[其他]利用氟化氣體混合物進行硅的等離子體蝕刻

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 86103233
• 申請日: 1986-05-09
• 公開（公告）號: CN86103233A
• 公開（公告）日: 1987-02-18
• 發(fā)明（設計）人: 曾志華
• 申請（專利權）人: 英特爾公司
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 巫肖南

本發(fā)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(chǎn)中硅的等離子蝕刻問題。

在使用單晶硅的半導體元件生產(chǎn)中，特別在生產(chǎn)高組裝密度的集成電路芯片時，經(jīng)常需要蝕刻硅基片的某些表面。在現(xiàn)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(qū)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(huán)繞物，包括用來把氣體導入室體的裝置以及由氣體產(chǎn)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(chǎn)生等離子體。直到射頻能量去掉以后蝕刻才會終止，通過調(diào)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(xiàn)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(yè)防護與健康管理機構（OSHA）規(guī)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(chǎn)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(fā)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(zhì)。

本發(fā)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(zhì)。

本發(fā)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(fā)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(fā)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。這個氟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(xiàn)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(jié)，如氣體百分比、射頻功率等等，以便對本發(fā)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(jié)也可以實踐本發(fā)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(fā)明的要點。

在等離子體蝕刻時，將硅片放在蝕刻室里。這種類型之蝕刻室是平行金屬板反應器。在這種反應器里，上面和下面的平面電極是水平配置，而且互相平行的。上面的電極通常是“功率”電極，并與射頻發(fā)生器耦合。氣體通過與射頻發(fā)生器耦合的“噴頭”型的上面電極進入。硅片放在蝕刻室內(nèi)的那個下面電極的上面，氣體進入室體，射頻能量用來產(chǎn)生等離子體以進行蝕刻。

蝕刻硅時，光刻掩膜用來確定蝕刻圖形。然而由于蝕刻的各向同性，造成了對光刻膠層的鉆蝕。這種情況的一個例子示于圖1。在硅層10中的光刻圖形是由光刻掩膜11確定的。如圖1所示，蝕刻區(qū)域的側壁擴展到光刻膠下面，結果形成了檐12。由于這一現(xiàn)象，使用這種方法時，為實現(xiàn)所要求的蝕刻，為蝕刻圖形設計的窗口必須比實際的要大一些。這就限制了電路設計上所能達到的密集程度。當前的技術水平要求在1微米寬的光刻膠上形成的圖形。然而，由于蝕刻是各向同性的，蝕刻窗口的最小寬度目前限制在1.5到2微米。