一种半导体等离子刻蚀工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种等离子刻蚀工艺，包括：介质层贯穿刻蚀步，所述介质层贯穿刻蚀步的工艺气体包括氟基刻蚀气体、第一光阻保护气体以及稀释气体；硅主刻蚀步，所述硅主刻蚀步的工艺气体包括主刻蚀气体、碳基副产物去除气体以及第二光阻保护气体。优选实施例中，所述氟基刻蚀气体为ＣＦ↓［４］或者ＳＦ↓［６］，所述第一光阻保护气体为ＣＨ↓［２］Ｆ↓［２］或者ＣＨＦ↓［３］或者ＨＢｒ，所述稀释气体为Ｈｅ、Ａｒ或者Ｎ↓［２］；所述主刻蚀气体为Ｃｌ↓［２］，所述碳基副产物去除气体为Ｏ↓［２］，所述第二光阻保护气体为ＨＢｒ。本发明专利技术能够在半导体等离子刻蚀中，提高图形刻蚀的侧壁陡直度以及避免线条上下边沿出现圆角。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造工艺
，特别是涉及一种改进的半导体等 离子刻蚀工艺。
技术介绍
等离子体刻蚀(也称干法刻蚀)是集成电路制造中的关键工艺之一，其 目的是完整地将掩膜图形复制到硅片(晶片)表面。等离子刻蚀的原理可以概括为以下几个步骤(l)在低压下，反应气体 在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体(等离子体是由带电的电子 和离子组成)，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还 能吸收能量并形成大量的活性基团(Radicals); ( 2 )活性反应基团和被刻蚀 物质表面形成化学反应并形成挥发性的反应生成物；(3 )反应生成物脱离祐: 刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔体。在现阶段常用的ICP(电感耦合，Inductive Coupled Plasma,即通过电感 耦合达到增强等离子密度的效果)等离子刻蚀机中，通常采用纯CF4作为刻 蚀气体。例如， 一个典型的刻蚀工艺过程(recipe)可以包括介质层层贯穿 刻蚀步(BT)和硅主刻蚀步(ME)，其中BT刻蚀步通常选用纯CF4气体进 行刻蚀，ME刻蚀步通常采用Cl2和02的混合气体进行刻蚀。参照图1,示出了利用扫描电镜对ICP等离子刻蚀后的硅片切片扫描得 到的剖面电镜结果，图1中的数字156um和158.4um表示线条侧壁的高度。 其中的剖面是去除光阻之后，包括介质层(氧化硅层)和硅层的刻蚀剖面， 图1的左右两个半边分别表示整个线条的两个端的侧壁剖面。具体的，参照 图2，示出了某个线条的刻蚀结果示意图，由于整个线条无法在扫描电镜中 同时出现，因此，分别选取了两个虚线框的部分进行拍摄，两个虚线框就对 应图1中的左右两个半图，分别清楚的示出了左右两个侧壁的剖面情况。从 图1的电镜照片可以看出，现有技术刻蚀后的线条侧壁角度不够笔直，并且， 线条侧壁的上边沿还存在圆角。需要说明的是，在光阻覆盖面广(即open area较小)且光阻层与硅层 间的硬质掩盖层薄的图形刻蚀中，上述刻蚀缺陷则会更加明显。因为光阻覆 盖面广则刻蚀过程中含碳的附产物较多，不利于刻蚀出角度使直的剖面，而 硬质掩盖层薄不利于保护硅线条的顶端，从而使得线条边沿容易出现圆角， 从而给刻蚀获得理想结果带来困难。进一步，当前述的刻蚀结果图形作为用于层间刻蚀校准的零层标示(zero mark)时，如果其剖面不够陵直并存在边沿圆角，则不仅影响本次刻蚀结果， 而且会进一步影响光刻校准效果，即影响层与层之间的图形(pattern)的相 对位置关系。例如，在现有的很多情况下，晶片上需要集成多达十层以上的 高密度晶体管，层与层之间需要通过零层标示区域进行光刻校准。参照图3, 示出了一种典型的零层标示区域的图形结构，其由四组互相垂直的线条构 成，该区域通常对称的分布在晶片边沿(例如，距离边沿5mm左右)。总之，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是如何能 够在半导体等离子刻蚀中，提高图形刻蚀的侧壁陡直度以及避免线条上下边 沿出现圆角。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种改进的半导体等离子刻蚀工艺， 以获得陡直、线条边沿无圆角的图形刻蚀结果。为了解决上述问题，本专利技术公开了一种等离子刻蚀工艺，包括介质层贯穿刻蚀步，所述介质层贯穿刻蚀步的工艺气体包括氟基刻蚀气 体、第一光阻保护气体以及稀释气体；硅主刻蚀步，所述硅主刻蚀步的工艺气体包括主刻蚀气体、碳基副产物 去除气体以及第二光阻保护气体。优选的，所述介质层贯穿刻蚀步的氟基刻蚀气体为CF4或者SF6，所述 第一光阻保护气体为CH2F2或者CHF3或者HBr,所述稀释气体为He、 Ar或者N2。优选的，所述硅主刻蚀步的主刻蚀气体为Cl2,所述碳基副产物去除气 体为02，所述第二光阻保护气体为HBr。优选的，所述稀释气体的流量大于氟基刻蚀气体的流量，所述氟基刻蚀气体的流量大于第一光阻保护气体的流量；所述第二光阻保护气体的流量大 于主刻蚀气体的流量，所述主刻蚀气体的流量大于碳基副产物去除气体的流 量。优选的，所述介质层为氧化硅，则贯穿刻蚀步的工艺参数为腔室压力 为7~15mT,上射频功率为300~400W，下射频功率为50 150W,处理时间 为10~20s,氟基刻蚀气体CF4流量为50 100sccm，第一光阻保护气体CH2F2 流量为10 20 sccm，稀释气体He流量为100-200 sccm。优选的，所述硅主刻蚀步的工艺参数为腔室压力为20 30mT,上射频 功率为300 500W,下射频功率为30-100W,处理时间为30 40s，主刻蚀气 体C12流量为50 100sccm,第二光阻保护气体HBr流量为100-200 sccm， 碳基副产物去除气体02流量为3~10 sccm。优选的，所述介质层为氧化硅，则贯穿刻蚀步的工艺参数为腔室压力 为8mT，上射频功率为350W，下射频功率为120W，处理时间为15s，氟基 刻蚀气体CF4流量为60sccm，第一光阻保护气体CH2F2流量为20 sccm, 稀释气体He流量为100 sccm。优选的，所述硅主刻蚀步的工艺参数为腔室压力为20mT,上射频功 率为400W,下射频功率为45W,处理时间为40s,主刻蚀气体C12流量为 50sccm,第二光阻保护气体HBr流量为200sccm,碳基副产物去除气体02 流量为5sccm。优选的，所述等离子刻蚀工艺应用在光阻覆盖面超过整个晶片90%,且 光阻层与硅层间的硬质介质层厚度小于等于0.05um的图形刻蚀中。 优选的，所述等离子刻蚀工艺应用在晶片零层标示区域的刻蚀中。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术的等离子刻蚀工艺中对现有的两步刻蚀进行了改进，在BT步的 刻蚀气体中增加了光阻保护气体和稀释气体，并在ME步中也增加了光阻保 护气体；首先，由于这两步都通过增加光阻保护气体，而增加了对光阻的选 择比，降低了光阻的横向刻蚀，从而可以有利于获得陡直的刻蚀剖面，并保6护线条的顶端，避免过刻蚀，使线条边沿不易出现圆角。另外，由于在BT步中增加的稀释气体可以带走在BT步刻蚀中产生的 碳基副产物，进而可以防止碳基副产物在侧壁沉积，进一步保证获得卩走直的 刻蚀剖面；其次，在ME步中的氧气也可以和碳基副产物进行反应生成其他 气体而减弱碳基副产物的沉积，有利于获得陡直的刻蚀剖面。由于本专利技术的上述改进，可以保证获得线条陡直、并且边沿无圆角的图 形结果，因此，当本专利技术用于对零层表示区域的刻蚀时，可以大大提高各层 图形的光刻4交准禾呈度，减少光刻4交准偏差。附图说明图1是对现有技术ICP等离子刻蚀后的硅片切片扫描得到的剖面扫描电 镜结果照片；图2是某个线条的刻蚀结果示意图3是一种典型的零层标示区域的图形结构示意图4是本专利技术一种等离子刻蚀工艺的具体例子流程图5是一种典型的零层标示区域膜层结构示意图6是执行本专利技术的刻蚀过程所得到的刻蚀剖面电镜照片；图7是采用现有技术和本专利技术的刻蚀工艺后的光刻校准结果对比情况图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图 和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参照图4，示出了本专利技术一种等离子刻蚀工艺的具体例子，其可以包括 以下两步刻蚀过程介质层贯穿刻蚀步401，所述介质层贯穿刻蚀步的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子刻蚀工艺，其特征在于，包括：　介质层贯穿刻蚀步，所述介质层贯穿刻蚀步的工艺气体包括氟基刻蚀气体、第一光阻保护气体以及稀释气体；　硅主刻蚀步，所述硅主刻蚀步的工艺气体包括主刻蚀气体、碳基副产物去除气体以及第二光阻保护气体 。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊杰，杨盟，
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]