专利名称：减小微沟道效应的多晶硅刻蚀工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及多晶硅刻蚀工艺的改进，改进后的工艺可以减小多晶硅刻蚀过程中经常出现的微沟道(Mircotrench)的现象。
背景技术：
目前在深亚微米工艺中，随着多晶硅刻蚀线条越来越细，刻蚀后的线条高宽比也就越来越大，这样微沟道(Mircotrench)的现象就会越明显。微沟道(Mircotrench)的产生主要是由于电子在刻蚀过程中的异向性，使其累积在多晶硅的上层材料上，产生电场。刻蚀气体中的正电荷具有刻蚀同向性，在下电极偏压的作用下，应该垂直轰击多晶硅表面，但由于这种电场的存在，改变了正电荷的运动方向，使其比较集中的轰击在多晶硅的边缘，从而产生微沟道(Mircotrench)现象，如图2所示。在一篇专利号为US20040092089的美国专利中提到了一种刻蚀结构，它的硬掩膜层和传统的硬掩膜层的材料不一样。但该专利的硬掩膜材料的刻蚀工艺还不足以完全消除微沟道现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够基本上消除微沟道(Mircotrench)现象的多晶硅刻蚀工艺。
本发明的目的是通过以下技术方案达到的多晶硅硅片刻蚀前结构如下(1)底层为硅片；(2)硅片上生长一层二氧化硅10-50埃；(3)二氧化硅上生长一层多晶硅1000-3000埃；(4)多晶硅上生长一层硬掩膜；硬掩膜分为两层结构，上层是RCHX，其中R是Si，Ge，B，Sn，Fe，Ti中的一种，X是O，N，S，F中的一种，厚度在300-500埃。下层是硅的氧化物，厚度在100-200埃。
硅片最上面是光刻后的光胶图形。
一种多晶硅刻蚀工艺，其步骤如下1、刻蚀硬掩膜反应气体中含氟气体四氟化碳的流量为0-80sccm，氧气的流量为0-15sccm，氩气的流量为0-500sccm，上下电极功率分别为400-1000w、0-1000w，压力为5-20mTorr；2、去胶采用独立的去胶室去胶；3、多晶硅刻蚀反应气体中氧气的流量为1-5sccm，氮气的流量为1-50sccm，二氟甲烷的流量为0-100sccm，氯气的流量为50-500sccm，上下电极功率分别为400-1500w、0-1000w，压力为20-100mTorr；4、过刻蚀反应气体中溴化氢的流量为100-500sccm，氮气的流量为1-50sccm，氦/氧气(其中氦的体积比在60-80％)的流量为0-100sccm，上下电极功率分别为400-1500w、0-200w，压力为10-50mTorr。
一种优选技术方案，其特征在于所述步骤1中的反应气体中含氟气体四氟化碳的流量为10-70sccm，氧气的流量为5-10sccm，氩气的流量为50-300sccm，上下电极功率分别为600-800w、100-500w，压力为10-15mTorr。
一种优选技术方案，其特征在于所述步骤3中的的反应气体中氧气的流量为2-4sccm，氮气的流量为10-30sccm，二氟甲烷的流量为40-70sccm，氯气的流量为150-300sccm，上下电极功率分别为800-1200w、100-800w，压力为40-60mTorr。
一种优选技术方案，其特征在于所述步骤4的过刻蚀中的反应气体中溴化氢的流量为200-400sccm，氮气的流量为10-30sccm，氦/氧气(其中氦的体积比在60-80％)的流量为10-50sccm，上下电极功率分别为800-1200w、80-150w，压力为20-40mTorr。
四氟化碳和氯气有聚合物产生，氧气，氮气增大压力，有利于聚合物沉积。
接近刻蚀终点时，HBr气体的刻蚀速度低，对SiO2的选择比高，可以平衡刻蚀速度，且下电极功率一般很低。
根据本发明，针对新型的硬掩模层(Hardmask).的结构，从而产生同以往在使用硅的氧化物和氮氧化物作为硬掩模层(Hardmask)材料时不一样的刻蚀工艺。在刻蚀硬掩膜层的过程中，使用四氟化碳刻蚀RCHX+硅的氧化物组成的硬掩膜层，氟与碳可以形成少量的(CF2)n的聚合物，从而保护硬掩膜层的侧壁，氧气的加入可以产生更多的F原子，加速硬掩膜层的刻蚀。
多晶硅刻蚀步骤分两步，主刻过程中使用二氟甲烷气体，随着刻蚀深度的增加，高宽比变大，微沟道效应开始产生，在等离子体中，来源于RCHX和二氟甲烷中的氢由于离子质量轻，半径小，很容易聚集在刻蚀窗口的侧壁和底部。氢浓度高的地方，将促使形成(CF2)n覆盖在多晶硅侧壁和刻蚀表面边缘，这样就保护了刻蚀表面边缘被过渡刻蚀，另外降低了F/C比(小于4)，减缓刻蚀速度，有利于聚合物沉积。氯气也会与硅形成(SiCL2)n聚合物保护多晶硅侧壁。氮气可以降低等离子中轰击电荷的温度，同时控制压力，此时压力的数值高一些，给聚合物沉积提供充分时间。
在过刻蚀过程中，使用Si/SiO2选择比高的HBr气体，这样可以完全的刻蚀掉多晶硅的残余物，同时不至于对SiO2有钻蚀的现象发生。此时下电极的功率最好为零，减小等离子的轰击能量。
本发明采用聚合物保护，高选择比气体刻蚀，增加腔室压力，提高氮气流量，降低电子温度以及降低下电极偏压的办法来减小以及消除微沟道(Mircotrench)。
下面通过附图和具体实施例对本发明进行详细说明但并不意味着对本发明保护范围的限制。
图1为多晶硅刻蚀的结构示意图。
图2为现有多晶硅刻蚀效果局部放大图。
图3为本发明多晶硅刻蚀效果局部放大图。
具体实施例方式
对比实施例1多晶硅硅片刻蚀前结构如下(1)底层为硅片；(2)硅片上生长一层二氧化硅20埃；(3)二氧化硅上生长一层多晶硅1500埃；(4)CVD的方法在多晶硅上生长硅的氧化物和氮氧化物的硬掩膜层，厚度500埃；(5)硅片最上面是光刻后的光胶图形。
一种多晶硅刻蚀工艺，其步骤如下(1)刻蚀硬掩膜反应气体中含氟气体，主要是四氟化碳，流量为100sccm，氧气的流量为30sccm，氩气的流量为200sccm，上下电极功率分别为1000w、150w，压力为2mTorr；
(2)去胶采用独立的去胶室去胶；(3)多晶硅刻蚀反应气体中氧气的流量为15sccm，四氟化碳的流量为80sccm，溴化氢的流量为150sccm，上下电极功率分别为700w、60w，压力为10mTorr；(4)过刻蚀反应气体中溴化氢的流量为300sccm，氦/氧气的流量为80sccm，上下电极功率分别为750w、0w，压力为15mTorr。
如图2所示，所得刻蚀多晶硅的结构的刻蚀线条边缘有微沟道。
实施例1如图1所示，多晶硅硅片刻蚀前结构如下(1)底层4为硅片；(2)硅片上生长一层40埃的二氧化硅3；(3)二氧化硅上生长一层1500埃的多晶硅2；(4)PECVD的方法在多晶硅上生长硅的氧化物和RCHX的硬掩膜层1，厚度600埃；(5)硅片最上面是光刻后的光胶图形。
一种多晶硅刻蚀工艺，其步骤如下(1)刻蚀硬掩膜反应气体中含氟气体四氟化碳的流量为60sccm，氧气的流量为10sccm，氩气的流量为10sccm，上下电极功率分别为900w、200w，压力为10mTorr；(2)去胶采用独立的去胶室去胶；(3)多晶硅刻蚀反应气体中氧气的流量5sccm，氮气的流量是40sccm，二氟甲烷的流量为90sccm，氯气的流量为300sccm，上下电极功率分别为1000w、500w，压力为50mTorr；(4)过刻蚀反应气体中溴化氢的流量为300sccm，氮气的流量为45sccm，氦/氧气(氦体积比占70％)的流量为80sccm，上下电极功率分别为800w、0w，压力为40mTorr。
实施例2多晶硅硅片刻蚀前结构如下(1)底层为硅片；
(2)硅片上生长一层二氧化硅25埃；(3)二氧化硅上生长一层多晶硅2000埃；(4)PECVD的方法在多晶硅上生长硅的氧化物和RCHX的硬掩膜层，厚度500埃(5)硅片最上面是光刻后的光胶图形。
一种多晶硅刻蚀工艺，其步骤如下(1)刻蚀硬掩膜反应气体中含氟气体四氟化碳的流量为10sccm，氧气的流量为2sccm，氩气的流量为40sccm，上下电极功率分别为400w、1000w，压力为20mTorr；(2)去胶采用独立的去胶室去胶；(3)多晶硅刻蚀反应气体中氧气的流量4sccm，氮气的流量是35sccm，二氟甲烷的流量为80sccm，氯气的流量为50sccm，上下电极功率分别为1400w、50w，压力为20mTorr；(4)过刻蚀反应气体中溴化氢的流量为500sccm，氮气的流量为35sccm，氦/氧气(氦的体积比占60％)的流量为100sccm，上下电极功率分别为1500w、200w，压力为50mTorr。
实施例3多晶硅硅片刻蚀前结构如下(1)底层为硅片；(2)硅片上生长一层二氧化硅15埃；(3)二氧化硅上生长一层多晶硅1500埃；(4)PECVD的方法在多晶硅上生长硅的氧化物和RCHX的硬掩膜层，厚度400埃；(5)硅片最上面是光刻后的光胶图形。
一种多晶硅刻蚀工艺，其步骤如下(1)刻蚀硬掩膜反应气体中含氟气体四氟化碳的流量为40sccm，氧气的流量为15sccm，氩气的流量为500sccm，上下电极功率分别为800w、100w，压力为5mTorr(2)去胶采用独立的去胶室去胶；
(3)多晶硅刻蚀反应气体中氧气的流量3sccm，氮气的流量是3sccm，二氟甲烷的流量为7sccm，氯气的流量为200sccm，上下电极功率分别为400w、1000w，压力为100mTorr(4)过刻蚀反应气体中溴化氢的流量为100sccm，氮气的流量为3sccm，氦/氧气(氦的体积比占80％)的流量6sccm，上下电极功率分别为400w、100w，压力为10mTorr。
所得刻蚀多晶硅的结构如图3所示，在刻蚀线条底部没有产生微沟道现象。
权利要求
1.一种多晶硅刻蚀工艺，其步骤如下(1)刻蚀硬掩膜反应气体中含氟气体四氟化碳的流量为0-80sccm，氧气的流量为0-15sccm，氩气的流量为0-500sccm，上下电极功率分别为400-1000w、0-1000w，压力为5-20mTorr；(2)去胶采用独立的去胶室去胶；(3)多晶硅刻蚀反应气体中氧气的流量为1-5sccm，氮气的流量为1-50sccm，二氟甲烷的流量为0-100sccm，氯气的流量为50-500sccm，上下电极功率分别为400-1500w、0-1000w，压力为20-100mTorr；(4)过刻蚀反应气体中溴化氢的流量为100-500sccm，氮气的流量为1-50sccm，氦/氧气的流量为0-100sccm，上下电极功率分别为400-1500w、0-200w，压力为10-50mTorr。
2.根据权利要求1所述的多晶硅刻蚀工艺，其特征在于所述步骤(4)中所述氦/氧气中，其中氦的体积比在60-80％。
3.根据权利要求2所述的多晶硅刻蚀工艺，其特征在于所述步骤(1)中的反应气体中含氟气体四氟化碳的流量为10-70sccm，氧气的流量为5-10sccm，氩气的流量为50-300sccm，上下电极功率分别为600-800w、100-500w，压力为10-15mTorr。
4.根据权利要求3所述的多晶硅刻蚀工艺，其特征在于所述步骤(3)中的的反应气体中氧气的流量为2-4sccm，氮气的流量为10-30sccm，二氟甲烷的流量为40-70sccm，氯气的流量为150-300sccm，上下电极功率分别为800-1200w、100-800w，压力为40-60mTorr。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的多晶硅刻蚀工艺，其特征在于所述步骤(4)的过刻蚀中的反应气体中溴化氢的流量为200-400sccm，氮气的流量为10-30sccm，，氦/氧气(He占70％)的流量为10-50sccm，上下电极功率分别为800-1200w、80-150w，压力为20-40mTorr。
6.根据权利要求5所述的多晶硅刻蚀工艺，其特征在于所述步骤(1)中的刻蚀硬掩膜分为两层结构，上层是RCHX，其中R是Si，Ge，B，Sn，Fe，Ti中的一种，X是O，N，S，F中的一种，下层是硅的氧化物。
7.根据权利要求6所述的多晶硅刻蚀工艺，其特征在于所述上层的厚度在300-500埃，所述下层的厚度在100-200埃。
全文摘要
本发明涉及一种多晶硅刻蚀工艺，其步骤如下(1)刻蚀硬掩膜；(2)去胶；(3)多晶硅刻蚀；(4)过刻蚀反应气体中溴化氢的流量为100－500sccm，氮气的流量为1－50sccm，氦/氧气的流量为0－100sccm，上下电极功率分别为400－1500w、0－200w，压力为10－50mTorr。本发明针对新型的硬掩模层(Hardmask)的结构，使用四氟化碳刻蚀RCHX+硅的氧化物组成的硬掩膜层，氟与碳可以形成少量的(CF
文档编号C23F1/02GK1616714SQ200410087100
公开日2005年5月18日 申请日期2004年10月28日 优先权日2004年7月19日
发明者白志民 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司