来调节深沟槽的角度，SF6分解出F基团对硅进行等向性刻蚀，同时等离子体SF6／02中的O反应基会在反应过程中生成SiOxFv聚合物，这种副产物会抑制硅的刻蚀，低温状态下反应气体SF6挥发性降低同时增加抑制层的形成，离子轰击将会成为刻蚀的主要动力，各向异性刻蚀得到进一步加强，深沟槽形貌保持较好但速率会有损失，刻蚀阻挡层一般会用氧化膜作为硬掩膜，为了速率，单步刻蚀会损失对光刻胶的选择比，当沟槽深度过深，光刻胶是无法阻挡单步刻蚀的u J。

相较于第一种刻蚀方法，单步稳态刻蚀方法能获得平滑的侧壁表面，对刻蚀腔体的影响比较低，而间歇式刻蚀方法则要求在短时间内对刻蚀腔体进行清洗维护。

在深沟槽超级结的单步稳态刻蚀工艺中压力、硅片温度和氧气含量是影响深沟槽轮廓的主要参数。而深沟槽的角度、宽度和深度是影响最终击穿电压的主要因素。

通过以上三个参数的调节可以控制深沟槽的角度和深度，深沟槽的角度与压力和氧气含量成反比，而与硅片温度成正比，但是刻蚀速率跟氧气含量和硅片温度成反比，氧气含量的增加和硅片温度的降低都会降低刻蚀速率，引入TCP RF功率和BiasRF进行调整，增大等离子体的密度和轰击能量，都能加速刻蚀速率和控制深沟槽深度，例如在TCP RF400 W到800 W的范围内，刻蚀速率增加迅速，而深沟槽的轮廓却改变较小。同时还要注意，氧气含量过多，针状的硅尖刺缺陷会剧增尤其在硅片的中间，氧气含量过少，在硅片边上深沟槽的侧壁有较大的损伤，而这两种缺陷都会导致器件的漏电，硅片温度过高，深沟槽形状变形，硅片温度过低，深沟槽刻蚀不下去，因此在得到目标角度时，氧气含量和硅片温度的中心点能够有效地平衡以上的缺陷。

在深沟槽超级结的单步稳态刻蚀工艺中，图形的疏密度和刻蚀面积对干法刻蚀也有很大的影响。针对不同疏密度深沟槽刻蚀的结果，在版图设计上可以进行改进和优化。对于不同刻蚀面积的深沟槽刻蚀可以进行有效的时间调节。在工艺研发中这两个重要的因素是不可忽略的。

审核编辑：刘清