一种博世工艺刻蚀硅基片的方法

摘要

本发明提供了一种博世工艺中刻蚀硅基片的方法，针对沉积步骤和刻蚀步骤分别采用两组气体的切换交替进入工艺腔，在不需要调整MFC的响应速度的前提下，就可以使沉积步骤和刻蚀步骤相应的工艺时间步长缩短，也即是本发明利用了MFC的响应时间延迟来巧妙的缩短工艺时间步长，使得MFC的响应时间延迟不仅不会影响工艺稳定性反而确保MFC稳定性和可控性，提高了工艺稳定性，减小了scallop缺陷的产生。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种博世工艺刻蚀硅基片的方法。

背景技术

在博世(bosch)工艺中，沉积步骤(deposition step)和刻蚀步骤(etch step)会相互切换，在沉积步骤和刻蚀步骤的切换不可避免地会产生褶皱(scallop)。随着特征尺寸变小，对scallop的要求也越来苛刻。

业界通过缩小沉积步骤和刻蚀步骤的时间步长来减小scallop的产生，然而，现在的bosch工艺中，沉积步骤和刻蚀步骤的时间步长均已经缩短到毫秒(ms)量级，这对于工艺腔(chamber)内的各个部件(component)也提出了比较高的要求；特别是对质量流量控制器(MFC)的要求，因为MFC的响应速度是bosch工艺腔设计中比较重要的参量；但是，由于MFC通过阀门控制气体流量，所以在实际需要快速切换MFC的工艺中，MFC经常会出现时间延迟，导致MFC响应曲线不够理想。为了降低MFC的响应延迟，需要将MFC的响应速度调整到最高极限，这将降低MFC的工艺稳定性和可控性，从而降低整个工艺腔的工艺稳定性。

发明内容

为了克服以上问题，本发明提供了一种减小博世工艺中的各个步骤的时间步长的方法，通过两组气体的切换实现无需弥补MFC的响应延迟时间就可以缩短工艺步长的目的。

为了达到上述目的，本发明提供了博世工艺刻蚀硅基片的方法，所述博世工艺具有沉积步骤和刻蚀步骤，所述博世工艺所采用的装置具有质量流量控制器，质量流量控制器用于控制反应气体的流量，在博世工艺中质量流量控制器的响应存在延迟时间，所述方法包括：

步骤01：设定所述刻蚀步骤的工艺时间步长和所述沉积步骤的工艺时间步长；

步骤02：向工艺腔中通入第一刻蚀气体；

步骤03：经第一时间段后，向工艺腔中通入第一沉积气体；然后，在所述刻蚀步骤的工艺时间步长结束后停止通入所述第一刻蚀气体；

步骤04：经第二时间段后，向工艺腔通入第二刻蚀气体；然后，在所述沉积步骤的工艺时间步长结束后停止通入所述第一沉积气体；

步骤05：经第三时间段后，向工艺腔通入第二沉积气体；然后，在所述刻蚀步骤的工艺时间步长结束后停止通入所述第二刻蚀气体；

步骤06：经第四时间段后，向工艺腔通入第一刻蚀气体；然后，在所述沉积步骤的工艺时间步长结束后停止通入所述第二沉积气体；

步骤07：重复所述步骤03-05一次，然后按照步骤06、步骤03、步骤04和步骤05的顺序重复循环，从而完成博世工艺；其中，博世工艺的所述刻蚀步骤的实际工艺步长等于所述刻蚀步骤的工艺时间步长减去所述质量流量控制器的延迟时间，所述沉积步骤的实际工艺步长等于所述沉积步骤的工艺时间步长减去所述质量流量控制器的延迟时间；所述第一时间段和所述第三时间段均为所述刻蚀步骤的工艺时间步长减去所述质量流量控制器的延迟时间，所述第二时间段和所述第四时间段均为所述沉积步骤的工艺时间步长减去所述质量流量控制器的延迟时间。

优选地，所设定的所述刻蚀步骤的工艺时间步长为所述延迟时间的两倍，从而使所述刻蚀步骤的实际工艺时间步长为所述工艺时间步长的一半；所设定的所述沉积步骤的工艺时间步长为所述延迟时间的两倍，从而使所述沉积步骤的实际工艺时间步长为所述工艺时间步长的一半。

优选地，所设定的所述刻蚀步骤的工艺时间步长为200ms，所述延迟时间为100ms，所述实际工艺步长为100ms。

优选地，所设定的所述沉积步骤的工艺时间步长为200ms，所述延迟时间为100ms，所述实际工艺步长为100ms。

优选地，所述第一刻蚀气体的成分和第二刻蚀气体的成分相同，包括SF₆气体。

优选地，所述第一刻蚀气体的流量、所述第一沉积气体的流量，所述第二刻蚀气体的流量和所述第二沉积气体的流量分别受一MFC的控制。

优选地，所述第一沉积气体的成分和第二沉积气体的成分相同。

优选地，所述第一沉积气体和所述第二沉积气体为C₄F₈。

优选地，所述第一刻蚀气体的流量和第二刻蚀气体的流量相同。

优选地，所述所述第一沉积气体的流量和第二沉积气体的流量相同。

本发明的减小博世工艺中时间步长的方法，针对沉积步骤和刻蚀步骤分别采用两组气体的切换交替进入工艺腔，在不需要调整MFC的响应速度的前提下，就可以使沉积步骤和刻蚀步骤相应的工艺时间步长缩短，也即是本发明利用了MFC的响应时间延迟来巧妙的缩短工艺时间步长，使得MFC的响应时间延迟不仅不会影响工艺稳定性反而确保MFC稳定性和可控性，提高了工艺稳定性，减小了scallop缺陷的产生。

附图说明

图1为本发明的一个较佳实施例的博士工艺刻蚀硅基片的方法的流程示意图

图2为本发明的一个较佳实施例的各个工艺气体的所设定的工艺时间步长曲线和实际工艺步长曲线示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

本发明所述的方法在一等离子体刻蚀反应腔内进行，在对反应腔内的硅基片进行等离子体刻蚀工艺中，为了减小刻蚀步骤和沉积步骤交替时产生的scallop，需要尽量设定每一步刻蚀步骤和沉积步骤的工艺时间较短，其方法是通过MFC快速控制刻蚀气体和沉积气体交替进入刻蚀反应腔内并配合各个步骤的工艺参数进行控制。因此MFC所控制的气体流量是博世工艺中的重要参数。MFC响应时间延迟会使得气体实际进入反应腔内参与反应的时间变短，由于工艺时间步长缩短，且MFC存在响应时间延迟，将严重降低工艺稳定性；如果一味的提高MFC的响应速度来弥补响应时间延迟，不仅会造成MFC本身的稳定性和可控性下降，也会造成整个工艺性下降；因此，为了确保工艺稳定性，本发明提出了一种方法，可以不调整MFC的响应速度来弥补响应时间延迟和缩短工艺时间步长。

本发明中，博世工艺的刻蚀步骤的实际工艺步长等于刻蚀步骤的工艺时间步长减去质量流量控制器的延迟时间，沉积步骤的实际工艺步长等于沉积步骤的工艺时间步长减去质量流量控制器的延迟时间；第一时间段和第三时间段均为刻蚀步骤的工艺时间步长减去质量流量控制器的延迟时间，第二时间段和第四时间段均为沉积步骤的工艺时间步长减去质量流量控制器的延迟时间。

以下结合附图1-2和具体实施例对本发明的避免真空腔腔门过冲的启闭装置作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。

本实施例中，博世工艺具有沉积步骤和刻蚀步骤，博世工艺所采用的装置具有质量流量控制器(MFC)，MFC用于控制反应气体的流量，在博世工艺中MFC的响应存在延迟时间，这里延迟时间可以但不限于为100ms，博世工艺的工艺时间步长由控制器来控制，且控制器向MFC发送信号来控制MFC切换为刻蚀步骤的工艺气体流量或沉积步骤的工艺气体流量；这里，第一刻蚀气体的流量、第一沉积气体的流量，第二刻蚀气体的流量和第二沉积气体的流量分别受一MFC的控制；请参阅图1，本实施例的博世工艺中的工艺时间步长的方法包括：

步骤01：设定刻蚀步骤的工艺时间步长和沉积步骤的工艺时间步长；

具体的，可以通过控制器来设定工艺时间步长；工艺时间步长为刻蚀步骤的反应时间也即是刻蚀气体的通入时间，沉积步骤的反应时间也即是沉积气体的通入时间；本实施例中，各个沉积步骤的工艺时间步长相同，各个刻蚀步骤的工艺时间步长相同，较佳的，还包括：沉积步骤的工艺时间步长与刻蚀步骤的工艺时间步长相同；本实施例中，所设定的刻蚀步骤的工艺时间步长为延迟时间的两倍，从而使刻蚀步骤的实际工艺时间步长为工艺时间步长的一半；所设定的沉积步骤的工艺时间步长为延迟时间的两倍，从而使沉积步骤的实际工艺时间步长为工艺时间步长的一半；这里，由于MFC的延迟时间为100ms，所设定的刻蚀步骤和沉积步骤的工艺时间步长均为200ms，可以推算得到两个步骤的实际工艺时间步长均为100ms。

步骤02：向工艺腔中通入第一刻蚀气体；

具体的，MFC开启，并且控制刻蚀步骤的第一刻蚀气体的流量；MFC经过100ms的延时后第一刻蚀气体进入反应腔，刻蚀步骤开始进行；第一刻蚀气体可以为SF₆。

步骤03：经第一时间段后，向工艺腔中通入第一沉积气体；然后，在工艺时间步长结束后停止通入第一刻蚀气体；

具体的，第一时间段为刻蚀步骤的工艺时间步长200ms减去MFC的延迟时间100ms，因此，第一时间段为100ms；第一沉积气体可以为C₄F₈。输送第一沉积气体的MFC也存在100ms的响应延时，因此，当第一刻蚀气体停止通入后，第一沉积气体刚好进入反应腔开始沉积步骤。

步骤04：经第二时间段后，向工艺腔通入第二刻蚀气体；然后，在工艺时间步长结束后停止通入第一沉积气体；

具体的，第二时间段为沉积步骤的工艺时间步长200ms减去MFC的延迟时间100ms，因此，第二时间段为100ms；较佳的，第二刻蚀气体的成分与第一刻蚀气体的成分相同，为SF₆；第二刻蚀气体的流量与第一刻蚀气体的流量相同。输送第二刻蚀气体的MFC也存在100ms的响应延时，因此，当第一沉积气体停止通入后，第二刻蚀气体刚好进入反应腔开始刻蚀步骤。

步骤05：经第三时间段后，向工艺腔通入第二沉积气体；然后，在工艺时间步长结束后停止通入第二刻蚀气体；

具体的，第三时间段为刻蚀步骤的工艺时间步长200ms减去MFC的延迟时间100ms，因此，第一时间段为100ms；较佳的，第二沉积气体的成分与第一沉积气体的成分相同，为C₄F₈；第二沉积气体的流量与第一沉积气体的流量相同。输送第二沉积气体的MFC也存在100ms的响应延时，因此，当第二刻蚀气体停止通入后，第二沉积气体刚好进入反应腔开始沉积步骤。

步骤06：经第四时间段后，向工艺腔通入第一刻蚀气体；然后，在工艺时间步长结束后停止通入第二沉积气体；

具体的，第四时间段为沉积步骤的工艺时间步长200ms减去MFC的延迟时间100ms，因此，第四时间段为100ms；输送第一刻蚀气体的MFC存在100ms的响应延时，因此，当第二沉积气体停止通入后，第一刻蚀气体刚好进入反应腔开始刻蚀步骤。

步骤07：重复步骤03-05一次，然后按照步骤06、步骤03、步骤04和步骤05的顺序重复循环，从而完成博世工艺。

需要说明的是，关于沉积步骤和刻蚀步骤的具体工艺参数可以采用常规博世工艺，这里不再赘述。

请参阅图2，图中虚线C11和C21分别表示第一刻蚀气体C₄F₈1的实际通入时间(反应时间)和第二刻蚀气体C₄F₈2的实际通入时间(反应时间)，虚线C12和C22分别表示第一沉积气体SF₆1的实际通入时间(反应时间)和第二沉积气体SF₆2的实际通入时间(反应时间)，实线A11和A21分别表示第一刻蚀气体C₄F₈1的工艺时间步长和第二刻蚀气体C₄F₈2的工艺时间步长，实线A12和A22分别表示第一沉积气体SF₆1的工艺时间步长和第二沉积气体SF₆2的工艺时间步长；曲线B1为虚线C11和C21合并而成，其表示第一刻蚀气体与第二刻蚀气体交替通入所形成的刻蚀步骤的实际工艺时间步长，曲线B2为虚线C12和C22合并而成，其表示第一沉积气体与第二沉积气体交替通入所形成的沉积步骤的实际工艺时间步长。如图2所示，针对每一种工艺气体，实线与虚线不重叠的部分表示MFC的响应延迟时间，由于MFC的响应延迟，导致每个刻蚀步骤或沉积步骤中的实际工艺时间步长比设定的工艺时间步长缩短，通过第一刻蚀气体与第二刻蚀气体交替通入工艺腔，缩短了刻蚀步骤的工艺时间步长，并且，所获得的刻蚀步骤的工艺时间步长及其间隔时间是均匀的，同理，通过第一沉积气体与第二沉积气体交替通入工艺腔，缩短了沉积步骤的工艺时间步长，并且，所获得的沉积步骤的工艺时间步长及其间隔时间是均匀的，图2中所示的，曲线B1的刻蚀步骤和曲线B2的沉积步骤交替进行，并且在曲线B1的刻蚀步骤和曲线B2的沉积步骤之间的切换没有明显的时间延迟，从而实现了设定较大的工艺时间步长而得到较小的实际工艺时间步长，而无需调整MFC的响应速度，并且通过利用MFC的响应时间延迟问题来巧妙地克服了MFC响应延迟带来的问题，确保了MFC的稳定性和可控性，减小了scallop的产生，提高了工艺稳定性。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。