專利名稱：Icp等離子體反應(yīng)器中控制硅槽和二氧化硅厚度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及半導(dǎo)體晶圓制造工藝領(lǐng)城，具體是指一種在感應(yīng)耦合等離子體(ICP， Inductively-Coupled-Plasma)反應(yīng)器中控制珪槽(Si Recess)深度和形 成二氧化硅保護(hù)層并精確控制其厚度的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代社會中，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體技術(shù)不斷發(fā)展，特別是對于現(xiàn)代的超大 M^莫集成電路芯片來說，各種各樣的工藝方法和設(shè)計方式層出不窮。而對于二氧化硅保護(hù)層 來說，在現(xiàn)代硅集成電路的制造和裝配工藝中扮演了非常重要的角色，通常情況下，它們是 通過熱氧化工藝形成的，也就是將硅晶圓放入爐子中使得硅表面暴露在高溫下的氧化環(huán)境中 (比如氧氣02、水H20等)?，F(xiàn)有技術(shù)中，半導(dǎo)體晶圓的多晶硅柵極燭刻過程首先是經(jīng)過光阻去除(Photo Resist Strip) 處理，接著通過濕法洗滌工藝將殘留的光阻物質(zhì)和顆粒完全清除，請參閱圖1所示；然后在 后續(xù)的處理步驟中在硅表面形成犧牲層或者保護(hù)氧化層?，F(xiàn)有工藝技術(shù)雖可以精確控制二氧化硅保護(hù)層的生長及其厚度，但無法控制硅槽的深度， 從而無法很好的滿足特定的器件要求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種簡單且能夠獨立有效控制硅槽深度和二氧化硅層保護(hù)厚度以滿 足特定器件的要求、且成品率高、制造成本低、循環(huán)時間短的方法。為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽深度和二氧化硅層厚度 的方法如下該ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽深度和二氣化硅層厚度的方法，其主要特點是，所述 的方法包括以下步驟(1) 將經(jīng)過光阻去除處理后的多晶硅柵極晶圓放置于感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器中；(2) 先在沒有加栽射頻偏壓電源的條件下注入活性蝕刻氣體對半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行各向同性蝕刻，并形成珪槽；(3)然后在加栽射頻偏壓電源的條件下注入氣氣等離子體，在半導(dǎo)體晶圓表面形成二氣 化珪保護(hù)層。該ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽深度和二氧化珪層厚度的方法的活性蝕刻氣體為四氟 化碳?xì)怏w。該ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽深度和二氧化硅層厚度的方法的對半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行各 向同性蝕刻過程中的壓力為5~20公噸(mT, Metric Ton),四氟化碳?xì)怏w流速為20~100標(biāo)準(zhǔn) 狀態(tài)毫升/分(sccm， standard-state cubic centimeter per minute),反應(yīng)時間為5 30移、。 該ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽和二氧化硅厚度的方法的射頻偏壓為50~150V。 采用了該發(fā)明的ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽和二氧化硅厚度的方法，由于其通過將 經(jīng)過光阻去除處理后的半導(dǎo)體晶圓放置于感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器中，通過在預(yù)設(shè)的工藝條 件下通入活性蝕刻氣體對半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行各向同性蝕刻，形成一定深度的硅槽，接著在預(yù)設(shè) 的工藝條件下再通入氧氣等離子體，從而在半導(dǎo)體晶圓表面形成一定厚度的二氧化硅掩膜層， 從而實現(xiàn)了獨立有效地控制硅槽深度和二氣化硅層的厚度，在一定范圍內(nèi)較好地滿足了特定 半導(dǎo)體器件的要求，而且成品率高，產(chǎn)品的工作性能穩(wěn)定可靠，同時制造成^J艮低；不僅如用范圍廣泛，為半導(dǎo)體制造工藝的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體晶圃的多晶硅柵極性刻工藝的流程圖。圖2為本發(fā)明的利用ICP等離子體反應(yīng)器進(jìn)行半導(dǎo)體晶圓的柱柵極蝕刻工藝的過程示意圖。圖3為本發(fā)明的方法中各種工藝條件和氧化層厚度關(guān)系的窗口檢測結(jié)果示意圖。 圖4a為未經(jīng)過本發(fā)明的方法處理的沒有形成硅槽的半導(dǎo)體晶圓柵極蝕刻在透射電子顯 微鏡TEM下的照片。圖4b為經(jīng)過本發(fā)明的方法處理后的形成硅槽的半導(dǎo)體晶圓柵極蝕刻在透射電子顯微鏡 TEM下的照片。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細(xì)說明。請參閱圖2所示，該ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽和二氧化硅厚度的方法，包括以下步驟(1) 將經(jīng)過光阻去除處理后的多晶珪柵極晶圓放置于感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器中；(2) 先在沒有加栽射頻偏壓電源的條件下注入活性蝕刻氣體對半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行各向同性 蝕刻，并形成硅槽；其中，該活性蝕刻氣體為四氟化碳CF4氣體；同時在該過程中，壓力為 5~20公噸(mT, Metric Ton),四氟化碳?xì)怏w流速為20~100標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分(sccm， standard-state cubic centimeter per minute )，反應(yīng)時間為5~30秒；(3) 然后在加載射頻偏壓電源的條件下注入氧氣等離子體，在半導(dǎo)體晶圓表面形成二氧 化珪保護(hù)層，其中，該射頻偏壓為50~150V。在實際應(yīng)用當(dāng)中，可以使用Lam Research的TCP9400作為感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器， 接著根據(jù)需要設(shè)計兩步工藝過程的條件，從而滿足蝕刻和氧化物形成的要求。其中第一步是硅槽形成工藝，即在沒有加栽射頻(RF)偏壓電源的條件下進(jìn)行的各向同 性蝕刻，由于通入的CF4氣體活性非常強(qiáng)，從而能夠迅速將殘留的二氧化硅和少量硅去除， 并蝕刻硅的表面層從而形成圖2中的硅槽。同時，通過調(diào)節(jié)控制反應(yīng)時間、反應(yīng)器中的壓力 和蝕刻氣體的流速，便能夠很好的控制硅槽的形成深度。接下來第二步是硅再次氧化工藝，即硅在氧氣等離子體的作用下發(fā)生氧化，由于在加栽 射頻偏壓的條件下，氧離子能夠注入硅晶格內(nèi)，從而在半導(dǎo)體晶圓表面形成一定厚度的二氧 化硅層。請參閱圖3所示，從圖中可以看出，在各個工藝參數(shù)中，射頻偏壓的大小是控制二 氧化硅層形成厚度的關(guān)鍵參數(shù)。再請參閱圖4所示，其顯示了在沒有形成硅槽和形成硅槽兩種情形下的半導(dǎo)體晶圓柵極 在透射電子顯微鏡(TEM)下的照片，其中圖4a為傳統(tǒng)的熱氧化工藝處理后的沒有形成硅槽 的半導(dǎo)體晶圓柵極照片，而圖4b中所形成的硅槽深度可以根據(jù)器件的特定要求來靈活的選擇 工藝參數(shù)和配方，而二氧化硅保護(hù)層的形成可以最大限度的降低側(cè)面硅所受到的破壞，并減 少泄漏電流。在本發(fā)明的工藝方法中，取代了傳統(tǒng)的加熱爐的工藝，硅氧化層在等離子體反應(yīng)器中形 成，硅槽深度和二氧化硅保護(hù)層的厚度可以通過設(shè)置適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)而實現(xiàn)精確獨立的控制， 這樣就可以大大提高半導(dǎo)體器件的電特性。釆用了上述的ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽深度和二氧化硅保護(hù)層厚度的方法，由于 其通過將經(jīng)過光阻去除處理后的半導(dǎo)體晶圓放置于感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器中，通過在預(yù)設(shè) 的工藝條件下通入活性蝕刻氣體對半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行各向同性蝕刻，形成一定深度的硅槽，接 著在預(yù)設(shè)的工藝條件下再通入氧氣等離子體，從而在半導(dǎo)體晶圓表面形成一定厚度的二氧化硅保護(hù)層，從而實現(xiàn)了獨立有效地控制珪槽深度和二氧化硅保護(hù)層的厚度，在一定范圍內(nèi)較 好地滿足了特定半導(dǎo)體器件的要求，而且成品率高，產(chǎn)品的工作性能穩(wěn)定可靠，同時制造成本較低；不僅如此，本發(fā)明的方法能夠廣泛應(yīng)用于0.13^m工藝水平的犧牲氧化層形成的硅柵 極蝕刻，應(yīng)用范圍廣泛，為半導(dǎo)體制造工藝的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描迷。但是，很顯然仍可以作出各種 修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限 制性的。
權(quán)利要求
1. 一種ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽深度和二氧化硅保護(hù)層厚度的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟(1)將經(jīng)過光阻去除處理后的多晶硅柵極晶圓放置于感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器中；(2)先在沒有加載射頻偏壓電源的條件下注入活性蝕刻氣體對半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行各向同性蝕刻，并形成硅槽；(3)然后在加載射頻偏壓電源的條件下注入氧氣等離子體，在半導(dǎo)體晶圓表面形成二氧化硅保護(hù)層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽深度和二氧化硅保護(hù)層厚度的 方法，其特征在于，所述的活性蝕刻氣體為四氟化碳?xì)怏w。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽深度和二氧化硅保護(hù)層厚度的 方法，其特征在于，所述的對半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行各向同性蝕刻過程中的壓力為4~20公噸，四氟 化碳?xì)怏w流速為20~100標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分，反應(yīng)時間為5 30秒。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所迷的ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽深度和二氧化硅 保護(hù)層厚度的方法，其特征在于，所述的射頻偏壓為50~150V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種ICP等離子體反應(yīng)器中控制硅槽和二氧化硅厚度的方法，將半導(dǎo)體晶圓上的多晶硅柵極進(jìn)行光阻去除處理后放置于感應(yīng)耦合等離子體反應(yīng)器中、在沒有加載射頻偏壓電源的條件下注入活性蝕刻氣體對半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行各向同性蝕刻形成硅槽、然后在加載射頻偏壓電源的條件下注入氧氣等離子體在半導(dǎo)體晶圓表面形成二氧化硅保護(hù)層。采用該種ICP等離子體反應(yīng)器控制硅槽深度和二氧化硅保護(hù)厚度的方法，實現(xiàn)了獨立有效地控制硅槽深度和二氧化硅層的厚度，提高了半導(dǎo)體器件的電特性，成品率高，工作性能穩(wěn)定可靠，制造成本較低；能夠廣泛應(yīng)用于0.13μm工藝處理中，應(yīng)用范圍廣泛，為半導(dǎo)體制造工藝的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
文檔編號H01L21/30GK101261939SQ200710037950
公開日2008年9月10日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者林俊毅, 蔣維楠, 馬卓娜 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司