專利名稱：一種硅片的刻蝕方法
技術領域：
本發明涉及半導體芯片加工工藝，尤其涉及一種硅片的刻蝕方法。
背景技術：
在硅片的刻蝕工藝中，刻蝕前后硅片表面的潔凈程度在很大程度上決定了芯片的 良率。然而，由于在刻蝕過程中刻蝕工藝所產生的工藝副產物掉落在硅片表面以及腔室壁 中顆粒被等離子轟擊后掉落在硅片表面等原因，硅片的表面并不是潔凈的，往往存在著顆 粒。此情況在易產生明顯副產物的刻蝕工藝中如STI (aiallow Trench Isolation，淺溝槽 隔離)工藝/Etctiback(回刻)工藝等就更為明顯。這些顆粒會在刻蝕過程中阻擋刻蝕的順 利進行，成為局部刻蝕的阻擋層，從而產生刻蝕缺陷。圖1為現有STI工藝加工的硅片的缺 陷掃描圖，圖中圓形區域表示所加工的硅片，區域中的不同顏色的點表示不同尺寸的缺陷。 如圖1可知，所加工的硅片中由于顆粒產生的刻蝕缺陷約為50個。刻蝕缺陷影響芯片的加 工質量，降低了產品的良率，特別是隨著半導體行業的發展，芯片的關鍵尺寸減小，因附著 顆粒造成的缺陷更加明顯。因此，如何清除刻蝕過程中硅片表面的顆粒、降低刻蝕缺陷具有 重要意義。現有的一種解決方法是干法清洗，即利用充滿整個腔室的高活性氣體等離子體與 腔室壁的覆蓋物發生化學作用從而達到清除附產物的目的。具體是指，在刻蝕硅片傳出腔 室后以及下一片硅片傳進腔室之前，使用sf6+&的氣體組合啟輝，在高壓、高上電極功率和 零下電極功率的條件下對腔室進行無硅片的干法清洗。但該方法只能降低因腔室顆粒造成 的缺陷。現有另一種解決方法是逐步降低功率方法，即在刻蝕結束前，不直接關閉上下電 極功率，從而使等離子體處于被激發狀態以避免漂浮的顆粒迅速掉落在硅片表面，直至分 子泵抽取腔室數秒后才關閉上下電極功率。但該方法效果有限，如果要延長分子泵抽取腔 室時間，必須增加上下電極的維持功率的時間，這樣等離子體也會繼續對硅基底進行刻蝕， 從而影響之前預定的刻蝕結果。
發明內容
本發明提供了一種硅片的刻蝕方法，能夠有效地清除顆粒、從而降低因顆粒附著 造成的刻蝕缺陷。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案—種硅片的刻蝕方法，在刻蝕工藝中產生副產物的刻蝕步驟后，增加在預定的上 電極功率、下電極功率和壓強的條件下，降低刻蝕氣體的流量并增加惰性氣體的過渡步驟； 在過渡步驟之后，去除刻蝕氣體，并使用惰性氣體進行沖刷，將刻蝕工藝過程中產生的工藝 副產物和刻蝕中腔室壁中顆粒被等離子體轟擊后懸浮在等離子體中的顆粒帶走。本發明在懸浮于等離子體中的顆粒掉落于硅片表面前，保持等離子體的同時用惰 性氣體沖刷，將顆粒帶走，能有效清除顆粒，避免顆粒掉落在硅片表面產生刻蝕缺陷。
圖1為現有技術STI工藝加工的硅片的缺陷掃描圖。圖2為本發明硅片的刻蝕方法實施例的流程圖。圖3為本發明硅片的刻蝕方法另一實施例流程圖。圖4為本發明硅片的刻蝕方法實施例加工的硅片的缺陷掃描圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明硅片的刻蝕方法的實施方式做進一步詳細說明。其中所描 述的實施例僅僅是本發明的一個實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本 領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明 保護的范圍。如圖1所示，本發明硅片的刻蝕方法實施例包括步驟S11，在刻蝕工藝中產生副產物的刻蝕步驟后，在預定的上電極功率、下電極功率 和壓強的條件下，降低刻蝕氣體的流量并增加惰性氣體。S12，在上述步驟之后，去除刻蝕氣體，并使用所述惰性氣體進行沖刷，將刻蝕工藝 過程中產生的工藝副產物和刻蝕中腔室壁中顆粒被等離子體轟擊后懸浮在等離子體中的 顆粒帶走。本發明硅片的刻蝕方法在懸浮于等離子體中的顆粒掉落于硅片表面前，保持等離 子體的同時用惰性氣體沖刷，將顆粒帶走，能有效清除顆粒，避免顆粒掉落在硅片表面產生 刻蝕缺陷。其中，Sll步驟預定的上電極功率維持在200W 300W，下電極功率為OW ；預定的 壓強可以與其對應的前一步驟即產生副產物的刻蝕步驟保持一致；Sll步驟把產生副產物 的刻蝕步驟中刻蝕氣體如CF4/Cl2/HBr等的流量降至原流量的1/2 1/3，并增加He/Ar等 惰性氣體，流量設定為50 200sCCm(標況毫升每分)；Sll步驟持續的時間為3 7s，因 為其中還是有少量的刻蝕氣體，因此可以適量縮短Sll步驟的時間，使Sll步驟對硅基底和 光致掩模層的影響降到最低。Sll步驟中，如果產生副產物的刻蝕步驟中有O2存在，O2對光致掩模層的影響較 大，所以在Sii步驟中必須把A流量設置為0，將A去除。Sll步驟在上述的條件參數下，使產生副產物的刻蝕步驟與S12步驟之間形成了 等離子體連續啟輝，避免等離子體中漂浮的顆粒掉落在硅片表面。Sll步驟之后，進行S12步驟。S12步驟去除過渡步驟中刻蝕氣體，將刻蝕氣體如 CF4/Cl2/HBr等的流量降至Osscm ；維持Sll步驟的上電極功率、下電極功率、壓強和惰性氣 體流量；S12步驟的持續的時間為IOs 20s。S12步驟在保持等離子體的同時用惰性氣體沖刷，將刻蝕步驟中的副產物顆粒帶走。本發明硅片的刻蝕方法應用于STI或KctAack等刻蝕工藝中。實施例本實施例，為應用本發明刻蝕方法的STI工藝。圖2為本實施例的工藝流程圖。如圖2所示，本實施例包括如下步驟S21、硬掩膜刻蝕，刻蝕SiNx。條件參數為壓強8mT ；上電極功率600W，下電極功 率90W ；刻蝕氣體為CF4和CH2F2，流量均為15sCCm ；該步驟進行端點檢測，判斷該刻蝕步驟 是否完成，檢測通過進行下一步驟。S22、過刻蝕，刻蝕、高選擇比刻蝕以去除多晶硅。條件參數為壓強15mT ；上電極 功率450W，下電極功率100W ；刻蝕氣體為CF4和CH2F2，流量均為30sccm ；持續時間為20S。S23、過渡步驟。由于在S21和S22兩個刻蝕步驟中，所采用的刻蝕氣體包括CH2F2， 易出現顆粒即易產生較多副產物，結果產生較多的刻蝕缺陷。因此，在S22步驟之后，增 加了本步驟及接下來的SM步驟。本步驟的條件參數為壓強15mT，與S22步驟一致；上 電極功率250W，下電極功率OW ；原刻蝕氣體CF4和CH2F2的流量降為S22步驟的1/3，均為 IOsccm ；增加惰性氣體He，流量為lOOsccm ；本步驟持續的時間為3s。S23步驟在上述的條件參數下，由于維持了較少的刻蝕氣體流量并增加了惰性氣 體，并維持一定的上電極功率，使S22與SM步驟之間形成了等離子體連續啟輝，避免等離 子體中漂浮的顆粒掉落在硅片表面。需要注意的是，不能在S23步驟中，直接把S22步驟中刻蝕氣體的流量降至Osccm， 這樣會出現擺閥控壓異常和功率反射等問題。另外，從S22到S23步驟必須維持一定的上 電極功率，以保持等離子體連續啟輝，避免漂浮的顆粒掉落在硅片表面。S24、去除刻蝕氣體，并使用所述惰性氣體進行沖刷。條件參數為壓強、上下電極 功率及惰性氣體He的流量與S23步驟一致；刻蝕氣體CF4和CH2F2的流量降為O ；該步驟持 續的時間為10s。這里要注意的是，整個刻蝕工藝過程中，分子泵一直處于工作狀態中，用于氣體的 抽離、維持反應壓強等。本發明中，去除刻蝕氣體、去除氧氣、維持反應壓強及通過惰性氣體 帶走顆粒等都依靠分子泵的工作。該步驟在保持等離子體的同時用惰性氣體沖刷，分子泵抽離惰性氣體的同時，也 將刻蝕工藝過程中產生的工藝副產物和刻蝕中腔室壁中顆粒被等離子體轟擊后懸浮在等 離子體中的顆粒帶走，避免顆粒掉落在硅片表面產生刻蝕缺陷。而且由于SM步驟中只存 在惰性氣體，其等離子體對硅基底和光致掩模層的影響幾乎可忽略，對之后的S25刻蝕步 驟幾乎沒有影響。S25、貫穿刻蝕，表面氧化層和剩余硬掩膜刻蝕。條件參數為壓強7mT ；上電極功 率200W，下電極功率80W ；刻蝕氣體為CF4,流量為lOOsccm ；持續的時間為k。S26、溝槽刻蝕，刻蝕大部分的多晶硅。條件參數為壓強35mT ；上電極功率600W， 下電極功率50W ；刻蝕氣體為Cl2、HBr和CF4，流量分別為15、100和15sCCm ；該步驟還需要 加入He和O2，流量分別為14和6SCCm ；持續的時間為100s。S27、底部圓角刻蝕。條件參數為壓強65mT ；上電極功率200W，下電極功率40W ； 刻蝕氣體為Cl2和O2，流量分別為100和8SCCm ；持續的時間為10s。S28、結束。上述本發明的實施例，在原有STI工藝的基礎上，增加了 S23和SM兩個步驟，原 工藝的條件參數保持不變。圖4為本實施例硅片的刻蝕方法所加工的硅片缺陷掃描圖，如 圖4可知，本實施例所加工的硅片由于顆粒產生的刻蝕缺陷約為6個。對比圖1現有STI工藝的刻蝕結果，可以明顯的看出，本實施例刻蝕結果中因顆粒造成的缺陷明顯較少，該結 果可充分表明本發明硅片的刻蝕方法能夠有效地清除顆粒、從而降低因顆粒附著造成的刻 蝕缺陷。本發明硅片的刻蝕方法在懸浮于等離子體中的顆粒掉落于硅片表面前，保持等離 子體的同時用惰性氣體沖刷，將顆粒帶走，避免顆粒掉落在硅片表面產生刻蝕缺陷，對下一 步刻蝕也幾乎沒有影響，是一種有效地清除顆粒、降低因顆粒附著造成的刻蝕缺陷的刻蝕 方法。以上所述，僅為本發明的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以權利要求所述的保護范圍為準。
權利要求
1.一種硅片的刻蝕方法，其特征在于，包括在刻蝕工藝中產生副產物的刻蝕步驟后，增加在預定的上電極功率、下電極功率和壓 強的條件下，降低刻蝕氣體的流量并增加惰性氣體的過渡步驟；在所述過渡步驟之后，去除所述刻蝕氣體，并使用所述惰性氣體進行沖刷，將刻蝕工藝 過程中產生的工藝副產物和刻蝕中腔室壁中顆粒被等離子體轟擊后懸浮在等離子體中的 顆粒帶走。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述過渡步驟中預定的上電極功率為 200W 300W。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述過渡步驟中預定的下電極功率為0W。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述過渡步驟中預定的壓強與所述產生 副產物的刻蝕步驟中的壓強一致。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述過渡步驟中，所述降低刻蝕氣體 的流量具體為將刻蝕氣體的流量降低為所述產生副產物的刻蝕步驟中刻蝕氣體流量的 1/2 1/3。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述過渡步驟中惰性氣體的流量為50 200sccmo
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述過渡步驟持續的時間為3 7s。
8.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在所述過渡步驟中去除O2的步驟。
9.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述去除原刻蝕氣體，并使用惰性氣 體進行沖刷的過程中，維持所述過渡步驟的上電極功率、下電極功率、壓強和惰性氣體的流量。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除刻蝕氣體，并使用惰性氣體進 行沖刷的過程持續的時間為10 20s。
11.根據權利要求1至10任一項所述的方法，其特征在于，所述刻蝕工藝為淺溝槽隔離 工藝或回刻工藝。
全文摘要
本發明公開了一種硅片的刻蝕方法，涉及半導體芯片加工工藝領域，為降低因顆粒附著造成的刻蝕缺陷而發明。所述刻蝕方法在刻蝕工藝中產生副產物的刻蝕步驟后，增加在預定的上電極功率、下電極功率和壓強的條件下，降低刻蝕氣體的流量并增加惰性氣體的過渡步驟；在過渡步驟之后，去除刻蝕氣體，并使用惰性氣體進行沖刷，將刻蝕工藝過程中產生的工藝副產物和刻蝕中腔室壁中顆粒被等離子體轟擊后懸浮在等離子體中的顆粒帶走。本發明可用于半導體硅片的刻蝕工藝中。
文檔編號H01L21/3065GK102044429SQ20091023624
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月23日 優先權日2009年10月23日
發明者朱哲淵 申請人:北京北方微電子基地設備工藝研究中心有限責任公司