專利名稱：減小微溝道效應(yīng)的多晶硅刻蝕工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多晶硅刻蝕工藝的改進(jìn)，改進(jìn)后的工藝可以減小多晶硅刻蝕過程中經(jīng)常出現(xiàn)的微溝道(Mircotrench)的現(xiàn)象。
背景技術(shù)：
目前在深亞微米工藝中，隨著多晶硅刻蝕線條越來越細(xì)，刻蝕后的線條高寬比也就越來越大，這樣微溝道(Mircotrench)的現(xiàn)象就會越明顯。微溝道(Mircotrench)的產(chǎn)生主要是由于電子在刻蝕過程中的異向性，使其累積在多晶硅的上層材料上，產(chǎn)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(yīng)該垂直轟擊多晶硅表面，但由于這種電場的存在，改變了正電荷的運(yùn)動方向，使其比較集中的轟擊在多晶硅的邊緣，從而產(chǎn)生微溝道(Mircotrench)現(xiàn)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(jié)構(gòu)，它的硬掩膜層和傳統(tǒng)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(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠基本上消除微溝道(Mircotrench)現(xiàn)象的多晶硅刻蝕工藝。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案達(dá)到的多晶硅硅片刻蝕前結(jié)構(gòu)如下(1)底層為硅片；(2)硅片上生長一層二氧化硅10-50埃；(3)二氧化硅上生長一層多晶硅1000-3000埃；(4)多晶硅上生長一層硬掩膜；硬掩膜分為兩層結(jié)構(gòu)，上層是RCHX，其中R是Si，Ge，B，Sn，F(xiàn)e，Ti中的一種，X是O，N，S，F(xiàn)中的一種，厚度在300-500埃。下層是硅的氧化物，厚度在100-200埃。
硅片最上面是光刻后的光膠圖形。
一種多晶硅刻蝕工藝，其步驟如下1、刻蝕硬掩膜反應(yīng)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、去膠采用獨(dú)立的去膠室去膠；3、多晶硅刻蝕反應(yīng)氣體中氧氣的流量為1-5sccm，氮?dú)獾牧髁繛?-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(yīng)氣體中溴化氫的流量為100-500sccm，氮?dú)獾牧髁繛?-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(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述步驟1中的反應(yīng)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(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述步驟3中的的反應(yīng)氣體中氧氣的流量為2-4sccm，氮?dú)獾牧髁繛?0-30sccm，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(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述步驟4的過刻蝕中的反應(yīng)氣體中溴化氫的流量為200-400sccm，氮?dú)獾牧髁繛?0-30sccm，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(chǎn)生，氧氣，氮?dú)庠龃髩毫?，有利于聚合物沉積。
接近刻蝕終點(diǎn)時(shí)，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(jù)本發(fā)明，針對新型的硬掩模層(Hardmask).的結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生同以往在使用硅的氧化物和氮氧化物作為硬掩模層(Hardmask)材料時(shí)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+硅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(hù)硬掩膜層的側(cè)壁，氧氣的加入可以產(chǎn)生更多的F原子，加速硬掩膜層的刻蝕。
多晶硅刻蝕步驟分兩步，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(yīng)開始產(chǎn)生，在等離子體中，來源于RCHX和二氟甲烷中的氫由于離子質(zhì)量輕，半徑小，很容易聚集在刻蝕窗口的側(cè)壁和底部。氫濃度高的地方，將促使形成(CF2)n覆蓋在多晶硅側(cè)壁和刻蝕表面邊緣，這樣就保護(hù)了刻蝕表面邊緣被過渡刻蝕，另外降低了F/C比(小于4)，減緩刻蝕速度，有利于聚合物沉積。氯氣也會與硅形成(SiCL2)n聚合物保護(hù)多晶硅側(cè)壁。氮?dú)饪梢越档偷入x子中轟擊電荷的溫度，同時(shí)控制壓力，此時(shí)壓力的數(shù)值高一些，給聚合物沉積提供充分時(shí)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硅的殘余物，同時(shí)不至于對SiO2有鉆蝕的現(xiàn)象發(fā)生。此時(shí)下電極的功率最好為零，減小等離子的轟擊能量。
本發(fā)明采用聚合物保護(hù)，高選擇比氣體刻蝕，增加腔室壓力，提高氮?dú)饬髁?，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(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。


圖1為多晶硅刻蝕的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為現(xiàn)有多晶硅刻蝕效果局部放大圖。
圖3為本發(fā)明多晶硅刻蝕效果局部放大圖。
具體實(shí)施例方式
對比實(shí)施例1多晶硅硅片刻蝕前結(jié)構(gòu)如下(1)底層為硅片；(2)硅片上生長一層二氧化硅20埃；(3)二氧化硅上生長一層多晶硅1500埃；(4)CVD的方法在多晶硅上生長硅的氧化物和氮氧化物的硬掩膜層，厚度500埃；(5)硅片最上面是光刻后的光膠圖形。
一種多晶硅刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜反應(yīng)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)去膠采用獨(dú)立的去膠室去膠；(3)多晶硅刻蝕反應(yīng)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(yīng)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，所得刻蝕多晶硅的結(jié)構(gòu)的刻蝕線條邊緣有微溝道。
實(shí)施例1如圖1所示，多晶硅硅片刻蝕前結(jié)構(gòu)如下(1)底層4為硅片；(2)硅片上生長一層40埃的二氧化硅3；(3)二氧化硅上生長一層1500埃的多晶硅2；(4)PECVD的方法在多晶硅上生長硅的氧化物和RCHX的硬掩膜層1，厚度600埃；(5)硅片最上面是光刻后的光膠圖形。
一種多晶硅刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜反應(yīng)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)去膠采用獨(dú)立的去膠室去膠；(3)多晶硅刻蝕反應(yīng)氣體中氧氣的流量5sccm，氮?dú)獾牧髁渴?0sccm，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(yīng)氣體中溴化氫的流量為300sccm，氮?dú)獾牧髁繛?5sccm，氦/氧氣(氦體積比占70％)的流量為80sccm，上下電極功率分別為800w、0w，壓力為40mTorr。
實(shí)施例2多晶硅硅片刻蝕前結(jié)構(gòu)如下(1)底層為硅片；
(2)硅片上生長一層二氧化硅25埃；(3)二氧化硅上生長一層多晶硅2000埃；(4)PECVD的方法在多晶硅上生長硅的氧化物和RCHX的硬掩膜層，厚度500埃(5)硅片最上面是光刻后的光膠圖形。
一種多晶硅刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜反應(yīng)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)去膠采用獨(dú)立的去膠室去膠；(3)多晶硅刻蝕反應(yīng)氣體中氧氣的流量4sccm，氮?dú)獾牧髁渴?5sccm，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(yīng)氣體中溴化氫的流量為500sccm，氮?dú)獾牧髁繛?5sccm，氦/氧氣(氦的體積比占60％)的流量為100sccm，上下電極功率分別為1500w、200w，壓力為50mTorr。
實(shí)施例3多晶硅硅片刻蝕前結(jié)構(gòu)如下(1)底層為硅片；(2)硅片上生長一層二氧化硅15埃；(3)二氧化硅上生長一層多晶硅1500埃；(4)PECVD的方法在多晶硅上生長硅的氧化物和RCHX的硬掩膜層，厚度400埃；(5)硅片最上面是光刻后的光膠圖形。
一種多晶硅刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜反應(yīng)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)去膠采用獨(dú)立的去膠室去膠；
(3)多晶硅刻蝕反應(yīng)氣體中氧氣的流量3sccm，氮?dú)獾牧髁渴?sccm，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(yīng)氣體中溴化氫的流量為100sccm，氮?dú)獾牧髁繛?sccm，氦/氧氣(氦的體積比占80％)的流量6sccm，上下電極功率分別為400w、100w，壓力為10mTorr。
所得刻蝕多晶硅的結(jié)構(gòu)如圖3所示，在刻蝕線條底部沒有產(chǎn)生微溝道現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種多晶硅刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜反應(yīng)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)去膠采用獨(dú)立的去膠室去膠；(3)多晶硅刻蝕反應(yīng)氣體中氧氣的流量為1-5sccm，氮?dú)獾牧髁繛?-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(yīng)氣體中溴化氫的流量為100-500sccm，氮?dú)獾牧髁繛?-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(jù)權(quán)利要求1所述的多晶硅刻蝕工藝，其特征在于所述步驟(4)中所述氦/氧氣中，其中氦的體積比在60-80％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多晶硅刻蝕工藝，其特征在于所述步驟(1)中的反應(yīng)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(jù)權(quán)利要求3所述的多晶硅刻蝕工藝，其特征在于所述步驟(3)中的的反應(yīng)氣體中氧氣的流量為2-4sccm，氮?dú)獾牧髁繛?0-30sccm，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(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的多晶硅刻蝕工藝，其特征在于所述步驟(4)的過刻蝕中的反應(yīng)氣體中溴化氫的流量為200-400sccm，氮?dú)獾牧髁繛?0-30sccm，，氦/氧氣(He占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(jù)權(quán)利要求5所述的多晶硅刻蝕工藝，其特征在于所述步驟(1)中的刻蝕硬掩膜分為兩層結(jié)構(gòu)，上層是RCHX，其中R是Si，Ge，B，Sn，F(xiàn)e，Ti中的一種，X是O，N，S，F(xiàn)中的一種，下層是硅的氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多晶硅刻蝕工藝，其特征在于所述上層的厚度在300-500埃，所述下層的厚度在100-200埃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多晶硅刻蝕工藝，其步驟如下(1)刻蝕硬掩膜；(2)去膠；(3)多晶硅刻蝕；(4)過刻蝕反應(yīng)氣體中溴化氫的流量為100－500sccm，氮?dú)獾牧髁繛?－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(fā)明針對新型的硬掩模層(Hardmask)的結(jié)構(gòu)，使用四氟化碳刻蝕RCHX+硅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(yōu)先權(quán)日2004年7月19日
發(fā)明者白志民 申請人: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