一种能够消除残气影响的多晶硅刻蚀工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种能够消除残气影响的多晶硅刻蚀工艺，包括稳定步骤１、ＢＴ步、稳定步骤２、主刻步、稳定步骤３、过刻步和干法清洗步。各稳定步骤所使用的工艺气体可以是即将开始的工艺步骤所用的工艺气体，还可以是Ｎ↓［２］或者其他任何一种惰性气体如Ｈｅ、Ａｒ，采用本发明专利技术的多晶硅刻蚀工艺所得到的刻蚀剖面显微图显示，硬掩膜层和多晶硅层的交界处凹陷处和梯形结构完全消失，也没有微沟槽效应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多晶硅刻蚀工艺，具体来说，涉及一种能够消除残气影响的多晶硅刻蚀工艺。
技术介绍
在深亚微米多晶硅干法刻蚀工艺中，一个完整的栅极结构的形成一般需要依次经过硬掩膜开启、去胶、自然二氧化硅层开启(BT)、多晶硅主刻蚀(ME)、过刻蚀(OE)、刻蚀工艺结束后干法清洗(dry clean)等几个工艺步骤。自然二氧化硅层开启阶段主要是去除多晶硅表面的自然二氧化硅层，以便主刻蚀的刻蚀剂能够对多晶硅进行有效刻蚀；主刻蚀阶段采用终点监控方式切换至选择比较高的过刻蚀步骤，以确保栅氧化层的损失较小以及线条轮廓的陡直性。为了达到不同的工艺目的，这几个步骤所使用的工艺气体是各不相同的。现有多晶硅刻蚀工艺在工艺步骤切换过程中未做其他处理，直接进行下一步工艺，刻蚀后得到的线条的轮廓会呈现出严重的梯形情况，而且硬掩膜层和多晶硅层的交界处出现了明显的“脖子”(凹陷处)形状，并且发生了微沟槽效应。经分析，不良的线条轮廓的形成，同前一个工艺步骤的残余气体有关。如BT阶段的刻蚀气体对多晶硅的刻蚀以及ME阶段的刻蚀气体对过刻蚀阶段的影响都很大，同时，每次干法清洗的残余气体都可能会对工艺结果造成严重影响。所以，仍需要对现有工艺进行改进以消除残留气体影响，提高多晶硅刻蚀工艺的质量。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的旨在提供一种多晶硅刻蚀工艺，使其能够消除步骤切换中残留气体的影响，提高多晶硅刻蚀工艺的质量。(二)技术方案为了降低线条高宽比(aspect ratio)对刻蚀剖面的影响，一般来说硬掩膜开启和去胶步骤是同后面几步工艺分开处理的，所以本专利技术仅探讨从自然二氧化硅层开启到刻蚀工艺结束后干法清洗这几个步骤之间残留气体影响的消除。本专利技术提供的多晶硅刻蚀工艺包括以下步骤稳定步骤1、BT步、稳定步骤2、主刻步、稳定步骤3、过刻步和干法清洗步。其中所述稳定步骤1的工艺条件为腔室压力0-10mT，所用气体同BT步气体种类和流量一致。其中所述稳定步骤2的工艺条件为腔室压力0-15mT，所用气体同主刻步气体种类和流量一致。其中所述稳定步骤3的工艺条件为腔室压力0-60mT，所用气体同过刻步气体种类和流量一致。以上各稳定步骤中上下极电极的功率均为0w，时间为5-10s。其中所采用的0mT压力边缘值为设定值，即设备实际能达到的最大真空极限。本专利技术提供的工艺各稳定步骤所使用的工艺气体可以是即将开始的工艺步骤所用的工艺气体，还可以是N2或者其他任何一种惰性气体如He、Ar，或者是它们的混合气体(配比任意)，采用150-300sccm的流量，并设定分子泵摆阀全开(即将设备压力设定为0mT)。这样稳定步骤完全等同于上一工艺步骤的残气吹扫步骤，上述气体都能够吹扫干净气路管道以及反应室内残余的上一工艺步骤的气体和副产物，减少残气的影响，另一方面也起到了提前稳定反应室压力的作用，有助于等离子体起辉和反应过程的稳定性。另外，本专利技术工艺中所述的BT步、主刻步、过刻步和干法清洗步涉及的工艺条件与现有技术工艺条件相同，即， BT步中腔室压力5-10mT，上电极功率250-400W，下电极功率40-80W，工艺气体为CF4，其流量为30-80sccm，或者C2F2，其流量为50-120sccm，时间为5-7s；主刻步中腔室压力8-15mT，上电极功率250-400W，下电极功率40-80W，工艺气体为Cl20-50sccm、HBr 100-200sccm和HeO2(二者体积比为7∶3，下同)为5-15sccm的混合气体，利用终点检测仪器控制本步骤的结束；过刻步中腔室压力40-80mT，上电极功率250-400W，下电极功率30-80W，工艺气体为Cl20-30sccm、HBr 150-250sccm、HeO2为10-20sccm和He 0-200sccm的混合气体，时间为40-60s；干法清洗步中腔室压力8-20mT，上电极功率350-900W，下电极功率0W，工艺气体为Cl20-50sccm、SF680-200sccm、O210-50sccm的混合气体，时间为10s。(三)有益效果采用本专利技术的多晶硅刻蚀工艺所得到的刻蚀剖面显微图显示，硬掩膜层和多晶硅层的交界处凹陷处和梯形结构完全消失，也没有微沟槽效应。并且工艺简单，无需对设备的硬件系统进行优化设计，对各种形状、类型器件都有良好的适应性。附图说明图1为硬掩膜开启前后堆栈结构示意图；其中①为光刻胶层(线条已经形成)，②为硬掩膜层，③为多晶硅层，④为二氧化硅层，⑤为硅衬底。图2为刻蚀后堆栈结构；图3和4为现有工艺刻蚀后硅片线条剖面图；图5-10为本专利技术工艺刻蚀后硅片线条剖面图；其中图3-10观察仪器为HitachiS-4700场发射扫描电子显微镜，放大倍数为15万倍。具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1工艺(刻蚀)设备ICP等离子体干法刻蚀机观测设备为HitachiS-4700场发射扫描电子显微镜。工艺步骤贯穿刻蚀压力7mt、上射频源功率300w、下射频功率80w、刻蚀气体CF450sccm、刻蚀时间5s。主刻蚀压力10mt、上射频源功率300w、下射频功率40w、刻蚀气体Cl2为30sccm、HBr 170sccm、HeO210sccm(二者体积比为7∶3，下同)的混合气体，刻蚀时间为6s。过刻蚀压力60mt、上射频源功率300w、下射频功率40w、刻蚀气体为HBr 200sccm、He 140sccm、HeO215sccm的混合气体，刻蚀时间为60s。干法清洗步骤1压力10mt、上射频源功率400w、下射频功率0w、气体为Cl220sccm、SF6100sccm、O220sccm的混合气体，时间为3s；步骤2压力10mt、上射频源功率800w、下射频功率0w、气体为Cl220sccm、SF6100sccm、O220sccm的混合气体，时间为3s。如图3和4所示，刻蚀所得多晶硅片线条的轮廓呈现出严重的梯形情况，而且硬掩膜层和多晶硅层的交界处出现了明显的“脖子”(凹陷处)形状，并且发生了微沟槽效应。实施例2同实施例1的方法，其区别在于BT步前增加稳定步骤1，工艺条件为压力7mt、上射频源功率0w、下射频功率0w、气体CF450sccm、时间5s；主刻步前增加稳定步骤2，工艺条件为压力10mt、上射频源功率0w、下射频功率0w、气体为Cl230sccm、HBr 170sccm、HeO210sccm的混合气体，刻蚀时间为5s；过刻步前增加稳定步骤3，工艺条件为压力60mt、上射频源功率0w、下射频功率0w、气体为HBr 200sccm、He 140sccm、HeO215sccm的混合气体，时间为5s。如图5和6所示，刻蚀所得多晶硅片线条硬掩膜层和多晶硅层的交界处出现了凹陷处及微沟槽效应消失。实施例3同实施例2的方法，其区别在于稳定步骤1、2和3的工艺条件均为压力设定0mt、上射频源功率0w、下射频功率0w、气体N2150sccm，时间为10s。如图7所示，刻蚀所得多晶硅片线条硬掩膜层和多晶硅层的交界处出现了凹陷处及微沟槽效应消失。实施例4同实施例2的方法，其区别在于稳定步骤1的压力为10mt、稳定步骤2的压力为15m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够消除残气影响的多晶硅刻蚀工艺，包括ＢＴ步、主刻步、过刻步和干法清洗步，其特征在于在所述ＢＴ步前增加稳定步骤１，在所述主刻步前增加稳定步骤２，在所述过刻步前增加稳定步骤３。

【技术特征摘要】
1.一种能够消除残气影响的多晶硅刻蚀工艺，包括BT步、主刻步、过刻步和干法清洗步，其特征在于在所述BT步前增加稳定步骤1，在所述主刻步前增加稳定步骤2，在所述过刻步前增加稳定步骤3。2.如权利要求1所述的多晶硅刻蚀工艺，其特征在于所述稳定步骤1的工艺条件为腔室压力0-10mT，上下电极功率均为0w，所用气体同BT步气体种类和流量一致，时间为5-10s。3.如权利要求1所述的多晶硅刻蚀工艺，其特征在于所述稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐果，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]