一種控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，該方法至少包括：提供一位于反應腔室中且覆蓋有光阻圖形的氧化硅結構；接著將所述反應腔室中通入第一氟碳化合物氣體，刻蝕所述氧化硅結構形成第一溝槽；接著停止第一氟碳化合物氣體的供給并將所述反應腔室中通入第二氟碳化合物氣體，刻蝕所述氧化硅結構，形成與所述第一溝槽貫通的第二溝槽；控制所述第二溝槽與所述第一溝槽深度的比例使得所述第二溝槽的底部平坦化。本發(fā)明通過控制C2F6和C4F8對二氧化硅溝槽刻蝕深度的比例使得二氧化硅溝槽底部呈平坦化。同時取代氮化硅作為阻擋層而節(jié)省了生產的成本。
【專利說明】
一種控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體制作方法，特別是涉及一種控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法。
【背景技術】
[0002]干法刻蝕是半導體工藝中最重要的技術之一，其目的是完整將掩膜圖形復制到硅片表面，其范圍涵蓋前段CMOS柵極大小的控制以及后段金屬通孔以及溝槽的刻蝕。在今天沒有一個集成電路芯片能在缺乏等離子體刻蝕技術情況下完成?？涛g是用化學或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程?？涛g的基本目的是在旋涂光阻的硅片上正確地復制掩膜圖形。有圖形的光阻層在刻蝕中不受刻蝕源顯著的侵蝕。這層掩膜用來在刻蝕中保護硅片上的特殊區(qū)域而選擇性地刻蝕掉未被光阻保護的區(qū)域。在通常的CMOS工藝流程中刻蝕都是在光刻工藝之后進行，從這一點來說，刻蝕看成在硅片上復制出想要的圖形的工藝轉移步驟。
[0003]在干法刻蝕系統(tǒng)中，刻蝕作用是通過化學或物理作用，或者是化學和物理的共同作用來實現(xiàn)的。在純化學機理中，等離子體產生的反應元素(自由基和反應原子)與硅片表面的物質發(fā)生反應。為了獲得很高的選擇比，進去反應腔室的氣體(一般含氟)都經(jīng)過慎重選擇。等離子體化學刻蝕由于它是各向同性，因而線寬控制差，反應產生的揮發(fā)性生成物被真空栗抽走。
[0004]等離子體干法刻蝕利用刻蝕氣體在電場加速作用下形成的等離子體中的活性基與被腐蝕材料發(fā)生化學反應，形成揮發(fā)性物質并隨氣流帶走。二氧化硅等離子體干法刻蝕工藝最常用的刻蝕氣體為氟碳化合、氟化的碳氫化合物，如CF4、C2F6X4F8, CHF3、CH2F2等，在RFSOI產品的生產過程中，在制作二氧化硅的溝槽時，由于考慮到WAT測試，并沒有制作相應的阻擋層，并且要求溝槽的底部呈現(xiàn)平坦化，而用常規(guī)工藝刻蝕后的溝槽底部會呈弧形。
[0005]因此，有必要提出一種新的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法來解決上述問題。

【發(fā)明內容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，用于解決現(xiàn)有技術中在制作二氧化硅的溝槽時，由于沒有相應阻擋層并采用常規(guī)工藝使得溝槽底部呈現(xiàn)弧形而達不到溝槽底部平坦化工藝要求的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，該方法至少包括:(I)提供一位于反應腔室中且覆蓋有光阻圖形的氧化硅結構；
(2)將所述反應腔室中通入第一氟碳化合物氣體，刻蝕所述氧化硅結構形成第一溝槽；(3)停止第一氟碳化合物氣體的供給并將所述反應腔室中通入第二氟碳化合物氣體，刻蝕所述氧化硅結構，形成與所述第一溝槽貫通的第二溝槽；控制所述第二溝槽與所述第一溝槽深度的比例使得所述第二溝槽的底部平坦化。
[0008]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述第一氟碳化合物氣體為C2F6;所述第二氟碳化合物氣體為C 4Fs。
[0009]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述第一氟碳化合物氣體為C4F8;所述第二氟碳化合物氣體為C 2F6。
[0010]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述C2F6與所述C4F8對所述氧化硅的刻蝕深度比為1.6:1?1.8:1。
[0011]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述反應腔室中通入所述C2F6的過程中伴隨著通入CO，其中CO的分子密度為157/cm 3?193/cm3。
[0012]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述反應腔室中通入所述C4F8的過程中伴隨著通入氬氣，所述氬氣的分子密度為112/cm 3?138/
3
cm ο
[0013]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，通入所述C2F6的過程中，反應腔室中的壓強為180mtorr?220mtorr。
[0014]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，通入所述C4F8的過程中，反應腔室中的壓強為27mtorr?33mtorr。
[0015]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述反應腔室中通入的C2F6的流量為108sccm?132sccm。
[0016]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述反應腔室中通入的C4F8的流量為5sccm?7sccm。
[0017]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述反應腔室中通入C2F6的過程中，刻蝕時間為27s?33s。
[0018]作為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述反應腔室中通入C4F8的過程中，刻蝕時間為45s?55s。
[0019]如上所述，本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，具有以下有益效果:通過控制C2F6和C4F8對二氧化硅溝槽刻蝕深度的比例使得二氧化硅溝槽底部呈平坦化。同時取代氮化硅作為阻擋層而節(jié)省了生產的成本。
【附圖說明】
[0020]圖1顯示為本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法流程示意圖。
[0021]圖2顯示為本發(fā)明中利用C2F6刻蝕二氧化硅形成凹形底部的溝槽結構示意圖。
[0022]圖3顯示為本發(fā)明中單獨利用C4F8刻蝕二氧化硅形成凸形底部的溝槽結構示意圖。
[0023]圖4顯示為本發(fā)明實施例一形成底部平坦的第二溝槽的結構示意圖。
[0024]圖5顯示為本發(fā)明實施例二形成底部平坦的第二溝槽的結構示意圖。
[0025]元件標號說明
[0026]SI ?S3 步驟
[0027]10氧化硅結構
[0028]11 第一溝槽
[0029]12第二溝槽
【具體實施方式】
[0030]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0031]請參閱圖1至圖5。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0032]實施例一
[0033]如圖1所示，表示的是本發(fā)明控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的流程，本發(fā)明的所述方法步驟如下:步驟一:提供一位于反應腔室中且如圖2所示的覆蓋有光阻圖形的氧化硅結構10，所述反應腔室用于對所述氧化硅結構進行刻蝕，刻蝕所述氧化硅結構的方法為干法刻蝕，而且為等離子體干法刻蝕。優(yōu)選地，本發(fā)明中用于進行等離子體干法刻蝕的刻蝕設備為Applied material eMax CENTURAII設備。該設備帶有用于進行干法刻蝕的反應腔室；所述氧化硅結構一般為制作好的二氧化硅材質結構，在所述氧化硅結構的表面覆蓋有光阻圖形(光掩模圖形)，刻蝕時是按照該光掩模圖形進行刻蝕，使得光掩模上的圖形轉換至所述氧化硅結構上，使得所述氧化硅上形成溝槽。
[0034]接著實施步驟二:將所述反應腔室中通入第一氟碳化合物氣體，刻蝕所述氧化硅結構形成如圖2所示的第一溝槽11，表示的是利用C2F6刻蝕二氧化硅形成凹形底部的溝槽結構示意圖。本實施例中，優(yōu)選地，所述第一氟碳化合物氣體SC2F6。C2F6蝕刻的現(xiàn)象及原理:分子中氟碳量之比為3:1，所以呈現(xiàn)各向同性蝕刻的特點，控制工藝使得溝槽側壁比較直，但是底部呈現(xiàn)如圖2所示的凹形“圓弧”狀，該步驟中，優(yōu)選地，所述反應腔室中通入所述C2F6的過程中伴隨著通入CO，其中CO的分子密度為157/cm3?193/cm3。通入CO的作用是作為反應的輔助氣體來平衡碳的系統(tǒng)中碳的含量。氟碳化合物氣體中CF基團是最關鍵的因子，F(xiàn)與氧化硅反應起主要刻蝕作用。優(yōu)選地，通入所述C2F6的過程中，反應腔室中的壓強為180mtorr?220mtorr。本實施例中，進一步優(yōu)選地，所述反應腔室中通入的C2F6的流量為108sccm?132sccm。同時所述反應腔室中通入C2F6的過程中，刻蝕時間為27s?33s。在以上工藝條件下，所述第一溝槽底部凹下的深度為357A。
[0035]接著實施步驟三:停止第一氟碳化合物氣體的供給并將所述反應腔室中通入第二氟碳化合物氣體，刻蝕所述氧化硅結構，形成如圖4所示的與所述第一溝槽11貫通的第二溝槽12 ;控制所述第二溝槽與所述第一溝槽深度的比例使得所述第二溝槽的底部平坦化。本實施例中，所述第一氟碳化合物為氣體C2F6,第二氟碳化合物氣體為C4F8,因此，停止C2F6的供給后，將所述反應腔室中通入C4F8,繼續(xù)對所述氧化硅結構10進行刻蝕，C4F8蝕刻的現(xiàn)象及原理為其分子中的氟碳含量之比為2:1，電荷聚集在溝槽側壁而吸引等離子體，使得出現(xiàn)溝槽底部出現(xiàn)拱起的現(xiàn)象，形成凸起的底部。
[0036]如圖3所示，表示的是單獨利用C4F8刻蝕二氧化硅形成凸形底部的溝槽結構示意圖。優(yōu)選地，所述反應腔室中通入所述C4F8的過程中伴隨著通入氬氣，所述氬氣的分子密度為112/cm3?138/cm3。氬氣的作用一方面是作為稀釋氣體；另一方面可以轟擊被刻蝕體的表面，加快刻蝕速率。并且通入所述C4F8的過程中，反應腔室中的壓強為27mtorr?33mtorr。同時所述反應腔室中通入的C4F8的流量為5sccm?7sccm。進一步地，所述反應腔室中通入C4F8的過程中，刻蝕時間為45s?55s。在以上工藝條件下，如圖3所示的溝槽底部“拱起”的高度?171A。
[0037]而本實施例中的步驟三是在所述由C2F6刻蝕形成的所述第一溝槽基礎上形成與所述第一溝槽貫通的第二溝槽，所述第二溝槽利用C4F8進行刻蝕，如圖4所示，在以上所述工藝條件之下，形成與所述第一溝槽11貫通的第二溝槽12。并且最終形成的如圖4所示的所述第二溝槽12的底部呈現(xiàn)平坦化。因此，本實施例的目的是調節(jié)步驟二中通入C2F6的工藝條件以及調節(jié)步驟三中通入C4F8的工藝條件使得刻蝕的所述第一溝槽和第二溝槽的深度比例達到1.6:1?1.8:1，從而保證彼此貫通的所述與所述第一溝槽貫通的第二溝槽的底部呈現(xiàn)平坦化。
[0038]實施例二
[0039]本實施例與實施例一不同之處在于步驟二中通入的第一氟碳化合物氣體為C4F8;在步驟三中通入的所述第二氟碳化合物氣體為C2F6。
[0040]如圖1所示，表示的是本實施例控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法的流程，本發(fā)明的所述方法步驟如下:步驟一:提供一位于反應腔室中且覆蓋有光阻圖形的氧化硅結構10，所述反應腔室用于對所述氧化硅結構進行刻蝕，刻蝕所述氧化硅結構的方法為干法刻蝕，而且為等離子體干法刻蝕。優(yōu)選地，本發(fā)明中用于進行等離子體干法刻蝕的刻蝕設備為Applied material eMax CENTURAII設備。該設備帶有用于進行干法刻蝕的反應腔室；所述氧化硅結構一般為制作好的二氧化硅材質結構，在所述氧化硅結構的表面覆蓋有光阻圖形(光掩模圖形)，刻蝕時是按照該光掩模圖形進行刻蝕，使得光掩模上的圖形轉換至所述氧化娃結構上，使得所述氧化娃上形成溝槽。
[0041]接著實施步驟二:將所述反應腔室中通入第一氟碳化合物氣體，刻蝕所述氧化硅結構形成第一溝槽11，本實施例中，優(yōu)選地，所述第一氟碳化合物氣體為C4Fs。C4F8刻蝕的現(xiàn)象及原理:其分子中的氟碳含量之比為2:1，電荷聚集在溝槽側壁而吸引等離子體，使得出現(xiàn)溝槽底部出現(xiàn)拱起的現(xiàn)象，形成凸起的底部。該步驟中，優(yōu)選地，所述反應腔室中通入所述C4F8的過程中伴隨著通入氬氣，所述氬氣的分子密度為112/cm3?138/cm3。氬氣的作用一方面是作為稀釋氣體；另一方面可以轟擊被刻蝕體的表面，加快刻蝕速率。并且通入所述C4F8的過程中，反應腔室中的壓強為27mtorr?33mtorr。同時所述反應腔室中通入的C4F8的流量為5sccm?7sccm。進一步地，所述反應腔室中通入C 4FS的過程中，刻蝕時間為45s?55s。在以上工藝條件下，如圖3所示的溝槽底部“拱起”的高度?171A。
[0042]接著實施步驟三:停止第一氟碳化合物氣體的供給并將所述反應腔室中通入第二氟碳化合物氣體，刻蝕所述氧化硅結構，形成如圖5所示的與所述第一溝槽11貫通的第二溝槽12 ;控制所述第二溝槽與所述第一溝槽深度的比例使得所述第二溝槽的底部平坦化。本實施例中，所述第一氟碳化合物為氣體C4F8,第二氟碳化合物氣體為C2F6,因此，停止C4F8的供給后，將所述反應腔室中通入C2F6,繼續(xù)對所述氧化硅結構10進行刻蝕，C2F6蝕刻的現(xiàn)象及原理為其分子中氟碳量之比為3:1，所以呈現(xiàn)各向同性蝕刻的特點，控制工藝使得溝槽側壁比較直，但是底部呈現(xiàn)如圖2所示的凹形“圓弧”狀，所述反應腔室中通入所述C2F6的過程中伴隨著通入CO，其中CO的分子密度為157/cm3?193/cm3。通入CO的作用是作為反應的輔助氣體來平衡碳的系統(tǒng)中碳的含量。氟碳化合物氣體中CF基團是最關鍵的因子，F(xiàn)與氧化硅反應起主要刻蝕作用。優(yōu)選地，通入所述C2F6的過程中，反應腔室中的壓強為180mtorr?220mtorr。本實施例中，進一步優(yōu)選地，所述反應腔室中通入的C2F6的流量為108sccm?132sccm。同時所述反應腔室中通入C2F6的過程中，刻蝕時間為27s?33s。在以上工藝條件下，形成如圖2所示的溝槽底部凹下的深度為357A。
[0043]如圖2所示，表示的是單獨利用C2F6刻蝕二氧化硅形成凸形底部的溝槽結構示意圖。而本實施例中的步驟三是在由C4F8刻蝕形成的第一溝槽11的基礎上形成與所述第一溝槽貫通的第二溝槽12，所述第二溝槽利用C2F6進行刻蝕，如圖5所示，在以上所述工藝條件之下，形成與所述第一溝槽11貫通的第二溝槽12。并且最終形成的如圖5所示的所述第二溝槽12的底部呈現(xiàn)平坦化。因此，本實施例的目的是調節(jié)步驟二中通入C4F8的工藝條件以及調節(jié)步驟三中通入C2F6的工藝條件使得刻蝕的所述第一溝槽和第二溝槽的深度比例達到1:1.6?1:1.8，從而保證彼此貫通的所述與所述第一溝槽貫通的第二溝槽的底部呈現(xiàn)平坦化。
[0044]綜上所述，本發(fā)明的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法通過控制C2F6和C 4F8對二氧化硅溝槽刻蝕深度的比例使得二氧化硅溝槽底部呈平坦化。同時取代氮化硅作為阻擋層而節(jié)省了生產的成本。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產業(yè)利用價值。
[0045]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于，該方法至少包括: (1)提供一位于反應腔室中且覆蓋有光阻圖形的氧化硅結構； (2)將所述反應腔室中通入第一氟碳化合物氣體，刻蝕所述氧化硅結構形成第一溝槽； (3)停止第一氟碳化合物氣體的供給并將所述反應腔室中通入第二氟碳化合物氣體，刻蝕所述氧化硅結構，形成與所述第一溝槽貫通的第二溝槽；控制所述第二溝槽與所述第一溝槽深度的比例使得所述第二溝槽的底部平坦化。2.根據(jù)權利要求1所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:所述第一氟碳化合物氣體為C2F6;所述第二氟碳化合物氣體為C4Fs。3.根據(jù)權利要求1所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:所述第一氟碳化合物氣體為C4F8;所述第二氟碳化合物氣體為C 2F6。4.根據(jù)權利要求2或3所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:所述C2F6與所述C 4FS對所述氧化娃的刻蝕深度比為1.6:1?1.8:1。5.根據(jù)權利要求4所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:所述反應腔室中通入所述C2F6的過程中伴隨著通入CO，其中CO的分子密度為157/cm 3?193/3cm ο6.根據(jù)權利要求5所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:所述反應腔室中通入所述C4F8的過程中伴隨著通入氬氣，所述氬氣的分子密度為112/cm3?138/cm3。7.根據(jù)權利要求5所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:通入所述C2F6的過程中，反應腔室中的壓強為180mtorr?220mtorr。8.根據(jù)權利要求6所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:通入所述C4F8的過程中，反應腔室中的壓強為27mtorr?33mtorr。9.根據(jù)權利要求7所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:所述反應腔室中通入的C2F6的流量為108sccm?132sccm。10.根據(jù)權利要求8所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:所述反應腔室中通入的C4F8的流量為5sccm?7sccm。11.根據(jù)權利要求9所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:所述反應腔室中通入C2F6的過程中，刻蝕時間為27s?33s。12.根據(jù)權利要求10所述的控制氧化硅溝槽底部平坦化的刻蝕方法，其特征在于:所述反應腔室中通入C4F8的過程中，刻蝕時間為45s?55s。
【文檔編號】H01L21/311GK105845563SQ201510018733
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月14日
【發(fā)明人】王智東, 傅俊
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司