[其他]利用氟化氣體混合物進行硅的等離子體蝕刻

在審

• 申請號: 101986000003233
• 申請日: 1986-05-09
• 公開（公告）號: CN1005882B
• 公開（公告）日: 1989-11-22
• 發明（設計）人: 曾志華
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 魏金璽;盧新華

利用氟化氣體混合物進行等離子體蝕刻硅的一個方法。在蝕刻室里，利用ＣＨＦ₃和ＳＦ₈混合物形成等離子體對硅進行蝕刻。通過改變ＣＨＦ₃／ＳＦ₆混合物中ＣＨＦ₃的百分比可以控制蝕刻的定向度。該方法對被蝕刻的硅表面無不利影響，從而不需要為補救硅表面而進行蝕刻后的熱處理步驟。

本發明涉及硅的等離子體蝕刻方面的問題，特別是半導體元件生產中硅的等離子蝕刻問題。

在使用單晶硅的半導體元件生產中，特別在生產高組裝密度的集成電路芯片時，經常需要蝕刻硅基片的某些表面。在現有的工藝中，這是通過等離子體蝕刻完成的。在等離子體蝕刻過程中，首先將硅片涂一層光刻膠。在光刻膠上作出一些窗口，使光刻膠下面被選定的硅片區域暴露出來。然后把硅片放在蝕刻室中。室體是一個受控制的環繞物，包括用來把氣體導入室體的裝置以及由氣體產生等離子體的電極。典型的氯化氣體如Cl₂、CCl₄等用來形成等離子體以蝕刻硅。將這種氣體導入室體，施加射頻（RF）能量以產生等離子體。直到射頻能量去掉以后蝕刻才會終止，通過調整過程的計時、氣體壓力、射頻能量及氣體流速控制蝕刻深度。

用現有技術的方法蝕刻硅有幾個缺點。第一，使用的氯化氣體對人的生命有很大危險。例如，CCl₄對人體是有毒的，允許的暴露量僅為10PPm。在超過300PPm量級時，立即威脅人體生命。另外，CCl₄是一種可疑的致癌物。氯氣（Cl₂）本身就是有毒的，而且有腐蝕性，按職業防護與健康管理機構（OSHA）規定，允許的暴露量極限僅為1PPm。從25PPm開始能立即危及生命。因此，必須采取昂貴的預防措施以防止那些能危及生命的氣體的泄漏。這些預防措施增加了蝕刻工序的費用。

第二，氯氣具有強的腐蝕性，因此縮短了暴露在這種氣體中的部件的使用壽命。

第三，在硅的蝕刻過程中，氯氣損傷硅的表面，使其粗糙，從而對氧化層的形成有不利影響。這樣就產生不可靠的元件特性。這種損傷可以補救，只不過外加一次熱處理步驟。

最后，氯氣能各向同性地蝕刻硅，鉆蝕光刻膠層，因而為了得到合格的元件需要較大的設計窗口。

所以本發明的一個目的是提供一種蝕刻硅的方法，該方法不涉及有毒物質。

本發明的進一步目的是提供一種蝕刻硅的方法，該方法不使用腐蝕性物質。

本發明還有一個目的是提供一種蝕刻硅的方法，該方法不損傷硅表面。

本發明更進一步的目的是提供一種定向蝕刻硅的方法，以消除對光刻膠層的鉆蝕。

本發明利用氟化氣體混合物形成等離子體以蝕刻硅。這種氣體混合物是由對人體無毒且無腐蝕性的CHF₃和SF₆組成。當利用80%CHF₃和20%SF₆的混合物形成等離子體時，結果得到了基本上定向的硅蝕刻，消除了對光刻膠層的鉆蝕。這個氧化氣體混合物并不損傷硅表面，因而后面的氧化步驟是不受蝕刻影響的。不需要熱處理步驟以補救蝕刻的損傷。

圖1圖解說明，用現有技術的方法蝕刻的硅的剖面圖。

圖2圖解說明，上面有一層光刻膠的硅基片。

圖3圖解說明，在光刻膠上形成窗口以后的圖2所示的硅基片。

圖4圖解說明，蝕刻以后的圖3所示的硅基片。

圖5是一個曲線圖，表示了定向度與CHF₃濃度的關系曲線。

圖6圖解說明，聚合物母體的作用。

這里敘述一個對等離子體蝕刻的有所改進的方法。利用氟化氣體提供定向蝕刻。在下面的敘述中，要提出許多具體的細節，如氣體百分比、射頻功率等等，以便對本發明提供更徹底的理解。然而顯然對工藝熟練者來說，不需要這些具體細節也可以實踐本發明。另一方面，對于大家熟知的過程并未詳細敘述，以期突出本發明的要點。