蚀刻方法和蚀刻系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的方法，包括：用第一催化气体和HF对所述氧化物进行第一气相蚀刻；用第二催化气体和HF对所述氧化物进行第二气相蚀刻。其中，所述第一催化气体是醇类气体，第二催化气体是氨气。进一步地，所述醇类气体包括甲醇、乙醇或异丙醇等。其中，所述第一气相蚀刻和所述第二气相蚀刻在同一个反应腔室内连续进行。

【技术实现步骤摘要】
蚀刻方法和蚀刻系统
本专利技术涉及一种半导体制造中的蚀刻方法和蚀刻系统，具体地用于蚀刻半导体衬底上的氧化物。
技术介绍
近年来，半导体集成电路产业获得迅猛发展。主流半导体技术开始普遍采用FinFET结构，这种结构可以大幅改善电路控制并减少漏电流(leakage)，也可以大幅缩短晶体管的闸长。具体的FinFET结构可以参见图1。在FinFET结构的鳍101周围具有一层氧化物102。为了形成该氧化物层，在FinFET的制备工艺中，需要有一道制备工序鳍氧化物去除工序，即将鳍之间填充的氧化物蚀刻掉一部分以使鳍结构露出一定高度，同时要保证Fin的相关特征不会被破坏。在该氧化物蚀刻过程中，鳍内外的蚀刻量可能不太一致，可能存在偏差，即，鳍内外的剩余氧化物的高度可能存在高度差。同样地，在氧化物蚀刻过程中，鳍侧壁可能存在残留的氧化物，即，鳍内外的剩余氧化物的上表面可能不是平坦的。
技术实现思路
有鉴于此，本公开的目的至少部分地在于提供一种减小或消除鳍内外的剩余氧化物的高度差并提高剩余氧化物的上表面的平坦度的蚀刻半导体衬底上的氧化物的方法和系统。本专利技术提供了一种用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的方法，包括：用第一催化气体和HF对所述氧化物进行第一气相蚀刻；用第二催化气体和HF对所述氧化物进行第二气相蚀刻。其中，所述第一催化气体是醇类气体，第二催化气体是氨气。进一步地，所述醇类气体包括甲醇、乙醇或异丙醇等。其中，所述第一气相蚀刻和所述第二气相蚀刻在同一个反应腔室内连续进行。该方法还包括在进行所述第一气相蚀刻之前，对所述半导体衬底进行去气处理；对所述半导体衬底进行冷却处理。该方法还包括在进行所述第二气相蚀刻之后，对所述半导体衬底进行退火处理；对所述半导体衬底进行冷却处理。该方法还包括在进行第一气相蚀刻之后，循环重复进行第二气相蚀刻、退火处理和冷却处理。其中，所述第一气相蚀刻的刻蚀量不高于循环重复进行的第二气相蚀刻的总刻蚀量。具体地，所述第一气相蚀刻的刻蚀量与循环重复进行的第二气相蚀刻的总刻蚀量之比的范围为1∶3至1∶1。本专利技术还公开了一种用于蚀刻氧化物的系统，包括：反应腔室，用于对半导体衬底执行蚀刻工艺，所述蚀刻工艺包括采用第一催化气体和HF的第一气相蚀刻和采用第二催化气体和HF的第二气相蚀刻；进气单元，用于向反应腔室内引入第一催化气体和HF的混合气体或者分开向反应腔室内引入第二催化气体和HF气体；控制单元，用于动态控制反应腔室内的压力以及引入反应腔室内的气体的进气顺序。其中，所述控制单元在引入第一催化气体和HF的混合气体时使反应腔室内保持高压力，在分开向反应腔室内引入第二催化气体和HF气体时使反应腔室内保持低压力。具体地，所述高压力范围为50～150Torr，所述低压力范围为1～5Torr。其中，所述进气顺序为：首先向反应腔室内引入第一催化气体和HF的混合气体以进行第一气相蚀刻；然后分开向所述反应腔室内引入第二催化气体和HF气体以进行第二气相蚀刻。所述进气单元还可以用于向反应腔室内引入惰性气体。在整个蚀刻过程中，向所述反应腔室内引入惰性气体。其中，所述第一催化气体是醇类气体，第二催化气体是氨气。进一步地，所述醇类气体包括甲醇、乙醇或异丙醇等。附图说明通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示出了根据现有技术的示例FinFET；图2(a)至2(c)示出了根据现有技术的具有多个鳍的FinFET的横截面图；图3示出了根据本专利技术的实施例的用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的方法的流程图；图4示出了根据本专利技术的实施例的用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的方法的详细流程图；图5示出了根据本专利技术的实施例的用于蚀刻氧化物的系统的示意图；图6示出了蚀刻氧化物的过程中气体通入反应腔室的顺序示意图；图7示出了采用一次甲醇催化蚀刻加上五次氨气催化蚀刻的完整工艺流程。贯穿附图，相同的附图标记表示相同的部件。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。图1中示出了现有技术的示例FinFET的透视图。如图1所示，该FinFET包括：衬底101；在衬底101上形成的鳍102；与鳍102相交的栅极103，在鳍102的两侧(内部和外部)的氧化物104。为了形成在鳍102的两侧(内部和外部)的氧化物104，则在FinFET的制备中存在工序鳍氧化物去除(FinOxideRecess)工序，该工序的目标是将Fin两侧填充的氧化物(有多种制备方式，通常是采用CVD方式生长)通过蚀刻的方法蚀刻掉一部分，使Fin裸露出一定的深度，同时要保证Fin的相关特征不会被破坏。在形成具有多个鳍的FinFET的蚀刻工艺中，存在鳍的外部和内部的氧化物的蚀刻量不一致，即剩余氧化物高度不一致的问题，具体可参见图2(a)至2(b)，其中，图2(a)示出了鳍内部的剩余氧化物104-1的高度高于鳍外部的剩余氧化物104-2的高度，即存在正高度差，图2(b)示出了鳍内部的剩余氧化物104-1的高度低于鳍外部的剩余氧化物104-2的高度，即存在负高度差。此外，还有可能存在剩余氧化物的表面不平坦，存在弧度的问题，具体参见图2(c)。为了在蚀刻工艺中避免高度差和不平坦的问题，本专利技术提供了用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的方法，包括：用第一催化气体和HF对所述氧化物进行第一气相蚀刻(301)；用第二催化气体和HF对所述氧化物进行第二气相蚀刻(302)。图3示出了根据本专利技术的实施例的用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的方法的流程图。所述第一催化气体是醇类气体，第二催化气体是氨气。进一步地，所述醇类气体包括甲醇、乙醇或异丙醇等。下文中，为了方便描述，选择甲醇和氨气分别作为第一催化气体和第二催化气体的示例。在第一气相蚀刻和第二气相蚀刻过程期间，要被蚀刻的半导体衬底被放置于同一个反应腔室中。第一气相蚀刻和第二气相蚀刻在同一个反应腔室内连续进行。为了完成整个气相蚀刻过程，还需要在气相蚀刻之前和气相蚀刻之后完成其它操作，例如，在进行所述第一气相蚀刻之前，对所述半导体衬底进行去气处理；对所述半导体衬底进行冷却处理。例如，在进行所述第二气相蚀刻之后，对所述半导体衬底进行退火处理；对所述半导体衬底进行冷却处理。值得注意的是，第一气相蚀刻的刻蚀量不高于第二气相蚀刻的刻蚀量。具体地，例如，第一气相蚀刻的刻蚀量与第二气相蚀刻的刻蚀量之比的范围为1∶3至1∶1。为了详细描述用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的工艺流程。图4示出了根据本专利技术的实施例的用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的方法的详细流程图。其中，在操作401，将需要进行蚀刻的半导体衬底通过机械手传输至去气腔室进行去气，以便将半导体衬底表面的吸附的水汽等杂物通过加热方式去除掉，通常温度范围为200～350℃，时间1～3min。在操作402，将去气后的半导体衬底传输至冷却腔室进行冷却，以便将半导体衬底表面温度降低到室温。在操作403，将冷却后的半导体衬底传输至反应腔室，在反应腔室内进行第一气相蚀刻，即，采用甲醇和HF参与反应，将氧化物蚀刻掉一部分。此时采用的工艺参数为：工艺压力50Torr至150本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的方法，包括：用第一催化气体和HF对所述氧化物进行第一气相蚀刻；用第二催化气体和HF对所述氧化物进行第二气相蚀刻。

【技术特征摘要】
1.一种用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的方法，包括：用第一催化气体和HF对所述氧化物进行第一气相蚀刻；用第二催化气体和HF对所述氧化物进行第二气相蚀刻。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一催化气体是醇类气体，第二催化气体是氨气。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述醇类气体包括甲醇、乙醇或异丙醇等。4.根据权利要求1-3所述的方法，其中，所述第一气相蚀刻和所述第二气相蚀刻在同一个反应腔室内连续进行。5.根据权利要求4所述的方法，其中，在进行所述第一气相蚀刻之前，还包括：对所述半导体衬底进行去气处理；对所述半导体衬底进行冷却处理。6.根据权利要求4所述的方法，其中，在进行所述第二气相蚀刻之后，还包括：对所述半导体衬底进行退火处理；对所述半导体衬底进行冷却处理。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在进行第一气相蚀刻之后，循环重复进行第二气相蚀刻、退火处理和冷却处理。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一气相蚀刻的刻蚀量不高于循环重复进行的第二气相蚀刻的总刻蚀量。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一气相蚀刻的刻蚀量与循环重复进行的第二气相蚀刻的总刻蚀量之比的范围为1∶3至1∶1。10.一种用于蚀刻半导体衬底上的氧化物的系统，包括：反应腔室，用于对半导体衬底执行蚀刻工艺，所述蚀刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴鑫，郑波，马振国，王晓娟，王春，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11