专利名称：半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀方法，特别涉及以碘化氢(HI)为主要腐蚀气体，以提高腐蚀选择性和改善晶片上腐蚀层外形的、半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀方法。
随着半导体工业的进步，半导体器件必须高容量和多功能。因此，必须在有限的空间内集成更多的元件。为使半导体器件超小型化和高度集成化，已研究开发了晶片制造技术。
为实现半导体器件超小型化和高集成化，在半导体晶片制造中，已广泛采用干腐蚀技术。最常用的干腐蚀技术是用等离子腐蚀法。
但是，等离子腐蚀工艺是极重要又困难的技术。等离子腐蚀工艺中首先要考虑的问题是腐蚀的形状、对下层的选择性、腐蚀速度，均匀性等。而这些主要取决于腐蚀设备的特性或所用气体。特别是，均匀性主要受腐蚀设备的特性影响，其它三项主要受所用气体的影响。
近来，为了获得超小型化和图形的高集成化的电子零部件，已开发了一种方法，在所用气体中加形成聚合物的气体而进行等离子腐蚀工艺，以改进腐蚀外形。为改进腐蚀外形的这些方法中的一个实例是由美国专利USP-4490209公开的。
用常规等离子腐蚀方法腐蚀硅衬底材料时，根据该层的性能，用含氟(F)和氯(Cl)的卤化物作主要腐蚀气体。除此之外，在主要腐蚀气体中加入其它气体构成混合气体，或用其它气体作为载体，用于改善腐蚀层的腐蚀形状和改善对下层的选择性。
各种气体所要起的作用是分别提供混合用的各种气体。由于诸如氦(He)，氩(Ar)的惰性气体的质量较重，它们用作主要腐蚀气体的载体，起到物理溅射腐蚀膜层的作用。等离子放电产生的自由基态或离子态中存在氧(O2)和氮(N2)，增加和减少腐蚀部件上产生的聚合物，以控制腐蚀形状。
而且，在溴化氢的情况下，溴化氢在等离子分解后，Br吸附在腐蚀部件的侧壁上，形成Si-Br系聚合物。该Si-Br系聚合物作为保护膜阻止腐蚀层侧壁表面与Cl反应，形成良好的腐蚀形状。
但是，在用HCl，Cl2，HBr为主要腐蚀气体的常规等离子腐蚀方法中，膜层腐蚀侧壁的外形没有令人满意的垂直度。因此，很难用于要求超小型和高集成度的工艺中。
本发明的目的是提供一种半导体器件制造工艺中的等离子腐蚀方法，用碘化氢作主要腐蚀气体，对硅衬底材料层进行干腐蚀，以获得良好的选择性和好的外形。
为实现发明目的，半导体器件制造工艺的等离子腐蚀方法中，用多种气体转换成等离子态，并与其上有图形掩膜的晶片进行离子碰撞和反应，以干腐蚀晶片。按本发明的半导体器件制造工艺中的等离子腐蚀方法中，以碘化氢为主要腐蚀气体，进行上述干腐蚀，腐蚀硅衬底材料层。
硅衬底材料层包括选自栅氧化硅材料，多晶硅，WSix，AgSix，PtSix和TiSix中的任何一种。
图1是按本发明的半导体器件制造工艺中等离子腐蚀方法腐蚀的晶片剖面图。
本发明对晶片上形成的硅衬底材料层进行腐蚀。硅衬底材料层包括栅氧化层、多晶硅层、WSix层、AgSix层、PtSix层和TiSix层。
为腐蚀这些所述层，用HI作主要腐蚀气体，并按各层的特性选择合适的添加气体加入主腐蚀气体中形成混合气体，完成各实施例的干腐蚀。
首先参照图1说明对多晶硅层腐蚀的一个实施例。
参见图1，在晶片上依次迭放衬底层10，氧化硅层12，多晶硅层14和作为掩模的光刻胶层16。
衬底10的组分是构成晶片的单晶硅组分。衬底10上形成厚几百埃的氧化硅层12。并淀积约几千埃厚的多晶硅层14，用于形成晶体管的栅。多晶硅层14不要腐蚀的部分涂覆光刻胶层16作为掩模。
如上所述，设定了等离子腐蚀设备的环境后，用HI作主要腐蚀气体。并加入如溴烷的添加气体，形成聚合物，保护侧壁。
并且，还加入另一种添加气体如氧(O2)或氮(N2)，以控制腐蚀形状。用惰性气体(Ar或He)中的Ar气作载体。
供给上述各种气体(HI，溴烷，O2或Ar)后，加高频使其转变成等离子态的中间体，并使惰性气体分解，使其活化。
等离子态的活化组分与没加光刻胶层16掩模的多晶硅层14反应。
活化的碘(I)载于作为活化载体气体的Ar气上，并转移到多晶硅层14的表面，与多晶硅层14表面中包含的Si组分化合。因而产生碘化硅(SiI)，并粘附在多晶硅层上，从而腐蚀掉多晶硅。
激活成等离子的溴(Br)与多晶硅层14表面中包含的Si组分化合，粘附到多晶硅层表面上，并形成Si-Br聚合物。
也就是说，由于所述的工艺产生了SiI，SiBr，使晶片的多晶硅层14被腐蚀。随着多晶硅层14被腐蚀，在腐蚀表面形成或吸附有杂质。
在外形表面上会形成聚合物，即在多晶硅层14的侧面或底面会形成聚合物。侧边上形成的聚合物18阻止多晶硅层14表面中包含的硅(Si)与等离子态的碘反应，因此，侧壁外形的垂直度好。由于聚合物14确保外形的侧壁垂直度，因而，能避免侧壁的过腐蚀或腐蚀成不正常的形状。底面上形成的聚合物阻止多晶硅层14表面中包含的硅与等离子态氯反应，因此，用作有妨碍腐蚀的因素。但是，由于活化的氩气(Ar)的碰撞能除去底部聚合物，因此，不能促进腐蚀。
如上所述，腐蚀工艺中，不仅仅在多晶硅层14上产生等离子腐蚀的Ar碰撞，在作为掩模的光刻胶层16的表面也有Ar碰撞。此时，光刻胶中包含有碳(C)组分，而且，由于Ar碰撞，碳组分被逸出。
由于碳组分有对氧的化学吸引力，在多晶硅层14的下部由氧化硅层12构成时，如图1所示，在要腐蚀的范围内碳与多晶硅层14下层的氧化硅层12中包含的氧反应。
因而，若氧化硅中的氧与碳化合，则实现了对氧化硅层12的腐蚀，因此，破坏了对层间层的选择腐蚀性。本例中，为防止出现这种问题，提供了氧(O2)气或氮(N2)气。然后，氧或氮变成要转换成自由基态(O，N)或离子态O2′，N2′)的等离子态。它们与碳化合，生成一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)，或氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)。
因而，由于在腐蚀工艺中产生碳，供给氧气或氮气能防止层间层的选择性受到破坏。
若用本发明所述实施例腐蚀晶片，表面保持平滑直线，并形成垂直侧壁。因此，令人满意地形成矩形的整个外形。
而且，碘化氢的化合能低于氯化氢(HCl)，氯(Cl)或溴化氢(HBr)的化合能，因此，与采用HCl，Cl或HBr的常规腐蚀法相比，能获得对底层高的选择性。
按上述本发明的一个实施例，能获得平滑的腐蚀表面和垂直的形状。因此容易形成高集成度和超小型化的图形。
因此，按本发明，对晶片的干腐蚀中，线宽、外形和选择性的控制均好。因此，能防止下层的腐蚀麻点。
而且，按本发明，能获得满足超小型化和极高集成度的半导体器件制造中所需的良好外形。从而能实现半导体器件的高容量和多功能。
尽管已用本发明的实施例说明了本发明，但本行业的普通技术人员应明白，本发明在形式上和细节上会有各种变化，但这些变化均不脱离本发明的精神和要求保护的范围。
权利要求
1.半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀方法，用多种气体转变成等离子态，与其上有掩膜图形的晶片离子碰撞并反应，对晶片干腐蚀，其特征是，用碘化氢(HI)作主要腐蚀气体，腐蚀硅衬底材料层，进行所述干腐蚀。
2.按权利要求1的半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀方法，其特征是，所述硅衬底材料层是栅氧化层。
3.按权利要求1的半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀方法，其特征是，所述硅衬底材料层是多晶硅层。
4.按权利要求1的半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀方法，其特征是，所述硅衬底材料层是WSix层。
5.按权利要求1的半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀方法，其特征是，所述硅衬底材料层是AgSix层。
6.按权利要求1的半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀方法，其特征是，所述硅衬底材料层是PtSix层。
7.按权利要求1的半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀方法，其特征是，所述硅衬底材料层是TiSix层。
全文摘要
半导体器件制造工艺中用的等离子腐蚀法，用多种气体转换成等离子态，并与其上有掩模图形的晶片离子碰撞和化学反应，碘化氢(HI)作为主要腐蚀气体，腐蚀硅衬底材料层，进行上述的干腐蚀。在要求超小型化和极高集成度的半导体器件的制造中使用，能获得优异的腐蚀形状。
文档编号H01L21/311GK1168535SQ9612396
公开日1997年12月24日 申请日期1996年12月24日 优先权日1996年6月12日
发明者朴容铉 申请人:三星电子株式会社