書籍：《炬豐科技-半導體工藝》

文章：復合硅化物柵電極的等離子刻蝕

編號：JFKJ-21-495

作者：炬豐科技

摘要

為了在 VLSI 應用中獲得難熔金屬硅化物復合結構（即硅化物/多晶硅/柵極氧化物）的優(yōu)勢，必須在對基本規(guī)則或后續(xù)晶圓加工幾乎沒有影響的情況下定義這些結構。本文研究了使用平行板和筒形等離子體反應器的薄膜定義。平行板系統(tǒng)符合所有標準。使用 CF4/O2 等離子體研究了多晶硅、WSi2 和 SiO2 的蝕刻速率。定義的復合結構的邊緣輪廓取決于組成層的蝕刻速率比，這些結果與各向同性蝕刻的經典模型一致。一個過程被定義為可接受的邊緣輪廓。

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復合結構的背景

最近，高導電難熔金屬或其硅化物已被用作多晶硅電極和互連線的替代品。一種技術涉及用高導電材料直接替代多晶硅。Crowder 和 Zirinsky ?提出的這種技術的替代方案包括一層摻雜的多晶硅，上面覆蓋著難熔金屬二硅化物。這種復合結構（polycide）保留了眾所周知的多晶硅/SiOg 界面的優(yōu)點，同時提供了低電阻率的硅化物導體。多晶硅 IGFET 器件的電氣特性最近已被證明與同時加工的多晶硅 IGFET 器件等效。

處理程序

通過在單晶 <100> 硅晶片上生長 45 nm 的熱 SiO2 來制備樣品。200 納米低壓 CVD 多晶硅，原位摻雜磷，濃度為 1 或 2 x IO21 cm一3，然后被沉積。隨后，200 nm 的 WSi? 在預熱到 150°C 的晶片上共蒸發(fā)。蒸發(fā)技術的細節(jié)之前已經報道過 (13)。、

發(fā)現(xiàn)未退火的 WSi2 的蝕刻速率是不可再現(xiàn)的并且變化高達 30%。這種變化對于過程控制是不可接受的。然而，在 N2 中在 1000°C 下進行 15 分鐘的短均化退火足以穩(wěn)定 WSi2 蝕刻速率。

本研究中使用了兩種類型的等離子蝕刻機。最初的工作是在帶有鋁蝕刻隧道的桶式反應器中進行的。石英室的直徑為 8 英寸，長度為 13 英寸。25 瓦的射頻 (13.56 MHz) 功率電容耦合到反應器中。在蝕刻循環(huán)期間，壓力保持在 27 帕斯卡，CF4/O2 氣體流量為 20sccm。外部石英加熱器允許將腔室加熱到 75°C。第二等離子體蝕刻反應器是具有徑向向內流動模式的平面系統(tǒng)。400 瓦的 13.56 MHz 射頻功率被施加到水冷上電極。在接地的下電極上保持 40°C 的溫度。壓力保持在 33 帕斯卡，CF4/O2 的總流量為 170sccm。該反應器如圖 3 所示。

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結果

桶式反應器的徑向蝕刻速率不均勻性是眾所周知的 (21)。為了最大限度地減少 WSi2 薄膜的這種徑向不均勻性，CF4/ 中必須具有高 O2 濃度（M8% O2）。氧氣。WSig 在 CF4 中含 8% O2、0.2 Torr、25W、75°C 腔室溫度的條件下的蝕刻速率為?80 nm/min 小樣品。不幸的是，WSia 的蝕刻速率比：在這些濃度下，多晶硅是 2:1。

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