摘要：干法腐蝕與傳統(tǒng)的濕法腐蝕相比，具有明顯的各向異性，并且具有較好的可重復(fù)性、可控性及在硅片加工中易實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前硅微波功率晶體管研制和生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。本文對(duì)目前干法腐蝕在硅微波大功率晶體管中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，指出隨著硅微波功率晶體管工作頻率的不斷提高，對(duì)高性能各向異性的干法腐蝕技術(shù)要求也更加迫切。
關(guān)鍵詞：干法腐蝕；各向異性；微波功率晶體管；硅

1 引言
干法腐蝕已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體工藝和其他腐蝕環(huán)境中，腐蝕工藝是硅微波功率晶體管研制、生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝。隨著器件特征尺寸的不斷縮小，干法腐蝕技術(shù)的獨(dú)到優(yōu)點(diǎn)就越發(fā)明顯，首先其具有較好的各向異性，可以得到垂直的圖形側(cè)壁，利于細(xì)線(xiàn)條的加工；其次具有較好的工藝重復(fù)性和可控性，在一定程度上可降低工藝控制難度。而傳統(tǒng)的濕法腐蝕是將顯影堅(jiān)膜后的晶片浸泡在腐蝕液中進(jìn)行化學(xué)腐蝕，其腐蝕是各項(xiàng)同性的，由于橫向腐蝕的存在，難以形成細(xì)線(xiàn)條腐蝕和陡峭的側(cè)壁，這對(duì)進(jìn)一步提高晶體管的頻率性能和提高工藝成品率不利。

2 基本原理
干法腐蝕是一種使腐蝕劑處于“活性氣態(tài)”情況下進(jìn)行腐蝕的方法，其主要是利用輝光放電過(guò)程形成化學(xué)活性基，在一定能量離子的轟擊下，與被腐蝕膜層發(fā)生選擇性腐蝕，反應(yīng)生成物能被氣流帶走的氣體�？紤]雙原子A2與電子e的碰撞，則對(duì)應(yīng)于一定能量的電子，會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)
A2+ e ──→A*2+ e
A2+ e ──→ A*2+ 2e
A2+ e ──→ A*+A+ +2e

激發(fā)狀態(tài)的原子A*和分子A*2具有很強(qiáng)的化學(xué)活潑性，極易與晶片表面的原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成揮發(fā)性的氣態(tài)物質(zhì)，形成對(duì)晶片表面的不斷腐蝕�？梢钥闯�，要想實(shí)現(xiàn)干法腐蝕，必須具有活性基的等離子體。工藝上一般是采用具有一定能量的高頻電場(chǎng)（標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率13.56MHz）使腐蝕氣體分子產(chǎn)生輝光放電，在放電過(guò)程中，電子與氣體分子或原子產(chǎn)生非彈性碰撞，該碰撞可以產(chǎn)生化學(xué)性質(zhì)很活潑的分子激勵(lì)和活性基，但其壽命較短，很快就被締合。當(dāng)激發(fā)與締合速率相等時(shí)，則維持等離子體狀態(tài)；當(dāng)保持一定條件時(shí)，即可產(chǎn)生干法腐蝕。例如，對(duì)于干法腐蝕常用的腐蝕劑CF4氣體，其對(duì)硅與二氧化硅的腐蝕反應(yīng)為
CF4 + e ──→ CF+3 + F*+2e
Si + 4F* ──→ SiF4
SiO2 + 4F* ──→ SiF4↑+O2↑
可見(jiàn)其是利用CF4氣體分子與被高頻電場(chǎng)加速的雜散電子進(jìn)行隨機(jī)碰撞，當(dāng)電子能量大到一定程度時(shí)，隨機(jī)碰撞變?yōu)榉菑椥耘鲎�，產(chǎn)生二次電子發(fā)射，進(jìn)一步使CF4氣體電離，形成等離子體，等離子體中含的具有很強(qiáng)化學(xué)腐蝕活性基F*，使被腐蝕物質(zhì)（硅或二氧化硅等介質(zhì)）氣化，從而達(dá)到腐蝕的目的。

3 應(yīng)用
干法腐蝕的腐蝕特性不但與被腐蝕材料有關(guān)，而且與腐蝕氣體成分、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件密不可分。工藝上主要關(guān)注的是腐蝕均勻性和腐蝕速率及選擇比。為保證大功率晶體管摻雜均勻，一般均采用注入摻雜，用二氧化硅做注入屏蔽，為保證工藝質(zhì)量，常要求腐蝕圖形陡直，如圖1所示。只有各向異性的腐蝕方法，才能實(shí)現(xiàn)這樣的陡峭圖形。工藝上如何在較快的腐蝕速率下得到較均勻的腐蝕，是必須考慮的問(wèn)題。我們?cè)诖朔矫娌捎肦IE腐蝕方法進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在采用的腐蝕氣體流量和組分一定時(shí)，腐蝕速率與反應(yīng)室的壓力有明顯的關(guān)系，而腐蝕均勻性存在一個(gè)優(yōu)值。所以在工藝上要綜合考慮工藝條件，既要保證較快的加工速度，又要保證腐蝕的均勻性，同時(shí)還要保證腐蝕的選擇比。在上述的腐蝕條件下，二氧化硅與硅的腐蝕選擇比可達(dá)10∶1以上，二氧化硅與光刻膠的腐蝕選擇比達(dá)3∶1以上。

采用RIE腐蝕，反應(yīng)室工作壓力比較低，而且被激勵(lì)的等離子體與被腐蝕晶片表面形成具有較高數(shù)值的自偏壓，這些均有利于提高腐蝕活性基的最大自由程，實(shí)現(xiàn)更好的各向異性的腐蝕。從圖2可以明顯看出，隨著工作壓力的降低，腐蝕速率有明顯提高，但腐蝕均勻性與工作壓力有一個(gè)較佳的工作點(diǎn)。同時(shí)由于過(guò)低的工作壓力對(duì)設(shè)備要求的復(fù)雜程度也會(huì)提高，故對(duì)反應(yīng)室工作壓力要綜合考慮。

由CF4腐蝕二氧化硅和硅的反應(yīng)式看出，如果直接采用CF4氣體進(jìn)行干法腐蝕，會(huì)出現(xiàn)二氧化硅與硅的腐蝕選擇比較差的現(xiàn)象，所以上述試驗(yàn)是采用CHF3和CF4混合氣體作為腐蝕劑進(jìn)行的，我們也曾直接采用CHF3氣作腐蝕劑，雖然腐蝕圖形剖面較好，但腐蝕速率過(guò)慢且腐蝕均勻性難令人滿(mǎn)意，采用新的腐蝕方法后，腐蝕均勻性明顯改善，腐蝕速率也明顯提高，且二氧化硅與硅的腐蝕選擇比也比較高。眾所周知，在射頻功率下，含氟的化合物氣體可分解為CF*3，CF*2，CF*，F(xiàn)*等活性基，為提高二氧化硅與硅的腐蝕選擇比，常常要在二氧化硅腐蝕干凈前，盡量減少硅的腐蝕活性基F*，而盡可能提高二氧化硅的腐蝕活性基CF*x（x≤3）的比例，加氫在一定程度上能有效吸收F*，保證腐蝕二氧化硅時(shí)與硅有較高的腐蝕選擇比。

對(duì)介質(zhì)層的腐蝕采用RIE雖然可以獲得較好的腐蝕剖面，實(shí)現(xiàn)較高的各向異性腐蝕，但其腐蝕速率