非等离子体刻蚀方法及刻蚀设备技术

本发明专利技术提供一种非等离子体刻蚀方法及刻蚀设备，该非等离子体刻蚀方法包括：向反应腔室内通入刻蚀气体和还原性气体；其中，刻蚀气体用于与基片反应，以实现对基片的刻蚀；还原性气体用于抑制刻蚀气体的刻蚀速率。本发明专利技术提供的非等离子体刻蚀方法，其可以实现非等离子体刻蚀，同时可以提高刻蚀选择比。

Non plasma etching method and equipment

【技术实现步骤摘要】
非等离子体刻蚀方法及刻蚀设备
本专利技术涉及刻蚀
，具体地，涉及一种非等离子体刻蚀方法及刻蚀设备。
技术介绍
牺牲层刻蚀是集成电路中很重要的工艺，然而随着技术带的更新，原有的刻蚀方法遇到的瓶颈越来越多。牺牲层材料的移除有湿法和干法两种。湿法工艺采用腐蚀液腐蚀牺牲层。但是湿法刻蚀后，薄膜极易出现粘附、破裂，这将降低复合薄膜的成品率和可靠性，尤其是制程小于28nm后，表面张力会极大地影响器件的良率，此外湿法刻蚀具有各向同性特点，很难保证特定的图形横向和纵向刻蚀一致。干法刻蚀主要有等离子体干法刻蚀和非等离子体刻蚀法。对于等离子体干法刻蚀，在硅刻蚀工艺中，使用CF4、Cl2或者HBr作为刻蚀气体，刻蚀气体在加载射频的条件下产生离子的F-、Cl-或者HBr-，并与硅发生反应，生成气态氯化硅。但是，由于等离子体干法刻蚀是使用等离子刻蚀，这不可避免地会使硅片表面有一定的离子注入，离子注入会导致纳米器件出现电损伤。因此，为了避免湿法刻蚀和等离子体刻蚀引起的问题，非等离子刻蚀是一个很好的选择。但是，现有的非等离子体刻蚀存在刻蚀选择比低的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种非等离子体刻蚀方法及刻蚀设备，其可以实现非等离子体刻蚀，同时可以提高刻蚀选择比。为实现本专利技术的目的而提供一种非等离子体刻蚀方法本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的非等离子体刻蚀方法及刻蚀设备的技术方案中，向反应腔室内通入刻蚀气体和还原性气体；其中，刻蚀气体用于与基片反应，以实现对基片的非等离子体刻蚀。还原性气体用于抑制刻蚀气体的刻蚀速率。降低刻蚀速率有利于提高刻蚀选择比，同时可以更好的控制反应过程，尤其是低技术带的刻蚀工艺，通过降低刻蚀速率，可以避免因刻蚀速率太快而影响刻蚀形貌。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的刻蚀方法的流程框图；图2为本专利技术第二实施例提供的刻蚀设备的结构图；图3为本专利技术第三实施例提供的刻蚀设备的结构图；图4为本专利技术第四实施例提供的刻蚀设备的结构图；图5为本专利技术第五实施例提供的刻蚀设备的结构图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图来对本专利技术提供的非等离子体刻蚀方法及刻蚀设备进行详细描述。本专利技术提供的非等离子体刻蚀方法，其包括：向反应腔室内通入刻蚀气体和还原性气体；其中，刻蚀气体用于与基片反应，以实现对基片的刻蚀；还原性气体用于抑制刻蚀气体的刻蚀速率。本专利技术提供的非等离子体刻蚀方法采用非等离子体刻蚀法，不仅可以避免对基片造成损伤，降低刻蚀后基片表面的粗糙度(可达0.08nm)；而且不需要加载射频，从而可以简化刻蚀设备的结构，降低设备成本。同时，借助还原性气体，可以降低刻蚀速率，从而有利于提高刻蚀选择比，同时可以更好的控制反应过程，尤其是低技术带的刻蚀工艺，通过降低刻蚀速率，可以避免因刻蚀速率太快而影响刻蚀形貌。可选的，上述刻蚀气体包括XeF2。XeF2可以应用于单晶硅、多晶硅、Ti、TiN、Ta或者TaN等材料的基片的刻蚀。例如，采用XeF2刻蚀Si片，XeF2与Si反应形成气态的Xe和SiF4。还原性气体为能够与刻蚀副产物发生反应、以及降低刻蚀反应的速率的气体，从而能够减少刻蚀副产物对基片的刻蚀，进而降低刻蚀气体的刻蚀速率，提高刻蚀选择比。这里，刻蚀选择比为待刻蚀材料与其上的阻挡层的刻蚀选择比。例如，利用Si3N4作为刻蚀Si的阻挡层，或者利用Si3N4和SiO2作为刻蚀Si的阻挡层。还原性气体可以提高Si和Si3N4，以及Si和及SiO2的刻蚀选择比。可选的，还原性气体包括H2或NH3。在采用XeF2刻蚀Si时，H2或NH3可以对XeF2的刻蚀速率一定程度的抑制作用。具体的，H2可以与XeF2与Si反应产生的刻蚀副产物(SiF、SiF2或者F-等)发生反应，以起到减少刻蚀副产物的作用，从而可以减少刻蚀副产物对Si和Si3N4的刻蚀，进而可以降低刻蚀速率。同时，H2可以降低XeF2对Si的刻蚀速率，然而由于该刻蚀速率本身就很大，仍然能够满足刻蚀需求，同时可以避免因刻蚀速率过大，而导致的反应过程很难控制，以及对刻蚀形貌造成影响。XeF2与Si反应生成SiF4，SiF4会与NH3及HF(基片上的水会与XeF2反应形成HF)反应生成(NH4)2SiF6，这种固态反应物附着在硅和氮化硅上可以降低刻蚀硅的速率，也可以降低SiN的刻蚀速率，通过调节合适的参数，可以调节Si/SiN的选择比。可选的，在向反应腔室内通入刻蚀气体和还原性气体的同时，还向反应腔室内通入稀释气体，用于降低刻蚀速率，提高刻蚀选择比。可选的，稀释气体包括氮气或者惰性气体。可选的，可以通过设定刻蚀气体、还原性气体和稀释气体各自的气体分压，来调节刻蚀选择比，从而可以提高刻蚀选择比，同时可以更有效的控制刻蚀速率。所述气体分压是指通入腔室内的各气体的压力占腔室内总压力的比值，其大小与各气体的流量大小有关，即满足以下公式：P分＝S分/S总*P腔其中，P分为刻蚀气体、还原性气体和稀释气体各自的气体分压；S分为刻蚀气体、还原性气体和稀释气体各自的气体流量；S总为刻蚀气体、还原性气体和稀释气体的总流量；P腔为腔室压力。可选的，刻蚀气体、还原性气体和稀释气体各自的气体分压的取值范围在1mTorr～100mTorr。进一步的，还原性气体的气体分压的取值范围在1mTorr～50mTorr。可选的，利用载气携带刻蚀气体通入反应腔室内。该载气可以为氮气或者惰性气体。载气的气体流量的取值范围在20sccm～1000sccm。可选的，刻蚀气体、还原性气体和稀释气体各自的气体流量的取值范围在20sccm～1000sccm。进一步的，稀释气体的气体流量的取值范围在100sccm～3000sccm。可选的，基片包括基底和阻挡层；基底包括单晶硅、多晶硅、Ti、TiN、Ta或者TaN；阻挡层包括SiO2或者Si3N4。第一实施例本实施例采用XeF2为刻蚀气体，H2为还原性气体，基片的基底为Si，阻挡层为Si3N4或SiO2。下面对本实施例提供的非等离子体刻蚀方法进行详细描述。具体地，如图1所示，刻蚀方法包括：步骤101，将基片传入去气腔室中进行热处理工艺，以去除基片上的水汽等杂质。步骤102，将基片传入反应腔室。步骤103，向反应腔室内通入刻蚀气体XeF2、还原性气体H2和稀释气体N2。步骤104，对基片进行刻蚀。步骤105，判断基片刻蚀深度是否到达目标深度，若是，则结束工艺；若否，则返回步骤102。通过在将基片传入反应腔室之前，进行上述步骤101，可以避免下述问题，即：基片上的水汽与刻蚀气体XeF2反应形成HF，HF在水的催化作用下会进一步与Si3N4或SiO2反应，从而造成刻蚀选择比降低。其中，热处理温度的取值范围在50℃～500℃；腔室压力为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非等离子体刻蚀方法，其特征在于，包括：/n向反应腔室内通入刻蚀气体和还原性气体；/n其中，所述刻蚀气体用于与基片反应，以实现对所述基片的刻蚀；所述还原性气体用于抑制所述刻蚀气体的刻蚀速率，以调节刻蚀选择比。/n

【技术特征摘要】
1.一种非等离子体刻蚀方法，其特征在于，包括：
向反应腔室内通入刻蚀气体和还原性气体；
其中，所述刻蚀气体用于与基片反应，以实现对所述基片的刻蚀；所述还原性气体用于抑制所述刻蚀气体的刻蚀速率，以调节刻蚀选择比。


2.根据权利要求1所述的非等离子体刻蚀方法，其特征在于，在向所述反应腔室内通入所述刻蚀气体和所述还原性气体的同时，还向所述反应腔室内通入稀释气体。


3.根据权利要求2所述的非等离子体刻蚀方法，其特征在于，通过设定所述刻蚀气体、所述还原性气体和所述稀释气体各自的气体分压，来调节刻蚀选择比；
所述气体分压满足以下公式：
P分＝S分/S总*P腔
其中，P分为所述刻蚀气体、所述还原性气体和所述稀释气体各自的气体分压；S分为所述刻蚀气体、所述还原性气体和所述稀释气体各自的气体流量；S总为所述刻蚀气体、所述还原性气体和所述稀释气体的总流量；P腔为腔室压力。


4.根据权利要求3所述的非等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体、所述还原性气体和所述稀释气体各自的气体分压的取值范围均为1mTorr～100mTorr。


5.根据权利要求4所述的非等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述还原性气体的气体分压的取值范围为1mTorr～50mTorr。


6.根据权利要求3所述的非等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体和所述还原性气体各自的气体流量的取值范围均为20sccm～1000sccm。


7.根据权利要求3所述的非等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述稀释气体的气体流量的取值范围为100sccm～3000sccm。


8.根据权利要求1所述的非等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括XeF2；所述还原性气体包括H2。


9.根据权利要求1所述的非等离子体刻蚀方法，其特征在于，所述刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓娟，郑波，马振国，吴鑫，王春，史晶，
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