CN111916349A - 硅刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅刻蚀方法，其包括：向反应腔室内通入O2，以通过与Si反应来实现对Si的刻蚀；其中，腔室温度和氧气分压的设定满足使O2与Si反应生成可挥发的SiO。本发明提供的硅刻蚀方法，其可以避免引入有毒气体，且反应产物不会给环境带来不良影响，而且可以提高Si/Si3N4和Si/SiO2的刻蚀选择比。
Description
技术领域
本发明涉及刻蚀技术领域，特别涉及一种硅刻蚀方法。
背景技术
牺牲层刻蚀是集成电路中很重要的工艺，然而随着技术带的更新，原有的刻蚀方法遇到的瓶颈越来越多。牺牲层材料的刻蚀有湿法和干法两种。其中，湿法刻蚀采用腐蚀液腐蚀牺牲层，薄膜极易出现粘附、破裂；而且湿法刻蚀由于表面张力作用很难实现小孔洞的图形清洗，此外湿法刻蚀往往选择比不是很好。
干法刻蚀主要有等离子体干法刻蚀和非等离子体干法刻蚀，其中，由于等离子体干法刻蚀是使用等离子刻蚀，这不可避免的会使表面有一定的离子注入，离子注入会导致纳米器件出现电损伤。非等离子体干法刻蚀是利用刻蚀气体与牺牲层材料发生反应，生成废气后排出。此法可在对结构无破坏的前提下实现牺牲层的去除，具有很好的一致性和均匀性。
但是，在进行硅刻蚀方法时，现有的非等离子体干法刻蚀方法通常采用XeF2作为刻蚀气体，XeF2是氟基刻蚀剂的一种。气态的XeF2在室温下会自发地与Si发生反应，生成气态的SiF4和Xe。然而，XeF2的毒性比较大，且反应产物会给环境带来不良影响。同时，Si/Si3N4和Si/SiO2的刻蚀选择比较低，很容易导致阻挡层SiO2或者Si3N4被刻蚀掉。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种硅刻蚀方法，其可以避免引入有毒气体，且反应产物不会给环境带来不良影响，而且可以提高Si/Si3N4和Si/SiO2的刻蚀选择比。
为实现上述目的，本发明提供了一种硅刻蚀方法，包括：
向反应腔室内通入O2，以通过与Si反应来实现对Si的刻蚀；
其中，腔室温度和氧气分压的设定满足使所述O2与Si反应生成可挥发的SiO。
可选的，所述腔室温度的取值范围在800℃-1800℃。
可选的，所述氧气分压的取值范围在0.2×10-5-1×10-2Torr。
可选的，所述氧气的流量的取值范围在5-200sccm。
可选的，通过调节所述氧气的流量的大小，来实现各向异性刻蚀或者各向同性刻蚀。
可选的，调节所述氧气的流量以使所述氧气的流量小于或者等于30sccm，以实现各向异性刻蚀；或者，调节所述氧气的流量以使所述氧气的流量大于30sccm，以实现各向同性刻蚀。
可选的，在向反应腔室内通入O2的同时，向所述反应腔室内通入稀释气体。
可选的，所述稀释气体的流量的取值范围在1-1000sccm。
可选的，所述稀释气体包括氮气或惰性气体。
可选的，腔室压力的取值范围在10-5-10-2Torr。
可选的，所述向反应腔室内通入O2，以通过与Si反应来实现对Si的刻蚀的步骤进行一次或者多次完成预设刻蚀深度。
本发明的有益效果：
本发明所提供的硅刻蚀方法，其采用O2作为刻蚀气体与Si反应来实现对Si的刻蚀。同时，腔室温度和氧气分压的设定满足使O2与Si反应生成可挥发的SiO。O2是无毒的，成本低，且生成SiO不会给环境带来不良影响，从而不需要进行复杂的尾气处理，进而可以大大降低工艺成本，而且可以提高Si/Si3N4和Si/SiO2的刻蚀选择比，从而可以提高产品良率。
附图说明
图1为本发明提供的硅刻蚀方法的流程框图。
图2为本发明提供的硅刻蚀方法采用的工艺设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的硅刻蚀方法进行详细描述。
请参阅图1，本发明提供一种硅刻蚀方法，其包括：
步骤S1，向反应腔室内通入O2，以通过与Si反应来实现对Si的刻蚀。其中，腔室温度和氧气分压的设定满足使O2与Si反应生成可挥发的SiO。
本发明提供的硅刻蚀方法为非等离子体干法刻蚀，其是利用O2与Si发生反应，生成可挥发的SiO后排出。该方法不仅在刻蚀过程中不会对基板表面造成损伤，而且利用该方法进行硅刻蚀，具有很好的一致性和均匀性。
本发明提供的硅刻蚀方法，其采用O2作为刻蚀气体，O2是无毒的，成本低，且生成SiO不会给环境带来不良影响，从而不需要进行复杂的尾气处理，进而可以大大降低工艺成本。同时，通过设定合适的腔室温度和氧气分压的大小，可以使O2与Si反应生成可挥发的SiO，即，通过控制腔室温度和氧气分压的大小，来使反应生成物为气态，这可以使本发明提供的硅刻蚀方法应用于小孔洞的图形清洗，清洗效率较高。此外，本发明提供的硅刻蚀方法采用O2作为刻蚀气体可以提高Si/Si3N4和Si/SiO2的刻蚀选择比，从而可以提高产品良率。
通过实验发现，采用O2作为刻蚀气体，Si/Si3N4和Si/SiO2的刻蚀选择比可以达到1000:1。
可选的，腔室温度的取值范围在800℃-1800℃。通过将腔室温度控制在该范围内，可以保证O2与Si反应生成可挥发的SiO。
可选的，氧气分压的取值范围在0.2×10-5-1×10-2Torr。所谓氧气分压，是指流量比与腔室压力的乘积，其中，该流量比为氧气的流量与所有通入反应腔室内的气体总流量的比值。例如，若通入反应腔室内的气体仅为氧气，则氧气分压即为氧气的流量与腔室压力的乘积。通过将氧气分压控制在上述范围内，可以保证O2与Si反应生成可挥发的SiO。
可选的，氧气的流量的取值范围在5-200sccm。通过将氧气流量控制在该范围内，既可以保证刻蚀速率，又可以满足使O2与Si反应生成可挥发的SiO。
可选的，通过调节氧气的流量的大小，来实现各向异性刻蚀或者各向同性刻蚀。这样，可以根据不同的需要调节氧气的流量，以获得不同的刻蚀图形，从而本发明提供的硅刻蚀方法可以应用在不同的工艺中，例如，硅牺牲层的刻蚀工艺、深硅刻蚀工艺、硅的硬掩膜的刻蚀工艺以及硅的芯轴刻蚀工艺等等。具体地，通过使氧气的流量小于或者等于30sccm，可以实现各向异性刻蚀；或者，通过使氧气的流量大于30sccm，可以实现各向同性刻蚀。
可选的，腔室压力的取值范围在10-5-10-2Torr。通过将腔室压力控制在该范围内，既可以保证刻蚀均匀性，又可以满足使O2与Si反应生成可挥发的SiO。
由上可知，本发明提供的硅刻蚀方法，其腔室温度较高，同时腔室压力较低，这使得基板在进入反应腔室之前不再需要进行去气工艺，以去除基板表面上的水汽，从而可以简化工艺步骤，提高产能，降低工艺成本。
优选的，在向反应腔室内通入O2的同时，向反应腔室内通入稀释气体。借助稀释气体，不仅可以调节氧气分压，而且有助于刻蚀气体的流动和废气的排出，从而不仅可以提高工艺的一致性和均匀性，还可以提高工艺效率。可选的，稀释气体包括氮气或惰性气体等。可选的，稀释气体的流量的取值范围在1-1000sccm。通过将稀释气体的流量控制在该范围内，可以保证氧气分压的大小满足使O2与Si反应生成可挥发的SiO，同时有助于刻蚀气体的流动和废气的排出。
请参阅图2，为本发明提供的硅刻蚀方法采用的工艺设备的结构示意图。该工艺设备包括反应腔室3，分别用于向反应腔室3内通入氮气和氧气的第一进气管路5和第二进气管路6以及排气装置4。其中，在第一进气管路5和第二进气管路6上分别设置有第一流量控制器1和第二流量控制器2，用于分别调节氮气的流量和氧气的流量。排气装置4通常包括抽气泵和流量调节阀，通过控制流量调节阀调节排出的气体流量，可以实现对腔室压力的调节。
可选的，上述步骤S1可以通过进行一次或者多次来完成预设刻蚀深度。容易理解，当上述步骤S1通过进行多次来完成预设刻蚀深度时，多次步骤S1的刻蚀深度之和等于预设刻蚀深度。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种硅刻蚀方法，其特征在于，包括：
向反应腔室内通入O2，以通过与Si反应来实现对Si的刻蚀；
其中，腔室温度和氧气分压的设定满足使所述O2与Si反应生成可挥发的SiO。
2.根据权利要求1所述的硅刻蚀方法，其特征在于，所述腔室温度的取值范围在800℃-1800℃。
3.根据权利要求1所述的硅刻蚀方法，其特征在于，所述氧气分压的取值范围在0.2×10-5-1×10-2Torr。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的硅刻蚀方法，其特征在于，所述氧气的流量的取值范围在5-200sccm。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的硅刻蚀方法，其特征在于，通过调节所述氧气的流量的大小，来实现各向异性刻蚀或者各向同性刻蚀。
6.根据权利要求5所述的硅刻蚀方法，其特征在于，调节所述氧气的流量以使所述氧气的流量小于或者等于30sccm，以实现各向异性刻蚀；或者，调节所述氧气的流量以使所述氧气的流量大于30sccm，以实现各向同性刻蚀。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的硅刻蚀方法，其特征在于，在向反应腔室内通入O2的同时，向所述反应腔室内通入稀释气体。
8.根据权利要求7所述的硅刻蚀方法，其特征在于，所述稀释气体的流量的取值范围在1-1000sccm。
9.根据权利要求7所述的硅刻蚀方法，其特征在于，所述稀释气体包括氮气或惰性气体。
10.根据权利要求1-3任意一项所述的硅刻蚀方法，其特征在于，腔室压力的取值范围在10-5-10-2Torr。
11.根据权利要求1所述的硅刻蚀方法，其特征在于，所述向反应腔室内通入O2，以通过与Si反应来实现对Si的刻蚀的步骤进行一次或者多次完成预设刻蚀深度。
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