專利名稱：刻蝕設(shè)備和氮化硅的刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及刻蝕設(shè)備和氮化硅的刻蝕方法。
背景技術(shù)：
等離子體刻蝕(也稱干法刻蝕)是集成電路制造中的關(guān)鍵工藝之一，其目的是完 整地將掩膜圖形復(fù)制到硅片表面，其范圍涵蓋前端CMOS柵極(Gate)大小的控制，以及后端 金屬鋁的刻蝕及Via和Trench的刻蝕。當(dāng)前，沒有一個(gè)集成電路芯片能在缺乏等離子體刻 蝕技術(shù)情況下完成?？涛g設(shè)備的投資在整個(gè)芯片廠的設(shè)備投資中約占10%至12%比重，它 的工藝水平將直接影響到最終產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性。請(qǐng)參考圖1，圖1給出現(xiàn)有技術(shù)的刻蝕設(shè)備腔室的示意圖，包括刻蝕腔室100，位 于刻蝕腔室100內(nèi)的靜電卡盤(Electro Static Chuck, ESC) 110，位于刻蝕腔室100內(nèi)并 位于靜電卡盤110表面的覆蓋環(huán)(Cover Ring) 120，所述覆蓋環(huán)120的環(huán)壁上形成有第一鎖 孔121，所述覆蓋環(huán)120用于使待刻蝕硅片與靜電卡盤110之間絕緣；位于刻蝕腔室100內(nèi) 并位于覆蓋環(huán)120表面的聚焦環(huán)(Focus Ring) 130，所述聚焦環(huán)130形成有與第一鎖孔121 對(duì)應(yīng)的第二鎖孔131，所述聚焦環(huán)130用于聚焦刻蝕等離子體；所述第一鎖孔121和第二鎖 孔131用于將聚焦環(huán)130連接在覆蓋環(huán)120上。在申請(qǐng)?zhí)枮?00710179804.2的中國專利 文件中可以發(fā)現(xiàn)更多與現(xiàn)有刻蝕設(shè)備相關(guān)的資料。但是發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用上述刻蝕設(shè)備刻蝕氮化硅時(shí)候在刻蝕硅片時(shí)候，襯底表面 容易出現(xiàn)殘留物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種刻蝕設(shè)備和氮化硅的刻蝕方法，防止刻蝕質(zhì)量。為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種刻蝕設(shè)備，包括位于刻蝕腔體內(nèi)的用于放 置硅片的靜電卡盤，所述靜電卡盤具有肩部的臺(tái)階狀圓臺(tái)；設(shè)于靜電卡盤上的的覆蓋環(huán)，所 述覆蓋環(huán)的內(nèi)緣設(shè)置有承載部，所述承載部具有承載面，在所述覆蓋環(huán)設(shè)于靜電卡盤上時(shí) 與靜電卡盤的圓臺(tái)面齊平?？蛇x的，所述承載部的尺寸與所述硅片匹配?？蛇x的，所述覆蓋環(huán)表面無鎖孔。可選的，所述覆蓋環(huán)材料選自石英。本發(fā)明提供一種氮化硅的刻蝕方法，包括提供襯底，所述襯底表面依次形成有氧 化硅層和氮化硅層；在所述氮化硅層表面形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，采 用前述的刻蝕設(shè)備刻蝕所述氮化硅直至暴露出氧化硅層?？蛇x的，所述刻蝕工藝的具體參數(shù)為刻蝕腔室內(nèi)的磁場(chǎng)為0高斯至50高斯，刻蝕 腔室壓力為10毫托至200毫托，刻蝕氣體包括CF4、CHF3和CH3F,其中CF4流量為Osccm至 IOOsccm, CHF3流量為Osccm至lOOsccm，CH3F流量為Osccm至lOOsccm，輔助氣體包括Ar和 O2，其中Ar流量為Osccm至200sccm, O2流量為Osccm至150sccm,刻蝕能量為50瓦至800瓦。可選的，所述氮化硅的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝?？蛇x的，所述光刻膠的形成步驟包括在所述氮化硅層表面形成一層光刻膠層； 接著通過曝光將掩膜版上的與刻蝕氮化硅層對(duì)應(yīng)的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層上，然后利用顯影 液將相應(yīng)部位的光刻膠層去除，以形成光刻膠圖形?？蛇x的，所述形成光刻膠的工藝可以為旋涂工藝。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明能夠避免在刻蝕工藝形成的聚合 物掉落在刻蝕襯底上，且本發(fā)明能夠減低刻蝕腔室內(nèi)的部件清洗次數(shù)。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1是現(xiàn)有技術(shù)的刻蝕設(shè)備腔室的示意圖；圖2為本發(fā)明提供的刻蝕設(shè)備一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例氮化硅的刻蝕方法的流程示意圖；圖4至圖6為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的氮化硅的刻蝕方法的過程示意圖。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)可知，在刻蝕的硅片表面容易出現(xiàn)刻蝕不干凈的現(xiàn)象。通常技術(shù)人員 認(rèn)為硅片表面的這些殘留物是由于刻蝕不干凈造成的，但是經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這些殘留物是 聚合物，并非待刻蝕的材料或者刻蝕氣體與硅片表面材料形成的物質(zhì)，經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn) 造成這些殘留物原因如下刻蝕設(shè)備的覆蓋環(huán)上覆蓋環(huán)120和聚焦環(huán)130材料都為石英，在 刻蝕氮化硅過程中會(huì)在聚焦環(huán)130表面形成有聚合物(Polymer)，形成在聚焦環(huán)130表面的 聚合物會(huì)掉落在需要刻蝕的硅片四周邊緣，從而造成殘留物，影響刻蝕質(zhì)量；而且聚集有聚 合物的聚焦環(huán)130會(huì)需要經(jīng)常清潔，提高了設(shè)備的清潔次數(shù)，清洗次數(shù)過多也會(huì)影響聚焦 環(huán)130的使用壽命，提高花費(fèi)。針對(duì)上述原因產(chǎn)生的技術(shù)問題，提出如下技術(shù)方案。本發(fā)明提供了一種刻蝕設(shè)備，包括位于刻蝕腔體內(nèi)的用于放置硅片的靜電卡盤， 所述靜電卡盤具有肩部的臺(tái)階狀圓臺(tái)；設(shè)于靜電卡盤上的的覆蓋環(huán)，所述覆蓋環(huán)的內(nèi)緣設(shè) 置有承載部，所述承載部具有承載面，在所述覆蓋環(huán)設(shè)于靜電卡盤上時(shí)與靜電卡盤的圓臺(tái) 面齊平。可選的，所述承載部的尺寸與所述硅片匹配?？蛇x的，所述覆蓋環(huán)表面無鎖孔?？蛇x的，所述覆蓋環(huán)材料選自石英。本發(fā)明提供一種氮化硅的刻蝕方法，包括提供襯底，所述襯底表面依次形成有氧 化硅層和氮化硅層；在所述氮化硅層表面形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，采 用前述的刻蝕設(shè)備刻蝕所述氮化硅直至暴露出氧化硅層?？蛇x的，所述刻蝕工藝的具體參數(shù)為刻蝕腔室內(nèi)的磁場(chǎng)為0高斯至50高斯，刻蝕腔室壓力為10毫托至200毫托，刻蝕氣體包括CF4、CHF3和CH3F,其中CF4流量為Osccm至 IOOsccm, CHF3流量為Osccm至lOOsccm，CH3F流量為Osccm至lOOsccm，輔助氣體包括Ar和 O2，其中Ar流量為Osccm至200sccm, O2流量為Osccm至150sccm,刻蝕能量為50瓦至800瓦。可選的，所述氮化硅的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝?？蛇x的，所述光刻膠的形成步驟包括在所述氮化硅層表面形成一層光刻膠層； 接著通過曝光將掩膜版上的與刻蝕氮化硅層對(duì)應(yīng)的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層上，然后利用顯影 液將相應(yīng)部位的光刻膠層去除，以形成光刻膠圖形。 可選的，所述形成光刻膠的工藝可以為旋涂工藝。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖2為本發(fā)明提供的刻蝕設(shè)備一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，本發(fā)明提供的 刻蝕設(shè)備包括刻蝕腔體400、靜電卡盤401以及覆蓋環(huán)402。所述刻蝕腔體400用于進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，其為密封結(jié)構(gòu)，通過等離子體發(fā)生器 (未圖示)等離子體化刻蝕氣體，將襯底(未圖示)表面選定區(qū)域的圖形刻蝕去除。靜電卡盤401，位于刻蝕腔體400的底部，用于放置待刻蝕的襯底；所述靜電卡盤 401形狀為具有肩部的臺(tái)階狀圓臺(tái)，所述靜電卡盤401表面設(shè)置有吸附裝置，用于吸附待刻 蝕的襯底。覆蓋環(huán)402，所述覆蓋環(huán)402直接設(shè)置于靜電卡盤401肩部，所述覆蓋環(huán)402的覆 蓋所述靜電卡盤401的臺(tái)階，用于隔離等離子體，避免等離子體直接與靜電卡盤401接觸， 造成電流導(dǎo)通，使得靜電卡盤401被等離子體打壞；所述覆蓋環(huán)402材料選自石英，所述覆 蓋環(huán)402為環(huán)狀且所述覆蓋環(huán)402表面無鎖孔，用以避免等離子體穿過鎖孔與靜電卡盤401 接觸，使得靜電卡盤401被等離子體打壞。所述覆蓋環(huán)402的內(nèi)緣設(shè)置有承載部403，所述承載部403具有承載面4031，所述 承載面4031用于承載待刻蝕的襯底超出靜電卡盤401的部分，需要特別指出的是，承載面 4031在所述覆蓋環(huán)設(shè)于靜電卡盤上時(shí)與靜電卡盤的圓臺(tái)面齊平，使得刻蝕的襯底能夠穩(wěn)定 的放置于靜電卡盤401上，提高刻蝕效果，且所述承載面4031能夠阻擋等離子體通過覆蓋 環(huán)402與刻蝕的襯底的縫隙接觸到靜電卡盤401，避免靜電卡盤401被等離子體打壞。更優(yōu)的，所述覆蓋環(huán)402的上表面4032在承載部403承載刻蝕的襯底時(shí)與襯底的 表面齊平，避免了覆蓋環(huán)402與刻蝕氣體反應(yīng)生成殘留物落在襯底上，從而污染襯底。所述覆蓋環(huán)402沒有象常規(guī)技術(shù)那樣設(shè)置有聚焦環(huán)，因?yàn)橥ǔ＞劢弓h(huán)位于襯底上 且包圍襯底，所以為了防止聚焦環(huán)的環(huán)體與刻蝕氣體反應(yīng)生成殘留物落在襯底上，本發(fā)明 將聚焦環(huán)撤除，而且優(yōu)化了工藝條件，這樣不會(huì)導(dǎo)致由于撤除了聚焦環(huán)影響刻蝕工藝。圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例氮化硅的刻蝕方法的流程示意圖，圖4至圖6為本發(fā) 明的一個(gè)實(shí)施例的氮化硅的刻蝕方法的過程示意圖。下面結(jié)合圖3至圖6對(duì)本發(fā)明的氮化硅的刻蝕方法進(jìn)行說明。步驟S101，提供襯底，所述襯底表面依次形成有氧化硅層和氮化硅層。參考圖4，提供襯底200，所述襯底200的材質(zhì)可以是單晶硅、非晶硅中的一種，所 述襯底200的材質(zhì)也可以是硅鍺化合物，所述襯底200還可以是絕緣體上硅(SOI，Silicon On Insulator)結(jié)構(gòu)或硅上外延層結(jié)構(gòu)。所述襯底200表面形成有氧化硅層201，所述氧化硅層201用于刻蝕氮化硅層210 時(shí)的停止層，且所述氧化硅層201還作為氮化硅層210和襯底200的緩沖層，避免氮化硅層 210與襯底200表面直接接觸性能不佳現(xiàn)象出現(xiàn)。所述襯底200表面形成有氮化硅層210，所述氮化硅層210在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成隔 離結(jié)構(gòu)時(shí)，防止有源區(qū)器件間的導(dǎo)通，導(dǎo)致器件失效；所述氮化硅層210的形成工藝為化學(xué) 氣相沉積工藝。步驟S102，在所述氮化硅層表面形成光刻膠圖形。參考圖5，所述光刻膠圖形220用于定義刻蝕氮化硅層210的圖形，所述光刻膠層 的形成步驟包括在所述氮化硅層210表面形成一層光刻膠層，所述形成光刻膠的工藝可 以為旋涂工藝；接著通過曝光將掩膜版上的與刻蝕氮化硅層210對(duì)應(yīng)的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠 層上，然后利用顯影液將相應(yīng)部位的光刻膠層去除，以形成光刻膠圖形220。步驟S 103，以所述光刻膠圖形為掩膜，刻蝕所述氮化硅直至暴露出氧化硅層，所 述刻蝕工藝采用的腔室去除聚焦環(huán)，且所述刻蝕工藝采用的腔室的覆蓋環(huán)表面無鎖孔。所述刻蝕工藝采用等離子體刻蝕工藝，由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有的刻蝕設(shè)備具有覆 蓋環(huán)和聚焦環(huán)，所述聚焦環(huán)材料為石英，而現(xiàn)有的刻蝕工藝在刻蝕氮化硅過程中會(huì)在聚焦 環(huán)表面形成有聚合物，形成在聚焦環(huán)表面的聚合物會(huì)掉落在需要刻蝕的硅片四周邊緣，影 響刻蝕質(zhì)量。為此，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種改進(jìn)的刻蝕方法，采用優(yōu)化的刻蝕工藝，并且刻蝕 設(shè)備采用去除聚焦環(huán)的刻蝕腔室，腔室的覆蓋環(huán)表面無鎖孔，本發(fā)明去除聚焦環(huán)的目的為 避免聚合物形成在聚焦環(huán)上，而覆蓋環(huán)位于刻蝕襯底200的四周并且覆蓋環(huán)在刻蝕工藝過 程中低于襯底200表面，形成在覆蓋環(huán)表面的聚合物不會(huì)掉落在襯底200的表面。所述覆蓋環(huán)的實(shí)施例請(qǐng)參考刻蝕設(shè)備一實(shí)施例中的示意圖(圖2和圖幻，在這里 不再贅述，所述表面形成有鎖孔的覆蓋環(huán)容易在刻蝕工藝過程中在鎖孔內(nèi)形成有聚合物， 刻蝕氣流容易將形成在鎖孔內(nèi)聚合物帶到襯底200表面，本發(fā)明中覆蓋環(huán)402表面無鎖孔， 避免了上述的缺點(diǎn)，且覆蓋環(huán)402無鎖孔可以避免等離子體透過鎖孔造成電流導(dǎo)通，造成 靜電卡盤被等離子體打壞，從而影響工藝。需要特別指出的是，由于本發(fā)明去除了聚焦環(huán)，等離子體刻蝕工藝中均一性會(huì)受 到一定的影響，但是本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過對(duì)刻蝕工藝中具體的工藝條件如刻蝕腔室內(nèi)的磁 場(chǎng)，腔室內(nèi)的壓力，刻蝕氣體，輔助氣體和刻蝕功率的優(yōu)化，使得刻蝕工藝能夠達(dá)到生產(chǎn)要 求。在本實(shí)施例中，所述刻蝕的具體參數(shù)為刻蝕腔室內(nèi)的磁場(chǎng)為0高斯至50高斯，刻 蝕腔室壓力為10毫托至200毫托，刻蝕氣體包括CF4、CHF3和CH3F,其中CF4流量為Osccm 至lOOsccm，CHF3流量為Osccm至lOOsccm，CH3F流量為Osccm至lOOsccm，輔助氣體包括 Ar和O2,其中Ar流量為Osccm至200sccm，O2流量為Osccm至150sccm，刻蝕能量為50瓦至800瓦。進(jìn)一步優(yōu)化地，為了防止撤除了聚焦環(huán)所帶來的等離子體發(fā)散問題，本發(fā)明還進(jìn) 一步優(yōu)化了刻蝕工藝，具體為刻蝕腔室內(nèi)的磁場(chǎng)為20高斯至30高斯，刻蝕腔室壓力為 120毫托至150毫托，刻蝕氣體包括=CF4, CHF3和CH3F,其中CF4流量為40sccm至60sccm, CHF3流量為40sccm至60sccm，CH3F流量為40sccm至60sccm，輔助氣體包括Ar和O2，其中 Ar流量為90sccm至120sccm，O2流量為60sccm至120sccm，刻蝕能量為600瓦至700瓦。經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)采用上述工藝可以在無聚焦環(huán)的條件下防止等離子體擴(kuò)散且刻蝕 時(shí)無殘留物。參考圖6，采用上述的刻蝕條件，刻蝕所述氮化硅210直至暴露出氧化層201。本發(fā)明提供了刻蝕設(shè)備和氮化硅的刻蝕方法，本發(fā)明能夠避免在刻蝕工藝形成的 聚合物掉落在刻蝕襯底上，還能夠減低刻蝕腔室內(nèi)的部件清洗次數(shù)；且刻蝕工藝選用刻蝕 腔室的覆蓋環(huán)表面無鎖孔，避免等離子體透過鎖孔造成電流導(dǎo)通，造成靜電卡盤被等離子 體打壞，從而影響工藝。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種刻蝕設(shè)備，其特征在于，包括位于刻蝕腔體內(nèi)的用于放置硅片的靜電卡盤，所述靜電卡盤具有肩部的臺(tái)階狀圓臺(tái)；設(shè)于靜電卡盤上的覆蓋環(huán)，所述覆蓋環(huán)的內(nèi)緣設(shè)置有承載部，所述承載部具有承載面， 在所述覆蓋環(huán)設(shè)于靜電卡盤上時(shí)與靜電卡盤的圓臺(tái)面齊平。
2.如權(quán)利要求1所述的刻蝕設(shè)備，其特征在于，所述承載部的尺寸與所述硅片匹配。
3.如權(quán)利要求1所述的刻蝕設(shè)備，其特征在于，所述覆蓋環(huán)表面無鎖孔。
4.如權(quán)利要求1所述的刻蝕設(shè)備，其特征在于，所述覆蓋環(huán)材料選自石英。
5.一種氮化硅的刻蝕方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底表面依次形成有氧化硅層和氮化硅層；在所述氮化硅層表面形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，采用如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的刻蝕設(shè)備刻蝕所述 氮化硅直至暴露出氧化硅層。
6.如權(quán)利要求5所述的氮化硅的刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕工藝的具體參數(shù)為 刻蝕腔室內(nèi)的磁場(chǎng)為0高斯至50高斯，刻蝕腔室壓力為10毫托至200毫托，刻蝕氣體包括 CF4XHF3 和 CH3F,其中 CF4 流量為 Osccm 至 lOOsccm，CHF3 流量為 Osccm 至 lOOsccm，CH3F 流 量為Osccm至lOOsccm，輔助氣體包括Ar和O2，其中Ar流量為Osccm至200sccm，O2流量為 Osccm至150sccm，刻蝕能量為50瓦至800瓦。
7.如權(quán)利要求5所述的氮化硅的刻蝕方法，其特征在于，所述氮化硅的形成工藝為化 學(xué)氣相沉積工藝。
8.如權(quán)利要求5所述的氮化硅的刻蝕方法，其特征在于，所述光刻膠的形成步驟包括 在所述氮化硅層表面形成一層光刻膠層；接著通過曝光將掩膜版上的與刻蝕氮化硅層對(duì)應(yīng) 的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層上，然后利用顯影液將相應(yīng)部位的光刻膠層去除，以形成光刻膠圖 形。
9.如權(quán)利要求8所述的氮化硅的刻蝕方法，其特征在于，所述形成光刻膠的工藝可以 為旋涂工藝。
全文摘要
一種刻蝕設(shè)備和氮化硅的刻蝕方法，其中氮化硅的刻蝕方法包括提供襯底，所述襯底表面依次形成有氧化硅層和氮化硅層；在所述氮化硅層表面形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，刻蝕所述氮化硅直至暴露出氧化硅層，所述刻蝕工藝采用的腔室去除聚焦環(huán)，且所述腔室的覆蓋環(huán)表面無鎖孔。本發(fā)明能夠避免在刻蝕工藝形成的聚合物掉落在刻蝕襯底上，還能夠減低刻蝕腔室內(nèi)的部件清洗次數(shù)；且刻蝕工藝選用刻蝕腔室的覆蓋環(huán)表面無鎖孔，避免等離子體透過鎖孔造成電流導(dǎo)通，造成靜電卡盤被等離子體打壞，從而影響工藝。
文檔編號(hào)H01L21/00GK102148151SQ20101011812
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者周國平, 王惠芳, 薛鋒, 趙金強(qiáng) 申請(qǐng)人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司