CN100377314C - 一种去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法，该方法在多晶硅刻蚀工艺结束后，立即进行气体的等离子体启辉清洗步骤，所用工艺气体包括含氟气体和含氧气体。本发明所述的方法可有效去除图形侧壁和四周覆盖的聚合物，工艺简单，降低了工艺时间和人员劳动量，提高了生产效率，还可防止湿法清洗方法对硅片和图形的腐蚀，保证了器件的性能，且清洗物质和能源消耗量少，无需单独的清洗设备，成本得到降低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件刻蚀工艺，具体地涉及一种去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法。
背景技术
半导体器件刻蚀工艺结束后，在刻蚀图形侧壁及周围会残留一定数量的聚合物。这些聚合物形成的主要原因为：由光阻(光刻胶)中分离出来的碳与刻蚀剂(含氟、氯、溴元素的气体)和刻蚀生成物(如溴化物、氯化物等)结合在一起，形成难以去除的氟碳聚合链化合物，覆盖在图形侧壁及底部。
这些聚合物的存在有双重作用。一方面，附着在侧壁上的聚合物形成抗腐蚀钝化膜，从而防止横向刻蚀发生，有利于形成高各向异性的图形，实现关键尺寸的控制。另一方面，聚合物在刻蚀后必须去除，否则会成为下一步工艺的污染源，并可能造成器件的短路或断路，影响器件成品率和可靠性。
目前，常用的去除这些聚合物的方法有两种：浸泡式湿法清洗和硅片自动湿法清洗。
浸泡式湿法清洗的具体工艺为：一次装入一个盒式(Cassette)(25片)硅片，在装有不同清洗剂的清洗槽中轮流浸泡。每次浸泡后采用超净水喷淋，然后进入下一个清洗槽，最后采用氮气吹干或加热烘干。典型流程为：浓硫酸(120℃)→水洗→氨水+双氧水→水洗→氢氟酸→水洗→吹干/烘干。该方法存在以下缺陷：需要人工操作，劳动量大，操作环境危险；工艺复杂，清洗时间长，生产效率低；清洗溶剂长期浸泡容易对硅片过腐蚀或留下水痕，影响器件性能；清洗剂、超净水消耗量大，生产成本高。
硅片自动湿法清洗的具体工艺为：在自动硅片清洗机中进行，一次处理单片硅片。在硅片不停的转动下，由喷淋头喷出清洗液，连续完成多部清洗步骤。典型流程为：盐酸→水洗→氨水+双氧水→水洗→氢氟酸→水洗→甩干。该方法存在以下缺陷：无加热功能(无法到达120℃高温)，清洗效果差；设备昂贵，程序设置复杂(需要设置多部清洗工艺)；生产效率较低(只能进行单片清洗，且单片清洗时间长)；清洗剂、超净水消耗量大，生产成本高。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉、安全高效的去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法。
(二)技术方案
本发明所述的去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法的原理为：在多晶硅刻蚀工艺中，典型的反应腔室聚合物为含有C、N、Si、O、F、Cl、Br等元素的混合物。含氟气体可与含硅聚合物(无机聚合物)反应生成挥发性的气体，含氧气体可与含碳聚合物(有机聚合物)反应生成挥发性的气体。在多晶硅刻蚀工艺结束后，立即进行含氟气体和含氧气体的等离子体启辉清洗步骤。该工艺步骤可在较低射频功率和压力以及一定流量载气条件下进行，经一段时间的等离子体启辉后，随着反应气体与聚合物生成挥发性反应物以及这些生成物被抽排，达到清除含硅及含碳聚合物的目的。
本发明所述的去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法，是在多晶硅刻蚀工艺结束后，立即进行气体的等离子体启辉清洗步骤，所用工艺气体包括含氟气体和含氧气体。其中，含氟气体选自三氟化氮(NF3)、六氟化硫(SF6)、四氟化硫(SF4)、四氟化碳(CF4)中的任一种；含氧气体选自氧气(O2)、臭氧(O3)中的任一种。
优选地，所用气体还包括载气，载气选自氦气(He)、氩气(Ar)、氮气(N2)中的任一种。载气主要起提高气体总流量，加快气体流速以及反应生成物抽排速度的作用。
本发明所述的去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法，工艺参数设置为：含氟气体流量为10-150sccm，含氧气体流量为5-20sccm，载气流量为0-50sccm，腔室压力5-20mT，上电极功率50-150W，下电极功率5-30W，硅片温度为50-80℃，工艺时间为5-60s。
本发明所述的去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法，腔室压力低于20 mT是为了防止聚合物的再次形成；上下电极功率均较低，是为了防止对刻蚀图形的轰击破坏；硅片温度较高，有利于反应生成物的挥发。
优选地，本发明所述的去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法，工艺参数设置为：含氟气体流量为80-100sccm，含氧气体流量为10-15sccm，载气流量为30-40sccm，腔室压力6-10mT，上电极功率100-120W，下电极功率10-15W，硅片温度为60-70℃，工艺时间为40-50s。
更优选地，本发明所述的去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法，工艺参数设置为：含氟气体流量为100sccm，含氧气体流量为15sccm，载气流量为30sccm，腔室压力8mT，上电极功率100W，下电极功率10W，硅片温度为65℃，工艺时间为50s。
(三)有益效果
本发明所述的去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法可有效去除图形侧壁和四周覆盖的聚合物，如附图2所示。此方法工艺简单，降低了工艺时间和人员劳动量，提高了生产效率；还可防止湿法清洗方法对硅片和图形的腐蚀，保证了器件的性能；且清洗物质和能源消耗量少，无需单独的清洗设备，成本得到降低。
附图说明
图1刻蚀工艺后图形侧壁和周围的聚合物残留；
图2经本发明所述工艺处理后的刻蚀形貌。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
在多晶硅刻蚀工艺结束后，立即采用北方微电子等离子刻蚀机进行如下等离子体启辉清洗步骤：
工艺参数设置为：NF3流量为100sccm，O2流量为15sccm，He流量为30sccm腔室压力8mT，上电极功率100W，下电极功率10W，硅片温度为65℃，工艺时间为50s。
采用此工艺有效去除了图形侧壁和四周覆盖的聚合物。
实施例2
在多晶硅刻蚀工艺结束后，立即采用北方微电子等离子刻蚀机进行如下等离子体启辉清洗步骤：
工艺参数设置为：SF6流量为10sccm，O3流量为20sccm，Ar流量为50sccm，腔室压力5mT，上电极功率50W，下电极功率5W，硅片温度为50℃，工艺时间为60s。
采用此工艺有效去除了图形侧壁和四周覆盖的聚合物。
实施例3
在多晶硅刻蚀工艺结束后，立即采用北方微电子等离子刻蚀机进行如下等离子体启辉清洗步骤：
工艺参数设置为：SF4流量为150sccm，O3流量为5sccm，腔室压力20mT，上电极功率150W，下电极功率30W，硅片温度为80℃，工艺时间为5s。
采用此工艺有效去除了图形侧壁和四周覆盖的聚合物。
实施例4
在多晶硅刻蚀工艺结束后，立即采用北方微电子等离子刻蚀机进行如下等离子体启辉清洗步骤：
工艺参数设置为：CF4流量为80sccm，O2流量为10sccm，腔室压力6mT，上电极功率120W，下电极功率15W，硅片温度为60℃，工艺时间为40s。
采用此工艺有效去除了图形侧壁和四周覆盖的聚合物。
实施例5
在多晶硅刻蚀工艺结束后，立即采用北方微电子等离子刻蚀机进行如下等离子体启辉清洗步骤：
工艺参数设置为：SF6流量为100sccm，O3流量为15sccm，N2流量为30sccm，腔室压力10mT，上电极功率100W，下电极功率10W，硅片温度为70℃，工艺时间为50s。
采用此工艺有效去除了图形侧壁和四周覆盖的聚合物。
Claims (6)
1.一种去除多晶硅刻蚀工艺中残留聚合物的方法，其特征在于，在多晶硅刻蚀工艺结束后，立即进行气体的等离子体启辉清洗步骤，所用工艺气体包括含氟气体和含氧气体，含氟气体选自三氟化氮、六氟化硫、四氟化硫或四氟化碳中的任意一种，含氧气体选自氧气或臭氧，工艺参数设置为：含氟气体流量为10-150sccm，含氧气体流量为5-20sccm，腔室压力5-20mT，上电极功率50-150W，下电极功率5-30W，硅片温度为50-80℃，工艺时间为5-60s。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所用气体还包括载气。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述载气选自氦气、氩气、氮气中的任意一种。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，载气流量为0-50sccm。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，工艺参数设置为：含氟气体流量为80-100sccm，含氧气体流量为10-15sccm，载气流量为30-40sccm，腔室压力6-10mT，上电极功率100-120W，下电极功率10-15W，硅片温度为60-70℃，工艺时间为40-50s。。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，工艺参数设置为：含氟气体流量为100sccm，含氧气体流量为15sccm，载气流量为30sccm，腔室压力8mT，上电极功率100W，下电极功率10W，硅片温度为65℃，工艺时间为50s。
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