本发明专利技术提供了一种能够提高各向异性的多晶硅刻蚀工艺，包括以下步骤：贯穿刻蚀、脉冲主刻蚀、过刻蚀。其中脉冲主刻蚀步骤采用脉冲功率／流量工艺，在低脉冲周期主要进行聚合物的生成和侧壁保护；在高脉冲周期主要进行多晶硅纵向刻蚀。本发明专利技术的工艺在保证刻蚀剖面形状和ＣＤ控制的同时提高刻蚀速率和刻蚀面积，刻蚀剖面陡直，即各向异性提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种栅刻蚀工艺，具体来说，涉及一种能够提高各向异性的多晶硅脉冲刻蚀工艺。
技术介绍
随着器件特征尺寸不断缩小，集成度的不断提高，工艺控制变得更加严格，对刻蚀工艺提出了新的挑战，加上新材料和大尺寸硅片(300nm)的应用，使这一挑战变得更加严峻。在目前超大规模集成电路制造中遇到的最主要问题就是CD(关键尺寸)控制，理论上CD控制可做到小于3nm水平，而如何得到垂直的、光滑的剖面是CD控制水平提升的关键。刻蚀剖面是指被刻蚀图形的侧壁形状，两种基本刻蚀剖面包括各向同性和各向异性刻蚀剖面(见图1)。各向同性的刻蚀导致被刻蚀材料在掩膜下产生钻蚀，带来线宽较大损失。各向异性刻蚀对于亚微米以下尺寸的小线宽图形制作非常关键，在先进的半导体制造工艺应用中，通常需要得到88-89°(栅极侧壁与底部栅氧层之间的角度)垂直度的侧壁。如图2所示，在等离子刻蚀工艺中，各向异性剖面的形成，是通过刻蚀产物形成聚合物附着在侧壁上形成抗腐蚀钝化膜，从而防止横向侵蚀得到的。这种侧壁保护层需要在较低的射频源功率、下直流偏压和反应气体流量下形成。因为高功率会增加等离子密度和能量，破坏侧壁聚合物保护层，而较高气流会减弱聚合物的沉积能力。但是对于更大尺寸(300mm或450mm)硅片的超深亚微米集成电路，需要通过采用高密度等离子体来获更大面积的等离子体覆盖范围和较高的刻蚀速率。所以高源射频功率往往会导致各向同性刻蚀的发生，影响刻蚀剖面和CD的控制。目前现有技术是通过下述方法来解决上述问题1、改善工艺气体种类和流量。在较高功率和流量下，采用易生成侧壁保护型聚合物的气体，如HBr、CO2，增加聚合物的形成数量。但其仍然存在很大缺陷，如聚合物生成过多，除覆盖在侧壁还覆盖在硅片底部，对刻蚀速率产生影响，难以去除，另外工艺气体用量多，生产成本增高。2、刻蚀工艺中提高下直流偏压。通过调整离子刻蚀方向(向下加速度增大)，从而得到较高的纵向刻蚀速率，但是高直流偏压会导致器件刻蚀损伤，这种方法也不适于实际应用。所以，仍需要提供新的多晶硅脉冲刻蚀工艺以提高各向异性的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的旨在提供一种栅刻蚀工艺，使其在等离子刻蚀过程中形成良好的各向异性的刻蚀剖面，降低横向刻蚀速率，并且具有良好的纵向刻蚀速度，保证刻蚀速率和较大的刻蚀面积(300mm硅片边缘刻蚀速率不降低)。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供了一种能够提高各向异性的多晶硅刻蚀工艺，包括以下步骤(1)贯穿刻蚀、(2)脉冲主刻蚀和(3)过刻蚀。其中贯穿步骤和过刻蚀步骤采用现有工艺的方法，即贯穿步骤所用工艺气体为CF4。过刻蚀步骤所用工艺气体为HBr、He和O2的混合气体。其中脉冲主刻蚀步骤中，采用发射光谱分析进行终点监控(时间大约为50-70s)。脉冲主刻蚀步骤一个周期工艺为高功率/流量步骤中射频源功率为300-500w，刻蚀气体为Cl2、HBr、He、O2和Ar的混合气体，各气体优选比例为Cl2流量为5-40sccm，HBr流量为50-150sccm，He流量为7-14sccm，O2流量3-6sccm，Ar流量为100-150sccm，刻蚀时间为6-10s；低功率/流量步骤中射频源功率为50-100w，刻蚀气体为HBr、He和O2的混合气体，各气体优选比例为HBr流量为50-100sccm，He流量为4-21sccm，O2流量为1-9sccm，时间为4-6s。压力均为5-10mt，下射频功率均为20-60W。优选工艺为高功率/流量步骤中射频源功率为350-450w，刻蚀气体总流量为232-297sccm，各气体优选比例为Cl2流量为10-20sccm，HBr流量为90-120sccm，He流量为8-12sccm，O2流量4-5sccm，Ar流量为120-140sccm，刻蚀时间为8-10s；低功率/流量步骤中射频源功率为70-90w，刻蚀气体总流量为75-93sccm，各气体优选比例为HBr流量为60-80sccm，He流量为10-15sccm，O2流量为5-8sccm，时间为4-6s。最优选工艺为高功率/流量步骤中射频源功率为400w，刻蚀气体总流量为250sccm，其中Cl2流量为15sccm，HBr流量为100sccm，He流量为10sccm，O2流量5sccm，Ar流量为120sccm，刻蚀时间为8s；低功率/流量步骤中射频源功率为80w，刻蚀气体总流量为103sccm，其中HBr流量为80sccm，He流量为15sccm，O2流量为8sccm，时间为4s。由于高射频源功率、高气体流量有利于等离子密度的和刻蚀速率的提高，刻蚀面积的增大；低射频源功率和流量有利于侧壁保护聚合物的形成与覆盖，良好刻蚀剖面的形成。所以，在多晶硅主刻蚀工艺中，采用射频源功率和气体流量的脉冲工艺(高、低功率和气流交替进行)，则即可保证纵向刻蚀速率和刻蚀均匀性的实现，又利于陡直刻蚀剖面的形成，得到具备各向异性特征的多晶硅栅极。在低射频源功率和低气流工艺时间内，聚合物快速生成并覆盖形成横向刻蚀阻挡层。在高射频源功率和高气流工艺时间内，等离子体密度高，作用范围广(可作用于整个300mm硅片)，轰击能力强，对多晶硅形成快速纵向刻蚀，同时对已经形成的聚合物阻挡层进行破坏，当破坏发生到一定程度时，在切换为低功率和气流工艺，阻挡层重新形成，此脉冲工艺交替数个周期后，完成主刻蚀步骤。本专利技术适应的线条宽度为90nm以上工艺的线条刻蚀。(三)有益效果本专利技术的多晶硅主刻蚀采用脉冲功率/流量工艺，在低脉冲周期主要进行聚合物的生成和侧壁保护，防止各向同性刻蚀的发生；在高脉冲周期主要进行多晶硅纵向刻蚀。上述工艺当侧壁保护形成后进行纵向刻蚀步骤，当纵向刻蚀减弱侧壁保护后进行侧壁聚合物重新覆盖步骤。以此达到刻蚀与保护的平衡，在保证刻蚀剖面形状和CD控制的同时提高刻蚀速率和刻蚀面积，其刻蚀结果如图3所示，刻蚀剖面陡直，即各向异性提高。附图说明图1a为各向同性和各向异性刻蚀剖面示意1b为各向异性刻蚀剖面2为各向异性剖面的形成示意3-7为采用本专利技术脉冲刻蚀工艺得到的刻蚀剖面8为现有刻蚀工艺得到的刻蚀剖面图其中观察图1b、3-8所用设备为HitachiS-4700场发射扫描电子显微镜。具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。实施例1工艺(刻蚀)设备感应耦合等离子体刻蚀机观测设备为HitachiS-4700场发射扫描电子显微镜。工艺步骤(从多晶硅刻蚀开始)贯穿刻蚀压力7mt、射频源功率350w、下射频功率40w、刻蚀气体CF450sccm、5s脉冲主刻蚀(高功率/流量)压力10mt、射频源功率500w、下射频功率40w、刻蚀气体Cl220sccm、HBr 80sccm、He 7sccm、O23sccm、Ar120sccm，刻蚀时间为8s。脉冲主刻蚀(低功率/流量)压力10mt、射频源功率50w、下射频功率20w、刻蚀气体HBr 80sccm、He 21sccm、O29sccm，刻蚀时间为6s。上述脉冲主刻蚀交替进行至终点监控系统给出主刻蚀停止信号，进入过刻蚀工艺。过刻蚀压力60mt、射频源功率350w、下射频功率40w、刻蚀气体HBr 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种能够提高各向异性的多晶硅刻蚀工艺，包括以下步骤：（１）贯穿刻蚀、（２）脉冲主刻蚀和（３）过刻蚀。
【技术特征摘要】
1.一种能够提高各向异性的多晶硅刻蚀工艺，包括以下步骤(1)贯穿刻蚀、(2)脉冲主刻蚀和(3)过刻蚀。2.权利要求1所述的刻蚀工艺，其特征在于其中的脉冲主刻蚀步骤一个周期工艺为高功率/流量步骤中射频源功率为300-500w，刻蚀气体为Cl2、HBr、He、O2和Ar的混合气体，气体总流量为165-360sccm，刻蚀时间为6-10s；低功率/流量步骤中射频源功率为50-100w，刻蚀气体为HBr、He和O2的混合气体，气体总流量为55-130sccm，时间为4-6s。3.权利要求1所述的刻蚀工艺，其特征在于其中的脉冲主刻蚀步骤一个周期工艺为高功率/流量步骤中射频源功率为350-450w，刻蚀气体总流量为232-297sccm，刻蚀时间为8-10s；低功率/流量步骤中射频源功率为70-90w，刻蚀气体总流量为75-93sccm，时间为4-6s。4.权利要求2所述的刻蚀工艺，其特征在于脉冲主刻蚀步骤高功率/流量步骤中工艺气体为Cl2流量为5-40sccm，HBr流量为50-150sccm，He流量为7-14sccm，O2流量3-6sccm，Ar流量为100-150sccm；低功率/流量步骤中工艺气体为HBr流量为50-100sccm，He流量为4-21s...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玮，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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