[发明专利]一种氮化硅刻蚀方法

说明书

本发明公开了一种氮化硅刻蚀方法。利用RF电源生成钝化气等离子体在氮化硅膜表面附着钝化层，钝化层形成在氮化硅膜表面的凸起和凹槽中；调节RF电源生成清洁气等离子体，保留氮化硅膜表面的凹槽侧壁的钝化层，使清洁气等离子体清除氮化硅膜表面沿垂直方向的残留物；通入刻蚀气体，并调节工艺参数进行氮化硅膜表面的刻蚀。本发明首次实现C₄F₆在氮化硅刻蚀中的应用，并通过RF功率、ICP功率、气体种类、气体配比和刻蚀压力等工艺参数优化，克服传统硬掩模刻蚀工艺中刻蚀速率低，下层材料过刻等刻蚀难题，能有效降低Si刻蚀速率同时提高Si₃N₄刻蚀速率。

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域的一种刻蚀处理方法，具体的涉及一种氮化硅刻蚀方法。

背景技术

随着在集成电路科技节点不断推进，对制造工艺的精度要求愈加严格。其中刻蚀工艺作为制造工艺的关键步骤之一更具挑战。针对55nm以下的工艺节点，其光刻工艺通常要求使用更薄的光刻胶以实现更高光刻精度。但薄胶难以作为刻蚀掩膜。为提高对下层材料的刻蚀效果，通常需要沉积Si₃N₄等薄膜材料作为硬掩模来取代传统光刻胶掩膜。而硬掩模刻蚀的主要困难包括：

传统工艺的图形转移精度欠佳。由于对硬掩模进行图形转移刻蚀容易引起光刻胶横向刻蚀，导致硬掩模图形尺寸漂移。

传统工艺的杂质污染问题。由于多一道图形转移工艺，容易导致器件凹槽等位置出现杂质脏污等问题，导致器件失效。

传统工艺的刻蚀的光刻胶/氮化硅选择比低，容易导致出现光刻胶刻完后硬掩模还未刻穿。

传统工艺的氮化硅/硅选择比较低。在刻蚀硬掩模的过程中容易对下层材料(如Si，SiO₂等)过刻。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种三步法氮化硅刻蚀工艺，通过钝化、清洗和新型电子气刻蚀，提高了图形转移精度、下层材料选择比、介质层刻蚀速率、和对光刻胶的选择比、有效避免因杂志污染导致器件失效。

本发明采用的技术方案是：

S1、钝化步骤：在刻蚀机中，利用刻蚀机的RF电源生成钝化气等离子体在氮化硅膜表面附着钝化层，钝化层形成在氮化硅膜表面的凸起和凹槽中；

S2、清洗步骤：在刻蚀机中，调节刻蚀机的RF电源生成清洁气等离子体，保留氮化硅膜表面的凹槽侧壁的钝化层，使清洁气等离子体清除氮化硅膜表面沿垂直方向的残留物；

S3、正式刻蚀步骤：通入刻蚀气体，并调节工艺参数进行氮化硅膜表面的刻蚀。

所述的氮化硅膜从上到下分别为光刻胶、氮化硅层、硅基底。

在步骤S1前，还使用含ICP-RF双电源的刻蚀机对以光刻胶作掩膜的氮化硅膜进行预刻蚀，形成在氮化硅膜表面的凸起和凹槽。

所述的钝化气均是C₄F₆，所述的清洁气为O₂和Ar的混合气体，所述的刻蚀气为C₄F₆、CHF₃和SF₆的混合气体。

所述S1的钝化步骤中，通入50sccm的C₄F₆，调节刻蚀机的腔室压力使得环境压力为40-80mtorr，ICP电源900-1100W，RF电源10-35W，维持氮化硅膜温度5-40℃，钝化时间10s。

本步骤通入链状分子结构的C₄F₆快速分解形成钝化自由基，快速附着形成钝化膜。同时这种链状分子结构所形成的薄膜更容易被化学刻蚀清除，有利于在S2清洗步中的垂直面清理。