專利名稱：硅的深槽刻蝕技術(shù)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于硅器件和集成電路工藝技術(shù)。
在超大規(guī)模集成電路制造工藝中，硅的深槽隔離技術(shù)已成為推動集成電路產(chǎn)業(yè)向更高水平發(fā)展的一個必要手段。將深槽隔離技術(shù)應用于CMOS電路，能有效地克服閂鎖效應;應用于雙極電路，能大大減小寄生電容，提高擊穿電壓;而在4兆位以上DRAM中，則需采用深槽技術(shù)制作存貯電容。所有這些應用關鍵在于能否獲得側(cè)壁垂直的深槽。
目前為獲得剖面陡直的深槽一般采用具有各向異性腐蝕特點的反應離子刻蝕(RIE)技術(shù)。其工藝過程如下1、在硅片上低溫淀積一層SiO2，或結(jié)合器件制作工藝過程需要，淀積SiO2/Si3N4/SiO2復合薄膜。頂層SiO2厚度約1微米，用作刻蝕硅槽的掩膜，見圖1(a)。
2、光刻之后，腐蝕掉SiO2，露出需要刻蝕硅槽區(qū)域的窗口，見圖1(b)。
3、去膠之后，用RIE的辦法腐蝕Si。選用含氟基的氣體腐蝕Si，比如SF6，CF4等。由于氟基氣體本身腐蝕Si是各向同性的，即使在典型的反應離子刻蝕的條件下，橫向腐蝕也比較嚴重，往往只能得到“碗”狀剖面的硅槽，見圖1(c)。
顯然，這不能滿足深槽應用的要求。
在現(xiàn)有的刻蝕硅深槽技術(shù)中，除上述方法外，還有采用含氯基氣體刻蝕硅的，比如用Cl2，雖然氯基氣體腐蝕硅槽能夠獲得較為陡直的側(cè)壁，但硅槽底部和側(cè)壁交接處往往形成尖角，這樣會造成電場集中，影響器件的特性，而且在后續(xù)的熱氧化過程中，尖角附近的氧化層不均勻，這將導致深槽電容應用的失敗。另外，氯基氣體具有很強的腐蝕性，會縮短設備有關部件的使用壽命。
本發(fā)明的目的是提供一種刻蝕硅深槽的方法，它能使硅槽側(cè)壁陡直，槽底為圓弧狀。
在我們的發(fā)明中，采用氟基氣體(如SF6)腐蝕硅槽，能夠獲得側(cè)壁陡直而且底部為圓角的硅槽，克服了氯基氣體刻蝕形成尖角的弊端，得到了剖面形貌較為理想的深槽。另外，由于SF6無強腐蝕性，這一點比Cl2更具有優(yōu)越性，有利于設備的維護和保養(yǎng)，具有實用推廣性。本發(fā)明的要點如下1、在前面提到的硅槽刻蝕工藝中，用作掩蔽的氧化層厚度達1微米，這樣入射離子會在厚氧化層側(cè)壁散射而失去方向性，造成槽內(nèi)的橫向腐蝕;而且厚氧化層掩膜側(cè)壁的稍微傾斜，就會急劇增加入射離子的散射機會，造成嚴重的橫向鉆蝕。我們提出了用鋯(Zr)或氮化鋯(ZrN)作掩膜，即利用蒸發(fā)或濺射的方法在硅片上生長一層厚度為300A至1000A的鋯作為掩膜，或利用反應濺射的方法在硅片上生長一層厚度為300A至1000A的氮化鋯作為掩膜。由于這種薄膜在上述反應離子刻蝕硅的條件下幾乎不被腐蝕，因此用作掩膜時它的厚度可以很薄，這樣在刻蝕過程中，入射離子在掩膜側(cè)壁的散射可以忽略不計，因而避免了由此造成的橫向腐蝕。
2、為了獲得側(cè)壁陡直的硅深槽需采用各向異性刻蝕技術(shù)，而通常采用的SF6這種氟基氣體刻蝕是各向同性的，因此很難獲得側(cè)壁垂直硅深槽。我們提出用等離子氧化(或等離子氮化)的辦法，在硅槽內(nèi)壁形成刻蝕阻擋層，從而可以獲得各向異性的腐蝕效果。具體地說是在通入氟基氣體的同時通入以下附加氣體氧氣(O2)和氬氣(Ar)，氮氣(N2)和氬氣(Ar)，或者氧氣(O2)、氮氣(N2)和氬氣(Ar)。O2和N2的作用是進行等離子氧化(或等離子氮化)處理。這里氧(或氮)的作用是與硅反應形成氧(氮)化硅，在槽內(nèi)(側(cè)面和底部)形成阻擋刻蝕層，保護側(cè)壁硅免遭進一步腐蝕，從而控制硅槽側(cè)壁陡直。Ar主要起物理轟擊作用，具有方向性，能除去槽底部的阻擋刻蝕層，使縱向的刻蝕反應能夠繼續(xù)進行下去。
3、采用上述兩種措施刻蝕深度為2微米以下硅槽，其側(cè)壁非常陡直。為了得到深度更大的側(cè)壁陡直的深槽，可以采用如下所述的刻蝕工藝過程將整個刻蝕硅深槽的過程分成若干次(2-10次)進行，每兩次刻蝕之間在同一反應室內(nèi)用等離子氧化(或氮化)處理硅片，即在反應室內(nèi)通入一定量的氧氣、氮氣或氧氣加氮氣，施加射頻功率形成氧(或氮)等離子體，使槽內(nèi)壁生成氧化物(或氮化物)，以確保硅槽內(nèi)壁有足夠的阻擋刻蝕層，防止橫向腐蝕。由于在兩次刻蝕之間進行了等離子氧化(或氮化)處理，所以刻蝕時可以只通入氟基氣體(如SF6)和Ar，也可以在通入上述氣體的同時通入O2，N2或O2加N2。
采用本項硅槽刻蝕技術(shù)，能夠獲得側(cè)壁垂直的硅槽，與前面提到的現(xiàn)有技術(shù)相比，有以下優(yōu)點1、采用ZrN(或Zr)作掩膜有效地克服了由厚氧化層側(cè)壁散射造成的橫向鉆蝕，降低了對掩膜光刻腐蝕工藝的苛刻要求。
2、用SF6氣體加附加氣體腐蝕硅槽，可以得到各向異性的腐蝕效果，硅槽側(cè)壁垂直。
3、采用本發(fā)明制作硅深槽，減少了刻蝕氣體對設備的腐蝕，而且無需采用價格昂貴的專用RIE設備，具有實用推廣性。
實施例1、在硅片上用反應濺射的辦法生長一層約500A厚的ZrN薄膜，或用蒸發(fā)或濺射的辦法生長一層約500A厚的Zr薄膜，見圖2(a)。
2、光刻之后，腐蝕掉未被膠掩蔽的ZrN(或Zr)，露出需要刻蝕硅槽的窗口，見圖2(b)。
3、去膠之后，以ZrN(或Zr)作掩膜，利用反應離子刻蝕機刻蝕硅槽(我們使用的RIE設備是瑞典Plasma Therm公司制造的520/520型普通反應離子刻蝕機)?？涛g后的硅槽見圖2(c)。
在刻蝕深度為2微米以下硅槽時，采用如下工藝條件氣體流量SF610sccm，Ar 20sccm，O230sccm;
13.56MHZ射頻功率300w;
工作氣壓42mTorr;
襯底溫度50℃;
刻蝕時間10min。
在刻蝕深度為5-6微米的深槽時，采用分步刻蝕的辦法，每兩次刻蝕之間進行等離子氧化處理。
刻蝕條件為氣體流量SF64sccm，Ar 10sccm;
13.56MHZ射頻功率150w;
工作氣壓13mTorr;
襯底溫度10℃;
刻蝕時間1min等離子氧化處理的條件為O2氣流量40cm3/min;
13.56MHZ射頻功率200w;
工作氣壓55mTorr;
處理時間5min。
上述過程交替進行10次。
采用上述分步刻蝕所得深槽剖面相當垂直，幾乎達到90度，見圖3。


圖1 反應離子刻蝕技術(shù)(RIE)刻蝕硅槽示意圖1 硅襯底2 氧化硅3 光刻膠圖2 本發(fā)明刻蝕硅槽示意圖1 硅襯底3 光刻膠4 Zr或ZrN圖3 本發(fā)明刻蝕的硅槽照片
權(quán)利要求
1.一種包括淀積掩膜、光刻、刻蝕的硅槽刻蝕方法，其特征在于利用蒸發(fā)或濺射的方法在硅片表面生長一層300 至1000 的Zr掩膜或者利用反應濺射的方法在硅片表面生長一層300 至1000 的ZrN掩膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅槽刻蝕方法，其特征在于用氟基氣體進行刻蝕的同時，通入以下附加氣體①氧氣和氬氣，②氮氣和氬氣，或者③氧氣、氮氣和氬氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅槽刻蝕方法，其特征在于用氟基氣體進行刻蝕分若干次(2至10次)進行，每兩次刻蝕之間用等離子氧化(或氮化)處理硅片，刻蝕時通入的附加氣體為①氬氣，②氧氣和氬氣，③氮氣和氬氣，或者④氧氣、氮氣和氬氣;等離子氧化(或氮化)時通入的氣體為①氧氣，②氮氣，或者③氧氣和氮氣。
全文摘要
硅的深槽刻蝕技術(shù)是目前超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)中的一項關鍵工藝。我們發(fā)明了一種新的刻蝕硅深槽的方法，采用極薄的Zr或ZrN膜(厚度為300至1000)作掩膜，利用反應離子刻蝕設備刻蝕硅槽，刻蝕氣體選用對設備危害程度很小的SF
文檔編號H01L21/308GK1065552SQ92103289
公開日1992年10月21日 申請日期1992年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月11日
發(fā)明者張利春, 錢鋼, 閻桂珍, 王詠梅, 王陽元 申請人:北京大學