專利名稱：一種刻蝕鎢柵的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工制造領(lǐng)域，特別涉及一種刻蝕鎢柵的工藝方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體行業(yè)大規(guī)模集成電路的加工工藝過(guò)程中，通常需要在硅片表面加工出細(xì) 微尺寸的圖形，其中鎢柵刻蝕工藝被廣泛地應(yīng)用在內(nèi)存芯片或閃盤芯片的制造中。鎢 柵結(jié)構(gòu)一般分為多層，主要包括硅化鎢層/鎢層和多晶硅層等等，其中硅化鎢層的厚度 決定了內(nèi)存芯片或閃存芯片存儲(chǔ)空間的大小。鎢柵刻蝕工藝比較常用的刻蝕方法是分 布刻蝕，即硅化鎢層/鉤層用主刻蝕和過(guò)刻蝕兩步完成，而多晶硅層也同樣采用主刻蝕 和過(guò)刻蝕兩步完成。硅化鎢層/鎢層主刻蝕主要是通過(guò)施加一定功率的混合氣體對(duì)硅化 鎢層/鎢層進(jìn)行刻蝕，混合氣體主要包含氯氣和氧氣，還可以包含氦氣等惰性氣體；過(guò) 刻蝕也是通過(guò)施加一定功率的與主刻蝕使用相同的混合氣體進(jìn)一步對(duì)硅化鎢層/鎢層 進(jìn)行刻蝕，其主要目的是將所有的硅化鎢層/鉤層刻蝕完成。多晶硅層的主刻蝕和過(guò)刻
蝕也是通過(guò)施加一定功率的混合氣體對(duì)多晶硅層進(jìn)行刻蝕，混合氣體主要包含氯氣、 溴化氫及氧氣，還可以包含氦氣等惰性氣體?；旌蠚怏w對(duì)硅化鎢層/鎢層和多晶硅層進(jìn) 行一定時(shí)間的等離子刻蝕，刻蝕時(shí)間的長(zhǎng)短取決于混合氣體的用量及功率的大小。
隨著對(duì)芯片存儲(chǔ)空間需求的不斷增加，硅化鴿層/鉤層的厚度也會(huì)隨之增加。然而， 硅化鎢層/鶴層的厚度越大，刻蝕加工工藝的難度也就越大，如果硅化鎢層/鴇層對(duì)多晶 硅層的選擇比不夠高，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致硅化鎢層/鎢層在刻蝕加工過(guò)程中含鉤成分的剩余 (如圖l所示)，這樣就會(huì)影響硅化鎢層/鉤層與多晶硅層的界面，導(dǎo)致多晶硅層因受 剩余含鎢成分的阻擋也會(huì)發(fā)生剩余，從而影響到產(chǎn)品的良率。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高半導(dǎo)體硅片的硅化鉤層/鴇層對(duì)多晶硅層的刻蝕速率的選擇比，以及提高 產(chǎn)品良率，本發(fā)明提供了一種刻蝕鎢柵的工藝方法，所述方法包括
步驟A:將半導(dǎo)體硅片移動(dòng)到反應(yīng)腔室內(nèi)部，并將所述半導(dǎo)體硅片加熱到高溫； 步驟B:將第一反應(yīng)氣體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部，并待所述第一反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后向所述反應(yīng)腔室施加射頻功率；
步驟C:所述第一反應(yīng)氣體對(duì)所述半導(dǎo)體硅片的硅化鎢層/鴇層進(jìn)行刻蝕，并在刻 蝕完成后，停止向所述反應(yīng)腔室輸入所述第一反應(yīng)氣體及施加射頻功率；
步驟D:將第二反應(yīng)氣體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部，并待所述第二反應(yīng)氣體氣流穩(wěn) 定后向所述反應(yīng)腔室施加射頻功率；
步驟E:所述第二反應(yīng)氣體對(duì)所述半導(dǎo)體硅片的多晶硅層進(jìn)行刻蝕，并在刻蝕完 成后，停止向所述反應(yīng)腔室輸入所述第二反應(yīng)氣體及施加射頻功率；
步驟F:將所述半導(dǎo)體硅片移出所述反應(yīng)腔室。
所述步驟A中將所述半導(dǎo)體硅片加熱到高溫的步驟具體是通過(guò)控制固定在所述半 導(dǎo)體硅片下方的靜電卡盤內(nèi)部液體的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
所述步驟A具體為將半導(dǎo)體硅片移動(dòng)到反應(yīng)腔室內(nèi)部，并將所述半導(dǎo)體硅片加 熱到75攝氏度。
所述步驟B具體包括-
步驟B1:將第一反應(yīng)氣體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部，并將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力
控制在小于50mTorr;
步驟B2:所述第一反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后，向所述反應(yīng)腔室的上電極和下電極分別 施加100-300w和10-50w的射頻功率。
所述步驟D具體包括
步驟D1:將第二反應(yīng)氣體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部，并將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力
控制在50-100mTorr;
步驟D2:所述第二反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后，向所述反應(yīng)腔室的上電極和下電極分別
施加300-500w和10-50w的射頻功率。
所述第一反應(yīng)氣體為含氯氣體或含有含氯氣體的混合氣體。
所述第一反應(yīng)氣體為氯氣和氧氣的混合氣體；其中，所述氯氣氣體流量為 50-200sccm，所述氧氣氣體流量為15-30sccm。
所述第二反應(yīng)氣體為含氯氣體或含有含氯氣體的混合氣體。
所述第二反應(yīng)氣體為氯氣、氧氣和溴化氫的混合氣體；其中，所述溴化氫氣體流 量為50-300sccm，所述氯氣氣體流量為50-200sccm，所述氧氣氣體流量為0-10sccm。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明通過(guò)在高溫環(huán)境下，對(duì)半導(dǎo)體硅片 的硅化鎢層/鴿層及多晶硅層進(jìn)行等離子體刻蝕，可以有效提高鵒柵刻蝕工藝中硅化鵒 /鴿層對(duì)多晶硅層的選擇比，還可以去除硅化物殘留，提高產(chǎn)品良率。


圖l是現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體硅片刻蝕過(guò)程中有含鎢層剩余的示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的刻蝕鎢柵的工藝方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明實(shí)施例是將待加 工的鴇柵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體硅片表面加熱到高溫，并在該高溫環(huán)境下對(duì)半導(dǎo)體硅片進(jìn)行刻蝕。
下面以將鎢柵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體硅片表面溫度加熱到75攝氏度為例，來(lái)闡述本發(fā)明實(shí)施例提
供的技術(shù)方案。
參見(jiàn)圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的刻蝕鎢柵的工藝方法，具體包括以下步驟 步驟101:將待加工的鎢柵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體硅片移動(dòng)到反應(yīng)腔室內(nèi)部，并將半導(dǎo)體硅 片的表面加熱到75攝氏度；
將鎢柵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體硅片的表面加熱到75攝氏度可以通過(guò)現(xiàn)有的多種技術(shù)手段來(lái)實(shí)
現(xiàn)，例如可以通過(guò)控制固定在鎢柵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體硅片下方的靜電卡盤內(nèi)部液體的溫度 來(lái)將半導(dǎo)體硅片表面加熱到75攝氏度；在實(shí)際應(yīng)用中，由于靜電卡盤存在熱損失，所
以為了使半導(dǎo)體硅片表面可以達(dá)到75攝氏度，通常需要控制靜電卡盤內(nèi)液體的溫度高 于75攝氏度，靜電卡盤內(nèi)液體的溫度可以根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景下靜電卡盤面積的大小及周圍 環(huán)境溫度來(lái)進(jìn)行設(shè)置；除了可以采用控制靜電卡盤內(nèi)液體的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體硅片 表面加熱到75攝氏度以外，還可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員慣用的實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體硅片表面 加熱的技術(shù)手段，本發(fā)明實(shí)施例不限定將半導(dǎo)體硅片表面加熱到高溫的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù) 手段；
步驟102:將第一反應(yīng)氣體通入反應(yīng)腔室內(nèi)部，并待第一反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后向反 應(yīng)腔室施加射頻功率；
由于鎢柵材料可以與含氯氣體(例如Cl2)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以通入反應(yīng)腔室的第 一反應(yīng)氣體通常為含氯氣體或含有含氯氣體的混合氣體，例如Cl2或Cl2和其它氣體 (02、 N2、 CF4、 SF6、 NF3、 He和HBr等氣體)的混合物；在實(shí)際應(yīng)用中，為了能夠 以穩(wěn)定的速率對(duì)半導(dǎo)體硅片表面進(jìn)行刻蝕，通常使反應(yīng)腔室內(nèi)部保持穩(wěn)定的壓力狀態(tài)， 例如可以待通入的第一反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后，通過(guò)調(diào)節(jié)控制閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)腔室內(nèi)部 壓力的穩(wěn)定；在具體生產(chǎn)實(shí)踐中，可以控制反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力小于50mTorr，可以具體為10-20mTorr;
通常情況下，在反應(yīng)腔室的上方和下方分別安裝有上電極和下電極，并分別在上 電極和下電極上施加射頻功率，這樣可以使反應(yīng)腔室內(nèi)部形成等離子體環(huán)境，有利于 半導(dǎo)體硅片的均勻刻蝕；在具體生產(chǎn)實(shí)踐中，上電極可以施加100-300w的射頻功率， 下電極可以施加10-50w的射頻功率；
步驟103:在反應(yīng)腔室內(nèi)部，第一反應(yīng)氣體對(duì)半導(dǎo)體硅片表面的硅化鎢層/鎢層分
別進(jìn)行主刻蝕和過(guò)刻蝕，并在刻蝕完成后，停止向反應(yīng)腔室輸入第一反應(yīng)氣體及施加
射頻功率；
本實(shí)施例中，在對(duì)半導(dǎo)體硅片表面的硅化鎢層/鴇層進(jìn)行主刻蝕和過(guò)刻蝕的過(guò)程 中，使用的第一反應(yīng)氣體是由氯氣和氧氣組成的混合氣體，其中氯氣氣體流量可以控 制在50-200sccm，氧氣氣體流量可以控制在15-30sccm;
在反應(yīng)腔室內(nèi)部，第一反應(yīng)氣體(氯氣和氧氣)對(duì)半導(dǎo)體硅片表面的硅化鎢層/ 鎢層進(jìn)行等離子體刻蝕，其工作原理是在上電極和下電極之間產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下， Cl2和02被電離成帶電離子、分子、電子和原子團(tuán)，電離生成的帶電粒子擴(kuò)散到半導(dǎo)體 硅片表面(鎢柵材料)，并與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氣態(tài)的四氯化硅和非氣態(tài)的氯化 鎢混合物，氣態(tài)的四氯化硅被真空設(shè)備抽離反應(yīng)腔室，非氣態(tài)的氯化鎢混合物殘留在 半導(dǎo)體硅片表面；氯氣和鎢柵材料的化學(xué)反應(yīng)在高溫條件下會(huì)大大增加反應(yīng)速度，刺 激生成物的增加；在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體情況設(shè)置刻蝕時(shí)間，例如刻蝕時(shí)間(主 刻蝕和過(guò)刻蝕)可以設(shè)置為40-80s;
步驟104:將第二反應(yīng)氣體通入反應(yīng)腔室內(nèi)部，并待第二反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后向反 應(yīng)腔室施加射頻功率；
由于多晶硅材料可以與含氯氣體(例如Cl2)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以通入反應(yīng)腔室的 第二反應(yīng)氣體通常為含氯氣體或含有含氯氣體的混合氣體，例如Cl2或Cl2和其它氣體
(02、 N2、 CF4、 SF6、 NF3、 He和HBr等氣體)的混合物；在實(shí)際應(yīng)用中，為了能夠 以穩(wěn)定的速率對(duì)半導(dǎo)體硅片表面進(jìn)行刻蝕，通常使反應(yīng)腔室內(nèi)部保持穩(wěn)定的壓力狀態(tài)， 例如可以待通入的第二反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后，通過(guò)調(diào)節(jié)控制閥門來(lái)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)腔室內(nèi)部 壓力的穩(wěn)定；在具體生產(chǎn)實(shí)踐中，可以控制反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力在50-100mTorr;
通常情況下，在反應(yīng)腔室的上方和下方分別安裝有上電極和下電極，并分別在上 電極和下電極上施加射頻功率，這樣可以使反應(yīng)腔室內(nèi)部形成等離子體環(huán)境，有利于 半導(dǎo)體硅片的均勻刻蝕；在具體生產(chǎn)實(shí)踐中，上電極可以施加300-500w的射頻功率， 具體可以為350-400w的射頻功率，下電極可以施力ni0-50w的射頻功率；步驟105:在反應(yīng)腔室內(nèi)部，第二反應(yīng)氣體對(duì)半導(dǎo)體硅片的多晶硅層分別進(jìn)行主刻 蝕和過(guò)刻蝕，并在刻蝕完成后，停止向反應(yīng)腔室輸入第二反應(yīng)氣體及施加射頻功率；
本實(shí)施例中，在對(duì)半導(dǎo)體硅片的多晶硅層進(jìn)行主刻蝕和過(guò)刻蝕的過(guò)程中，使用的 第二反應(yīng)氣體是由氯氣、溴化氫和氧氣組成的混合氣體，其中溴化氫氣體流量可以控
制在50-300sccm，具體為200-250sccm;氯氣氣體流量可以控制在50-200sccm，具體為 100-150sccm;氧氣氣體流量可以控制在0-10sccm;
步驟106:將刻蝕完的半導(dǎo)體硅片移出反應(yīng)腔室，并在對(duì)該半導(dǎo)體硅片進(jìn)行一系列 工序處理后，檢測(cè)該半導(dǎo)體硅片成品的良率；
通常情況下，刻蝕完的半導(dǎo)體硅片移出反應(yīng)腔室后，還要對(duì)半導(dǎo)體硅片進(jìn)行一系 列的長(zhǎng)膜層、鋪光刻膠、顯影、刻蝕和清洗等等工序完成后，再檢測(cè)該半導(dǎo)體硅片成 品的良率。
本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在高溫環(huán)境下，對(duì)半導(dǎo)體硅片的硅化鎢層/鴿層及多晶硅層進(jìn)行 等離子體刻蝕，由于鎢柵材料與含氯氣體(例如Cl2)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)速度大于多晶硅 材料與含氯氣體發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)速度，而多晶硅材料與含氯氣體發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)受溫 度影響的程度比較平穩(wěn)，所以這樣就提高了硅化鎢層/鎢層對(duì)多晶硅層的刻蝕速率的選 擇比，有效地提高了產(chǎn)品良率，同時(shí)還可以有效去除硅化物殘留，并且可以看見(jiàn)刻蝕 后的硅柵線條有比較好的截面形貌；另外，由于高溫環(huán)境下刻蝕速率比較快，這樣就 可以縮短刻蝕時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種刻蝕鎢柵的工藝方法，其特征在于，所述方法包括步驟A將半導(dǎo)體硅片移動(dòng)到反應(yīng)腔室內(nèi)部，并將所述半導(dǎo)體硅片加熱到高溫；步驟B將第一反應(yīng)氣體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部，并待所述第一反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后向所述反應(yīng)腔室施加射頻功率；步驟C所述第一反應(yīng)氣體對(duì)所述半導(dǎo)體硅片的硅化鎢層/鎢層進(jìn)行刻蝕，并在刻蝕完成后，停止向所述反應(yīng)腔室輸入所述第一反應(yīng)氣體及施加射頻功率；步驟D將第二反應(yīng)氣體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部，并待所述第二反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后向所述反應(yīng)腔室施加射頻功率；步驟E所述第二反應(yīng)氣體對(duì)所述半導(dǎo)體硅片的多晶硅層進(jìn)行刻蝕，并在刻蝕完成后，停止向所述反應(yīng)腔室輸入所述第二反應(yīng)氣體及施加射頻功率；步驟F將所述半導(dǎo)體硅片移出所述反應(yīng)腔室。
2. 如權(quán)利要求1所述的刻蝕鎢柵的工藝方法，其特征在于，所述步驟A中將所 述半導(dǎo)體硅片加熱到高溫的步驟具體是通過(guò)控制固定在所述半導(dǎo)體硅片下方的靜電卡 盤內(nèi)部液體的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3. 如權(quán)利要求1所述的刻蝕鎢柵的工藝方法，其特征在于，所述步驟A具體為 將半導(dǎo)體硅片移動(dòng)到反應(yīng)腔室內(nèi)部，并將所述半導(dǎo)體硅片加熱到75攝氏度。
4. 如權(quán)利要求1所述的刻蝕鎢柵的工藝方法，其特征在于，所述步驟B具體包括步驟B1:將第一反應(yīng)氣體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部，并將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力控制在小于50mTorr;步驟B2:所述第一反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后，向所述反應(yīng)腔室的上電極和下電極分別 施加100-300w和10-50w的射頻功率。
5. 如權(quán)利要求1所述的刻蝕鴿柵的工藝方法，其特征在于，所述步驟D具體包括步驟D1:將第二反應(yīng)氣體通入所述反應(yīng)腔室內(nèi)部，并將所述反應(yīng)腔室內(nèi)部的壓力控制在50-100mTorr;步驟D2:所述第二反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后，向所述反應(yīng)腔室的上電極和下電極分別施加300-500w和10-50w的射頻功率。
6. 如權(quán)利要求1或4所述的刻蝕鉤柵的工藝方法，其特征在于，所述第一反應(yīng)氣體為含氯氣體或含有含氯氣體的混合氣體。
7. 如權(quán)利要求6所述的刻蝕鎢柵的工藝方法，其特征在于，所述第一反應(yīng)氣體為 氯氣和氧氣的混合氣體；其中，所述氯氣氣體流量為50-200sccm，所述氧氣氣體流量 為15-30sccm。
8. 如權(quán)利要求1或5所述的刻蝕鎢柵的工藝方法，其特征在于，所述第二反應(yīng)氣 體為含氯氣體或含有含氯氣體的混合氣體。
9. 如權(quán)利要求8所述的刻蝕鎢柵的工藝方法，其特征在于，所述第二反應(yīng)氣體為 氯氣、氧氣和溴化氫的混合氣體；其中，所述溴化氫氣體流量為50-300sccm，所述氯 氣氣體流量為50-200sccm，所述氧氣氣體流量為0-10sccm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種刻蝕鎢柵的工藝方法，屬于半導(dǎo)體加工制造領(lǐng)域。所述方法包括將半導(dǎo)體硅片移動(dòng)到反應(yīng)腔室內(nèi)部，并將半導(dǎo)體硅片加熱到高溫；將第一反應(yīng)氣體通入反應(yīng)腔室內(nèi)部，并待第一反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后向反應(yīng)腔室施加射頻功率；第一反應(yīng)氣體對(duì)半導(dǎo)體硅片的硅化鎢層/鎢層進(jìn)行刻蝕，并在刻蝕完成后，停止向反應(yīng)腔室輸入第一反應(yīng)氣體及施加射頻功率；將第二反應(yīng)氣體通入反應(yīng)腔室內(nèi)部，并待第二反應(yīng)氣體氣流穩(wěn)定后向反應(yīng)腔室施加射頻功率；第二反應(yīng)氣體對(duì)半導(dǎo)體硅片的多晶硅層進(jìn)行刻蝕，并在刻蝕完成后，停止向反應(yīng)腔室輸入第二反應(yīng)氣體及施加射頻功率；將半導(dǎo)體硅片移出反應(yīng)腔室。本發(fā)明提高了鎢柵刻蝕工藝中硅化鎢/鎢層對(duì)多晶硅層的選擇比。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101533772SQ20081010180
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2008年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月12日
發(fā)明者娜 王 申請(qǐng)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