轮廓修正（多步沉积-刻蚀）的HDP-CVD工艺-----------纳米集成电路制造工艺 张汝京等 编著

图4.18 是一个典型的多步沉积-刻蚀 HDP-CVD的工艺。与一般的 HDP相似，主要通过SiH₄和O₂反应来形成SiO₂薄膜。但是沉积过程的要求与传统的 HDP 不同，传统的HDP-CVD 要求侧壁沉积尽可能薄以提供足够的开口使反应粒子可以到达沟槽底部，最大限度实现从底部到顶部的填充。但是多步 DEP-ETCH 的 HDP-CVD 主要是以SiO₂的刻蚀为主导的，因此轮廓结构的控制更重要，最优化的沉积应该有足够厚的侧壁保护，对称的沉积轮廓。应用材料的研究表明（见图 4.19），较低的沉积温（230~600°C）能够很大地改善侧壁的保护但又不损伤填充能力，同时可以通过调节沉积温度将薄膜的应力从180MPa调到100MPa。一旦沉积条件确定后，填充能力可以通过每个循环中沉积和刻蚀的量来优化。降低每个沉积过程的沉积厚度可以实现更多次的轮廓调整，但是这样会增加沉积时间也引入更多的F，有可能会对器件可靠性造成影响。而沉积过程中的物理轰击气体分子量越大，可以在沟槽顶部形成 Cusping来以保护沟槽顶部在刻蚀过程中不被损伤。目前主要采用He 为主的He/H₂混合，主要想通过保证填充能力的同时为沟槽顶部提供足够的保护。

刻蚀过程是多步dep-etch 的关键步骤，刻蚀过程通过与 NF₃的反应去除掉 SiO₂，由于NF₃在沟槽不同部位的入射角不同，可以实现顶部刻蚀较多从而可以修整部分填充后的沟槽的形状得到更容易填充的沟槽结构。刻蚀过程所采用的载气H_2，载气的分子量越小，可以尽量减少物理轰击的效果。另外刻蚀的对称性对最后的完全填充非常重要，尤其在晶片边缘，由于F radical 的方向性，这种不对称性就更加严重，可以通过调节压力、NF₃气体流量、衬底偏压大小以及刻蚀化学物质来对对称性进行优化。刻蚀的量必须进行非常好的控制。对于特定的沟槽结构，要进行沉积和刻蚀量的优化，尽可能达到填充、沉积速率以及刻蚀 Window 的平衡。

另外为了尽可能降低薄膜中由于 NF₃刻蚀而引入的F。刻蚀结束后，引入Ar/O_{2/He/H2等离子体处理可以去除薄膜中所残留的F，通过调整等离子体处理的时间和功率大小可以优化等离子体处理工艺，将薄膜中的F含量降低到0.07at. %。}

多步沉积-刻蚀填满沟槽后，进一步沉积一层高温的SiO₂薄膜，作用有二，进一步去除薄膜中残留的F以及提高薄膜的质量。