減小微溝道效應的多晶矽刻蝕工藝的製作方法

2023-09-11 19:04:20

專利名稱：減小微溝道效應的多晶矽刻蝕工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及多晶矽刻蝕工藝的改進，改進後的工藝可以減小多晶矽刻蝕過程中經常出現的微溝道(Mircotrench)的現象。
背景技術：
目前在深亞微米工藝中，隨著多晶矽刻蝕線條越來越細，刻蝕後的線條高寬比也就越來越大，這樣微溝道(Mircotrench)的現象就會越明顯。微溝道(Mircotrench)的產生主要是由於電子在刻蝕過程中的異向性，使其累積在多晶矽的上層材料上，產生電場。刻蝕氣體中的正電荷具有刻蝕同向性，在下電極偏壓的作用下，應該垂直轟擊多晶矽表面，但由於這種電場的存在，改變了正電荷的運動方向，使其比較集中的轟擊在多晶矽的邊緣，從而產生微溝道(Mircotrench)現象，如圖2所示。在一篇專利號為US20040092089的美國專利中提到了一種刻蝕結構，它的硬掩膜層和傳統的硬掩膜層的材料不一樣。但該專利的硬掩膜材料的刻蝕工藝還不足以完全消除微溝道現象。

發明內容
本發明的目的是提供一種能夠基本上消除微溝道(Mircotrench)現象的多晶矽刻蝕工藝。
本發明的目的是通過以下技術方案達到的多晶矽矽片刻蝕前結構如下(1)底層為矽片；(2)矽片上生長一層二氧化矽10-50埃；(3)二氧化矽上生長一層多晶矽1000-3000埃；(4)多晶矽上生長一層硬掩膜；硬掩膜分為兩層結構，上層是RCHX，其中R是Si，Ge，B，Sn，Fe，Ti中的一種，X是O，N，S，F中的一種，厚度在300-500埃。下層是矽的氧化物，厚度在100-200埃。
矽片最上面是光刻後的光膠圖形。
一種多晶矽刻蝕工藝，其步驟如下1、刻蝕硬掩膜反應氣體中含氟氣體四氟化碳的流量為0-80sccm，氧氣的流量為0-15sccm，氬氣的流量為0-500sccm，上下電極功率分別為400-1000w、0-1000w，壓力為5-20mTorr；2、去膠採用獨立的去膠室去膠；3、多晶矽刻蝕反應氣體中氧氣的流量為1-5sccm，氮氣的流量為1-50sccm，二氟甲烷的流量為0-100sccm，氯氣的流量為50-500sccm，上下電極功率分別為400-1500w、0-1000w，壓力為20-100mTorr；4、過刻蝕反應氣體中溴化氫的流量為100-500sccm，氮氣的流量為1-50sccm，氦/氧氣(其中氦的體積比在60-80％)的流量為0-100sccm，上下電極功率分別為400-1500w、0-200w，壓力為10-50mTorr。
一種優選技術方案，其特徵在於所述步驟1中的反應氣體中含氟氣體四氟化碳的流量為10-70sccm，氧氣的流量為5-10sccm，氬氣的流量為50-300sccm，上下電極功率分別為600-800w、100-500w，壓力為10-15mTorr。
一種優選技術方案，其特徵在於所述步驟3中的的反應氣體中氧氣的流量為2-4sccm，氮氣的流量為10-30sccm，二氟甲烷的流量為40-70sccm，氯氣的流量為150-300sccm，上下電極功率分別為800-1200w、100-800w，壓力為40-60mTorr。
一種優選技術方案，其特徵在於所述步驟4的過刻蝕中的反應氣體中溴化氫的流量為200-400sccm，氮氣的流量為10-30sccm，氦/氧氣(其中氦的體積比在60-80％)的流量為10-50sccm，上下電極功率分別為800-1200w、80-150w，壓力為20-40mTorr。
四氟化碳和氯氣有聚合物產生，氧氣，氮氣增大壓力，有利於聚合物沉積。
接近刻蝕終點時，HBr氣體的刻蝕速度低，對SiO2的選擇比高，可以平衡刻蝕速度，且下電極功率一般很低。
根據本發明，針對新型的硬掩模層(Hardmask).的結構，從而產生同以往在使用矽的氧化物和氮氧化物作為硬掩模層(Hardmask)材料時不一樣的刻蝕工藝。在刻蝕硬掩膜層的過程中，使用四氟化碳刻蝕RCHX+矽的氧化物組成的硬掩膜層，氟與碳可以形成少量的(CF2)n的聚合物，從而保護硬掩膜層的側壁，氧氣的加入可以產生更多的F原子，加速硬掩膜層的刻蝕。
多晶矽刻蝕步驟分兩步，主刻過程中使用二氟甲烷氣體，隨著刻蝕深度的增加，高寬比變大，微溝道效應開始產生，在等離子體中，來源於RCHX和二氟甲烷中的氫由於離子質量輕，半徑小，很容易聚集在刻蝕窗口的側壁和底部。氫濃度高的地方，將促使形成(CF2)n覆蓋在多晶矽側壁和刻蝕表面邊緣，這樣就保護了刻蝕表面邊緣被過渡刻蝕，另外降低了F/C比(小於4)，減緩刻蝕速度，有利於聚合物沉積。氯氣也會與矽形成(SiCL2)n聚合物保護多晶矽側壁。氮氣可以降低等離子中轟擊電荷的溫度，同時控制壓力，此時壓力的數值高一些，給聚合物沉積提供充分時間。
在過刻蝕過程中，使用Si/SiO2選擇比高的HBr氣體，這樣可以完全的刻蝕掉多晶矽的殘餘物，同時不至於對SiO2有鑽蝕的現象發生。此時下電極的功率最好為零，減小等離子的轟擊能量。
本發明採用聚合物保護，高選擇比氣體刻蝕，增加腔室壓力，提高氮氣流量，降低電子溫度以及降低下電極偏壓的辦法來減小以及消除微溝道(Mircotrench)。
下面通過附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明但並不意味著對本發明保護範圍的限制。


圖1為多晶矽刻蝕的結構示意圖。
圖2為現有多晶矽刻蝕效果局部放大圖。
圖3為本發明多晶矽刻蝕效果局部放大圖。
具體實施例方式
對比實施例1多晶矽矽片刻蝕前結構如下(1)底層為矽片；(2)矽片上生長一層二氧化矽20埃；(3)二氧化矽上生長一層多晶矽1500埃；(4)CVD的方法在多晶矽上生長矽的氧化物和氮氧化物的硬掩膜層，厚度500埃；(5)矽片最上面是光刻後的光膠圖形。
一種多晶矽刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜反應氣體中含氟氣體，主要是四氟化碳，流量為100sccm，氧氣的流量為30sccm，氬氣的流量為200sccm，上下電極功率分別為1000w、150w，壓力為2mTorr；
(2)去膠採用獨立的去膠室去膠；(3)多晶矽刻蝕反應氣體中氧氣的流量為15sccm，四氟化碳的流量為80sccm，溴化氫的流量為150sccm，上下電極功率分別為700w、60w，壓力為10mTorr；(4)過刻蝕反應氣體中溴化氫的流量為300sccm，氦/氧氣的流量為80sccm，上下電極功率分別為750w、0w，壓力為15mTorr。
如圖2所示，所得刻蝕多晶矽的結構的刻蝕線條邊緣有微溝道。
實施例1如圖1所示，多晶矽矽片刻蝕前結構如下(1)底層4為矽片；(2)矽片上生長一層40埃的二氧化矽3；(3)二氧化矽上生長一層1500埃的多晶矽2；(4)PECVD的方法在多晶矽上生長矽的氧化物和RCHX的硬掩膜層1，厚度600埃；(5)矽片最上面是光刻後的光膠圖形。
一種多晶矽刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜反應氣體中含氟氣體四氟化碳的流量為60sccm，氧氣的流量為10sccm，氬氣的流量為10sccm，上下電極功率分別為900w、200w，壓力為10mTorr；(2)去膠採用獨立的去膠室去膠；(3)多晶矽刻蝕反應氣體中氧氣的流量5sccm，氮氣的流量是40sccm，二氟甲烷的流量為90sccm，氯氣的流量為300sccm，上下電極功率分別為1000w、500w，壓力為50mTorr；(4)過刻蝕反應氣體中溴化氫的流量為300sccm，氮氣的流量為45sccm，氦/氧氣(氦體積比佔70％)的流量為80sccm，上下電極功率分別為800w、0w，壓力為40mTorr。
實施例2多晶矽矽片刻蝕前結構如下(1)底層為矽片；
(2)矽片上生長一層二氧化矽25埃；(3)二氧化矽上生長一層多晶矽2000埃；(4)PECVD的方法在多晶矽上生長矽的氧化物和RCHX的硬掩膜層，厚度500埃(5)矽片最上面是光刻後的光膠圖形。
一種多晶矽刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜反應氣體中含氟氣體四氟化碳的流量為10sccm，氧氣的流量為2sccm，氬氣的流量為40sccm，上下電極功率分別為400w、1000w，壓力為20mTorr；(2)去膠採用獨立的去膠室去膠；(3)多晶矽刻蝕反應氣體中氧氣的流量4sccm，氮氣的流量是35sccm，二氟甲烷的流量為80sccm，氯氣的流量為50sccm，上下電極功率分別為1400w、50w，壓力為20mTorr；(4)過刻蝕反應氣體中溴化氫的流量為500sccm，氮氣的流量為35sccm，氦/氧氣(氦的體積比佔60％)的流量為100sccm，上下電極功率分別為1500w、200w，壓力為50mTorr。
實施例3多晶矽矽片刻蝕前結構如下(1)底層為矽片；(2)矽片上生長一層二氧化矽15埃；(3)二氧化矽上生長一層多晶矽1500埃；(4)PECVD的方法在多晶矽上生長矽的氧化物和RCHX的硬掩膜層，厚度400埃；(5)矽片最上面是光刻後的光膠圖形。
一種多晶矽刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜反應氣體中含氟氣體四氟化碳的流量為40sccm，氧氣的流量為15sccm，氬氣的流量為500sccm，上下電極功率分別為800w、100w，壓力為5mTorr(2)去膠採用獨立的去膠室去膠；
(3)多晶矽刻蝕反應氣體中氧氣的流量3sccm，氮氣的流量是3sccm，二氟甲烷的流量為7sccm，氯氣的流量為200sccm，上下電極功率分別為400w、1000w，壓力為100mTorr(4)過刻蝕反應氣體中溴化氫的流量為100sccm，氮氣的流量為3sccm，氦/氧氣(氦的體積比佔80％)的流量6sccm，上下電極功率分別為400w、100w，壓力為10mTorr。
所得刻蝕多晶矽的結構如圖3所示，在刻蝕線條底部沒有產生微溝道現象。
權利要求
1.一種多晶矽刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜反應氣體中含氟氣體四氟化碳的流量為0-80sccm，氧氣的流量為0-15sccm，氬氣的流量為0-500sccm，上下電極功率分別為400-1000w、0-1000w，壓力為5-20mTorr；(2)去膠採用獨立的去膠室去膠；(3)多晶矽刻蝕反應氣體中氧氣的流量為1-5sccm，氮氣的流量為1-50sccm，二氟甲烷的流量為0-100sccm，氯氣的流量為50-500sccm，上下電極功率分別為400-1500w、0-1000w，壓力為20-100mTorr；(4)過刻蝕反應氣體中溴化氫的流量為100-500sccm，氮氣的流量為1-50sccm，氦/氧氣的流量為0-100sccm，上下電極功率分別為400-1500w、0-200w，壓力為10-50mTorr。
2.根據權利要求1所述的多晶矽刻蝕工藝，其特徵在於所述步驟(4)中所述氦/氧氣中，其中氦的體積比在60-80％。
3.根據權利要求2所述的多晶矽刻蝕工藝，其特徵在於所述步驟(1)中的反應氣體中含氟氣體四氟化碳的流量為10-70sccm，氧氣的流量為5-10sccm，氬氣的流量為50-300sccm，上下電極功率分別為600-800w、100-500w，壓力為10-15mTorr。
4.根據權利要求3所述的多晶矽刻蝕工藝，其特徵在於所述步驟(3)中的的反應氣體中氧氣的流量為2-4sccm，氮氣的流量為10-30sccm，二氟甲烷的流量為40-70sccm，氯氣的流量為150-300sccm，上下電極功率分別為800-1200w、100-800w，壓力為40-60mTorr。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的多晶矽刻蝕工藝，其特徵在於所述步驟(4)的過刻蝕中的反應氣體中溴化氫的流量為200-400sccm，氮氣的流量為10-30sccm，，氦/氧氣(He佔70％)的流量為10-50sccm，上下電極功率分別為800-1200w、80-150w，壓力為20-40mTorr。
6.根據權利要求5所述的多晶矽刻蝕工藝，其特徵在於所述步驟(1)中的刻蝕硬掩膜分為兩層結構，上層是RCHX，其中R是Si，Ge，B，Sn，Fe，Ti中的一種，X是O，N，S，F中的一種，下層是矽的氧化物。
7.根據權利要求6所述的多晶矽刻蝕工藝，其特徵在於所述上層的厚度在300-500埃，所述下層的厚度在100-200埃。
全文摘要
本發明涉及一種多晶矽刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜；(2)去膠；(3)多晶矽刻蝕；(4)過刻蝕反應氣體中溴化氫的流量為100－500sccm，氮氣的流量為1－50sccm，氦/氧氣的流量為0－100sccm，上下電極功率分別為400－1500w、0－200w，壓力為10－50mTorr。本發明針對新型的硬掩模層(Hardmask)的結構，使用四氟化碳刻蝕RCHX+矽的氧化物組成的硬掩膜層，氟與碳可以形成少量的(CF
文檔編號C23F1/02GK1616714SQ200410087100
公開日2005年5月18日 申請日期2004年10月28日 優先權日2004年7月19日
發明者白志民 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司