干法刻蚀工艺方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112103167 A(43)申请公布日 2020.12.18

(21)申请号 202011038882.2(22)申请日 2020.09.28

(71)申请人 上海华虹宏力半导造有限公司

地址 201203 上海市浦东新区张江高科技

园区祖冲之路1399号(72)发明人 赵博超　

(74)专利代理机构 上海浦一知识产权代理有限

公司 31211

代理人 焦健(51)Int.Cl.

H01J 37/32(2006.01)H01L 21/311(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

()发明名称

干法刻蚀工艺方法(57)摘要

在晶本发明公开了一种干法刻蚀工艺方法，

圆进入工艺腔中进行干法刻蚀步骤时，将刻蚀步骤的射频功率进行逐级调整，通过两次或以上的逐步升高最终达到正常刻蚀所需的RF功率。本发明将刻蚀时的射频功率划分为多个中间值，逐级步进，最终到达射频功率，避免一次开过大RF功率时对刻蚀机台造成过大的负载冲击。

CN 112103167 ACN 112103167 A

权　利　要　求　书

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1.一种干法刻蚀工艺方法，其特征在于：在晶圆进入工艺腔中进行干法刻蚀步骤时，将刻蚀步骤的RF功率进行逐级调整，通过两次或以上的逐步升高最终达到正常刻蚀所需的RF功率。

2.如权利要求1所述的干法刻蚀工艺方法，其特征在于：所述的刻蚀步骤，将刻蚀时的RF功率划分为多个中间值，逐级步进，最终到达刻蚀工艺RF功率，避免一次开足RF功率时对机台的负载冲击。

3.如权利要求1所述的干法刻蚀工艺方法，其特征在于：所述的晶圆在工艺腔中，还包括稳定步骤；所述稳定步骤是指在晶圆进入工艺腔后各参数达到刻蚀条件要求的准备步骤。

4.如权利要求1所述的干法刻蚀工艺方法，其特征在于：所述的参数包括工艺腔内温度达到设定值、各反应气体的流量值达到目标值以及工艺腔内压力参数满足刻蚀条件。

5.如权利要求1所述的干法刻蚀工艺方法，其特征在于：所述的对RF功率进行逐级调整，调整的步进次数越多，每次步进的量越小，则对机台的功率冲击越小。

6.如权利要求5所述的干法刻蚀工艺方法，其特征在于：根据机台对RF功率波动的承受能力以及工艺工时的要求，综合考虑设置RF射频功率步进的次数或者步进的量，达到优化的平衡状态。

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说　明　书干法刻蚀工艺方法

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技术领域

[0001]本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种干法刻蚀工艺方法。

背景技术

[0002]在亚微米或深亚微米半导造工艺领域，干法刻蚀时最主要的用来去除表面材料的刻蚀方法，干法刻蚀是把硅片表面暴露于气态中产生的等离子体中，等离子体通过光刻胶中开出的窗口，与硅片发生物理或化学反应(或这两种反应)，从而去掉暴露的材料。干法刻蚀的主要目的是完整地把掩膜图形复制到硅片上。干法刻蚀系统可以是各向同性或各向异性的刻蚀机，这取决于RF电场相对于硅片的方向，意思是指正离子溅射的发生是在硅片边缘还是在硅片的表面。如果这个电场是垂直与硅片表面，刻蚀作用就是重正离子溅射和一些基本的化学反应，如果这个电场是平行于硅片表面，物理的溅射作用就很弱，因此刻蚀作用主要是表面材料和活性元素之间的化学反应。[0003]接触孔和通孔结构的制作需要刻蚀介质，从而在ILD中刻蚀出窗口，而具有高深宽比(窗口深度与窗口宽度的比值)的窗口刻蚀具有一定的挑战性。[0004]在0.13微米工艺中，正常的刻蚀RF功率曲线如图1所示，曲线中分为两个部分，前一部分为待机状态或稳定状态，主要是晶圆在进入反应腔后，机台的各参数达到刻蚀工艺所所需时的状态，这个属于刻蚀前准备，腔室内各反应气体的流量达到稳定值，刻蚀温度达到设定值等。满足刻蚀条件后，RF发生器从待机状态进入到工作状态，形成如图1所示的曲线。在一些接近机台刻蚀能力上限的应用场景时，由于接触孔刻蚀参数中刻蚀射频功率RF接近机台RF的设定上限，所以在刻蚀步骤时，RF功率从稳定待机状态进入到刻蚀步骤状态时RF功率瞬间波动较大，导致机台RF功率不稳定，形成了如图2所示的RF功率曲线，引起机台报警或晶圆电弧现象。

发明内容

[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种干法刻蚀工艺方法，解决在刻蚀RF功率接近机台能力上限时RF瞬时功率过大造成对机台的冲击。[0006]为解决上述问题，本发明所述的一种干法刻蚀工艺方法，在晶圆进入工艺腔中进行干法刻蚀步骤时，将刻蚀步骤的射频功率进行逐级调整，通过两次或以上的逐步升高最终达到正常刻蚀所需的RF功率。[0007]进一步的改进是，所述的刻蚀步骤，将刻蚀时的射频功率划分为多个中间值，逐级步进，最终到达射频功率，避免一次开过大的RF功率时对机台的负载冲击。[0008]进一步的改进是，所述的晶圆在工艺腔中，还包括稳定步骤；所述稳定步骤是指在晶圆进入工艺腔后各参数达到刻蚀条件要求的准备步骤。[0009]进一步的改进是，所述的参数包括工艺腔内温度达到设定值、各反应气体的流量值达到目标值以及工艺腔内压力参数满足刻蚀条件。[0010]进一步的改进是，所述的对RF功率进行逐级调整，调整的步进次数越多，每次步进

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的量越小，则对机台的功率冲击越小，但时间成本越高。[0011]本发明所述的干法刻蚀工艺方法，将刻蚀步骤中传统的将RF功率直接开到工艺目标值调整为逐级步进，逐渐调整缓慢升高到工艺目标RF功率，降低了RF功率变化过大对机台的冲击，增强了机台的稳定性。附图说明

[0012]图1是干法刻蚀时正常的RF功率曲线。

[0013]图2是干法刻蚀时RF功率出现波动异常的曲线。[0014]图3是本发明干法刻蚀时逐级调整RF功率的曲线。

具体实施方式

[0015]本发明所述的干法刻蚀工艺方法，主要为了解决刻蚀时RF功率接近机台能力上限时，传统做法是直接跳转至目标刻蚀功率，由此产生RF功率波动过大对刻蚀机台的负载冲击而造成的机台稳定性问题。为此采用缓慢提升的方法，在晶圆进入工艺腔中进行干法刻蚀步骤时，将刻蚀步骤的射频功率进行逐级调整，通过两次或以上的逐步升高最终达到正常刻蚀所需的RF功率。

[0016]以0.13微米工艺下针对接触孔刻蚀的问题为例，在晶圆进入工艺腔后，先进行准备过程，也就是稳定步骤，在工艺腔室内通入C4F8、CO、Ar等气体，同时对机台工艺腔室内进行控温，比如上下部电极的温度、腔室侧壁温度等，待腔室内各反应气体流量以及温度达到目标刻蚀条件时，执行刻蚀步骤。[0017]以三步推进式升温为例，本实施例最终刻蚀要达到的标准功率是上电极RF功率为1800W，下电极RF功率根据上电极的功率进行同步相应的调整，对于刻蚀工艺来说起主导地位的是上电极RF功率，如果从稳定步骤直接将上电极RF功率升到1800W，接近机台能力上限，则机台瞬时承受的功率变化太大，此功率波动容易导致机台出现不稳定的问题。[0018]在此问题基础上，本发明将RF功率进行逐级调整，缓慢上升，如图3所示，比如首先将机台RF功率调到上部电极1000W的状态下，稳定一段时间后比如20S后再继续上调RF功率，将上部电极RF功率再调节至1400W，下部电极同步调整到适当的值，稳定30秒之后，最后将RF功率调到刻蚀工艺的正常值，上部电极调到RF功率1800W，同时对应调整下部电极RF功率到适当值。通过逐步提升RF功率给了机台一段缓冲的时间，机台每次步进功率变化不大，能够适应功率的波动，实现了刻蚀工艺的稳定性。[0019]为了进一步增强机台的稳定性，还可以将RF功率步进设置得更细，也就是每次步进的功率变化更小，前述实施例每次步进功率在400W左右，还可以将每次步进功率变化设置为200W左右，这样机台每次承受的波动变化更小，但也会显著增加步进次数，导致机台工时成本的增加，因此，具体的步进量需要结合实际情况综合考虑，以达到稳定性与成本之间的平衡。

[0020]经过试验，采用RF功率步进的方案后，机台报警次数降低了90％以上，机台的稳定性得到明显改善。

[0021]以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同

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替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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图1

图2

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图3

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