第32卷第5期电子元件v01．32No．2009年10月．，。，，ina，[、、n伽Fi‰，C^ina，，with：+(RIE)of．CHF3+CFt，and．，．．tioe，／min，．6％．62．：RIE；；；EEACC：2550E渗碳硅的反应离子蚀刻研究苟君，吴志明+，太惠玲，袁凯(电子科技学院电子薄膜与集成元件国家重点实验室，北京)摘体对蚀刻速度、均匀性和对光刻胶的选择比三个蚀刻参数的影响。
通过优化二氧化碳配比，比较蚀刻结果，最终获得了蚀刻速度为119nm／min，均匀性为0．6％，对光刻胶选择比为3．62的蚀刻渗碳硅的优化工艺。关键词：反应离子蚀刻；渗碳硅；蚀刻二氧化碳；优化中图分类号：TN304．055文献标示码：蚀刻是在晶圆上复制所需图形的最后图形转移通的工艺中，采用H。PO,干法蚀刻或等离子体涂覆的工艺步骤，是微机械加工中最关键的工艺之一，直渗碳硅就可以取得较好的疗效，所以专门对渗碳硅接决定着元件的性能和成品率。湿法蚀刻的各向异蚀刻的研究不多。但随着VLSI中图形线宽越来越性可以实现细微图形的转换，满足越来越小的规格窄，渗碳硅蚀刻的要求也越来越高，如须要时常进行要求，已代替干法蚀刻成为最主要的蚀刻形式。其细腰线、小柱或小孔蚀刻等，促使对渗碳硅的反应离中，反应离子蚀刻因其具有较高的蚀刻速度、良好的子蚀刻工艺的研究显得必要。方向性和选择比而得以广泛运用[1]。目前好多文献采用氟基二氧化碳蚀刻渗碳硅[}6l，并渗碳硅(sisN。)是一种化学、化学性能都十分优对工艺参数(如射频功率、气体浮力及二氧化碳流量等)秀的半导体材料，在微机械加工工艺中常被用作绝进行了优化，但同时采用不同二氧化碳体系蚀刻渗碳硅缘层、表面钝化层、最后保护膜和结构功能层[2]。
普收稿日期：2009—06—15更改日期：2009-06—30@；吴志明(1964一)，男，电子科技学院院长，博士生导师，近些年来的主要研究方向为红外敏感材料及元件、电子聚合物材料及元件、压电铁电及复合材料等，zmwu@uestc．；太惠玲(1980-)，女，电子交大讲师，博士结业于电子科技学院。从事红外敏感材料及半导体制造工艺研究，@uestc．edu万方数据第5期苟君，吴志明等：渗碳硅的反应离子蚀刻研究865CHF3+02三种工艺二氧化碳体系对渗碳硅进行渗氮，×4蚀刻机。蚀刻机台主要组成部份有：软研究不同蚀刻二氧化碳对蚀刻速度、均匀性和对光刻胶件控制系统、RF系统、气柜系统、真空系统、腔体系的选择比三个蚀刻参数的影响，通过比较与剖析，获统、冷却系统、终点测量系统等。得了蚀刻渗碳硅的优化工艺。三种工艺二氧化碳体系蚀刻渗碳硅，并改变二氧化碳流量比，1渗碳硅的反应离子蚀刻原理通过蚀刻速度、均匀性和对光刻胶的选择比等三个ion反应离子蚀刻(，RIE)是一参数进行优化，之后比较并剖析蚀刻结果。实验过种化学和物理作用相结合的蚀刻方式。
程中二氧化碳浮力为5Pa，射频功率为400W，反应腔室室温为40℃，基片水温为5℃。实验结果如下：①采用CHF3蚀刻实验中改变CHF3流量，得出渗碳硅蚀刻速度、光刻胶蚀刻速度和均匀性与CHF3流量之间的关系曲线，如图2所示。图1反应离子刺蚀设备简图图1是反应离子蚀刻设备简图。阳极与反应腔接地，阴极是功率电极，射频功率源频度为13．56MHz。要蚀刻的晶圆放置在功率电极上。反应室中的二氧化碳在高频电场的作用下辉光放电，产生等离子体。等离子体中富含离子、电子及游离基等，可与被蚀刻样品表面的原子发生物理反应，产生图2渗碳硅蚀刻速度(职(鼠N‘))、光刻胶挥发性物质，达到蚀刻样品表层的目的。同时，高能离子在一定的工作压力下，射向样品表面，进行化学量()之间的关系轰击和蚀刻，促使反应离子蚀刻具有挺好的各向异性[71。②采用CHF3+CHF3蚀刻实验中保持CHF3和CHF3总流量(30能蚀刻渗碳硅的二氧化碳好多，一般能形成氟、氯活sccm)不变，改变CF4的流量，得出渗碳硅蚀刻速度、光刻胶蚀刻速度和均匀性基的二氧化碳均可以涂覆渗碳硅，如CHFa、CF4、SF6、NFs等[4]。
氟炭化合物是蚀刻渗碳硅的常用氨气，性与CF4流量之间的关系曲线，如图3所示。如采用CHF3、CF4作为蚀刻二氧化碳，蚀刻渗碳硅的主要过程为[8-9]：CHF3÷CHF2*，CF3*，F*，H*CF4一CF3*+CF2*+CF*+F*F*+H*一HF+si+F*一SiF4十Si3N4+F*—，SiF4十+N2千式中，有上标星号的CF3*，CF2*，CF*，F*表示具有强物理反应活性的活性基。反应生成的siF4十、HF十、Nz十等挥发性二氧化碳被真空系统抽离图3渗碳硅刘蚀速度(ER(Si3N4))、光刺胶反应腔体，完成对渗碳硅的蚀刻。可见蚀刻渗碳硅刺蚀速度(ER(PR))和均匀性(U)与CF4流量主要是氟原子活性基的作用。反应二氧化碳中氟活性原()之间的关系子的比列大则有利于蚀刻的进行。2实验与结果流量芑悉曼S某萎量鏊凳嚣毒翥姜嚣萎本实验所用蚀刻机为日本FHR公司出产的验，得出渗碳硅蚀刻速度、光刻胶蚀刻速度和均匀性万方数据866电子元件第32卷与02流量的关系曲线，如图4所示。表1采用CHF3蚀刻渗碳硅的最优化蚀刻工艺CR蚀刻s．。N。的蚀刻速度比采用CHF3蚀刻时大，且蚀刻速度随CR流量的减小而减小。
这是由于CF,提供富氟等离子体，对渗碳硅具有较高的蚀刻速度；而CHF3在蚀刻过程中生成较多聚合物，CHF3的H及本身相对低的F／C，使其蚀刻速度不图4渗碳硅刺蚀速度(ER(鼠N‘))、光刘肢高。降低CF4的比列，即减小反应二氧化碳中的F／C刺蚀速度(ER(PR))和均匀性(U)与02流量比，使蚀刻速度减小。()的关系光刻胶的蚀刻速度也随CF,二氧化碳浓度降低而减小，由于CHF。在光刻胶表面生成聚合物减轻离子刻蚀，对(均匀性估算公式为光刻胶的轰击和蚀刻提高。选择比先减小，CF4流JL量为时最大，为2．73后有所减弱。u％=(XI。一xtnin)／2ave(∑五)×100％i11式中，X；为测试点处的膜厚，X一、‰分别为所有CF4二氧化碳浓度较少时，因CHF3反应生成聚合物的局部淀积，致使均匀性较差；随着CF4二氧化碳比列的测试点膜厚的最大值、最小值，九为测试点个数。本降低，蚀刻速度降低，且用于聚合物淀积的中性离子论文中取n=9，膜厚通过台阶仪测得。)相对降低，均匀性得到改善。但实验发觉当CF4比列3剖析与讨论再继续减小(>)时，均匀性又变差，这可能是因为较多CF4的不均匀轰击和蚀刻造成的。
(1)由图2可以看出，采用CHF3二氧化碳蚀刻Si。N4时，随着CHF。二氧化碳流量的降低，渗碳硅和光为时，均匀性最好，蚀刻速度和选择比也较刻胶蚀刻速度骤然发生微小变化，选择比(渗碳硅刻高，如表2所示。蚀速度与光刻胶蚀刻速度之比)也变化不大(～2)。裹2采用CHF3+CF,蚀刻渗碳硅的最优化蚀刻工艺CHFs流量为时渗碳硅蚀刻速度最大，为40nm／rnin。低流量时蚀刻速度相对较低主要是由于反应二氧化碳供应不足；当流量小于时，抽出去的二氧化碳的量降低，其中未参与反应的活性物质的③比较图2、图3、图4可以看出，02的加入对抽出量也急剧降低，故蚀刻速度又有所回升。渗碳硅蚀刻速度的提升有显著的作用。这是由于：随着二氧化碳流量的降低，蚀刻后均匀性变好，在总02加人后，会发生如下反应：流量接近时达到最佳；当流量的继续降低时，蚀刻均匀性又开始变差。这是由于：假如二氧化碳总可见02可消耗掉部份碳氟原子，使氟活性原流量不足，基片局部区域(中央)的液相粒子被用尽，子比列上升，造成蚀刻速度明显增强。蚀刻速度在基片边沿处的蚀刻速度要低于基片中央，造成了刻sccm左右时达到最大，然后因为02对02流量为5蚀均匀性较低。流量增大使中央和边沿的活性物质蚀刻二氧化碳的稀释，蚀刻速度有所回升。含量达到一致离子刻蚀，均匀性变好。但随着工艺二氧化碳总流用CHF3和02对渗碳硅进行渗氮，由于02消量的继续降低，活性粒子被很快抽走，使得基片表面耗掉部份碳原子，蚀刻速度减小，同时使聚合物局部中央和边沿的物理蚀刻程度不同，又增加了蚀刻均淀积降低，获得了挺好的蚀刻均匀性(