CN105845563B - 一种控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，该方法至少包括：提供一位于反应腔室中且覆盖有光阻图形的氧化硅结构；接着将所述反应腔室中通入第一氟碳化合物气体，刻蚀所述氧化硅结构形成第一沟槽；接着停止第一氟碳化合物气体的供给并将所述反应腔室中通入第二氟碳化合物气体，刻蚀所述氧化硅结构，形成与所述第一沟槽贯通的第二沟槽；控制所述第二沟槽与所述第一沟槽深度的比例使得所述第二沟槽的底部平坦化。本发明通过控制C2F6和C4F8对二氧化硅沟槽刻蚀深度的比例使得二氧化硅沟槽底部呈平坦化。同时取代氮化硅作为阻挡层而节省了生产的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体制作方法，特别是涉及一种控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法。
背景技术
干法刻蚀是半导体工艺中最重要的技术之一，其目的是完整将掩膜图形复制到硅片表面，其范围涵盖前段CMOS栅极大小的控制以及后段金属通孔以及沟槽的刻蚀。在今天没有一个集成电路芯片能在缺乏等离子体刻蚀技术情况下完成。刻蚀是用化学或物理方法有选择地从硅片表面去除不需要的材料的过程。刻蚀的基本目的是在旋涂光阻的硅片上正确地复制掩膜图形。有图形的光阻层在刻蚀中不受刻蚀源显著的侵蚀。这层掩膜用来在刻蚀中保护硅片上的特殊区域而选择性地刻蚀掉未被光阻保护的区域。在通常的CMOS工艺流程中刻蚀都是在光刻工艺之后进行，从这一点来说，刻蚀看成在硅片上复制出想要的图形的工艺转移步骤。
在干法刻蚀系统中，刻蚀作用是通过化学或物理作用，或者是化学和物理的共同作用来实现的。在纯化学机理中，等离子体产生的反应元素(自由基和反应原子)与硅片表面的物质发生反应。为了获得很高的选择比，进去反应腔室的气体(一般含氟)都经过慎重选择。等离子体化学刻蚀由于它是各向同性，因而线宽控制差，反应产生的挥发性生成物被真空泵抽走。
等离子体干法刻蚀利用刻蚀气体在电场加速作用下形成的等离子体中的活性基与被腐蚀材料发生化学反应，形成挥发性物质并随气流带走。二氧化硅等离子体干法刻蚀工艺最常用的刻蚀气体为氟碳化合、氟化的碳氢化合物，如CF4、C2F6、C4F8、CHF3、CH2F2等，在RFSOI产品的生产过程中，在制作二氧化硅的沟槽时，由于考虑到WAT测试，并没有制作相应的阻挡层，并且要求沟槽的底部呈现平坦化，而用常规工艺刻蚀后的沟槽底部会呈弧形。
因此，有必要提出一种新的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法来解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，用于解决现有技术中在制作二氧化硅的沟槽时，由于没有相应阻挡层并采用常规工艺使得沟槽底部呈现弧形而达不到沟槽底部平坦化工艺要求的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，该方法至少包括：(1)提供一位于反应腔室中且覆盖有光阻图形的氧化硅结构；(2)将所述反应腔室中通入第一氟碳化合物气体，刻蚀所述氧化硅结构形成第一沟槽；(3)停止第一氟碳化合物气体的供给并将所述反应腔室中通入第二氟碳化合物气体，刻蚀所述氧化硅结构，形成与所述第一沟槽贯通的第二沟槽；控制所述第二沟槽与所述第一沟槽深度的比例使得所述第二沟槽的底部平坦化。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，所述第一氟碳化合物气体为C2F6；所述第二氟碳化合物气体为C4F8。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，所述第一氟碳化合物气体为C4F8；所述第二氟碳化合物气体为C2F6。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，所述C2F6与所述C4F8对所述氧化硅的刻蚀深度比为1.6:1～1.8:1。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，所述反应腔室中通入所述C2F6的过程中伴随着通入CO，其中CO的分子密度为157/cm3～193/cm3。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，所述反应腔室中通入所述C4F8的过程中伴随着通入氩气，所述氩气的分子密度为112/cm3～138/cm3。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，通入所述C2F6的过程中，反应腔室中的压强为180mtorr～220mtorr。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，通入所述C4F8的过程中，反应腔室中的压强为27mtorr～33mtorr。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，所述反应腔室中通入的C2F6的流量为108sccm～132sccm。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，所述反应腔室中通入的C4F8的流量为5sccm～7sccm。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，所述反应腔室中通入C2F6的过程中，刻蚀时间为27s～33s。
作为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的一种优选方案，所述反应腔室中通入C4F8的过程中，刻蚀时间为45s～55s。
如上所述，本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，具有以下有益效果：通过控制C2F6和C4F8对二氧化硅沟槽刻蚀深度的比例使得二氧化硅沟槽底部呈平坦化。同时取代氮化硅作为阻挡层而节省了生产的成本。
附图说明
图1显示为本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法流程示意图。
图2显示为本发明中利用C2F6刻蚀二氧化硅形成凹形底部的沟槽结构示意图。
图3显示为本发明中单独利用C4F8刻蚀二氧化硅形成凸形底部的沟槽结构示意图。
图4显示为本发明实施例一形成底部平坦的第二沟槽的结构示意图。
图5显示为本发明实施例二形成底部平坦的第二沟槽的结构示意图。
元件标号说明
S1～S3 步骤
10 氧化硅结构
11 第一沟槽
12 第二沟槽
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图1所示，表示的是本发明控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的流程，本发明的所述方法步骤如下：步骤一：提供一位于反应腔室中且如图2所示的覆盖有光阻图形的氧化硅结构10，所述反应腔室用于对所述氧化硅结构进行刻蚀，刻蚀所述氧化硅结构的方法为干法刻蚀，而且为等离子体干法刻蚀。优选地，本发明中用于进行等离子体干法刻蚀的刻蚀设备为Applied material eMax CENTURAII设备。该设备带有用于进行干法刻蚀的反应腔室；所述氧化硅结构一般为制作好的二氧化硅材质结构，在所述氧化硅结构的表面覆盖有光阻图形(光掩模图形)，刻蚀时是按照该光掩模图形进行刻蚀，使得光掩模上的图形转换至所述氧化硅结构上，使得所述氧化硅上形成沟槽。
接着实施步骤二：将所述反应腔室中通入第一氟碳化合物气体，刻蚀所述氧化硅结构形成如图2所示的第一沟槽11，表示的是利用C2F6刻蚀二氧化硅形成凹形底部的沟槽结构示意图。本实施例中，优选地，所述第一氟碳化合物气体为C2F6。C2F6蚀刻的现象及原理：分子中氟碳量之比为3:1，所以呈现各向同性蚀刻的特点，控制工艺使得沟槽侧壁比较直，但是底部呈现如图2所示的凹形“圆弧”状，该步骤中，优选地，所述反应腔室中通入所述C2F6的过程中伴随着通入CO，其中CO的分子密度为157/cm3～193/cm3。通入CO的作用是作为反应的辅助气体来平衡碳的系统中碳的含量。氟碳化合物气体中CF基团是最关键的因子，F与氧化硅反应起主要刻蚀作用。优选地，通入所述C2F6的过程中，反应腔室中的压强为180mtorr～220mtorr。本实施例中，进一步优选地，所述反应腔室中通入的C2F6的流量为108sccm～132sccm。同时所述反应腔室中通入C2F6的过程中，刻蚀时间为27s～33s。在以上工艺条件下，所述第一沟槽底部凹下的深度为357A。
接着实施步骤三：停止第一氟碳化合物气体的供给并将所述反应腔室中通入第二氟碳化合物气体，刻蚀所述氧化硅结构，形成如图4所示的与所述第一沟槽11贯通的第二沟槽12；控制所述第二沟槽与所述第一沟槽深度的比例使得所述第二沟槽的底部平坦化。本实施例中，所述第一氟碳化合物为气体C2F6，第二氟碳化合物气体为C4F8，因此，停止C2F6的供给后，将所述反应腔室中通入C4F8，继续对所述氧化硅结构10进行刻蚀，C4F8蚀刻的现象及原理为其分子中的氟碳含量之比为2:1,电荷聚集在沟槽侧壁而吸引等离子体，使得出现沟槽底部出现拱起的现象，形成凸起的底部。
如图3所示，表示的是单独利用C4F8刻蚀二氧化硅形成凸形底部的沟槽结构示意图。优选地，所述反应腔室中通入所述C4F8的过程中伴随着通入氩气，所述氩气的分子密度为112/cm3～138/cm3。氩气的作用一方面是作为稀释气体；另一方面可以轰击被刻蚀体的表面，加快刻蚀速率。并且通入所述C4F8的过程中，反应腔室中的压强为27mtorr～33mtorr。同时所述反应腔室中通入的C4F8的流量为5sccm～7sccm。进一步地，所述反应腔室中通入C4F8的过程中，刻蚀时间为45s～55s。在以上工艺条件下，如图3所示的沟槽底部“拱起”的高度～171A。
而本实施例中的步骤三是在所述由C2F6刻蚀形成的所述第一沟槽基础上形成与所述第一沟槽贯通的第二沟槽，所述第二沟槽利用C4F8进行刻蚀，如图4所示，在以上所述工艺条件之下，形成与所述第一沟槽11贯通的第二沟槽12。并且最终形成的如图4所示的所述第二沟槽12的底部呈现平坦化。因此，本实施例的目的是调节步骤二中通入C2F6的工艺条件以及调节步骤三中通入C4F8的工艺条件使得刻蚀的所述第一沟槽和第二沟槽的深度比例达到1.6:1～1.8:1，从而保证彼此贯通的所述与所述第一沟槽贯通的第二沟槽的底部呈现平坦化。
实施例二
本实施例与实施例一不同之处在于步骤二中通入的第一氟碳化合物气体为C4F8；在步骤三中通入的所述第二氟碳化合物气体为C2F6。
如图1所示，表示的是本实施例控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法的流程，本发明的所述方法步骤如下：步骤一：提供一位于反应腔室中且覆盖有光阻图形的氧化硅结构10，所述反应腔室用于对所述氧化硅结构进行刻蚀，刻蚀所述氧化硅结构的方法为干法刻蚀，而且为等离子体干法刻蚀。优选地，本发明中用于进行等离子体干法刻蚀的刻蚀设备为Applied material eMax CENTURAII设备。该设备带有用于进行干法刻蚀的反应腔室；所述氧化硅结构一般为制作好的二氧化硅材质结构，在所述氧化硅结构的表面覆盖有光阻图形(光掩模图形)，刻蚀时是按照该光掩模图形进行刻蚀，使得光掩模上的图形转换至所述氧化硅结构上，使得所述氧化硅上形成沟槽。
接着实施步骤二：将所述反应腔室中通入第一氟碳化合物气体，刻蚀所述氧化硅结构形成第一沟槽11，本实施例中，优选地，所述第一氟碳化合物气体为C4F8。C4F8刻蚀的现象及原理：其分子中的氟碳含量之比为2:1,电荷聚集在沟槽侧壁而吸引等离子体，使得出现沟槽底部出现拱起的现象，形成凸起的底部。该步骤中，优选地，所述反应腔室中通入所述C4F8的过程中伴随着通入氩气，所述氩气的分子密度为112/cm3～138/cm3。氩气的作用一方面是作为稀释气体；另一方面可以轰击被刻蚀体的表面，加快刻蚀速率。并且通入所述C4F8的过程中，反应腔室中的压强为27mtorr～33mtorr。同时所述反应腔室中通入的C4F8的流量为5sccm～7sccm。进一步地，所述反应腔室中通入C4F8的过程中，刻蚀时间为45s～55s。在以上工艺条件下，如图3所示的沟槽底部“拱起”的高度～171A。
接着实施步骤三：停止第一氟碳化合物气体的供给并将所述反应腔室中通入第二氟碳化合物气体，刻蚀所述氧化硅结构，形成如图5所示的与所述第一沟槽11贯通的第二沟槽12；控制所述第二沟槽与所述第一沟槽深度的比例使得所述第二沟槽的底部平坦化。本实施例中，所述第一氟碳化合物为气体C4F8，第二氟碳化合物气体为C2F6，因此，停止C4F8的供给后，将所述反应腔室中通入C2F6，继续对所述氧化硅结构10进行刻蚀，C2F6蚀刻的现象及原理为其分子中氟碳量之比为3:1，所以呈现各向同性蚀刻的特点，控制工艺使得沟槽侧壁比较直，但是底部呈现如图2所示的凹形“圆弧”状，所述反应腔室中通入所述C2F6的过程中伴随着通入CO，其中CO的分子密度为157/cm3～193/cm3。通入CO的作用是作为反应的辅助气体来平衡碳的系统中碳的含量。氟碳化合物气体中CF基团是最关键的因子，F与氧化硅反应起主要刻蚀作用。优选地，通入所述C2F6的过程中，反应腔室中的压强为180mtorr～220mtorr。本实施例中，进一步优选地，所述反应腔室中通入的C2F6的流量为108sccm～132sccm。同时所述反应腔室中通入C2F6的过程中，刻蚀时间为27s～33s。在以上工艺条件下，形成如图2所示的沟槽底部凹下的深度为357A。
如图2所示，表示的是单独利用C2F6刻蚀二氧化硅形成凸形底部的沟槽结构示意图。而本实施例中的步骤三是在由C4F8刻蚀形成的第一沟槽11的基础上形成与所述第一沟槽贯通的第二沟槽12，所述第二沟槽利用C2F6进行刻蚀，如图5所示，在以上所述工艺条件之下，形成与所述第一沟槽11贯通的第二沟槽12。并且最终形成的如图5所示的所述第二沟槽12的底部呈现平坦化。因此，本实施例的目的是调节步骤二中通入C4F8的工艺条件以及调节步骤三中通入C2F6的工艺条件使得刻蚀的所述第一沟槽和第二沟槽的深度比例达到1：1.6～1：1.8，从而保证彼此贯通的所述与所述第一沟槽贯通的第二沟槽的底部呈现平坦化。
综上所述，本发明的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法通过控制C2F6和C4F8对二氧化硅沟槽刻蚀深度的比例使得二氧化硅沟槽底部呈平坦化。同时取代氮化硅作为阻挡层而节省了生产的成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，其特征在于，该方法至少包括：
(1)提供一位于反应腔室中且覆盖有光阻图形的氧化硅结构(10)；
(2)将所述反应腔室中通入第一氟碳化合物气体，刻蚀所述氧化硅结构形成第一沟槽(11)；
(3)停止第一氟碳化合物气体的供给并将所述反应腔室中通入第二氟碳化合物气体，刻蚀所述氧化硅结构，形成与所述第一沟槽贯通的第二沟槽(12)；控制所述第二沟槽与所述第一沟槽深度的比例使得所述第二沟槽的底部平坦化；其中，
所述第一氟碳化合物气体为C2F6，所述第二氟碳化合物气体为C4F8；或所述第一氟碳化合物气体为C4F8，所述第二氟碳化合物气体为C2F6；其中，所述C2F6与所述C4F8对所述氧化硅的刻蚀深度比为1.6:1～1.8:1。
2.根据权利要求1所述的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，其特征在于：所述反应腔室中通入所述C2F6的过程中伴随着通入CO，其中CO的分子密度为157/cm3～193/cm3。
3.根据权利要求2所述的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，其特征在于：所述反应腔室中通入所述C4F8的过程中伴随着通入氩气，所述氩气的分子密度为112/cm3～138/cm3。
4.根据权利要求2所述的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，其特征在于：通入所述C2F6的过程中，反应腔室中的压强为180mtorr～220mtorr。
5.根据权利要求3所述的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，其特征在于：通入所述C4F8的过程中，反应腔室中的压强为27mtorr～33mtorr。
6.根据权利要求4所述的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，其特征在于：所述反应腔室中通入的C2F6的流量为108sccm～132sccm。
7.根据权利要求5所述的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，其特征在于：所述反应腔室中通入的C4F8的流量为5sccm～7sccm。
8.根据权利要求6所述的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，其特征在于：所述反应腔室中通入C2F6的过程中，刻蚀时间为27s～33s。
9.根据权利要求7所述的控制氧化硅沟槽底部平坦化的刻蚀方法，其特征在于：所述反应腔室中通入C4F8的过程中，刻蚀时间为45s～55s。
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