CN102709174A - 先行氩离子注入损伤氧化层控制腐蚀角度的方法 - Google Patents

先行氩离子注入损伤氧化层控制腐蚀角度的方法 Download PDF

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王修中
邢文超
王亮
杨寿国
黄光波
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Abstract

先行氩离子注入损伤氧化层控制腐蚀角度的方法，在半导体器件制造过程中，先行通过氩离子注入损伤氧化层，实现对腐蚀角度的控制，属于半导体器件制造技术领域。现有技术采用NH4F:HF=6:1的室温BOE腐蚀，腐蚀角度达到30~45°，尽管采用0~20℃的低温BOE腐蚀，腐蚀角度也只是减小到24°～31°，这个角度依然会导致器件边缘电场较强，可靠性变差，对于高压器件来说危害更大，因此，希望能够将腐蚀角度控制到更小的区间内。本发明是这样实现的，在硅片氧化后生成的SiO2层厚度为采用低温BOE腐蚀，在硅片氧化之后、光刻之前，先行氩离子注入，注入能量70~100keV，注入剂量1E15~1E14个/cm2，之后光刻、腐蚀。

Description

先行氩离子注入损伤氧化层控制腐蚀角度的方法
技术领域
本发明涉及一种先行氩离子注入损伤氧化层控制腐蚀角度的方法，在半导体器件制造过程中，先行通过氩离子注入损伤氧化层，实现对腐蚀角度的控制，属于半导体器件制造技术领域。
背景技术
湿法腐蚀通过将待腐蚀材料浸泡在腐蚀液内来完成，也就是化学溶液腐蚀。湿法腐蚀是一种纯化学腐蚀，具有优良的选择性，例如采用BOE腐蚀液，腐蚀完当前SiO2层1后腐蚀就会停止，而不会损坏下面的硅片2，见图1所示。另外，由于半导体湿法腐蚀都具有各向同性的特点，不论腐蚀氧化层还是金属层，横向腐蚀的宽度都接近于纵向腐蚀的深度，腐蚀形貌呈碗型，见图1所示。而实际上由于光刻胶3并非十分牢固粘附于SiO2层1上，会发生侧向钻蚀，出现横向腐蚀宽度大于纵向腐蚀深度的现象，腐蚀形貌呈锥形，腐蚀区域内的SiO2层1侧面与硅片2表面的夹角为腐蚀角度α，见图2所示。随着IC技术的发展，对腐蚀角度的要求也越来越严格。现有技术采用NH4F:HF=6:1的室温BOE腐蚀，腐蚀角度达到30~45°，尽管采用0~20℃的低温BOE腐蚀，腐蚀角度也只是减小到24°~31°，这个角度依然会导致器件边缘电场较强，可靠性变差，对于高压器件来说危害更大，因此，希望能够将腐蚀角度控制到更小的区间内。
发明内容
本发明其目的在于，在半导体器件制造过程中，将腐蚀角度控制在5~24°这样一个更小的区间内，为此，我们发明了一种先行氩离子注入损伤氧化层控制腐蚀角度的方法。
本发明是这样实现的，在硅片2氧化后生成的SiO2层1厚度为
Figure BDA00001717761200011
Figure BDA00001717761200012
采用低温BOE腐蚀，其特征在于，在硅片2氧化之后、光刻之前，先行氩离子注入，注入能量70~100keV，注入剂量1E15~1E14个/cm2，之后光刻、腐蚀。
本发明其技术效果在于，在硅片2氧化之后、光刻之前先行氩离子注入，在高能量氩离子的轰击下，在自SiO2层1表面的一定深度内SiO2层1的晶格被破坏，再加上SiO2层1被注入氩离子，导致SiO2层1损伤，出现结构损伤活性点。氩离子注入能量、注入剂量不同，注入深度也不同，对SiO2层1的损伤程度也不同，注入能量越高、注入剂量越大，注入深度越深，对SiO2层1整体损伤得越重。当然SiO2层1表面损伤最重。受到损伤的SiO2层1存在结构损伤活性点，致使化学腐蚀反应速度加快，SiO2更容易被腐蚀。因此，当进行湿法腐蚀时，原本横向腐蚀速度大于纵向腐蚀速度，横向腐蚀速度又因自SiO2层1深层到表层随着损伤程度的加重而加快，横向腐蚀宽度也逐渐加大，腐蚀区域内的SiO2层1侧面变得平缓，腐蚀角度变小。在本发明限定的工艺条件下，腐蚀角度能够被限定在5~24°这样一个更小的区间内，这样的腐蚀角度能够降低器件边缘电场强度，提高可靠性。本发明还获得一个附带的效果，那就是能够因器件边缘电场强度的降低，可以减小1200V以上的高压半导体器件终端尺寸，如1200V IGBT终端尺寸可以减小到300微米以下，从而降低产品的生产成本。另外，由于注入机腔室清洗就是采用氩气作为清洗气体通过注入来进行，因此，本发明之方法具有现实的工艺基础，与现有工艺兼容，简单易行。
附图说明
图1是现有技术碗型腐蚀形貌示意图。图2是现有技术锥形腐蚀形貌示意图。图3是本发明腐蚀角度为7~11°的锥形腐蚀形貌示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施方式
在硅片2氧化后生成的SiO2层1厚度为
Figure BDA00001717761200021
采用低温BOE腐蚀，BOE温度为9~11℃，按NH4F:HF=6:1的比例配制。在硅片2氧化之后、光刻之前，先行用离子注入机注入氩离子（Ar+），注入能量70~100keV，注入剂量1E15~1E14个/cm2，之后光刻、腐蚀，最后去除光刻胶3。
例1，扩散氧化做厚
Figure BDA00001717761200022
的SiO2层1；用离子注入机注入Ar+，注入能量100keV，注入剂量1E15个/cm2；光刻；使用9~11℃、NH4F:HF=6:1的BOE腐蚀，最后去除光刻胶3。得腐蚀角度7~11°，见图3所示。当注入能量降低到50keV，注入剂量减少到1E12个/cm2，其他条件不变，得到的腐蚀角度大到30~34°。
例2，扩散氧化做厚
Figure BDA00001717761200023
的SiO2层1；用离子注入机注入Ar+，注入能量70keV，注入剂量5E14个/cm2；光刻；使用9~11℃、NH4F:HF=6:1的BOE腐蚀，最后去除光刻胶3。得腐蚀角度10~14°。
例3，扩散氧化做厚
Figure BDA00001717761200024
的SiO2层1；用离子注入机注入Ar+，注入能量70keV，注入剂量2E14个/cm2；光刻；使用9~11℃、NH4F:HF=6:1的BOE腐蚀，最后去除光刻胶3。得腐蚀角度13~17°。

Claims (4)

1.一种先行氩离子注入损伤氧化层控制腐蚀角度的方法，在硅片（2）氧化后生成的SiO2层（1）厚度为
Figure FDA00001717761100011
采用低温BOE腐蚀，其特征在于，在硅片（2）氧化之后、光刻之前，先行氩离子注入，注入能量70~100keV，注入剂量1E15~1E14个/cm2，之后光刻、腐蚀。
2.根据权利要求1所述的先行氩离子注入损伤氧化层控制腐蚀角度的方法，其特征在于，扩散氧化做厚
Figure FDA00001717761100012
的SiO2层（1）；用离子注入机注入氩离子，注入能量100keV，注入剂量1E15个/cm2；光刻；使用9~11℃、NH4F:HF=6:1的BOE腐蚀，最后去除光刻胶（3）。
3.根据权利要求1所述的先行氩离子注入损伤氧化层控制腐蚀角度的方法，其特征在于，扩散氧化做厚
Figure FDA00001717761100013
的SiO2层（1）；用离子注入机注入氩离子，注入能量70keV，注入剂量5E14个/cm2；光刻；使用9~11℃、NH4F:HF=6:1的BOE腐蚀，最后去除光刻胶（3）。
4.根据权利要求1所述的先行氩离子注入损伤氧化层控制腐蚀角度的方法，其特征在于，扩散氧化做厚
Figure FDA00001717761100014
的SiO2层（1）；用离子注入机注入氩离子，注入能量70keV，注入剂量2E14个/cm2；光刻；使用9~11℃、NH4F:HF=6:1的BOE腐蚀，最后去除光刻胶（3）。
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