CN102044429A

CN102044429A - 一种硅片的刻蚀方法

Info

Publication number: CN102044429A
Application number: CN2009102362449A
Authority: CN
Inventors: 朱哲渊
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-10-23
Also published as: CN102044429B

Abstract

本发明公开了一种硅片的刻蚀方法，涉及半导体芯片加工工艺领域，为降低因颗粒附着造成的刻蚀缺陷而发明。所述刻蚀方法在刻蚀工艺中产生副产物的刻蚀步骤后，增加在预定的上电极功率、下电极功率和压强的条件下，降低刻蚀气体的流量并增加惰性气体的过渡步骤；在过渡步骤之后，去除刻蚀气体，并使用惰性气体进行冲刷，将刻蚀工艺过程中产生的工艺副产物和刻蚀中腔室壁中颗粒被等离子体轰击后悬浮在等离子体中的颗粒带走。本发明可用于半导体硅片的刻蚀工艺中。

Description

一种硅片的刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体芯片加工工艺，尤其涉及一种硅片的刻蚀方法。

背景技术

在硅片的刻蚀工艺中，刻蚀前后硅片表面的洁净程度在很大程度上决定了芯片的良率。然而，由于在刻蚀过程中刻蚀工艺所产生的工艺副产物掉落在硅片表面以及腔室壁中颗粒被等离子轰击后掉落在硅片表面等原因，硅片的表面并不是洁净的，往往存在着颗粒。此情况在易产生明显副产物的刻蚀工艺中如STI(Shallow Trench Isolation，浅沟槽隔离)工艺/Etchback(回刻)工艺等就更为明显。这些颗粒会在刻蚀过程中阻挡刻蚀的顺利进行，成为局部刻蚀的阻挡层，从而产生刻蚀缺陷。图1为现有STI工艺加工的硅片的缺陷扫描图，图中圆形区域表示所加工的硅片，区域中的不同颜色的点表示不同尺寸的缺陷。如图1可知，所加工的硅片中由于颗粒产生的刻蚀缺陷约为50个。刻蚀缺陷影响芯片的加工质量，降低了产品的良率，特别是随着半导体行业的发展，芯片的关键尺寸减小，因附着颗粒造成的缺陷更加明显。因此，如何清除刻蚀过程中硅片表面的颗粒、降低刻蚀缺陷具有重要意义。

现有的一种解决方法是干法清洗，即利用充满整个腔室的高活性气体等离子体与腔室壁的覆盖物发生化学作用从而达到清除附产物的目的。具体是指，在刻蚀硅片传出腔室后以及下一片硅片传进腔室之前，使用SF₆+O₂的气体组合启辉，在高压、高上电极功率和零下电极功率的条件下对腔室进行无硅片的干法清洗。但该方法只能降低因腔室颗粒造成的缺陷。

现有另一种解决方法是逐步降低功率方法，即在刻蚀结束前，不直接关闭上下电极功率，从而使等离子体处于被激发状态以避免漂浮的颗粒迅速掉落在硅片表面，直至分子泵抽取腔室数秒后才关闭上下电极功率。但该方法效果有限，如果要延长分子泵抽取腔室时间，必须增加上下电极的维持功率的时间，这样等离子体也会继续对硅基底进行刻蚀，从而影响之前预定的刻蚀结果。

发明内容

本发明提供了一种硅片的刻蚀方法，能够有效地清除颗粒、从而降低因颗粒附着造成的刻蚀缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种硅片的刻蚀方法，在刻蚀工艺中产生副产物的刻蚀步骤后，增加在预定的上电极功率、下电极功率和压强的条件下，降低刻蚀气体的流量并增加惰性气体的过渡步骤；在过渡步骤之后，去除刻蚀气体，并使用惰性气体进行冲刷，将刻蚀工艺过程中产生的工艺副产物和刻蚀中腔室壁中颗粒被等离子体轰击后悬浮在等离子体中的颗粒带走。

本发明在悬浮于等离子体中的颗粒掉落于硅片表面前，保持等离子体的同时用惰性气体冲刷，将颗粒带走，能有效清除颗粒，避免颗粒掉落在硅片表面产生刻蚀缺陷。

附图说明

图1为现有技术STI工艺加工的硅片的缺陷扫描图。

图2为本发明硅片的刻蚀方法实施例的流程图。

图3为本发明硅片的刻蚀方法另一实施例流程图。

图4为本发明硅片的刻蚀方法实施例加工的硅片的缺陷扫描图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明硅片的刻蚀方法的实施方式做进一步详细说明。其中所描述的实施例仅仅是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明硅片的刻蚀方法实施例包括步骤：

S11，在刻蚀工艺中产生副产物的刻蚀步骤后，在预定的上电极功率、下电极功率和压强的条件下，降低刻蚀气体的流量并增加惰性气体。

S12，在上述步骤之后，去除刻蚀气体，并使用所述惰性气体进行冲刷，将刻蚀工艺过程中产生的工艺副产物和刻蚀中腔室壁中颗粒被等离子体轰击后悬浮在等离子体中的颗粒带走。

本发明硅片的刻蚀方法在悬浮于等离子体中的颗粒掉落于硅片表面前，保持等离子体的同时用惰性气体冲刷，将颗粒带走，能有效清除颗粒，避免颗粒掉落在硅片表面产生刻蚀缺陷。

其中，S11步骤预定的上电极功率维持在200W～300W，下电极功率为0W；预定的压强可以与其对应的前一步骤即产生副产物的刻蚀步骤保持一致；S11步骤把产生副产物的刻蚀步骤中刻蚀气体如CF₄/Cl₂/HBr等的流量降至原流量的1/2～1/3，并增加He/Ar等惰性气体，流量设定为50～200sccm(标况毫升每分)；S11步骤持续的时间为3～7s，因为其中还是有少量的刻蚀气体，因此可以适量缩短S11步骤的时间，使S11步骤对硅基底和光致掩模层的影响降到最低。

S11步骤中，如果产生副产物的刻蚀步骤中有O₂存在，O₂对光致掩模层的影响较大，所以在S11步骤中必须把O₂流量设置为0，将O₂去除。

S11步骤在上述的条件参数下，使产生副产物的刻蚀步骤与S12步骤之间形成了等离子体连续启辉，避免等离子体中漂浮的颗粒掉落在硅片表面。

S11步骤之后，进行S12步骤。S12步骤去除过渡步骤中刻蚀气体，将刻蚀气体如CF₄/Cl₂/HBr等的流量降至0sscm；维持S11步骤的上电极功率、下电极功率、压强和惰性气体流量；S12步骤的持续的时间为10s～20s。

S12步骤在保持等离子体的同时用惰性气体冲刷，将刻蚀步骤中的副产物颗粒带走。

本发明硅片的刻蚀方法应用于STI或Etchback等刻蚀工艺中。

实施例：

本实施例，为应用本发明刻蚀方法的STI工艺。图2为本实施例的工艺流程图。如图2所示，本实施例包括如下步骤：

S21、硬掩膜刻蚀，刻蚀SiNx。条件参数为：压强8mT；上电极功率600W，下电极功率90W；刻蚀气体为CF₄和CH₂F₂，流量均为15sccm；该步骤进行端点检测，判断该刻蚀步骤是否完成，检测通过进行下一步骤。

S22、过刻蚀，刻蚀、高选择比刻蚀以去除多晶硅。条件参数为：压强15mT；上电极功率450W，下电极功率100W；刻蚀气体为CF₄和CH₂F₂，流量均为30sccm；持续时间为20S。

S23、过渡步骤。由于在S21和S22两个刻蚀步骤中，所采用的刻蚀气体包括CH₂F₂，易出现颗粒即易产生较多副产物，结果产生较多的刻蚀缺陷。因此，在S22步骤之后，增加了本步骤及接下来的S24步骤。本步骤的条件参数为：压强15mT，与S22步骤一致；上电极功率250W，下电极功率0W；原刻蚀气体CF₄和CH₂F₂的流量降为S22步骤的1/3，均为10sccm；增加惰性气体He，流量为100sccm；本步骤持续的时间为3s。

S23步骤在上述的条件参数下，由于维持了较少的刻蚀气体流量并增加了惰性气体，并维持一定的上电极功率，使S22与S24步骤之间形成了等离子体连续启辉，避免等离子体中漂浮的颗粒掉落在硅片表面。

需要注意的是，不能在S23步骤中，直接把S22步骤中刻蚀气体的流量降至0sccm，这样会出现摆阀控压异常和功率反射等问题。另外，从S22到S23步骤必须维持一定的上电极功率，以保持等离子体连续启辉，避免漂浮的颗粒掉落在硅片表面。

S24、去除刻蚀气体，并使用所述惰性气体进行冲刷。条件参数为：压强、上下电极功率及惰性气体He的流量与S23步骤一致；刻蚀气体CF₄和CH₂F₂的流量降为0；该步骤持续的时间为10s。

这里要注意的是，整个刻蚀工艺过程中，分子泵一直处于工作状态中，用于气体的抽离、维持反应压强等。本发明中，去除刻蚀气体、去除氧气、维持反应压强及通过惰性气体带走颗粒等都依靠分子泵的工作。

该步骤在保持等离子体的同时用惰性气体冲刷，分子泵抽离惰性气体的同时，也将刻蚀工艺过程中产生的工艺副产物和刻蚀中腔室壁中颗粒被等离子体轰击后悬浮在等离子体中的颗粒带走，避免颗粒掉落在硅片表面产生刻蚀缺陷。而且由于S24步骤中只存在惰性气体，其等离子体对硅基底和光致掩模层的影响几乎可忽略，对之后的S25刻蚀步骤几乎没有影响。

S25、贯穿刻蚀，表面氧化层和剩余硬掩膜刻蚀。条件参数为：压强7mT；上电极功率200W，下电极功率80W；刻蚀气体为CF₄，流量为100sccm；持续的时间为5s。

S26、沟槽刻蚀，刻蚀大部分的多晶硅。条件参数为：压强35mT；上电极功率600W，下电极功率50W；刻蚀气体为Cl₂、HBr和CF₄，流量分别为15、100和15sccm；该步骤还需要加入He和O₂，流量分别为14和6sccm；持续的时间为100s。

S27、底部圆角刻蚀。条件参数为：压强65mT；上电极功率200W，下电极功率40W；刻蚀气体为Cl₂和O₂，流量分别为100和8sccm；持续的时间为10s。

S28、结束。

上述本发明的实施例，在原有STI工艺的基础上，增加了S23和S24两个步骤，原工艺的条件参数保持不变。图4为本实施例硅片的刻蚀方法所加工的硅片缺陷扫描图，如图4可知，本实施例所加工的硅片由于颗粒产生的刻蚀缺陷约为6个。对比图1现有STI工艺的刻蚀结果，可以明显的看出，本实施例刻蚀结果中因颗粒造成的缺陷明显较少，该结果可充分表明本发明硅片的刻蚀方法能够有效地清除颗粒、从而降低因颗粒附着造成的刻蚀缺陷。

本发明硅片的刻蚀方法在悬浮于等离子体中的颗粒掉落于硅片表面前，保持等离子体的同时用惰性气体冲刷，将颗粒带走，避免颗粒掉落在硅片表面产生刻蚀缺陷，对下一步刻蚀也几乎没有影响，是一种有效地清除颗粒、降低因颗粒附着造成的刻蚀缺陷的刻蚀方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims

1.一种硅片的刻蚀方法，其特征在于，包括：

在刻蚀工艺中产生副产物的刻蚀步骤后，增加在预定的上电极功率、下电极功率和压强的条件下，降低刻蚀气体的流量并增加惰性气体的过渡步骤；

在所述过渡步骤之后，去除所述刻蚀气体，并使用所述惰性气体进行冲刷，将刻蚀工艺过程中产生的工艺副产物和刻蚀中腔室壁中颗粒被等离子体轰击后悬浮在等离子体中的颗粒带走。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡步骤中预定的上电极功率为200W～300W。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡步骤中预定的下电极功率为0W。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡步骤中预定的压强与所述产生副产物的刻蚀步骤中的压强一致。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述过渡步骤中，所述降低刻蚀气体的流量具体为：将刻蚀气体的流量降低为所述产生副产物的刻蚀步骤中刻蚀气体流量的1/2～1/3。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡步骤中惰性气体的流量为50～200sccm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡步骤持续的时间为3～7s。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述过渡步骤中去除O₂的步骤。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述去除原刻蚀气体，并使用惰性气体进行冲刷的过程中，维持所述过渡步骤的上电极功率、下电极功率、压强和惰性气体的流量。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除刻蚀气体，并使用惰性气体进行冲刷的过程持续的时间为10～20s。

11.根据权利要求1至10任一项所述的方法，其特征在于，所述刻蚀工艺为浅沟槽隔离工艺或回刻工艺。