CN104599943A - 一种氮化钽反应离子刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种氮化钽反应离子刻蚀方法，所述刻蚀方法包括如下步骤：步骤S1、将带有氮化钽膜的基片放入电感耦合反应离子刻蚀机台的反应腔室中；步骤S2、向反应腔室中通入刻蚀气体；主要刻蚀气体为含有氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体，辅助刻蚀气体包括氧气、氩气、氮气的一种或多种；主要刻蚀气体流量为10～300sccm；辅助刻蚀气体总流量为10～2000sccm；反应腔室的温度控制在0℃～65℃；反应腔室的压力控制在10～300mTorr；步骤S3、用低偏置功率20～50瓦对硅片进行刻蚀。本发明可以最大程度的减少氮化钽刻蚀过程中产生副产品钽的聚合物，降低了后续清洁的难度。
Description
技术领域
本发明属于半导体工艺技术领域，涉及一种刻蚀方法，尤其涉及一种氮化钽反应离子刻蚀方法。
背景技术
随着半导体制造技术的不断发展，氮化钽的应用越来越广泛，由于氮化钽薄膜比其他薄膜产品相比具有更高的稳定性、更低的电阻温度系数、可以在更严酷的自然条件下应用等优点，所以大功率的氮化钽薄膜电阻可以带来更高的经济效益。
目前工业界比较常用的刻蚀方法对于刻蚀氮化钽具有相当的难度，且氮化钽刻蚀会产生大量钽的聚合物残渣1（如图1、图2所示），而且去除难度很大，极容易造成器件的接触问题，降低器件的成品率。图1中，标号2为氮化钽。
有鉴于此，如今迫切需要开发一种新的刻蚀方法，以便克服现有刻蚀方法的上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种氮化钽反应离子刻蚀方法，可减少氮化钽刻蚀过程中产生副产品钽的聚合物，降低后续清洁的难度。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种氮化钽反应离子刻蚀方法，所述刻蚀方法包括如下步骤：
步骤S1、将带有氮化钽膜的基片放入电感耦合反应离子刻蚀机台的反应腔室中；
步骤S2、向反应腔室中通入反应气体100sccm CF4或SF6或Cl2、10sccm O2、170sccm AR；
步骤S3、将反应腔室压力控制在50mt，温度控制在35℃；
步骤S4、用低偏置功率20～50瓦对硅片进行刻蚀，源极功率根据刻蚀速率的需要调整，功率和刻蚀速率成正比；
步骤S5、经过设定时间的刻蚀反应，得到含有很少量副产品的成型基片，所述副产品主要为钽的聚合物，降低后续清洁的难度；
步骤S6、刻蚀后的清洗：清洁气体包括氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br元素的气体；具体包括：
步骤S61、将干法刻蚀后的器件放入有各向同性刻蚀功能的腔室中；
步骤S62、向该腔室中通入清洁气体，清洁气体包括氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体，含氟F或/和氯Cl或/和溴Br气体的含量为清洁气体的0.5～20%；
步骤S63、控制所述腔室的温度在70℃～250℃，控制所述腔室的压力在0.5～3Torr；
步骤S64、用等离子体对硅片进行低能反应刻蚀，去除器件表面和侧壁的含有钽的聚合物。
一种氮化钽反应离子刻蚀方法，所述刻蚀方法包括如下步骤：
步骤S1、将带有氮化钽膜的基片放入电感耦合反应离子刻蚀机台的反应腔室中；
步骤S2、向反应腔室中通入刻蚀气体；主要刻蚀气体为含有氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体，辅助刻蚀气体包括氧气、氩气、氮气的一种或多种；主要刻蚀气体流量为10～300sccm；辅助刻蚀气体总流量为10～2000sccm；反应腔室的温度控制在0℃～65℃；反应腔室的压力控制在10～300mTorr；
步骤S3、用低偏置功率20～50瓦对硅片进行刻蚀。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S3中，源极功率根据刻蚀速率的需要调整，功率和刻蚀速率成正比。
作为本发明的一种优选方案，所述方法还包括：
步骤S4、经过设定时间的刻蚀反应，得到含有很少量副产品的成型基片，所述副产品主要为钽的聚合物，降低后续清洁的难度；
步骤S5、刻蚀后的清洗：清洁气体包括氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br元素的气体。
作为本发明的一种优选方案，所述刻蚀方法采用电感耦合反应离子刻蚀台，该反应离子刻蚀机台的电感耦合包括两个功率控制单元，即源极功率控制单元和偏置功率控制单元；所述源极功率控制单元的功率控制在10～3000W，所述偏置功率控制单元的功率控制在0～100W。
作为本发明的一种优选方案，所述刻蚀方法所用的气体（主刻蚀气体）流量为50～100sccm；反应腔室的温度控制在30～60℃；反应腔室的压力控制在10～100mTorr。
作为本发明的一种优选方案，所述刻蚀方法还包括刻蚀后的清洗方法，具体包括：
将干法刻蚀后的器件放入有各向同性刻蚀功能的腔室中；
向该腔室中通入清洁气体，清洁气体包括氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体，含氟F或/和氯Cl或/和溴Br气体的含量为清洁气体的0.5～20%；
控制所述腔室的温度在70℃～250℃，控制所述腔室的压力在0.5～3Torr；
用等离子体对硅片进行低能反应刻蚀，去除器件表面和侧壁的含有钽的聚合物。
作为本发明的一种优选方案，所述刻蚀方法还包括刻蚀后的清洗方法，具体包括：
将干法刻蚀后的器件放入有各向同性刻蚀功能的反应腔室中；
向该反应腔室中通入清洁气体，直至清洁气体充满反应腔室，清洁气体为氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体，含氟F或/和氯Cl或/和溴Br气体的含量为清洁气体的1～10%；
控制反应腔室的温度在80℃～150℃，控制反应腔室的压力在1～2Torr；
用100～500瓦功率的等离子体对硅片进行低能反应刻蚀；经过设定时间的反应去除器件表面和侧壁的含有钽的聚合物。
作为本发明的一种优选方案，所述清洁气体为氧气和CF4。
本发明的有益效果在于：本发明提出的氮化钽反应离子刻蚀方法，实现了对氮化钽刻蚀工艺的优化，氮化钽刻蚀时，钽和反应生成物会再次反应生成含有钽的聚合物，聚合物通常很难清洁。本发明可以最大程度的减少氮化钽刻蚀过程中产生副产品钽的聚合物，降低后续清洁的难度。
附图说明
图1为现有刻蚀工艺产生的钽的聚合物残渣的示意图。
图2为现有刻蚀工艺产生的钽的聚合物残渣的另一示意图。
图3为本发明刻蚀工艺基本不产生钽的聚合物的示意图。
图4为本发明刻蚀工艺基本不产生钽的聚合物的另一示意图。
图5为本发明氮化钽反应离子刻蚀方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
本发明揭示了一种氮化钽反应离子刻蚀方法，所述刻蚀方法采用电感耦合反应离子刻蚀机台；该电感耦合反应离子刻蚀机台的电感耦合包括两个功率控制单元，即源极功率控制单元和偏置功率控制单元；所述偏置功率控制单元的功率控制在20～50W（如功率控制在20W、30W、50W）；同时，所述刻蚀方法所用气体为SF6或/和CF4或/和Cl2，气体流量为50～100sccm（如50sccm、70sccm、80sccm、100sccm）；反应腔室的温度控制在30℃～45℃（如30℃、35℃、40℃、45℃）；反应腔室的压力控制在10～100mTorr（如10mTorr、50mTorr、100mTorr）。本实施例中，所述偏置功率控制单元的功率控制在30W，所述刻蚀方法所用的气体流量为80sccm；反应腔室的温度控制在35℃；反应腔室的压力控制在50mTorr。
此外，所述刻蚀方法还可以包括刻蚀后的清洗方法，包括：将干法刻蚀后的器件放入有各向同性刻蚀功能的腔室中；向该腔室中通入清洁气体，清洁气体包括氧气和CF4，CF4的含量为清洁气体的0.5～20%；控制所述腔室的温度在70℃～150℃，控制所述腔室的压力在0.5～3Torr；用等离子体对硅片进行低能反应刻蚀，去除器件表面和侧壁的含有钽的聚合物。具体地，本实施例中，所述清洗方法具体包括：将干法刻蚀后的器件放入有各向同性刻蚀功能的反应腔室中；向该反应腔室中通入清洁气体，直至清洁气体充满反应腔室，清洁气体为氧气和CF4，CF4的含量为清洁气体的5%；控制反应腔室的温度在100℃，控制反应腔室的压力在1.5Torr；用500瓦功率的等离子体对硅片进行低能反应刻蚀；经过设定时间的反应去除器件表面和侧壁的含有钽的聚合物。
请参阅图5，本发明氮化钽反应离子刻蚀方法具体包括如下步骤：
【步骤S1】将带有氮化钽膜的基片放入电感耦合反应离子刻蚀机台的反应腔室中。采用的电感耦合反应离子刻蚀台的电感耦合包括两个功率控制单元，即源极功率控制单元和偏置功率控制单元；所述源极功率控制单元的功率控制在10～3000W，所述偏置功率控制单元的功率控制在0～100W。
【步骤S2】向反应腔室中通入刻蚀气体；主要刻蚀气体为含有氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体（如CF4或/和SF6或/和Cl2），辅助刻蚀气体包括氧气、氩气、氮气的一种或多种；主要刻蚀气体流量为10～300sccm（如10sccm、100sccm、200sccm、300sccm）；辅助刻蚀气体总流量为10～2000sccm（如10sccm、100sccm、1000sccm、2000sccm）。
【步骤S3】反应腔室的温度控制在0℃～65℃（如0℃、35℃、65℃）；反应腔室的压力控制在10～300mTorr（如10mTorr、50mTorr、100mTorr、300mTorr）。
【步骤S4】用低偏置功率20～50瓦对硅片进行刻蚀；源极功率根据刻蚀速率的需要调整，功率和刻蚀速率成正比。
【步骤S5】经过设定时间的刻蚀反应，得到含有很少量副产品的成型基片，所述副产品主要为钽的聚合物，降低后续清洁的难度。
【步骤S6】刻蚀后的清洗：清洁气体包括氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br元素的气体（如CF4）。清洗方法具体包括：
步骤S61：将干法刻蚀后的器件放入有各向同性刻蚀功能的反应腔室中。
步骤S62：向该反应腔室中通入清洁气体，清洁气体包括氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体，含氟F或/和氯Cl或/和溴Br气体的含量为清洁气体的0.5～20%（0.5%、1%、5%、10%、20%）。
步骤S63：控制所述腔室的温度在70℃～250℃（如70℃、80℃、150℃、250℃），控制所述腔室的压力在0.5～3Torr（0.5Torr、1Torr、2Torr、3Torr）。
步骤S64：用100～500瓦功率的等离子体对硅片进行低能反应刻蚀；经过设定时间的反应去除器件表面和侧壁的含有钽的聚合物。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，本发明氮化钽反应离子刻蚀方法具体包括如下步骤：
步骤S1、将带有氮化钽膜的基片放入电感耦合反应离子刻蚀机台的反应腔室中；
步骤S2、向反应腔室中通入反应气体，包括100sccm的CF4、SF6、Cl2的混合器，10sccm O2、170sccm AR。
步骤S3、将反应腔室压力控制在50mt，温度控制在35℃；
步骤S4、用低偏置功率20～50瓦对硅片进行刻蚀，源极功率根据刻蚀速率的需要调整，功率和刻蚀速率成正比；
步骤S5、经过设定时间的刻蚀反应，得到含有很少量副产品的成型基片，所述副产品主要为钽的聚合物，降低后续清洁的难度；
步骤S6、刻蚀后的清洗：清洁气体包括氧气和CF4；具体包括：
步骤S61、将干法刻蚀后的器件放入有各向同性刻蚀功能的腔室中；
步骤S62、向该腔室中通入清洁气体，清洁气体包括氧气和CF4，CF4的含量为清洁气体的10%；
步骤S63、控制所述腔室的温度在150℃，控制所述腔室的压力在2Torr；
步骤S64、用等离子体对硅片进行低能反应刻蚀，去除器件表面和侧壁的含有钽的聚合物。
综上所述，本发明提出的氮化钽反应离子刻蚀方法，实现了对氮化钽刻蚀工艺的优化，氮化钽刻蚀时，钽和反应生成物会再次反应生成含有钽的聚合物，聚合物通常很难清洁。本发明可以最大程度的减少氮化钽刻蚀过程中产生副产品钽的聚合物，降低了后续清洁的难度。
如图3、图4所示，利用本发明的刻蚀方法刻蚀，可以最大程度的减少副产品（钽的聚合物2）。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (9)
1.一种氮化钽反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法包括如下步骤：
步骤S1、将带有氮化钽膜的基片放入电感耦合反应离子刻蚀机台的反应腔室中；
步骤S2、向反应腔室中通入反应气体100sccm CF4或SF6或Cl2、10sccmO2、170sccm AR；
步骤S3、将反应腔室压力控制在50mt，温度控制在35℃；
步骤S4、用低偏置功率20～50瓦对硅片进行刻蚀，源极功率根据刻蚀速率的需要调整，功率和刻蚀速率成正比；
步骤S5、经过设定时间的刻蚀反应，得到含有很少量副产品的成型基片，所述副产品主要为钽的聚合物，降低后续清洁的难度；
步骤S6、刻蚀后的清洗：清洁气体包括氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br元素的气体；具体包括：
步骤S61、将干法刻蚀后的器件放入有各向同性刻蚀功能的腔室中；
步骤S62、向该腔室中通入清洁气体，清洁气体包括氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体，含氟F或/和氯Cl或/和溴Br气体的含量为清洁气体的0.5～20%；
步骤S63、控制所述腔室的温度在70℃～250℃，控制所述腔室的压力在0.5～3Torr；
步骤S64、用等离子体对硅片进行低能反应刻蚀，去除器件表面和侧壁的含有钽的聚合物。
2.一种氮化钽反应离子刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀方法包括如下步骤：
步骤S1、将带有氮化钽膜的基片放入电感耦合反应离子刻蚀机台的反应腔室中；
步骤S2、向反应腔室中通入刻蚀气体；主要刻蚀气体为含有氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体，辅助刻蚀气体包括氧气、氩气、氮气的一种或多种；主要刻蚀气体流量为10～300sccm；辅助刻蚀气体总流量为10～2000sccm；反应腔室的温度控制在0℃～65℃；反应腔室的压力控制在10～300mTorr；
步骤S3、用低偏置功率20～50瓦对硅片进行刻蚀。
3.根据权利要求2所述的氮化钽反应离子刻蚀方法，其特征在于：
所述步骤S3中，源极功率根据刻蚀速率的需要调整，功率和刻蚀速率成正比。
4.根据权利要求2所述的氮化钽反应离子刻蚀方法，其特征在于：
所述方法还包括：
步骤S4、经过设定时间的刻蚀反应，得到含有很少量副产品的成型基片，所述副产品主要为钽的聚合物，降低后续清洁的难度；
步骤S5、刻蚀后的清洗：清洁气体包括氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br元素的气体。
5.根据权利要求2所述的氮化钽反应离子刻蚀方法，其特征在于：
所述刻蚀方法采用电感耦合反应离子刻蚀台，该反应离子刻蚀机台的电感耦合包括两个功率控制单元，即源极功率控制单元和偏置功率控制单元；所述源极功率控制单元的功率控制在10～3000W，所述偏置功率控制单元的功率控制在0～100W。
6.根据权利要求2所述的氮化钽反应离子刻蚀方法，其特征在于：
所述刻蚀方法所用的气体流量为50～100sccm；反应腔室的温度控制在30～60℃；反应腔室的压力控制在10～100mTorr。
7.根据权利要求2所述的氮化钽反应离子刻蚀方法，其特征在于：
所述刻蚀方法还包括刻蚀后的清洗方法，具体包括：
将刻蚀后的器件放入有各向同性刻蚀功能的腔室中；
向该腔室中通入清洁气体，清洁气体包括氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体，含氟F或/和氯Cl或/和溴Br气体的含量为清洁气体的0.5～20%；
控制所述腔室的温度在70℃～250℃，控制所述腔室的压力在0.5～3Torr；
用等离子体对硅片进行低能反应刻蚀，去除器件表面和侧壁的含有钽的聚合物。
8.根据权利要求2所述的氮化钽反应离子刻蚀方法，其特征在于：
所述刻蚀方法还包括刻蚀后的清洗方法，具体包括：
将干法刻蚀后的器件放入有各向同性刻蚀功能的反应腔室中；
向该反应腔室中通入清洁气体，直至清洁气体充满反应腔室，清洁气体为氧气和含氟F或/和氯Cl或/和溴Br的气体，含氟F或/和氯Cl或/和溴Br气体的含量为清洁气体的1～10%；
控制反应腔室的温度在80℃～150℃，控制反应腔室的压力在1～2Torr；
用100～500瓦功率的等离子体对硅片进行低能反应刻蚀；经过设定时间的反应去除器件表面和侧壁的含有钽的聚合物。
9.根据权利要求7或8所述的氮化钽反应离子刻蚀方法，其特征在于：
所述清洁气体为氧气和CF4。
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