Plasma etching of Si and polycrystalline silicon with CCl□ F and its mixture gases

Abstract

含氟氣體為常使用的蝕刻氣體，但對矽與多晶矽的蝕刻會有底削及負載效應，不適 合今日發展超大型積體電路的要求。使用含氯的氣體，已發現可以改善這些缺點。 本篇研究在平行板系統用三氯氟甲烷(CCl□F)及分別加入 O□、H□、Ar、N□、 CHF□、CH□ 之混合氣體對單晶矽 (N)、無摻雜與摻雜的多晶矽、二氧化矽的電漿 蝕刻。實驗結果如下：(1) 蝕刻速率以高溫擴散法摻雜磷的多晶矽最快，其它依次 為矽 (N)，無摻雜的多晶矽、二氧化矽。(2) 蝕刻速率隨著射頻功率 (80∼140 W) 、壓力 (0.2∼0.5 torr)、溫度(30∼120℃) 的增加而增加，與流量 (20∼80 cc/ min)為起初增加(覷 0 cc/min) 後來減小的關係。(3) 在蝕刻時間120 秒內，蝕刻 速率有三個階段的變化。(4) 蝕刻速率與溫度具有線性關係，因此可由Arrhenius 方程式求得活化能。其各活化能如下：摻雜磷的多晶矽 0.41 kcal/mole、矽(N) 0.43 kcal/mole、無摻雜的多晶矽 0.45 kcal/mole、二氧化矽 0.84 kcal/mole。 (5) 添加O□、Ar、N□等氣體會有最高的蝕刻速率出現，O□、N□在5 cc/min，Ar 在 15 cc/min。而添加H□、CHF□、CH□則會降低蝕刻速率，以加 H□降得最快。 (6) 以 CCl□F 蝕刻摻雜磷的多晶矽，在蝕刻條件為流量20 cc/min、射頻功率120 W、 壓力0.3 torr、溫度30℃、極板距離1.5 cm，可能產生異向性蝕刻獲得陡削的 側壁。當增加流量及溫度，側壁則會有傾斜現象；增加壓力至0.4 torr，則出現底 削現象。(7) 添加 O□、Ar、N□、CHF□（流量40 cc/min ）均可以維持陡削的側 壁，而加CH□則產生傾斜的側壁。