一种晶片上沟槽的刻蚀方法与流程

本发明涉及晶片加工工艺，尤其涉及一种晶片上沟槽的刻蚀方法。

背景技术：

沟槽结构在现今的半导体技术中得到较为广泛的应用。例如，沟槽可作为隔离结构以隔绝不同操作电压的电子器件。将其应用于硅锗双极互补金属氧化半导体工艺中可以减小基片npn三极管的电容，提高器件的频率特性。又如，深沟槽可应用于超级结mos晶体管，作为pn结通过耗尽态的电荷平衡达到高击穿电压性能。

目前，超级结mos晶体管制造过程中刻蚀和填充深沟槽的方法是：在p型硅衬底上生长一层n型外延层(单晶硅)，然后在该外延层上刻蚀深沟槽，然后再用p型单晶硅填充该深沟槽，最后用化学机械研磨(cmp)工艺进行表面平坦化。此时该深沟槽结构作为p型半导体柱，该深沟槽结构的两侧作为n型半导体柱，即得到了纵向交替排列的p型和n型半导体柱。该方法中将n型硅与p型硅交换，效果不变。

在深沟槽的刻蚀工艺中，通常采用两步刻蚀法。第一步先刻蚀阻挡层(hardmask)，停在硅表面上。在光阻去除以后，再进行第二步深沟槽硅刻蚀。由于通常要达到20～40um(微米)的刻蚀深度，需要产生较长时间的等离子轰击，此时光阻已经去除，在刻蚀过程中，除了表层的阻挡层会随深沟槽里面的硅一同被消耗以外，侧面也会受到长时间等离子的轰击，在刻蚀完成以后，从微观来看靠近深沟槽的阻挡层侧面会变成锯齿曲线状而非理想中的直线。这会对后续的硅化学机械研磨工艺有一定的影响，研磨垫很难接触到凹进去的区域，从而产生残留。

此外，氧化膜-氮化膜-氧化膜结构作为刻蚀阻挡层时，在刻蚀完成后，去除表面的氧化膜时，底层氧化膜靠近深沟槽的部位也会受到侧向侵蚀，深沟槽边缘的形貌容易受到工艺波动的影响。

技术实现要素：

本发明针对以上问题，提供了一种沟槽底面圆滑、生长的氧化层均匀且刻蚀过程中腔体洁净、使用周期长的一种晶片上沟槽的刻蚀方法。

本发明的技术方案是：包括如下步骤：

1）在硅本体表面沉积硬质掩膜层；

2）对所述的硬质掩模进行光罩，把不需要刻蚀的地方用保护层做阻挡；

3）在没有保护层的区域进行刻蚀，直到露出硅本体表面；

4）去除硅本体表面的光罩，并进行清洗，得到干净的表面；

5）以硬质掩膜层做阻挡层，对硅本体进行刻蚀，得到所需要深沟槽；

所述步骤5）中刻蚀硅本体的具体步骤为：

5.1）去除硅本体表面的自然氧化层；

5.2）利用复合气体一刻蚀需要的沟槽，此时沟槽的底面为平面；

5.3）利用复合气体二刻蚀沟槽的底部，沟槽底面形成圆形底面；

所述步骤5.1）中去除自然氧化层的方法是：

5.11）利用cf4去除自然氧化层；

5.12）电离cf4，生成c离子和f离子；

5.13）自然氧化层表面形成sif4。sif4结构较为松散，

所述复合气体一的组分为cf4、cl2、hbr和heo2的复配。

所述cf4、cl2、hbr和heo2的比例为按流量计3:3:16:3。

所述复合气体二的组分为sf6、cf4和o2的复配。

所述sf6、cf4和o2的比例为9:8:20。

本发明中复合气体一与硅本体发生反应，在沟槽的侧壁上形成一层保护层避免刻蚀过度，此时生成的平面形状的底面，在后续加工生长氧化层时底面与侧壁的结合处的氧化层的厚度与侧壁上的厚度不同，影响了产品的性能。利用复合气体二对步骤5.2）中的沟槽进行进一步加工，使得侧壁上的氧化层更加均匀，同时对底面进行加工，使得底面与侧壁的结合处形成圆弧面，从而使得底面更加圆滑，氧化层生长更加均匀，测试时不容易发生击穿，保障芯片的电性能。刻蚀时不采用含有n（氮）成分的气体，使得在刻蚀过程中刻蚀用的工具的内壁上不易生成难以清除的氮化物（业内称之为“硅草”），保证了刻蚀用腔体干净整洁，使用周期长，且不易污染正在刻蚀的硅本体，成品率提高。利用hbr和cl2作为刻蚀沟槽的主刻蚀气体，刻蚀速度快，与其余组分进行混合，使得混合后的气体更加流畅，不会再输送气体的管道壁上形成沉积物，保障气体输送过程中流量计量精准，延长使用寿命。且加入cf4后加快了硅本体与复合气体的反应速率，能够加快刻蚀效率。利用sf6刻蚀沟槽底面，使得沟槽底面更加圆滑，在后续沉积氧化层时能够使得氧化层沉积更加均匀，保障产品的电性能。同时利用大量的o2对腔体和沟槽进行清洁，防止沉积物沉积到腔体和沟槽内影响性能。

附图说明

图1是本发刻蚀状态示意图一，

图2是本发刻蚀状态示意图二，

图3是本发刻蚀状态示意图三

图4是本发刻蚀状态示意图四

图5是本发刻蚀状态示意图五。

具体实施方式

本发明如图1-5所示，包括如下步骤：

1）在硅本体表面沉积硬质掩膜层（lpteos）；

2）对所述的硬质掩模进行光罩，把不需要刻蚀的地方用保护层（pr、光罩）做阻挡；

3）在没有保护层的区域进行刻蚀，直到露出硅本体（epi）表面；

4）去除硅本体表面的光罩，并进行清洗，得到干净的表面；

5）以硬质掩膜层做阻挡层，对硅本体进行刻蚀，得到所需要深沟槽；

所述步骤5）中刻蚀硅本体的具体步骤为：

5.1）去除硅本体表面的自然氧化层；硅本体与空气接触后会形成一层自然氧化层，会降低刻蚀效率，所以需要清除干净。

5.2）利用复合气体一刻蚀需要的沟槽，此时沟槽的底面为平面；复合气体一与硅本体发生反应，在沟槽的侧壁上形成一层保护层避免刻蚀过度，此时生成的平面形状的底面，在后续加工生长氧化层时底面与侧壁的结合处的氧化层的厚度与侧壁上的厚度不同，影响了产品的性能。

5.3）利用复合气体二刻蚀沟槽的底部，沟槽底面形成圆形底面；利用复合气体二对步骤5.2）中的沟槽进行进一步加工，使得侧壁上的氧化层更加均匀，同时对底面进行加工，使得底面与侧壁的结合处形成圆弧面，从而使得底面更加圆滑，氧化层生长更加均匀，测试时不容易发生击穿，保障芯片的电性能。

所述步骤5.1）中去除自然氧化层的方法是：

5.11）利用cf4（四氟化碳、四氟甲烷）去除自然氧化层；

5.12）电离cf4，生成c离子和f离子；

5.13）自然氧化层表面形成sif4（四氟化硅、氟化硅）。sif4结构较为松散，在刻蚀过程中易于被气体带走，从而能够得到洁净的硅本体表面，为后续的刻蚀工艺提供了洁净的环境，降低杂质对刻蚀工艺的影响，加快刻蚀工艺进度，提升刻蚀效率。

所述复合气体一的组分为cf4、cl2、hbr（溴化氢）和heo2的复配。刻蚀时不采用含有n（氮）成分的气体，使得在刻蚀过程中刻蚀用的工具的内壁上不易生成难以清除的氮化物（业内称之为“硅草”），保证了刻蚀用腔体干净整洁，使用周期长，且不易污染正在刻蚀的硅本体，成品率提高。

所述cf4、cl2（氯气）、hbr和heo2（二氧化氦）的比例为按流量计3:3:16:3。利用hbr和cl2作为刻蚀沟槽的主刻蚀气体，刻蚀速度快，与其余组分进行混合，使得混合后的气体更加流畅，不会再输送气体的管道壁上形成沉积物，保障气体输送过程中流量计量精准，延长使用寿命。且加入cf4后加快了硅本体与复合气体的反应速率，能够加快刻蚀效率。

所述复合气体二的组分为sf6（六氟化硫）、cf4和o2（氧气）的复配。利用sf6刻蚀沟槽底面，使得沟槽底面更加圆滑，同时利用大量的o2对腔体和沟槽进行清洁，防止沉积物沉积到腔体和沟槽内影响性能。利用sf6刻蚀沟槽底面，使得沟槽底面更加圆滑，同时利用大量的o2对腔体和沟槽进行清洁，防止沉积物沉积到腔体和沟槽内影响性能，o2和sf6和cf4中的提供的f离子对腔体进行清洁。

所述sf6、cf4和o2的比例为9:8:20。利用sf6刻蚀沟槽底面，使得沟槽底面更加圆滑，在后续沉积氧化层时能够使得氧化层沉积更加均匀，保障产品的电性能。同时利用大量的o2对腔体和沟槽进行清洁，防止沉积物沉积到腔体和沟槽内影响性能。