專利名稱：各向異性干腐蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各向異性干腐蝕方法，用于相對(duì)于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜有選擇地各向異性地干腐蝕氮化硅膜。
在干腐蝕氮化硅膜的常規(guī)方法中，使用SF6氣體，如例如在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開No.8-321484中所述那樣，以及使用NF3和Cl2等，如例如在日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開No.6-181190中所述那樣。按照這些常規(guī)技術(shù)，可以相對(duì)于氧化硅膜有選擇地腐蝕氮化硅膜。但是，由于硅腐蝕速率快，不可能相對(duì)于硅膜有選擇地腐蝕氮化硅膜。當(dāng)使用例如CHF3或CF4與H2的混合氣體時(shí)，可以降低硅的腐蝕速率，并相對(duì)于硅有選擇地腐蝕氮化硅膜。但是這種混合氣體的使用還會(huì)導(dǎo)致氧化硅膜的腐蝕速率的增加。因此，相對(duì)于硅膜和氧化硅膜二者腐蝕具有高腐蝕選擇性的氮化硅膜是困難的。
利用上述背景技術(shù)，日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開No.59-222933和60-115232披露了使用諸如CH2F2和CH3F這樣F與H復(fù)合比例為2或更小的氣體的技術(shù)，作為用于相對(duì)于硅膜和氧化硅膜有選擇地腐蝕氮化硅膜的方法。即，這些參考文獻(xiàn)指出，通過(guò)使用F與H復(fù)合比例為2或更小的氣體，可以相對(duì)于硅膜和氧化硅膜二者有選擇地腐蝕氮化硅膜。
但是具有2或更小F與H復(fù)合比例的氣體屬于爆炸范圍，因此有難于控制的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是提供相對(duì)于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜都能有選擇地、各向異性地干腐蝕氮化硅膜的各向異性干腐蝕方法。
根據(jù)本發(fā)明的各向異性干腐蝕方法是用于相對(duì)于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜有選擇地各向異性地干腐蝕氮化硅膜的方法。根據(jù)本發(fā)明的各向異性干腐蝕方法的特征在于，襯底溫度被設(shè)置在10℃或更低，包含氟、碳和氫的復(fù)合氣體與一氧化碳的混合氣體被用做反應(yīng)氣體。
在該各向異性干腐蝕方法中，最好包含氟、碳和氫的復(fù)合氣體是從CHF3、CF4和C2F6構(gòu)成的組中選擇的至少一種氣體與氫氣的混合氣體，或者是CHF3氣體。而且，最好CO氣體與反應(yīng)氣體的總氣體流量的混合比例的體積百分比是70到95。
根據(jù)本發(fā)明，不需要特別地將諸如CH2F2和CH3F這樣的具有F與H復(fù)合比例為2或更小的簡(jiǎn)單氣體作為包含氟、碳和氫的復(fù)合氣體來(lái)使用。因此，本發(fā)明不受F與H復(fù)合比例的限制。


圖1是示出襯底溫度和各膜的腐蝕速率之間關(guān)系的曲線圖，用以說(shuō)明本發(fā)明的原理；圖2是按步驟的順序示出將本發(fā)明用于接觸孔腐蝕的實(shí)施例的剖視圖；以及圖3是按步驟的順序示出將本發(fā)明用于溝槽腐蝕的實(shí)施例的剖視圖。
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。首先將說(shuō)明氮化硅膜以及氮化硅膜相對(duì)于其它氧化硅膜及硅膜的腐蝕選擇性。圖1是示出襯底溫度和各膜的腐蝕速率之間關(guān)系的曲線圖，橫軸表示襯底溫度，縱軸表示膜腐蝕速率。使用平行板干腐蝕系統(tǒng)(parallel plate dry etching system)測(cè)量腐蝕速率。將CHF3用作含有氣態(tài)氟、碳和氫的復(fù)合氣體。將CHF3和CO氣體的混合氣體用作反應(yīng)氣體，在改變襯底溫度的同時(shí)對(duì)氮化硅膜、多晶硅膜和氧化硅膜的腐蝕速率進(jìn)行測(cè)量。在按照慣例已經(jīng)進(jìn)行了腐蝕的50℃到100℃的襯底溫度下，氮化硅膜的腐蝕速率慢，不可能相對(duì)于特別是氧化硅膜來(lái)有選擇地腐蝕氮化硅膜。隨著襯底溫度的下降，氮化硅膜的腐蝕速率迅速增大。多晶硅膜和氧化硅膜的腐蝕速率稍有增加，而且遠(yuǎn)慢于氮化硅膜的腐蝕速率。在50℃或更低的襯底溫度下，氮化硅膜的腐蝕速率驚人地增加。在10℃或更低的襯底溫度下，氮化硅膜相對(duì)于氧化硅膜的腐蝕選擇性是5或更大。另外，由于多晶硅膜的腐蝕速率要慢得多，因此有可能以10或更大的腐蝕選擇性相對(duì)于多晶硅膜來(lái)腐蝕氮化硅膜。
氮化硅膜的腐蝕速率隨襯底溫度的降低而增大的原因被認(rèn)為是更低的襯底溫度使得反應(yīng)生成物容易產(chǎn)生。換句話說(shuō)，當(dāng)加入CO時(shí)，氟被以COF的形式除去，并且出現(xiàn)缺少氟的等離子體。此外，隨著襯底溫度的降低，由附著在襯底上的碳氟化合物氣體如CHF2分解或產(chǎn)生的CxHy的量增加。如果是這樣，則作為反應(yīng)生成物的HCN數(shù)量增加并被排出，隨之而產(chǎn)生的結(jié)果是氮化硅膜的腐蝕速率增加。另一方面，當(dāng)加入CO時(shí)，氧化硅膜上F的量變得不足。結(jié)果，氧化硅膜的腐蝕速率下降。當(dāng)加入CO時(shí)，多晶硅膜或硅膜上高耐離子轟擊性的富碳聚合膜的淀積被加速。由于該淀積的膜保護(hù)硅表面，因此多晶硅膜以及硅膜的腐蝕速率被認(rèn)為較慢。
關(guān)于CHF3與CO的混合比例，發(fā)現(xiàn)需要以總氣體流量的70％或更大的比例加入CO氣體，以便產(chǎn)生缺少氟的等離子體，并將氧化硅膜的腐蝕速率抑制到低水平。
下面，將描述根據(jù)上述原理而應(yīng)用本發(fā)明的各向異性干腐蝕方法。圖2A到2E是按步驟的順序示出第一實(shí)施例的剖視圖。在第一實(shí)施例中，在將氮化物膜用做停止層的情況下，使用采用本發(fā)明的各向異性干腐蝕方法，以便將自對(duì)準(zhǔn)接觸的該氮化物膜去除。
首先，如圖2A中所示，在硅襯底1上依次淀積了氧化硅膜2、多晶硅膜3和氧化硅膜4。在形成抗蝕劑(未示出)后，對(duì)抗蝕劑進(jìn)行圖形化。通過(guò)將抗蝕劑用做掩模，使氧化硅膜2、多晶硅膜3和氧化硅膜4經(jīng)受各向異性干腐蝕，由此形成電極布線。
接著，如圖2B中所示，在整個(gè)表面上淀積氧化硅膜5。使氧化硅膜5經(jīng)受各向異性干腐蝕，由此在導(dǎo)線的側(cè)表面上形成側(cè)壁。
之后，如圖2C所示，在整個(gè)表面上淀積用做腐蝕停止層的氮化硅膜6，并形成層間絕緣膜7，如BPSG膜。隨后，借助于抗蝕劑8形成接觸孔圖形。
隨后，如圖2D所示，通過(guò)將抗蝕劑8用做掩模，使層間絕緣膜7經(jīng)受各向異性干腐蝕，并使形成的接觸孔9達(dá)到這樣的程度，即使之到達(dá)用做停止層的氮化硅膜6。
然后，如圖2E中所示，將暴露于接觸孔9內(nèi)部的氮化硅膜6除去，并在硅襯底1中形成孔。本發(fā)明的實(shí)施例被用于去除氮化硅膜6。即，同時(shí)相對(duì)于氧化硅膜5和硅襯底1有選擇地腐蝕氮化硅膜6。
換句話說(shuō)，在10sccm的CHF3氣體、90sccm的CO氣體、40毫乇的壓強(qiáng)、150W的高頻(RF)功率和10℃的襯底溫度下，腐蝕例如進(jìn)行90秒。作為腐蝕工藝的結(jié)果，接觸孔9內(nèi)的氮化硅膜6被有選擇地除去。此時(shí)，由于根據(jù)本發(fā)明可以相對(duì)于氧化硅膜5和硅襯底1有選擇地腐蝕氮化硅膜，因此氧化硅膜5和硅襯底1被削減的量較少。隨后，將導(dǎo)電材料埋入接觸孔9中，以便在襯底和上部布線層之間提供延續(xù)性。在本例中，利用自對(duì)準(zhǔn)接觸，可以以穩(wěn)定的方式形成接觸孔，而不使電極布線與導(dǎo)電材料短路，并且不需要對(duì)硅襯底進(jìn)行深鑿。
圖3A到3C是按照步驟的順序示出本發(fā)明第二實(shí)施例的剖視圖。在本實(shí)施例中，本發(fā)明被用于在多晶硅接觸栓塞上形成溝槽布線的溝槽形成步驟。
首先，如圖3A所示，在淀積在硅襯底10上的氧化物膜12中形成多晶硅接觸栓塞11。之后，依次淀積用做腐蝕停止層的氮化硅膜13和用做層間膜的氧化硅膜14，并進(jìn)一步借助于抗蝕劑15形成溝槽布線圖形。
然后，如圖3B中所示，通過(guò)將抗蝕劑15用做掩模，對(duì)氧化硅膜14進(jìn)行各向異性干腐蝕，并使形成的溝槽達(dá)到這樣的程度，即使之到達(dá)用作停止層的氮化硅膜13。
之后，如圖3C所示，通過(guò)將抗蝕劑15用做掩模，由此去除氮化硅膜13，以便露出多晶硅栓塞11。將本實(shí)施例用于氮化硅膜13的去除。即，同時(shí)相對(duì)于氧化硅膜12和多晶硅栓塞11有選擇地腐蝕氮化硅膜13。采用與第一實(shí)施例中相同的腐蝕條件。這樣，使氮化硅膜13被去除。這里，由于可以相對(duì)于氧化硅膜12和多晶硅栓塞11有選擇地腐蝕氮化硅膜13，因此氧化硅膜12和多晶硅栓塞11被削減的量較少，并且因此有可能使溝槽的底部平坦化。因此，可以以穩(wěn)定的方式進(jìn)行后面的布線形成。
顯然，本發(fā)明不應(yīng)局限于上述實(shí)施例。在這些實(shí)施例中，使用含碳、氫和氟的復(fù)合氣體與CO的混合氣體?？梢韵蚧旌蠚怏w中加入較少量的氧氣、稀有氣體或氮?dú)?，以便提高腐蝕的可除去性。
如至此為止所述的，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將襯底溫度設(shè)定在10℃或更低，以及通過(guò)將含氟、碳和氫的復(fù)合氣體與一氧化碳(CO)的混合氣體用做反應(yīng)氣體，可以相對(duì)于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜的全部對(duì)氮化硅膜進(jìn)行有選擇地各向異性干腐蝕。因此，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)按慣例難于實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1．各向異性干腐蝕方法，包括相對(duì)于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜有選擇地各向異性地干腐蝕氮化硅膜的步驟，所述腐蝕是在這樣的條件下進(jìn)行的，即襯底溫度是10℃或更低，并且包含氟、碳和氫的復(fù)合氣體與一氧化碳相混合的氣體被用做反應(yīng)氣體。
2．如權(quán)利要求1的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，包含氟、碳和氫的所述復(fù)合氣體是氫氣與由CHF3、CF4和C2F6構(gòu)成的一組氣體中的選擇的至少一種氣體的混合氣體，或者是CHF3氣體。
3．如權(quán)利要求1的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，CO氣體與反應(yīng)氣體總氣體流量混合的體積百分比是70到95。
4．如權(quán)利要求2的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，CO氣體與反應(yīng)氣體總氣體流量混合的體積百分比是70到95。
5．如權(quán)利要求1的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，從氧氣、稀有氣體和氮?dú)鈽?gòu)成的組中選擇的氣體被加入到含氟、碳和氫的所述復(fù)合氣體中。
6．如權(quán)利要求2的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，從氧氣、稀有氣體和氮?dú)鈽?gòu)成的組中選擇的氣體被加入到含氟、碳和氫的所述復(fù)合氣體中。
7．如權(quán)利要求3的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，從氧氣、稀有氣體和氮?dú)鈽?gòu)成的組中選擇的氣體被加入到含氟、碳和氫的所述復(fù)合氣體中。
8．如權(quán)利要求4的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，從氧氣、稀有氣體和氮?dú)鈽?gòu)成的組的氣體被加入到含氟、碳和氫的所述復(fù)合氣體中。
全文摘要
在相對(duì)于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜有選擇地各向異性地干腐蝕氮化硅膜的方法中,襯底溫度被設(shè)置在10℃或更低,并且包含氟、碳和氫的復(fù)合氣體與一氧化碳(CO)相混合的氣體被用做反應(yīng)氣體。借助于這種方法,有可能相對(duì)于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜的任意一種有選擇地各向異性地干腐蝕氮化硅膜。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK1224235SQ99100230
公開日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1999年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月20日
發(fā)明者原島啟一 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社