[发明专利]使用含碳氟化合物的聚合物使硅片顶角圆化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使硅片顶角圆化的方法，特别涉及一种使用含碳氟化合物的聚合物使硅片顶角圆化的方法。

背景技术

目前在制造半导体器件的过程中，一般包含通过各种刻蚀方法，在衬底硅片的表面形成沟道结构的步骤。然而沟道的顶角是应力的集中点，当顶角锐化达到一定程度，会成为顶端放电区而产生很大的漏电流，因此需要对顶角进行圆化以避免上述锐角效应发生。

现在对顶角的圆化往往通过物理溅射刻蚀或等离子体刻蚀实现。其中，物理溅射刻蚀是利用高频电场施加到反应腔中以电离气体分子。其中电容耦合型CCP是将高频电场施加到上下电极之间，电感耦合型ICP是通过线圈将高频电场传递到反应腔内以电离气体分子，将如氩气（Ar）等惰性气体解离成带正电的离子，再利用施加在基片下面的具有较低频率的射频电源来调节鞘层上的偏压，随着偏压的改变带电离子加速能量也被改变。偏压将离子加速，轰击在被蚀刻的表面，而将被蚀刻物质原子击出。物理溅射刻蚀是各向异性刻蚀，具有较好的方向性；但是，其刻蚀速度慢且不能进行选择性刻蚀，容易造成光刻胶等不需要刻蚀的材料被同时去除。

等离子体刻蚀（又称化学性刻蚀），针对硅片或不同材料的介电层（SiO₂或Si₃N₄）使用SF₆或NF₃等含氟原子的蚀刻气体，将蚀刻气体解离形成含带电离子、分子、电子及原子团等的等离子体，主要通过其中化学活性较强的原子团与被刻蚀材料发生化学反应，实现刻蚀目的。用等离子体化的反应气体刻蚀具有较好的选择性，反应气体与被刻蚀材料的反应速度要远大于反应气体与上层掩膜材料的反应速度，但其是各向同性刻蚀，刻蚀方向不容易控制。

还可以在反应过程中，通入O₂与蚀刻气体中的硫原子S或氮原子N结合，使等离子体中S-F或N-F中的自由氟原子F的比例提高，加快刻蚀速率，同时获得高选择性；当通入的O₂超过某一特定值时，其还与自由氟原子F结合，减慢刻蚀速度；可见，通过辅助气体O₂的通入量的改变，可对刻蚀速度进行控制。

如图1中虚线部分所示，是在硅片表面的沟道顶角位置，使用SF₆或SF₆/O₂混合气体的等离子体进行刻蚀。可以看到，刻蚀是各向同性的；而且，由于含SF₆的混合气体不会形成聚合物来覆盖沟道的顶角位置，使刻蚀顶角后的表面凹凸，因此使用SF₆或SF₆/O₂混合气体的等离子体刻蚀对顶角圆化的效果不明显。

现有还有一种结合物理溅射刻蚀与等离子体刻蚀的物理化学性刻蚀，如反应离子刻蚀（RIE）等，其利用与被刻蚀材料有化学反应的刻蚀气体产生具有化学活性的原子团和离子；同时由经过电场加速的高能离子轰击被刻蚀材料，产生损伤的表面，这进一步加速了活性刻蚀反应基团与被刻蚀材料的反应速率，因此，能够同时获得各向异性和选择性好的优点，但是仍不能解决硅片刻蚀顶角过于尖锐的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用含碳氟化合物的聚合物使硅片顶角圆化的方法，在沟道顶角上覆盖一层聚合物薄膜，通过物理化学性刻蚀方法，同时获得良好的各向异性和选择性的刻蚀效果，以使尖锐的沟道顶角圆化，以避免因锐角效应而出现漏电流，也使沉积后续薄膜时的阶梯覆盖性更好。

为了达到上述目的，本发明的目的是提供一种使用含碳氟化合物的聚合物使硅片顶角圆化的方法，是在放置于处理腔室底部基座上的衬底硅片的表面形成沟道结构之后进行的反应离子刻蚀，所述方法包含以下步骤：

步骤1. 向真空的处理腔室内通入含碳氟化合物和惰性气体的混合气体；

步骤2. 在处理腔室内施加高频射频源，来生成所述混合气体中碳氟化合物的等离子体；

步骤3.在所述硅片表面的沟道顶角位置形成所述含碳氟化合物的聚合物薄膜；

步骤4. 由所述含碳氟化合物的聚合物对硅片表面进行化学刻蚀使顶角圆化。

在所述步骤1中，所述混合气体中的碳氟化合物，是四氟化碳CF₄、全氟丁二烯C₄F₆或八氟环丁烷C₄F₈的气体。

所述使用含碳氟化合物的聚合物使硅片顶角圆化的方法，还包含一低频射频电源，其施加到处理腔室底部基座，加速被高频射频源电离产生的带电离子，控制入射粒子的能量。