[發(fā)明專利]一種氮化硅刻蝕方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210254276.7
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114664653A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳長鴻;孫一軍;孫穎;王妹芳;孫家寶;劉艷華;劉志;謝石建
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311;H01L21/02;H01L21/56
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種氮化硅刻蝕方法。利用RF電源生成鈍化氣等離子體在氮化硅膜表面附著鈍化層，鈍化層形成在氮化硅膜表面的凸起和凹槽中；調(diào)節(jié)RF電源生成清潔氣等離子體，保留氮化硅膜表面的凹槽側(cè)壁的鈍化層，使清潔氣等離子體清除氮化硅膜表面沿垂直方向的殘留物；通入刻蝕氣體，并調(diào)節(jié)工藝參數(shù)進(jìn)行氮化硅膜表面的刻蝕。本發(fā)明首次實現(xiàn)C₄F₆在氮化硅刻蝕中的應(yīng)用，并通過RF功率、ICP功率、氣體種類、氣體配比和刻蝕壓力等工藝參數(shù)優(yōu)化，克服傳統(tǒng)硬掩模刻蝕工藝中刻蝕速率低，下層材料過刻等刻蝕難題，能有效降低Si刻蝕速率同時提高Si₃N₄刻蝕速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體加工技術(shù)領(lǐng)域的一種刻蝕處理方法，具體的涉及一種氮化硅刻蝕方法。

背景技術(shù)

隨著在集成電路科技節(jié)點不斷推進(jìn)，對制造工藝的精度要求愈加嚴(yán)格。其中刻蝕工藝作為制造工藝的關(guān)鍵步驟之一更具挑戰(zhàn)。針對55nm以下的工藝節(jié)點，其光刻工藝通常要求使用更薄的光刻膠以實現(xiàn)更高光刻精度。但薄膠難以作為刻蝕掩膜。為提高對下層材料的刻蝕效果，通常需要沉積Si₃N₄等薄膜材料作為硬掩模來取代傳統(tǒng)光刻膠掩膜。而硬掩模刻蝕的主要困難包括：

傳統(tǒng)工藝的圖形轉(zhuǎn)移精度欠佳。由于對硬掩模進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移刻蝕容易引起光刻膠橫向刻蝕，導(dǎo)致硬掩模圖形尺寸漂移。

傳統(tǒng)工藝的雜質(zhì)污染問題。由于多一道圖形轉(zhuǎn)移工藝，容易導(dǎo)致器件凹槽等位置出現(xiàn)雜質(zhì)臟污等問題，導(dǎo)致器件失效。

傳統(tǒng)工藝的刻蝕的光刻膠/氮化硅選擇比低，容易導(dǎo)致出現(xiàn)光刻膠刻完后硬掩模還未刻穿。

傳統(tǒng)工藝的氮化硅/硅選擇比較低。在刻蝕硬掩模的過程中容易對下層材料(如Si，SiO₂等)過刻。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種三步法氮化硅刻蝕工藝，通過鈍化、清洗和新型電子氣刻蝕，提高了圖形轉(zhuǎn)移精度、下層材料選擇比、介質(zhì)層刻蝕速率、和對光刻膠的選擇比、有效避免因雜志污染導(dǎo)致器件失效。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

S1、鈍化步驟：在刻蝕機中，利用刻蝕機的RF電源生成鈍化氣等離子體在氮化硅膜表面附著鈍化層，鈍化層形成在氮化硅膜表面的凸起和凹槽中；

S2、清洗步驟：在刻蝕機中，調(diào)節(jié)刻蝕機的RF電源生成清潔氣等離子體，保留氮化硅膜表面的凹槽側(cè)壁的鈍化層，使清潔氣等離子體清除氮化硅膜表面沿垂直方向的殘留物；

S3、正式刻蝕步驟：通入刻蝕氣體，并調(diào)節(jié)工藝參數(shù)進(jìn)行氮化硅膜表面的刻蝕。

所述的氮化硅膜從上到下分別為光刻膠、氮化硅層、硅基底。

在步驟S1前，還使用含ICP-RF雙電源的刻蝕機對以光刻膠作掩膜的氮化硅膜進(jìn)行預(yù)刻蝕，形成在氮化硅膜表面的凸起和凹槽。

所述的鈍化氣均是C₄F₆，所述的清潔氣為O₂和Ar的混合氣體，所述的刻蝕氣為C₄F₆、CHF₃和SF₆的混合氣體。

所述S1的鈍化步驟中，通入50sccm的C₄F₆，調(diào)節(jié)刻蝕機的腔室壓力使得環(huán)境壓力為40-80mtorr，ICP電源900-1100W，RF電源10-35W，維持氮化硅膜溫度5-40℃，鈍化時間10s。

本步驟通入鏈狀分子結(jié)構(gòu)的C₄F₆快速分解形成鈍化自由基，快速附著形成鈍化膜。同時這種鏈狀分子結(jié)構(gòu)所形成的薄膜更容易被化學(xué)刻蝕清除，有利于在S2清洗步中的垂直面清理。