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1、2003年10月第十二屆全國電子束、離子束、光子束學術(shù)會北京深硅槽的刻蝕研究趙玉印歐文中國科學院微電子中心100029摘要在集成電路技術(shù)中，深硅槽主要用于雙極集成電路中的隔離以及DRAM中的電容制作。由于雙極集成電路中的工作電流大，深硅槽隔離技術(shù)對于雙極集成電路來說是非常重要的，同時也能減少器件面積，而對于DRAM制作，深硅槽能制備出大電容，并占用較小的面積。在深溝隔離和深槽電容中，深硅槽的刻蝕技術(shù)是很關(guān)鍵的，本文對深硅槽的刻蝕進行了研究。l引言在雙極集成電路中，由于工作電流大，所以對隔離的要求非常高。深溝隔離技術(shù)由于能大大減小器件面積和c—s寄生電容，能顯著
2、提高NPN管的高頻特性，增大集電極一集電極之問的擊穿電壓，因而在職極集成電路中得到廣泛的應(yīng)用；而在CMOS中，埋層、外延層和深溝隔離的聯(lián)合使用，能徹底消除閂鎖效應(yīng)1。而對于制作DRAM器件，如果不采用高k的介質(zhì)材料，則制作平面電容需要占用很大的芯片面積，而采用深硅槽制作DRAM電容，則占用很小的芯片面積，因而也是常用的技術(shù)。深硅槽的刻蝕技術(shù)是實現(xiàn)深溝隔離技術(shù)和制作DRAM硅槽電容得很重要的技術(shù)，它必須滿足器件的要求，主要關(guān)鍵點如下：1)刻蝕之前，要刻蝕掉的硅區(qū)必須清洗干凈，同時也要去掉上面的自然氧化層，因為任何自然氧化物的存在都將引起溝槽底部出現(xiàn)“黑硅”(表面
3、沾污)。2)要注意控制刻蝕剖面，保持深硅槽一定的傾斜度也是非常重要的，這能保證深硅槽能刻到一定深度，同時又能實現(xiàn)無空洞的填充“。3)在刻蝕快結(jié)束時，用各向同性的濕法代替干法，這樣可以在溝道底形成光滑的鬩角，使在以后的氧化工藝過程中不會產(chǎn)生由于壓力而引起的缺陷”。4)阻擋層的選擇是重要的，要滿足前面所說的深硅槽傾斜度的要求，這種阻擋層對硅的選擇比不要太高，最好是低于l：104。本文采用C1。／HBr、SF。／o。和C11／BCl，／SF。三種氣體組分分別進行了深硅槽的刻蝕，并對結(jié)果進行了分析。2實驗及結(jié)果分析我們在工藝研究過程中采用的是4英寸的硅外延片，埋層加外
4、延層的厚度約為5um，因此要求能刻蝕出大于6um的溝槽，版圖上所有的溝槽的寬度為1．2微米。對于阻擋層，為了與標準的CMOS工藝兼容，不能采用含金屬原子的材料，因為這種材料中所含的金屬原子可能會對一些高溫設(shè)備帶來污染?。因此，我們采用國際上常用的三層掩膜結(jié)構(gòu)TEOS／Si。Na／siO!。我們采用了cl。／}mr、sFe／O。和C17／BCl。／SFe三種氣體組分分別進行了深硅槽的刻蝕，首先我國家重點基礎(chǔ)研究專項經(jīng)費G20000365和國家自然科學基金60276023資助項目。2003年10月第十二屆全國電子束、離子束、光子束學術(shù)會北京們采用了cl：和HBr作
5、為主刻氣體，這種氣體組合，Si對SiO。的刻蝕選擇比很高(大于20：1)，得到的深溝形狀很好，但是這種氣體組合，刻蝕速率極慢，而且，由于HBr的存在，很容易在硅表面生成聚合物，這樣，刻蝕時間稍微一長，溝道里就會形成黑硅，所以用這種方法，不可能刻出深為6um，寬度小于2um的非常潔凈的溝槽出來，如圖1所示。圖l、采用C11／HBr氣體組分刻蝕的硅槽的SEM照片特點：表面發(fā)黑，刻蝕不能繼續(xù)進行下去，因而刻不出大于6um的深硅槽。為了解決采用上一種氣體組合出現(xiàn)的問題，我們采用了sFn／O。的氣體組分，這一氣體組分刻硅槽，刻蝕速度快，由于沒有HBr，沒有生成聚合物，表
6、面很干凈，但是刻蝕的各向異性不好，其剖面形狀大致如圖2所示。如果加大0：組分，雖然在各向異性方面有所改善，但由于0：組分的增加，刻膠加快，溝槽寬度依然很大，不能滿足要求。圖2、采用sFe／O。組分的深硅槽刻蝕剖面示意圖特點：硅槽寬度：4um硅槽深度：4．5um增加氧含量后，各向異性得到改善，但溝槽寬度依然很大。為解決上一氣體組分帶來的硅槽張口太大的問題，我們采用C1。／BCl。／SF。，氣體組分，在其中加入SF。是為了增加刻蝕速率。這一氣體組分去膠的速率比較快，因此必須采用TEOS／Si。Na／siO：一243一石一叫．2003年10月第十二屆全國電子束、離子
7、束、光子束學術(shù)會北京阻擋層．該氣體組分刻SiOz的速率也比較快向的膠去掉。加大BC]。的成分，并降低功率因此在刻蝕過程中，雖然加了阻擋層，但并不把上可以獲得好的硅槽形狀，如圖3所示。圖3、采用C1：／BCl。／SFe刻蝕的硅槽的SEM剖面照片特點：表面干凈，側(cè)壁形狀好，有一定的傾斜度。采用C1：／BCl=，／SF。氣體組分．隨著刻蝕深度的增加，在底角處，會形成一個小槽，如圖4所示。分析其原因，應(yīng)該是轟擊的等離子體被側(cè)壁反射形成的。由于側(cè)壁并非陡直，所以垂直而下的轟擊等離子體會被傾斜的側(cè)壁反射一部分，這種反射會加大溝底兩側(cè)的轟擊離子的密度，這就會大大加快這些區(qū)域
8、的刻蝕速率。刻蝕時間越長，邊上的小溝就
