使用等離子體增強(qiáng)氧化鈍化的硅蝕刻的制作方法
【專利說(shuō)明】使用等離子體増強(qiáng)氧化鈍化的硅蝕刻
本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00980140632.5，申請(qǐng)日為2009年10月9日，申請(qǐng)人為朗姆研究公司，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“使用等離子體增強(qiáng)氧化鈍化的硅蝕刻”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體儀器的形成。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及蝕刻特征到硅材料中。
[0002]使用通過在特征的側(cè)壁上形成鈍化層保護(hù)特征的側(cè)壁免于蝕刻反應(yīng)影響的各向異性蝕刻，在硅襯底中形成通孔和溝槽等特征。蝕刻氣體通常包含用于化學(xué)蝕刻的齒素氣體(如SF6)和用于鈍化的氧氣(O2)。鈍化層通常為特征的側(cè)壁氧化形成的含氧化硅(S1x型膜)的氧化膜。鈍化層的成分可被蝕刻化學(xué)和掩模材料影響。過多側(cè)壁鈍化可導(dǎo)致夾斷，過少側(cè)壁鈍化可導(dǎo)致弓起、底切以及臨界尺寸退化。
[0003]還可通過使用“快速交替”等離子體蝕刻處理(氣體調(diào)制處理)，采用等離子蝕刻周期和沉積(鈍化)周期的快速重復(fù)交替，在硅襯底中形成深層特征。通常，SF6和C4F8氣體分別為蝕刻和沉積周期的主要處理氣體。C4F8鈍化周期中沉積側(cè)壁保護(hù)聚合物層從而達(dá)到定向蝕刻。SF6蝕刻周期中，通過離子增強(qiáng)蝕刻從水平面(如通孔底部)去除鈍化聚合物，然后通過游離氟從暴露表面各向同性蝕刻硅。
[0004]在氣體調(diào)制處理中，提供給等離子體處理反應(yīng)器的處理氣體快速開啟和關(guān)閉，導(dǎo)致處理從去除晶片上硅的蝕刻條件快速變化到沉積材料到晶片上而不去除硅的沉積條件，然后再次回到蝕刻條件。交替周期的持續(xù)時(shí)間通常相對(duì)較短，在硅襯底中達(dá)到預(yù)期深度通常需要多個(gè)周期。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述并按照本發(fā)明的目的，在一個(gè)實(shí)施方式中，提供了通過在硅層上形成的圖案化掩模蝕刻硅層的方法。硅層放置于蝕刻室中。提供包括含氟氣體和含氧、氫氣體的蝕刻氣體進(jìn)入蝕刻室。由蝕刻氣體產(chǎn)生等離子體，使用等離子體蝕刻特征到硅層中。然后停止蝕刻氣體。等離子體可含有OH自由基。
[0006]在本發(fā)明的另一體現(xiàn)中，提供了通過使用下游等離子體在硅層上形成的圖案化掩模蝕刻硅層的方法。硅層放置于蝕刻室中。提供包括含氟氣體的蝕刻氣體進(jìn)入上游等離子體室。由蝕刻氣體產(chǎn)生等離子體。從等離子體導(dǎo)入反應(yīng)介質(zhì)到蝕刻室，并提供含氧、氫的鈍化氣體進(jìn)入蝕刻室使得反應(yīng)介質(zhì)包含OH自由基。使用反應(yīng)介質(zhì)蝕刻特征到硅層中。然后停止反應(yīng)介質(zhì)和鈍化氣體。鈍化氣體包含至少水蒸氣或醇之一。
[0007]在本發(fā)明的另一體現(xiàn)中，提供了通過圖案化掩模蝕刻特征到硅層中的裝置。裝置包括等離子體處理室、蝕刻氣體源以及控制器。等離子體處理室包括形成等離子體處理室外殼的室壁，在等離子體處理室外殼內(nèi)支撐襯底的襯底支撐件，調(diào)節(jié)等離子體處理室外殼中壓強(qiáng)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)器，為等離子體處理室外殼提供維持等離子體的電源的至少一個(gè)電極，電連接到至少一個(gè)電極的至少一個(gè)射頻電源，提供氣體進(jìn)入等離子體處理室外殼的進(jìn)氣口，以及從等離子體處理室外殼排放氣體的出氣口。與進(jìn)氣口流體連接的蝕刻氣體源包括含氟氣體源以及含氧、氫氣體源?？刂破骺煽剡B接到氣體源、射頻偏壓源以及至少一個(gè)射頻電源?？刂破靼ㄖ辽僖粋€(gè)處理器以及包括蝕刻硅層的計(jì)算機(jī)可讀代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。蝕刻硅層的計(jì)算機(jī)可讀代碼包括(a)使含氟氣體從含氟氣體源流入等離子體室的計(jì)算機(jī)可讀代碼，(b)使含氧、氫氣體從含氧、氫氣體源流入等離子體室的計(jì)算機(jī)可讀代碼，(c)由所述含氟氣體和所述含氧、氫氣體形成等離子體的計(jì)算機(jī)可讀代碼，(d)提供偏壓的計(jì)算機(jī)可讀代碼，(e)蝕刻特征到所述硅層中的計(jì)算機(jī)可讀代碼，以及(f)停止所述含氟氣體和所述含氧、氫氣體的計(jì)算機(jī)可讀代碼。
[0008]在以下本發(fā)明的詳細(xì)描述中將結(jié)合以下附圖更具體地描述本發(fā)明這些和其他特征。
【附圖說(shuō)明】
[0009]本發(fā)明以附圖中實(shí)施例的方式闡述，但并非以限定的方式，其中相似標(biāo)識(shí)指代相似元素，其中:
[0010]圖1為按照本發(fā)明的實(shí)施方式蝕刻硅層處理的高級(jí)流程圖。
[0011]圖2圖示出按照本發(fā)明的實(shí)施方式蝕刻特征的硅層橫截面的實(shí)施例。
[0012]圖3為可用于進(jìn)行本發(fā)明的實(shí)施方式的等離子體處理系統(tǒng)的實(shí)施例示意圖。
[0013]圖4圖示出適用于實(shí)施用于本發(fā)明的實(shí)施方式的控制器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0014]圖5為按照本發(fā)明的另一實(shí)施方式蝕刻硅層處理的高級(jí)流程圖。
[0015]圖6為可用于進(jìn)行本發(fā)明的實(shí)施方式的下游等離子體處理系統(tǒng)的實(shí)施例示意圖。
詳細(xì)描述
[0016]本發(fā)明將參照附圖所示一些優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。在以下描述中，記載了眾多具體細(xì)節(jié)以透徹地理解本發(fā)明。但是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是無(wú)需部分或全部具體細(xì)節(jié)本發(fā)明也可實(shí)施。在其他例子中，眾所周知的處理步驟和/或結(jié)構(gòu)未進(jìn)行詳細(xì)描述以免不必要地使得本發(fā)明不清楚。
[0017]如上所述，在硅蝕刻中使用側(cè)壁鈍化以保護(hù)特征的側(cè)壁免于側(cè)面蝕刻影響從而達(dá)到特征的各向異性蝕刻。例如，在硅蝕刻處理過程中，通過形成合適的側(cè)壁可獲得大致垂直的廓形。在常規(guī)穩(wěn)態(tài)硅蝕刻中，通過硅特征側(cè)壁的氧化形成側(cè)壁鈍化層。生成的鈍化層通常為氧化硅膜。另一方面，在氣體調(diào)制處理中，在沉積步驟中使用由含碳?xì)怏w(如C4F8)形成的等離子體沉積側(cè)壁鈍化層，而在隨后蝕刻步驟中使用由含氟氣體(如SF6)形成的等離子體蝕刻硅層，其中沉積步驟和蝕刻步驟快速交替。生的鈍化層通常為聚合物。
[0018]申請(qǐng)人使用含氧氣體，如02、S02、C02、C0作為鈍化氣體形成氧化型鈍化層以在使用如SF6的含氟氣體的蝕刻處理過程中保護(hù)特征側(cè)壁。側(cè)壁鈍化層包含Si02(如果使用了O2);S1x(如果使用/添加了SO2);和/或SiC或S1C(如果使用/添加了C02和/CO)。還可以使用或增加N2O或NO2，使得鈍化層進(jìn)一步包含SiN或S1N。還可以添加其他的氣體，如B2H6，BCl3，其中鈍化層還可包含S1BN或SiBN。為了構(gòu)建足夠薄符合設(shè)計(jì)要求同時(shí)耐用足以保護(hù)特征側(cè)壁的鈍化層，申請(qǐng)人已研究出新型鈍化氣體和生成的新型鈍化層。
[0019]按照本發(fā)明的實(shí)施方式，使用OH自由基修改側(cè)壁鈍化層的成分使得鈍化層包含S1H，或通常S1xHy,其中l(wèi)，y2 I。為了在等離子體中提供OH自由基，鈍化氣體包含氧和氫。例如，鈍化氣體包括水蒸氣和/或醇。如果鈍化氣體包含醇，鈍化層可進(jìn)一步包含SiCOH和/或S1C，或通常SiCnOxHy，其中η 2 0，x 2 I，y 2 O，并且η和y不同時(shí)為O。據(jù)信，使用水蒸氣或醇蒸汽(0H自由基)氧化硅(形成鈍化層)快于使用氧(O型自由基)。鈍化層還可包含S1x。
[0020]為了便于理解，圖1為本發(fā)明的實(shí)施方式所用工藝的高級(jí)流程圖，通過在硅層上形成的圖案化掩模蝕刻硅層。提供包括含氟(F)氣體和含氧(0)、氫(H)氣體的蝕刻氣體進(jìn)入放置有硅層的蝕刻室(步驟102)。例如，含氟氣體包含SF6。含氟氣體可進(jìn)一步包含SiF4。此外，含氟氣體可為NF3或CF4，或SF6、NF3、SiF4和/或CF4的組合物。還可添加其他含鹵氣體到蝕刻氣體。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，作為鈍化氣體的含氧、氫氣體為水蒸氣。含氧、氫氣體還可為醇(CnHn-OH)。在另一實(shí)施方式中，含氧、氫氣體可包含水蒸氣和醇。蝕刻氣體可進(jìn)一步包含O2，和/或至少⑶2或⑶之一。此外，酮(如丙酮，CH3CO-CH3)也可用為鈍化氣體，還有C0、C02、水蒸氣和/或醇。另外，還有其他化學(xué)品，如醛(包含末端羰基-CH0)、酯(具有總體結(jié)構(gòu)R-COO-R ’，其中R ’為烴基，R為羧基)以及醚(具有總體結(jié)構(gòu)R-O-R)。應(yīng)當(dāng)注意的是，可添加載運(yùn)氣體和/或稀釋氣體到化學(xué)作用以提供一定反應(yīng)效果。
[0021 ]按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，通過蒸發(fā)液態(tài)前體(水或液態(tài)醇)可制得鈍化氣體。還可通過使用下游等離子體反應(yīng)器由高溫O2氣體和出氣體制得OH自由基(或水蒸氣)。在被導(dǎo)入到蝕刻室之前，鈍化氣體(水蒸氣或醇)可與含氟氣體混合。備選地，含氟氣體和鈍化氣體可通過不同的氣體入口導(dǎo)入到產(chǎn)生等離子體的蝕刻室。
[0022]參照?qǐng)D1，由包含含氟氣體和含氧、氫鈍化氣體(例如，水蒸氣和/或醇)的蝕刻氣體產(chǎn)生等離子體(步驟104)。在等離子體中，水蒸氣提供羥基自由基(0H)，醇提供羥基(OH) ο應(yīng)該注意的是“羥基”通常用來(lái)描述有機(jī)化合物中取代基官能團(tuán)-0H。在本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中，“羥基”或“羥基自由基”均指羥基自由基(來(lái)自無(wú)機(jī)物或水)和羥基(來(lái)自有機(jī)化合物或醇)。
[0023]提供偏壓(步驟106)，和使用等離子體蝕刻特征到硅層中(步驟104)。為了便于理解，圖2圖示出蝕刻特征的硅層200橫截面的實(shí)施例。硅層20