自由基成分的氧化物蝕刻的制作方法
【專利說明】自由基成分的氧化物蝕刻
[0001] 交叉參照的相關(guān)申請案
[0002] 本申請案主張美國臨時專利申請案第61/702, 493號的權(quán)益，該申請案于2012年 9月18日提出申請，發(fā)明名稱為"RADICAL-COMPONENTOXIDEETCH"，該申請案為所有目的 在此全文以參考形式并入。
【背景技術(shù)】
[0003] 集成電路是通過在基板表面上生產(chǎn)錯綜復(fù)雜地圖案化材料層的工藝而制作。在基 板上生產(chǎn)圖案化材料需要有用于移除暴露材料的受控制的方法?；瘜W(xué)蝕刻用于各種目的， 這些目的包括將光阻中的圖案轉(zhuǎn)移到下伏層（underlyinglayer)中、薄化層或薄化已呈現(xiàn) 于表面上的特征結(jié)構(gòu)的側(cè)向尺度。通常期望具有蝕刻一種材料比另一種快的蝕刻工藝，以 助于例如圖案轉(zhuǎn)移工藝進(jìn)行。此類蝕刻工藝被稱為對第一材料具選擇性。作為材料、電路 與工藝多樣性的結(jié)果，蝕刻工藝已朝多種材料的選擇性發(fā)展。
[0004] 濕式氫氟酸蝕刻（wetHFetch)比其他介電質(zhì)與半導(dǎo)體優(yōu)先移除氧化硅。然而， 濕式工藝無法滲透某些受限制的溝槽，且有時使殘余材料變形。在原地（local)等離子體 (基板處理區(qū)域內(nèi)的等離子體）中產(chǎn)生的干式蝕刻可以滲透更多受限制的溝槽，并使細(xì)微 殘余結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)更少變形。然而，原地等離子體在放電時會通過電弧產(chǎn)生而損壞基板。
[0005] Siconi?蝕刻是遠(yuǎn)端等離子體輔助的干式蝕刻工藝，該工藝涉及同時暴露基板至 H2、即3與NH3等離子體副產(chǎn)物。氫和氟物種的遠(yuǎn)端等離子體激發(fā)容許無等離子體損壞的基 板處理。Siconi?蝕刻對氧化硅層具大量共形與選擇性，但不易蝕刻硅，無論該硅是非晶形、 結(jié)晶、或多晶形。氮化硅通常是在硅與氧化硅之間的速率下蝕刻，但是氧化硅相較于氮化硅 的選擇性通常并非如氧化硅相較于硅的選擇性般顯著。該選擇性在諸如淺溝槽隔離（STI) 與層間介電質(zhì)（ILD)凹部形成的應(yīng)用上提供許多優(yōu)點。Siconi?工藝產(chǎn)生固體副產(chǎn)物，當(dāng) 基板材料被移除時，該些固體副產(chǎn)物在基板的表面上生長。當(dāng)基板的溫度升高時，該些固體 副產(chǎn)物后續(xù)通過升華而被移除。作為固體副產(chǎn)物的產(chǎn)生的結(jié)果，Siconi?蝕刻工藝也會使 細(xì)微殘余結(jié)構(gòu)變形。
[0006] 由于副產(chǎn)物的形成可能在圖案化基板上擾亂細(xì)微結(jié)構(gòu)，因此需要多種方法以選擇 性地移除氧化硅同時不會在基板表面上形成固體副產(chǎn)物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 描述一種在圖案化異質(zhì)結(jié)構(gòu)上蝕刻暴露的氧化硅的方法，且該方法包括從含氟前 體所形成的遠(yuǎn)端等離子體蝕刻。來自該遠(yuǎn)端等離子體的等離子體流出物是流進(jìn)基板處理區(qū) 域，在該基板處理區(qū)域中該等離子體流出物與含氮和氫前體組合。在該基板于相較于典型 的Siconi?工藝為高溫時，從而產(chǎn)生的反應(yīng)物以高氧化硅選擇性蝕刻該圖案化異質(zhì)結(jié)構(gòu)。 該蝕刻進(jìn)行，而不會在該基板表面上產(chǎn)生殘余物。該方法可用以在移除極少量或不移除硅、 多晶硅、氮化硅或氮化鈦的同時移除氧化硅。
[0008] 本發(fā)明的實施例包括在基板處理腔室的基板處理區(qū)域中蝕刻圖案化基板的方法。 該圖案化基板具有暴露的氧化硅區(qū)域。該方法包括使含氟前體流進(jìn)遠(yuǎn)端等離子體區(qū)域，同 時在該遠(yuǎn)端等離子體區(qū)域中形成遠(yuǎn)端等離子體以產(chǎn)生等離子體流出物，該遠(yuǎn)端等離子體區(qū) 域流通式親接（fluidlycoupled)至該基板處理區(qū)域。該方法進(jìn)一步包括使含氮和氫前體 流進(jìn)該基板處理區(qū)域中，而不先使該含氮和氫前體通過該遠(yuǎn)端等離子體區(qū)域。該方法進(jìn)一 步包括在該基板處理區(qū)域中，以這些等離子體流出物及該含氮和氫前體的組合蝕刻該暴露 的氧化硅區(qū)域。
[0009] 額外的實施例與特征在此部分地描述在以下說明中，且部分地對于此技術(shù)領(lǐng)域中 具有通常知識者而言在參閱說明書后能清楚明了，或可通過實施所揭露的實施例而了解。 可通過說明書中所描述的手段、組合和方法來了解并獲得該所揭露的實施例的特征及優(yōu) 點。
【附圖說明】
[0010] 欲進(jìn)一步了解該所揭露的實施例的本質(zhì)及優(yōu)點可通過參考說明書的其余部分和 附圖而實現(xiàn)。
[0011] 圖1是根據(jù)所揭露的實施例的氧化硅選擇性蝕刻工藝的流程圖。
[0012] 圖2A顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的基板處理腔室。
[0013] 圖2B顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的基板處理腔室的噴淋頭（showerhead)。
[0014] 圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的基板處理系統(tǒng)。
[0015] 在附圖中，相似的部件及/或特征可具有相同的元件符號。另外，相同類型的各種 部件可通過以下方式區(qū)別：將虛線和第二符號接在該元件符號之后，該第二符號用于區(qū)別 這些類似的部件。如果說明書中僅使用第一元件符號，則該說明是適用于具有相同第一元 件符號的相似部件的任一者，無關(guān)于第二元件符號為何。
【具體實施方式】
[0016] 描述一種在圖案化異質(zhì)結(jié)構(gòu)上蝕刻暴露的氧化硅的方法，且該方法包括從含氟前 體所形成的遠(yuǎn)端等離子體蝕刻。來自該遠(yuǎn)端等離子體的等離子體流出物流進(jìn)基板處理區(qū) 域，在該基板處理區(qū)域中該等離子體流出物與含氮和氫前體組合。在該基板于相較于典型 的Siconi?工藝為高溫時，從而產(chǎn)生的反應(yīng)物以高氧化硅選擇性蝕刻該圖案化異質(zhì)結(jié)構(gòu)。 該蝕刻進(jìn)行而不會在該基板表面上產(chǎn)生殘余物。該方法可用以在移除少量或不移除硅、多 晶硅、氮化硅或氮化鈦的同時移除氧化硅。
[0017] 選擇性遠(yuǎn)端氣相蝕刻工藝已使用氨（NH3)的氫源與三氟化氮（NF3)的氟源，該氫源 與氟源一起流過遠(yuǎn)端等離子體系統(tǒng)（RPS)且進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域。氨與三氟化氮的流速通常是經(jīng) 選擇以使得氫的原子流速大致上是氟的原子流速的兩倍，以為了有效地利用這兩種工藝氣 體組份。氫與氟的存在使得（NH4)2SiF6的固體副產(chǎn)物得以在相對低的基板溫度下形成。該 固體副產(chǎn)物是通過將基板的溫度升高至升華溫度之上而移除。遠(yuǎn)端氣相蝕刻工藝移除氧化 物膜比移除例如硅快得多。但是，傳統(tǒng)的選擇性遠(yuǎn)端氣相蝕刻工藝相較于氮化硅的選擇性 可能不佳。本案發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，氧化硅相較于氮化硅的選擇性可通過以下方式強(qiáng)化：在遠(yuǎn) 端等離子體中激發(fā)含氟前體，并將等離子體流出物與氨結(jié)合，該氨并未穿過遠(yuǎn)端等離子體 系統(tǒng)。
[0018] 為了較佳了解與認(rèn)識本發(fā)明，現(xiàn)在參考圖1，圖1是根據(jù)所揭露的實施例的氧化硅 選擇性蝕刻工藝的流程圖。在第一操作之前，使基板圖案化留下氧化硅的暴露區(qū)域與氮化 硅的暴露區(qū)域。接著，使該圖案化基板遞送至基板處理區(qū)域中（操作110)。啟動三氟化氮 流進(jìn)入與處理區(qū)域分開的等離子體區(qū)域（操作120)?？墒褂闷渌匆栽龃蠡蛑脫Q三氟 化氮。一般而言，含氟前體流進(jìn)等離子體區(qū)域，且該含氟前體包含至少一種選自由下列所組 成的群組的前體：原子氟、雙原子氟、三氟化氮、四氟化碳、氟化氫及二氟化氙。該分開的等 離子體區(qū)域在此可稱為遠(yuǎn)端等離子體區(qū)域，且可位在與處理腔室分開的模塊內(nèi)或是位在處 理腔室內(nèi)的隔間內(nèi)。在遠(yuǎn)端等離子體區(qū)域中形成的等離子體流出物隨后流進(jìn)基板處理區(qū)域 (操作125)。在此時，氣相蝕刻對氧化硅具有極少的選擇性且具有受限制的可利用性。然 而，同時將氨流進(jìn)基板處理區(qū)域（操作130)以與該等離子體流出物反應(yīng)。該氨不穿過遠(yuǎn)端 等離子體區(qū)域，且因此僅通過與該等離子體流出物的交互作用而受到激發(fā)。
[0019] 圖案化基板被經(jīng)選擇性蝕刻（操作135)，使得在比氮化硅顯著高的速率下移除氧 化硅。將反應(yīng)性化學(xué)物種從基板處理區(qū)域移除，然后從該處理區(qū)域移除基板（操作145)。 使用在此描述的氣相干式蝕刻工藝，本案發(fā)明人已確定，具有超過100 :1多達(dá)150 :1的選 擇性（SiO蝕刻速率：SiN蝕刻速率）是可能的。使用在此描述的方法可實現(xiàn)的選擇性是現(xiàn) 有技術(shù)方法的至少四倍大。在本發(fā)明的實施例中，氧化硅的蝕刻速率超過氮化硅的蝕刻速 率約40或更多、約50或更多、約75或更多、或約100或更多的乘數(shù)因子（multiplicative factor)〇
[0020] 亦已發(fā)現(xiàn)在此描述的氣相干式蝕刻能增加氧化硅相對于硅（包括多晶硅）的蝕刻 選擇性。使用在此描述的氣相干式蝕刻工藝，本案發(fā)明人已確定具有超過100 :1多達(dá)500 : 1的選擇性（SiO蝕刻速率：Si蝕刻速率）是可能的。使用在此描述的方法可實現(xiàn)的選擇性 是現(xiàn)有技術(shù)方法的至少五倍大。在本發(fā)明的實施例中，氧化硅的蝕刻速率超過硅的蝕刻速 率約100或更多、約150或更多、約200或更多、或約300或更多的乘數(shù)因子。
[0021] 僅涉及氟（遠(yuǎn)端或原地）的氣相蝕刻不具有移除氧化硅同時保留圖案化基板的其 他部分（例如由硅或氮化硅制成）幾乎不受擾亂所需的選擇性。在此描述的氣相蝕刻具有 額外的效益，因為它們不產(chǎn)生固體殘余物。消除固體殘余物會避免擾亂某些可能由犧牲性 氧化硅所支撐的精細(xì)特征。固體殘余物的消除亦通過移除升華步驟而簡化工藝流程且降低 處理成本。在本發(fā)明的實施例中，含氟前體不含氫。當(dāng)遠(yuǎn)端等離子體區(qū)域中不包括氫前體 時，等離子體流出物亦不含氫。這確保在圖案化基板上固體副產(chǎn)物僅以極微量產(chǎn)生。
[0022] 不希望將權(quán)利要求的涵蓋范圍設(shè)限在理論機(jī)制，該機(jī)制可能完全正確或可能不完 全正確，可能的機(jī)制的某些討論可證實是有利的。自由基-氟前體是通過使含氟前體遞送 至遠(yuǎn)端等離子體區(qū)域所產(chǎn)生。申請人假設(shè)產(chǎn)生一濃度的氟離子與原子并遞送