CN117080062A - 碗状刻蚀的方法 - Google Patents

碗状刻蚀的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117080062A
CN117080062A CN202311322748.9A CN202311322748A CN117080062A CN 117080062 A CN117080062 A CN 117080062A CN 202311322748 A CN202311322748 A CN 202311322748A CN 117080062 A CN117080062 A CN 117080062A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dissociation
etching
flow rate
chamber
bowl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202311322748.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117080062B (zh
Inventor
郭轲科
林政勋
华恩瀚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuxi Yiwen Microelectronics Technology Co ltd
Original Assignee
Wuxi Yiwen Microelectronics Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuxi Yiwen Microelectronics Technology Co ltd filed Critical Wuxi Yiwen Microelectronics Technology Co ltd
Priority to CN202311322748.9A priority Critical patent/CN117080062B/zh
Publication of CN117080062A publication Critical patent/CN117080062A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117080062B publication Critical patent/CN117080062B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及碗状刻蚀的方法，其包括吹扫、稳压、解离、各向同性刻蚀、各向异性刻蚀和掩膜层刻蚀；其中，解离的步骤包括：第一解离、第二解离、第三解离和第四解离；其中，第一解离、第二解离、第三解离和第四解离的射频功率依次增大；第一解离时的腔室压力小于或等于第二解离时的腔室压力，第二解离、第三解离和第四解离时的腔室压力依次增大，且第四解离时的腔室压力为1.6‑1.8Torr。本发明的方法能够使等离子体均匀地分布，进而确保均匀的刻蚀，确保碗口的开口大小的均匀性。

Description

碗状刻蚀的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及碗状刻蚀的方法。
背景技术
相关技术提供的一些半导体器件在制备的过程中，采用各向同性刻蚀（即在各个方向上蚀刻一致）的方式，先在衬底刻蚀出类似“碗口”的形状，俗称“碗口刻蚀”。
但是，相关技术在进行“碗口刻蚀”时，难以充分解离等离子体，进而难以使刻蚀腔室中的等离子体均匀地分布，难以确保均匀的刻蚀，并难以确保碗口刻蚀时的开口大小。同时相关技术进行“碗口刻蚀”中的各向同性刻蚀和各向异性刻蚀需在两个腔室中进行，大大增加了设备的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供碗状刻蚀的方法，该方法能够使等离子体均匀地分布，进而确保均匀的刻蚀，确保碗口的开口大小的均匀性；而且，整个“碗口刻蚀”工艺在同一个腔室中进行，提高了设备利用率，降低了生产成本。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种碗状刻蚀的方法，用于进行碗状刻蚀的设备的腔室包括相互连通的等离子体发生室和制程反应腔，且等离子体发生室和制程反应腔之间设置有用于过滤带电粒子的金属网格盘；
碗状刻蚀的方法包括：吹扫、稳压、解离、各向同性刻蚀、各向异性刻蚀和掩膜层刻蚀；
吹扫的步骤包括：利用O2和N2对放置于制程反应腔的衬底进行吹扫；
稳压的步骤包括：控制腔室的压力为0.5-0.7Torr，向腔室充入O2和N2，稳定预设时间；
解离的步骤包括：第一解离、第二解离、第三解离和第四解离；其中，第一解离、第二解离、第三解离和第四解离的射频功率依次增大；第一解离时的腔室压力小于或等于第二解离时的腔室压力，第二解离、第三解离和第四解离时的腔室压力依次增大，且第四解离时的腔室压力为1.6-1.8Torr；解离的步骤中解离的气体包括刻蚀气体和辅助气体，刻蚀气体包括CF4、C2F6、CH3F、CHF3、C4F8、NF3和SF6中的至少一者，辅助气体包括Ar、He、O2和N2中的至少一者。
在可选的实施方式中，第一解离的射频功率为650-750w，第四解离的射频功率为1150-1250w或1450-1550w。
在可选的实施方式中，第二解离的射频功率为950-1050w，第三解离的射频功率为1150-1250w。
在可选的实施方式中，第一解离时的腔室压力为0.5-0.8Torr，第二解离时的腔室压力为0.5-0.8Torr，第三解离时的腔室压力为0.9-1.1Torr。
在可选的实施方式中，第一解离、第二解离、第三解离和第四解离中的刻蚀气体的流量逐渐增加。
在可选的实施方式中，辅助气体包括O2、N2和Ar；第一解离、第二解离、第三解离和第四解离中O2的流量逐渐减小，第四解离时O2的流量为0sccm；第二解离、第三解离和第四解离中N2的流量逐渐减小，第四解离时N2的流量为0sccm；
第一解离时，O2和N2两者的总流量占刻蚀气体和辅助气体的总流量的比值大于或等于88%；
在第四解离时，刻蚀气体占刻蚀气体和辅助气体的总流量的比值大于或等于90%。
在可选的实施方式中，第一解离时，刻蚀气体的流量为95-105sccm；第四解离时，刻蚀气体的流量大于或等于250sccm；
第一解离时，O2的流量为950-1050sccm，N2的流量为250-350sccm；第二解离时，N2的流量为850-950sccm；
Ar的流量小于或等于75sccm，其中，第四解离时的Ar流量小于第一解离、第二解离和第三解离三者中任意一者的Ar流量。
在可选的实施方式中，第二解离时，O2的流量为450-550sccm；
第三解离时，O2的流量为50-150sccm，N2的流量为550-650sccm；
第一解离、第二解离和第三解离时，Ar的流量为70-75sccm；第四解离时，Ar的流量为20-30sccm。
在可选的实施方式中，吹扫的步骤中，通入O2的流量为3950-4050sccm、N2的流量为150-250sccm，并控制腔室的压力为7-9Torr；
稳压的步骤中，充入O2的流量为950-1050sccm，充入N2的流量为150-250sccm，预设时间为4-6s。
在可选的实施方式中，各向同性刻蚀的步骤，具体包括：控制腔室的压力为1.6-2.0Torr，控制射频功率小于或等于2000w，且刻蚀气体的流量等于第四解离时的刻蚀气体流量；
各向异性刻蚀的步骤，具体包括：控制腔室的压力为1.0-1.2Torr，控制射频功率为1100-1300w，控制偏置功率小于或等于1000w、并大于0w，相比于各向同性刻蚀减小刻蚀气体的流量；
掩膜层刻蚀的步骤，具体包括：控制腔室的压力为1.0-1.2Torr，控制射频功率为1600-1800w，控制O2的流量为950-1050sccm。
本发明包括以下有益效果：
本发明的碗口刻蚀的方法中，先通入O2和N2进行稳压，然后在分步进行解离，并在依次进行第一解离、第二解离、第三解离和第四解离的过程中使射频功率逐渐增加、并使腔室压力呈增大的趋势，有利于多步过渡达到辉光稳定地状态，并通过成增大趋势的腔压确保等离子体的充分解离，并确保解离的等离子体均匀分布，进而确保碗口刻蚀的均匀性，并确保碗口刻蚀时开口大小的均匀性；而且，大腔压使得等离子体充分反应，提高了刻蚀速率，降低了单片的生产时间，节约了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明中碗口形状的示意图；
图2为本发明实施例1中衬底刻蚀前的示意图；
图3为本发明实施例1中各向同性刻蚀后的示意图；
图4为本发明实施例1中各向异性刻蚀后的示意图；
图5为本发明实施例1中掩膜层刻蚀后的示意图；
图6为本发明实施例1中完成刻蚀后的电镜扫描图一；
图7为本发明实施例1中完成刻蚀后的电镜扫描图二；
图8为本发明实施例1中衬底刻蚀的测量图；
图9为本发明实施例2中衬底刻蚀前的示意图；
图10为本发明实施例2中各向同性刻蚀后的示意图；
图11为本发明实施例2中各向异性刻蚀后的示意图；
图12为本发明实施例2中掩膜层刻蚀后的示意图；
图13为本发明对比例2中衬底刻蚀的测量图；
图14为本发明对比例4中衬底刻蚀的测量图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供一种碗口刻蚀的方法，该方法可以用于多种衬底，衬底包括依次层叠设置的基底层、中间层和掩膜层；其中，衬底的基底层可根据器件产品需求而选择，如用作金属线连接元件，其基底层材料可以为单晶硅、多晶硅、掺杂硅或者金属层（例如：铝层、铝铜、铝硅铜、钨层）等；或者，如用作光学元件，其基底层材料可以为硅、玻璃或氧化钛等；衬底的中间层为介质层，材料可以选择氮化硅、氧化硅或氮氧化硅等；掩膜层可以为光刻胶或压印胶层，在此均不做限定。
本发明的碗状刻蚀的方法，用于进行碗状刻蚀的设备的腔室包括相互连通的等离子体发生室和制程反应腔，且等离子体发生室和制程反应腔之间设置有用于过滤带电粒子的金属网格盘。需要说明的是，上述等离子体发生室为远程等离子体发生室，解离得到的等离子体经过金属网格盘过滤带电粒子后，只有活性自由基通过，则在后续的刻蚀工艺中，不会在器件表面造成过多的电荷积累并造成损伤；而且，远程等离子体在解离过程中添加相对分子质量大的气体分子，诸如Ar，使得远程等离子体可以充分解离，等离子体密度更高，且能够提高其分布的均匀性。
本发明的碗状刻蚀的方法包括：吹扫、稳压、解离、各向同性刻蚀、各向异性刻蚀和掩膜层刻蚀。
吹扫的步骤包括：利用O2和N2对放置于制程反应腔的衬底进行吹扫。
稳压的步骤包括：控制腔室的压力为0.5-0.7Torr（例如：0.5Torr、0.6Torr、0.7Torr等），向腔室充入O2和N2，稳定预设时间。
解离的步骤包括：第一解离、第二解离、第三解离和第四解离；其中，第一解离、第二解离、第三解离和第四解离的射频功率依次增大；第一解离时的腔室压力小于或等于第二解离时的腔室压力，第二解离、第三解离和第四解离时的腔室压力依次增大，且第四解离时的腔室压力为1.6-1.8Torr（例如：1.6Torr、1.7Torr、1.8Torr等）；解离的步骤中解离的气体包括刻蚀气体和辅助气体，刻蚀气体包括CF4、C2F6、CH3F、CHF3、C4F8、NF3和SF6中的至少一者，辅助气体包括Ar、He、O2和N2中的至少一者。
目前已有的平面线圈式的电感耦合等离子体发生室因其产生等离子体的腔室与待制程的衬底距离较近，导致其无法更好的形成“碗口刻蚀“工艺。为了改善上述问题改造出远程等离子体发生室，但又由于刻蚀腔体包括相互连通的等离子发生室和制程反应腔，故整体的腔室体积较大，导致相关技术在进行刻蚀时，难以在真空状态下稳定地启辉产生辉光放电，并导致刻蚀气体难以在较高的腔室压力下解离，难以形成均匀地碗口刻蚀。
本发明的碗口刻蚀的方法中，先通入O2和N2进行稳压，然后再分步进行解离，能够实现稳定启辉的过程；而且在依次进行第一解离、第二解离、第三解离和第四解离的过程中使射频功率逐渐增加、并使腔室压力呈增大的趋势，有利于多步过渡达到辉光稳定地状态，并通过成增大趋势的腔压确保等离子体的充分解离，并确保解离的等离子体均匀分布，进而确保碗口刻蚀的均匀性，并确保碗口刻蚀时开口大小的均匀性。而且，通过增大第四解离的腔室压力，以通过大腔压促使刻蚀气体中的氟基等离子体充分与衬底发生各向同性刻蚀，以形成碗口形状；具体地，控制腔室压力，使得氟基（F基）可以充分与衬底发生反应，形成侧边刻蚀，则形成碗口形状；若是腔室压力小，反应不充分，不仅刻蚀速率降低，还难以形成均匀的碗口形状。
通过本发明的方法确保碗口刻蚀开口大小的均匀性，还能确保后续直孔刻蚀的线宽尺寸的一致性，确保后续金属线的有效连接，改善局部电阻过大，确保半导体器件的可靠性。
可选地，第一解离的射频功率为650-750w（例如：650w、700w、750w等），第二解离的射频功率为950-1050w（例如：950w、1000w、1050w等），第三解离的射频功率为1150-1250w（例如：1150w、1200w、1250w等），第四解离的射频功率为1150-1250w（例如：1150w、1200w、1250w等）或1450-1550w（例如：1450w、1500w、1550w等）。
进一步地，第一解离时的腔室压力为0.5-0.8Torr（例如：0.5Torr、0.6Torr、0.7Torr、0.8Torr等），第二解离时的腔室压力为0.5-0.8Torr（例如：0.5Torr、0.6Torr、0.7Torr、0.8Torr等），第三解离时的腔室压力为0.9-1.1Torr（例如：0.9Torr、1.0Torr、1.1Torr等）。
控制第一解离、第二解离、第三解离和第四解离的射频功率和腔室压力大致成增加的趋势，能够有效地形成多步过渡解离状态，进而有利于稳定启辉，确保了辉光稳定的状态，并确保解离的等离子体的均匀性，从而确保后续刻蚀的均匀性。
在较优的实施方式中，辅助气体包括O2、N2和Ar；第一解离、第二解离、第三解离和第四解离中O2的流量逐渐减小，第四解离时O2的流量为0sccm；第二解离、第三解离和第四解离中N2的流量逐渐减小，第四解离时N2的流量为0sccm。这样一来，能够使刻蚀气体在刻蚀气体和辅助气体的总量中的占比增大，以利用更多的氟基成分提高刻蚀效率，并确保刻蚀的均匀性。
进一步地，第一解离时，O2和N2两者的总流量占刻蚀气体和辅助气体的总流量的比值大于或等于88%；O2和N2两者相对分子质量较轻，N2的混入可以阻止O离子与电子的再结合，促使等离子体进一步解离，可以较为稳定地产生辉光。其中，解离包括N2+6e→2N3-，O2+4e→2O2-，；N2和O2相对容易解离，Ar相对分子质量较大，促使等离子体内二次电子产生，形成更为均匀的充分解离的等离子体，以充分促使后续含氟气体的解离；具体地，N2和O2相对分子质量较小，且通过共价键连接，气体中充斥自有移动的电子，在外加能量（射频功率）电感耦合的作用下，电子受到电场力的作用下发生无规则运动，撞击已有的共价键发生断裂，形成离子，离子在电场的作用下继续激发形成密度高等离子体；Ar相对分子质量较大，要使其电子从基态跃迁到激发态需要更高的能量，因此需要等离子体中的离子具有较高的能量促使Ar层的电子发生跃迁，脱离原轨道，形成Ar活性自有基，Ar活性自有基因其相对分子质量大，在电场中具有较高的动能，分子运动比较活跃，可以阻止N和O原子进一步结合形成N2和O2，促使等离子体中源源不断产生游离的电子，进而激发后续NF3解离，形成稳定的等离子体。
需要说明的是，当刻蚀气体时NF3时，解离还包括；当刻蚀气体为其他含氟气体时，还包括和NF3相似的解离反应，在此不再赘述。
在第四解离时，刻蚀气体占刻蚀气体和辅助气体的总流量的比值大于或等于90%；在第四解离的步骤中，已经经过多步过渡解离的步骤（即第一解离、第二解离和第三解离）达到辉光稳定的状态，其中，辉光呈紫蓝色；在第四解离时增大刻蚀气体的含量，即增加含氟气体的占比，能够确保刻蚀的可靠性进行。
可选地，第一解离时，O2的流量为950-1050sccm（例如：950sccm、1000sccm、1050sccm等），N2的流量为250-350sccm（例如：250sccm、300sccm、350sccm等）；第二解离时，O2的流量为450-550sccm（例如：450sccm、500sccm、550sccm等），N2的流量为850-950sccm（例如：850sccm、900sccm、950sccm等）；第三解离时，O2的流量为50-150sccm（例如：50sccm、100sccm、150sccm），N2的流量为550-650sccm（例如：550sccm、600sccm、650sccm等）。Ar的流量小于或等于75sccm（例如：75sccm、50sccm、25sccm等），其中，第四解离时的Ar流量小于第一解离、第二解离和第三解离三者中任意一者的Ar流量。如此，能够确保多步过渡解离的过程中，含氟的刻蚀气体的占比逐渐增大，不仅有利于后续刻蚀的稳定、高效进行，还能确保辉光的稳定性。
需要说明的是，在解离的步骤中，随着依次从第一解离进行到第四解离，腔室压力逐渐增大，在较大的腔室压力下气体分子的平均自由程就短，使得原子之间容易在较短的运动下发生碰撞，一方面可以源源不断的产生稳定的等离子体；另一方面使得已产生的F基（氟基）可以充分与衬底的介质层发生化学反应，形成如SiF4的可挥发性气体，并随反应进行而排出。在整个解离的步骤中，随着多步解离的进行，在已有持续解离的等离子体中，原子有从激发态回到基态的趋势，向外释放出光量子，在一定的压力下，将O2和N2的量整体配置为呈减少趋势，并提高刻蚀气体（例如：NF3）的量，可以充分的提高等离子体的含F量，解离出更多的F发生化学反应。
进一步地，第一解离、第二解离和第三解离时，Ar的流量为70-75sccm（例如：70sccm、72sccm、75sccm等）；第四解离时，Ar的流量为20-30sccm（例如：20sccm、25sccm、30sccm等）。少量的Ar即可促使等离子体内二次电子产生，形成更为均匀的充分解离的等离子体，即少量的Ar即可激发NF3解离，形成稳定的等离子体。
可选地，第一解离、第二解离、第三解离和第四解离中的刻蚀气体的流量逐渐增加。其中，第一解离时，刻蚀气体的流量为95-105sccm；第四解离时，刻蚀气体的流量大于或等于250sccm。随着多步过渡解离的进行，提高刻蚀气体的流量能够使刻蚀气体中更加充分解离，且确保具有更多的氟基成分，有利于后续发生各向同性刻蚀，形成碗口形状，并确保刻蚀均匀性。
需要说明的是，为了确保稳定辉光，从第一解离经过第二解离和第三解离到第四解离，可以是刻蚀气体的流量呈线性增大。
可选地，本发明的碗口刻蚀的方法中，可以控制温度为25-150℃（例如：25℃、30℃、50℃、80℃、100℃、110℃、125℃、150℃等）；其中，在较优的实施方式中，控制温度小于或等于120℃，例如：100℃，在此不作具体限定。
可选地，吹扫的步骤中，通入O2的流量为3950-4050sccm（例如：3950sccm、3980sccm、4000sccm、4020sccm、4050sccm等）、N2的流量为150-250sccm（例如：150sccm、180sccm、200sccm、220sccm、250sccm等），并控制腔室的压力为7-9Torr（例如：7Torr、8Torr、9Torr等）；通入O2和N2的时间可以控制在5s左右。这样一来，可以通过大流量的气体吹扫衬底的表面，加快气体分子的无序运动，使得腔室内承载衬底的热台的温度可以稳定、可靠地传导至衬底，使衬底受热均匀。
需要说明的是，在吹扫时，可以将刻蚀设备的射频匹配器调整到目标位置，以便于后续稳定启辉。调整射频匹配器的方式与相关技术类似，在此不再赘述。
可选地，稳压的步骤中，充入O2的流量为950-1050sccm（例如：950sccm、1000sccm、1050sccm等），充入N2的流量为150-250sccm（例如：150sccm、200sccm、250sccm等），预设时间为4-6s（例如：4s、5s、6s等）。这样一来，能够使腔室的腔压稳定，有利于后续产生辉光。
可选地，各向同性刻蚀的步骤，具体包括：控制腔室的压力为1.6-2.0Torr（例如：1.6Torr、1.8Torr、2.0Torr等），控制射频功率小于或等于2000w（例如：2000w、1800w、1700w、1500w、1000w等），且刻蚀气体的流量等于第四解离时的刻蚀气体流量。
进一步地，在各向同性刻蚀时，也可以混入少量的Ar，以助于等离子体充分解离，并且促使二次电子的产生，同时二次电子有助于刻蚀气体进一步解离，具体地，促使解离出更多的氟离子与介质层产生反应，例如：在刻蚀气体为NF3、且衬底的介质层为SiO2时，进一步解离的反应为：；在刻蚀气体为NF3、且衬底的介质层为氮化硅（Si3N4）时，进一步解离的反应为：/>；在刻蚀气体为SF6、且介质层为Si时，进一步解离的反应为：SF6+Ar+e+Si→SiF4+Ar+。
在各向同性刻蚀时的速率可以是1000-2000Å/min、6000~7000Å/min，或者4000-5000Å/min等，刻蚀深度可以为（L1-L2）/3或（L1-L2）/2等，其中，请参照图1，L1为刻蚀出的碗口的直径（宽度），L2为相应的碗底的直径（宽度）。
可选地，各向异性刻蚀的步骤，具体包括：控制腔室的压力为1.0-1.2Torr（例如：1.0Torr、1.1Torr、1.2Torr等），控制射频功率为1100-1300w（例如：1100w、1200w、1300w等），控制偏置功率小于或等于1000w、并大于0w（例如：1000w、800w、500w、350w、150w等），相比于各向同性刻蚀减小刻蚀气体的流量，并混入少量的Ar。在各向异性刻蚀中，控制含氟气体的占比大于或等于50%（例如：50%、60%、67%、80%、90%、94%等），并相比于前序步骤降低腔室压力，则可以避免碗口更多的横向刻蚀，通过引入偏置功率，使得在刻蚀碗口底部的同时，带电等离子体发生方向性刻蚀，形成碗托或拱桥状弧形底，且碗托或弧形底处正好刻蚀完毕；刻蚀的损失量可以达到100-500Å。
可选地，掩膜层刻蚀的步骤，具体包括：控制腔室的压力为1.0-1.2Torr（例如：1.0Torr、1.1Torr、1.2Torr等），控制射频功率为1600-1800w（例如：1600w、1700w、1800w等），控制O2的流量为950-1050sccm（例如：950sccm、1000sccm、1050sccm等）。该步骤中，主要作用是使用O2等离子体与掩膜层充分发生化学反应，去除顶层的掩膜层。
需要说明的是，本发明的方法在各向同性刻蚀、各向异性刻蚀和掩膜层刻蚀的过程中，不需要更换设备，有利于降低操作难度，并能提高刻蚀效率。
以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
半导体器件的碗口刻蚀方法，衬底从上之下依次为光刻胶、氧化硅、硅。
将衬底送入腔室中，腔室的温度控制为100℃。
步骤1：【Step1】向腔室中通入4000sccm的O2、以及200sccm的N2，腔室控压为8Torr，持续时间为5s。
步骤2：【Step2】通入1000sccmO2、以及200sccm的N2，设定腔室的压力为0.7T，稳定、持续时间为5s。
【Step3】通入1000sccmO2、300sccmN2、以及100sccmNF3、和75sccmAr，N2+O2的流量占比为88%；腔室压力0.7Torr，射频功率为700w，时间控制为5s。
【Step4】通入500sccmO2、900sccmN2、以及200sccmNF3、和75sccmAr；腔室压力0.7Torr，射频功率为1000w，时间控制为5s。
【Step5】通入100sccmO2、600sccmN2、以及400sccmNF3、和75sccmAr；腔室压力1.0Torr，射频功率为1200w，时间控制为3s。
【Step6】通入0sccmO2、0sccmN2、以及700sccmNF3、和25sccmAr；含氟气体占比为96.5%；腔室压力1.7Torr，射频功率为1500w，时间控制为3s。
步骤3：【Step7】各向同性刻蚀，设定腔室压力为1.7Torr，射频功率为1700w，NF3流量为700sccm，Ar流量为25sccm，刻蚀时间为60s。刻蚀前如图2所示，刻蚀后如图3所示。
步骤4：【Step8】各向异性刻蚀，设定腔室压力为1.2Torr，射频功率为1200w，偏置功率为350w，NF3流量为400sccm，Ar流量为25sccm，刻蚀时间为90s。刻蚀后如图4所示。
步骤5：【Step8】去除顶层的光刻胶掩膜层，设定腔室压力为1.1Torr，射频功率为1700w，O2流量为1000sccm，刻蚀时间为120s。刻蚀后如图5、6、7所示。
根据图8（其为彩色渲染图转黑白图片）可知，刻蚀的最大速率为4183.1Å/min，最小速率为4036.0Å/min，平均速率为4135.4Å/min，均匀性为1.8%，表明实施例1的刻蚀方法能够提高碗口刻蚀的均匀性。
实施例2
光学元件的碗口刻蚀方法，衬底从上之下依次为光刻胶、硅、玻璃。
步骤1：【Step1】向腔室中通入4000sccm的O2、以及200sccm的N2，腔室控压为8Torr，持续时间为5s。
步骤2：【Step2】通入1000sccmO2、以及200sccm的N2，设定腔室的压力为0.7T，稳定、持续时间为5s。
【Step3】通入1000sccmO2、300sccmN2、以及100sccmSF6、和75sccmAr，N2+O2的流量占比为88%；腔室压力0.7Torr，射频功率为700w，时间控制为5s。
【Step4】通入500sccmO2、900sccmN2、以及120sccmSF6、和75sccmAr；腔室压力0.7Torr，射频功率为800w，时间控制为5s。
【Step5】通入100sccmO2、600sccmN2、以及180sccmSF6、和75sccmAr；腔室压力1.0Torr，射频功率为1000w，时间控制为3s。
【Step6】通入0sccmO2、0sccmN2、以及250sccmSF6、和25sccmAr；含氟气体占比为96.5%；腔室压力1.7Torr，射频功率为1200w，时间控制为3s。
步骤3：【Step7】各向同性刻蚀，设定腔室压力为1.7Torr，射频功率为1500w，SF6流量为250sccm，Ar流量为25sccm，刻蚀时间为45s。刻蚀前如图9所示，刻蚀后如图10所示。
步骤4：【Step8】各向异性刻蚀，设定腔室压力为1.0Torr，射频功率为1200w，偏置功率为150w，SF6流量为150sccm，Ar流量为75sccm，刻蚀时间为120s。刻蚀后如图11所示。
步骤5：【Step8】去除顶层的光刻胶掩膜层，设定腔室压力为1.1Torr，射频功率为1700w，O2流量为1000sccm，刻蚀时间为120s。刻蚀后如图12所示。
对比例1
相比实施例1而言，解离步骤未分多次，即不包括第一、第二、第三、第四解离；即在稳压步之后采用一步解离。
【Step2】通入100sccmNF3、以及75sccm的Ar，设定腔室的压力为0.7Torr，稳定、持续时间为5s。
【Step3】通入100sccmNF3、和75sccmAr，腔室压力0.7Torr，射频功率为700w，时间控制为5s。
然后因机台报警造成宕机，具体信息为等离子体传感器故障（plasma sensorfail）。其中，因NF3共价键较腔，Ar相对分子质量较大，而远程等离子体在大腔压下解离程度较低，造成辉光不稳定，机台报警宕机。
对比例2
相比实施例1而言，多次解离时主刻蚀气体未逐渐增加，其他步骤与实施例1一致。
【Step3】通入1000sccmO2、300sccmN2、以及100sccmNF3、和75sccmAr，N2+O2的流量占比为88%；腔室压力0.7Torr，射频功率为700w，时间控制为5s。
【Step4】通入500sccmO2、900sccmN2、以及100sccmNF3、和75sccmAr；腔室压力0.7Torr，射频功率为1000w，时间控制为5s。
【Step5】通入100sccmO2、600sccmN2、以及100sccmNF3、和75sccmAr；腔室压力1.0Torr，射频功率为1200w，时间控制为3s。
【Step6】通入0sccmO2、0sccmN2、以及100sccmNF3、和25sccmAr；腔室压力1.7Torr，射频功率为1500w，时间控制为3s。
因步骤2中【Step6】气体为100sccmNF3和25sccmAr，时间控制为3s；而步骤3的【Step7】中气体NF3流量为700sccm，Ar流量为25sccm，因两步之间NF3流量变化较大，造成短时间腔室内整体等离子体解离不充分，造成局部刻蚀不一致。刻蚀后的测量图如图13（其为彩色渲染图转黑白图片）所示，最大刻蚀速率5279.4Å/min，最小刻蚀速率为4053.4Å/min，平均刻蚀速率为4382.2Å/min，均匀性为8.3%。
对比例3
相比实施例1而言，多次解离时，腔室压力未逐渐增大。
其中，【Step4】通入500sccmO2、900sccmN2、以及200sccmNF3、和75sccmAr；腔室压力0.7Torr，射频功率为1000w，时间控制为5s。
【Step6】通入0sccmO2、0sccmN2、以及700sccmNF3、和25sccmAr；腔室压力0.7Torr，射频功率为1500w，时间控制为3s。
【Step7】各向同性刻蚀，设定腔室压力为1.7Torr，射频功率为1700w，NF3流量为700sccm，Ar流量为25sccm。
因【Step6】腔室压力为0.7mtorr，【Step7】设定腔室压力为1.7Torr，NF3流量为700sccm，Ar流量为25sccm。短时间内增大压力，无梯级过渡，等离子体解离不充分，使得机台报警造成宕机，具体信息为等离子体传感器故障（plasma sensor fail）。
对比例4
相比实施例1而言，多次解离时O2和N2未逐渐减少，与此同时主刻蚀气体未逐渐增加，其他同实施例1一致。
其中，【Step3】通入1000sccmO2、300sccmN2、以及100sccmNF3、和75sccmAr，N2+O2的流量占比为88%；腔室压力0.7Torr，射频功率为700w，时间控制为5s。
【Step6】通入1000sccmO2、300sccmN2、以及100sccmNF3、和25sccmAr；腔室压力1.7Torr，射频功率为1500w，时间控制为3s。
【Step7】各向同性刻蚀，设定腔室压力为1.7Torr，射频功率为1700w，NF3流量为700sccm，Ar流量为25sccm。
因【Step6】整体气体总量为1425sccm，【Step7】气体总量为725sccm，两步控压均为1.7Torr，短时间腔室内仍然含有部分氧氮等离子体，因其时间短，造成刻蚀后整体速率会降低，均匀性相比实施例1差。如图14（其为彩色渲染图转黑白图片）所示，最大速率为3127.5Å/min，最小速率为2912.3Å/min，平均速率为3026.8Å/min，均匀性为2.1%。
综上所述，本发明的碗状刻蚀的方法，能够使等离子体均匀地分布，进而确保均匀的刻蚀，确保碗口的开口大小的均匀性。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碗状刻蚀的方法，其特征在于，用于进行所述碗状刻蚀的设备的腔室包括相互连通的等离子体发生室和制程反应腔，且所述等离子体发生室和所述制程反应腔之间设置有用于过滤带电粒子的金属网格盘；
所述碗状刻蚀的方法包括：吹扫、稳压、解离、各向同性刻蚀、各向异性刻蚀和掩膜层刻蚀；
所述吹扫的步骤包括：利用O2和N2对放置于所述制程反应腔的衬底进行吹扫；
所述稳压的步骤包括：控制所述腔室的压力为0.5-0.7Torr，向所述腔室充入O2和N2，稳定预设时间；
所述解离的步骤包括：第一解离、第二解离、第三解离和第四解离；其中，所述第一解离、所述第二解离、所述第三解离和所述第四解离的射频功率依次增大；所述第一解离时的腔室压力小于或等于所述第二解离时的腔室压力，所述第二解离、所述第三解离和所述第四解离时的腔室压力依次增大，且所述第四解离时的腔室压力为1.6-1.8Torr；所述解离的步骤中解离的气体包括刻蚀气体和辅助气体，所述刻蚀气体包括CF4、C2F6、CH3F、CHF3、C4F8、NF3和SF6中的至少一者，所述辅助气体包括Ar、He、O2和N2中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的碗状刻蚀的方法，其特征在于，所述第一解离的射频功率为650-750w，所述第四解离的射频功率为1150-1250w或1450-1550w。
3.根据权利要求2所述的碗状刻蚀的方法，其特征在于，所述第二解离的射频功率为950-1050w，所述第三解离的射频功率为1150-1250w。
4.根据权利要求1所述的碗状刻蚀的方法，其特征在于，所述第一解离时的腔室压力为0.5-0.8Torr，所述第二解离时的腔室压力为0.5-0.8Torr，所述第三解离时的腔室压力为0.9-1.1Torr。
5.根据权利要求1-4任一项所述的碗状刻蚀的方法，其特征在于，所述第一解离、所述第二解离、所述第三解离和所述第四解离中的刻蚀气体的流量逐渐增加。
6.根据权利要求5所述的碗状刻蚀的方法，其特征在于，所述辅助气体包括O2、N2和Ar；所述第一解离、所述第二解离、所述第三解离和所述第四解离中O2的流量逐渐减小，所述第四解离时O2的流量为0sccm；所述第二解离、所述第三解离和所述第四解离中N2的流量逐渐减小，所述第四解离时N2的流量为0sccm；
所述第一解离时，O2和N2两者的总流量占所述刻蚀气体和所述辅助气体的总流量的比值大于或等于88%；
在所述第四解离时，所述刻蚀气体占所述刻蚀气体和所述辅助气体的总流量的比值大于或等于90%。
7.根据权利要求6所述的碗状刻蚀的方法，其特征在于，所述第一解离时，所述刻蚀气体的流量为95-105sccm；所述第四解离时，所述刻蚀气体的流量大于或等于250sccm；
所述第一解离时，O2的流量为950-1050sccm，N2的流量为250-350sccm；所述第二解离时，N2的流量为850-950sccm；
Ar的流量小于或等于75sccm，其中，所述第四解离时的Ar流量小于所述第一解离、所述第二解离和所述第三解离三者中任意一者的Ar流量。
8.根据权利要求7所述的碗状刻蚀的方法，其特征在于，所述第二解离时，O2的流量为450-550sccm；
所述第三解离时，O2的流量为50-150sccm，N2的流量为550-650sccm；
所述第一解离、所述第二解离和所述第三解离时，Ar的流量为70-75sccm；所述第四解离时，Ar的流量为20-30sccm。
9.根据权利要求1所述的碗状刻蚀的方法，其特征在于，所述吹扫的步骤中，通入O2的流量为3950-4050sccm、N2的流量为150-250sccm，并控制腔室的压力为7-9Torr；
所述稳压的步骤中，充入O2的流量为950-1050sccm，充入N2的流量为150-250sccm，所述预设时间为4-6s。
10.根据权利要求5所述的碗状刻蚀的方法，其特征在于，所述各向同性刻蚀的步骤，具体包括：控制所述腔室的压力为1.6-2.0Torr，控制射频功率小于或等于2000w，且刻蚀气体的流量等于所述第四解离时的刻蚀气体流量；
所述各向异性刻蚀的步骤，具体包括：控制所述腔室的压力为1.0-1.2Torr，控制所述射频功率为1100-1300w，控制偏置功率小于或等于1000w、并大于0w，相比于所述各向同性刻蚀减小所述刻蚀气体的流量；
所述掩膜层刻蚀的步骤，具体包括：控制所述腔室的压力为1.0-1.2Torr，控制所述射频功率为1600-1800w，控制O2的流量为950-1050sccm。
CN202311322748.9A 2023-10-13 2023-10-13 碗状刻蚀的方法 Active CN117080062B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311322748.9A CN117080062B (zh) 2023-10-13 2023-10-13 碗状刻蚀的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311322748.9A CN117080062B (zh) 2023-10-13 2023-10-13 碗状刻蚀的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117080062A true CN117080062A (zh) 2023-11-17
CN117080062B CN117080062B (zh) 2024-01-26

Family

ID=88702811

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311322748.9A Active CN117080062B (zh) 2023-10-13 2023-10-13 碗状刻蚀的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117080062B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010044213A1 (en) * 1999-04-21 2001-11-22 Tamarak Pandhumsoporn Method of anisotropic etching of substrates
JP2004119972A (ja) * 2002-09-06 2004-04-15 Tokyo Electron Ltd Ｓｉエッチング方法及びエッチング装置
CN102395243A (zh) * 2011-10-19 2012-03-28 中微半导体设备(上海)有限公司 改进等离子均匀性和效率的电感耦合等离子装置
CN202406373U (zh) * 2011-12-08 2012-08-29 中微半导体设备(上海)有限公司 一种等离子体处理装置
CN106653550A (zh) * 2015-11-04 2017-05-10 朗姆研究公司 用双峰工艺气体组合物进行等离子体蚀刻的方法和系统
US20170186619A1 (en) * 2015-12-25 2017-06-29 Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Etching method
CN114783867A (zh) * 2022-03-24 2022-07-22 北京北方华创微电子装备有限公司 一种氧化硅刻蚀方法
CN116417336A (zh) * 2023-04-07 2023-07-11 北京北方华创微电子装备有限公司 高深宽比孔刻蚀方法及半导体工艺设备

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010044213A1 (en) * 1999-04-21 2001-11-22 Tamarak Pandhumsoporn Method of anisotropic etching of substrates
JP2004119972A (ja) * 2002-09-06 2004-04-15 Tokyo Electron Ltd Ｓｉエッチング方法及びエッチング装置
CN102395243A (zh) * 2011-10-19 2012-03-28 中微半导体设备(上海)有限公司 改进等离子均匀性和效率的电感耦合等离子装置
CN202406373U (zh) * 2011-12-08 2012-08-29 中微半导体设备(上海)有限公司 一种等离子体处理装置
CN106653550A (zh) * 2015-11-04 2017-05-10 朗姆研究公司 用双峰工艺气体组合物进行等离子体蚀刻的方法和系统
US20170186619A1 (en) * 2015-12-25 2017-06-29 Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Etching method
CN114783867A (zh) * 2022-03-24 2022-07-22 北京北方华创微电子装备有限公司 一种氧化硅刻蚀方法
CN116417336A (zh) * 2023-04-07 2023-07-11 北京北方华创微电子装备有限公司 高深宽比孔刻蚀方法及半导体工艺设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN117080062B (zh) 2024-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112593212B (zh) 通过循环等离子体增强沉积工艺形成拓扑选择性氧化硅膜的方法
JP6527214B2 (ja) エッチング耐性ポリマー層を堆積させる方法及びパターンエッチング構造の製造方法
JP5933694B2 (ja) ホウ素炭素膜をドライストリッピングする方法
CN100365777C (zh) 具有改进型抗蚀剂及/或蚀刻轮廓特征的介电膜用蚀刻方法
JP3670277B2 (ja) 低い固有応力および／または低い水素含有率をもつＳｉＯ▲Ｘ▼フィルムの堆積法
US20190074176A1 (en) Oxide with higher utilization and lower cost
US20160133443A1 (en) Methods of dry stripping boron-carbon films
US20110201208A1 (en) Plasma etching method and plasma etching apparatus
CN109690735B (zh) 用于高纵横比结构的剥离方法
WO2005001920A1 (ja) プラズマ発生方法、クリーニング方法および基板処理方法
JP3336975B2 (ja) 基板処理方法
JP2012238891A (ja) ドライエッチングガスおよびドライエッチング方法
TWI766907B (zh) 電漿處理裝置及電漿處理方法
JP4739531B2 (ja) シリコンのプラズマエッチング方法
US7344996B1 (en) Helium-based etch process in deposition-etch-deposition gap fill
JPH04346829A (ja) 高周波交流電気エネルギーと相対的に低い周波数の交流電気的エネルギーを有する、工作物を処理するためのシステムおよび方法
CN112331554B (zh) 薄膜沉积方法、半导体器件的制作方法及半导体器件
CN110391140B (zh) 蚀刻方法和等离子体处理装置
TW200305216A (en) Method of etching and etching apparatus
CN117080062B (zh) 碗状刻蚀的方法
CN111696863B (zh) 硅介质材料刻蚀方法
CN113053745A (zh) 蚀刻方法和蚀刻装置
JP5040162B2 (ja) アルケニル基含有有機シラン化合物から成るＳｉ含有膜形成材料およびその用途
JP2001102345A (ja) 表面処理方法および装置
CN117976535A (zh) 一种减小晶圆表面粗糙度的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant