[发明专利]多晶硅刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种多晶硅刻蚀方法。

背景技术

在半导体集成电路制造中，往往需要对多晶硅进行刻蚀，如在沟槽栅功率MOSET的沟槽栅的形成过程中，在形成栅沟槽之后，需要在栅沟槽中填充多晶硅，而多晶硅同时也会形成于栅沟槽外面的半导体衬底如硅衬底表面，这时需要采用干法等离子体刻蚀工艺对多晶硅进行刻蚀以去除硅衬底表面的多晶硅，而由保留于栅沟槽中的多晶硅组成沟槽栅。

现有干法等离子体刻蚀工艺通常采用溴化氢(HBr)作为刻蚀气体，因为HBr对硅和二氧化硅具有较高的选择比如可高达400以上，这样比较容易将多晶硅单独去除，而二氧化硅则作为刻蚀的终点。

但是在实际生产过程中，现有多晶硅刻蚀方法往往会在半导体衬底表面产生较多的球形缺陷(Ball Defect)，如图1A所示，是现有多晶硅刻蚀方法完成后硅衬底表面的光学照片，图1A分布了众多黑点如101b标出的黑点，这些黑点在正常情形下是不应当存在的；如图1B所示，是对图1A中硅衬底表面的一个球形缺陷101b放大的照片。球形缺陷101b产生的原因是现有多晶硅刻蚀中形成的聚合物(Polymer)残留于硅衬底表面形成的，现有多晶硅刻蚀方法中一般采用HBr作为刻蚀气体，刻蚀多晶硅后形成较多的主要成分为SiBr的聚合物，这种聚合物粘附在硅衬底表面后形成球形缺陷101b。

如图2A至图2C所示，是现有多晶硅刻蚀方法中器件剖面示意图；以沟槽栅功率MOSET的沟槽栅的形成过程中的多晶硅刻蚀为例，现有多晶硅刻蚀方法包括如下步骤：

首先、在形成有栅沟槽的硅衬底102的表面依次形成介质层如二氧化硅层103和多晶硅层104，多晶硅层104要求完全填充内侧表面覆盖有介质层103的栅沟槽。

其次、对多晶硅层104进行干法等离子体刻蚀，需要采用RF射频源以及载气以形成等离子体(Plasma)105，采用刻蚀气体实现刻蚀，刻蚀气体通常采用HBr；刻蚀过程中除了多晶硅被刻蚀外，还会产生聚合物106，聚合物106主要由SiBr组成；气体从腔体的一侧进入即图2B中的气体进入(gas in)，反应后的残渣或生成物从腔体的另一侧排除即图2B中所示的反应后气体排除(Residue/resultant gas out)。

最后、如图2C所示，刻蚀结束后，聚合物106没被抽干净，在硅衬底102也即介质层103的表面会形成聚合物101c。

聚合物101c会对后续的体区注入(body II)和源区注入(source II)造成一定的阻挡作用，最后导致良率的降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多晶硅刻蚀方法，能减少或消除多晶硅刻蚀后在半导体衬底表面形成的球形缺陷，提高产品良率。

为解决上述技术委托，本发明提供的多晶硅刻蚀方法包括如下步骤：

步骤一、在半导体衬底表面上依次形成第一介质层和多晶硅层。

步骤二、采用干法等离子体刻蚀工艺对所述多晶硅层进行刻蚀，所述干法等离子体刻蚀工艺条件包括：RF射频源、刻蚀气体和载气，通过所述RF射频源和流入到刻蚀腔体中的所述载气和所述刻蚀气体产生等离子体，利用所述刻蚀气体对所述多晶硅层的刻蚀速率大于对所述第一介质层的刻蚀速率的特性实现对所述半导体衬底表面上的所述多晶硅层的完全刻蚀，所述刻蚀气体和所述硅反应时还会形成聚合物。

步骤三、对所述半导体衬底表面上的所述多晶硅层的完全刻蚀之后在相同的所述刻蚀腔体中进行干法处理工艺，所述干法处理工艺条件包括：RF射频源和载气且所述干法处理工艺中不包括刻蚀气体，从所述干法等离子体刻蚀工艺到所述干法处理工艺的过程中所述RF射频源持续输出，利用所述RF射频源和所述载气使等离子体持续产生，利用等离子体使所述干法等离子体刻蚀工艺中产生的所述聚合物保持悬浮状态，利用所述载气将处于悬浮状态的所述聚合物带出到所述刻蚀腔体外，避免所述聚合物粘附在所述半导体衬底表面形成球形缺陷。

进一步的改进是，步骤一中所述半导体衬底用于形成沟槽栅功率MOSET，在形成所述第一介质层之前，在所述半导体衬底中形成有栅沟槽，所述第一介质层和所述多晶硅层除了形成于所述半导体衬底表面上之外，所述第一介质层还形成于所述栅沟槽的底面和侧面，所述多晶硅层将形成有所述第一介质层的所述栅沟槽完全填充，步骤二对所述半导体衬底表面上的所述多晶硅层的完全刻蚀后由填充于所述栅沟槽中的所述多晶硅层组成所述沟槽栅。

进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。

进一步的改进是，所述第一介质层的材料为二氧化硅。