[发明专利]一种非等离子干法刻蚀方法

说明书

本公开提供了一种非等离子干法刻蚀方法，通入包含HF的气体混合物对二氧化硅和氮化硅进行刻蚀，气体混合物还包括含氟气体和/或羟基化合物，其中，各气体成分的流量比例根据所需的二氧化硅/氮化硅刻蚀选择比来确定；判断二氧化硅和氮化硅的刻蚀厚度是否达到预定范围，如果未达到，继续进行所述刻蚀。本公开可以有效避免等离子体损伤和微细结构粘连，通过调节气体流量比例和/或通入顺序，即可有效地控制二氧化硅和氮化硅的选择比，并且工艺简单和设备成本低。

技术领域

本公开属于半导体领域，具体涉及一种非等离子干法刻蚀方法。

背景技术

半导体前道工艺中，为了满足设计需求，要进行多道刻蚀工艺来形成特定的图形。目前刻蚀工艺大多集中在二氧化硅(SiO₂)和氮化硅(SiN)刻蚀。由于在待加工工件上，两种薄膜大多相邻，刻蚀工艺会对两者均有影响。根据不同应用，刻蚀工艺时需要保证不同的二氧化硅/氮化硅刻蚀选择比(selectivity)。如图1a所示，形成SiN侧墙(spacer)时，需要较高的氮化硅/二氧化硅选择比以避免STI oxide被过度刻蚀。而去除3D NAND底部自然氧化层(native oxide)时，见图1b，为了保证侧壁氮化硅和二氧化硅厚度一致，则需要氮化硅/二氧化硅选择比尽量达到1∶1。如图1c所示，去除栅极(gate)表面自然氧化层时，要求较高的二氧化硅/氮化硅选择比，以避免造成SiN spacer损伤。

现有技术方案大多只能满足一种应用，例如，现有技术中一种常用的技术方案是湿法刻蚀。利用氢氟酸溶液(HF)和热磷酸溶液(H₃PO₄)分别刻蚀二氧化硅和氮化硅。刻蚀产物均为水溶性物质，反应结束后利用去离子水(DIwater)清洗。其反应原理如下：

HF+SiO₂→SiF₄+H₂O (1)

H₃PO₄(hot)+SiN+H₂O→Si(OH)₄+NH₄H₂PO₄ (2)

该技术方案使用氢氟酸溶液刻蚀二氧化硅，反应物SiF₄溶解在溶液中，之后利用去离子清洗吹干。刻蚀氮化硅时，将待加工工件置于热磷酸溶液中，反应物Si(OH)₄和NH₄H₂PO₄溶解在水溶液中，之后利用去离子水清洗吹干。通过改变氢氟酸和热磷酸腐蚀时间，可以有效调节氧化硅/氮化硅选择比(n∶1～1∶n，n≥1)。

这种技术方案中的两种工艺均具有较高的选择比，如氢氟酸溶液刻蚀二氧化硅时，对氮化硅的选择比能达到10∶1，而热磷酸刻蚀氮化硅时，对二氧化硅的选择比能达到150∶1。因此可以分别刻蚀二氧化硅和氮化硅膜，通过改变两种工艺的刻蚀时间，可以有效调节氮化硅和二氧化硅的刻蚀量。

在实现本公开的过程中，申请人发现现有技术存在以下缺陷：

湿法刻蚀需要使用两种设备，工艺步骤比较复杂，产能较低。此外，由于存在表面张力，湿法刻蚀过程中，待加工工件表面的微细结构容易产生粘连，见图2。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本公开提出了一种能够大范围有效调节选择比的非等离子干法刻蚀方法。

为达到上述目的，本公开提出了一种非等离子干法刻蚀方法，包括以下步骤：向反应腔室内通入包含HF的气体混合物对二氧化硅和氮化硅进行刻蚀，所述气体混合物还包括含氟气体和/或羟基化合物，其中，各气体成分的流量比例根据所需的二氧化硅/氮化硅刻蚀选择比来确定；判断所述二氧化硅和氮化硅的刻蚀厚度是否达到预定范围，如果未达到，继续进行所述刻蚀。