馬洪江，蔡 震

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng) 110032)

1 引言

微電子工藝技術(shù)發(fā)展非?？欤渲幸粋€(gè)主要的特征尺寸就是溝道長(zhǎng)度。在亞微米工藝的集成電路中，往往使用摻雜的多晶硅作為柵極控制部分。這是由于多晶硅電極與半導(dǎo)體之間的功函數(shù)差比較小，有利于降低MOSFET的閾值電壓。同時(shí)，采用摻雜多晶硅柵來(lái)代替常用的鋁柵，能夠承受比較高的熱處理溫度，并且還可以作為離子注入時(shí)的掩模版，以實(shí)現(xiàn)MOSFET中所說(shuō)的柵極自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)并且串聯(lián)電阻小，這有利于提高器件的工作頻率和速度。而多晶硅的腐蝕結(jié)果就決定了后來(lái)的柵極寬度也就是源漏電極邊界，如圖1所示。下面對(duì)多晶腐蝕的一些問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和解決。

如果最終的多晶硅柵長(zhǎng)度太短，源區(qū)和漏區(qū)就可能穿通，如果柵長(zhǎng)度太長(zhǎng)，Ids將減小，從而使IC工作速度緩慢甚至不能工作［1］。

圖1 腐蝕后的摻雜多晶示意圖

2 基本原理

在多晶硅的干法腐蝕中，可以采用含氟基或氯基的氣體進(jìn)行腐蝕，若選用含氟基的氣體可以獲得很高的腐蝕速率，但多晶硅覆蓋在很薄的柵極氧化層上，如果氧化層被穿透，氧化層下面的源－漏極間的Si也將被快速刻蝕。而含氟基氣體對(duì)二氧化硅也有高的腐蝕速率，所以選用含氯基的腐蝕氣體。實(shí)際應(yīng)用中我們選擇CL2和He的混合氣體作為主要腐蝕氣體，反應(yīng)式如下:

產(chǎn)物之一的SiCL2會(huì)形成一層聚合物保護(hù)膜:

此保護(hù)膜可以保護(hù)側(cè)壁，造成各向異性腐蝕［2］。

3 問(wèn)題實(shí)例分析及解決

刻蝕多晶硅通常是一個(gè)三步工藝過(guò)程，這使得在不同的刻蝕工藝中能對(duì)各向異性的刻蝕和選擇比進(jìn)行優(yōu)化。這三個(gè)步驟為:①是預(yù)刻蝕，用于去除自然氧化層、硬的掩蔽層(如SION)和表面污染物來(lái)獲得均勻的刻蝕(這也減少了刻蝕中作為微掩蔽層的污染物帶來(lái)的表面缺陷)，主要采用能刻蝕硅含氟氣體。②是腐蝕至終點(diǎn)的主刻蝕。這一步用來(lái)刻蝕掉大部分的多晶硅膜，不損傷柵氧化層并獲得理想的各向異性的側(cè)壁剖面。③是過(guò)刻蝕，用于去除刻蝕殘留物和剩余多晶硅，并保證對(duì)柵氧化層的高選擇比。

我們以LAM 490作為腐蝕設(shè)備，選用CL2和He配比作為主刻蝕氣體。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)及總結(jié)，對(duì)幾個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析和解決。

(1)均勻性不好，中間腐蝕速率快

造成此問(wèn)題的主要原因?yàn)殡姌O間隙過(guò)大或氦氣流過(guò)低。解決方法為減小電極間隙或者增加氦氣流量，氦氣在反應(yīng)中有助于擴(kuò)散腐蝕劑，延長(zhǎng)離子壽命。

(2)均勻性好，腐蝕速率過(guò)低

造成此問(wèn)題的主要原因有3點(diǎn)，一個(gè)是功率過(guò)低，導(dǎo)致生成反應(yīng)離子的數(shù)量很少，造成腐蝕速率過(guò)低;一個(gè)是反射功率過(guò)高，過(guò)高的反射功率導(dǎo)致了正向功率的損失，此時(shí)應(yīng)注意檢查各種硬件是否有問(wèn)題，射頻電纜是否都連接正常，有沒(méi)有燒壞，反應(yīng)室內(nèi)是否有電弧。再有一個(gè)就是腐蝕氣流過(guò)低，影響了反應(yīng)離子數(shù)量的產(chǎn)生，應(yīng)加大氣流量或者檢查流量計(jì)是否工作正常，計(jì)量準(zhǔn)確。

(3)腐蝕速率高

造成此問(wèn)題的主要原因除了跟上面原因相反外，有空氣或者潮氣都會(huì)使腐蝕速率加快，應(yīng)注意檢測(cè)反應(yīng)室的漏率及將要腐蝕的片子進(jìn)行適當(dāng)堅(jiān)膜。

(4)多晶對(duì)氧化層的選擇比低

正常情況下，因?yàn)檫x用氯氣和氦氣作為反應(yīng)氣體，因此對(duì)下面的柵氧化層有很高的選擇比，但在下列情況下應(yīng)注意，這些會(huì)降低選擇比:功率高，毋庸置疑離子轟擊的能量太高，應(yīng)注意降低功率;反應(yīng)室比較臟，導(dǎo)致反應(yīng)氣體中含有腔體內(nèi)部的碳加快了氧化層的腐蝕。

(5)多晶硅腐蝕后“倒梯形”

腐蝕后多晶硅在SEM下呈現(xiàn)出“倒梯形”的形貌，如圖2所示。

圖2 腐蝕后的“倒梯形”形貌

這個(gè)是多晶硅腐蝕中比較常見(jiàn)的，出現(xiàn)這樣的問(wèn)題主要有以下3點(diǎn)原因:①氦氣流量過(guò)低，通常情況下氦氣與氯氣的比例應(yīng)大于1.5∶1;②硅片溫度過(guò)高，導(dǎo)致生成的聚合物氣化，造成側(cè)向腐蝕，應(yīng)注意查看水冷系統(tǒng);③功率過(guò)高，過(guò)高的功率會(huì)使硅片溫度上升，減少聚合物的生成，使反應(yīng)氣體能夠繼續(xù)對(duì)多晶硅的側(cè)壁進(jìn)行侵蝕。

4 結(jié) 束 語(yǔ)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)分析，部分解決了在多晶硅柵電極腐蝕過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，使得刻蝕工序的技術(shù)人員能夠借鑒已有的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)論，減少在以后的實(shí)際工作中出現(xiàn)同樣問(wèn)題的幾率，并在出現(xiàn)這樣問(wèn)題的時(shí)候縮短相應(yīng)的修正時(shí)間。

［1］曾瑩，嚴(yán)利人，王紀(jì)民，等.微電子制造科學(xué)原理與工程技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2003.

［2］劉玉嶺，檀柏梅，張楷亮，編著.微電子技術(shù)工程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.