[发明专利]硅片蚀刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体硅片加工工艺，尤其涉及一种硅片蚀刻工艺。

背景技术

目前，微电子技术已经进入超大规模集成电路和系统集成时代，微电子技术已经成为整个信息时代的标志和基础。

微电子技术中，要制造一块集成电路，需要经过集成电路设计、掩膜板制造、原始材料制造、芯片加工、封装、测试等几道工序。在这个过程中，对半导体硅片进行刻蚀，形成工艺沟槽，是关键的技术。

常用的蚀刻方法有湿法刻蚀和干法刻蚀两大类，其中湿法刻蚀是指利用液态化学试剂或溶液通过化学反应进行刻蚀的方法；干法刻蚀则主要是利用低压放电产生的等离子体中的离子或游离基(处于激发态的分子、原子及各种原子基团等)与材料发生化学反应或通过轰击等物理作用而达到刻蚀的目的。

其中，湿法刻蚀化学腐蚀一般都是各项同性的，即横向和纵向的腐蚀速率相同，因此湿法刻蚀的横向钻蚀比较严重，形成的刻蚀槽的侧壁比较粗糙。

与湿法刻蚀相比，干法刻蚀工艺的各项异性较好，形成的刻蚀槽的侧壁比较光滑，它特别适合于细线条刻蚀。干法刻蚀的种类很多，有的采用物理的离子轰击方法，如溅射、离子束刻蚀等；有的采用化学刻蚀方法，如等离子刻蚀等；有的则同时采用物理和化学相结合的方法，如反应等离子刻蚀、反应离子束刻蚀等。

反应等离子刻蚀是指在活性离子对衬底的物理轰击和化学反应的双重作用下进行刻蚀的方法。这种方法各向异性好，而且选择性好、对衬底的损伤较小。目前，反应等离子刻蚀技术已经成为集成电路制作工艺中应用最多和最为广泛的主流刻蚀技术。例如在半导体加工工艺中，多晶硅栅、接触孔、金属连接、Si3N4遮挡层等均采用反应等离子刻蚀方法进行刻蚀。

多晶硅是集成电路多层结构中重要的区域，其图案化刻蚀质量对后续工艺流程将有直接影响。

现有技术中，对多晶硅进行刻蚀，主要有初刻、主刻、过刻三个步骤。其中主刻步为主体刻蚀步骤。主刻步骤中所用的工艺其体主要以HBr和/或氯化物为主。这种工艺气体在多晶硅刻蚀过程中，反应生成物的蒸汽压较高，容易挥发到气相中，作为气体被排出，所以有较快的刻蚀速率，但同时在蚀刻槽侧壁形成的保护层物质也很容易脱离侧壁表面，迁移到气相中挥发，使蚀刻槽侧壁得不到有效地保护，蚀刻槽侧壁表面粗糙，刻蚀的特征结构也很难保证，很难满足刻蚀尺寸和刻蚀外观的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种刻蚀槽侧壁光滑、刻蚀的结构特征明显、边缘平整的硅片刻蚀方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的硅片刻蚀方法，用于对硅片进行刻蚀，包括初刻、主刻、过刻三个步骤，所述的主刻步骤中采用的工艺气体包括CHF3、O2及SF6的混合气体。

所述的CHF3、O2及SF6的混合气体的组份比例为：

CHF3与O2之间的体积比例为0.02～20；

O2与SF6之间的体积比例为0.01～50。

所述混合气体在蚀刻工艺中的流速为10-500sccm。

所述混合气体在蚀刻工艺中的压力为4-100mT。

所述的主刻步骤包括步骤：

A、CHF3、O2及SF6按照蚀刻工艺要求的比例混合后，按照蚀刻工艺要求的速度和压力充入反应腔室，所述反应腔室装有硅片，对硅片的刻蚀工艺在反应腔室内完成；同时，上射频电源SFR将充入反应腔室的混合气体电离成等离子体，下射频电源BFR对等离子体进行加速；

B、所述等离子体刻蚀硅片形成刻蚀槽，同时，等离子体与Si发生反应的生成物附着在刻蚀槽的侧壁上，在侧壁上形成保护层。

所述的等离子体包括F^*自由基、CHF_x⁺离子、O^*自由基、SF_x⁺离子；

所述步骤B包括：F^*自由基与Si发生反应生成SiFx；SiFx被混合气体中的O2氧化成SiOxFy；SiOxFy附着在刻蚀槽的侧壁上，在侧壁上形成保护层。

所述的SRF和BRF在蚀刻过程中的功率分别为200-1000W和20-500W，SRF和BRF的频率分别为1MHz-100MHz。