[发明专利]硅的深槽刻蚀方法

说明书

本发明属于硅器件和集成电路工艺技术

在超大规模集成电路制造工艺中，硅的    隔离技术已成为推动集成电路产业向更高水平发展的一个必要手段。将深槽隔离技术应用于CMOS电路，能有效地克服闩锁效应;应用于双极电路，能大大减小寄生电容，提高击穿电压;而在4兆位以上    中，则需采用深槽技术制作存贮电容。所有这些应用关键在于能否获得侧壁垂直的深槽。

目前为获得剖面陡直的深槽一般采用具有各向异性腐蚀特点的反应离子刻蚀（RIE）技术。其工艺过程如下：

1.在硅片上低温淀积一层SiO₂，或结合器件制作工艺过程需要，淀积SiO₂/Si₃N₄/SiO₂复合薄膜。顶层SiO₂厚度约1微米，用作刻蚀硅槽的掩膜，见图1（a）。

2.光刻之后，腐蚀掉SiO₂，露出需要刻蚀硅槽区域的窗口，见图1（b）。

3.去胶之后，用RIE的办法腐蚀Si。选用含氟基的气体腐蚀Si，比如SF₆，CF₄等。由于氟基气体本身腐蚀Si是各向同性的，即使在典型的反应离子刻蚀的条件下，横向腐蚀也比较严重，往往只能得到“碗”状剖面的硅槽，见图1（c）。

显然，这不能满足深槽应用的要求。

在现有的刻蚀硅深槽技术中，除上述方法外，还有采用含氯基气体刻蚀硅的，比如用Cl₂，虽然氯基气体腐蚀硅槽能够获得较为陡直的侧壁，但硅槽底部和侧壁交接处往往形成尖角，这样会造成电场集中，影响器件的特性，而且在后续的热氧化过程中，尖角附近的氧化层不均匀，这将导致深槽电容应用的失败。另外，氯基气体具有很强的腐蚀性，会缩短设备有关部件的使用寿命。

本发明的目的是提供一种刻蚀硅深槽的方法，它能使硅槽侧壁陡直，槽底为圆弧状。

在我们的发明中，采用氟基气体（如SF₆）腐蚀硅槽，能够获得侧壁陡直而且底部为圆角的硅槽，克服了氯基气体刻蚀形成尖角的弊端，得到了剖面形貌较为理想的深槽。另外，由于SF₆无强腐蚀性，这一点比Cl₂更具有优越性，有利于设备的维护和保养，具有实用推广性。本发明的要点如下：

1.在前面提到的硅槽刻蚀工艺中，用作掩蔽的氧化层厚度达1微米，这样入射离子会在厚氧化层侧壁散射而失去方向性，造成槽内的横向腐蚀;而且厚氧化层掩膜侧壁的稍微倾斜，就会急剧增加入射离子的散射机会，造成严重的横向钻蚀。我们提出了用锆（Zr）或氮化锆（ZrN）作掩膜，即利用蒸发或溅射的方法在硅片上生长一层厚度为300至1000的锆作为掩膜，或利用反应溅射的方法在硅片上生长一层厚度为300至1000的氮化锆作为掩膜。由于这种薄膜在上述反应离子刻蚀硅的条件下几乎不被腐蚀，因此用作掩膜时它的厚度可以很薄，这样在刻蚀过程中，入射离子在掩膜侧壁的散射可以忽略不计，因而避免了由此造成的横向腐蚀。

2.为了获得侧壁陡直的硅深槽需采用各向异性刻蚀技术，而通常采用的SF₆这种氟基气体刻蚀是各向同性的，因此很难获得侧壁垂直硅深槽。我们提出用等离子氧化（或等离子氮化）的办法，在硅槽内壁形成刻蚀阻挡层，从而可以获得各向异性的腐蚀效果。具体地说是在通入氟基气体的同时通入以下附加气体：氧气（O₂）和氩气（Ar），氮气（N₂）和氩气（Ar）。或者氧气（O₂）、氮气（N₂）和氩气（Ar）。O₂和N₂的作用是进行等离子氧化（或等离子氮化）处理。这里氧（或氮）的作用是与硅反应形成氧（氮）化硅，在槽内（侧面和底部）形成阻挡刻蚀层，保护侧壁硅免遭进一步腐蚀，从而控制硅槽侧壁陡直。Ar主要起物理轰击作用，具有方向性，能除去槽底部的阻挡刻蚀层，使纵向的刻蚀反应能够继续进行下去。