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1、半导体光电2010年12月第31卷第6期向鹏飞等:CCD多晶硅刻蚀技术研究材料、结构及工艺CCD多晶硅刻蚀技术研究向鹏飞,袁安波,杨修伟,高建威(重庆光电技术研究所,重庆400060)摘要:CCD晶硅刻蚀相比于传统CMOS工艺的多晶硅刻蚀需要多晶硅对氮化硅更高的刻蚀选择比,更长的过刻蚀时间。采用Cl2+He,Cl2+He+O2,Cl2+He+O2+HBr三种工艺气体组分在Lam4420机台进行了多晶硅刻蚀实验,研究了不同气体配比、不同射频功率对刻蚀速率、选择比、条宽、侧壁形貌等参数的影响。通过优化工艺参数,比较刻蚀
2、结果,最终获得了适合于CCD多层多晶硅刻蚀的工艺条件。关键词:多晶硅;刻蚀;选择比;CCD中图分类号:TN386.5文献标识码:A文章编号:1001-5868(2010)06-0885-03StudyonTechnologyofPolyEtchinCCDXIANGPengfei,YUANAnbo,YANGXiuwei,GAOJianwei(ChongqingOptoelectronicsResearchInstitute,Chongqing400060,CHN)Abstract:RelativetonormalCMO
3、Spolyetchprocess,thetechnologyofpolyetchinCCDneedhigherselectivitybetweenpolyandSiN,andmoreoveretchtime.PolyetchonLam4420machinewasperformedwithCl2+He,Cl2+He+O2andCl2+He+O2+HBrasetchinggases.Therelationshipbetweendifferentetchinggases,RFpowerandthefourparametersofe
4、tchrate,selectivity,profileandCDbiaswasresearched.Byoptimizingtheratioofdifferentgasesandcomparingthedifferentetchingresults,theoptimizedetchingprocessforCCDwasobtained.Keywords:poly;etch;selectivity;CCD0引言了研究,找到了满足CCD多层多晶硅栅布线的多晶硅刻蚀条件。CCD和标准的CMOS器件一样,都是用多晶硅作为器件的栅
5、极,多晶硅栅的刻蚀是整个CCD制1多晶硅刻蚀原理作中的关键工艺,器件成品率和器件性能都与多晶反应离子刻蚀多晶硅的反应气体是Cl2,HBr硅栅的刻蚀工艺有直接的关系。目前多晶硅刻蚀在等气体,反应离子刻蚀主要有化学刻蚀和物理刻蚀CMOS工艺中是很成熟的工艺技术,但CCD的多两方面的作用。晶硅栅刻蚀与CMOS器件的多晶硅刻蚀相比有较(1)化学刻蚀(反应刻蚀)。反应气体(Cl2,大的不同。因为CCD多晶硅栅极下的介质层是氮HBr)在高频电场中被电离,产生离子、电子、激发原化硅,而且需要3~4次多晶硅栅刻蚀布线以形成交子、游离原子(
6、亦称游离基)等,具有很强的化学活叠,相比于CMOS工艺中的多晶硅刻蚀需要更高的性,可以与处于等离子体中的物质发生如下化学反刻蚀选择比,更长的过刻蚀时间,才能满足CCD多[1]应:Si+4ClSiCl4,Si+4BrSiBr4。晶硅栅极刻蚀的要求。本文针对CCD多晶硅刻蚀(2)物理刻蚀(溅射刻蚀)。由于反应离子在电在刻蚀选择比、刻蚀形貌、条宽控制等几个方面进行场中获得能量,并且定向移动到硅片表面,形成对硅收稿日期:2010-11-03.片物理轰击作用,使原子或分子得到足够的动能离885SEMICONDUCTO
7、ROPTOELECTRONICSVol.31No.6Dec.2010开表面,与反应气体反应,提高了反应速度。再沉积于待蚀刻物质表面的产物或聚合物多晶硅刻蚀后的主要反应生成物为气态,直接(Polymer)打掉,以便待蚀刻物质表面能再与反应被真空系统抽走,在刻蚀过程中Cl,Br与多晶硅及蚀刻气体接触,这也进一步加速了活性刻蚀反应基[3]光刻胶反应,产生聚合物,并沉积于多晶硅条侧壁团与被刻蚀材料的反应速率。RF功率增加,射上,保护侧壁不受反应气体的刻蚀,有效地保证了刻频放电形成的等离子体密度增大,参与反应的离子[2]蚀后的多晶硅
8、线条宽度。数增加,使得多晶硅和氮化硅的刻蚀速率都变快。RF功率增加同时也导致电极上的负偏压增大,使2实验结果与分析得具有方向性的离子轰击作用增强,而离子轰击的物理作用明显,对刻蚀材料并不具有选择性,导致多本实验所用刻蚀机为美国Lam公司Lam4420晶硅对氮化硅的刻蚀速率选择比降低。机台
