技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
等离子体蚀刻方法，特别涉及等离子体蚀刻
硅基化合物
半导体衬底的方法。
背景技术
[0002] 微开槽是用于指在等离子体所蚀刻的特征部的
侧壁的基部处进行局部蚀刻的术语，其可导致蚀刻深度在特征部的底部各处具有较大的差异。当蚀刻离子以掠射
角到达侧壁时，可能引起微开槽。这些离子从侧壁反射并积聚在沟槽的拐角处，导致局部更高的蚀刻速率。图4示出了在使用六氟化硫(SF6)/
氧(O2)/氦(He)工艺气体对
碳化硅(SiC)进行等离子体蚀刻期间的典型的经微开槽的结构。微开槽是不希望有的，因为它可能导致有
缺陷的半导体器件，特别是如果微沟槽穿过到达下方的
电极。
[0003] 防止微开槽的典型方法依赖于调节直流(DC)自
偏压以降低离子
能量，或者使用聚合气体(例如四氟化硅(SiF4)、八氟环
丁烷(C4F8)、三氟甲烷(CHF3))。然而，这些方法并不总能保证防止微开槽，并且取决于蚀刻要求可能导致低于理想蚀刻性能的蚀刻性能(例如低蚀刻速率或低选择性)。使用形成气体的
聚合物还可能对蚀刻室的清洁度产生不利影响，使得蚀刻室需要频繁的机械清洁。
[0004] US 2007/0281462公开了一种用于克服微开槽问题的方法，其中第一等离子体蚀刻步骤之后进行第二等离子体蚀刻步骤，以去除在第一等离子体蚀刻步骤期间产生的任何微沟槽。
[0005] 本发明的目的是在等离子体蚀刻期间防止或至少减少微开槽。
发明内容
[0006] 根据本发明的一方面，提供了一种等离子体蚀刻硅基化合物半导体衬底的方法，该方法包括：
[0007] (a)在蚀刻室内提供衬底；
[0008] (b)在衬底上执行循环过程，循环过程的每个循环包括：
[0009] i.将蚀刻剂气体供应到蚀刻室中，将蚀刻剂气体激发成等离子体并使用该等离子体在衬底上执行蚀刻步骤；以及
[0010] ii.执行
解吸步骤，其中在解吸步骤期间，供应到蚀刻室中的唯一气体是惰性气体，从而允许在蚀刻步骤期间
吸附到衬底表面的反应物质从衬底表面解吸。
[0011]
发明人已经发现，通过提供停止任何反应物质流入蚀刻室并且在继续到下一步骤或下一循环之前仅将惰性气体供应到蚀刻室中持续预定量的时间的解吸步骤，微开槽可以大大减少或完全消除。据推测，解吸步骤为任何反应物质提供了从衬底表面解吸的时间，从而将反应物质的数量减少到形成微沟槽所需的
阈值水平以下。
[0012] 以这种方式，可以减少或消除微开槽，而不需要聚合气体来形成
钝化层，如上所述，
钝化层可能对蚀刻室清洁度产生不利影响。
[0013] 术语“化合物半导体”是指由两种或更多种元素制成的半导体。术语“硅基化合物半导体”是指其中一种元素是硅的化合物半导体。
[0014] 在蚀刻步骤期间，蚀刻剂气体可包括含氟气体。例如，蚀刻剂气体可包括六氟化硫(SF6)。替代地或另外地，蚀刻剂气体可包括四氟化碳(CF4)或八氟环丁烷(C4F8)。含氟气体在等离子体中提供氟自由基源，该氟自由基在衬底表面进行反应以进行蚀刻。
[0015] 在蚀刻步骤期间，含氟气体的流速可以是约10sccm(标准立方厘米每分钟)至50sccm(标准立方厘米每分钟)。
[0016] 每个循环中的蚀刻步骤的持续时间可以是约0.5秒至5秒。
[0017] 蚀刻剂气体还可以包括惰性气体，例如氦、氩、氪或氙。在蚀刻步骤期间，惰性气体的流速可以是约15sccm至40sccm。
[0018] 在一些
实施例中，蚀刻剂气体由含氟气体(例如SF6)和惰性气体(例如He，Ar，Kr或Xe)组成，即，在蚀刻步骤期间供应到蚀刻室的唯一气体是含氟气体和惰性气体。
[0019] 在一些实施例中，蚀刻剂气体还可以包括含氧气体(例如O2或O3)。含氧气体的流速可以小于含氟气体的流速。含氧气体在蚀刻步骤期间可以仅流动蚀刻步骤的总时间的一部分，和/或仅流动循环总数的子集。
[0020] 在解吸步骤期间，供应到蚀刻室的惰性气体可以是例如氦气、氩气、氪气或氙气、或惰性气体的混合物。在解吸步骤期间惰性气体的流速可以是约15sccm至40sccm。
[0021] 每个循环中的解吸步骤的持续时间可以是至少0.5秒。在一些实施例中，解吸步骤的持续时间可以是至少1秒。在一些实施例中，解吸步骤的持续时间可以是至少1.5秒。在一些实施例中，解吸步骤的持续时间可以是至少2秒。最大持续时间将由生产率考虑因素驱动，但可能例如约为5秒。解吸步骤的持续时间可以是例如约0.5秒至5秒。较短的解吸步骤将导致更快的循环，但是如果解吸步骤太短，则微开槽可能复现或微开槽的程度可能是不可接受的。
[0022] 在执行循环过程之前，可以在衬底上提供掩模层，例如，SiO2掩模层，用于在蚀刻步骤期间保护不被蚀刻的衬底区域。在这种情况下，循环过程的每个循环可以进一步包括：
[0023] iii.执行掩模强化步骤以强化掩模层，其中在掩模强化步骤期间，仅将含氧气体以及可选地将惰性气体供应到蚀刻室中；
[0024] 其中，蚀刻步骤、解吸步骤和掩模强化步骤可以在每个循环期间以任何顺序进行。
[0025] 掩模强化步骤对于减少微开槽不是必需的，并且通常不影响微开槽的程度。然而，通过提供掩模强化步骤，可以在每个循环期间减轻掩模层的劣化，从而允许更大的蚀刻深度。
[0026] 这些步骤不需要以任何特定顺序执行。例如，在一个实施方案中，可以首先进行蚀刻步骤，接着进行解吸步骤，接着进行掩模强化步骤。在另一个实施方案中，可以首先进行蚀刻步骤，接着进行掩模强化步骤，接着进行解吸步骤。在另一个实施方案中，可以首先进行解吸步骤，接着进行蚀刻步骤，接着进行掩模强化步骤。
[0027] 在掩模强化步骤期间，含氧气体可以是O2或O3。
[0028] 在实施例中，在掩模强化步骤期间供应到蚀刻室的气体由含氧气体(例如O2或O3)以及可选地由惰性气体(例如氦、氩、氪或氙)组成。如果在掩模强化步骤期间供应惰性气体，则掩模强化步骤期间惰性气体的流速可为约15sccm至40sccm。
[0029] 掩模强化步骤期间含氧气体的流速可小于或等于30sccm。在一些实施例中，掩模强化步骤期间含氧气体的流速可小于或等于25sccm。在一些实施例中，掩模强化步骤期间含氧气体的流速可小于或等于20sccm。在一些实施例中，掩模强化步骤期间含氧气体的流速可小于或等于15sccm。在一些实施例中，掩模强化步骤期间含氧气体的流速可为约3sccm至12sccm。
[0030] 每个循环中掩模强化步骤的持续时间可为约0.5秒至5秒。
[0031] 本发明的方法可以是等离子体蚀刻硅基化合物半导体衬底的方法，其中衬底由SiC制成。
附图说明
[0032] 现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明，其中：
[0033] 图1示出了可以在其上执行本发明的方法的衬底的示意图。
[0034] 图2示出了根据本发明的循环过程的示意图。
[0035] 图3示出了使用根据本发明的方法的经等离子体蚀刻的沟槽的横截面。
[0036] 图4示出了经等离子体蚀刻的沟槽的横截面，其中发生了微开槽。
具体实施方式
[0037] 图1示出了待使用本发明的方法进行蚀刻的衬底110。该示例中的衬底110由碳化硅(SiC)制成。在衬底110的顶部是由
二氧化硅(SiO2)制成的掩模120。在蚀刻工艺期间，由于材料的不同，掩模120的蚀刻速率将低于衬底110的蚀刻速率。因此，掩模120用作在衬底110上方的屏障件，以保护衬底110的不被蚀刻的部分。衬底110的待蚀刻部分的顶部被暴露。
[0038] 在包括蚀刻室的典型的等离子体蚀刻设备(未示出)中蚀刻衬底110，在蚀刻室中衬底110被
支撑在台板上。可蚀刻碳化硅衬底的示例性高
密度等离子体蚀刻工具可以是SPTS SynapseTM。蚀刻室包括气体可通过其被引入蚀刻室的气体入口以及气体可通过其离开蚀刻室的气体出口。
[0039] 图2示出了根据本发明的示例性循环过程的
流程图。在该描述的实施例中，蚀刻步骤210首先被执行，接着执行掩模强化步骤220，接着执行解吸步骤230。但是，这些步骤不需要按此顺序执行，并且可以按任何顺序重新排列。此外，为了减少或防止微开槽，掩模强化步骤220是可选的。掩模强化步骤220有利地允许实现更大的蚀刻深度。
[0040] 表1示出了每个步骤的典型参数。典型的工作压
力为1mTorr至50mTorr(约0.13Pa至6.67Pa)，典型的RF偏压功率为250W至1000W。
[0041] 表1
[0042] 步骤210(蚀刻) 步骤220(掩模强化) 步骤230(解吸)
时间(秒) 0.5-5 0.5-5 0.5-5
线圈功率(W) 500-1500 500-1500 500-1500
SF6(sccm) 10-50 0 0
O2(sccm) 0 3-12 0
He(sccm) 15-40 15-40 15-40
[0043] 在蚀刻步骤210期间，SF6和He的蚀刻剂气体混合物被供应到蚀刻室。然后蚀刻剂气体混合物被激发成等离子体并被用于蚀刻衬底110的一部分以开始形成沟槽。尽管该示例中在蚀刻步骤210期间没有O2流，但是在一些实施例中，蚀刻剂气体混合物还可以包括O2。在蚀刻步骤期间添加O2可以增加F*自由基，因此有利地提高蚀刻速率。然而，F*自由基的增加也会使微开槽更容易发生。如果要将O2掺入蚀刻剂气体混合物中，则O2的流速通常可小于SF6的流速。在一些实施例中，O2可以仅在蚀刻步骤210的总时间的一部分期间和/或仅在循环总数的子集期间添加。蚀刻步骤210期间的O2的流速和O2流的持续时间可以被优化以在不发生微开槽的情况下提高蚀刻速率。
[0044] 在掩模强化步骤220期间，停止向蚀刻室供应SF6，并且代之以将O2和He的气体混合物供应到蚀刻室。O2气体促进化合物的形成以增强掩模层120，使得可以将沟槽蚀刻到更大的深度。该步骤对微开槽没有显著影响，并且是可选的。
[0045] 在解吸步骤230期间，供应到蚀刻室的唯一气体是He。在该步骤期间仅供应惰性气体，允许吸附到衬底110的被蚀刻表面的任何反应蚀刻物质有时间从该表面解吸，这减少了微开槽。
[0046] 对于解吸步骤，增加He的流速对减少微开槽没有主要影响。解吸步骤的步骤时间是减少微开槽的更重要因素。增加解吸步骤的步骤时间导致微开槽减少或没有；然而，这是以增加执行每个周期的总时间为代价的。超过2秒的解吸步骤时间通常导致没有微沟槽的蚀刻。
[0047] 步骤210、220和230形成一个循环，可以重复该循环直到达到所需的蚀刻深度。例如，使用表1中所示的工艺参数，该工艺可以重复20个循环以产生深度约为1微米的沟槽。使用本发明可以实现更大的蚀刻深度，同时减少或防止微开槽。
[0048] 图3示出了使用表1的工艺参数并使用根据本发明的3步骤循环过程进行等离子体蚀刻的沟槽的横截面。图示的沟槽显示出没有微开槽。
