低挥发刻蚀产物淀积平衡的变化 - 上腔室窗口温度对STI刻蚀工艺的影响

低挥发刻蚀产物淀积平衡的变化

　　淀积平衡的变化似乎是观测到的刻蚀终止现象最貌似合理的解释。在用Cl2/O2化学品刻蚀Si过程中，可能会形成某些低挥发刻蚀产物。这些产物再淀积在腔壁、上窗口和晶圆上。但是，晶圆上再淀积产物数量少时，它们会被等离子刻蚀掉。当上窗口温度增加时，淀积平衡就因晶圆比窗口温度低而发生偏移，低挥发产物更倾向淀积在晶圆上。到达某一点，淀积超过刻蚀，就发生刻蚀终止。

　　在刻蚀终止区域的所有结构上都观察到厚25nm的薄膜，见图3。比较同一晶圆的不同区域(刻蚀终止-左面、刻蚀完成-右面)可以发现，薄膜不仅淀积在顶部Si表面，而且淀积在Si3N4上。在各结构的侧壁上亦观测到此薄膜。

　　

 

　　淀积层大多是含百分之几Cl的SiO2一类。像SiO2一样，它很容易用HF水溶液去除，TOFSIMS显示存在Si、O和Cl(图4)。薄膜/Si界面处的Cl浓度增加，这一现象解释如下。当Si用氯气刻蚀时，在表面上形成富Cl层。薄膜淀积在Si表面顶部时，富Cl层埋入淀积薄膜下面。

　　

 

　　用椭圆偏振光谱仪进行的薄膜厚度测量结果也支持上述再淀积理论。刻蚀体Si时，薄膜厚度随刻蚀时间线性增长(图5)，一个典型的淀积行为。Si源有限(在SiO2上淀积200nmSi)时，无Si留下产生刻蚀产物，薄膜生长终止。O2浓度过高(50sccm)时，刻蚀终止几乎发生在整个晶圆上，且造成刻蚀产物的可用Si数量亦是有限的。随晶圆温度增加而刻蚀终止减少也支持淀积理论--在较热的表面淀积比较不明显。

　　

 

　　结论

　　对于刻蚀终止随上石英窗口温度增加而出现的最可能解释是，一些低挥发刻蚀产物(可能是SiOxCly一类物质)淀积平衡的改变。窗口温度与晶圆温度(60℃)相当时，低挥发刻蚀产物淀积在晶圆和窗口上。一旦窗口温度上升高于85℃，低挥发刻蚀产物优先淀积在此时温度低于窗口的晶圆上，引起刻蚀终止。