专利名称：多晶硅的腐蚀方法和腐蚀装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及多晶硅的腐蚀方法及其腐蚀装置，特别涉及在没有等离子体产生的情况下，各向同性腐蚀形成在特殊层上的多晶硅膜的方法，及其腐蚀装置。
随着半导体工业的发展，以及半导体器件的高集成度、高容量和高特性的发展，都要求在有限的区域上的增加所集成的器件数量。
相应地，晶片技术也得到了进一步发展，从而使图形可以制造得小于微米数量级，而且为了制造高度集成和更复杂(highly-sophisticated)的半导体器件，在晶片制造工艺中通常使用了干法腐蚀技术。常用的干法腐蚀技术采用等离子体。
采用等离子体的干法腐蚀方法是很重要和很难的技术。在等离子体腐蚀工艺中应该考虑的重要因素是腐蚀图形(profile)、子层的选择性、腐蚀率和均匀性等等。这些主要是受腐蚀装置或者供应气体的特性的影响。
当采用等离子体干法腐蚀来腐蚀载硅材料层时，提供包括氟(F)和氯(Cl)的卤素化合物作为腐蚀气体。另外，为了改进层特性的腐蚀图形和选择性，可以在上述腐蚀气体中加入其它种类气体或作为载气。
混合气体中的每种都具有其自己的功能，即，诸如氦(He)、氩(Ar)等具有高质量的惰性气体作为载气有帮于输送腐蚀气体，并且混合气体中的每种通过物理溅射腐蚀诸层。
根据等离子体形成的类型，等离子体干法腐蚀方法分为电感耦合等离子体(ICP)型和电容耦合等离子体(CCP)型，其中在电感耦合等离子体型中，对于等离子体腐蚀工艺的等离子体是通过给缠在石英管周围的线圈施加高电压而磁性形成的；在电容耦合等离子体型中，等离子体是使用给阳极和阴极施加的高频信号形成的。但是，CCP型和ICP型都需要辅助器件，例如等离子体源电源、相匹配器、偏压电源等，从而使元素、原子团、离子等，与来自所供应的反应气体以等离子状态一起存在。
因此，需要研制一种新的方法，在不产生等离子体的情况下使用反应气体进行干法腐蚀工艺。
本发明的目的是提供多晶硅腐蚀方法和实施该方法的腐蚀装置，利用给其中输送处理气体的处理室内部的处理环境，例如内部气压、温度等，进行各向同性腐蚀多晶硅膜。
为达到这些目的及其它优点，根据本发明的目的，多晶硅的腐蚀方法包括以下步骤a)把在确定(certain)层上具有多晶硅膜的晶片输送进入处理室；b)在预定范围内调节处理室的气压和温度；c)把含有卤素化合物的腐蚀气体输送进入处理室并腐蚀多晶硅膜。
上述确定层可以是氧化膜。
处理室内部的气压在0.5-3乇范围内，处理室的温度高于腐蚀气体的沸点，低于800℃。
包含卤素化合物的腐蚀气体是通过在周期表中不同周期元素组合而形成的。
腐蚀气体可以选自下列气体ClF3、BrF5、IF3、ClF、BrF3、IF5和BrF气体。
另外，腐蚀气体也可以是NF3。
载气被输送入处理室中，并且载气最好是N2或Ar气体。
腐蚀气体以100-1000sccm和载气以300-4000sccm被输送入处理室中。
根据本发明的另一方面，多晶硅腐蚀装置包括腐蚀气体供应源，用于供应包括由周期表中不同周期的元素组合形成的卤素化合物或NF3的腐蚀气体。处理室，与腐蚀气体供应源相连接并具有温度控制装置；和高真空管线，与处理室相连，用于控制处理室的气压状态。
用于供应载气的载气供应源与处理室相连接。
另外，腐蚀气体供应源和载气供应源与扩散器连接在一起，并且扩散器与处理室连接。
温度控制装置可以是设置在处理室外面的加热块。
另外，在加热块内部可以提供热的线圈或灯。
而且，干泵与高真管线相连。
为防止处理室内壁被腐蚀气体腐蚀，处理室的内壁可以由铝化合物形成。
可以理解，前面一般性的描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，并且为所要求保护的本发明提供进一步的说明。
在附图中
图1是表示根据本发明的多晶硅腐蚀装置的一个实例示意图；图2是表示根据本发明的多晶硅腐蚀方法的一个实施例截面图；图3是表示根据本发明图2的多晶硅腐蚀方法的曲线图。
现在参照本发明的优选实施例详细说明本发明，其中本发明的例子已在附图中表示了。
如图1所示，本发明的多晶硅腐蚀装置包括用于供应卤素化合物气体和NF3气体的腐蚀气体供应源10，其中卤素化合物气体是由周期表中不同种类元素的离子组合形成的，它们具有低结合能，而NF3气体具有低沸点和在约63kcal/mol下的高反应性及N-F之间的结合能。
作为腐蚀气体，不包括Cl2气体，它是由周期表中相同周期元素以共价键形成的高结合能的卤素化合物气体。
换言之，具有通过离子键形成的低结合能的卤素气体，例如ClF3、BrF5、IF3、ClF、BrF3、IF5和BrF等可以使用。特别是，ClF3的熔点约为-76.3℃，沸点约为11.7℃。在室温(约18℃)时，它表现为低气压，Cl-F间结合能为61.4kcal/mol，这是不稳定的，因为与其它腐蚀气体例如CF4相比，其具有低结合能。
另外，载气供应源12用于供应载气，例如N2或Ar气，而载气是用于载送腐蚀气体。
此外，扩散器14安装在腐蚀气休供应源10和载气供应源12中，用于很容易地把各个供应的气体混合。
而且，扩散器14与具有船形器皿20的处理室18连接，其中船形器皿20载有多个晶片22。在晶片的上侧，如图2所示，依次形成氧化膜32和多晶硅膜34，在多晶硅膜34上形成光刻胶图形(图中未示出)。
处理室18的内壁由铝材料形成。
在处理室18的外面，设置具有热的线圈或灯的加热块16，用于升高处理室18的温度。
高真空泵24例如干泵，和处理室18相连接。
因此，通过高真泵24例如干泵的工作，处理室18的气压保持在0.5-3乇，通过给安装在加热块16内的热线圈施加电源或通过灯的工作，处理室的内部温度保持高于800℃、腐蚀气体的沸点。
在卤族气体中，例如ClF3、BrF5、IF3、ClF、BrF3、IF5和BrF等，被选择的腐蚀气体从腐蚀气体供应源10中出来，被输送进入扩散器14，并且载气例如N2，从载气供应源12中出来，被输送入扩散器14中。
输送到扩散器14中的腐蚀气体和载气被混合并输送入处理室18。此时，腐蚀气体以100-1000sccm(标准立方厘米分钟)流量被输送入处理室18中，载气以300-4000sccm的流量被输送入处理室中。
相应地，腐蚀气体通过处理室18内部的温度和气压转变为原子团状态，处于原子团状态的腐蚀气体各向同性腐蚀晶片22的某一部分。通常，处于原子团状态的腐蚀气体具有各向同性腐蚀特性，处于离子状态的腐蚀气体具有各向异性腐蚀特性。
另外，当进行使用腐蚀气体的各向同性腐蚀时，处理室18的内壁是由铝化合物制成，从而防止处理室18的内壁被腐蚀气体腐蚀。
然后，使用剩余气体分析仪(RGA)分析留在处理室18内的气体，用于表示在电离供应的气体之后电子的强度对应元素质量的光谱，结果如图3所示。
参见图3，从SiF3+和SiF+的存在看出，形成在晶片22上的多晶硅膜34的硅和ClF3腐蚀气体的F起化学反应，从而形成SiFx、SiClx等。从N+和N2+看出，N2气被用作载气。
作为另一实例，改变处理室的内部温度，其它工艺条件保持相同，如图2所示，在晶片22上依次形成氧化膜32和多晶硅膜34，在一定时间内腐蚀晶片22的多晶硅膜34上的光刻胶图形。结果如下表所示。
参见表1，当内部温度保持在400℃时，以1000埃/分的速度腐蚀多晶硅膜，并且不腐蚀氧化膜。
当内部温度保持在500℃时，以1800埃/分的速度腐蚀多晶硅膜，并且以20埃/分的速度腐蚀氧化膜。
当内部温度保持在600℃时，以3000埃/分的速度腐蚀多晶硅膜，并且以30埃/分的速度腐蚀氧化膜。
当内部温度保持在700℃时，以5700埃/分的速度腐蚀多晶硅膜，并且以60埃/分的速度腐蚀氧化膜。
当内部温度保持在800℃时，以9500埃/分的速度腐蚀多晶硅膜，并且以140埃/分的速度腐蚀氧化膜。
当内部温度保持在400-800℃时，多晶硅膜为氧化膜的选择性高于20∶1，这是正常半导体腐蚀工艺中一般所要求的比率。
因此，根据本发明，使用由位于周期表的其它周期线上带有低结合能的元素组合形成的卤素化合物气体和NF3气体各向同性腐蚀多晶硅膜。
显然，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的实质和范围情况下，是可以做出各种修改和改变的。因此，本发明包括了所提供的本发明的修改和改变，它们包括在所附权利要求范围内和其等同物。
权利要求
1．一种多晶硅腐蚀方法，包括以下步骤a)把在确定层上具有多晶硅膜的晶片输送入处理室中；b)在预定范围内调节处理室的气压和温度；以及c)把含有卤素化合物的腐蚀气体输送入处理室中并腐蚀多晶硅膜。
2．如权利要求1的多晶硅腐蚀方法，其中所述确定层是氧化膜。
3．如权利要求1的多晶硅腐蚀方法，其中处理室内部的气压在0.5-3乇范围内。
4．如权利要求3的多晶硅腐蚀方法，其中处理室的温度高于腐蚀气体的沸点，低于800℃。
5．如权利要求4的多晶硅腐蚀方法，其中含有卤素化合物的腐蚀气体是由周期表中不同种周期元素组合而成。
6．如权利要求5的多晶硅腐蚀方法，其中腐蚀气体是ClF3气体。
7．如权利要求5的多晶硅腐蚀方法，其中腐蚀气体选自BrF5、IF3、ClF、BrF3、IF5和BrF气体。
8．如权利要求1的多晶硅腐蚀方法，其中腐蚀气体是NF3。
9．如权利要求1的多晶硅腐蚀方法，其中载气被输入到处理室中。
10．如权利要求9的多晶硅腐蚀方法，其中载气是N2气体或Ar气体。
11．如权利要求10的腐蚀方法，其中腐蚀气体以100-1000sccm和载气以300-4000sccm被输送入处理室中。
12．一种多晶硅腐蚀装置，包括腐蚀气体供应源，用于供应包括由周期表中不同周期的元素组合形成的卤素化合物或NF3的腐蚀气体。处理室，与腐蚀气体供应源相连接并具有温度控制装置；和高真空管线，与处理室相连，用于控制处理室的气压状态。
13．如权利要求12的多晶硅腐蚀装置，其中用于供应载气的载气供应源与处理室相连接。
14．如权利要求13的多晶硅腐蚀装置，其中腐蚀气体供应源和载气供应源与扩散器相连，并且扩散器和处理室相连接。
15．如权利要求14的多晶硅腐蚀装置，其中温度控制装置是设置在处理室外面的加热块。
16．如权利要求15的多晶硅腐蚀装置，其中在加热块里面设置热线圈或灯。
17．如权利要求16的多晶硅腐蚀装置，其中干泵与高真空管线相连接。
18．如权利要求12的多晶硅腐蚀装置，其中处理室内壁由铝化物形成。
全文摘要
本发明提供一种多晶硅腐蚀方法和腐蚀装置。所述方法包括步骤:a)把在确定层上具有多晶硅膜的晶片送入处理室;b)在预定范围内调节处理室的气压和温度;c)把包括卤素化合物的腐蚀气体送入处理室中并腐蚀多晶硅膜。所述装置包括:腐蚀气体供应源,周期的与腐蚀气体供应源相连并具有温度控制装置的处理室;和与处理室相连并用于控制处理室的气压状态的高真空管线。
文档编号H01L21/3213GK1218986SQ9811748
公开日1999年6月9日 申请日期1998年9月4日 优先权日1997年12月5日
发明者郭奎焕, 李辉健, 崔百洵, 金镇成, 全相文 申请人:三星电子株式会社