用于半導(dǎo)體整合的不敏感干法移除工藝的制作方法
【專利摘要】揭露沉積介電層以及從半導(dǎo)體基板的表面蝕刻介電層的方法。方法可包括沉積第一介電層，第一介電層具有HF水溶液中的第一濕法蝕刻速率。方法亦可包括沉積第二介電層，第二介電層在沉積之后最初可為可流動的，且第二介電層可具有HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率，第二濕法蝕刻速率高于第一濕法蝕刻速率。方法可進一步包括用蝕刻劑氣體混合物蝕刻第一介電層與第二介電層，其中第一介電層與第二介電層的蝕刻速率比率比HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率與第一濕法蝕刻速率的比率更接近1。
【專利說明】用于半導(dǎo)體整合的不敏感干法移除工藝
[0001]相關(guān)申請案的交叉引用
[0002]此申請是2012年9月 21 日提交的、題為“INSENSITIVE DRY REMOVAL PROCESS FORSEMICONDUCTOR INTEGRATION(用于半導(dǎo)體整合的不敏感干法移除工藝)”的美國專利申請N0.13 / 624，693的PCT申請，并且涉及并要求2011年9月26日提交的、題為“INSENSITIVEDRY REMOVAL PROCESS FOR SEMICONDUCTOR INTEGRATION(用于半導(dǎo)體整合的不敏感干法移除工藝)”的美國臨時專利申請N0.61 / 539,270號的權(quán)益，上述兩個申請出于所有目的通過整體引用結(jié)合于此。
[0003]背景
[0004]半導(dǎo)體處理通常包括多個不同的制造步驟。在當(dāng)前技術(shù)下，可例行地在納米尺寸上形成電路部件且需要敏感性制造技術(shù)。舉例而言，在替換式金屬柵極(“RMG”或“后柵極(gate last)”)處理中，可能需要在基板上的非犧牲材料的存在的情況下移除位于溝槽中或位于半導(dǎo)體基板上的另一特征結(jié)構(gòu)中的犧牲材料。用于移除第一材料的蝕刻技術(shù)可能將第一材料與第二材料兩者暴露于蝕刻劑，蝕刻劑可能會移除犧牲材料與非犧牲材料兩者。若在移除犧牲材料之前移除太多或所有的非犧牲材料，則可能會弄壞基板。
[0005]由于后柵極處理可包括在已經(jīng)沉積非犧牲膜之后的犧牲材料移除，因此需要精細與受控制的蝕刻技術(shù)。雖然有多種蝕刻技術(shù)可用，但很少有蝕刻技術(shù)提供的移除可對位于半導(dǎo)體基板上的膜的類型與質(zhì)量兩者負責(zé)。舉例而言，利用氟化氫溶液的濕法移除可用于多種類型的膜或氧化物移除。然而，這些溶液對已經(jīng)沉積的材料的密度或質(zhì)量敏感，且這些溶液可能會移除太多的非犧牲材料。在某些實施例中，濕法蝕刻將會以比較高質(zhì)量的膜快高達40倍的速率移除較低質(zhì)量的膜。若較低質(zhì)量的膜是非犧牲的，則濕法蝕刻移除可能無法在移除太多(若非全部)的非犧牲層之前移除犧牲層。
[0006]因此，持續(xù)需要在非犧牲膜存在的情況下移除犧牲膜的技術(shù)與產(chǎn)物。本發(fā)明技術(shù)解決這些需求與其它需求。
[0007]簡要概述
[0008]本發(fā)明技術(shù)提供從半導(dǎo)體基板的表面移除介電材料的方法，所述方法實質(zhì)上對被移除的材料的質(zhì)量不敏感。藉由應(yīng)用在實質(zhì)上相似速率下蝕刻氧化物的干法蝕刻劑氣體的組合，可在較低膜質(zhì)量的非犧牲膜存在的情況下移除較高膜質(zhì)量的犧牲膜。
[0009]揭露沉積介電層以及從半導(dǎo)體基板的表面蝕刻介電層的方法。方法可包括沉積第一介電層，第一介電層具有HF水溶液中的第一濕法蝕刻速率。方法亦可包括沉積第二介電層，第二介電層在沉積之后最初可為可流動的，且第二介電層可具有HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率，第二濕法蝕刻速率高于第一濕法蝕刻速率。方法可進一步包括用蝕刻劑氣體混合物蝕刻第一介電層與第二介電層，其中第一介電層與第二介電層的蝕刻速率比率比HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率與第一濕法蝕刻速率的比率更接近I。
[0010]技術(shù)的實施例亦包括移除半導(dǎo)體基板的表面上的介電材料的方法。方法可被用于后柵極工藝，且方法可包括在基板上沉積第一介電材料以產(chǎn)生第一質(zhì)量的介電層，第一質(zhì)量的介電層具有HF水溶液中的第一濕法蝕刻速率。亦可沉積第二介電材料，且第二介電材料在沉積之后最初可為可流動的。可固化第二介電材料以產(chǎn)生第二質(zhì)量的第二介電層，第二質(zhì)量的第二介電層具有HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率，第二濕法蝕刻速率大于第一濕法蝕刻速率。方法亦可包括用干法蝕刻劑氣體混合物蝕刻第一介電層與第二介電層，其中用干法蝕刻劑氣體混合物蝕刻的第一介電層與第二介電層的蝕刻速率比率比HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率與第一濕法蝕刻速率的比率更接近I。
[0011]在后續(xù)描述中提出額外實施例與特征的部分，且本領(lǐng)域技術(shù)人員在查看本說明書后和/或藉由實施所揭露方法可得知額外實施例與特征結(jié)構(gòu)的部分?？山逵杀菊f明書中描述的儀器設(shè)備、組合和/或方法理解與達成所揭露工藝與方法的特征與優(yōu)點。
[0012]附圖簡述
[0013]圖1圖示已經(jīng)執(zhí)行假柵極(dummy gate)移除工藝于基板上的基板的橫剖面圖。
[0014]圖2圖示根據(jù)揭露方法的蝕刻工藝的流程圖。
[0015]圖3圖示根據(jù)揭露方法的蝕刻工藝的流程圖。
[0016]圖4圖示已經(jīng)在基板上執(zhí)行根據(jù)本方法的蝕刻工藝的基板的橫剖面圖。
[0017]圖5A圖示濕法凹陷蝕刻工藝的TEM圖像。
[0018]圖5B圖示已經(jīng)在基板上執(zhí)行根據(jù)揭露方法的蝕刻工藝的基板的TEM圖像。
[0019]詳細描述
[0020]描述在較低質(zhì)量的非犧牲膜存在的情況下蝕刻較高質(zhì)量的犧牲膜的方法。藉由利用實質(zhì)上對被接受蝕刻的介電層的質(zhì)量不敏感的干法蝕刻劑，可在第二質(zhì)量的非犧牲膜存在的情況下移除第一質(zhì)量的犧牲膜。
[0021]揭露沉積介電層與自半導(dǎo)體基板的表面蝕刻介電層的方法。方法可包括沉積第一介電層，第一介電層具有HF水溶液中的第一濕法蝕刻速率。方法亦可包括沉積第二介電層，第二介電層在沉積之后最初可為可流動的，且第二介電層可具有HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率，第二濕法蝕刻速率高于第一濕法蝕刻速率。方法可進一步包括用蝕刻劑氣體混合物蝕刻第一介電層與第二介電層，其中第一介電層與第二介電層的蝕刻速率比率比起HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率與第一濕法蝕刻速率的比率更接近I。
[0022]參照圖1，圖示已經(jīng)在半導(dǎo)體基板上執(zhí)行假柵極移除工藝的半導(dǎo)體基板的橫剖面圖。針對基板100，圖示包括溝槽110的硅基板105。沉積第一介電層115以隔離硅基板105?？蓪㈦娊橘|(zhì)沉積成基板上的連續(xù)層。沉積假柵極120于第一介電層115上，接著藉由對假柵極與上有假柵極的電介質(zhì)兩者的蝕刻來形成島或隔離柵極。電介質(zhì)可為氧化物、氮化物或氮氧化物，且可藉由多種手段來沉積電介質(zhì)。電介質(zhì)沉積物可為熱氧化物或HDP-CVD沉積的電介質(zhì)或者介電沉積物替代地可為SACVD沉積的電介質(zhì)。或者，可藉由提供用于絕緣目的的相對高質(zhì)量氧化物的不同技術(shù)來沉積電介質(zhì)。假柵極可為后續(xù)可移除的任何材料。舉例而言，假柵極可為之后在替換式柵極的制備中移除的多晶硅或某些其它金屬或氧化物。
[0023]在已經(jīng)執(zhí)行留下假柵極結(jié)構(gòu)的蝕刻之后，基板140顯示后續(xù)的制造工藝。可執(zhí)行注入摻雜以在假柵極下的基板105中產(chǎn)生源極/漏極145。可沉積側(cè)壁間隔物150以進一步分隔基板與已經(jīng)形成的柵極。在一實施例中，間隔物可為氮化物，且可用共形生長(conformal growth)技術(shù)形成間隔物,或者可毪覆(blanket)沉積間隔物并接著蝕刻間隔物至確定厚度?？稍趥?cè)壁間隔物150上形成第二介電層155，且第二介電層155可作為用于整合式無源器件縮放的夾層電介質(zhì)。可藉由更可流動性段(諸如，可流動的CVD或旋涂玻璃)來沉積第二介電層，以提供較佳的縫隙填充特性?；蛘?，可用HDP-CVD、SACVD或用其它沉積技術(shù)來沉積第二介電層155。
[0024]第二介電材料155可經(jīng)蝕刻或接受化學(xué)機械平坦化處理，以減少材料低至暴露假柵極的水平。一旦已經(jīng)暴露假柵極，舉例而言可利用多晶硅選擇性蝕刻來移除假柵極，多晶硅選擇性蝕刻如圖所示僅移除基板180中的多晶硅假柵極。一旦已經(jīng)移除假柵極，可執(zhí)行蝕刻技術(shù)以移除第一介電材料115?？捎弥辽俨糠值鼐S持第二介電材料155的方式移除第一介電材料115。在示例性基板上，第一介電材料115是較高質(zhì)量熱或HDP質(zhì)量氧化物，而第二電介質(zhì)155是較低質(zhì)量的可流動電介質(zhì)。因此，可應(yīng)用移除較高質(zhì)量氧化物同時維持較低質(zhì)量氧化物的蝕刻技術(shù)。
[0025]參照圖2，圖2圖示根據(jù)所揭露的方法的蝕刻工藝200，可在半導(dǎo)體基板上形成第一介電層210。舉例而言,可在后柵極制造工藝中形成第一介電層，且第一介電層可用來產(chǎn)生保護層，保護層上可形成有其它材料?？山逵奢^不可流動或非可流動沉積技術(shù)來形成第一介電層，較不可流動或非可流動沉積技術(shù)可為熱氧化物形成、HDP-CVD，或者可為SACVD (例如，HARP)或PECVD (諸如，等離子體增強TEOS與氧或TEOS與臭氧)。第一介電層可包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。可在基板上的溝槽中或在基板的表面上形成第一介電層?；宓倪M一步工藝可在第一介電層上以及第一介電層周圍形成其它材料，以使得第一介電層位于基板表面上的特征內(nèi)。如圖1中所不，介電層可為第一介電層115。
[0026]HDP沉積產(chǎn)生具有第一質(zhì)量的第一介電層。質(zhì)量是用來從各個方面描述組成物的術(shù)語。氧化物的質(zhì)量可以指密度、純度、擊穿時間(time to breakdown)等等。舉例而言，比起較低質(zhì)量的氧化物，較高質(zhì)量的氧化物通常較密集且具有較高的擊穿電壓。比起可流動沉積技術(shù)而言，HDP沉積可產(chǎn)生較高質(zhì)量的介電層或氧化物。藉由在通常具有射頻能量的低壓或甚至真空下激發(fā)反應(yīng)劑氣體來產(chǎn)生HDP膜，射頻能量在基板表面附近產(chǎn)生等離子體。等離子體能量造成元素具高度反應(yīng)性且等離子體能量產(chǎn)生高密度與高質(zhì)量膜。在其它實施例中，可在基板上執(zhí)行熱工藝以產(chǎn)生第一介電層，其中藉由加熱基板達高溫來導(dǎo)致反應(yīng)劑氣體的化學(xué)反應(yīng)，以引發(fā)膜的反應(yīng)與形成。
[0027]在已經(jīng)形成第一介電層之后，可執(zhí)行中間步驟。舉例而言，在替換式柵極工藝中，可在第一介電材料上形成作為假柵極的多晶硅或某些其它材料的層?？稍陂g隔物形成之后執(zhí)行假柵極與第一電介質(zhì)的蝕刻，間隔物由例如氮化物之類的材料所制成且間隔物被置于假柵極之間。舉例而言，可執(zhí)行參照圖1所述的工藝。
[0028]可在半導(dǎo)體基板上沉積第二介電層215?？山逵煽闪鲃映练e技術(shù)來產(chǎn)生第二介電層，舉例而言，可流動沉積技術(shù)可為旋涂玻璃或可流動式CVD?？蓱?yīng)用可流動式CVD來用介電材料覆蓋所有先前形成的層。舉例而言，在縮放以產(chǎn)生整合式無源器件時，可形成夾層電介質(zhì)以將各個沉積的部件與部件的后續(xù)層分隔開。沉積的介電層可為實質(zhì)上共形的。共形性指的是這樣的沉積:產(chǎn)生在水平表面與垂直表面兩者上具有均勻厚度的層，或階梯覆蓋(step converage)約等于 I。
[0029]可應(yīng)用多種方法來沉積在沉積之后最初是可流動的介電層。舉例而言，可應(yīng)用可流動式CVD工藝，在可流動式CVD工藝中將硅前驅(qū)物引導(dǎo)至容納基板的基板處理區(qū)。另一前驅(qū)物在通過遠程等離子體區(qū)以產(chǎn)生自由基(radical)前驅(qū)物(例如，氮前驅(qū)物)之后被引入，自由基前驅(qū)物隨后流入基板處理區(qū)并與硅前驅(qū)物組合。用此技術(shù)，含硅前驅(qū)物并不是通過在基板工藝區(qū)中施加等離子體功率來直接激勵的。替代地，等離子體功率僅被施加來在基板處理區(qū)外激勵自由基前驅(qū)物。此配置造成基板上含硅與氮層的可流動沉積。膜的流動性隨著沉積進行而衰減，且可在固化操作過程中基本上移除流動性。
[0030]含硅前驅(qū)物可包含碳和/或氮以確保介電層形成期間的流動性。含硅前驅(qū)物可為無碳的含硅前驅(qū)物，無碳的含硅前驅(qū)物讓介電層在固化工藝過程中經(jīng)歷較少的收縮。舉例而言，無碳的硅前驅(qū)物可為硅-與-氮前驅(qū)物、硅-與-氫前驅(qū)物或含硅-氮-與氫前驅(qū)物，等等其它類型的娃前驅(qū)物。這些前驅(qū)物的特定實施例可包括娃胺(silyl-amine),娃胺諸如H2N(SiH3) ,HN(SiH3)2與N(SiH3) 3等等其它硅胺。這些硅胺可與附加氣體混合，附加氣體可作為載氣、反應(yīng)性氣體或兩者。這些附加氣體的實例可包括H2、N2、NH3、He與Ar等其它氣體。無碳的硅前驅(qū)物的實例亦可包括硅烷(SiH4)，硅烷(SiH4)可為單獨的或與其它含硅氣體(例如，N(SiH3)3)、含氫氣體(例如，H2)和/或含氮氣體(諸如，N2> NH3)混合。含娃前驅(qū)物亦可包括不具有碳或氮的硅化合物(諸如，硅烷、二硅烷等等)。若沉積的氧化物膜是摻雜的氧化物膜，則可使用摻雜劑前驅(qū)物，諸如TEB、TMB、B2H6、TEPO、PH3、P2H6與TMP等其它硼與磷摻雜劑。
[0031]可在自由基前驅(qū)物與含硅前驅(qū)物中的任一者或兩者中包括氮。當(dāng)?shù)嬖谟谧杂苫膀?qū)物中時，可將此前驅(qū)物稱為氮自由基前驅(qū)物。氮自由基前驅(qū)物包括藉由在等離子體中激勵更穩(wěn)定的含氮前驅(qū)物產(chǎn)生的等離子體排出物。舉例而言，可在腔室等離子體區(qū)或處理腔室外的遠程等離子體系統(tǒng)(RPS)中激發(fā)包含NH3和/或肼(N2H4)的相對穩(wěn)定含氮前驅(qū)物以形成氮自由基前驅(qū)物，接著將氮自由基前驅(qū)物傳送至無等離子體的基板工藝區(qū)。在不同實施例中，穩(wěn)定的氮前驅(qū)物亦可為包括NH3與N2的混合物、NH3與H2的混合物、NH3與N2與H2的混合物，以及N2與H2的混合物。在具有N2與H2的混合物中，肼亦可用來取代NH3或與NH3相結(jié)合應(yīng)用。或者，穩(wěn)定氮前驅(qū)物的流動速率大于或約為200sccm、大于或約為300sccm、大于或約為500sccm或者大于或約為700sccm。含氮前驅(qū)物亦可包括Ν20、Ν0、Ν02與ΝΗ40Η。
[0032]所產(chǎn)生的氮自由基前驅(qū)物可包括.N、.ΝΗ、.NH2等等中的一者或多者，且所產(chǎn)生的氮自由基前驅(qū)物亦可伴隨有在等離子體中形成的離子化物種?；蛘撸谔幚砬皇业囊徊糠种挟a(chǎn)生氮自由基前驅(qū)物，所述工藝腔室的一部分與基板處理區(qū)隔開，基板處理區(qū)中前驅(qū)物混合與反應(yīng)以在沉積基板(即，半導(dǎo)體晶圓)上沉積硅-與-氮層。可將分隔件結(jié)合到供應(yīng)反應(yīng)物至基板處理區(qū)的噴頭中。氮自由基前驅(qū)物亦可伴隨有載氣(諸如，氬、氦等等)?？赏瑫r地輸送氧(以O(shè)2和/或O3的形式)進入遠程等離子體區(qū)，以調(diào)整氮自由基前驅(qū)物與用此技術(shù)沉積的介電層中的氧含量?；蛘?，輸送的氧可繞過遠程等離子體區(qū)并直接流入基板處理區(qū)。
[0033]流動性可至少部分歸因于沉積膜中的顯著氫成分。舉例而言，沉積膜可具有硅氮烷型S1-NH-Si骨架(即，S1-N-H膜)。流動性亦可源自硅氮烷型的短鏈聚合物。允許短鏈聚合物形成與流動性的氮可源自自由基前驅(qū)物或含硅前驅(qū)物。當(dāng)硅前驅(qū)物與氮自由基前驅(qū)物兩者是無碳時，所沉積的含硅-與-氮膜亦實質(zhì)上是無碳的。當(dāng)然，“無碳”并非必然地意謂膜缺少甚至微量的碳。碳污染物可能存在于進入所沉積的含硅-與-氮膜中的前驅(qū)物材料中。然而，這些碳雜質(zhì)的數(shù)量遠少于具有碳半族(carbon moiety)的娃前驅(qū)物(諸如，TEOS、TMDSO等等)中所發(fā)現(xiàn)的數(shù)量。[0034]可將第一介電層與第二介電層沉積成兩者皆為可流動的或兩者皆為非可流動的?；蛘?，可藉由不同機制來沉積電介質(zhì)(例如，第一電介質(zhì)為非可流動的而第二電介質(zhì)為可流動的)，但這些電介質(zhì)可取決于所用的反應(yīng)物而具有相似的介電質(zhì)量。在其它實施例中，藉由相同的機制沉積第一電介質(zhì)與第二電介質(zhì)，但由于針對兩個電介質(zhì)應(yīng)用不同的反應(yīng)劑物種，所以第一電介質(zhì)與第二電介質(zhì)具有不同的質(zhì)量。
[0035]在含硅膜的沉積過程中，可在將基板溫度維持在相對低溫度下時進行可流動膜生長?？稍诘蜏叵略诨灞砻嫔铣练e可流動氧化物膜，所述低溫在沉積期間通過冷卻基板來維持?；砂訜岷?或冷卻管道，加熱和/或冷卻管道在不同工藝中將基座與基板的溫度設(shè)定在約-40°C與約1000°C之間、約100°C與約600°C之間、低于約500°C或在約400°C或更低溫度下。
[0036]在第二介電層形成之后，可針對不同工藝執(zhí)行中間步驟。舉例而言，可執(zhí)行化學(xué)機械平坦化(CMP)以移除過量的第二介電層?？蓤?zhí)行CMP以暴露個別層，舉例而言個別層包括先前已經(jīng)沉積的多晶硅假柵極。此外，可執(zhí)行多晶硅選擇性濕法蝕刻工藝來移除先前已經(jīng)沉積的假柵極。多晶硅選擇性蝕刻指的是在其它材料存在的情況下優(yōu)先移除多晶硅的蝕刻工藝。工藝可歸因于與多晶硅材料發(fā)生而非與其它材料發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，或者工藝可基于犧牲層或光刻膠層的額外形成，犧牲層或光刻膠層被沉積以保護其它材料免于多晶硅材料的蝕刻。可移除多晶硅材料或其它材料以暴露第一介電層，藉此允許暴露第一介電層與第二介電層兩者。
[0037]在已經(jīng)于基板上沉積可流動電介質(zhì)與已經(jīng)執(zhí)行任何中間步驟之后，可在準(zhǔn)備用于后續(xù)整合式無源器件制造步驟中執(zhí)行蝕刻工藝以移除過量電介質(zhì)?？蓱?yīng)用干法蝕刻劑氣體來蝕刻介電層220。蝕刻劑可移除第一介電層與第二介電層兩者的一部分。蝕刻劑可包括含氟化合物，含氟化合物諸如三氟化氮、以及氨。蝕刻劑氣體與介電層反應(yīng)以產(chǎn)生固體副產(chǎn)物，固體副產(chǎn)物在基板的溫度提升高于升華溫度時升華，藉此移除過量的電介質(zhì)。在流入工藝腔室之前，干法蝕刻劑氣體可流過遠程等離子體系統(tǒng)，干法蝕刻劑氣體在進入反應(yīng)區(qū)之前在遠程等離子體系統(tǒng)中被自由基化(radicalize)。移除第一介電襯墊層與移除第二介電層的蝕刻速率比率可約為1: 2，或者在其它實施例中，可約為1: 1.5、1: 1.3,1: 1.2、I: 1.1、1: 1.05,1: 1.01或約1:1。當(dāng)蝕刻速率比率等同于1:1時，在相同速率下移除第一介電層與第二介電層。
[0038]第一介電層可為基板上的薄保護層并且第一介電層可為犧牲的。可用蝕刻工藝完全移除或?qū)嵸|(zhì)上移除第一介電層，以便制備用于后續(xù)工藝的基板，后續(xù)工藝舉例而言可包括金屬柵極沉積與分層。然而，第一介電層的蝕刻亦會暴露第二介電層至蝕刻劑氣體。若第二介電層是夾層電介質(zhì)，舉例而言，第二層可為非犧牲的，且可試圖第一介電層的移除過程中第二層的維持以保護層間免于摻雜劑或電荷擴散?？蓤?zhí)行蝕刻一段時間，所述一段時間允許移除足夠的介電材料以移除第一介電層，且所需的時間可取決于第一介電層的厚度。
[0039]第二介電層的厚度可約相同或大于第一介電層的厚度。此外，第二介電層可具有與第一介電層相比約相同或較高或較低的質(zhì)量。若例如第二介電層的質(zhì)量高于第一介電層的質(zhì)量，則因為蝕刻會以比非犧牲第二介電層快的速率移除犧牲第一介電層，所以可使用更敏感或選擇性蝕刻工藝?；蛘?，若第二介電層的質(zhì)量低于第一介電層的質(zhì)量，則可使用對氧化物質(zhì)量較不敏感或不敏感的蝕刻工藝。對氧化物質(zhì)量實質(zhì)上不敏感的蝕刻工藝能夠在實質(zhì)上相同的速率下移除不同質(zhì)量的氧化物。
[0040]可執(zhí)行采用干法蝕刻劑氣體的蝕刻來移除低于約100埃的材料，以完全移除第一介電層。取決于第一介電層的厚度，蝕刻工藝可移除約75埃或更少的介電材料、約50埃或更少、約40?；蚋?、約30埃或更少、約25?；蚋?、約20?；蚋?、約15?；蚋佟⒓s10?；蚋?、約5?；蚋俚鹊鹊慕殡姴牧?。干法蝕刻劑氣體可移除實質(zhì)上所有或所有的第一介電層而不完全移除第二介電層。即便第二介電層的質(zhì)量低于第一介電層的質(zhì)量，仍可發(fā)生此移除。在移除第一介電層之后，可執(zhí)行后續(xù)制造步驟(包括金屬化與電路縮放)。
[0041]現(xiàn)參照圖3，描述移除半導(dǎo)體基板的表面上的介電材料的方法300。方法可用于后柵極處理，且方法可包括沉積第一介電材料于基板上310,以產(chǎn)生第一質(zhì)量的介電層,第一質(zhì)量的介電層具有HF水溶液中的第一濕法蝕刻速率。HF中的濕法蝕刻速率可與被沉積的材料的質(zhì)量成比例。舉例而言，與若介電層是較低質(zhì)量相比，若介電層是高質(zhì)量，則HF水溶液中的蝕刻速率將較低。第一介電層可為任何類型或質(zhì)量的材料，且在一個示例中，第一介電層是藉由HDP CVD沉積的氧化物材料?；蛘撸谝唤殡妼涌蔀榭筛采w基板的氮化物或其它材料。第一介電層可為用來保護下方基板的薄層，且第一介電層的厚度可低于約50埃。在移除過程中，可在至少部分地維持第二材料層時移除第一介電層?？稍诘谝唤殡妼拥囊瞥^程中部分地移除第二介電材料，但可藉由特定移除工藝限制第二材料的移除的量。
[0042]在已經(jīng)沉積第一介電材料之后，可發(fā)生額外的制造工藝，額外的制造工藝包括額外的層沉積或生長層、材料移除、材料摻雜等等?？蓤?zhí)行后柵極工藝，其中在第一介電層上沉積多晶硅材料或某些其它材料的層315。后續(xù)蝕刻320會產(chǎn)生多晶硅島或假柵極。在任何所標(biāo)識的工藝(包括第一介電材料的沉積)之前或之后，可形成溝槽并用介電材料填充溝槽且可執(zhí)行注入摻雜325。在夾層電介質(zhì)的沉積之前，可在假柵極之間沉積氮化物或某些其它材料的側(cè)壁間隔物。舉例而言，間隔物可為氮化物，且可在夾層電介質(zhì)的沉積之前蝕刻間隔物至確定厚度。
[0043]亦可沉積第二介電材料335，且第二介電材料在沉積之后最初可為可流動的。第二介電材料可填充于已經(jīng)沉積的假柵極或間隔物之間與之上。藉由沉積第二介電材料以致第二介電材料在沉積之后最初為可流動的，流動性可有助于避免空隙、接縫或其它缺陷的發(fā)展。可藉由旋涂玻璃、可流動CVD或產(chǎn)生在沉積之后最初為可流動的介電材料的其它方法來執(zhí)行可流動沉積。或者，可藉由可產(chǎn)生較高質(zhì)量的電介質(zhì)的非可流動技術(shù)來沉積第二介電材料。第二介電材料可為第二質(zhì)量的氧化物、氮化物或其它材料，第二質(zhì)量的氧化物、氮化物或其它材料具有HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率，且此第二濕法蝕刻速率可大于第一濕法蝕刻速率。取決于第一介電材料與第二介電材料的膜質(zhì)量，第二介電材料可具有第二濕法蝕刻速率，所述第二濕法蝕刻速率是第一濕法蝕刻速率的約兩倍或更高，或者所述第二濕法蝕刻速率為第一濕法蝕刻速率的約四倍、約六倍、約八倍、約十倍、約十二倍、約二十倍、約三十倍或約四十倍或更多倍。
[0044]在沉積之后可固化第二介電材料340，以產(chǎn)生具有改進的膜質(zhì)量的介電層。在多種實施例中，可在氧化環(huán)境(如蒸氣)、惰性環(huán)境(例如，氮)或其它環(huán)境中執(zhí)行固化。膜的流動性隨著沉積進行而衰減，且在固化操作過程中本質(zhì)上移除流動性。固化操作可涉及將含硅-與-氮層轉(zhuǎn)換成氧化硅。固化可涉及提高經(jīng)圖案化基板溫度并暴露介電材料至含氧環(huán)境。固化可為退火，且可在低于約1000°C的溫度下執(zhí)行固化。替代地，可在低于約800°C、600 V、500 V、400 V、300 V、200 V或低于約100 V或更低溫度下發(fā)生固化。
[0045]退火可改進介電膜特性，特性包括硬度、質(zhì)量(例如，改進的密度)、均勻性、移動性、擊穿電荷等等。氧化后退火可增加膜的密度并且氧化后退火可移除在沉積過程中已經(jīng)并入的缺陷中的某些缺陷。利用可流動沉積技術(shù)可降低制造工藝的熱預(yù)算，因為若將溫度提升高于一閥值，則發(fā)生電介質(zhì)的回流。同樣地，當(dāng)執(zhí)行某些制造類型(例如，后柵極)時，高溫亦可允許發(fā)生摻雜劑擴散。因此，可在低于閥值溫度下執(zhí)行固化，在某些實施例中，可低于約600 V、約500 V、400 V、300 V、200 V或低于約100 V或更低。此外，可執(zhí)行蝕刻或拋光工藝(例如，化學(xué)機械平坦化)以降低夾層電介質(zhì)至暴露假柵極的水平。
[0046]在已經(jīng)形成第二介電層之后，可執(zhí)行其它制造工藝。示例性工藝可包括用以移除沉積的過量介電材料的CMP和/或選擇性蝕刻工藝345以移除先前沉積的假柵極。舉例而言，蝕刻可為多晶硅選擇性濕法蝕刻，且蝕刻可移除假柵極至低于第一介電材料的水平。此夕卜，可連同材料摻雜或用于微制造的其它工藝執(zhí)行其它蝕刻與沉積步驟。
[0047]可在固化第二介電層之后執(zhí)行蝕刻工藝350。蝕刻可包括暴露基板至干法蝕刻劑氣體,干法蝕刻劑氣體移除第一介電層的至少一部分。干法蝕刻劑可為氣體的混合物,氣體的混合物包括含氟化合物(諸如，三氟化氮與氨)。干法蝕刻劑可額外地包括其它氣體(諸如，氦或其它惰性氣體)。氣體可分開地流入基板所在的處理腔室，且在將干法蝕刻劑氣體流入工藝腔室之前亦可藉由遠程等離子體源激發(fā)干法蝕刻劑氣體。干法蝕刻劑氣體混合物可在隨著移除第一介電層時移除第二電介質(zhì)的一部分。
[0048]第一電介質(zhì)可為犧牲層，而第二介電層可為非犧牲的。干法蝕刻劑氣體可在實質(zhì)上相似的速率下移除犧牲與非犧牲介電層，并且干法蝕刻劑氣體可實質(zhì)上對介電層的質(zhì)量不敏感。舉例而言，第一介電層可為較高質(zhì)量的HDP氧化物，而第二介電層可為較低質(zhì)量的可流動氧化物。雖然利用HF水溶液的濕法蝕刻可在比較高質(zhì)量的第一介電層快約兩倍下移除較低質(zhì)量的第二介電層，但干法蝕刻劑氣體并不如此進行。
[0049]干法蝕刻劑氣體可在相似速率下移除較高質(zhì)量與較低質(zhì)量的介電層兩者，以在移除第一介電層時維持第二介電層的至少一部分。用干法蝕刻劑氣體混合物蝕刻第一介電層與第二介電層的蝕刻速率的比率可比HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率與第一濕法蝕刻速率的比率更接近I。在一個示例中，第二介電層可被用作為夾層電介質(zhì)，用以幫助避免摻雜劑遷移等其它保護應(yīng)用。有利地，藉由在移除較高質(zhì)量犧牲層時限制此層的移除，可在半導(dǎo)體或整合式無源器件的縮放過程中避免擴散、電荷轉(zhuǎn)移與其它問題。
[0050]回到圖4，圖4圖示已經(jīng)在基板410上執(zhí)行根據(jù)本方法的蝕刻工藝的基板410的橫剖面圖。在假柵極(未圖示)的沉積之前，在基板410上沉積HDP質(zhì)量的介電材料415。伴隨著間隔物形成430執(zhí)行蝕刻、淺溝槽隔離420與注入摻雜425。或者，可在HDP質(zhì)量的介電材料與假柵極的沉積之前執(zhí)行淺溝槽隔離420。在基板上沉積第二介電層或夾層電介質(zhì)435，第二介電層或夾層電介質(zhì)435在沉積之后最初可為可流動的，且執(zhí)行CMP以移除過量的電介質(zhì)并暴露假柵極。執(zhí)行多晶硅選擇性濕法蝕刻以移除假柵極，藉此暴露HDP質(zhì)量的介電材料415。將三氟化氮、氨以及氦的干法蝕刻劑氣體混合物暴露至基板，以移除HDP質(zhì)量的介電材料415。在流入反應(yīng)區(qū)之前，氣體可流過遠程等離子體腔室。可在HDP質(zhì)量的介電材料415的移除過程中移除一數(shù)量的夾層電介質(zhì)435。然而，即便夾層電介質(zhì)435的質(zhì)量可能低于HDP質(zhì)量的介電材料415，干法蝕刻劑氣體混合物可在實質(zhì)上相似速率下移除層。因此，在HDP質(zhì)量的介電材料的移除過程中限制被移除的夾層介電材料435的數(shù)量。
[0051]示例
[0052]在利用干法蝕刻劑氣體混合物的蝕刻選擇性之間作出比較示例。在包含藉由HDPCVD以及可流動CVD沉積的氧化物的基板上執(zhí)行蝕刻。在蝕刻之前以400°C下的退火來固化可流動氧化物。將氧化物暴露至含有三氟化氮與氨的干法蝕刻劑氣體混合物達十三秒的時間段。如下方表1中可見，干法蝕刻劑氣體混合物僅移除稍微多一點的可流動氧化物(相較于HDP質(zhì)量的氧化物)，如此指出干法蝕刻劑氣體實質(zhì)上對氧化物質(zhì)量不敏感:
[0053]表1:干法蝕刻劑氣體的蝕刻深度
【權(quán)利要求】
1.一種沉積介電層以及從半導(dǎo)體基板的表面蝕刻介電層的方法，所述方法包括: 沉積第一介電層，所述第一介電層具有HF水溶液中的第一濕法蝕刻速率； 沉積第二介電層，其中所述第二介電層在所述沉積之后最初是可流動的，且其中所述第二介電層具有HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率，所述第二濕法蝕刻速率高于所述第一濕法蝕刻速率；以及 用蝕刻劑氣體混合物蝕刻所述第一介電層與所述第二介電層，所述蝕刻劑氣體混合物包括含氟氣體與氨，其中用所述蝕刻劑氣體混合物蝕刻的所述第一介電層與所述第二介電層的蝕刻速率比率比HF水溶液中的所述第二濕法蝕刻速率與所述第一濕法蝕刻速率的比率更接近I。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述蝕刻劑氣體混合物是包括等離子體排出物的干法蝕刻劑氣體混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一介電層與所述第二介電層中的至少一者包括氧化物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一介電層藉由熱沉積工藝或高密度等離子體沉積工藝來沉積。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一介電層藉由高密度等離子體沉積工藝來沉積。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二介電層藉由旋涂玻璃或可流動CVD來沉積。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二介電層藉由可流動CVD來沉積。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括在沉積所述第二介電層之后固化所述第二介電層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二介電層在約400°C或更低的溫度下被沉積、固化與蝕刻。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用所述蝕刻劑氣體混合物的蝕刻速率比率低于約1.1。
11.一種在替換式金屬柵極半導(dǎo)體工藝中移除半導(dǎo)體基板的表面上的介電材料的方法，所述方法包括: 在所述基板上沉積第一介電材料以產(chǎn)生第一質(zhì)量的介電層，所述第一質(zhì)量的介電層具有HF水溶液中的第一濕法蝕刻速率； 沉積第二介電材料，其中所述第二介電材料在所述沉積之后最初是可流動的； 固化所述第二介電材料以產(chǎn)生第二質(zhì)量的第二介電層，所述第二質(zhì)量的第二介電層具有HF水溶液中的第二濕法蝕刻速率，所述第二濕法蝕刻速率大于所述第一濕法蝕刻速率； 用干法蝕刻劑氣體混合物蝕刻所述第一介電層與所述第二介電層，其中用所述干法蝕刻劑氣體混合物蝕刻的所述第一介電層與所述第二介電層的蝕刻速率比率比HF水溶液中的所述第二濕法蝕刻速率與所述第一濕法蝕刻速率的比率更接近I。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述干法蝕刻劑氣體混合物包括含氟氣體與氨的等離子體排出物。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述含氟氣體是三氟化氮。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第二介電層在約400°C或更低的溫度下被沉積、固化與蝕刻。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述干法蝕刻劑氣體實質(zhì)上對被蝕刻的所述介電層的質(zhì)量不敏感，以致用所述干法蝕刻劑氣體蝕刻的所述第二電介質(zhì)的蝕刻速率與用所述干法蝕刻劑氣體蝕刻的所述第一介電層的蝕刻速率的比率低于約1.1。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一介電層藉由熱沉積工藝或高密度等離子體沉積工藝來沉積。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一介電層藉由高密度等離子體沉積工藝來沉積。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第二介電層藉由旋涂玻璃或可流動CVD來沉積。
19.如權(quán)利要 求11所述的方法，其特征在于，所述第二介電層藉由可流動CVD來沉積。
【文檔編號】H01L21/311GK103843118SQ201280048556
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月26日
【發(fā)明者】K·薩普瑞, R·米寧尼, J·唐 申請人:應(yīng)用材料公司