[发明专利]一种小线宽垂直型沟槽的刻蚀方法

说明书

本发明提供一种小线宽垂直型沟槽的刻蚀方法，包括对硅片采用干法刻蚀产生沟槽，干法刻蚀使用的刻蚀气体包括Cl₂、CF₄、HBr、NF₃和HeO₂，干法刻蚀中不施加下电极射频。Cl₂的流量是1‑100sccm，CF₄的流量为5～200sccm，HBr的流量为10～400sccm，NF₃的流量为5‑400sccm，HeO₂的流量为5‑200sccm，干法刻蚀中施加的上电极射频功率为100‑1000W。该小线宽垂直沟槽的刻蚀方法可以改善沟槽底部两端圆滑度，提高器件耐压和可靠性、侧壁笔直度改善，有助于后期介质填充避免孔洞，同时通过调整刻蚀功率和反应气压来增大反应速率以提高产能。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，尤其是涉及一种小线宽垂直型沟槽的刻蚀方法。

背景技术

沟槽型功率器件因其沟槽型结构较平面结构的诸多优点，使硅的沟槽式器件成为当前国内功率器件重要发展方向之一。VDMOS的沟槽型结构由于消除了平面型VDMOS的颈区电阻，大大减小了导通电阻，增加了元胞密度，提高了功率半导体的电流处理能力，市场前景更为看好；沟槽型SBD因其更高的耐压特性和更小的漏电特性，市场前景好，是当前功率器件厂争先发展的一个方向；IGBT也多采用沟槽结构以减少通态压降，改善其频率特性。以上器件均对沟槽线宽、侧壁垂直平整度有较高要求。

AMAT P5000Trench等型号的刻蚀机台，因生产时期较早，其硬件配置只有上射频功率，而不设有下射频，下电极射频偏压对轰击离子能量的作用最终决定等离子体工艺的刻蚀速率，而下射频功率能使沟槽刻蚀形貌更加垂直，因此此类不设有下射频的刻蚀机台难以达到同时具备上、下射频功率类型机台的刻蚀形貌结果，使小线宽(CD在0.4-2.5um)沟槽刻蚀形貌难以满足底部圆滑、侧壁垂直的要求(垂直度大于85°)，而造成器件在反向偏置时沟槽底部两端更易出现击穿，而侧壁笔直度较差造成后期器件介质填充易造成孔洞。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种小线宽垂直型沟槽的刻蚀方法，通过改变沟槽刻蚀过程中的工艺气体组成及其他工艺条件，改善不施加下电极射频时沟槽底部两端圆滑度和侧壁垂直度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种小线宽垂直型沟槽的刻蚀方法，包括对硅片采用干法刻蚀产生沟槽，干法刻蚀使用的刻蚀气体包括Cl₂、CF₄、HBr、NF₃和HeO₂，干法刻蚀中不施加下电极射频。

技术方案中，优选的，Cl₂的流量是1-100sccm。

技术方案中，优选的，干法刻蚀中施加的上电极射频功率为100-1000W。

技术方案中，优选的，CF₄的流量为5～200sccm。

技术方案中，优选的，HBr的流量为10～400sccm。

技术方案中，优选的，NF₃的流量为5-400sccm。

技术方案中，优选的，HeO₂的流量为5-200sccm。

技术方案中，优选的，干法刻蚀中反应气压为10～800mTorr。

技术方案中，优选的，述干法刻蚀中磁场强度为5～50Gauss。

技术方案中，优选的，还包括在干法刻蚀产生沟槽之前在硅片上生长氧化硅层，并进行氧化硅层刻蚀。