一种氧化硅的各向异性湿法腐蚀工艺中控制倾角的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体加工技术领域，尤其是一种氧化硅的各向异性湿法腐蚀工艺中 控制倾角的方法。
【背景技术】
[0002] 氧化硅介质是半导体工艺中最为常用的一种介质材料，因其材料的物理、化学性 质，常用于半导体工艺中刻蚀、注入的介质掩模，芯片内部的电学隔离以及器件表面的钝 化。通常上述半导体工艺过程中所用到的氧化硅为非晶材料（晶体材料氧化硅即石英一般 只用做半导体工艺中的电路衬底）。在半导体加工工艺中氧化硅主要有两种生长方法：一 种是高温热氧化，一种是化学气相沉积（CVD)方法。通过对生长在衬底表面的氧化硅薄膜 进行图形化刻蚀（干法、湿法）形成所需的介质薄膜结构。
[0003] 在具体的应用中，除了对氧化硅介质厚度、介电常数、应力大小等材料属性有不同 要求外，氧化硅侧壁形貌的几何尺寸也有不同需求。特别是当氧化硅作为抗刻蚀掩模时，其 侧壁轮廓形貌、侧壁倾角都会转移到被刻蚀的半导体衬底材料上，这将影响最终器件的性 能。一般较为陡直的侧壁形貌可以通过方向性好的干法刻蚀工艺（如ICP)实现，一定角度 的侧壁形貌可以通过各向同性的湿法腐蚀实现。当倾角继续减小，需要有小于45°及以下 的小倾角侧壁形貌时加工方法变得复杂起来，虽然采用灰度光刻或是在氧化硅中掺杂也可 以制备出具有小角度侧壁形貌的氧化硅结构，但终究不如前面两种情况所用的工艺方法简 单方便。
【发明内容】
[0004] (一）要解决的技术问题
[0005] 针对上述制备具有小倾角且侧壁为线性形貌的氧化硅介质存在工艺复杂的问题， 本发明提出了 一种氧化硅的各向异性湿法腐蚀工艺中控制倾角的方法，通过控制侧向腐蚀 和纵向腐蚀进程来实现小倾角的侧壁形貌，且当优化并精确控制腐蚀时间时能够实现对侧 壁角度的控制。
[0006] (二）技术方案
[0007] 为达到上述目的，本发明提供了一种氧化硅的各向异性湿法腐蚀工艺中控制倾角 的方法，该方法是在需要腐蚀的氧化硅层之上沉积一薄层氧化硅介质，通过调节该薄层氧 化硅介质的致密度及厚度，实现对需要腐蚀的氧化硅层的侧向腐蚀速度控制，进而实现对 需要腐蚀的氧化硅层的各向异性湿法腐蚀工艺中倾角的控制。
[0008] 上述方案中，所述需要腐蚀的氧化硅层及其上的薄层氧化硅介质是分别生长形成 的，所述需要腐蚀的氧化硅层呈现各向异性湿法腐蚀特性，且：所述需要腐蚀的氧化硅层为 致密度较高且在腐蚀液中腐蚀速度较慢，所述薄层氧化硅介质为致密度较低且在腐蚀液中 腐蚀速度较快；所述需要腐蚀的氧化硅层的厚度要远大于所述薄层氧化硅介质的厚度，且 两者厚度之和为所需氧化硅介质的总厚度。 i,] 'f、 厂
[0009] 上述方案中，所述需要腐蚀的氧化硅层的侧壁倾角由公式t:·妨P 1)估 算，其中α为侧壁倾角，V1为上层的薄层氧化硅介质的腐蚀速度，V2S下层的需要腐蚀的氧 化硅层的腐蚀速度，t2为下层的需要腐蚀的氧化硅层腐蚀完成的时间，13为过腐蚀的时间。
[0010] 上述方案中，所述侧壁倾角α从2°~45°可控，所述需要腐蚀的氧化硅层在被 腐蚀后，其侧壁为平滑线性坡面。当处于理想状态即没有过腐蚀情况时，该侧壁倾角仅由所 述需要腐蚀的氧化硅层及其上的薄层氧化硅介质两者的腐蚀速度决定。
[0011] (三）有益效果
[0012] 本发明提供了 一种氧化硅的各向异性湿法腐蚀工艺中控制倾角的方法，该方法是 在需要腐蚀的氧化硅层之上沉积一薄层氧化硅介质，通过调节该薄层氧化硅介质的致密度 及厚度等参数，实现对需要腐蚀的氧化硅层的侧向腐蚀速度控制，进而实现对需要腐蚀的 氧化硅层的各向异性湿法腐蚀工艺中倾角的控制，形成小倾角的线性坡面腐蚀侧壁形貌。 该工艺方法简单，易于实现。而利用该方法制成的氧化硅介质作为抗刻蚀掩模为进一步控 制刻蚀其它半导体材料的侧壁形貌提供了有效途径。
【附图说明】
[0013] 图1是现有技术中氧化硅介质经湿法腐蚀后的侧壁形貌示意图；
[0014] 图2是本发明采用的用于形成小倾角侧壁形貌的氧化硅介质结构的示意图；
[0015] 图3是本发明采用的具有小倾角线形侧壁形貌氧化硅腐蚀原理的示意图；
[0016] 图4是本发明采用的具有小倾角线形侧壁形貌氧化硅介质经腐蚀后的结构示意 图；
[0017] 图5是本发明采用的具有小倾角线形侧壁形貌氧化硅介质倾角估算的示意图。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0019] 图1是现有技术中氧化硅介质经湿法腐蚀后的侧壁形貌示意图，其中101为腐蚀 掩模，102为氧化硅，103为半导体衬底。因为102为非晶态其在常用的氧化硅腐蚀液（Β0Ε、 BHF等）中具有各向同性的腐蚀特性。又因腐蚀过程中溶液交换在垂直空间上受到101的 限制，102的侧壁具有近似圆形的特征如图1中104所示，其倾角一般在45°左右如图1中 105所示。
[0020] 为了能够制备出具有较小倾角且侧壁轮廓线为直线的氧化硅介质膜，本发明采用 了如图2所示的结构，其中在衬底203上通过热氧工艺先沉积一层较厚的氧化硅介质202， 其上再通过CVD工艺沉积一层较薄的氧化硅介质201，且氧化硅介质202相较于氧化硅介 质201具有更高的致密性，氧化硅介质202的厚度约为氧化硅介质201的厚度的10倍，氧 化娃介质202和氧化娃介质201总厚度为氧化娃介质膜所需要的总厚度。通过光刻、显影 等半导体工艺方法在201上制备出腐蚀窗口如图2中腐蚀窗口 204所示。
[0021] 将具有图2所示的氧化硅结构的基片浸入7 : 1的BOE腐蚀液中进行湿法腐蚀， 其腐蚀进程如图3所示。其中301为抗腐蚀掩模，304为半导体衬底，二者中间为两层被腐 蚀的氧化硅材料，因为氧化硅在BOE溶液中为各向同性的腐蚀，其侧向腐蚀速率和纵向腐 蚀速率相