專(zhuān)利名稱(chēng):對(duì)HfO<sub>2</sub>薄膜的高選擇性干法刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種刻蝕方法,尤其涉及一種對(duì)Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法。
背景技術(shù):
現(xiàn)有專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?00480014635. 1,用于刻蝕高k介電材料的方法和系統(tǒng))使用鹵素氣體結(jié)合其他還原氣體對(duì)高k值材料進(jìn)行刻蝕,但是其選用的氣體本身具有各種局限性含氟等離子體對(duì)高k介電材料的刻蝕以轟擊濺射效應(yīng)為主,且難以生成揮發(fā)性產(chǎn)物,因而無(wú)法對(duì)襯底進(jìn)行高選擇性刻蝕;氯氣雖然在理論上可以與高k介電材料形成揮發(fā)性產(chǎn)物,但是由于其離子能量較低,不足以破壞Hf-O鍵,因此對(duì)于Si或Si02襯底的選擇刻蝕難以實(shí)現(xiàn),尤其在此情況下,會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用已有技術(shù)的方案對(duì)于刻蝕終點(diǎn)的設(shè)定不夠精確。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,用以解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于高介電常數(shù)材料Hf02選擇比較低導(dǎo)致刻蝕終點(diǎn)設(shè)定不夠精確的問(wèn)題。本發(fā)明的上述目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其中,包括以下步驟 步驟a 在一刻蝕設(shè)備內(nèi)通過(guò)BC13氣體和含H元素的氣體組成的混合氣體對(duì)襯底上的 Hf02薄膜進(jìn)行主體刻蝕;
步驟b 在所述刻蝕設(shè)備內(nèi)通過(guò)BC13氣體和02氣體組成的混合氣體對(duì)襯底進(jìn)行過(guò)刻蝕。如上所述的對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其中,所述刻蝕設(shè)備選用CCP、 TCP、ICP, RIE 設(shè)備。如上所述的對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其中,在進(jìn)行步驟a與步驟b 刻蝕的過(guò)程中,將刻蝕溫度控制在150° (T300° C之間。如上所述的對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其中,在步驟a中,BC13氣體與Hf02薄膜反應(yīng),生成穩(wěn)定的可揮發(fā)產(chǎn)物(BOCl) 3。如上所述的對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其中,選用Si或Si02作為襯底。如上所述的對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其中,在步驟b中,BC13氣體與襯底反應(yīng)生成含B層,使得襯底襯墊的上表面鈍化。如上所述的對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其中,步驟a中的含H氣體為 CxHy0 如上所述的對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其中,在步驟b中調(diào)節(jié)BC13氣體和02氣體所占的混合氣體的比例對(duì)刻蝕選擇比和刻蝕形貌進(jìn)行調(diào)整。
綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本發(fā)明對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于高介電常數(shù)材料Hf02選擇比較低導(dǎo)致刻蝕終點(diǎn)設(shè)定不夠精確的問(wèn)題,采用BC13氣體對(duì)Hf02薄膜進(jìn)行干法刻蝕,具有良好的刻蝕效果,且BC13氣體對(duì)硅襯底具有較高的選擇比,易于對(duì)刻蝕器件的形貌及刻蝕速率進(jìn)行控制,以提高刻蝕終點(diǎn)的精確度。
通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述,本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖,重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1是本發(fā)明對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法應(yīng)用于先柵極工藝后的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法應(yīng)用于先高介電常數(shù)層后金屬柵極方案中的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明 一種對(duì)Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其中,
步驟a 在一刻蝕設(shè)備內(nèi)通過(guò)BC13氣體和含H元素的氣體組成的混合氣體對(duì)襯底上的 Hf02薄膜進(jìn)行主體刻蝕,其中,BC13氣體與Η 2薄膜反應(yīng),生成揮發(fā)性副產(chǎn)物。進(jìn)一步的,BC13氣體與Hf02薄膜反應(yīng)生成穩(wěn)定的可揮發(fā)產(chǎn)物(B0C1) 3,通過(guò)使用 BC13等離子體實(shí)現(xiàn)對(duì)高k值材料Η 2薄膜的高選擇性的干法刻蝕。本發(fā)明中所述刻蝕設(shè)備可以選用CCP、TCP、ICP或RIE設(shè)備,在上述設(shè)備中通過(guò)混合有BC13等離子字體的氣體進(jìn)行干法刻蝕。在進(jìn)行步驟a與步驟b刻蝕的過(guò)程中,可以將刻蝕溫度控制在150° (Γ300。C之間,也就是說(shuō),刻蝕溫度需要不小于150° C,最高可以達(dá)到300° C。步驟a中的含H氣體為CxHy,可以選擇CH4、C2H4等,通過(guò)調(diào)節(jié)混合氣體中的BC13 氣體和含H氣體所占的比例,以調(diào)整對(duì)Hf02的選擇比,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)刻蝕的速率和形貌的控制。步驟b 在所述刻蝕設(shè)備內(nèi)通過(guò)BC13氣體和02氣體組成的混合氣體對(duì)襯底進(jìn)行過(guò)刻蝕,其中,本發(fā)明可以選用Si或Si02作為襯底,BC13氣體對(duì)作為襯底的Si或Si02具有較高的選擇性。其中,BC13氣體與襯底反應(yīng)生成含B層,使得襯底襯墊的上表面鈍化,從而使得混合氣體對(duì)Si和Si02的刻蝕速率減慢,從而具有較高的選擇性。在步驟b中調(diào)節(jié)BC13氣體和02氣體所占的混合氣體的比例對(duì)刻蝕選擇比和刻蝕形貌進(jìn)行調(diào)整。圖1是本發(fā)明對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法應(yīng)用于先柵極工藝后的結(jié)構(gòu)示意圖,本發(fā)明所公開(kāi)的干法刻蝕方法可用于先柵極工藝,應(yīng)用后的結(jié)構(gòu)圖請(qǐng)參見(jiàn)圖1,該應(yīng)用可作為本發(fā)明的第一實(shí)施例,在一 Si襯底上依次淀積一 Si02層、一 Hf02層、一功函數(shù)層(Work function layer)、一金屬柵極(Metal gate)層、一多晶硅層,有別于現(xiàn)有技術(shù)中采用C12或F基氣體的刻蝕方法,本發(fā)明采用BC13的氣體輔助以02或含H元素的氣體進(jìn)行干法刻蝕來(lái)去除Hf02、Si02和Si層,以達(dá)到更好的刻蝕效果,其余工藝步驟均與現(xiàn)有技術(shù)相同,故在此不予贅述。本發(fā)明所公開(kāi)的方法還可以用于先高介電常數(shù)層后金屬柵極方案,圖2是本發(fā)明對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法應(yīng)用于先高介電常數(shù)層后金屬柵極方案中的流程圖,其具體工藝流程可參見(jiàn)圖2,該應(yīng)用可以作為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例,包括以下步驟 步驟1 在硅片上進(jìn)行二氧化硅薄膜沉淀;步驟2 進(jìn)行Hf02薄膜沉淀;步驟3 進(jìn)行多晶硅 (Poly Silicon)膜的沉淀;步驟4 光刻形成圖形;步驟5 通過(guò)BC13的氣體輔助以02或含 H元素的氣體對(duì)多晶硅膜、Hf02薄膜和Si02薄膜進(jìn)行干法刻蝕;步驟6 形成S/D區(qū)域,同時(shí)形成Spacer ;步驟7 進(jìn)行層間介質(zhì)(Inter layer dielectric,簡(jiǎn)稱(chēng)ILD)積淀,步驟8 移除多晶硅膜;步驟9 進(jìn)行Al薄膜淀積;步驟10 進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)形成金屬柵極 (Metal gate)。進(jìn)一步的,本發(fā)明所公開(kāi)的干法刻蝕方法也可以在適當(dāng)情況下針對(duì)不同器件不同工藝中對(duì)Hf02薄膜進(jìn)行刻蝕,并不僅限于上述的兩個(gè)實(shí)施例,在此不予贅述。綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本發(fā)明對(duì)Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于高介電常數(shù)材料Hf02選擇比較低導(dǎo)致刻蝕終點(diǎn)設(shè)定不夠精確的問(wèn)題,采用BC13氣體對(duì)Hf02薄膜進(jìn)行干法刻蝕,具有良好的刻蝕效果,且BC13氣體對(duì)硅襯底具有較高的選擇比,易于對(duì)刻蝕器件的形貌及刻蝕速率進(jìn)行控制,以提高刻蝕終點(diǎn)的精確度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解,本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)所述變化例,在此不予贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容,在此不予贅述。以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是,本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式,其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施;任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下,都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾,或修改為等同變化的等效實(shí)施例,這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此,凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容,依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其特征在于,步驟a 在一刻蝕設(shè)備內(nèi)通過(guò)BC13氣體和含H元素的氣體組成的混合氣體對(duì)襯底上的Hf02薄膜進(jìn)行主體刻蝕;步驟b 在所述刻蝕設(shè)備內(nèi)通過(guò)BC13氣體和02氣體組成的混合氣體對(duì)襯底進(jìn)行過(guò)刻蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其特征在于,所述刻蝕設(shè)備選用CCP、TCP、ICP、RIE設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其特征在于,在進(jìn)行步驟a與步驟b刻蝕的過(guò)程中,將刻蝕溫度控制在150° (T300° C之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其特征在于,在步驟 a中,BC13氣體與Hf02薄膜反應(yīng),生成穩(wěn)定的可揮發(fā)產(chǎn)物(B0C1) 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其特征在于,選用Si 或Si02作為襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其特征在于,在步驟 b中,BC13氣體與襯底反應(yīng)生成含B層,使得襯底襯墊的上表面鈍化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其特征在于,步驟a 中的含H氣體為CxHy。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其特征在于,在步驟 b中調(diào)節(jié)BC13氣體和02氣體所占的混合氣體的比例對(duì)刻蝕選擇比和刻蝕形貌進(jìn)行調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)HfO2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法,其中,步驟a在一刻蝕設(shè)備內(nèi)通過(guò)BCl3氣體和含H元素的氣體組成的混合氣體對(duì)襯底上的HfO2薄膜進(jìn)行主體刻蝕;步驟b在所述刻蝕設(shè)備內(nèi)通過(guò)BCl3氣體和O2氣體組成的混合氣體對(duì)襯底進(jìn)行過(guò)刻蝕。本發(fā)明對(duì)HfO2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于高介電常數(shù)材料HfO2選擇比較低導(dǎo)致刻蝕終點(diǎn)設(shè)定不夠精確的問(wèn)題,采用BCl3氣體對(duì)HfO2薄膜進(jìn)行干法刻蝕,具有良好的刻蝕效果,且BCl3氣體對(duì)硅襯底具有較高的選擇比,易于對(duì)刻蝕器件的形貌及刻蝕速率進(jìn)行控制,以提高刻蝕終點(diǎn)的精確度。
文檔編號(hào)H01L21/311GK102427036SQ20111020646
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者楊渝書(shū), 邱慈云, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司