本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝，尤其涉及一種刻蝕小尺寸復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)的制造方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)有技術(shù)中，對于“氮化硅—硅—氮化硅/氧化硅”這類多層復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)的刻蝕，常常面臨諸多挑戰(zhàn)。特別是在硅層刻蝕過程中，鉆蝕現(xiàn)象尤為突出(如圖1所示)，這不僅會損害器件性能，也會干擾后續(xù)工藝的順利進行。此外，在刻蝕至介質(zhì)層底部時，碎片問題也時有發(fā)生。這些問題的存在，限制了器件制造的精度和可靠性。

2、傳統(tǒng)工藝中，針對此類復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)的刻蝕，通常需要在不同的刻蝕機臺之間轉(zhuǎn)移晶圓，并依照膜層的順序逐步完成工藝流程。盡管這種方法在一定程度上可行，但在追求高深寬比的硅材料形貌時，其效果并不理想。博世工藝作為目前深硅刻蝕領(lǐng)域的主流技術(shù)，以其高效性和能夠?qū)崿F(xiàn)高深寬比結(jié)構(gòu)的能力而受到青睞。然而，即便如此，博世工藝在面對特殊高深寬比結(jié)構(gòu)的硅襯底時，也存在其局限性。特別是，如果試圖通過調(diào)整鈍化保護環(huán)節(jié)來預(yù)防鉆蝕現(xiàn)象，會打破博世工藝中固有的“鈍化-刻蝕”平衡，進而影響到硅結(jié)構(gòu)的正確形成。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決以上現(xiàn)有技術(shù)的全部或部分問題，本發(fā)明提供了一種刻蝕小尺寸復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)的制造方法，通過在同一刻蝕設(shè)備內(nèi)連續(xù)進行刻蝕，在刻蝕第一介質(zhì)層的過程中，自然產(chǎn)生的聚合物沉積形成保護層，為后續(xù)硅襯底的刻蝕提供了初始保護，有效防止了鉆蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種刻蝕小尺寸復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：

4、s1.提供一硅襯底，所述硅襯底的表面形成有第一介質(zhì)層；

5、s2.將所述硅襯底置于同一刻蝕設(shè)備的深硅刻蝕腔體中；

6、s3.采用第一刻蝕工藝對所述第一介質(zhì)層進行刻蝕，形成貫穿至硅襯底的第一通孔，刻蝕過程中產(chǎn)生的聚合物自然沉積在所述第一通孔的側(cè)壁及底部，形成初步的保護層；

7、s4.采用博世刻蝕工藝對位于所述第一通孔下方的硅襯底進行刻蝕，所述博世刻蝕工藝循環(huán)執(zhí)行鈍化沉積工藝和第二刻蝕工藝，直至形成貫穿的硅通孔。

8、通過在同一刻蝕設(shè)備內(nèi)連續(xù)進行刻蝕，避免了晶圓在不同機臺間的轉(zhuǎn)移，減少了因環(huán)境變化導(dǎo)致的刻蝕精度損失。在形成第一通孔的過程中，刻蝕產(chǎn)生的聚合物自動在通孔側(cè)壁和底部沉積，形成了一層初步的保護層。這層保護層對于后續(xù)刻蝕步驟至關(guān)重要，有助于保護通孔的側(cè)壁，防止在刻蝕硅襯底時發(fā)生鉆蝕現(xiàn)象，保證了硅通孔的垂直度和尺寸精度。

9、所述硅襯底的底面形成有第二介質(zhì)層，步驟s4中進行所述博世刻蝕工藝刻蝕時，所述第二介質(zhì)層作為所述硅襯底的刻蝕停止層。

10、還包括步驟s5.采用第三刻蝕工藝對所述第二介質(zhì)層進行刻蝕，形成貫穿的第二通孔。

11、所述第一介質(zhì)層、所述硅襯底和所述第二介質(zhì)層的刻蝕步驟均在同一刻蝕腔室內(nèi)依次進行。

12、步驟s3中所述第一刻蝕工藝的參數(shù)為：刻蝕腔室壓力為10毫托至200毫托，刻蝕源射頻電源功率為1000瓦至5000瓦，刻蝕偏壓射頻電源功率為0瓦至1000瓦，刻蝕氣體包括sf6、ar、o2、c4f8，其中sf6的流量為200sccm至2000sccm、ar的流量為100sccm至1000sccm、o2的流量為10sccm至500sccm、c4f8的流量為20sccm至500sccm，刻蝕時間為5秒至200秒，時間會根據(jù)刻蝕深度變化，因此可以超過上限。

13、步驟s4中所述鈍化沉積工藝的參數(shù)為：腔室壓力為10毫托至150毫托，源射頻電源功率為1000瓦至5000瓦，偏壓射頻電源功率為0瓦至1000瓦，鈍化沉積氣體包括c4f8，其中c4f8的流量為200sccm至1000sccm，鈍化沉積時間為1秒至8秒。

14、步驟s4中所述第二刻蝕工藝的參數(shù)為：刻蝕腔室壓力為10毫托至100毫托，刻蝕源射頻電源功率為1000瓦至5000瓦，刻蝕偏壓射頻電源功率為50瓦至1000瓦，刻蝕氣體包括sf6、o2，其中sf6的流量為100sccm至1000sccm、o2的流量為50sccm至300sccm，刻蝕時間為1秒至10秒。

15、步驟s5中所述第三刻蝕工藝的參數(shù)為：刻蝕腔室壓力為10毫托至200毫托，刻蝕源射頻電源功率為1000瓦至5000瓦，刻蝕偏壓射頻電源功率為0瓦至1000瓦，刻蝕氣體包括sf6、ar、o2、c4f8，其中sf6的流量為200sccm至2000sccm、ar的流量為100sccm至1000sccm、o2的流量為10sccm至500sccm、c4f8的流量為20sccm至500sccm，刻蝕時間為5秒至200秒，時間會根據(jù)刻蝕深度變化，因此可以超過上限。

16、所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層設(shè)計為單層或多層結(jié)構(gòu)，由氮化硅、氧化硅或氧化鋁中的一種組成。

17、所述方法在刻蝕過程中的溫度控制在0℃至20℃之間。

18、本發(fā)明至少具有以下有益效果：

19、通過在同一刻蝕設(shè)備內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)的刻蝕過程，避免了晶圓在不同機臺間的轉(zhuǎn)移，減少了環(huán)境變化對刻蝕精度的潛在影響。在刻蝕第一介質(zhì)層時，自然產(chǎn)生的聚合物沉積形成保護層，這一創(chuàng)新步驟有效預(yù)防了硅襯底刻蝕過程中的鉆蝕現(xiàn)象，提高了刻蝕的精確性和通孔的質(zhì)量。通過博世刻蝕工藝的循環(huán)鈍化和刻蝕步驟，本發(fā)明實現(xiàn)了對硅襯底的高深寬比刻蝕，同時保持了通孔側(cè)壁的垂直度和精度。在刻蝕第二介質(zhì)層時，深硅刻蝕腔體不僅能夠提供充足的能量以實現(xiàn)對高深寬比結(jié)構(gòu)底部的深入刻蝕，而且還具備冷卻功能，對晶圓進行有效降溫，從而減少因熱應(yīng)力引發(fā)的晶圓碎片問題。

技術(shù)特征：

1.一種刻蝕小尺寸復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅襯底的底面形成有第二介質(zhì)層，步驟s4中進行所述博世刻蝕工藝刻蝕時，所述第二介質(zhì)層作為所述硅襯底的刻蝕停止層。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，還包括步驟s5.采用第三刻蝕工藝對所述第二介質(zhì)層進行刻蝕，形成貫穿的第二通孔。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層、所述硅襯底和所述第二介質(zhì)層的刻蝕步驟均在同一刻蝕腔室內(nèi)依次進行。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s3中所述第一刻蝕工藝的參數(shù)為：刻蝕腔室壓力為10毫托至150毫托，刻蝕源射頻電源功率為1000瓦至5000瓦，刻蝕偏壓射頻電源功率為0瓦至1000瓦，刻蝕氣體包括sf6、ar、o2、c4f8，其中sf6的流量為200sccm至2000sccm、ar的流量為100sccm至1000sccm、o2的流量為10sccm至500sccm、c4f8的流量為20sccm至500sccm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s4中所述鈍化沉積工藝的參數(shù)為：刻蝕腔室壓力為10毫托至150毫托，刻蝕源射頻電源功率為1000瓦至5000瓦，刻蝕偏壓射頻電源功率為0瓦至1000瓦，鈍化沉積氣體包括c4f8，其中c4f8的流量為200sccm至1000sccm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s4中所述第二刻蝕工藝的參數(shù)為：刻蝕腔室壓力為10毫托至100毫托，刻蝕源射頻電源功率為1000瓦至5000瓦，刻蝕偏壓射頻電源功率為50瓦至1000瓦，刻蝕氣體包括sf6、o2，其中sf6的流量為100sccm至1000sccm、o2的流量為50sccm至300sccm。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟s5中所述第三刻蝕工藝的參數(shù)為：刻蝕腔室壓力為10毫托至150毫托，刻蝕源射頻電源功率為1000瓦至5000瓦，刻蝕偏壓射頻電源功率為0瓦至1000瓦，刻蝕氣體包括sf6、ar、o2、c4f8，其中sf6的流量為200sccm至2000sccm、ar的流量為100sccm至1000sccm、o2的流量為10sccm至500sccm、c4f8的流量為20sccm至500sccm。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層設(shè)計為單層或多層結(jié)構(gòu)，由氮化硅、氧化硅或氧化鋁中的一種組成。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，刻蝕過程中的溫度控制在0℃至20℃之間。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種刻蝕小尺寸復(fù)合膜層結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：S1.提供一硅襯底，所述硅襯底的表面形成有第一介質(zhì)層；S2.將所述硅襯底置于同一刻蝕設(shè)備的深硅刻蝕腔體中；S3.采用第一刻蝕工藝對所述第一介質(zhì)層進行刻蝕，形成貫穿至硅襯底的第一通孔，刻蝕過程中產(chǎn)生的聚合物自然沉積在所述第一通孔的側(cè)壁及底部，形成初步的保護層；S4.采用博世刻蝕工藝對位于所述第一通孔下方的硅襯底進行刻蝕，所述博世刻蝕工藝循環(huán)執(zhí)行鈍化沉積工藝和第二刻蝕工藝，直至形成貫穿的硅通孔。通過在同一刻蝕設(shè)備內(nèi)連續(xù)進行刻蝕，在形成第一通孔的過程中，刻蝕產(chǎn)生的聚合物在通孔側(cè)壁和底部沉積，形成初步的保護層，有助于保護通孔的側(cè)壁，防止在刻蝕硅襯底時發(fā)生鉆蝕現(xiàn)象。

技術(shù)研發(fā)人員：陳朔,蘇泳全
受保護的技術(shù)使用者：上海新微技術(shù)研發(fā)中心有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26