複合膜層的刻蝕方法
2023-05-29 07:39:06
複合膜層的刻蝕方法
【專利摘要】本發明公開了一種複合膜層的刻蝕方法，包括如下步驟：提供沉積有複合膜層的器件，所述複合膜層由第一多晶矽層、二氧化矽層和第二多晶矽層依次層疊形成且所述第二多晶矽層與所述器件直接接觸；對所述第一多晶矽層進行表面預處理；在所述第一多晶矽層上塗覆光阻，接著對所述第一多晶矽層進行主刻蝕，接著對所述第一多晶矽層進行過刻蝕；對所述二氧化矽層進行主刻蝕，接著對所述二氧化矽層進行過刻蝕；對所述第二多晶矽層進行主刻蝕，接著對所述第二多晶矽層進行過刻蝕。這種複合膜層的刻蝕方法依次對第一多晶矽層、二氧化矽層和第二多晶矽層進行刻蝕，一次光刻後進行三次刻蝕，只需要使用一臺多晶刻蝕機臺，產能較高。
【專利說明】複合膜層的刻蝕方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及半導體製造加工領域，尤其涉及一種複合膜層的刻蝕方法。
【背景技術】
[0002] 目前，微電子技術已經進入超大規模集成電路和系統集成時代，微電子技術已經 成為資訊時代的標誌和基礎。
[0003] 在微電子技術中，一塊集成電路晶片的製造完成，需要經過集成電路設計、掩模板 製造、原始材料製造、晶片加工、封裝、測試等工序。其中，對半導體矽片進行刻蝕形成工藝 溝槽的技術，顯得尤為關鍵。
[0004] 刻蝕（Etch)是半導體製造工藝、微電子1C製造工藝以及微納製造工藝中的一種 相當重要的步驟，是與光刻相聯繫的圖形化（pattern)處理的一種主要工藝。
[0005] 結合圖1，器件200表面依次沉積第二多晶層30、二氧化娃層20和第一多晶層10 三層結構，第二多晶層30、二氧化娃層20和第一多晶層10組成複合膜層，位於第一多晶層 10上方的是刻蝕用的光阻40。在某些特殊工藝中需要使用具有第二多晶層30、二氧化矽層 20和第一多晶層10三層結構的複合膜層結構的條作為懸臂梁或者其他結構部分。因此，需 要將由第二多晶層30、二氧化矽層20和第一多晶層10組成的複合膜層刻蝕出來。
[0006] 傳統的複合膜層的刻蝕方法是在生長完第二多晶層30、二氧化矽層20和第一多 晶層10三層膜層後塗膠、曝光、顯影，接著使用三臺設備進行刻蝕，即一層光刻後進行三次 刻蝕。然而，這種方法使用機臺的數量較多，導致產能低下。
【發明內容】
[0007] 基於此，有必要提供一種下產能較高的複合膜層的刻蝕方法。
[0008] -種複合膜層的刻蝕方法，包括如下步驟：
[0009] 提供沉積有複合膜層的器件，所述複合膜層由第一多晶矽層、二氧化矽層和第二 多晶矽層依次層疊形成且所述第二多晶矽層與所述器件直接接觸；
[0010] 對所述第一多晶矽層進行表面預處理；
[0011] 在所述第一多晶矽層上塗覆光阻，接著在第一工藝氣體氛圍下對所述第一多晶矽 層進行主刻蝕，接著對所述第一多晶矽層進行過刻蝕；
[0012] 在第二工藝氣體氛圍下，對所述二氧化矽層進行主刻蝕，接著對所述二氧化矽層 進行過刻蝕；
[0013] 在所述第一工藝氣體氛圍下，對所述第二多晶矽層進行主刻蝕，接著對所述第二 多晶矽層進行過刻蝕。
[0014] 在一個實施例中，所述第一工藝氣體氛圍為HBr、Cl2和02的混合氣氛，所述HBr、 Cl2和02的混合氣氛中HBr、Cl2和02的摩爾比範圍為1:1. 6?3:0. 01?0. 05。
[0015] 在一個實施例中，所述第二工藝氣體氛圍為CF4和CHF3的混合氣氛，所述CF 4和 CHF3的混合氣氛中CF4和CHF3的摩爾比範圍為3?5:4。
[0016] 在一個實施例中，對所述第一多晶娃層進行過刻蝕的操作中，過刻蝕量為40%? 50%。
[0017] 在一個實施例中，對所述二氧化矽層進行過刻蝕的操作中，過刻蝕量為30%? 60%。
[0018] 在一個實施例中，對所述第二多晶矽層進行過刻蝕的操作中，過刻蝕量為30%? 40%。
[0019] 在一個實施例中，對所述複合膜層進行表面預處理的操作通過Cl2腐蝕完成。
[0020] 在一個實施例中，對所述第一多晶矽層進行主刻蝕的操作還包括：完成主刻蝕後 進行刻蝕終點檢測的操作。
[0021] 在一個實施例中，所述複合膜層的刻蝕方法通過多晶刻蝕機臺實現。
[0022] 在一個實施例中，所述多晶刻蝕機臺的功率為600W?900W。
[0023] 這種複合膜層的刻蝕方法依次對第一多晶矽層、二氧化矽層和第二多晶矽層進行 刻蝕，一次光刻後進行三次刻蝕，只需要使用一臺多晶刻蝕機臺，相對於傳統的複合膜層的 刻蝕方法，降低複合膜層刻蝕所需要的人力成本和製造成本，產能較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1為一實施方式的沉積有複合膜層的器件的示意圖；
[0025] 圖2為一實施方式的複合膜層的刻蝕方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0026] 為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明 的【具體實施方式】做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發 明。但是本發明能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不 違背本發明內涵的情況下做類似改進，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。
[0027] -般情況而言，多晶矽層在大部分區域被刻蝕乾淨後，常通過監控設備確認是否 刻蝕乾淨，但實際上會存在監控漏洞，也即是會存在少量未被刻蝕乾淨的區域，而對於在已 經刻蝕時間或者刻蝕量的基礎上增加的刻蝕部分稱為過刻蝕量。
[0028] 如圖2所示的一實施方式複合膜層的刻蝕方法，包括如下步驟：
[0029] S10、提供沉積有複合膜層的器件200。
[0030] 結合圖1，複合膜層由第一多晶娃層10、二氧化娃層20和第二多晶娃層30依次層 疊形成，並且第二多晶矽層30與器件200直接接觸。
[0031] 第一多晶矽層10、二氧化矽層20和第二多晶矽層30的具體厚度一般根據實際需 要確定，可以理解的是，其厚度範圍只要滿足本領域技術人員的理解，皆可以。
[0032] S20、對第一多晶娃層10進行表面預處理。
[0033] 第一多晶娃層10由於直接與空氣接觸，往往會由於氧化產生很薄的一層Si02，一 般可以通過(：12腐蝕去除，通過選擇合適的Cl2的濃度和腐蝕時間，完成表面預處理的操作。 [0034] 本實施方式中，表面預處理的操作通過多晶刻蝕機臺實現。多晶刻蝕機臺的功率 可以為600W?900W。Cl2的濃度只要大於多晶刻蝕機臺所限制的最低濃度且低於多晶刻 蝕機臺所限制的最高濃度。具體的腐蝕時間則需要根據Cl2的濃度確定。一般而言，(：12的 濃度較高時，腐蝕時間較短；而Cl2的濃度較低時，腐蝕時間較長。
[0035] S30、在第一多晶娃層10上塗覆光阻40,然後在第一工藝氣體氛圍下，對第一多晶 矽層10進行主刻蝕，接著對第一多晶矽層10進行過刻蝕。
[0036] 光阻40選擇本領域常用材料即可，在本發明中並沒有太多限定。
[0037] 在對第一多晶矽層10進行主刻蝕前，需要對刻蝕氣氛進行穩定，一般緩慢通入第 一工藝氣體直至達到要求。
[0038] 第一工藝氣體氛圍一般選擇HBr、Cl2和02的混合氣氛。HBr、Cl 2和02的混合氣氛 中HBr、Cl2和02的摩爾比範圍為1:1. 6?3:0. 01?0. 05。
[0039] S30中，主刻蝕完成後還需要進行刻蝕終點檢測，從而確認第一多晶矽層10刻蝕 乾淨。
[0040] S30中，過刻蝕量可以為40%?50%，從而保證第一多晶娃層10刻蝕乾淨，並且不 對二氧化矽層20造成影響。一般通過調節刻蝕時間來調節過刻蝕量。
[0041] 本實施方式中，第一多晶矽層10的主刻蝕和過刻蝕的操作通過多晶刻蝕機臺實 現。多晶刻蝕機臺的功率可以為600W?900W。
[0042] S40、在第二工藝氣體氛圍下，對二氧化矽層20進行主刻蝕，接著對二氧化矽層20 進行過刻蝕。
[0043] 在對二氧化矽層20進行主刻蝕前，需要對刻蝕氣氛進行穩定，一般緩慢通入第二 工藝氣體並排除第一工藝氣體，直至達到要求。
[0044] 第二工藝氣體氛圍一般選擇CF4和CHF3的混合氣氛。CF 4和CHF3的混合氣氛中CF4 和CHF3的摩爾比範圍為3?5:4。
[0045] S40中，主刻蝕完成後還需要進行刻蝕終點檢測，從而確認二氧化矽層20刻蝕幹 淨。
[0046] S40中，過刻蝕量可以為30%?60%，從而保證二氧化矽層20刻蝕乾淨，並且不對 第二多晶矽層30造成影響。一般通過調節刻蝕時間來調節過刻蝕量。
[0047] 本實施方式中，二氧化矽層20的主刻蝕和過刻蝕的操作通過多晶刻蝕機臺實現。 多晶刻蝕機臺的功率可以為600W?900W。採用多晶刻蝕機臺對二氧化矽層20進行主刻蝕 和過刻蝕時，一般採用定時刻蝕，並且選擇刻蝕速率較低且對第二多晶矽層30選擇較高的 刻蝕菜單(該菜單對第二多晶矽層30的刻蝕量很小)，第二多晶矽層30。
[0048] 需要指出的是，對二氧化矽層20進行刻蝕的時候，不需要提前進行表面預處理， 也不需要再次塗覆光阻。
[0049] S50、在所述第一工藝氣體氛圍下，對第二多晶矽層30進行主刻蝕，接著對第二多 晶矽層30進行過刻蝕。
[0050] 在對第二多晶矽層30進行主刻蝕前，需要對刻蝕氣氛進行穩定，一般緩慢通入第 一工藝氣體並排除第二工藝氣體，直至達到要求。
[0051] 第二工藝氣體氛圍如S30所示。
[0052] S50中，主刻蝕完成後還需要進行刻蝕終點檢測，從而確認第二多晶矽層30刻蝕 乾淨。
[0053] S50中，過刻蝕量可以為30%?40%，從而保證第二多晶矽層30刻蝕乾淨，並且不 對器件200造成影響。一般通過調節刻蝕時間來調節過刻蝕量。
[0054] 本實施方式中，第二多晶矽層30的主刻蝕和過刻蝕的操作通過多晶刻蝕機臺實 現。多晶刻蝕機臺的功率可以為600W?900W。
[0055] 需要指出的是，對第二多晶矽層30進行刻蝕的時候，不需要提前進行表面預處 理，也不需要再次塗覆光阻。
[0056] 這種複合膜層的刻蝕方法依次對第一多晶娃層10、二氧化娃層20和第二多晶娃 層30進行刻蝕，一次光刻後進行三次刻蝕，只需要使用一臺多晶刻蝕機臺，相對於傳統的 複合膜層的刻蝕方法，降低複合膜層刻蝕所需要的人力成本和製造成本，產能較高。
[0057] 此外，傳統的刻蝕複合膜層的刻蝕方法在刻蝕時針對不同的材質（多晶矽和二氧 化矽)，需要使用兩種機臺使得刻蝕形貌受兩種不同機臺狀況的影響導致刻蝕形貌難以保 證和監控。而這種複合膜層的刻蝕方法僅需要使用一種多晶刻蝕機臺，有利於刻蝕形貌的 保證和監控。
[0058] 最後，由於第一多晶娃層10和第二多晶娃層30刻蝕過程極其相似，米用三次刻蝕 容易導致第一多晶矽層10和第二多晶矽層30的混淆，增加操作人員誤操作的風險。而這 種複合膜層的刻蝕方法僅需要使用一種多晶刻蝕機臺，能夠減少刻蝕操作人員誤操作的風 險。
[0059] 以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並 不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保 護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1. 一種複合膜層的刻蝕方法，其特徵在於，包括如下步驟： 提供沉積有複合膜層的器件，所述複合膜層由第一多晶矽層、二氧化矽層和第二多晶 矽層依次層疊形成且所述第二多晶矽層與所述器件直接接觸； 對所述第一多晶矽層進行表面預處理； 在所述第一多晶矽層上塗覆光阻，接著在第一工藝氣體氛圍下對所述第一多晶矽層進 行主刻蝕，接著對所述第一多晶矽層進行過刻蝕； 在第二工藝氣體氛圍下，對所述二氧化矽層進行主刻蝕，接著對所述二氧化矽層進行 過刻蝕； 在所述第一工藝氣體氛圍下，對所述第二多晶矽層進行主刻蝕，接著對所述第二多晶 矽層進行過刻蝕。
2. 根據權利要求1所述的複合膜層的刻蝕方法，其特徵在於，所述第一工藝氣體氛圍 為HBr、Cl2和0 2的混合氣氛，所述HBr、Cl2和02的混合氣氛中HBr、Cl2和0 2的摩爾比範圍 為 1:1. 6 ?3:0. 01 ?0· 05。
3. 根據權利要求1所述的複合膜層的刻蝕方法，其特徵在於，所述第二工藝氣體氛圍 為CF4和CHF3的混合氣氛，所述CF 4和CHF3的混合氣氛中CF4和CHF3的摩爾比範圍為3? 5:4。
4. 根據權利要求1所述的複合膜層的刻蝕方法，其特徵在於，對所述第一多晶矽層進 行過刻蝕的操作中，過刻蝕量為40%?50%。
5. 根據權利要求1所述的複合膜層的刻蝕方法，其特徵在於，對所述二氧化矽層進行 過刻蝕的操作中，過刻蝕量為30%?60%。
6. 根據權利要求1所述的複合膜層的刻蝕方法，其特徵在於，對所述第二多晶矽層進 行過刻蝕的操作中，過刻蝕量為30%?40%。
7. 根據權利要求1所述的複合膜層的刻蝕方法，其特徵在於，對所述複合膜層進行表 面預處理的操作通過Cl2腐蝕完成。
8. 根據權利要求1所述的複合膜層的刻蝕方法，其特徵在於，對所述第一多晶矽層進 行主刻蝕的操作還包括：完成主刻蝕後進行刻蝕終點檢測的操作。
9. 根據權利要求1?8中任意一項所述的複合膜層的刻蝕方法，其特徵在於，所述複合 膜層的刻蝕方法通過多晶刻蝕機臺實現。
10. 根據權利要求9所述的複合膜層的刻蝕方法，其特徵在於，所述多晶刻蝕機臺的功 率為600W?900W。
【文檔編號】H01L21/02GK104124134SQ201310149253
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月25日 優先權日:2013年4月25日
【發明者】章安娜 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司