本申請涉及半導(dǎo)體制造，尤其涉及一種形成溝槽的方法及半導(dǎo)體工藝設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、在集成電路、微機(jī)電系統(tǒng)和先進(jìn)封裝等領(lǐng)域，深硅刻蝕有著重要應(yīng)用，是半導(dǎo)體制造中非常重要的一種工藝過程。由于深硅刻蝕需要形成具有較大深寬比和較高垂直度的溝槽，傳統(tǒng)的濕法刻蝕工藝無法完成，因此通常采用干法刻蝕工藝獲得所需溝槽。其中，干法刻蝕工藝是一種基于低溫等離子體的刻蝕技術(shù)，其使用離化后的氣體對待刻蝕膜層進(jìn)行物理轟擊和化學(xué)刻蝕而達(dá)到刻蝕目的。但是，因?yàn)榛瘜W(xué)刻蝕的各向同性刻蝕作用或者物理轟擊的各向異性作用容易導(dǎo)致溝槽的底部形成圓角或微溝槽，這樣會不利于后續(xù)制備半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如不利于制備mems(全稱micro?electro?mechanical?system，微機(jī)電系統(tǒng))結(jié)構(gòu)或埋入式扇出型封裝結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N形成溝槽的方法及半導(dǎo)體工藝設(shè)備，以解決相關(guān)技術(shù)存在的溝槽的底部容易形成圓角或微溝槽，不利于后續(xù)制備半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的問題。

2、本申請第一方面提供了一種形成溝槽的方法，應(yīng)用于待刻蝕膜層，待刻蝕膜層包括層疊設(shè)置的襯底和掩膜層，掩膜層設(shè)置有第一掩膜開口，該方法包括：交替循環(huán)執(zhí)行第一刻蝕步驟和第二刻蝕步驟，以在襯底內(nèi)形成第一溝槽；其中，在每輪總循環(huán)中，第一刻蝕步驟用于將襯底從第一掩膜開口暴露出的第一部分刻蝕第一預(yù)定深度，第二刻蝕步驟用于將襯底從第一掩膜開口暴露出的第一部分刻蝕第二預(yù)定深度；并且，在每輪總循環(huán)中，第一刻蝕步驟和第二刻蝕步驟中的一者產(chǎn)生底部圓角，第一刻蝕步驟和第二刻蝕步驟中的另一者產(chǎn)生微溝槽效應(yīng)。

3、在一種實(shí)施方式中，掩膜層還設(shè)置有第二掩膜開口，第二掩膜開口暴露出襯底的第二部分，第二掩膜開口的開口尺寸小于第一掩膜開口的開口尺寸；該方法還包括：在交替循環(huán)執(zhí)行第一刻蝕步驟和第二刻蝕步驟的過程中，還在襯底內(nèi)形成第二溝槽；其中，在每輪總循環(huán)中，在產(chǎn)生底部圓角的刻蝕步驟中，對第一部分的刻蝕速率大于對第二部分刻蝕速率，以及在產(chǎn)生微溝槽效應(yīng)的刻蝕步驟中，對第一部分的刻蝕速率小于對第二部分的刻蝕速率。

4、在一種實(shí)施方式中，在每輪總循環(huán)中，第二部分被刻蝕第三預(yù)定深度，第三預(yù)定深度等于或大于第一預(yù)定深度和第二預(yù)定深度之和。

5、在一種實(shí)施方式中，第二刻蝕步驟為產(chǎn)生微溝槽效應(yīng)的刻蝕步驟，第二刻蝕步驟包括主刻蝕步驟，主刻蝕步驟的工藝條件包括：上電極中心功率和上電極邊緣功率的范圍均為100w～500w。

6、在一種實(shí)施方式中，上電極中心功率和上電極邊緣功率中的至少一個(gè)小于200w。

7、在一種實(shí)施方式中，第二刻蝕步驟還包括預(yù)刻蝕步驟，預(yù)刻蝕步驟在執(zhí)行主刻蝕步驟之前執(zhí)行；預(yù)刻蝕步驟用于去除第一刻蝕步驟中形成的刻蝕副產(chǎn)物。

8、在一種實(shí)施方式中，襯底的材料為含硅材料，預(yù)刻蝕步驟的工藝條件包括刻蝕氣體為含碳含氟氣體，主刻蝕步驟的工藝條件包括刻蝕氣體為含硫含氟氣體。

9、在一種實(shí)施方式中，第一刻蝕步驟為產(chǎn)生底部圓角的刻蝕步驟，第一刻蝕步驟包括循環(huán)執(zhí)行沉積步驟、物理轟擊步驟和化學(xué)刻蝕步驟的子循環(huán)；其中，在每輪子循環(huán)中，沉積步驟、物理轟擊步驟和化學(xué)刻蝕步驟依次執(zhí)行；在所有輪子循環(huán)中，該方法還包括如下至少之一：

10、沉積步驟的沉積時(shí)間按照子循環(huán)的循環(huán)輪數(shù)依次遞增；

11、物理轟擊步驟中的下電極功率按照子循環(huán)的循環(huán)輪數(shù)依次遞增；

12、化學(xué)刻蝕步驟的刻蝕時(shí)間按照子循環(huán)的循環(huán)輪數(shù)依次遞減。

13、在一種實(shí)施方式中，在所有輪總循環(huán)中，該方法還包括如下至少之一：

14、沉積時(shí)間的增量按照總循環(huán)的循環(huán)輪數(shù)依次遞增；

15、物理轟擊步驟中的下電極功率的增量按照總循環(huán)的循環(huán)輪數(shù)依次遞增；

16、化學(xué)刻蝕步驟的刻蝕時(shí)間的增量按照總循環(huán)的循環(huán)輪數(shù)依次遞減。

17、在一種實(shí)施方式中，在第n輪子循環(huán)中，沉積時(shí)間t1、下電極功率p和刻蝕時(shí)間t2中的至少之一滿足如下關(guān)系：

18、

19、其中，t1init為初始沉積時(shí)間、t1final為目標(biāo)沉積時(shí)間、ntotal為子循環(huán)的總輪數(shù)、mtotal為總循環(huán)的總輪數(shù)、pinit為初始下電極功率、pfinal為目標(biāo)下電極功率、t2init為初始刻蝕時(shí)間、t2final為目標(biāo)刻蝕時(shí)間，n、ntotal和mtotal均為正整數(shù)。

20、在一種實(shí)施方式中，第一溝槽用作mems結(jié)構(gòu)的空腔或用作埋入式扇出型封裝結(jié)構(gòu)的芯片容納腔。

21、本申請第二方面提供了一種半導(dǎo)體工藝設(shè)備，包括工藝腔室、進(jìn)氣組件、上電極組件、下電極組件和控制器，控制器包括至少一個(gè)處理器和至少一個(gè)存儲器，存儲器中存儲有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述任一種實(shí)施方式的方法。

22、上述技術(shù)方案中的優(yōu)點(diǎn)或有益效果至少包括：在形成第一溝槽的過程中，通過交替循環(huán)執(zhí)行第一刻蝕步驟和第二刻蝕步驟，可以在每輪循環(huán)中先執(zhí)行第一刻蝕步驟來將襯底從第一掩膜開口暴露出的第一部分刻蝕第一預(yù)定深度，再執(zhí)行第二刻蝕步驟將襯底從第一掩膜開口暴露出的第一部分繼續(xù)刻蝕第二預(yù)定深度，并使第一刻蝕步驟和第二刻蝕步驟中的一者產(chǎn)生底部圓角，第一刻蝕步驟和第二刻蝕步驟中的另一者產(chǎn)生微溝槽效應(yīng)，這樣能夠在刻蝕過程中利用產(chǎn)生的微溝槽效應(yīng)與產(chǎn)生的底部圓角相互抵消，使得每輪循環(huán)中執(zhí)行第一刻蝕步驟所產(chǎn)生的底部圓角或微溝槽均能被消除，從而確保最終獲得的第一溝槽的底部平整，有利于后續(xù)制備半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，例如有利于后續(xù)制備mems結(jié)構(gòu)和埋入式扇出型封裝結(jié)構(gòu)。

技術(shù)特征：

1.一種形成溝槽的方法，其特征在于，應(yīng)用于待刻蝕膜層，所述待刻蝕膜層包括層疊設(shè)置的襯底和掩膜層，所述掩膜層設(shè)置有第一掩膜開口，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩膜層還設(shè)置有第二掩膜開口，所述第二掩膜開口暴露出所述襯底的第二部分，所述第二掩膜開口的開口尺寸小于所述第一掩膜開口的開口尺寸；所述方法還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在每輪總循環(huán)中，所述第二部分被刻蝕第三預(yù)定深度，所述第三預(yù)定深度等于或大于所述第一預(yù)定深度和所述第二預(yù)定深度之和。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二刻蝕步驟為產(chǎn)生微溝槽效應(yīng)的刻蝕步驟，所述第二刻蝕步驟包括主刻蝕步驟，所述主刻蝕步驟的工藝條件包括：上電極中心功率和上電極邊緣功率的范圍均為100w～500w。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述上電極中心功率和所述上電極邊緣功率中的至少一個(gè)小于200w。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二刻蝕步驟還包括預(yù)刻蝕步驟，所述預(yù)刻蝕步驟在執(zhí)行所述主刻蝕步驟之前執(zhí)行；所述預(yù)刻蝕步驟用于去除所述第一刻蝕步驟中形成的刻蝕副產(chǎn)物。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述襯底的材料為含硅材料，所述預(yù)刻蝕步驟的工藝條件包括刻蝕氣體包括含碳含氟氣體，所述主刻蝕步驟的工藝條件包括刻蝕氣體包括含硫含氟氣體和氧氣。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一刻蝕步驟為產(chǎn)生底部圓角的刻蝕步驟，所述第一刻蝕步驟包括循環(huán)執(zhí)行沉積步驟、物理轟擊步驟和化學(xué)刻蝕步驟的子循環(huán)；其中，在每輪子循環(huán)中，所述沉積步驟、所述物理轟擊步驟和所述化學(xué)刻蝕步驟依次執(zhí)行；在所有輪子循環(huán)中，所述方法還包括如下至少之一：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所有輪總循環(huán)中，所述方法還包括如下至少之一：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在第n輪子循環(huán)中，所述沉積時(shí)間t1、所述下電極功率p和所述刻蝕時(shí)間t2中的至少之一滿足如下關(guān)系：

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溝槽用作mems結(jié)構(gòu)的空腔或用作埋入式扇出型封裝結(jié)構(gòu)的芯片容納腔。

12.一種半導(dǎo)體工藝設(shè)備，包括工藝腔室、進(jìn)氣組件、上電極組件、下電極組件和控制器，其特征在于，所述控制器包括至少一個(gè)處理器和至少一個(gè)存儲器，所述存儲器中存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N形成溝槽的方法及半導(dǎo)體工藝設(shè)備，其中，該方法包括：交替循環(huán)執(zhí)行第一刻蝕步驟和第二刻蝕步驟，以在襯底內(nèi)形成第一溝槽；其中，在每輪總循環(huán)中，第一刻蝕步驟用于將襯底從第一掩膜開口暴露出的第一部分刻蝕第一預(yù)定深度，第二刻蝕步驟用于將襯底從第一掩膜開口暴露出的第一部分刻蝕第二預(yù)定深度，且第一刻蝕步驟和第二刻蝕步驟中的一者產(chǎn)生底部圓角，第一刻蝕步驟和第二刻蝕步驟中的另一者產(chǎn)生微溝槽效應(yīng)。本方案能有效解決相關(guān)技術(shù)存在的第一溝槽的底部容易形成圓角或微溝槽，不利于后續(xù)制備半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：林源為,劉晗,周晨旭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/17