CN111243950B - 一种刻蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种刻蚀方法，所述刻蚀方法包括：主刻蚀步骤，所述主刻蚀步骤用于在待刻蚀层上进行孔刻蚀；开口修饰步骤，所述开口修饰步骤用于去除所述主刻蚀步骤在所述孔的开口处形成的刻蚀沉积物；循环交替进行主刻蚀步骤和开口修饰步骤，以在所述待刻蚀层上形成预设深度的孔。由此与主刻蚀步骤交替进行的开口修饰步骤，去除了主刻蚀步骤在待刻蚀层上形成的孔开口处的刻蚀沉积物，避免了沉积物在孔开口处的堆积造成的底部失真。通过本发明，提高了刻蚀良率。

Description

一种刻蚀方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种刻蚀方法。

背景技术

随着超大规模集成电路的迅速发展，芯片的集成度越来越高，元器件的尺寸越来越小。因器件的高密度、小尺寸引发的各种效应对半导体工艺的制作结果的影响日益突出。以硬掩膜为例，随着光刻尺寸的减小，常需要在晶圆的表面形成硬掩膜层配合光刻胶形成掩膜图形。

针对闪存，厂商一直在通过堆叠更多的层数提高闪存的容量。目前的堆栈层数已经达到64层，厂商们还在研发72层甚至更高层数的堆栈技术。无定型碳(Amorphous CarbonLayer，简称ACL)刻蚀作为堆栈层的硬掩膜，具有高孔径比以及精确控制孔关键尺寸的要求，对刻蚀工艺开发提出了新的需求。

对于闪存型存储器，存储区堆栈层通孔刻蚀非常重要，决定着整个器件的性能和良率，而存储区通孔刻蚀的开口由ACL刻蚀进行定义。所以，ACL刻蚀后的底部孔径尺寸，特别是失真率对器件的性能有较大影响。失真率是指圆形孔径短轴与长轴之比，理想的失真率为100％，但高孔径比刻蚀总会造成孔径失真率小于100％。

现有的一种技术中ACL刻蚀工艺流程包括：主刻蚀和过刻蚀两步，该方案采用一步主刻蚀到底，刻蚀和侧壁保护同步进行，主要通过调节刻蚀气体和沉积气体的比例以及下电极功率保证刻蚀到底部，用过刻蚀量来调整孔径大小。一般该方案仅在孔径比小、对侧壁形貌要求不高的ACL孔刻蚀工艺中才能够获得较理想的刻蚀效果。随着孔径比的增大，尺寸精度要求的提高，上述技术面临着以下挑战：刻蚀沉积物在刻蚀过程中无法被及时抽离而堆积在孔的开口处，导致刻蚀困难；由于保护和沉积不均匀导致在孔底部产生了孔径失真问题。采用现有ACL刻蚀工艺的失真率一般小于90％，很难再进一步优化。

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，提出了一种刻蚀方法。

为实现本发明的目的而提供一种刻蚀方法，所述方法包括：

主刻蚀步骤，所述主刻蚀步骤用于在待刻蚀层上进行孔刻蚀；

开口修饰步骤，所述开口修饰步骤用于去除所述主刻蚀步骤在所述孔的开口处形成的刻蚀沉积物；

循环交替进行所述主刻蚀步骤和所述开口修饰步骤，以在所述待刻蚀层上形成预设深度的孔。

优选地，所述开口修饰步骤具体包括：

对所述孔的侧壁和开口处进行物理轰击，以去除所述刻蚀沉积物并使所述孔的侧壁平滑。

优选地，所述开口修饰步骤还包括：

通入沉积气体，在所述孔的侧壁上形成沉积层。

优选地，所述开口修饰步骤还包括：

采用清洁气体进行刻蚀工艺以去除所述刻蚀沉积物和所述孔的开口处沉积的沉积物。

优选地，采用含氮气的第一混合气体形成等离子体，对所述孔的侧壁和开口进行物理轰击，以去除所述刻蚀沉积物并使所述孔的侧壁平滑。

优选地，通入含四氯化硅的第二混合气体进行沉积工艺，在所述孔的侧壁上形成沉积层。

优选地，所述第二混合气体中除四氯化硅外还包括：氮气或氦气。

优选地，所述清洁气体为含氟类气体的混合气体。

优选地，所述含氟类气体为三氟化氮、四氟化碳和三氟甲烷中的任意一种或组合。

优选地，所述主刻蚀步骤具体包括：

采用含氧气的第三混合气体刻蚀所述待刻蚀层。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的刻蚀方法包括：主刻蚀步骤与开口修饰步骤，主刻蚀步骤用于在待刻蚀层上进行孔刻蚀，开口修饰步骤用于去除主刻蚀步骤在孔的开口处形成的刻蚀沉积物，循环交替进行主刻蚀步骤和开口修饰步骤，以在待刻蚀层上形成预设深度的孔。由此与主刻蚀步骤交替进行的开口修饰步骤，去除了主刻蚀步骤在待刻蚀层上形成的孔开口处的刻蚀沉积物，避免了沉积物在孔开口处的堆积造成的底部失真，本发明提供的刻蚀方法应用于ACL层刻蚀时，实现了ACL层高孔径比的高精度刻蚀，提高了刻蚀良率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的刻蚀方法的流程框图；

图2为本发明一个实施例提供的开口修饰步骤的流程框图；

图3为本发明另一个实施例提供的开口修饰步骤的流程框图；

图4为本发明另一个实施例提供的刻蚀方法的流程框图；

图5为本发明实施例中孔的内径图；

图6为本发明实施例中孔的侧壁图。

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，下面结合附图来对本发明提供的刻蚀方法进行详细描述。

对于高孔径比的ACL层刻蚀，随着孔径比的增大，刻蚀沉积物会在刻蚀过程中逐渐堆积在孔的开口部分，导致刻蚀困难。随着堆积逐渐增多，导致孔开口会逐渐缩小，从而使得孔径比快速增加，反应物难以到达孔底部。常规采取的方式是加大下电极功率来增强等离子体对孔底部的轰击，从而保证刻蚀到底部，但是这会导致刻蚀速率过快，侧壁沉积不均匀，进而导致孔径失真，从而降低下一步刻蚀良率。针对上述情况，本发明提供的刻蚀方法可用于ACL层刻蚀，实现了ACL层高孔径比的高精度刻蚀，并且提高了刻蚀良率。

如图1所示，为本发明一个实施例提供的刻蚀方法的流程框图，本发明实施例中，刻蚀方法包括：

主刻蚀步骤11，主刻蚀步骤11用于在待刻蚀层上进行孔刻蚀。

开口修饰步骤12，开口修饰步骤用于去除主刻蚀步骤11在孔的开口处形成的刻蚀沉积物。

图1中循环交替进行主刻蚀步骤11和开口修饰步骤12，以在待刻蚀层上形成预设深度的孔。

具体地，预设深度可以根据工艺需求确定并由主刻蚀步骤11和开口修饰步骤12的循环次数实现，比如，待刻蚀层的厚度即为预设深度；如图1所示，循环交替进行主刻蚀步骤11和开口修饰步骤12N(N≥1)次后，在待刻蚀层上形成预设深度的孔。

在主刻蚀步骤11中，可以采用含氧气的第三混合气体刻蚀待刻蚀层。具体地，在主刻蚀步骤11中，向刻蚀腔室提供含氧气的第三混合气体以刻蚀位于其中的待刻蚀层，待刻蚀层可以是ACL层，并且该待刻蚀层被掩膜层保护，留出孔的位置。

第三混合气体可以包括适用于刻蚀待刻蚀层的任意气体，在一实施例方式中，第三混合气体包括：氧气以及氦气；其中氦气用于稀释氧气。在本发明的一典型的实施方式中，第三混合气体也可以仅包括氧气。进一步，第三混合气体只在主刻蚀步骤11中通入，并且第三混合气体的具体通入的时间可根据工艺需求确定。

本发明实施例中，开口修饰步骤12具体包括：对孔的侧壁和开口处进行物理轰击，以去除刻蚀沉积物并使孔的侧壁平滑。对孔进行物理轰击主要是采用物理的表面处理方法对孔的侧壁和开口进行处理，开口修饰步骤12中采用物理轰击，可以有效去除孔的侧壁表面的凸起或者使孔的侧壁表面的凸起的高度降低，使孔的侧壁光滑，提高了待刻蚀层的孔的孔径比。

本发明实施例提供的刻蚀方法包括：主刻蚀步骤与开口修饰步骤，主刻蚀步骤用于在待刻蚀层上进行孔刻蚀，开口修饰步骤用于去除主刻蚀步骤在孔的开口处形成的刻蚀沉积物，循环交替进行主刻蚀步骤和开口修饰步骤，以在待刻蚀层上形成预设深度的孔。由此与主刻蚀步骤交替进行的开口修饰步骤，去除了主刻蚀步骤在待刻蚀层上形成的孔开口处的刻蚀沉积物，避免了沉积物在孔开口处的堆积造成的底部失真，本发明提供的刻蚀方法应用于ACL层刻蚀时，实现了ACL层高孔径比的高精度刻蚀，提高了刻蚀良率。

如图2所示，为本发明一个实施例提供的开口修饰步骤的流程框图，本实施例中，开口修饰步骤包括：

步骤121：对孔的侧壁和开口处进行物理轰击，以去除刻蚀沉积物并使孔的侧壁平滑。

具体地，在一实施例方式中，可以采用含氮气的第一混合气体形成等离子体，对孔的侧壁和开口处进行物理轰击，以去除刻蚀沉积物并使孔的侧壁平滑。具体地，第一混合气体包括：氮气与氩气，其中，氩气用于稀释氮气。在本发明一典型的实施方式中，第一混合气体也可以仅包括氮气。进一步，第一混合气体只在步骤121中通入，并且第一混合气体的具体通入的时间可根据工艺需求确定。

步骤122：通入沉积气体，在孔的侧壁上形成沉积层。

在步骤122中形成沉积层，主要目标是对待刻蚀层的顶部、孔的侧壁和开口进行保护，从而在表面处理后孔的光滑平坦的侧壁表面形成一层致密均匀的沉积层。进一步，在待刻蚀层为ACL时，对ACL上掩膜层和ACL上孔的侧壁进行保护，致密的沉积层可以更有效的保护孔的侧壁，防止侧壁在下一步的主刻蚀步骤中无法承受离子轰击而引起保护失效。均匀而致密的侧壁沉积有利于高孔径比ACL孔刻蚀过程中，改善孔径失真，确保ACL层刻蚀质量。

本实施例提供的开口修饰步骤中，对主刻蚀步骤在待刻蚀层上形成的孔的侧壁和开口处进行物理轰击，以去除刻蚀沉积物并使孔的侧壁平滑，保证了孔的侧壁的形貌，有利于下一步沉积层的均匀性；进一步，通入沉积气体，在孔的侧壁上形成沉积层，改善了孔的失真，确保了刻蚀质量。

如图3所示，为本发明另一个实施例提供的开口修饰步骤的流程框图，本实施例中，开口修饰步骤包括：

步骤131：对孔的侧壁和开口处进行物理轰击，以去除刻蚀沉积物并使孔的侧壁平滑。

具体地，在一实施例方式中，可以采用含氮气的第一混合气体对孔进行物理轰击。具体地，第一混合气体包括：氮气与氩气，氩气用于稀释氮气。

步骤132：通入沉积气体，在孔的侧壁上形成沉积层。

具体地，通入含四氯化硅的第二混合气体进行沉积工艺，在孔的侧壁上形成沉积层。第二混合气体中除四氯化硅还包括：氮气或氦气。其中，氮气或氦气用于稀释四氯化硅。四氯化硅的分子式为SiCl4，四氯化硅为无色透明液体，无毒，纯度稍低的呈现微黄色或者淡黄色，有窒息性气味。本实施例形成的沉积层，增加侧壁氧化物，实现更充足的侧壁保护，这样可以在侧壁形貌得以保证的情况下，达到更高的孔径比。进一步，由于本实施例采用的含四氯化硅的第二混合气体形成沉积层，可以在待刻蚀层为ACL层时，很容易在ACL层形成孔的侧壁形成稳定的沉积层，保护孔的侧壁不被刻蚀，也不会形成孔的侧壁的弓形形貌。进一步，第二混合气体只在步骤132通入，并且第二混合气体的具体通入的时间可根据工艺需求确定。进一步，可以通过等离子体化学气相沉积在孔上形成沉积层，而等离子体化学气相沉积的原理是利用低温等离子体(非平衡等离子体)作能量源，待沉积件置于低气压下辉光放电的阴极上，利用辉光放电(或另加发热体)使工件升温到预定的温度，然后通入适量的反应气体，气体经一系列化学反应和等离子体反应，在工件表面形成固态薄膜。等离子体化学气相沉积包括了化学气相沉积的一般技术，又有辉光放电的强化作用。

步骤133：采用清洁气体进行刻蚀工艺以去除刻蚀沉积物和孔的开口处沉积的沉积物。

具体地，清洁气体为含氟类气体的混合气体，含氟类气体为三氟化氮、四氟化碳和三氟甲烷中的任意一种或组合。其中，三氟甲烷，分子式为CHF3，又称三氟甲，是一种无色、微味、不导电的气体，是理想的卤代烷替代物。进一步，含氟类气体只在步骤133中通入，并且含氟类气体的通入时间可根据工艺需求确定，本实施例中，采用含氟类气体清洁刻蚀沉积物和孔的开口处沉积的沉积物，含氟类气体产生的氟可将刻蚀沉积物和孔的开口处沉积的沉积物带走，在待刻蚀层为ACL层时，该含氟类气体的清洁作用不但不会影响ACL层的孔侧壁，还会改善沉积层沿孔口处分布的均匀性，避免了沉积物在ACL层的孔开口处的堆积造成的底部失真，实现了ACL层高孔径比的高精度刻蚀，提高了刻蚀良率。

本实施例提供的开口修饰步骤中，对主刻蚀步骤在待刻蚀层上形成的孔的侧壁和开口进行物理轰击，去除刻蚀沉积物同时使孔的侧壁平滑，保证了孔的侧壁的形貌；通入沉积气体，在孔的侧壁上形成沉积层，增强了沉积物的致密性，减轻了侧壁横向刻蚀；在待刻蚀层为ACL层时，改善了ACL层的孔刻蚀过程中沉积厚度的均匀性，改善了孔径失真。进一步，采用清洁气体进行刻蚀工艺以去除刻蚀沉积物和孔的开口处沉积的沉积物，避免了沉积物在孔开口处的堆积造成的底部失真，在待刻蚀层为ACL层时，实现了ACL层高孔径比的高精度刻蚀，提高了刻蚀良率。

下面结合图4对本发明另一个实施例提供的刻蚀方法进行详细阐述：

本实施例中，物理轰击步骤22、形成沉积层步骤23、清洁刻蚀沉积物步骤24三步可与主刻蚀步骤21循环交替进行以在ACL层上形成预设深度的孔。

主刻蚀步骤21：通入含氧气的第三混合气体，以在ACL层上进行孔刻蚀。

具体地，在主刻蚀步骤21中，含氧气的第三混合气体主要是对ACL层进行孔刻蚀。

物理轰击步骤22：通入含氮气的第一混合气体，对ACL层上形成的孔的侧壁和开口进行物理轰击，以去除刻蚀沉积物并使孔的侧壁平滑。

具体地，在物理轰击步骤22中，只有含氮气的第一混合气体通入。本步骤主要是物理轰击作用，可以有效去除侧壁表面的凸起或者使凸起的高度降低，使侧壁光滑，有利于下一步沉积层厚度的均匀性。

形成沉积层步骤23：通入含四氯化硅的第二混合气体进行沉积工艺，在孔的侧壁上形成沉积层。

具体地，在形成沉积层步骤23中，只有含四氯化硅的第二混合气体通入。具体地，形成沉积层步骤23可以对ACL层上的孔的顶部和开口进行保护，从而在处理后光滑平坦的侧壁表面形成一层致密均匀的沉积层。可以对ACL层的掩膜层和ACL层形成的孔侧壁进行保护，致密的沉积层可以更有效的保护侧壁，防止侧壁在下一步的刻蚀过程中无法承受离子轰击而引起保护失效。均匀而致密的侧壁沉积有利于高孔径比ACL孔刻蚀过程中，改善孔径失真，确保ACL层刻蚀质量。

清洁刻蚀沉积物步骤24：采用清洁气体进行刻蚀工艺，以去除刻蚀沉积物和孔的开口处沉积的沉积物。

具体地，在清洁刻蚀沉积物步骤24中，只有清洁气体的通入，目的是将反应物和沉积步生成的沉积物进行均匀的清洁，使开口处过多的沉积物得到清洁，但不影响ACL层形成的孔的侧壁，并进一步改善沉积层沿孔口处分布的均匀性。

下面可再次通入含氧气的第三混合气体，以进行下一阶段的主刻蚀步骤21，直至进行N次循环形成图5与图6所示的孔内径与孔侧壁。

本发明具体的实施案例效果如图5、6所示。由图5与图6可知，采用本发明提出的技术方案进行ACL孔刻蚀的失真率可达到95％以上，同时可以保证侧壁的形貌。

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 (6)

1.一种刻蚀方法，用于刻蚀高孔径比的孔，其特征在于，所述方法包括：

主刻蚀步骤，所述主刻蚀步骤用于在待刻蚀层上进行孔刻蚀；

开口修饰步骤，所述开口修饰步骤用于去除所述主刻蚀步骤在所述孔的开口处形成的刻蚀沉积物；

循环交替进行所述主刻蚀步骤和所述开口修饰步骤，以在所述待刻蚀层上形成预设深度的孔，以提高所述刻蚀沉积物在所述孔的开口处堆积造成的底部失真率，所述失真率是底部孔径短轴与长轴之比；

所述开口修饰步骤具体包括：

对所述孔的侧壁和开口处进行物理轰击，以去除所述孔的侧壁表面的凸起或者使所述孔的侧壁表面的凸起的高度降低，使所述孔的侧壁平滑；

通入沉积气体，在所述孔的侧壁上形成沉积层，以对所述孔的侧壁进行保护；

采用清洁气体进行刻蚀工艺，以去除所述刻蚀沉积物和所述孔的开口处沉积的沉积物，改善所述沉积层沿孔口分布的均匀性，所述清洁气体为含氟类气体的混合气体。

2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，

采用含氮气的第一混合气体形成等离子体，对所述孔的侧壁和开口处进行物理轰击，以去除所述刻蚀沉积物并使所述孔的侧壁平滑。

3.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，通入含四氯化硅的第二混合气体进行沉积工艺，在所述孔的侧壁上形成沉积层。

4.根据权利要求3所述的刻蚀方法，其特征在于，所述第二混合气体中除四氯化硅外还包括：氮气或氦气。

5.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述含氟类气体为三氟化氮、四氟化碳和三氟甲烷中的任意一种或组合。

6.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于，所述主刻蚀步骤具体包括：

采用含氧气的第三混合气体刻蚀所述待刻蚀层。