[发明专利]一种硅刻蚀方法

说明书

本发明公开了一种硅刻蚀方法。在刻蚀机中，利用RF电源生成钝化气等离子体并在以二氧化硅作掩膜的硅片表面附着钝化层；调节RF电源生成刻蚀气等离子体对硅片沿垂直方向进行刻蚀；通入清洁气体，清除硅片表面的残余生成物；循环上述步骤，直至达到刻蚀深度，则刻蚀结束。本发明首次实现C₄F₆在深硅刻蚀上的应用，并通过创新的三步循环刻蚀法，克服传统深硅刻蚀工艺中出现的侧壁钝化膜剥离，扇贝纹等问题；在步骤中使用新型电子气体，不仅可提高刻蚀效率，同时益于环保；通过设置清洁操作，能大大改善刻蚀陡直度及刻蚀底部形貌。

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，具体是涉及了一种硅刻蚀方法。

背景技术

深硅刻蚀是集成电路、MEMS和TSVs等微纳器件加工领域的重要步骤之一，其工艺要求具有高深宽比、高选择比和陡直的刻蚀形貌。目前被业界广泛应用的Bosch工艺通过交替通入刻蚀气体SF₆和钝化气体C₄F₈，分别进行蚀刻和钝化步骤，通过蚀刻和钝化之间快速交替，可形成具有较好垂直侧壁的高深宽比刻蚀轮廓。

但Bosch工艺容易在沟槽侧壁形成周期性扇贝纹，这对某些器件是致命性缺陷。目前为减小扇贝纹可使用低温Bosch工艺或多道工序结合，其不仅增加了刻蚀设备复杂性，同时降低了刻蚀效率，提高了工艺复杂性和加工成本。

其次刻蚀气体C₄F₈作为难降解含氟温室气体，具有较高的温室效应，不利于环保。此外由于蚀刻和钝化交替过程中，侧壁的钝化膜未被清除，靠近槽口处的侧壁钝化层厚度具有累积效应，不仅影响某些器件(如DRAM存储器)的性能，而且对于刻蚀深度超过200微米且CD值＜0.13微米的工艺容易出现刻蚀终止效应。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种三步法环保型深硅刻蚀工艺，通过改变钝化步气体种类并增加清洗步，避免和改善了扇贝纹等异常形貌，有效清除侧壁钝化膜的累积，同时延缓刻蚀终止效应，降低温室效应。

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以二氧化硅作掩膜的硅片表面附着钝化层，钝化层形成在硅片表面的凸起和凹槽结构中；

S2、正式刻蚀步骤：在刻蚀机中，调节刻蚀机的RF电源生成刻蚀气等离子体对以二氧化硅作掩膜的硅片沿垂直方向进行刻蚀；

S3、清洗步骤：在刻蚀机中，通入清洁气体，清除以二氧化硅作掩膜的硅片表面的残余生成物；

S4、循环S1-S3步骤，直至达到刻蚀深度，则刻蚀结束。

所述的刻蚀机中包含了RF电源和ICP电源，RF电源用于控制工作的直流偏压，ICP电源用于电离刻蚀气体，使之生成等离子体。

在步骤S1前，还使用含ICP-RF双电源的刻蚀机对以二氧化硅作掩膜的硅片进行预刻蚀，形成在硅片表面的凸起和凹槽。

在预刻蚀之后且在正式刻蚀前，使用C₄F₆+O₂混合气体清除硅片表面的原生氧化层。

调节腔室压力40-60mtorr，通入50sccm C₄F₆，通入10sccm O₂，10-50s后，启动ICP电源1300w，RF电源100w，10s后进入S1的钝化步骤。

使用100W RF电源可产生较大DC bias，可造成物理刻蚀效应，有效去除氧化层同时避免生成胶体过厚。

所述的钝化气和刻蚀气均是C₄F₆和SF₆，所述的清洁气体为O₂。