专利名称：：硅槽形成方法及装置的制作方法
技术领域：
：'.本发明属于半导体集成电路芯片工艺
技术领域：
，具体为对硅衬底进行刻蚀的方法。
背景技术：
：半导体功率器件被广泛应用于消费电子、计算机及外设、网络通信、汽车电子、LED显示屏等领域，可以用做电压控制器件，其具有以下特点输入阻抗高、驱动功率低、漏极电流负温度系数、无二次击穿、工作范围宽以及热稳定性好。金属氧化物半导体场效应晶体管(metallicoxidesemiconductorfielde会ecttransistor，TrenchMOSFET)是半导体功率器件中的新型垂直结构高元胞密度器件，具有低导通电阻、低栅漏电荷密度、低导通开关损耗以及高开关速度的特点。其中硅衬底刻蚀工艺作为TrenchMOSFET工艺关键点，得到了广泛研究。目前业界主要选用HBr/CL2/He-02或者HB/NF3/He-02混合气体，采用磁场增强反应离子设备进行硅衬底刻蚀。传统硅槽形成方法主要存在如下几个方面的问题其一、不论采用HB/CL2/He-02混合气体还是采用HBr/NF3/He-02混合气体进行刻蚀，HBr气体的耗量较高。'其二、在刻蚀反应过程中，使用大流量的HBr容易产生会生成大量的SiBr4、SiBivOy副产物；过多的副产物SiBrxOy沉积在工艺腔体里，不仅影响了腔体的洁净度，而且增大了设备备件的损耗，以及增加了设备维护备件的更换成本。其三、CL2、NF3具有毒性，使用上述气体增加了硅槽刻蚀的不安全性。其四、不论采用HB/CL2/He-02混合气体还是采用HBr/NF3/He-02混合气体进行刻蚀，消耗混合气体的综合成本较高。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高刻蚀安全性的硅槽形成方法。为解决上述问题，本发明提供了一种硅槽形成方法，采用如下的技术方案在硅衬底上生长硬掩膜层；在硬掩膜层表面涂覆光刻胶，经过光刻工艺得到光刻胶图形；刻蚀硬掩膜层，复制光刻胶图形到硬掩膜层；向硅衬底刻蚀设备中通入HB/CF4/He-02混合气体，对硅衬底进行刻蚀，形成硅槽。所述的硅衬底是单晶硅衬底；所述的硬掩膜是二氧化硅。所述硅槽的垂直角度大于87度。其中，所述向硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，对硅衬底裤行刻蚀，形成硅槽的步骤包括向硅衬底刻蚀设备中通入HB"CF4/He-02混合气体，对硅衬底进行各向异性刻蚀，形成硅槽。进一步地，所述刻蚀硬掩膜层，复制光刻胶图形到硬掩膜层的步骤之后，还包括去除光刻胶层的步骤。其中，所述硅衬底刻蚀设备为磁场增强反应离子设备。进行硅村底刻蚀时，腔体压力为45~60mT;功率为450~550W;HBr流量为40~45SCCM;CF4流量为5~7SCCM;He-02流量为5~7SCCM。进一步地，所述向硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，对硅对底进行刻蚀，形成^5圭槽的步骤之后，还包括利用氢氟酸溶液湿法去除剩余的硬掩膜层；对珪槽底部进行圓角刻蚀。本发明所述硅槽形成方法，通过往硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，代替HB/NF3/He-02混合气体或者HB/CL2/He-02混合气体对硅村底进行刻蚀，能够提高刻蚀的安全性。本发明的另一目的在于提供一种能够提高刻蚀安全性的硅槽形成装置。为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案一种硅槽形成装置，包括硬掩膜层生长模块，用于在硅村底上生长硬掩膜层；光刻胶层涂覆模块，用于在硬掩膜层表面涂覆光刻胶层，经过光刻工艺得到光刻胶图形；硬掩膜层刻蚀才莫块，用于刻蚀硬掩膜层，复制光刻胶图形到硬掩膜层；硅村底刻蚀模块，用于向硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，对硅衬底进行刻蚀，形成硅槽。所述硅槽形成装置，还包括光刻胶层去除模块，用于去除光刻胶层；硬掩膜层去除模块，用于利用氢氟酸溶液湿法去除剩余的硬掩膜层。进一步，所述的硅槽形成装置，还包括圓角刻蚀模块，用于对硅槽底部进行圆角刻蚀。本发明所述硅槽形成装置，通过往硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，代替HB/NF3/He-02混合气体或者HB/CL2/He-02混合气体对硅衬底进行刻蚀，能够提高刻蚀的安全性。图1为本发明具体实施方式中硅槽形成方法的流程示意图；图2为本发明具体实施方式中光刻胶层经过光刻技术曝光显影后的硅片结构示意图3为本发明具体实施方式中对硬掩膜层进行刻蚀后的硅片结构示意图；图4为本发明具体实施方式中去除光刻胶后的硅片结构示意图；'图5为本发明具体实施方式中进行硅衬底刻蚀后的硅片结构示意图；图6为本发明具体实施方式中利用氢氟酸HF溶液湿法去除剩余的硬掩膜层以及对硅槽底部圆角刻蚀后的硅片结构示意图7为本发明具体实施方式中硅槽形成装置的结构示意图。具体实施例方式本发明旨在提供一种硅槽形成方法，通过使用HBr/CF4/He-02混合气体代替HB/NF3/He-02混合气体和HBr/CL2/He-02混合气体对单晶硅衬底进行刻蚀，提高了刻蚀的安全性；而且，形成同样尺寸的硅槽，使用HB^CF4/He-02混合气体可以降低H^气体的消耗量，从而降低设备维护备件的更换成本，进一步，能够降低混合气体的总消耗成本；并且，在刻蚀后通过对硅槽进行圆角刻蚀，能够减少尖角的;^文电。下面结合附图和具体的实施例进行说明。图1为本发明具体实施方式中硅槽形成方法的流程示意图。如图1所示，本发明所述硅槽形成方法，具体步骤如下步骤101:在硅衬底上生长硬掩膜层。本发明通过高温工艺在硅衬底表面生长出特定厚度的硬掩膜层，形成附有较薄硬掩膜层的硅片。其中，所述的硅衬底是指单晶硅衬底；所述的硬掩膜层是二氧化硅(Sj02);具体来说，可以是0.25-0.5微米厚的Sj02层，也可以是在500ASj02层上沉积3000A低压的四乙氧基硅烷(LPTEOS)层。如果采用500ASj02层上沉积3000A低压的LPTEOS层作为硬掩膜层，所述LPTEOS层在半导体工艺中可以通过低压化学气相沉积方法来获得。步骤102:在硬掩膜层表面涂覆光刻胶层，经过光刻工艺得到光刻胶图形。本发明首先在硅片的硬掩膜层表面旋覆一层光刻胶，然后利用光刻技术曝光，并将涂有光刻胶层的硅片放到显影液里，显影出光刻胶图形；其目的是为了选择性的刻蚀硬掩膜层Si02。图2为本发明具体实施方式中光刻胶层经过光刻技术曝光显影后的硅片结构示意图。步骤103:刻蚀硬掩膜层，复制光刻胶图形到硬掩膜层。本发明将硬质Si02作为掩膜层，而不直接使用光刻胶层作为掩膜层，这是因为在进行硅衬底刻蚀时，Si02能够更好地控制侧壁钝化保护层进行沉积和挥发，得到垂直度较好的硅槽。本发明可以通过LamRainbow4520型号的普通刻蚀设备对硬掩膜层进行等离子体干法刻蚀。图3为本发明具体实施方式中对硬掩膜层进行刻蚀后的硅片结构示意图。对硬掩膜层进行刻蚀后，所述硬掩膜层的窗口垂直度一般大于87度，窗口的尺寸在进行硅衬底刻蚀时可以用来控制石圭槽的工艺线宽(CriticalDimension,CD)。在硬掩膜层刻蚀完成后，本发明采用干法02等离子体去除掉刺余的光刻胶层。图4为本发明具体实施方式中去除光刻胶层后硅片的结构示意图。步骤104:向硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，对珪衬底进行刻蚀，形成硅槽。硬掩膜层刻蚀后，硬掩膜层窗口露出部分硅衬底，这部分的单晶硅由于暴露在空气中，很容易被氧化成致密的氧化物薄膜。因此，在采用磁场增强反应离子设备对单晶硅衬底进行刻蚀之前，首先要对所述氧化物薄膜进行穿透刻蚀。具体来说，穿透刻蚀的刻蚀条件如下压力为50Mt，功率为400W，^场为30高斯，CF4气体流量为35SCCM，时间为15秒。接着，在硬掩膜层Si02的保护下，往硅衬底刻蚀设备腔体中通入HBr/CF4/He-02混合气体，对单晶硅衬底进行近乎各向异性垂直方向的刻蚀。具体的刻蚀条件如下腔体压力为45~60mT;功率为450550W;HBr流量为4045SCCM;CF4流量为5~7SCCM;He-02流量为5~7SCCM。刻蚀完成后，硅槽的垂直角度大于87度。本发明最佳实施例的刻蚀条件如下压力60Mt,功率500W，磁场30高斯，HBr流量40SCCM，CF4流量7SCCM,He-02流量5SCCM,时间150秒。当然，每个参数可以有10%的漂动；其中，时间可以视硅槽深度而增减，硅槽的CD与光刻图形的CD有关，也可以说硅槽的CD与硬掩膜层Sj02的窗口宽度有关。在上述最佳实施例的刻蚀条件下形成的硅槽，深度为l.O士O.lum，硅槽的CD为0.4士0.4um。图5为本发明具体实施方式中进行硅衬底刻蚀后的,片结构示意图。本发明所述的硅衬底刻蚀设备是磁场增强反应离子设备，当然本发明对硅衬底进行刻蚀不局限于此设备，也可以采用高密度等离子体刻蚀设备，如TCP等离子体干法刻蚀设备或者DPS等离子体干法刻蚀设备，所需的刻蚀条件做适当调整即可。与采用HBr/MVHe-02混合气体比较而言，本发明所述的硅槽形成方法，具有以下优点1)、采用HBr/CF4/He-02混合气体对硅衬底进行刻蚀，保障了刻蚀的安全裤。2)、当形成相同尺寸的硅槽时，本发明采用HBr/CF4/He-02混合气体降低了HBr气体的消耗。例如，当形成深度为l.O士O.lum,CD为0.4土0.4um尺寸的硅槽时，在采用HB/NF3/He-02混合气体和HBr/CF4/He-02混合气体两种情况下，HBr气体的消耗比例为17:8,如表1所示；因此采用CF4气体4义替NF3气体，可以节约HBr气体的用量。表1<table>complextableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2<table>complextableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>综合表l、表2可以看出，形成同样尺寸的硅槽，选用HBr/CF4/He-0"&合气体所消耗的综合成本较低。4)、降低了备件更换成本。进行硅衬底刻蚀时，使用大流量的HBr容易产生较多难以挥发的SiBrxOy，沉积在腔壁里容易脏污刻蚀设备腔体；而改用小流量的HBr，明显可以减小设备的周期性维护次数，提高设备备件的使用寿命，降低设备维护成本。同理，采用HB/CF4/He-02混合气体代替HBr/CL2/He-02混合气体的情形与上述情况类似，虽然各成分的消耗比例略有不同，但同样能达到上述类似的效果，在此不做赘述。为了去除剩余的硬掩膜层Si02,本发明通过采用氢氟酸HF溶液湿法去除；即氢氟酸HF溶液与Si02反应，生成水溶性的产物H2SiF6，具体的化学方程式如下Si02+HF—H2SiF6+H20。图6为本发明具体实施方式中利用氢氟酸HF溶液湿法去除剩余的硬掩膜层以及对硅槽底部圆角刻蚀后硅片的结构示意图。为了减小尖角的》文电，本发明可以对硅槽底部进行圆角Rounding刻蚀，使槽底尽可能平滑。其中，进行Rounding刻蚀可以使用各向同性干刻刻蚀设备AE2001设备；进行Rounding刻蚀之后，珪槽的深度变为l.l土O.lum，硅槽的CD变为0.6土0.6um;经过Rounding刻蚀后的硅槽形貌能够满足产品的器件要求。综上所述，本发明所述的硅槽形成方法，通过使用HB/CF4/He-02混合气体代替HB/CL2/He-02或HBr/NF3/He-02混合气体，对硅衬底进行刻蚀，不仅能够提高刻蚀的安全性，降低HBr气体的消耗量，而且能够降低硅槽的刻蚀成本和设备维护的成本。另一方面，本发明还提供了一种硅槽形成装置，其中，通过硅衬底刻蚀模块对硅衬底进行刻蚀，能够P争低HBr气体的消耗量，从而P争低设备维护备件的更换成本；而且能够提高刻蚀的安全性，并降低混合气体的总消耗成本；进一步，通过圆角刻蚀模块进行圓角刻蚀，能够减少尖角的放电。"下面结合附图和具体的实施例对所述硅槽形成装置进行说明。图7为本发明具体实施方式中硅槽形成装置的结构示意图。如图7所示，所述硅槽形成装置包括硬掩膜层生长模块701、光刻胶层涂覆模块702、硬掩膜层刻蚀模块703以及硅衬底刻蚀模块704。其中，硬掩膜层生长模块用于在硅衬底上生长硬掩膜层；光刻胶层涂覆模块用于在硬掩膜层表面涂覆光刻胶层，经过光刻工艺得到光刻胶图形；硬掩膜层刻蚀模块用于刻蚀硬掩膜层，复制光刻胶图形到硬掩膜层；硅衬底刻蚀模块用于向硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，对硅衬底进行刻'蚀，形成硅槽。所述硅槽形成装置进行工作时，向硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，刻蚀硅衬底，从而形成硅槽；当形成同样尺寸的硅槽时，采用HB/NF3/He-02混合气体和HB/CF4/He-02混合气体两种情况下，所消耗HBr气体的比例为17:8,消耗NF3气体和CF4气体的比例为10:7,消耗He-02气体的比例相同。由此可以得出，采用HB/CF4/He-02混合气体进行硅村底刻蚀，降低了HBr气体的消耗量，从而减少了副产物SiBrxOy的生成量，降低设备维护成本；并且由于同样体积的NF3气体成本要比CF4气体高，还降低了-i合气体的总消耗成本。同理，HBr/CF4/He-02混合气体相对于HBr/CL2/He-02混合气体进行硅衬底刻蚀，也能达到类似的效果，在此不估支赘述。所述硅槽形成装置，还包括光刻胶层去除模块和硬掩膜层去除模块。(图t未示出)其中，所述光刻胶层去除模块用于去除光刻胶层；所述硬掩膜层去除模块用于利用氢氟酸溶液湿法去除剩余的硬掩膜层。本发明所述装置在通过硬掩膜层刻蚀模块进行硬掩膜层刻蚀之后，通过光刻胶层去除模块去除剩余的光刻胶层；并且，在硅衬底刻蚀模块进行硅衬底刻蚀，形成硅槽之后，通过硬掩膜层去除模块去除剩余的硬掩膜层。但是，本发明保护的范围不限于此，还可以在硅衬底刻蚀模块进行硅衬底刻蚀，形成硅槽之后分别通过光刻胶层去除模块和硬掩膜层去除模块去除剩余的光刻月來层以及硬掩膜层。进一步，为了减少尖角放电，所述的硅槽形成装置，还包括圓角刻蚀模块。(图中未示出)所述圆角刻蚀模块用于对硅槽底部进行圆角刻蚀。综上所述，本发明所述的硅槽形成装置，通过使用HBA:F4/He-02混合气体代替HBr/CL2/He-02或HBr/NF3/He-02混合气体，不仅能够提高刻蚀的安全性，降低H^气体的消耗量，而且能够降低硅槽的刻蚀成本和设备维护的成本。,以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。权利要求1、一种硅槽形成方法，其特征在于，包括在硅衬底上生长硬掩膜层；在硬掩膜层表面涂覆光刻胶，经过光刻工艺得到光刻胶图形；刻蚀硬掩膜层，复制光刻胶图形到硬掩膜层；向硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-O2混合气体，对硅衬底进行刻蚀，形成硅槽。2、根据权利要求1所述的硅槽形成方法，其特征在于，所述的硅衬底是单晶硅衬底；所述的硬掩膜是二氧化硅。3、根据权利要求2所述的硅槽形成方法，其特征在于，所述硅槽的垂直角度大于87度。4、根据权利要求3所述的硅槽形成方法，其特征在于，所述向硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，对硅衬底进行刻蚀，形成硅槽的步骤包括向硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，对硅衬底进行各向异性刻蚀，形成硅槽。5、根据权利要求4所述的硅槽形成方法，其特征在于，所述刻蚀硬掩膜层，复制光刻胶图形到硬掩膜层的步骤之后，还包括去除光刻胶层的步骤。6、根据权利要求5所述的硅槽形成方法，其特征在于，所述硅衬底刻蚀设备为磁场增强反应离子设备。7、根据权利要求6所述的硅槽形成方法，其特征在于，进行硅衬底刻蚀Ehf，腔体压力为45~60mT;功率为450550W;HBr流量为40~45SCCMM;CF4流量为5~7SCCM;He-02流量为5~7SCCM。8、根据权利要求1至7中任一项权利要求所述的硅槽形成方法，其特征在于，所述向硅衬底刻蚀设备中通入HBr/CF4/He-02混合气体，对硅衬底进行刻蚀，形成硅槽的步骤之后，还包括利用氢氟酸溶液湿法去除剩余的硬掩膜层；对硅槽底部进行圆角刻蚀。9、一种硅槽形成装置，其特征在于，包括硬掩膜层生长模块，用于在硅衬底上生长硬掩膜层；光刻胶层涂覆^t块，用于在硬掩膜层表面涂覆光刻胶，经过光刻工艺得到光刻胶图形；硬掩膜层刻蚀才莫块，用于刻蚀硬掩膜层，复制光刻胶图形到硬掩膜层；硅衬底刻蚀模块，用于向硅衬底刻蚀设备中通入HB/CF4/He-02混合气体，对硅衬底进行刻蚀，形成硅槽。10、根据权利要求9所述的硅槽形成装置，其特征在于，还包括光刻胶层去除模块，用于去除光刻胶层；硬掩膜层去除模块，用于利用氢氟酸溶液湿法去除剩余的硬掩膜层。11、根据权利要求IO所述的硅槽形成装置，其特征在于，还包括圆角刻蚀才莫块，用于对石圭槽底部进行圆角刻蚀。全文摘要本发明公开了一种硅槽形成方法及装置，属于半导体集成电路芯片工艺
技术领域：
。所述方法包括在硅衬底上生长硬掩膜层；在硬掩膜层表面涂覆光刻胶层，经过光刻工艺得到光刻胶图形；刻蚀硬掩膜层，复制光刻胶图形到硬掩膜层；向硅衬底刻蚀设备中通入HB<sub>r</sub>/CF<sub>4</sub>/He-O<sub>2</sub>混合气体刻蚀硅衬底，形成硅槽。所述装置包括硬掩膜层生长模块、光刻胶层涂覆模块、硬掩膜层刻蚀模块以及硅衬底刻蚀模块。上述方法及装置主要应用在硅衬底的刻蚀方面；既能够提高安全性，又能够降低HB<sub>r</sub>的消耗，降低设备的维护成本，并节约混合气体的综合消耗成本。文档编号C23F4/00GK101345194SQ20081010602公开日2009年1月14日申请日期2008年5月7日优先权日2008年5月7日发明者勇杨,王托猛,蔡新春,谢海华申请人:北大方正集团有限公司;深圳方正微电子有限公司