引言

在使用低溫卡盤的低壓高密度等離子體反應器中研究了硅結構的深且窄的各向異性蝕刻。我們華林科納以前已經證明了這種技術在這種結構上的可行性。已經研究了蝕刻速率和輪廓的改進，并且新的結果顯示，在5 μm的平均蝕刻速率下，2 pm寬的溝槽蝕刻到50 pm的深度，具有高度各向異性的輪廓和對SiO2掩模非常高的選擇性。

介紹

自從微電子機械系統(MEMS)出現以來，硅的深腐蝕已經成為一種有吸引力的技術。來自表面技術系統公司、阿爾卡特公司或應用材料公司等制造商的新型商用蝕刻工具已經迅速問世，以滿足日益增長的需求，并且現在能夠深度蝕刻超過300 pm的硅。工藝控制得越來越好，不同種類的MEMS，如壓力傳感器和加速度計已經用這種技術生產出來。新的挑戰包括增加縱橫比(深度/寬度),同時保持高蝕刻速率和高各向異性。

結果

螺旋中蝕刻率的提高

在之前的工作中，其他作家已經證明了在家用低溫螺旋反應器中以高蝕刻速率蝕刻硅中的深窄溝槽的可行性。所獲得的輪廓是高度各向異性的，在蝕刻到35 pm深的大約1 ymN2 pm側溝槽的掩模下具有底切。各向異性定義為A=1-（Vy/Vy），其中為橫向蝕刻速率，為垂直蝕刻速率，約為0.97，斜率約為88。垂直蝕刻速率約為3.6/zm/min，而在更寬的溝槽中則超過5從m/min，與工業和商業上可用的反應器相比，這是可以接受的。值得注意的是，A=1-（Vy/Vy），其中為橫向蝕刻速率，為垂直蝕刻速率，約為0.97，斜率約為88。垂直蝕刻速率約為3.6/zm/min，而在更寬的溝槽中則超過5從m/min，與工業和商業上可用的反應器相比，這是可以接受的。值得注意的是，時間。這是通過將SF6流量從200 sccm增加到200 sccm實現的；已知氣體流量的增加提供了更多的氟自由基，因此增加了蝕刻速率。使用更高的傳導率和更高的渦輪分子泵也提高了泵系統的效率，以便在高氣體流速下保持低壓。

僅增加氣體流量而不改變其他參數會導致各向同性的輪廓，因為橫向蝕刻速率也會增加。為了獲得各向同性的分布，需要改變氧流量、偏壓和主要壓力。在具有相同各向異性程度的剖面中，蝕刻速率從3.6增加到大約4.7。在3 Pa時。我們獲得了2.7阿明的蝕刻速率，在5 Pa下增加到4.7阿明，但是在進一步的壓力下下降。高壓增加了氟原子和其他自由基的形成，但也減少了離子流量。6蝕刻速率的最初增加是由于較高的氟濃度，高壓下的減少是由于離子流量的減少。

在螺旋體中的輪廓的改進

當試圖隨著較長的處理時間蝕刻更深時，輪廓主要受到掩模下的下切擴大溝槽開口和10min處理時間后出現輕微彎曲的影響。必須盡量減少下切口，以調整剖面的坡度，并必須消除彎曲。對這兩種影響有顯著影響的參數是氧流、偏置電壓、基底溫度和壓力。

氧濃度增強鈍化，從而減少橫向蝕刻。對于更高的氧流量，欠切割和彎曲可以顯著減少；然而，更高的鈍化導致高度積極的輪廓和深度的限制。在一定的工藝條件下，也會形成黑硅。因此，不可能僅僅通過只調節氧流量來完全消除這些影響。

高偏置電壓增加了離子的能量和離子的能量

襯底溫度是影響底切和彎曲的另一個參數。已知低溫會顯著降低橫向蝕刻mte，而由于離子轟擊而保持垂直蝕刻速率。然而，過低的溫度并不能消除橫向蝕刻。此外，另一個影響是產生負面形象；隨著溫度的降低，觀察到溝槽底部的擴大。這種現象可能是由底部鈍化層厚度的減少引起的，因為頂部附近氧原子的消耗較高。因此，橫向蝕刻在溝槽頂部減少，而在底部顯著增加。

最后，可以通過以下方式最大限度地減少底切和彎曲增加氣體壓力?？梢钥闯鰆ri E'ig。當壓力從3 Pa增加到7 Pa時，fi、底切和彎曲顯著減少。彎曲可以完全消除。這可能是由于當壓力增加時，較高氧濃度的bettet鈍化與低離子通量結合。增加壓力的另一個優點是蝕刻速率也增加了。

圖3中示出了優化的輪廓。以5 μm/min的平均蝕刻速率將2 pm寬的溝槽蝕刻到50 pm深，這與聚合物鈍化技術相當。底切約為1 pm，彎曲可忽略不計。各向異性約為0.98，對氧化物掩模的選擇性高于500∶1。該工藝已被成功用于證明功率器件中深溝槽隔離的可行性。

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結論

在自制的螺旋等離子體反應器中研究了硅窄溝的深低溫蝕刻。

最后，在我們的低溫卡盤中測量了晶圓的變形，以估計晶圓和卡盤之間的溫差。在晶圓的中心，預計相差大約10攝氏度。氟化硫氣體流量和提高泵送系統的效率，提高了窄溝槽（~2寬）中的蝕刻速率。壓力和溫度的調節優化了蝕刻速率和各向異性。
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