CN104779151B - 一种多晶硅刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多晶硅刻蚀方法，涉及半导体芯片制造工艺技术领域。其中，多晶硅刻蚀方法包括：在具有高台阶图形层的硅片上形成多晶硅层；在所述多晶硅层上形成一图形化的光刻胶掩膜；将具有光刻胶掩膜的所述硅片与含氟气体的等离子体发生反应，对多晶硅层进行刻蚀。利用六氟化硫SF6的各向同性，在Lam490上不需要增加过量的SF6，就能够将高台阶处的多晶硅刻蚀干净，同时利用三氟甲烷CHF3气体降低光刻胶下的图形尺寸的损失，提高产品的良率和可靠性。

Description

一种多晶硅刻蚀方法
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造工艺技术领域，特别涉及一种多晶硅刻蚀方法。
背景技术
半导体芯片制造过程中，多晶硅常用来做器件产品的栅极或电阻，而在一些特殊的器件中，在长多晶硅之前，图形就已经存在了高台阶，通过炉管长完多晶硅后，在台阶出的多晶硅W1就远远比平坦出的多晶硅W2要厚得多，这就使得多晶硅的刻蚀很容易存在残留，从而给产品带来良率以及可靠性方面的问题，如图1所示，W1>W2。
业界刻蚀多晶硅的机台主要有Lam公司的4400、9400以及AMAT公司的P5000、DSP等等，所用的刻蚀气体主要为HBr、CL2，为各向异性刻蚀气体，刻蚀多晶硅时产生的聚合物会阻挡在图形的侧壁，面对高台阶处的多晶硅，聚合物阻挡在台阶处，即使增加过刻量，使刻蚀能刻掉W1厚度的多晶硅，同样会出席尖刺状的残留，如图2所示高度小于W2。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种多晶硅刻蚀方法，在Lam490机台上能够刻蚀掉高台阶处的多晶硅，解决了多晶硅残留的问题，提高了产品的良率及可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种多晶硅刻蚀方法，包括：
在具有高台阶图形层的硅片上形成多晶硅层；
在所述多晶硅层上形成一图形化的光刻胶掩膜；
将具有光刻胶掩膜的所述硅片与含氟气体的等离子体发生反应，对多晶硅层进行刻蚀。
其中，在具有高台阶图形层的硅片上形成多晶硅层的步骤包括：
在硅片上形成高台阶的图形层；
在所述高台阶图形层上形成所述多晶硅层。
其中，在所述多晶硅层上形成一图形化的光刻胶掩膜的步骤包括：
在所述多晶硅层上形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行曝光及显影，得到图形化的所述光刻胶掩膜。
其中，具有光刻胶掩膜的所述硅片与含氟气体的等离子体发生反应，对多晶硅层进行刻蚀的步骤包括：
将所述硅片置入设定压力值的Lam490机台；
在所述Lam490机台内通入设定流量的含氟气体；
电离所述含氟气体，使得生成的气体的含氟等离子体与所述硅片上的多晶硅发生反应；
抽走所述硅片表面的气体，完成对多晶硅层的刻蚀。
进一步的，所述含氟气体包括：SF6。
优选的，所述含氟气体还包括CHF3和/或He。
其中，对多晶硅进行刻蚀时，压力为150至700毫托，功率为50至500W，SF6的流量为13至45毫升/分钟，CHF3的流量为0至90毫升/分钟，He的流量为0至180毫升/分钟。
其中，所述硅片表面气体包括：反应生成的气体，脱离器件表面的含碳、氢聚合物，未被电离的气体和未完全反应的含氟等离子体。
进一步的，完成对多晶硅层的刻蚀后，还包括：
将完成对多晶硅层刻蚀的具有所述高台阶图形层的所述硅片进行去胶和聚合物清洗。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果：
本发明实施例的多晶硅刻蚀方法中，利用六氟化硫SF6的各向同性，在Lam490上不需要增加过量的SF6，就能够将高台阶处的多晶硅刻蚀干净，同时利用三氟甲烷CHF3气体降低光刻胶下的图形尺寸的损失，提高产品的良率和可靠性。
附图说明
图1为高台阶处的多晶硅与平坦处的多晶硅厚度比较示意图；
图2为现有技术中增加过量刻蚀气体时由于聚合物阻挡而形成的多晶硅残留示意图；
图3表示本发明实施例中多晶硅刻蚀方法的步骤流程图；
图4表示本发明实施例中对多晶硅层进行刻蚀的具体步骤流程图；
图5为完成多晶硅刻蚀后光刻胶保护下多晶硅图形的形貌示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有技术中具有高台阶图形层硅片进行多晶硅刻蚀时很容易存在残留的问题，提供一种多晶硅刻蚀方法，利用六氟化硫SF6的各向同性，在Lam490上不需要增加过量的SF6，就能够将高台阶处的多晶硅刻蚀干净，同时利用三氟甲烷CHF3气体降低光刻胶下的图形尺寸的损失，提高产品的良率和可靠性。
如图3所示，本发明实施例提供一种多晶硅刻蚀方法，包括：
步骤10，在具有高台阶图形层的硅片上形成多晶硅层；
步骤20，在所述多晶硅层上形成一图形化的光刻胶掩膜；
步骤30，将具有光刻胶掩膜的所述硅片与含氟气体的等离子体发生反应，对多晶硅层进行刻蚀。
本发明的上述实施例中，步骤20中的光刻胶掩膜用来保护用作产品栅极或电阻的多晶硅不被刻蚀，步骤30中不被光刻胶掩膜保护的多晶硅与含氟气体的等离子体发生反应，被刻蚀。其中由于上述硅片具有台阶图形层，则利用含氟气体的各向同性，将高台阶处的多晶硅刻蚀干净，得出所需要的无多晶硅残留的图形。同时可以根据高台阶图形的不同的台阶高度，选择恰当的含氟气体的流量、速率等来更好的完成多晶硅刻蚀，提高产品的可靠性。
本发明的上述实施例中，步骤10的具体步骤包括：
步骤101，在硅片上形成高台阶的图形层；
步骤102，在所述高台阶图形层上形成所述多晶硅层。
本发明实施例中，高台阶的图形层同时也是介质层，用于将芯片中的多晶硅层与其他器件隔离开，一般为绝缘层，由绝缘材料构成，作用一般为把导电层隔离开及提供物力支撑，增大硅片的强度。根据实际情况决定，可以为高台阶的图形层，也可以为其他形状的图形层。进一步的，步骤102中可以通过电镀的方法在所述高台阶图形层上形成所述多晶硅层，但不仅限于此方法，所有能够使高台阶图形层上形成多晶硅层的方法在本发明中均适用。
本发明的上述实施例中，步骤20的具体步骤包括：
步骤201，在所述多晶硅层上形成光刻胶层；
步骤202，对所述光刻胶层进行曝光及显影，得到图形化的所述光刻胶掩膜。
本发明实施例的步骤201中的光刻胶是由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。目前，光刻胶可分为正胶和负胶两种。负胶是曝光区发生交联反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化，而非曝光的地方经适当的溶剂处理后被去除，即可得到所需图像；正胶则与负胶相反，曝光的地方可以通过显影液去除，得到所需的图像。
其中步骤202中根据上述光刻胶层的性质，对光刻胶层进行曝光及显影，得到图形化的光刻胶掩膜。其中曝光是指经光源作用将原始底片上的图案转移到底板上；显影是指通过适当溶剂处理，将未发生光聚合反应的光刻胶层部分冲掉。
举例说明如下：
目前较广泛使用的是正胶，假设使用正胶，在多晶硅层上涂上光刻胶层后，将印有电路图的胶片放置在光刻胶层上，此时进行曝光处理，用紫外线对其进行照射，则胶片中黑色的地方紫外线照不过去，白色的地方能透光，这样显影的时候，在胶片上白色被紫外线晒过的地方用碱水能够洗下去，黑色的就不容易洗掉，这样带有光刻胶掩膜的图就出来了。
如图4所示，本发明的上述实施例中的步骤30的具体步骤包括：
步骤301，将所述硅片置入设定压力值的Lam490机台；
步骤302，在所述Lam490机台内通入设定流量的含氟气体；
步骤303，电离所述含氟气体，使得生成的气体的含氟等离子体与所述硅片上的多晶硅发生反应；
步骤304，抽走所述硅片表面的气体，完成对多晶硅层的刻蚀。
本发明实施例中，使用Lam490机台，为了更好的完成多晶硅刻蚀，需预先设定一压力值，并保持到刻蚀停止，可利用抽真空系统保证上述恒定压力，但不仅限于此方法，其他能使Lam490机台保持在上述压力值的方法在本发明中均适用。其中步骤302中，通入的含氟气体的流量可以根据需刻蚀的多晶硅的大小，高台阶图形的台阶的厚度等因素综合决定。进一步的，步骤303中电离所述含氟气体时所有能够电离所述含氟气体的方法在本发明中均适用。电离生成的气体的含氟等离子体中的F与多晶硅层发生反应，生成四氟化硅气体，再通过步骤304完成对多晶硅层的刻蚀。
进一步的，本发明的上述实施例中，所述含氟气体包括：SF6。
本发明实施例中，利用SF6的各向同性，不需增加过刻量，就可将高台阶处的多晶硅刻蚀干净。优选的，所述含氟气体还包括CHF3和/或He。
本发明实施例中，由于使用SF6存在一个问题，就是图形的尺寸会因SF6的各向同性刻蚀而减小，为了解决上述问题，根据图形尺寸的需要，增加CHF3气体，CHF3气体与多晶硅发生反应，可以增加聚合物的量，以保护图形的尺寸，提高多晶硅刻蚀的精度。其中根据不同高度，不同角度的台阶，选择合适的CHF3气体的流量，从而使光刻胶下的图形损失降低。
同时此处聚合物的增加，因SF6的各向同性，不会在台阶处形成毛刺状的多晶硅残留，提高多晶硅刻蚀的精度，提高产品的良品率和可靠性。
优选的，为了防止CHF3气体的增加使聚合物的量过多，可添加适当氦气He来去除反应生成的聚合物，降低在台阶处形成毛刺状的多晶硅残留的可能性。同时氦气He也起到稀释主刻蚀气体SF6和CHF3气体的作用，改善多晶硅刻蚀的均匀性，提高多晶硅刻蚀的精度。
进一步的，为了更好的完成上述对多晶硅的刻蚀，步骤30中对多晶硅进行刻蚀时，压力为150至700毫托，功率为50至500W，SF6的流量为13至45毫升/分钟，CHF3的流量为0至90毫升/分钟，He的流量为0至180毫升/分钟。
本发明实施例中，当图形尺寸比较大，可以不在乎各向同性刻蚀造成的尺寸损失时，上述含氟气体可以为SF6单一气体；当对图形尺寸的精确度较高时，上述含氟气体可增加CHF3气体和/或氦气He。
本发明的上述实施例中，步骤304中所述硅片表面气体包括：反应生成的气体，脱离器件表面的含碳、氢聚合物，未被电离的气体和未完全反应的含氟等离子体。
为了高效率的完成对多晶硅的刻蚀，可利用真空泵将硅片表面的气体及时抽走，同时保证多晶硅刻蚀的压力值，更好的完成多晶硅的刻蚀。需被抽走的气体主要是反应生成的气体，未反应的含氟气体的等离子体，未被电离的含氟气体及其它脱离器件表面的含碳、氢聚合物。
本发明的上述实施例中，，步骤30中完成对多晶硅层的刻蚀后，还包括：
步骤40，将完成对多晶硅层刻蚀的具有所述高台阶图形层的所述硅片进行去胶和聚合物清洗。
本发明实施例中，完成对多晶硅层刻蚀后，如图5所示，上述多晶硅层上存在光刻胶掩膜，需进行去胶操作，去胶操作可采用气体与光刻胶进行反应，也可以采用溶液溶解光刻胶，可根据实际需要选择合适的方式。进一步的，去胶后，上述硅片还存在一些反应产生的聚合物，影响多晶硅刻蚀的精度。对聚合物进行清洗的溶液可以根据聚合物的类型决定，选择能够较好溶解聚合物的溶液，将聚合物尽可能的清理干净，提高多晶硅刻蚀的精度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多晶硅刻蚀方法，其特征在于，包括：
在具有高台阶图形层的硅片上形成多晶硅层；
在所述多晶硅层上形成一图形化的光刻胶掩膜；
将具有光刻胶掩膜的所述硅片与含氟气体的等离子体发生反应，对多晶硅层进行刻蚀；
其中，所述含氟气体包括：SF6；所述含氟气体还包括CHF3和/或He；
其中，将具有光刻胶掩膜的所述硅片与含氟气体的等离子体发生反应，对多晶硅层进行刻蚀的步骤包括：
将所述硅片置入设定压力值的Lam490机台；
在所述Lam490机台内通入设定流量的含氟气体；
电离所述含氟气体，使得生成的气体的含氟等离子体与所述硅片上的多晶硅发生反应；
利用真空泵抽走所述硅片表面的气体，完成对多晶硅层的刻蚀。
2.根据权利要求1所述的多晶硅刻蚀方法，其特征在于，在具有高台阶图形层的硅片上形成多晶硅层的步骤包括：
在硅片上形成高台阶的图形层；
在所述高台阶图形层上形成所述多晶硅层。
3.根据权利要求2所述的多晶硅刻蚀方法，其特征在于，在所述多晶硅层上形成一图形化的光刻胶掩膜的步骤包括：
在所述多晶硅层上形成光刻胶层；
对所述光刻胶层进行曝光及显影，得到图形化的所述光刻胶掩膜。
4.根据权利要求1所述的多晶硅刻蚀方法，其特征在于，对多晶硅进行刻蚀时，压力为150至700毫托，功率为50至500W，SF6的流量为13至45毫升/分钟，CHF3的流量为0至90毫升/分钟，He的流量为0至180毫升/分钟。
5.根据权利要求1所述的多晶硅刻蚀方法，其特征在于，所述硅片表面气体包括：反应生成的气体，脱离器件表面的含碳、氢聚合物，未被电离的气体和未完全反应的含氟等离子体。
6.根据权利要求1至5任一项所述的多晶硅刻蚀方法，其特征在于，完成对多晶硅层的刻蚀后，还包括：
将完成对多晶硅层刻蚀的具有所述高台阶图形层的所述硅片进行去胶和聚合物清洗。
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