專利名稱：硅片蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體硅片加工工藝，尤其涉及一種硅片蝕刻工藝。
背景技術(shù)：
目前，微電子技術(shù)己經(jīng)進(jìn)入超大規(guī)模集成電路和系統(tǒng)集成時(shí)代，微電子技術(shù)己經(jīng)成為 整個(gè)信息時(shí)代的標(biāo)志和基礎(chǔ)。微電子技術(shù)中，要制造一塊集成電路，需要經(jīng)過集成電路設(shè)計(jì)、掩膜板制造、原始材 料制造、芯片加工、封裝、測(cè)試等幾道工序。在這個(gè)過程中，對(duì)半導(dǎo)體硅片進(jìn)行刻蝕，形 成工藝溝槽，是關(guān)鍵的技術(shù)。常用的蝕刻方法有濕法刻蝕和干法刻蝕兩大類，其中濕法刻蝕是指利用液態(tài)化學(xué)試劑 或溶液通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕的方法；干法刻蝕則主要是利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中 的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團(tuán)等)與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通 過轟擊等物理作用而達(dá)到刻蝕的目的。其中，濕法刻蝕化學(xué)腐蝕一般都是各項(xiàng)同性的，即橫向和縱向的腐蝕速率相同，因此 濕法刻蝕的橫向鉆蝕比較嚴(yán)重，形成的刻蝕槽的側(cè)壁比較粗糙。與濕法刻蝕相比，干法刻蝕工藝的各項(xiàng)異性較好，形成的刻蝕槽的側(cè)壁比較光滑，它 特別適合于細(xì)線條刻蝕。干法刻蝕的種類很多，有的采用物理的離子轟擊方法，如濺射、 離子束刻蝕等；有的采用化學(xué)刻蝕方法，如等離子刻蝕等；有的則同時(shí)采用物理和化學(xué)相 結(jié)合的方法，如反應(yīng)等離子刻蝕、反應(yīng)離子束刻蝕等。反應(yīng)等離子刻蝕是指在活性離子對(duì)襯底的物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)的雙重作用下進(jìn)行刻蝕 的方法。這種方法各向異性好，而且選擇性好、對(duì)襯底的損傷較小。目前，反應(yīng)等離子刻 蝕技術(shù)已經(jīng)成為集成電路制作工藝中應(yīng)用最多和最為廣泛的主流刻蝕技術(shù)。例如在半導(dǎo)體 加工工藝中，多晶硅柵、接觸孔、金屬連接、Si3N4遮擋層等均采用反應(yīng)等離子刻蝕方法進(jìn) 行刻蝕。多晶硅是集成電路多層結(jié)構(gòu)中重要的區(qū)域，其圖案化刻蝕質(zhì)量對(duì)后續(xù)工藝流程將有直 接影響?，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)多晶硅進(jìn)行刻蝕，主要有初刻、主刻、過刻三個(gè)步驟。其中主刻歩為
主體刻蝕步驟。主刻步驟中所用的工藝其體主要以HBr和/或氯化物為主。這種工藝氣體在 多晶硅刻蝕過程中，反應(yīng)生成物的蒸汽壓較高，容易揮發(fā)到氣相中，作為氣體被排出，所 以有較快的刻蝕速率，但同時(shí)在蝕刻槽側(cè)壁形成的保護(hù)層物質(zhì)也很容易脫離側(cè)壁表面，遷 移到氣相中揮發(fā)，使蝕刻槽側(cè)壁得不到有效地保護(hù)，蝕刻槽側(cè)壁表面粗糙，刻蝕的特征結(jié) 構(gòu)也很難保證，很難滿足刻蝕尺寸和刻蝕外觀的要求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種刻蝕槽側(cè)壁光滑、刻蝕的結(jié)構(gòu)特征明顯、邊緣平整的硅片刻 蝕方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的硅片刻蝕方法，用于對(duì)硅片進(jìn)行刻蝕，包括初刻、主刻、過刻三個(gè)歩驟，所述的主刻歩驟中采用的工藝氣體包括CHF3、 02及SF6的混合氣體。 所述的CHF3、 02及SF6的混合氣體的組份比例為 CHF3與02之間的體積比例為0. 02 20; 02與SF6之間的體積比例為0. 01 50。 所述混合氣體在蝕刻工藝中的流速為10-500sccm。 所述混合氣體在蝕刻工藝中的壓力為4-100mT。 所述的主刻步驟包括步驟A、 CHF3、 02及SF6按照蝕刻工藝要求的比例混合后，按照蝕刻工藝要求的速度和壓力 充入反應(yīng)腔室，所述反應(yīng)腔室裝有硅片，對(duì)硅片的刻蝕工藝在反應(yīng)腔室內(nèi)完成；同時(shí)，上 射頻電源SFR將充入反應(yīng)腔室的混合氣體電離成等離子體，下射頻電源BFR對(duì)等離子體進(jìn)行加速；B、 所述等離子體刻蝕硅片形成刻蝕槽，同時(shí)，等離子體與Si發(fā)生反應(yīng)的生成物附著 在刻蝕槽的側(cè)壁上，在側(cè)壁上形成保護(hù)層。所述的等離子體包括F'自由基、CHFx+離子、0*自由基、SF、+離子；所述步驟B包括F'自由基與Si發(fā)生反應(yīng)生成SiFx; SiFx被混合氣體中的02氧化成SiOxFy; SiOxFy附著在刻蝕槽的側(cè)壁上，在側(cè)壁上形成保護(hù)層。所述的SRF和服F在蝕刻過程中的功率分別為200-1000W和20-500W， SRF和BRF的頻率分別為lMHz—lOOMHz。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的硅片刻蝕方法，由于主刻歩驟 中采用的工藝氣體包括CHF3、 02及SF6的混合氣體，主刻過程中上射頻電源SFR將充入反應(yīng) 腔室的混合氣體電離成等離子體，下射頻電源BFR對(duì)等離子體進(jìn)行加速，其中，F(xiàn)'自由基與Si發(fā)生反應(yīng)的生成物附著在刻蝕槽的側(cè)壁上，在側(cè)壁上形成保護(hù)層，使刻蝕槽側(cè)壁光滑、刻蝕的結(jié)構(gòu)特征明顯、邊緣平整。該方法可適用于線寬小于90nm的多晶硅層刻蝕，也可用 十真它欣片的刻蝕。


圖l為刻蝕前的硅片結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明刻蝕過程中，等離子刻蝕反應(yīng)機(jī)理參考圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)的刻蝕方法的刻蝕效果參考圖；圖4為本發(fā)明的刻蝕方法的刻蝕效果參考圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明主要用于對(duì)硅片進(jìn)行刻蝕，其較佳的具體實(shí)施方式
是，包括初刻、主刻、過刻 三個(gè)歩驟，其中初刻歩驟的目的是去除硅片層上方的硬質(zhì)掩膜層或其它介電層，主刻步驟 實(shí)現(xiàn)對(duì)硅片的刻蝕，過刻歩驟的目的是進(jìn)一步刻蝕硅片層，達(dá)到對(duì)硅片層的徹底刻蝕。 下面以蝕刻多晶硅為例，具體說明本發(fā)明的實(shí)施過程多晶硅是集成電路多層結(jié)構(gòu)中重要的區(qū)域，其圖案化刻蝕質(zhì)量對(duì)后續(xù)工藝流程將有直 接影響。如圖1所示，MOSFET(meta一oxide semiconductor field effect transistor)是——禾中 有代表性的絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。由于它能加工成極小的尺寸，所以經(jīng)常用于集成電路 中。MOSFET的結(jié)構(gòu)是在Si (硅)基板上有一層poly-Si (多晶硅)柵電極，兩者之間夾著薄 薄的Si02絕緣膜，上方設(shè)有一層硬質(zhì)掩模。初刻歩驟中將硅片層上方的硬質(zhì)掩膜層切開，然后，由主刻步驟對(duì)poly-Si (多晶硅) 進(jìn)行刻蝕。主刻歩驟中采用的工藝氣體包括CHF3、 02及SF6的混合氣體。所述的CHF3、 02及 SF6的混合氣體的組份比例為CHF3與02之間的體積比例為0.02 20，可以是O. 1、 2、 10、 15、 18等優(yōu)選比例;02與SF6之間的體積比例為0.01 50，可以為O. 1、 4、 10、 20、 30、 40、 45等優(yōu)選比例?；旌蠚怏w在蝕刻工藝中的流速為10-500sccm,可以為15 sccm、 30 sccm、 50 scctn、 100 sccm、 300 sccm、 400 sccm、 450 sccm等優(yōu)選流速。其中，sccm是氣體流速單位。混合氣體在蝕刻工藝中的壓力為4-100mT (毫托，真空壓強(qiáng)單位)，可以為5 iiiT、 10 mT、 50 mT、 70 mT、 90 mT、 95 mT等優(yōu)選壓力。 主刻歩驟的實(shí)現(xiàn)過程是這樣的CHF3、 02及SF6按照蝕刻工藝要求的比例混合后，按照蝕刻工藝要求的速度和壓力充 入反應(yīng)腔室，所述反應(yīng)腔室裝有硅片，對(duì)硅片的刻蝕工藝在反應(yīng)腔室內(nèi)完成；同時(shí)，上射 頻電源SFR將充入反應(yīng)腔室的混合氣體電離成等離子體，下射頻電源BRF加速等離子體對(duì)硅 片表面的轟擊，SRF和BRF在蝕刻過程中的功率分別為200-1000W和20-500W。 SRF和BRF的頻 率 一 般為1MHz- 100 MHz ，可以是2 MHz 、 10MHz 、 50MHz 、 70MHz 、 95MHz ，最好是 13. 56MHz。其中反應(yīng)腔室包括ECR (電子回旋共振)等離子體反應(yīng)器、感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng) 器、電容耦合等離子反應(yīng)器、螺旋波等離子體反應(yīng)器或磁控管等離子反應(yīng)器的反應(yīng)腔室。 也可以是其它等離子反應(yīng)器的反應(yīng)腔室。產(chǎn)生的等離子體刻蝕poly-Si形成刻蝕槽，同時(shí)，等離子體與Si發(fā)生反應(yīng)的生成物附 著在刻蝕槽的側(cè)壁上，在側(cè)壁上形成保護(hù)層。所述的等離子體包括F'自由基、CHFx+離子、O'自由基、SFx+離子。其中，F(xiàn)'自由基與 Si發(fā)生反應(yīng)生成SiFx; SiFx被混合氣體中的02氧化成SiOxFy; SiOxFy附著在刻蝕槽的側(cè)壁 上，在側(cè)壁上形成保護(hù)層。具體如圖2所示，在混合氣體中，SF6可以產(chǎn)生F'自由基，與Si發(fā)生反應(yīng)生成SiFx,生 成的不飽和產(chǎn)物SiFx具有很高的反應(yīng)活性，易被混合氣體中的02氧化成SiOxFy， SiOxFy蒸 汽壓較大，不宜擴(kuò)散到氣相中被氣體帶走，而是沉積在Si表面，進(jìn)而阻礙刻蝕的進(jìn)行。 CHF3形成的CHF/離子在Si基板附近鞘層的加速作用下，形成近乎垂直于Si基板的離子束向 poly-Si表面入射，與底層的SiOxFy反應(yīng)，生成揮發(fā)性物質(zhì)COxFy進(jìn)入氣相，使刻蝕反應(yīng)持 續(xù)進(jìn)行。而側(cè)壁形成的SiOxFy不易受到CHFx+離子的轟擊，因此達(dá)到側(cè)壁保護(hù)的目的，形成 陡直光滑的側(cè)壁結(jié)構(gòu)。如圖3、圖4所示，采用本發(fā)明的硅片刻蝕方法形成的刻蝕槽1的側(cè)壁2明顯比采用現(xiàn)有 技術(shù)的硅片刻蝕方法形成的刻蝕槽1的側(cè)壁2陡直光滑，而且結(jié)構(gòu)特征明顯、邊緣平整。該 方法可適用于線寬小于90nm的多晶硅層刻蝕，也可用于其它硅片的刻蝕。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種硅片刻蝕方法，用于對(duì)硅片進(jìn)行刻蝕，包括初刻、主刻、過刻三個(gè)步驟，其特征在于，所述的主刻步驟中采用的工藝氣體包括CHF3、O2及SF6的混合氣體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，所述的CHF3、 02及SF6的混合 氣體的組份比例為CHF3與02之間的體積比例為0. 02 20; 02與SF6之間的體積比例為0. 01 50。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，所述混合氣體在蝕刻工藝中的 流速為10-500sccm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，所述混合氣體在蝕刻工藝中的 壓力為4-100mT。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，所述的主刻步驟包括歩驟A、 CHF3、 02及SF6按照蝕刻工藝要求的比例混合后，按照蝕刻工藝要求的速度和壓力 充入反應(yīng)腔室，所述反應(yīng)腔室裝有硅片，對(duì)硅片的刻蝕工藝在反應(yīng)腔室內(nèi)完成；同時(shí)，上 射頻電源SFR將充入反應(yīng)腔室的混合氣體電離成等離子體，下射頻電源BFR對(duì)等離子體進(jìn)行 加速；B、 所述等離子體刻蝕硅片形成刻蝕槽，同時(shí)，等離子體與Si發(fā)生反應(yīng)的生成物附著 在刻蝕槽的側(cè)壁上，在側(cè)壁上形成保護(hù)層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，所述的等離子體包括F'自由 基、CHF/離子、0'自由基、SFx +離子；所述歩驟B包括F'自由基與Si發(fā)生反應(yīng)生成SiFx; SiFx被混合氣體中的02氧化成 SiOxFy; SiOxFy附著在刻蝕槽的側(cè)壁上，在側(cè)壁上形成保護(hù)層。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅片刻蝕方法，其特征在于，所述的SRF和BRF在蝕刻過程中 的功率分別為200-1000W和20-500W， SRF和BRF的頻率分別為lMHz — 100MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種硅片刻蝕方法，用于對(duì)硅片進(jìn)行刻蝕，包括初刻、主刻、過刻三個(gè)步驟，主刻步驟中采用的工藝氣體包括CHF3、O2及SF6的混合氣體?；旌蠚怏w在蝕刻工藝中的流速為10-500sccm、壓力為4-100mT。主刻過程中上射頻電源SFR將充入反應(yīng)腔室的混合氣體電離成等離子體，下射頻電源BFR對(duì)等離子體進(jìn)行加速，轟擊硅片表面，其中，F(xiàn)^*自由基與Si發(fā)生反應(yīng)生成SiFx；SiFx被混合氣體中的O2氧化成SiOxFy，附著在刻蝕槽的側(cè)壁上，在側(cè)壁上形成保護(hù)層，使刻蝕槽側(cè)壁光滑、刻蝕的結(jié)構(gòu)特征明顯、邊緣平整。該方法可適用于線寬小于90nm的多晶硅層刻蝕，也可用于其它硅片的刻蝕。
文檔編號(hào)C23F1/10GK101148765SQ20061011320
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2006年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日
發(fā)明者尹海濤 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司