專利名稱：一種能夠消除殘氣影響的多晶硅刻蝕工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多晶硅刻蝕工藝，具體來說，涉及一種能夠消除殘氣影響的多晶硅刻蝕工藝。
背景技術(shù)：
在深亞微米多晶硅干法刻蝕工藝中，一個(gè)完整的柵極結(jié)構(gòu)的形成一般需要依次經(jīng)過硬掩膜開啟、去膠、自然二氧化硅層開啟(BT)、多晶硅主刻蝕(ME)、過刻蝕(OE)、刻蝕工藝結(jié)束后干法清洗(dry clean)等幾個(gè)工藝步驟。自然二氧化硅層開啟階段主要是去除多晶硅表面的自然二氧化硅層，以便主刻蝕的刻蝕劑能夠?qū)Χ嗑Ч柽M(jìn)行有效刻蝕；主刻蝕階段采用終點(diǎn)監(jiān)控方式切換至選擇比較高的過刻蝕步驟，以確保柵氧化層的損失較小以及線條輪廓的陡直性。為了達(dá)到不同的工藝目的，這幾個(gè)步驟所使用的工藝氣體是各不相同的。
現(xiàn)有多晶硅刻蝕工藝在工藝步驟切換過程中未做其他處理，直接進(jìn)行下一步工藝，刻蝕后得到的線條的輪廓會呈現(xiàn)出嚴(yán)重的梯形情況，而且硬掩膜層和多晶硅層的交界處出現(xiàn)了明顯的“脖子”(凹陷處)形狀，并且發(fā)生了微溝槽效應(yīng)。經(jīng)分析，不良的線條輪廓的形成，同前一個(gè)工藝步驟的殘余氣體有關(guān)。如BT階段的刻蝕氣體對多晶硅的刻蝕以及ME階段的刻蝕氣體對過刻蝕階段的影響都很大，同時(shí)，每次干法清洗的殘余氣體都可能會對工藝結(jié)果造成嚴(yán)重影響。所以，仍需要對現(xiàn)有工藝進(jìn)行改進(jìn)以消除殘留氣體影響，提高多晶硅刻蝕工藝的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的旨在提供一種多晶硅刻蝕工藝，使其能夠消除步驟切換中殘留氣體的影響，提高多晶硅刻蝕工藝的質(zhì)量。
(二)技術(shù)方案為了降低線條高寬比(aspect ratio)對刻蝕剖面的影響，一般來說硬掩膜開啟和去膠步驟是同后面幾步工藝分開處理的，所以本發(fā)明僅探討從自然二氧化硅層開啟到刻蝕工藝結(jié)束后干法清洗這幾個(gè)步驟之間殘留氣體影響的消除。
本發(fā)明提供的多晶硅刻蝕工藝包括以下步驟穩(wěn)定步驟1、BT步、穩(wěn)定步驟2、主刻步、穩(wěn)定步驟3、過刻步和干法清洗步。
其中所述穩(wěn)定步驟1的工藝條件為腔室壓力0-10mT，所用氣體同BT步氣體種類和流量一致。
其中所述穩(wěn)定步驟2的工藝條件為腔室壓力0-15mT，所用氣體同主刻步氣體種類和流量一致。
其中所述穩(wěn)定步驟3的工藝條件為腔室壓力0-60mT，所用氣體同過刻步氣體種類和流量一致。
以上各穩(wěn)定步驟中上下極電極的功率均為0w，時(shí)間為5-10s。
其中所采用的0mT壓力邊緣值為設(shè)定值，即設(shè)備實(shí)際能達(dá)到的最大真空極限。
本發(fā)明提供的工藝各穩(wěn)定步驟所使用的工藝氣體可以是即將開始的工藝步驟所用的工藝氣體，還可以是N2或者其他任何一種惰性氣體如He、Ar，或者是它們的混合氣體(配比任意)，采用150-300sccm的流量，并設(shè)定分子泵擺閥全開(即將設(shè)備壓力設(shè)定為0mT)。這樣穩(wěn)定步驟完全等同于上一工藝步驟的殘氣吹掃步驟，上述氣體都能夠吹掃干凈氣路管道以及反應(yīng)室內(nèi)殘余的上一工藝步驟的氣體和副產(chǎn)物，減少殘氣的影響，另一方面也起到了提前穩(wěn)定反應(yīng)室壓力的作用，有助于等離子體起輝和反應(yīng)過程的穩(wěn)定性。
另外，本發(fā)明工藝中所述的BT步、主刻步、過刻步和干法清洗步涉及的工藝條件與現(xiàn)有技術(shù)工藝條件相同，即，
BT步中腔室壓力5-10mT，上電極功率250-400W，下電極功率40-80W，工藝氣體為CF4，其流量為30-80sccm，或者C2F2，其流量為50-120sccm，時(shí)間為5-7s；主刻步中腔室壓力8-15mT，上電極功率250-400W，下電極功率40-80W，工藝氣體為Cl20-50sccm、HBr 100-200sccm和HeO2(二者體積比為7∶3，下同)為5-15sccm的混合氣體，利用終點(diǎn)檢測儀器控制本步驟的結(jié)束；過刻步中腔室壓力40-80mT，上電極功率250-400W，下電極功率30-80W，工藝氣體為Cl20-30sccm、HBr 150-250sccm、HeO2為10-20sccm和He 0-200sccm的混合氣體，時(shí)間為40-60s；干法清洗步中腔室壓力8-20mT，上電極功率350-900W，下電極功率0W，工藝氣體為Cl20-50sccm、SF680-200sccm、O210-50sccm的混合氣體，時(shí)間為10s。
(三)有益效果采用本發(fā)明的多晶硅刻蝕工藝所得到的刻蝕剖面顯微圖顯示，硬掩膜層和多晶硅層的交界處凹陷處和梯形結(jié)構(gòu)完全消失，也沒有微溝槽效應(yīng)。并且工藝簡單，無需對設(shè)備的硬件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對各種形狀、類型器件都有良好的適應(yīng)性。


圖1為硬掩膜開啟前后堆棧結(jié)構(gòu)示意圖；其中①為光刻膠層(線條已經(jīng)形成)，②為硬掩膜層，③為多晶硅層，④為二氧化硅層，⑤為硅襯底。
圖2為刻蝕后堆棧結(jié)構(gòu)；圖3和4為現(xiàn)有工藝刻蝕后硅片線條剖面圖；圖5-10為本發(fā)明工藝刻蝕后硅片線條剖面圖；其中圖3-10觀察儀器為HitachiS-4700場發(fā)射掃描電子顯微鏡，放大倍數(shù)為15萬倍。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例1工藝(刻蝕)設(shè)備ICP等離子體干法刻蝕機(jī)觀測設(shè)備為HitachiS-4700場發(fā)射掃描電子顯微鏡。
工藝步驟貫穿刻蝕壓力7mt、上射頻源功率300w、下射頻功率80w、刻蝕氣體CF450sccm、刻蝕時(shí)間5s。
主刻蝕壓力10mt、上射頻源功率300w、下射頻功率40w、刻蝕氣體Cl2為30sccm、HBr 170sccm、HeO210sccm(二者體積比為7∶3，下同)的混合氣體，刻蝕時(shí)間為6s。
過刻蝕壓力60mt、上射頻源功率300w、下射頻功率40w、刻蝕氣體為HBr 200sccm、He 140sccm、HeO215sccm的混合氣體，刻蝕時(shí)間為60s。
干法清洗步驟1壓力10mt、上射頻源功率400w、下射頻功率0w、氣體為Cl220sccm、SF6100sccm、O220sccm的混合氣體，時(shí)間為3s；步驟2壓力10mt、上射頻源功率800w、下射頻功率0w、氣體為Cl220sccm、SF6100sccm、O220sccm的混合氣體，時(shí)間為3s。
如圖3和4所示，刻蝕所得多晶硅片線條的輪廓呈現(xiàn)出嚴(yán)重的梯形情況，而且硬掩膜層和多晶硅層的交界處出現(xiàn)了明顯的“脖子”(凹陷處)形狀，并且發(fā)生了微溝槽效應(yīng)。
實(shí)施例2同實(shí)施例1的方法，其區(qū)別在于BT步前增加穩(wěn)定步驟1，工藝條件為壓力7mt、上射頻源功率0w、下射頻功率0w、氣體CF450sccm、時(shí)間5s；主刻步前增加穩(wěn)定步驟2，工藝條件為壓力10mt、上射頻源功率0w、下射頻功率0w、氣體為Cl230sccm、HBr 170sccm、HeO210sccm的混合氣體，刻蝕時(shí)間為5s；過刻步前增加穩(wěn)定步驟3，工藝條件為壓力60mt、上射頻源功率0w、下射頻功率0w、氣體為HBr 200sccm、He 140sccm、HeO215sccm的混合氣體，時(shí)間為5s。
如圖5和6所示，刻蝕所得多晶硅片線條硬掩膜層和多晶硅層的交界處出現(xiàn)了凹陷處及微溝槽效應(yīng)消失。
實(shí)施例3同實(shí)施例2的方法，其區(qū)別在于穩(wěn)定步驟1、2和3的工藝條件均為壓力設(shè)定0mt、上射頻源功率0w、下射頻功率0w、氣體N2150sccm，時(shí)間為10s。
如圖7所示，刻蝕所得多晶硅片線條硬掩膜層和多晶硅層的交界處出現(xiàn)了凹陷處及微溝槽效應(yīng)消失。
實(shí)施例4同實(shí)施例2的方法，其區(qū)別在于穩(wěn)定步驟1的壓力為10mt、穩(wěn)定步驟2的壓力為15mt、穩(wěn)定步驟3的壓力為60mt，上射頻源功率0w、下射頻功率0w、氣體為N2100sccm、He 100sccm、Ar 100sccm的混合氣體，時(shí)間為10s。
如圖8所示，刻蝕所得多晶硅片線條硬掩膜層和多晶硅層的交界處出現(xiàn)了凹陷處及微溝槽效應(yīng)消失。
實(shí)施例5同實(shí)施例2的方法，其區(qū)別在于穩(wěn)定步驟1、2和3的工藝條件均為壓力設(shè)定10mt、上射頻源功率0w、下射頻功率0w、氣體為Ar 120sccm、和He 200sccm的混合氣體，時(shí)間為8s。
如圖9-10所示，刻蝕所得多晶硅片線條硬掩膜層和多晶硅層的交界處出現(xiàn)了凹陷處及微溝槽效應(yīng)消失。
權(quán)利要求
1.一種能夠消除殘氣影響的多晶硅刻蝕工藝，包括BT步、主刻步、過刻步和干法清洗步，其特征在于在所述BT步前增加穩(wěn)定步驟1，在所述主刻步前增加穩(wěn)定步驟2，在所述過刻步前增加穩(wěn)定步驟3。
2.如權(quán)利要求1所述的多晶硅刻蝕工藝，其特征在于所述穩(wěn)定步驟1的工藝條件為腔室壓力0-10mT，上下電極功率均為0w，所用氣體同BT步氣體種類和流量一致，時(shí)間為5-10s。
3.如權(quán)利要求1所述的多晶硅刻蝕工藝，其特征在于所述穩(wěn)定步驟2的工藝條件為腔室壓力0-15mT，上下電極功率均為0w，所用氣體同主刻步氣體種類和流量一致，時(shí)間為5-10s。
4.如權(quán)利要求1所述的多晶硅刻蝕工藝，其特征在于所述穩(wěn)定步驟3的工藝條件為腔室壓力0-60mT，上下電極功率均為0w，所用氣體同過刻步氣體種類和流量一致，時(shí)間為5-10s。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的多晶硅刻蝕工藝，其特征在于所述穩(wěn)定步驟中所使用的氣體選自N2、He和Ar中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠消除殘氣影響的多晶硅刻蝕工藝，包括穩(wěn)定步驟1、BT步、穩(wěn)定步驟2、主刻步、穩(wěn)定步驟3、過刻步和干法清洗步。各穩(wěn)定步驟所使用的工藝氣體可以是即將開始的工藝步驟所用的工藝氣體，還可以是N
文檔編號C23F1/10GK1851871SQ200510126340
公開日2006年10月25日 申請日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者唐果 申請人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司