專利名稱：蝕刻高縱橫比接觸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及氣體化學(xué)物以及在氧化物層中等離子體蝕刻高縱橫比接觸 (HARC)的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置中，例如二氧化硅(SiO2)的絕緣層、例如BPSG的經(jīng)摻雜氧化物，和 氮化硅用于電分離導(dǎo)電層，例如經(jīng)摻雜多晶硅、金屬、耐火金屬硅化物等。高縱橫比接觸 (HARC)蝕刻是用于在高密度集成裝置中形成穿過(guò)絕緣層到活性裝置區(qū)域或?qū)щ妼拥慕佑| 孔互連件的關(guān)鍵工藝。HARC需要產(chǎn)生垂直輪廓和經(jīng)界定的臨界尺寸(⑶)的蝕刻工藝。HARC 特征在電介質(zhì)中的另一應(yīng)是在堆疊電容器DRAM中形成電容器或容器結(jié)構(gòu)。在典型等離子體蝕刻中，將襯底定位于氣體腔室中的夾盤(pán)上，將蝕刻劑氣體引入 到所述腔室中，且減小腔室壓力。能量源/電源產(chǎn)生穿過(guò)定位于腔室內(nèi)的電極的帶電的電 或電磁場(chǎng)，以將蝕刻劑氣體激勵(lì)為等離子體狀態(tài)。所述蝕刻劑氣體轉(zhuǎn)變?yōu)椴粠щ娭凶右约?電子與正離子的經(jīng)解離混合物。通常，正離子通過(guò)提供用于形成垂直接觸孔輪廓的方向性 的射頻(RF)偏置電極外鞘而加速到襯底，且支撐襯底的夾盤(pán)充當(dāng)?shù)撞侩姌O且可由第二 RF 電源偏置。離子與襯底反應(yīng)，借此從半導(dǎo)體裝置移除暴露材料。一般來(lái)說(shuō)，用于蝕刻穿過(guò)二氧化硅(SiO2)到下伏硅和/或氮化硅的標(biāo)準(zhǔn)工藝使用 氟碳化合物氣體等離子體。氟碳化合物分子通過(guò)等離子體作用的解離產(chǎn)生對(duì)SiO2襯底起 作用的活性自由基和/或離子。舉例來(lái)說(shuō)，在一些高密度等離子體中，從CF3和其它CxFy自 由基(其中χ高達(dá)11且y高達(dá)15)產(chǎn)生的CF+、CF2+和CF3+離子為用于SiO2的主要蝕刻離 子，其中Ar+離子在氧化物上濺鍍CFx膜，且較少氟化自由基(例如，CF2和CF)在蝕刻工藝 期間吸附于SiO2的接觸孔中的側(cè)壁和底部表面上，并聚合以形成抑制離子的蝕刻的非揮發(fā) 性含氟聚合物層。對(duì)在SiO2接觸等離子體蝕刻期間的吸附自由基與蝕刻離子之間的平衡 的精確控制是重要的，以同時(shí)鈍化開(kāi)口的側(cè)壁且在開(kāi)口的底部延伸蝕刻前端。然而，當(dāng)使用 常規(guī)的氟碳化合物化學(xué)物時(shí)，此控制是困難的。包括開(kāi)口的彎曲和/或扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題常在HARC蝕刻期間出現(xiàn)。圖1到圖2說(shuō)明整 體標(biāo)示為10的襯底片段(例如，晶片)，其展示通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)蝕刻方法在電介質(zhì)層14中形 成到下伏襯底層16的接觸孔12。圖1中所說(shuō)明的彎曲大體上由自由氟的反應(yīng)形成，所述自 由氟在蝕刻期間累積于接觸開(kāi)口 12的側(cè)壁18上(箭頭丨丨丨)且橫向侵蝕并蝕刻暴露的 側(cè)壁，從而產(chǎn)生特征性彎曲20。在典型HARC蝕刻期間，沿窄且深的開(kāi)口的側(cè)壁18積聚的電 荷可使傳入離子偏轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致那些離子的軌跡改變。圖2中所說(shuō)明的扭轉(zhuǎn)可在結(jié)合特征 充電的蝕刻期間由沿側(cè)壁18的不對(duì)稱聚合物沉積物22引起，所述特征充電可導(dǎo)致傳入的 蝕刻離子的偏轉(zhuǎn)和所述離子的改變軌跡(箭頭)，從而導(dǎo)致接觸孔12從完全垂直輪廓扭轉(zhuǎn) 或彎曲，其中所述孔朝向一側(cè)或另一側(cè)。接觸孔的扭轉(zhuǎn)可導(dǎo)致未對(duì)準(zhǔn)和在隨后沉積的導(dǎo)電 金屬與(例如)在下伏襯底16中的活性區(qū)域沉陷(landing)區(qū)24之間的不完全接觸。例 如彎曲和扭轉(zhuǎn)的偏差還可導(dǎo)致非垂直接觸孔以及所述接觸與鄰近接觸或其它結(jié)構(gòu)的短接。
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提供一種用于在氧化硅層中蝕刻高縱橫比開(kāi)口的方法和蝕刻劑氣體是有用的，其 克服這些或其它問(wèn)題。


在下文參看以下附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其僅出于說(shuō)明的目的。在所有以下 視圖中，在所述圖式中將使用參考數(shù)字，且在所有若干視圖中且在描述中將使用相同的參 考數(shù)字來(lái)指示相同或相似部分。圖1說(shuō)明在蝕刻期間導(dǎo)致接觸孔的彎曲的現(xiàn)有技術(shù)處理。圖2說(shuō)明在蝕刻期間導(dǎo)致接觸孔的扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)有技術(shù)處理。圖3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的處于初步處理階段的襯底的一部分的正視橫 截面圖。圖4為處于后續(xù)處理階段的圖3中所描繪的襯底的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式參看圖式的以下描述提供根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的裝置和方法的說(shuō)明性實(shí)例。此描 述僅出于說(shuō)明的目的且并非出于限制其的目的。在當(dāng)前申請(qǐng)案的上下文中，術(shù)語(yǔ)“半導(dǎo)體襯底”或“半導(dǎo)電襯底”或“半導(dǎo)電晶片片 段”或“晶片片段”或“晶片”將理解為意指包含半導(dǎo)體材料的任何構(gòu)造，包括(但不限于) 例如半導(dǎo)體晶片等主體半導(dǎo)電材料(單獨(dú)地或在上面包含其它材料的組合件中)和半導(dǎo)電 材料層(單獨(dú)地或在包含其它材料的組合件中)。術(shù)語(yǔ)“襯底”指代包括(但不限于)上文 所描述的半導(dǎo)電襯底、晶片片段或晶片的任何支撐結(jié)構(gòu)。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“高縱橫比”指約15 1或更高的深度與寬度(或直徑)比。本發(fā)明的實(shí)施例涉及對(duì)在半導(dǎo)電微電子裝置處理中使用的經(jīng)摻雜和未經(jīng)摻雜電 介質(zhì)材料進(jìn)行等離子體蝕刻以產(chǎn)生開(kāi)口來(lái)制造高縱橫比接觸或容器(HARC)的方法。本 發(fā)明提供用于高縱橫比接觸孔的蝕刻的處理參數(shù)，其減少蝕刻期間的接觸開(kāi)口的彎曲和扭 轉(zhuǎn)，維持用于接觸孔的整個(gè)深度輪廓的臨界尺寸(CD)，且產(chǎn)生具有大體上為圓柱形且具有 最小錐度的垂直輪廓的接觸孔。舉例來(lái)說(shuō)，具有約2 μ m的深度、60nm的頂部CD和約45到 60nm的底部CD的接觸將視為具有所需CD輪廓控制。參看圖3到圖4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的方法的一實(shí)施例。圖3說(shuō)明整體參考數(shù)字10' 所指示的處于初步處理階段的襯底片段。襯底片段10'包含形成于襯底層16'上的絕緣 或電介質(zhì)層14'，和活性區(qū)域或元件24'(例如，擴(kuò)散區(qū)域、接觸、導(dǎo)電線等)。進(jìn)行中的襯 底片段10'可包含半導(dǎo)體晶片襯底或晶片連同形成于其上的各種處理層，包括一個(gè)或一個(gè) 以上半導(dǎo)體層或其它形成物，和半導(dǎo)體裝置的活性或可操作部分。電介質(zhì)層14'形成到待蝕刻的選定厚度以界定高縱橫比接觸孔，例如，約2到 3ym的厚度。電介質(zhì)層14'可由未經(jīng)摻雜的二氧化硅(SiO2)或經(jīng)摻雜的SiO2以單一 層或多層形成，所述經(jīng)摻雜的SiO2例如為從正硅酸乙酯(TEOS)沉積的氧化硅、硼磷硅玻 璃(BPSG)、硼硅玻璃(BSG)和磷硅玻璃(PSG)，或例如氮化物(例如，例如Si3N4的氮化硅 (SixNy))或氮氧化硅(SiOxNy)的其它材料。下伏襯底層16'在組成上不類似于電介質(zhì)層 14'，且可由氮化物蝕刻終止層(例如，Si3N4)、例如氮化鈦、氮化鎢等耐火金屬氮化物、具有與二氧化硅電介質(zhì)層14'不同的經(jīng)摻雜二氧化硅層、例如單晶硅或多晶硅的硅層、經(jīng)摻 雜硅區(qū)、例如硅化鈦的金屬硅化物、金屬互連件，或其它材料層構(gòu)成。在所說(shuō)明的實(shí)例中，襯 底16'為SiO2，其具有接觸區(qū)域24'(例如，多晶硅)?？刮g刻掩模層28'(例如，光致抗蝕劑或硬掩模材料)形成于電介質(zhì)層14'上， 且如所描繪經(jīng)圖案化和蝕刻以界定暴露電介質(zhì)層的若干部分的開(kāi)口 30'。參看圖4，電介質(zhì)層14'經(jīng)蝕刻以形成高縱橫比接觸開(kāi)口 12'(即，接觸孔和通 路，或例如溝槽的其它開(kāi)口)，其延伸到下伏襯底層16 ‘以用于在例如SRAM、DRAM等各種裝 置或電路的制造中形成(例如)用于互連層、柵極電極、電容器電極、通路等的接觸孔。通 常，將接觸開(kāi)口 12'蝕刻為約1 15到約1 40或約1 20到約1 30的高縱橫比，且 臨界尺寸(CD)(寬度)小于約IOOnm或約25到70nm,且深度(d)(例如)為約1到3 μ m。在本發(fā)明的實(shí)施例中，使用HARC氣體等離子體(箭頭丨丨丨)蝕刻電介質(zhì)層14' 以形成接觸孔12 ‘，所述HARC氣體等離子體是根據(jù)本發(fā)明利用C4F8 (八氟環(huán)丁烷)、C4F6 (六 氟丁二烯)或其混合物、氧源，和惰性氣體結(jié)合C2F4(四氟乙烷)而產(chǎn)生。C4F8、C4F6和C2F4 氣體產(chǎn)生作為用于聚合物沉積的氣體前驅(qū)物的CF2自由基和用以蝕刻氧化硅層的CF3+離 子。在一些實(shí)施例中，蝕刻劑氣體本質(zhì)上由C4F8和/或C4F6、氧源、惰性氣體和C2F4組成或 由其組成。氧源可為(例如)氧(O2)、一氧化碳(CO)或其混合物，其量并不減弱蝕刻劑氣體 的性能。氧源將與等離子體內(nèi)的含碳和氟的離子(CFx)反應(yīng)以調(diào)整附著到側(cè)壁18'的碳和 氟的量，且抑制可由接觸12'孔的底部表面26'上的碳沉積物引起的“蝕刻終止”。任選地，蝕刻劑氣體包括此項(xiàng)技術(shù)中已知的惰性載氣，例如氬(Ar)、氙(Xe)、氖 (Ne)、氪(Kr)和氦(He)。載氣存在于蝕刻劑中以稀釋蝕刻劑氣體，使得過(guò)量蝕刻或沉積不 會(huì)發(fā)生，以穩(wěn)定正產(chǎn)生的等離子體且增強(qiáng)蝕刻工藝的均勻性。在一些實(shí)施例中，氙(Xe)、氖 (Ne)和/或氪(Kr)用作取代氬(Ar)或與氬(Ar)組合的載氣。在本發(fā)明的實(shí)施例中，氟碳化合物饋送氣體由C4F8/02/Ar/C2F4、C4F6/02/Ar/C2F4或 C4F8/C4F6/02/Ar/C2F4構(gòu)成。在其它實(shí)施例中。O2與CO組合或由CO取代，和/或Ar由Xe、 Ne、Kr和/或He取代或與其組合。在各種實(shí)施例中，饋送氣體可包含上述氣體、本質(zhì)上由 上述氣體組成，或由上述氣體組成。蝕刻氣體可任選地包括一種或一種以上額外氟碳化合物氣體，其具有通式CxFy， 其中X = l·到6且y = 2到8，例如CF4(四氟化碳)、C2F6(六氟乙烷)、C3F6(六氟丙烯)、 C3F8 (八氟丙烷)、C5F8 (八氟環(huán)戊烯)和C6F6 (全氟苯)以及其組合。已發(fā)現(xiàn)，在利用C4F8或C4F6的蝕刻化學(xué)物與氧源和惰性氣體的HARC蝕刻期間添 加C2F4提供較薄且保形的聚合物層22'的沉積，以在蝕刻期間鈍化接觸開(kāi)口 12'的側(cè)壁 18'，以尤其在移除襯底16'上的剩余的殘余氧化物的過(guò)蝕刻期間防止橫向蝕刻并最小化 接觸孔的扭轉(zhuǎn)和彎曲，而不必補(bǔ)償所添加的聚合氣體(即，C2F4)。由向C4F8和/或C4F6蝕刻氣體添加C2F4引起的基于CFx的聚合物沉積提供保形且 對(duì)稱的經(jīng)改進(jìn)鈍化層，且蝕刻位于側(cè)壁上作為接觸孔的沉積物。保形聚合物層防止離子驅(qū) 動(dòng)的橫向蝕刻或側(cè)壁局部區(qū)域中的“彎曲”，以維持接觸孔的整個(gè)深度輪廓的臨界尺寸(CD) 并減小容器變形。所述保形聚合物層在接觸孔的側(cè)壁上的沉積還可用作弱導(dǎo)電路徑以耗散 接觸孔底部處的電荷并減少扭轉(zhuǎn)。而且，對(duì)稱聚合物沉積減小形成橫向電場(chǎng)的概率，此減少
6扭轉(zhuǎn)。內(nèi)部特征等離子體沉積聚合物材料的不規(guī)則性已知轉(zhuǎn)移到待蝕刻的襯底中。由當(dāng)前 的基于C4F8/C4F6/C2F4的HARC化學(xué)物產(chǎn)生的極規(guī)則且保形的聚合物材料層減少接觸孔中的 變形和缺陷，而同時(shí)的離子轟擊抑制接觸孔的底部處蝕刻前端上的聚合物的吸收或沉積， 因此促進(jìn)蝕刻而不影響錐度。研究者已描述使用三氟碘甲烷(CF3I)與四氟乙烷(C2F4)的氣體混合物將SiO2圖 案化。然而，CF3I并非優(yōu)選的蝕刻化學(xué)物，因?yàn)槠錇楦吒g性氣體且在實(shí)現(xiàn)所要的接觸孔輪 廓的過(guò)程中并非同樣有效。當(dāng)前的蝕刻化學(xué)物克服那些缺點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡，使得以約相 同速率沉積和移除聚合物，其防止蝕刻終止并提供連續(xù)鈍化，借此不暴露側(cè)壁，此防止彎曲 效應(yīng)。還可控制蝕刻氣體以避免可引起接觸孔扭轉(zhuǎn)的過(guò)量聚合物殘余物的沉積(例如，如 圖2中)，且限制等離子體沉積的聚合物殘余物在開(kāi)口 12'的底部表面24'上的累積。在本發(fā)明的實(shí)施例中，蝕刻氣體等離子體可為用于以比氮化物和/或硅襯底層 16'顯著高的速率高縱橫比地蝕刻氧化硅的氣體混合物，即，蝕刻氣體等離子體對(duì)氮化物 和硅為高選擇性的。此蝕刻氣體等離子體允許向下蝕刻氧化物層14'到達(dá)襯底層16'，而 大體上不損壞氮化物或硅層。在其它實(shí)施例中，蝕刻氣體可包括碳?xì)浠衔?例如CH4(甲烷))和/或一種或一 種以上氫氟碳化合物饋送氣體，其具有通式CxHyFz，其中χ = 1到6、y = 1到6且ζ = 1到6， 尤其例如CHF3 (三氟甲烷)、CH2F2 (二氟甲烷)、CH2F4 (四氟乙烷)、CH3F (甲基氟)、C2HF5 (五氟 乙烷)、C2H2F4 (四氟乙烷)、C2H5F (乙基氟)、C3HF5 (五氟丙烯)、C3HF7 (七氟丙烷)、C3H2F6 (六 氟丙烷)、C3H3F3 (三氟丙烯)、C3H3F5 (五氟丙烷)、C3H4F4 (四氟丙烷)、C4HF7 (七氟丁烯)、 C4HF9 (九氟丁烷)、C4H2F6 (六氟丁烯)、C4H2F8 (八氟丁烷)、C5HF9 (九氟戊烯)、C5HF11 ( i^一 氟戊烷)或任何氫氟苯(例如，C6H3F3)。并入有氫氟碳化合物氣體的蝕刻氣體的實(shí)施例尤 其包括(例如)C4F8/CHF3/02/Ar。包括碳?xì)浠衔?例如，CH4)和/或氫氟碳化合物饋送氣 體有用于蝕刻除SiO2以外的電介質(zhì)，包括(例如)氮化硅(例如SixNy，例如為Si3N4)。使用C2F4的益處在于，所沉積的聚合物為基于CF的聚合物，其與使用例如SiH4、 SiF4或SiCl4的蝕刻氣體的工藝所形成的含Si聚合物相比更容易剝落/清潔。從C2F4產(chǎn) 生的基于CF的聚合物極具保形，其允許添加C2F4氣體而無(wú)需更改C4F8/C4F6蝕刻氣體中O2 的量以補(bǔ)償所添加的聚合氣體(C2F4)。另外，C2F4的使用不會(huì)產(chǎn)生可“堵塞”接觸開(kāi)口的過(guò) 沉積物(即，面包狀囤積)。盡管以C2F4氣體形成的蝕刻等離子體氣體的實(shí)施例在蝕刻期間提供所要的保形 聚合物沉積，但C2F4氣體在經(jīng)凈化時(shí)是高度可燃且不穩(wěn)定的，且如果暴露于微量的O2則可 在氣體管線中和在儲(chǔ)存期間自發(fā)聚合?？墒笴2F4穩(wěn)定，但例如d-檸檬烯(CltlH16)、二氧化碳 (CO2)或氫氯酸(HCl)等穩(wěn)定劑可不利地影響蝕刻工藝。另外，使用C2F4的費(fèi)用可過(guò)高。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，使用由C4F8和/或C4F6、氧源(例如，O2和/或CO)、惰 性氣體和鹵代氟碳化合物構(gòu)成的蝕刻氣體在電介質(zhì)層中蝕刻接觸開(kāi)口，所述鹵代氟碳化合 物將在氧化物的干式蝕刻期間產(chǎn)生C2F4以提供與饋送到C4F6-C4F8蝕刻等離子體中的純C2F4 相同或類似的聚合物沉積。蝕刻氣體中所利用的鹵代氟碳化合物為1，2_ 二溴四氟乙烷(BrCF2CF2Br或 C2F4Br2)、1，2-二碘四氟乙烷(ICF2CF2I或C2F4I2)和二碘二氟甲烷(CF2I2)中的至少一者。 上述鹵代氟碳化合物是將在等離子體中解離為CF2自由基的穩(wěn)定液體源。C2F4Br2和C2F4I2
7將在暴露于UV光(例如，266到193nm)下解離以形成在等離子體中形成兩個(gè)單位的CF2自
由基的C2F4。在C4F6和/或C4F8蝕刻氣體等離子體中使用C2F4或上述鹵代氟碳化合物使得能夠 對(duì)等離子體氣體中的CF2自由基產(chǎn)生進(jìn)行更精確的控制，從而導(dǎo)致在蝕刻期間在接觸開(kāi)口 的側(cè)壁上形成規(guī)則且保形的聚合物層，以最小化彎曲和扭轉(zhuǎn)并改進(jìn)對(duì)接觸孔的輪廓控制。 上述鹵代氟碳化合物充當(dāng)C2F4的類似物并在干式蝕刻期間提供工藝影響和聚合物沉積，其 類似于饋送到C4F6和/或C4F8蝕刻等離子體中的純C2F4，但具有更大穩(wěn)定性且不具有由可 燃且可在暴露于氧后便爆炸性聚合的純C2F4帶來(lái)的問(wèn)題?？衫萌魏我阎暮线m蝕刻裝置(例如，可用的蝕刻器)來(lái)產(chǎn)生等離子體，所述蝕 刻器例如為來(lái)自應(yīng)用材料公司(Applied Materials, Inc.)的 Applied Centura Enabler 蝕刻系統(tǒng)、來(lái)自萊姆研究公司(Lam Research Corporation)的2300Exelan系統(tǒng)、來(lái)自東京 電子有限公司(Tokyo Electron Limited)的TEL Unity SCCM電介質(zhì)蝕刻腔室，或任何其它 高密度等離子體蝕刻器。用于等離子體蝕刻的裝備和技術(shù)的實(shí)例描述于多諾赫(Donohoe) 等人的共同轉(zhuǎn)讓的第6，123，862號(hào)美國(guó)專利中。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)容易明白，視用于 產(chǎn)生等離子體的特定蝕刻設(shè)備而定，例如氣體混合物、溫度、RF功率、壓力和氣流速率等各 種蝕刻參數(shù)可變化以實(shí)現(xiàn)等離子體系統(tǒng)的所要蝕刻速率和蝕刻特性。將具有待蝕刻的電介質(zhì)層14'的襯底10'(例如，晶片)置放于用于進(jìn)行蝕刻工 藝的適當(dāng)設(shè)備的等離子體反應(yīng)腔室中，且蝕刻劑氣體大體上流入等離子體反應(yīng)腔室中，且 施加功率以從蝕刻劑氣體誘發(fā)等離子體。一般來(lái)說(shuō)，等離子體形成于晶片的表面上且將偏 置功率供應(yīng)到含有所述晶片的襯底或供應(yīng)到支撐所述襯底的支撐件或夾盤(pán)，以從反應(yīng)物氣 體朝向所述表面使離子加速。從蝕刻劑氣體形成的物質(zhì)(例如，氟離子)撞擊在電介質(zhì)層 14'的經(jīng)由圖案化掩模18'而暴露的區(qū)域上并與其反應(yīng)以蝕刻掉并推進(jìn)蝕刻前端?？山?jīng)由 出口從反應(yīng)腔室排出可能為揮發(fā)性的副產(chǎn)物。在同時(shí)平衡蝕刻工藝的條件下進(jìn)行蝕刻工藝，S卩，等離子體產(chǎn)生反應(yīng)性中性和離 子物質(zhì)，其在離子(CF3+)擁有由晶片處的偏置功率供應(yīng)的充足能量的情況下蝕刻電介質(zhì)， 且在接觸開(kāi)口或孔12'的側(cè)壁18'上沉積聚合物材料(經(jīng)由CF2自由基)。底部表面26' 在過(guò)蝕刻期間受離子轟擊，以便移除襯底16'上的任何剩余的殘余氧化物。控制C4F8、C4F6和C2F4的氣流以優(yōu)化CF2自由基和CF3+離子密度。在C4F8/C2F4或 C4F6/C2F4蝕刻氣體的本發(fā)明的實(shí)施例中，進(jìn)入等離子體腔室中的氣流速率為=C4F8或C4F6為 約 10 到 IOOsccm(或約 50 到 70sccm)，C2F4 為約 50 到 150sccm(或約 80 到 IOOsccm)，O2 為約10到60sccm(或約20到40sccm)，以及惰性氣體為約500到1500sccm(或約900到 1300sccm)。一般來(lái)說(shuō)，C4F8 C2F4的比率為約0. 25到1. 5 1 (或約0. 5到1 1)，且 C4F6 C2F4的比率為約0. 25到1. 5 1 (或約0. 5到1 1)。在C4F8/C4F6/C2F4蝕刻氣體的實(shí)施例中，氣流速率通常為=C4F8為約0到 IOOsccm(或約 20 到 70sccm)，C4F6 為約 0 到 IOOsccm(或約 20 到 70sccm)，C2F4 為約 50 到 150sccm(或約80到IOOsccm)，O2為約10到60sccm(或約20到40sccm)，以及惰性氣體 為約500到1500sccm(或約900到1300sccm)，C4F6與C4F8的組合總流動(dòng)速率為約30到 100sccm(或約50到70sccm)的范圍。一般來(lái)說(shuō)，C4F8與C4F6(組合)C2F4的比率為約 0. 25 IlJ 1. 5 1 (或約 0. 5 到 1 1)。
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在利用鹵代氟碳化合物來(lái)取代C2F4的本發(fā)明的實(shí)施例中，進(jìn)入等離子體腔室中的 蝕刻氣流速率為=C4F8或C4F6為約10到IOOsccm (或約50到70sccm)，C2F4Br2或C2F4I2為 約 50 到 150sccm(或約 80 到 IOOsccm)，CF2I2 為約 100 到 300sccm(或約 160 到 180sccm)， O2為約10到60sccm(或約20到40sccm)，以及惰性氣體為約500到1500sccm(或約900 到 1300sccm)。C4F8 或 C4F6 C2F4Br2 或 C2F4I2 的比率為約 0. 25 到 1. 5 1(或約 0.5 到 1 1)，且 C4F8 或 C4F6 CF2I2 的比率為約 0. 25 到 1. 5 1 (或約 0. 5 到 1 1)。在其它實(shí)施例中，進(jìn)入等離子體腔室中的蝕刻氣流速率為=C4F8為約0到 IOOsccm (或約 20 到 70sccm)且 C4F6 為約 0 到 IOOsccm (或約 20 到 70sccm)，C4F6 與 C4F8 的組 合總流為約30到IOOsccm (或約50到70sccm)，C2F4Br2或C2F4I2為約50到150sccm (或約80 到 IOOsccm) ,CF2I2 為約 50 到 150sccm (或約 80 至Ij IOOsccm)，O2 為約 10 到 60sccm (或約 20 到 40sccm)，以及惰性氣體為約 500 到 1500sccm (或約 900 到 1300sccm)。C4F8 與 C5F6 C2F4Br2 或C2F4I2的比率為約0. 25 IlJ 1. 5 1 (或約0. 5到1 1)，且C4F8與C4F6 CF2I2的比率 為約 0. 25 IlJ 1. 5 1 (或約 0. 5 到 1. 0)。蝕刻氣體可任選地包括額外的氟碳化合物氣體(例如，CF4, C2F6等)，氣體流速高 達(dá)約 50sccm(或約 10 到 50sccm)。任選地，蝕刻氣體還可大約包括例如CH4等碳?xì)浠衔?。CH4的典型流動(dòng)速率高達(dá) 約5sccm(或高達(dá)約20sccm)，且氫氟碳化合物高達(dá)約5sccm(或高達(dá)約20sccm)?？砂葱枵{(diào)整蝕刻氣體的各種組成氣體的流動(dòng)速率，以提供根據(jù)本發(fā)明的方法的合 適蝕刻，且適應(yīng)蝕刻腔室和正蝕刻的晶片的大小。與蝕刻腔室相關(guān)聯(lián)的等離子體的功率電 平和蝕刻腔室中的壓力應(yīng)足以維持蝕刻工藝。源功率電平通常在約1000到3000瓦的范圍 內(nèi)，偏置功率電平在約2000到7000瓦的范圍內(nèi)，且壓力大體上在約10到30mTorr的范圍 內(nèi)。本發(fā)明形成具有高縱橫比的接觸孔而不引起孔的彎曲或扭轉(zhuǎn)，所述孔具有在孔的 整個(gè)深度上大體上相同的直徑(⑶)。在接觸孔12'的蝕刻完成后，接著可(例如)通過(guò)以氧等離子體灰化步驟進(jìn)行干 式蝕刻或通過(guò)以Piranha清潔(H2SO4M2O2)進(jìn)行濕式蝕刻而移除(剝落)掩模層28'和聚 合物層22'。襯底10'可經(jīng)歷此項(xiàng)技術(shù)中已知的制造所要組件的后蝕刻處理步驟。舉例來(lái)說(shuō)， 可(例如)通過(guò)以例如(尤其)銅、鋁、硅、Ti3N4的金屬或?qū)щ姴牧线M(jìn)行填充而進(jìn)一步處 理所得的接觸孔12'，以在例如存儲(chǔ)器裝置等集成電路裝置的制造中形成(例如)到下伏 活性區(qū)域、接觸或?qū)щ娋€的接觸或?qū)щ娋€，或使用金屬-絕緣體-金屬堆疊而以例如A1203、 HfO2, ZrO2, SrTiO3等電介質(zhì)材料形成電容器?？蓪⑼瓿傻陌雽?dǎo)體晶片切割為電路小片，其 可接著經(jīng)進(jìn)一步處理為集成電路芯片且并入電子裝置中。盡管在本文中已說(shuō)明和描述了特定實(shí)施例，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，經(jīng)計(jì) 算以實(shí)現(xiàn)相同目的的任何布置可替代所展示的特定實(shí)施例。本申請(qǐng)案意欲涵蓋根據(jù)如所描 述的本發(fā)明的原理而操作的任何調(diào)適或變化。因此，希望本發(fā)明僅受權(quán)利要求書(shū)及其等效 物限制。在本申請(qǐng)案中所引用的專利、參考和公開(kāi)案的揭示內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
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權(quán)利要求
一種在電介質(zhì)層中蝕刻開(kāi)口的方法，其包含從C4F6、C4F8或C4F6與C4F8的混合物、氧源氣體、惰性氣體和C2F4形成等離子體蝕刻氣體；以及以所述等離子體蝕刻氣體穿過(guò)所述電介質(zhì)層蝕刻所述開(kāi)口到達(dá)下伏襯底，其中在所述蝕刻期間沿所述開(kāi)口的側(cè)壁維持保形聚合物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述等離子體蝕刻氣體包含約0.25到1.5 1的 比率的 C4F6 C2F4、C4F8 C2F4，或 C4F8 與 C4F6 C2F4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電介質(zhì)層包含氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電介質(zhì)層包含氮化硅，且所述等離子體蝕刻 氣體進(jìn)一步包含具有通式CxHyFz的氫氟碳化合物，其中χ = 1到6、y = 1到6且ζ = 1到 6，或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述開(kāi)口為接觸孔或具有為約20到30 1的縱 橫比的溝槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述開(kāi)口的所述側(cè)壁上的所述保形聚合物層針對(duì) 所述開(kāi)口的深度輪廓具有約5到20 A的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中以約3000到6000人/分鐘的速率蝕刻所述電介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蝕刻氣體基本上由所述氣體組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述等離子體蝕刻氣體包含對(duì)于C4F6或C4F8 以約10到lOOsccm且對(duì)于C2F4以約50到150sCCm的流動(dòng)速率使所述氣體流動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述等離子體蝕刻氣體包含以約30到 IOOsccm的組合流動(dòng)速率使C4F6和C4F8流動(dòng)，且以約50到150sCCm的流動(dòng)速率使C2F4流動(dòng)。
11.一種在電介質(zhì)層中蝕刻開(kāi)口的方法，其包含從流動(dòng)速率為約50到70SCCm的C4F6、C4F8或C4F6與C4F8的混合物、流動(dòng)速率為約20 到40SCCm的氧源氣體、流動(dòng)速率為約900到1300SCCm的惰性稀釋氣體和流動(dòng)速率為約80 到lOOsccm的C2F4形成等離子體蝕刻氣體；以及以所述等離子體蝕刻氣體穿過(guò)所述電介質(zhì)層蝕刻所述開(kāi)口到達(dá)下伏襯底，其中在所述 蝕刻期間沿所述開(kāi)口的側(cè)壁維持保形聚合物層。
12.一種在電介質(zhì)層中蝕刻開(kāi)口的方法，其包含施加等離子體蝕刻氣體以蝕刻所述電介質(zhì)層到達(dá)下伏襯底，從C4F6、C4F8或C4F6與C4F8 的混合物、氧源氣體、惰性稀釋氣體和選自由C2F4Bi^C2F4I2和CF2I2組成的群組的鹵代氟碳 化合物形成所述等離子體蝕刻氣體；其中在蝕刻期間沿所述開(kāi)口的側(cè)壁維持保形聚合物層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中通過(guò)以約10到lOOsccm的流動(dòng)速率使C4F6、C4F8 或C4F6與C4F8的混合物流動(dòng)且以約50到300sCCm的速率使所述鹵代氟碳化合物流動(dòng)而形 成所述等離子體蝕刻氣體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中通過(guò)以約50到150sCCm的速率使C2F4Br2或 C2F4I2流動(dòng)或以約100到300sCCm的速率使CF2I2流動(dòng)而形成所述等離子體蝕刻氣體。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述等離子體蝕刻氣體包含約0.25到1.5 1的比率的C4F6 鹵代氟碳化合物、C4F8 鹵代氟碳化合物或C4F8與C4F6 鹵代烴。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述等離子體蝕刻氣體進(jìn)一步包含具有通式 CxFy的額外氟碳化合物氣體，其中χ = 1到6且y = 2到8。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電介質(zhì)層包含氮化硅，且所述等離子體蝕 刻氣體進(jìn)一步包含具有通式CxHyFz的氫氟碳化合物氣體，其中χ = 1到6、y = 1到6且ζ =1到6，或其混合物。
18.一種用于蝕刻電介質(zhì)材料的蝕刻氣體，其包含C4F6與C4F8中的至少一者、以及氧源 氣體、惰性稀釋氣體和C2F4，其量有效地形成等離子體蝕刻氣體以穿過(guò)電介質(zhì)層蝕刻開(kāi)口， 同時(shí)在所述蝕刻期間在所述開(kāi)口的側(cè)壁上維持保形聚合物層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的蝕刻氣體，其進(jìn)一步包含具有通式CxFy的額外氟碳化合物 氣體，其中χ = 1到6且y = 2到8。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的蝕刻氣體，其進(jìn)一步包含具有通式CxHyFz的氫氟碳化合物 氣體，其中χ = 1到6、y = 1到6且ζ = 1到6，或其混合物。
21.一種用于對(duì)電介質(zhì)層進(jìn)行等離子體蝕刻的蝕刻氣體，其包含C4F6與C4F8中的至少 一者、氧源氣體、惰性載氣和選自由C2F4Biv C2F4I2和CF2I2組成的群組的鹵代氟碳化合物， 其量有效地形成等離子體蝕刻氣體以穿過(guò)電介質(zhì)層蝕刻開(kāi)口，同時(shí)在所述蝕刻期間在所述 開(kāi)口的側(cè)壁上維持保形聚合物層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的蝕刻氣體，其基本上由所述氣體組成。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的蝕刻氣體，其進(jìn)一步包含以下至少一者具有通式CxFy的 額外氟碳化合物氣體，其中χ = 1到6且y = 2到8，和具有通式CxHyFz的氫氟碳化合物氣 體，其中χ = 1至Ij 6、y = 1至Ij 6且ζ = 1至Ij 6。
全文摘要
本發(fā)明提供用于在電介質(zhì)層中蝕刻接觸開(kāi)口的方法和蝕刻氣體組合物。所述方法的實(shí)施例使用從蝕刻氣體產(chǎn)生的等離子體，所述蝕刻氣體由C4F8和/或C4F6、氧源和載氣結(jié)合四氟乙烷(C2F4)或C2F4的鹵代氟碳化合物類似物構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L21/311GK101911263SQ200880123894
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月4日
發(fā)明者拉塞爾·A·本森, 特德·泰勒, 馬克·基爾鮑赫 申請(qǐng)人:美光科技公司