刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法
【專利摘要】本發明涉及一種刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，包括以下步驟：(1)犧牲氧化及硬掩膜沉積；(2)光刻及硬掩膜刻蝕；(3)溝槽刻蝕及去除光刻膠；(4)去除硬掩膜和氧化層；(5)熱修復及犧牲氧化生長。本發明的刻蝕方法刻蝕出的溝槽形貌良好，柵氧均勻，能夠針對普通刻蝕硅片的設備使用。
【專利說明】
刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法
技術領域
[0001] 本發明屬于半導體制造領域，具體涉及一種針對普通刻蝕硅片的設備使用的刻蝕 半導體溝槽的刻蝕方法。
【背景技術】
[0002] 半導體器件制造過程中，在很多情況下需要刻蝕出溝槽結構，同時專業溝槽刻蝕 機較少。其中需要專業設備進行溝槽刻蝕以保證溝槽形貌以及后續柵氧均勻性。由于普通 溝槽刻蝕設備所配置的氣體主要為Cl 2, HBr，沒有專業設備配置的C4FS，所以無法形成良好 的溝槽刻蝕效果。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是提供一種刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，刻蝕出的溝槽形貌良好， 柵氧均勻，能夠針對普通刻蝕硅片的設備使用。
[0004] 為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法， 其包括以下步驟：
[0005] (1)犧牲氧化及硬掩膜沉積；
[0006] (2)光刻及硬掩膜刻蝕；
[0007] (3)溝槽刻蝕及去除光刻膠；
[0008] (4)去除硬掩膜和氧化層；
[0009] (5)熱修復及犧牲氧化生長。
[0010] 上述技術方案，步驟（1)所述的犧牲氧化具體操作方法為將待處理硅片放入高溫 爐管中，控制溫度在890~910°C，通入氧氣，進行氧化層生長處理35~50min ;所述的硬 掩膜沉積的具體操作方法為將犧牲氧化處理后的硅片放入二氧化硅沉積設備中，在溫度為 690~720°C、壓力為290~310mtorr條件下處理8~12min，墊積二氧化娃硬掩膜；
[0011] 上述技術方案，步驟（2)所述光刻包括涂膠、顯影和曝光步驟；所述硬掩膜刻蝕 的具體操作方法為光刻后在壓力1680~1720mtorr、射頻功率780~820W、二氟甲烷流量 45~55sccm、四氟化碳流量70~80sccm、氬氣流量790~810sccm條件下，對硬掩膜刻蝕。
[0012] 上述技術方案，步驟（3)所述溝槽刻蝕的具體操作方法包括三個刻蝕步驟，其中 第一刻蝕步驟為在壓力4~6mtorr、高頻射頻功率900~970W、低頻射頻功率20~40W、氯 氣流量20~30sccm、溴化氫流量30~40sccm的條件下刻蝕380~420S ;第二刻蝕步驟為 在壓力20~30mtorr、高頻射頻功率970~1300W、低頻射頻功率10~19W、氯氣流量8~ 13sccm、溴化氫流量50~70sccm的條件下刻蝕80~100S ;第三刻蝕步驟為在壓力2~ 4mtorr、高頻射頻功率900~970W、低頻射頻功率30~50W、氯氣流量8~13sccm，氬氣流 量45~55sccm的條件下刻蝕12~18S ;所述去除光刻膠的具體操作方法為將溝槽刻蝕完 畢后的娃片放入硫酸與雙氧水的混合溶液中，于110~130°C條件下反應8~12min。
[0013] 上述技術方案，步驟（4)中使用二氧化硅刻蝕液去除硬掩膜和氧化層。
[0014] 上述技術方案，步驟（5)所述熱修復及犧牲氧化生長的具體操作方法為將步驟 (4)處理制得的硅片放入高溫爐管，調節溫度到880~920°C，通入氧氣，處理80~lOOmin。
[0015] 上述技術方案，步驟（1)所述犧牲氧化所得的氧化層厚度達到170~19() A ;所述 硬掩膜沉積得到的硬掩膜厚度為2000 A。
[0016] 上述技術方案，步驟（5)所述犧牲氧化生長得到的氧化層厚度為340~360 A。
[0017] 采用上述技術方案后，本發明具有以下積極效果：
[0018] (1)本發明的刻蝕方法，并沒有在硬掩膜刻蝕后直接去除光刻膠，而是先進行溝槽 刻蝕，利用光刻膠與溴化氫結合形成聚合物進行側壁保護，使刻蝕出的溝槽比較直，在溝槽 刻蝕后才進行光刻膠的去除；
[0019] (2)去除刻蝕溝槽所用的硬掩膜和氧化層的步驟之后，進行熱修復和犧牲氧化生 長步驟主要用于修復刻蝕過程產生的損傷，并利用犧牲氧化將溝槽頂部及底部形貌進行圓 滑處理，使溝槽的頂部和底部圓滑；
[0020] (3)本發明的刻蝕方法，由于溝槽的頂部和底部形狀優劣會決定氧化物的生長厚 度，并進一步的影響柵極氧化層的質量和均勻性，由于溝槽刻蝕形貌良好，頂部和底部圓 滑，所以由本發明的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法制得的柵極氧化層質量良好；
[0021 ] (4)本發明的溝槽刻蝕方法，可以在普通的溝槽刻蝕設備上使用，依然能夠得到良 好的刻蝕溝槽，減少生成成本。
【附圖說明】
[0022] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明。
[0023] 圖1為本發明的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法步驟流程圖；
[0024] 圖2為使用本發明的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法對一種半導體器件進行處理的 效果圖。
【具體實施方式】
[0025] 如圖1所示，為本發明的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，其包括以下步驟：
[0026] S101，犧牲氧化及硬掩膜沉積：將待處理硅片放入高溫爐管中，控制溫度在890~ 910°C，通入氧氣，進行氧化層生長處理35~50min，得到犧牲氧化層厚度為170~190 A。 將犧牲氧化處理后的硅片放入二氧化硅沉積設備中，在溫度為690~720°C、壓力為290~ 310mtorr條件下處理8~12min，墊積二氧化娃硬掩膜，硬掩膜厚度為2000 A。
[0027] S102,光刻及硬掩膜刻蝕：將經過硬掩膜沉積處理后的硅片進行涂膠、顯影和曝 光操作。然后在壓力為1680~1720mtorr、射頻功率為780~820W、二氟甲烷流量45~ 55sccm、四氟化碳流量70~80sccm、氬氣流量790~810sccm條件下，對硬掩膜刻蝕。
[0028] S103,溝槽刻蝕及去除光刻膠：先在壓力4~6mtorr、高頻射頻功率900~970W、 低頻射頻功率20~40W、氯氣流量20~30sccm、溴化氫流量30~40sccm的條件下對硅 片刻蝕380~420S ;然后在壓力20~30mtorr、高頻射頻功率970~1300W、低頻射頻功率 10~19W、氯氣流量8~13sccm、溴化氫流量50~70sccm的條件下對娃片刻蝕80~100S ; 其次在壓力2~4mtorr、高頻射頻功率900~970W、低頻射頻功率30~50W、氯氣流量8~ 13sccm，氬氣流量45~55sccm的條件下對硅片刻蝕12~18S，溝槽刻蝕完畢。將刻蝕完 畢的硅片放入硫酸與雙氧水體積比為5:1的混合溶液中，于110~130°C條件下反應8~ 12min，以去除光刻膠。
[0029] S104,去除硬掩膜和犧牲氧化層：使用二氧化硅刻蝕液去除硬掩膜和犧牲氧化層。
[0030] S105,熱修復及犧牲氧化生長：將硅片放入高溫爐管，調節溫度到880~920°C，通 入氧氣，處理80~lOOmin，得到的氧化層厚度為34〇~360 A。
[0031] 實施例1
[0032] 將待處理硅片放入高溫爐管中，控制溫度在890°C，通入氧氣，進行氧化層生長處 理50min，得到犧牲氧化層厚度為1 80 A。將犧牲氧化處理后的硅片放入二氧化硅沉積設備 中，在溫度為7〇〇°C、壓力為310mtorr條件下處理8min，墊積二氧化娃硬掩膜，得到的硬掩 膜厚度為:2〇ao A。將經過硬掩膜沉積處理后的硅片進行涂膠、顯影和曝光操作。光刻處 理后在壓力為1720mtorr、射頻功率為780W、二氟甲烷流量50sccm、四氟化碳流量80sccm、 氬氣流量79〇 SCCm條件下，對硬掩膜刻蝕。然后先在壓力4mtorr、高頻射頻功率900W、低頻 射頻功率40W、氯氣流量3〇 SCCm、溴化氫流量4〇SCCm的條件下對硅片刻蝕400S ;再在壓力 25mtorr、高頻射頻功率1300W、低頻射頻功率19W、氯氣流量8sccm、溴化氫流量60sccm的 條件下對硅片刻蝕90S ;其次在壓力2mtorr、高頻射頻功率950W、低頻射頻功率40W、氯氣流 量13SCCm，氬氣流量45 SCCm的條件下對硅片刻蝕18S，溝槽刻蝕完畢。將刻蝕完畢的硅片 放入硫酸與雙氧水體積比為5:1的混合溶液中，于110°C條件下反應lOmin，以去除光刻膠。 光刻膠去除完畢后，使用二氧化硅刻蝕液去除硬掩膜和犧牲氧化層。然后將硅片放入高溫 爐管，調節溫度到880°C，通入氧氣，處理90min，得到的氧化層厚度為360 /\。
[0033] 使用二氧化硅刻蝕液去除犧牲氧化層，對硅片表面清洗，能夠根據不同產品需求 進行柵氧生長，得到柵極氧化層。
[0034] 圖2為使用本實施例的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法對一種半導體器件I進行刻 蝕處理的溝槽效果圖，其中山為349.8611111，(1 2為237.6911111。由圖2可以看出，溝槽筆直，形 貌良好，頂部及底部圓滑，可以說明本實施例的刻蝕方法為較好的處理方法。
[0035] 實施例2
[0036] 將待處理硅片放入高溫爐管中，控制溫度在910°C，通入氧氣，進行氧化層生長處 理45min，得到犧牲氧化層厚度為丨70 A。將犧牲氧化處理后的硅片放入二氧化硅沉積設備 中，在溫度為720°C、壓力為300mtorr條件下處理lOmin，墊積二氧化娃硬掩膜，得到的硬掩 膜厚度為2000 A。將經過硬掩膜沉積處理后的硅片進行涂膠、顯影和曝光操作。光刻處 理后在壓力為1700mtorr、射頻功率為800W、二氟甲烷流量45sccm、四氟化碳流量75sccm、 氬氣流量80〇 SCCm條件下，對硬掩膜刻蝕。然后先在壓力5mtorr、高頻射頻功率970W、低頻 射頻功率40W、氯氣流量2〇 SCCm、溴化氫流量3〇SCCm的條件下對硅片刻蝕420S ;再在壓力 20mtorr、高頻射頻功率1000W、低頻射頻功率10W、氯氣流量lOsccm、溴化氫流量50sccm的 條件下對硅片刻蝕100S ;其次在壓力3mtorr、高頻射頻功率900W、低頻射頻功率50W、氯氣 流量8SCCm，氬氣流量5〇 SCCm的條件下對硅片刻蝕15S，溝槽刻蝕完畢。將刻蝕完畢的硅片 放入硫酸與雙氧水體積比為5:1的混合溶液中，于120°C條件下反應8min，以去除光刻膠。 光刻膠去除完畢后，使用二氧化硅刻蝕液去除硬掩膜和犧牲氧化層。然后將硅片放入高溫 爐管，調節溫度到900°C，通入氧氣，處理80min，得到的氧化層厚度為350 A。
[0037] 使用二氧化硅刻蝕液去除犧牲氧化層，對硅片表面清洗，能夠根據不同產品需求 進行柵氧生長，得到柵極氧化層。
[0038] 使用本實施例的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法對一種半導體器件I進行刻蝕處理 的溝槽效果圖與圖2相似，在此省略。
[0039] 實施例3
[0040] 將待處理硅片放入高溫爐管中，控制溫度在900°C，通入氧氣，進行氧化層生長處 理35min，得到犧牲氧化層厚度為190 A。將犧牲氧化處理后的硅片放入二氧化硅沉積設備 中，在溫度為690°C、壓力為290mtorr條件下處理12min，墊積二氧化娃硬掩膜，得到的硬掩 膜厚度為2000 A。將經過硬掩膜沉積處理后的硅片進行涂膠、顯影和曝光操作。光刻處 理后在壓力為1680mtorr、射頻功率為820W、二氟甲烷流量55sccm、四氟化碳流量70sccm、 氬氣流量81〇 SCCm條件下，對硬掩膜刻蝕。然后先在壓力6mtorr、高頻射頻功率950W、低頻 射頻功率30W、氯氣流量25 SCCm、溴化氫流量35SCCm的條件下對硅片刻蝕380S ;再在壓力 30mtorr、高頻射頻功率970W、低頻射頻功率15W、氯氣流量13sccm、溴化氫流量70sccm的 條件下對硅片刻蝕80S ;其次在壓力4mtorr、高頻射頻功率970W、低頻射頻功率30W、氯氣流 量lOsccm，氬氣流量55SCCm的條件下對硅片刻蝕12S，溝槽刻蝕完畢。將刻蝕完畢的硅片 放入硫酸與雙氧水體積比為5:1的混合溶液中，于130°C條件下反應12min，以去除光刻膠。 光刻膠去除完畢后，使用二氧化硅刻蝕液去除硬掩膜和犧牲氧化層。然后將硅片放入高溫 爐管，調節溫度到920°C，通入氧氣，處理lOOmin，得到的氧化層厚度為340A。
[0041] 使用二氧化硅刻蝕液去除犧牲氧化層，對硅片表面清洗，能夠根據不同產品需求 進行柵氧生長，得到柵極氧化層。
[0042] 使用本實施例的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法對一種半導體器件I進行刻蝕處理 的溝槽效果圖與圖2相似，在此省略。
[0043] 對本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種 相應的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應該屬于本發明要求的保護范圍之 內。
【主權項】
1. 一種刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，其特征在于：包括W下步驟： (1) 犧牲氧化及硬掩膜沉積； (2) 光刻及硬掩膜刻蝕； (3) 溝槽刻蝕及去除光刻膠； (4) 去除硬掩膜和氧化層； (5) 熱修復及犧牲氧化生長。2. 根據權利要求1所述的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，其特征在于：步驟（1)所述的 犧牲氧化具體操作方法為將待處理娃片放入高溫爐管中，控制溫度在890~910°C，通入氧 氣，進行氧化層生長處理35~50min ;所述的硬掩膜沉積的具體操作方法為將犧牲氧化處 理后的娃片放入二氧化娃沉積設備中，在溫度為690~720°C、壓力為290~3IOmtorr條件 下處理8~12min，墊積二氧化娃硬掩膜。3. 根據權利要求1所述的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，其特征在于：步驟（2)所述光 刻包括涂膠、顯影和曝光步驟；所述硬掩膜刻蝕的具體操作方法為光刻后在壓力1680~ 1720mtorr、射頻功率780~820W、二氣甲燒流量45~55sccm、四氣化碳流量70~SOsccm、 氣氣流量790~SlOsccm條件下，對硬掩膜刻蝕。4. 根據權利要求1所述的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，其特征在于：步驟（3)所述溝 槽刻蝕的具體操作方法包括S個刻蝕步驟，其中第一刻蝕步驟為在壓力4~6mtorr、高頻 射頻功率900~970W、低頻射頻功率20~40W、氯氣流量20~30sccm、漠化氨流量30~ 40sccm的條件下刻蝕380~420S ;第二刻蝕步驟為在壓力20~30mtorr、高頻射頻功率 970~1300W、低頻射頻功率10~19W、氯氣流量8~13sccm、漠化氨流量50~70sccm的 條件下刻蝕80~IOOS ;第S刻蝕步驟為在壓力2~4mtorr、高頻射頻功率900~970W、低 頻射頻功率30~50W、氯氣流量8~13sccm，氣氣流量45~55sccm的條件下刻蝕12~ 18S;所述去除光刻膠的具體操作方法為將溝槽刻蝕完畢后的娃片放入硫酸與雙氧水的混 合溶液中，于110~130°C條件下反應8~12min。5. 根據權利要求1所述的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，其特征在于：步驟（4)中使用 二氧化娃刻蝕液去除硬掩膜和氧化層。6. 根據權利要求1-5任一項所述的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，其特征在于：步驟巧） 所述熱修復及犧牲氧化生長的具體操作方法為將步驟（4)處理制得的娃片放入高溫爐管， 調節溫度到880~920°C，通入氧氣，處理80~lOOmin。7. 根據權利要求2所述的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，其特征在于：步驟（1)所述 犧牲氧化所得的氧化層厚度達到170~190 A;所述硬掩膜沉積得到的硬掩膜厚度為 2000 A。8. 根據權利要求6所述的刻蝕半導體溝槽的刻蝕方法，其特征在于：步驟（5)所述犧 牲氧化生長得到的氧化層厚度為340~360 A。
【文檔編號】H01L21/308GK105990127SQ201510055643
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月3日
【發明人】王友偉
【申請人】蘇州同冠微電子有限公司