用于在蝕刻氮化硅時(shí)實(shí)現(xiàn)超高選擇比的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于在蝕刻氮化硅時(shí)實(shí)現(xiàn)超高選擇比的方法，具體提供了通過提供硅至等離子體選擇性地蝕刻在半導(dǎo)體襯底上的氮化硅，以實(shí)現(xiàn)氮化硅比含硅材料的高蝕刻選擇比的方法。所述方法涉及從固體硅源或流體硅源或兩者提供硅。固體硅源可以在襯底的上游，例如在處理室的噴頭或噴頭附近，或在遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器中。在蝕刻期間可使硅氣體源流入等離子體。
【專利說明】
用于在蝕刻氮化硅時(shí)實(shí)現(xiàn)超高選擇比的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，并且更具體地，涉及在蝕刻氮化硅時(shí)用于實(shí)現(xiàn)超高 選擇比的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體制造通常涉及圖案化方案和其他工藝，因此選擇性地蝕刻氮化硅以防止蝕 刻襯底的其它暴露的表面。隨著器件幾何尺寸越來越小，需要高的蝕刻選擇比的工藝以實(shí) 現(xiàn)在電介質(zhì)層(諸如氮化硅)中的開口的有效等離子體蝕刻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供用于刻蝕膜的方法和裝置。一個(gè)方面涉及蝕刻在襯底上的氮化硅的方 法，該方法包括：（a)將氟化氣體引入等離子體產(chǎn)生器并點(diǎn)燃等離子體以形成含氟蝕刻物 質(zhì)；（b)從硅源提供硅至等離子體;和(c)將氮化硅暴露于蝕刻物質(zhì)以相對于襯底上的其它 含硅材料選擇性地蝕刻氮化硅。
[0004] 硅源可以被提供給襯底的上游的等離子體。在一些實(shí)施方式中，硅源被提供到遠(yuǎn) 程等離子體產(chǎn)生器中的等離子體。替代地或額外地，硅源可以被提供到在襯底和容納所述 襯底的室的噴頭之間的等離子體。硅源可以被提供到在容納所述襯底的室的噴頭或噴頭附 近的等離子體。
[0005] 硅源可以包括兩種或更多種硅源。在多種實(shí)施方式中，硅源是固體。硅源的例子包 括含硅化合物，如石英、硅、硅鍺、碳化硅和氧化硅。在一些實(shí)施方式中，硅源是包含硅的適 配器環(huán)。在一些實(shí)施方式中，硅源是包含硅的氣體擴(kuò)散器。
[0006] 襯底可以被容納在包括噴頭的室中，噴頭可包含硅。在一些實(shí)施方式中，硅源被連 接到等離子體產(chǎn)生器的壁上。
[0007] 在多種實(shí)施方式中，硅源是流體，并且可以是含硅化合物。例如，進(jìn)入容納襯底的 室的氣體的總流量的至少約0.5% (體積)可以是硅源。流體硅源的實(shí)例包括硅烷、乙硅烷、 四氟化硅、四氯硅烷、正硅酸四乙酯和四甲基硅烷。
[0008] 在一些實(shí)施方式中，氟化氣體包括非聚合含氟化合物。示例性氟化氣體包括F2、 S i F6、CF4、CHF3、CH2F2、NF3 以及它們的組合。
[0009] 硅源可以清除在蝕刻物質(zhì)中產(chǎn)生的原子氟。在多種實(shí)施方式中，其他含硅材料可 以是氧化硅、多晶硅或硅。
[0010] 在多種實(shí)施方式中，方法還包括在(b)期間引入一種或多種氧化劑氣體。示例性氧 化劑氣體包括氧氣、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、氮?dú)狻⒁约八鼈兊慕M合物。
[0011] 另一個(gè)方面涉及一種處理襯底的方法，該方法包括:通過從硅源提供硅至等離子 體，相對于襯底上的其它含硅材料選擇性地蝕刻氮化硅，其中所述等離子體形成用于選擇 地蝕刻氮化硅的蝕刻物質(zhì)。
[0012] 另一個(gè)方面涉及用于處理半導(dǎo)體襯底的裝置，該裝置包括：（a)-個(gè)或多個(gè)站，每 個(gè)站包括噴頭和用于保持包括氮化硅的襯底的基座；（b)至少一個(gè)出口，其用于耦合到真 空；（C)用于耦合到氣體源的一個(gè)或多個(gè)工藝氣體進(jìn)口；（d)硅源；（e)等離子體產(chǎn)生器；以及 (f)控制器，其用于控制在該裝置中的操作，包括用于下列項(xiàng)的機(jī)器可讀指令：（i)將包括含 氟氣體的氣體引入至等離子體產(chǎn)生器并點(diǎn)燃等離子體而形成蝕刻物質(zhì)；（ii)將蝕刻物質(zhì)引 入一個(gè)或多個(gè)站，其中，在(i)和(ii)中的至少一個(gè)期間將所述硅源提供到等離子體。
[0013] 硅源可以包括兩個(gè)或更多個(gè)硅源，其中每一個(gè)可以是固體或氣體。在一些實(shí)施方 式中，硅源在襯底的上游。硅源可以位于一個(gè)或多個(gè)站的噴頭或該噴頭附近。
[0014] 在多種實(shí)施方式中，娃源是固體。例如，娃源可以是氣體擴(kuò)散器。在一些實(shí)施方式 中，硅源是石英。示例性硅源包括含硅化合物，例如硅、硅鍺、碳化硅和氧化硅。
[0015] 在多種實(shí)施方式中，硅源是流體。例如，硅源可以是含硅化合物，如硅烷、乙硅烷、 四氟化硅、四氯硅烷、正硅酸四乙酯和四甲基硅烷。在一些實(shí)施方式中，在（i)中使用的氣體 的組合物的至少約9%包括硅源。
[0016] 示例性的氟化氣體包括?2、31?6、0?4、〇1# 2、帆以及它們的組合。在一些實(shí)施方式 中，等離子體產(chǎn)生器包括多區(qū)線圈，硅源包括在等離子體產(chǎn)生器中的位于或靠近多區(qū)線圈 的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域的一個(gè)或多個(gè)適配器環(huán)。
[0017] 在多種實(shí)施方式中，（i)中的氣體包括氧化劑。示例性氧化劑包括氧氣、氮?dú)?、一?化二氮、二氧化氮和一氧化氮。
[0018] 這些和其他方面將參考附圖在下面進(jìn)一步描述。
【附圖說明】
[0019] 圖1是描繪根據(jù)所公開的實(shí)施方式的方法的操作的工藝流程圖。
[0020] 圖2A和2B是按照所公開的實(shí)施方式的蝕刻方案的示意圖。
[0021] 圖3、圖4和5是用于根據(jù)所公開的實(shí)施方式執(zhí)行方法的處理室的示例的示意圖。 [0022]圖6A和6B是根據(jù)所公開的實(shí)施方式進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的條形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 在下面的描述中闡述了大量具體細(xì)節(jié)，以提供對呈現(xiàn)的實(shí)施方式的徹底理解。公 開的實(shí)施方式可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或者所有的情況下實(shí)施。在其他實(shí)例中， 沒有具體說明公知的處理操作，以免不必要地模糊公開的實(shí)施方式。結(jié)合【具體實(shí)施方式】來 說明公開的實(shí)施方式，但要理解的是這不意圖限制公開的實(shí)施方式。
[0024] 半導(dǎo)體制造工藝通常涉及圖案化和蝕刻諸如氮化硅等多種材料。例如，在圖案化 工藝中氮化硅被用作蝕刻停止層或掩模之后在半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)或觸點(diǎn)的制造期間，利用對 下伏層和/或覆蓋層的蝕刻選擇性，可蝕刻氮化硅。然而，諸如使用熱的正磷酸、離子轟擊或 濺射的濕法蝕刻方法之類的多種常規(guī)的氮化硅蝕刻工藝可能會導(dǎo)致對襯底的暴露的介電 部件(諸如氧化硅)的損傷。一些常規(guī)的干法蝕刻工藝涉及在蝕刻期間引入高度聚合性碳基 氣體以在暴露的氧化硅或硅層的表面上形成薄的保護(hù)層，但這樣的處理可能會導(dǎo)致缺陷， 增大圖案的頂部比底部的比率和增大圖案負(fù)載。缺陷可導(dǎo)致圖案缺失到器件顯現(xiàn)無用的程 度。其結(jié)果是，常規(guī)的技術(shù)通常不適于選擇性地蝕刻氮化硅。
[0025] 本發(fā)明提供的是在蝕刻工藝期間通過提供硅至等離子體選擇性地蝕刻氮化硅的 方法。本文提供的方法也可以減少聚合物的使用，以實(shí)現(xiàn)高的蝕刻選擇比。從硅源將硅提供 到等離子體，硅源可以是固體源、流體源，或兩者的組合。公開的實(shí)施方式提高針對多種蝕 刻化學(xué)物以及在不同壓強(qiáng)、溫度和等離子體功率下的氮化硅與含硅材料的蝕刻選擇比，含 硅材料例如氧化硅和硅(包括多晶硅、非晶硅和結(jié)晶硅）。例如，在一些實(shí)施方式中，氮化硅 比氧化硅或多晶硅的蝕刻選擇比可以大于100:1、1000:1或5000:1。在最相關(guān)的應(yīng)用中，可 以實(shí)現(xiàn)1000:1或甚至更高的選擇比。
[0026]公開的實(shí)施方式在制造包括各種電介質(zhì)、半導(dǎo)體或金屬層的多層結(jié)構(gòu)中是有用 的。示例性電介質(zhì)材料包括氮化硅、氮氧化硅、二氧化硅、如氟化氧化硅(FSG)等摻雜的氧化 硅、如硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)和磷硅酸鹽玻璃(PSG)等硅酸鹽玻璃、通過原子層沉積(ALD) 沉積的硅氧化物、ALD沉積的氮化硅、有機(jī)硅氧烷聚合物、碳摻雜的硅酸鹽玻璃、氟化碳摻雜 硅酸鹽玻璃、倍半硅氧烷玻璃、金剛石類無定形碳，和碳摻雜的二氧化硅玻璃。其它合適的 電介質(zhì)材料可以形成多層結(jié)構(gòu)中的一個(gè)或多個(gè)層。半導(dǎo)體層的實(shí)例包括硅、硅鍺和鍺。這種 多層結(jié)構(gòu)可以覆蓋如阻擋層之類中間層和如多晶硅之類導(dǎo)電層或半導(dǎo)電層，例如鋁、銅、 鈦、鎢、鉬或它們的合金之類的金屬；如氮化鈦之類氮化物；以及如硅化鈦、硅化鈷、硅化鎢 和硅化鉬之類金屬硅化物。
[0027]圖1是描繪根據(jù)所公開的實(shí)施方式的方法的操作的工藝流程圖。在多種實(shí)施方式 中，在圖1的操作過程中可任選地使惰性氣體流動(dòng)。示例性惰性氣體包括氬、氦、氖、氪、氮和 氙。操作可以在諸如處理室（其中可以容納襯底)之類的裝置中執(zhí)行。處理室可以包括噴頭 和支撐襯底的基座，通過該噴頭蝕刻劑可以被引入室中或室的處理區(qū)域中。處理室可以包 括等離子體產(chǎn)生區(qū)域或連接到遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器。在圖3、圖4和圖5中描繪了示例性處理 室，這在下文進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028]襯底可以是娃晶片(例如，200暈米的晶片，300暈米的晶片，450暈米的晶片），其包 括具有一個(gè)(種)或多個(gè)(種)層的材料的晶片，材料例如沉積在晶片上的電介質(zhì)、導(dǎo)電或半 導(dǎo)電材料。例如，襯底可以是具有在其上沉積的至少一個(gè)氮化硅層和至少一個(gè)氧化硅層的 硅晶片。襯底還可以包括各種形貌特征。這樣的特征可以由狹窄和/或內(nèi)凹(re-entrant)的 開口，特征內(nèi)的收縮，以及高的深寬比中的一個(gè)或多個(gè)來表征。在一些實(shí)施方式中，特征的 深寬比可以為至少約2:1，至少約10:1，至少約20:1，至少約50:1或更高。
[0029] 在圖1的操作102中，來自硅源的硅被提供給等離子體，等離子體通常包含一種或 多種蝕刻劑物質(zhì)或其前體。等離子體中可存在有多種物質(zhì)，諸如離子、電子、自由基、中性物 質(zhì)、亞穩(wěn)定物質(zhì)，和其它物質(zhì)。硅源可以被提供至等離子體區(qū)域，等離子體區(qū)域被定義為在 或靠近其中產(chǎn)生等離子體和/或等離子體流動(dòng)的區(qū)域。在一些實(shí)施方式中，等離子體區(qū)域在 襯底的上游，或者在處理室內(nèi)或在處理室外。例如，襯底的上游和處理室內(nèi)的等離子體區(qū)域 可以是在噴頭和襯底之間的區(qū)域或在噴頭處或噴頭附近的區(qū)域。替代地，例如，襯底的上游 和處理室外的等離子體區(qū)域可以在遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器中。在一些實(shí)施方式中，等離子體 區(qū)域可以在遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器的下游，使得硅被引入遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器的下游的等離 子體。下面提供了進(jìn)一步的示例。
[0030] 在一些實(shí)施方式中，硅從多個(gè)源被提供，例如，從固體硅源和流體硅源兩者。流體 娃源包括氣體娃源和液體娃源。液體娃源可以夾帶在蒸氣中傳輸?shù)绞抑?。在一些?shí)施方式 中，通過使用一個(gè)以上的硅源，提高氮化硅比氧化硅和硅的蝕刻選擇比。
[0031 ]固體硅源可以是任何固體含硅化合物。示例性固體硅源包括硅、石英、氧化硅、硅 鍺、碳化硅和其組合物。（在替代的實(shí)施方式中，可使用其它類型的固體代替含硅源，例如鋁 或鈦，但是可謹(jǐn)慎使用這樣的固體源以防止污染襯底。）在多種實(shí)施方式中，固體硅源可位 于等離子體區(qū)域或等離子體區(qū)域附近。在一些實(shí)施方式中，在硬件中可選擇固體硅源的位 置以提高選擇比。其中固體硅源可以被放置的位置的實(shí)例包括在處理室中的襯底上方，襯 底和電極之間，襯底和噴頭之間，在噴頭或噴頭附近，噴頭的上游，處理室的等離子體產(chǎn)生 區(qū)域中，遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器中。在一些實(shí)施方式中，固體硅源被放置在處理室的一個(gè)或多 個(gè)位置上。
[0032]在一些實(shí)施方式中，固體硅源可以是處理室的部件?？梢杂晒腆w硅源組成的處理 室部件或可以包括固體硅源的處理室部件的示例包括氣體擴(kuò)散器環(huán)、適配器環(huán)和噴頭。硅 源也可以是連接到處理室壁或以其他方式放置在處理室中、等離子體產(chǎn)生器中或其他適當(dāng) 的等離子體區(qū)域中的其他非功能部件。例如，硅棒可放置在室中。在一些實(shí)施方式中，固體 硅源是可被固定到在先前安裝的蝕刻工具中的處理室的場改裝套件或補(bǔ)充部件的部件。在 一些實(shí)施方式中，固體硅源可以是蝕刻裝置硬件的功能性或非功能性犧牲部件，使得其在 蝕刻過程完全地或部分地消耗。
[0033] 在操作102中，替代固體硅源或除了固體硅源以外，還可從流體硅源提供硅。示例 性流體硅源包括硅烷類，例如硅烷(SiH 4)、乙硅烷(Si2H6)，四氟硅烷或四氟化硅(SiF4);四 氯化硅(SiCl 4);正硅酸四乙酯（TEOS);和四甲基硅烷（（CH3 )4Si)。如上所述，流體硅源可以 作為氣體或液體提供。在一些實(shí)施方式中，液體硅源以氣相被提供到等離子體。例如，如 TEOS之類液體硅源可以在以氣相被提供到等離子體之前在鼓泡器中被氣化。
[0034] 流體硅源的流速可取決于在蝕刻期間與等離子體一起使用的處理氣體的類型和 流速，處理室體積以及在襯底上要蝕刻的氮化硅的量。如果蝕刻工藝涉及較高流速的工藝 氣體，則可以使用較高流速的流體硅源。在一些實(shí)施方式中，高度稀釋的流體硅源(例如，具 有小于約1%的硅的氣體）可能不足以提高選擇比。在一些實(shí)施方式中，包括硅源、氟化氣 體、惰性氣體和氧化劑的流入等離子體的氣體的組合物的至少約9 %是流體娃源。在一些實(shí) 施方式中，在處理室中含硅氣體的流速比流入蝕刻裝置的等離子體區(qū)域的氣體的總流速的 約10%更低，或比流入蝕刻裝置的等離子體區(qū)域的氣體的總流速的約5%更低。在一些實(shí)施 方式中，進(jìn)入容納襯底的室中的氣體的總流量的至少約0.5 % (體積)是硅源。在一些實(shí)施方 式中，其它類型的氣體也可以與硅源組合流動(dòng)，如一氧化碳，可以謹(jǐn)慎地使這些氣體流動(dòng)以 防止在襯底上的污染。
[0035] 在操作104中，襯底被暴露于含氟的蝕刻劑物質(zhì)。當(dāng)氟化氣體被用來產(chǎn)生蝕刻物質(zhì) 時(shí)，公開的實(shí)施方式適用于提高蝕刻選擇比。氟化氣體可以是任何合適的含氟蝕刻劑，例如 氟(F 2)、四氟化碳(CF4)、六氟乙烷(C2F6)、六氟丙烯(C 3F6)，八氟丙烷(C3F8)、1,3-六氟丁二烯 (C 4F6)、八氟環(huán)丁烷(C4F8)、全氟環(huán)戊烯(C 5F8)、六氟化硅(SiF6)，和三氟化氮(NF3)。在多種實(shí) 施方式中，氟化氣體是不含烴的氟化氣體。當(dāng)?shù)入x子體被點(diǎn)燃時(shí)，等離子體產(chǎn)生器中的氟化 氣體和在某些情況下的其他氣體形成蝕刻物質(zhì)。蝕刻物質(zhì)可以包括離子、電子、自由基、中 性物質(zhì)、亞穩(wěn)定物質(zhì)、其他物質(zhì)、以及它們的組合物。在多種實(shí)施方式中，主要蝕刻物質(zhì)包含 離子和自由基。
[0036] 在一些實(shí)施方式中，可以在操作104中使用具有化學(xué)式CFx或CHxFy的含烴氟化氣 體，其中X和y是整數(shù)。實(shí)例包括CH2F2、CH3F和CHF3。在一些這樣的實(shí)施方式中，除了不含烴的 氟化氣體以外，還可以使用含烴氟化氣體。例如，在一些實(shí)施方式中，氟化氣體包括CFjP CH2F2的組合。在一些實(shí)施方式中，氟化氣體包括作為唯一的含氟化合物的CF4。在引入到等 離子體產(chǎn)生器的氣體混合物中可以存在惰性氣體或不存在惰性氣體。例如，CF 4、C H2 F 2、 CH3FXHF3,和氬氣的組合物可以被引入等離子體產(chǎn)生器。
[0037] 雖然先前的選擇性蝕刻技術(shù)依賴于聚合物的形成以保護(hù)某些表面不受蝕刻，但所 描述的方法的多種實(shí)施方式可避免使用聚合氣體。例如，如果使用的話，則氣體混合物中含 烴氟化氣體或含碳氟化氣體的比例可以小于約5%，同時(shí)仍保持高的對氧化物和硅的蝕刻 選擇比。
[0038] 在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明描述的方法不在襯底上形成聚合層或保護(hù)層，從而可 以有助于較高效的蝕刻工藝。然而，在一些實(shí)施方式中，在也涉及聚合的方法中所公開的實(shí) 施方式可以用于提高氮化硅的蝕刻選擇比。例如，在其中CH 3F被用來在襯底的表面上聚合 以保護(hù)暴露的氧化硅或多晶硅層的工藝中，提供來自硅源的硅至等離子體可以提高氮化硅 的蝕刻選擇比。
[0039]襯底也可被暴露于額外的工藝氣體以促進(jìn)蝕刻工藝，工藝氣體如一種或多種氧化 劑和/或載氣。在操作104的過程中，用于促進(jìn)氮化硅的選擇性蝕刻的額外的工藝氣體也可 被引入到室中。在多種實(shí)施方式中，一種或多種氧化劑與氟化氣體一起流動(dòng)或在使氟化氣 體流動(dòng)之前使一種或多種氧化劑流動(dòng)。某些氧化劑可以具有化學(xué)式N0 X。氧化劑的例子包括 〇2、他、犯0、勵(lì)、^)2和它們的組合物。在多種實(shí)施方式中，在操作104中可使諸如0 2和犯0之類 氧化劑和氟化氣體的組合物流動(dòng)，氟化氣體諸如CFx，其中X是整數(shù)(例如，CF 4); CHxFy，其中X 和y是整數(shù)(例如，CH2F2) ;CH3F;NF3;或它們的組合物。在一些實(shí)施方式中，NO可被直接添加 到室或通過兩種或多種反應(yīng)物的反應(yīng)而形成。使用NO高選擇性蝕刻氮化硅的例子在2014年 12月 1 日提交的名稱為 "SELECTIVE NITRIDE ETCH"（代理人案卷No. LAMRP146/3526-1US)的 美國專利申請No. 14/576020中詳細(xì)描述，其全部內(nèi)容通過參考引入本文。不像通常不起蝕 刻氮化硅的物質(zhì)的作用的諸如氬氣之類的載氣，氧化劑可以起蝕刻劑物質(zhì)的作用。
[0040] 根據(jù)多種實(shí)施方式，在引入硅源的區(qū)域中可以或可以不產(chǎn)生等離子體。例如，可以 在硅源的上游產(chǎn)生等離子體，其中通過使等離子體穿過固體硅源，將流體硅源與等離子體 產(chǎn)生器的下游的等離子體混合等，將硅源引入等離子體。在一些實(shí)施方式中，在相對于等離 子體產(chǎn)生器的不同位置可以引入多個(gè)硅源。例如，流體硅源可以與氟化氣體一起被引入至 處理室的處理區(qū)域的上游的等離子體產(chǎn)生器，硅源位于處理室的內(nèi)部。
[0041] 在多種實(shí)施方式中，等離子體可以是包括感應(yīng)耦合等離子體，電容耦合等離子體、 微波激發(fā)等離子體或任何類型的下游等離子體的任何適當(dāng)?shù)牡入x子體。在多種實(shí)施方式 中，利用感應(yīng)耦合等離子體執(zhí)行根據(jù)公開的實(shí)施方式的操作可能是更有效的。感應(yīng)耦合等 離子體的等離子體密度可大于電容耦合等離子體的等離子體密度。感應(yīng)耦合等離子體與電 容耦合等離子體相比可以具有較低的等離子體能量。
[0042] 在等離子體中高濃度的氟原子可降低蝕刻選擇比。固體硅源的存在可減少等離子 體中的原子氟的量，使得從等離子體產(chǎn)生的原子氟與固體硅源反應(yīng)，而非與襯底上的材料 反應(yīng)。例如，從氟化氣體所產(chǎn)生的蝕刻物質(zhì)可以蝕刻來自固體硅源的表面的硅。來自固體硅 源的硅可以與等離子體中產(chǎn)生的原子氟反應(yīng)并消耗等離子體中存在的原子氟的量。同樣 地，當(dāng)?shù)入x子體被點(diǎn)燃時(shí)，從氟化氣體產(chǎn)生的等離子體可以與流體硅源反應(yīng)，以消耗在等離 子體中存在的氟原子的量。
[0043] 可以控制等離子體的條件以調(diào)節(jié)蝕刻物質(zhì)和硅源之間的反應(yīng)。例如，在一些實(shí)施 方式中，在選擇性蝕刻氮化硅期間可控制固體硅源的溫度以調(diào)節(jié)從固體硅源蝕刻的硅的 量。在處理期間通過改變固定或連接到硅源的部件的溫度可控制溫度。取決于等離子體產(chǎn) 生和蝕刻工藝的條件，來自一些固體硅源的顆?？蓪?dǎo)致輕微的缺陷，因此可調(diào)節(jié)等離子體， 從而調(diào)節(jié)固體硅源的蝕刻速率并減少缺陷。在公開的實(shí)施方式中，可控制諸如等離子體功 率和頻率、在蝕刻工藝中使用的流體硅源和氣體的流速、溫度、壓強(qiáng)、硅源位置、固體硅源的 表面積、和固體硅源的組合物之類的參數(shù)，以減少在襯底上的缺陷的數(shù)量，并且實(shí)現(xiàn)氮化硅 比氧化硅、硅和或其它暴露的襯底表面材料的高蝕刻選擇比。
[0044] 在操作106中，利用對襯底上的其它暴露材料(如氧化硅和硅）的蝕刻選擇比選擇 地蝕刻在襯底上的氮化硅。從硅源引入硅可提高或降低蝕刻速率。例如，某些蝕刻物質(zhì)可與 硅源反應(yīng)，從而降低氮化硅的蝕刻速率。在其他實(shí)施方式中，例如，如果所用的硅源是硅氟 (SiF x)氣體，則可增加蝕刻速率。當(dāng)?shù)入x子體被點(diǎn)燃時(shí)，SiFx產(chǎn)生硅和氟等離子體，由此一些 氟等離子體被用作用于選擇性地蝕刻氮化硅的蝕刻物質(zhì)。
[0045] 用于相對于圖1描述的方法的工藝條件取決于襯底的尺寸、襯底的組合物、蝕刻化 學(xué)物的量、室體積和使用的等離子體處理工具的類型。室的壓強(qiáng)可取決于等離子體室的類 型。室壓強(qiáng)可保持在適合于在室中維持等離子體的水平。在一些實(shí)施方式中，可監(jiān)測和控制 固體硅源的溫度為介于約(TC和約500°C之間，或介于約10°C和約400°C之間，或約100°C，或 約200°C，或約300°C，或約400°C。在一些實(shí)施方式中，在高于約100°C的溫度下執(zhí)行公開的 實(shí)施方式。例如，在固體硅源位于等離子體產(chǎn)生器的線圈或在線圈附近的情況下，固體硅源 可以被加熱到大于約300 °C的溫度。
[0046] 在多種實(shí)施方式中，在處理室中的蝕刻工藝可在不同于或類似于固體硅源的溫度 的溫度下進(jìn)行，例如在襯底或基座溫度下進(jìn)行。溫度可以是襯底溫度，其與基座溫度相耦 合?；鶞囟瓤梢员挥米饔糜诠_的實(shí)施方式的襯底溫度的代表(proxy)。在一些實(shí)施方式 中，在介于約〇°C和約80°C之間的基座溫度下進(jìn)行蝕刻工藝。在一些實(shí)施方式中，取決于室 體積、氟化氣體的量、硅源的量、使用的硅源類型和等離子體處理的條件，溫度可以較高或 較低。
[0047] 回到圖1，在操作108中，可以周期性任選地重復(fù)操作102-106來選擇性地蝕刻氮化 硅。實(shí)現(xiàn)的蝕刻選擇比可以是至少約100:1，或至少約500:1，或至少約1000:1。在一些實(shí)施 方式中，蝕刻選擇比是無窮大的。
[0048]在一些實(shí)施方式中，在選擇性地蝕刻氮化硅之后，在襯底上執(zhí)行后處理。在2014年 12月1日提交的名稱為"SELECTIVE NITRIDE ETCH"的美國專利申請No. 14/576020(代理人 案卷NO.LAMRP146/3526-1US)中描述了如脫氟之類的示例性后處理操作。
[0049]圖2A和2B提供了其中可以執(zhí)行公開的實(shí)施方式的圖案化方案的實(shí)施例。圖2A示出 了具有襯底層201、氮化硅層202、二氧化硅層203和掩模層204的半導(dǎo)體襯底的橫截面。在圖 2A中所描繪的橫截面已被部分地圖案化以形成兩個(gè)溝槽或者通孔205。襯底層201可以是硅 襯底的頂部、硅層或其它材料。
[0050]圖2B示出了襯底，其中掩模層204下方的氮化硅層202的暴露部分被選擇性地蝕刻 至二氧化硅層203,至掩模層204,至襯底層201。諸如上面關(guān)于圖1描述的方法之類的方法可 以用于以高選擇性蝕刻氮化硅以形成如圖2B中所示這樣的結(jié)構(gòu)。 裝置
[00511在諸如等離子體蝕刻室之類的處理室中可進(jìn)行公開的實(shí)施方式。例如，上述方法 可在感應(yīng)耦合等離子體或電容耦合等離子體室或下游等離子體室中進(jìn)行。
[0052]圖3是根據(jù)多種實(shí)施方式的感應(yīng)耦合等離子體蝕刻室的示例的示意圖。等離子體 蝕刻室300包括上電極302和下電極304,在上電極302和下電極304之間可產(chǎn)生等離子體。在 一些實(shí)施方式中，上電極302和下電極304之間的區(qū)域是等離子體區(qū)域350a。來自硅源的硅 可被提供至在等離子體區(qū)域350a中產(chǎn)生的等離子體。在一些實(shí)施方式中，如硅適配器環(huán) 350b之類的固體硅源，或者等離子體室的其他部件可位于上電極302或在上電極302附近。 [0053]其上具有氮化硅膜并如上所述的襯底399可以被放置在下電極304上并可以通過 靜電卡盤(ESC)固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｒ部梢圆捎闷渌鼕A持機(jī)構(gòu)。等離子體蝕刻室300包括等 離子體約束環(huán)306,其將等離子體維持在襯底上方并遠(yuǎn)離室壁?？梢圆捎闷渌入x子體約束 結(jié)構(gòu)，例如作為充當(dāng)內(nèi)壁的護(hù)罩或圓頂。在一些實(shí)施方式中，等離子體蝕刻室300可以不包 括任何這樣的等離子體約束結(jié)構(gòu)。
[0054]在圖3的實(shí)施例中，等離子體蝕刻室300包括兩個(gè)射頻(RF)源，連接到上電極302的 RF源310和連接到下電極304的RF源312。RF源310和312中的每一個(gè)可以包括任何適當(dāng)?shù)念l 率的一個(gè)或多個(gè)源，適當(dāng)?shù)念l率包括2MHz、13.56MHz、27MHz和60MHz。氣體可以從一個(gè)或多 個(gè)氣體源314、316和318被引入室300。例如，氣體源314可包括惰性氣體，氣體源316可包括 氧化劑(如一氧化二氮(N 2O)和氧(〇2))，而氣體源318可以包括氟化氣體。在另一實(shí)例中，氣 體源314可包括惰性氣體，氣體源316可包括O 2和N2O或NOx (如NO或NO2 )，氣體源318可包括氟 化氣體(例如，CF4、CH2F2)。在一些實(shí)施方式中，硅可以從流到等離子體區(qū)域350a的流體硅源 被提供到等離子體，如通過氣體入口 320提供。例如，氣體源314可以包括含硅氣體，氣體源 316可以包括N2O和02,氣體源318可以包括氟化氣體。氣體可以通過入口 320被引入到室，過 量氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物經(jīng)由排放栗322排出。可以采用的等離子體蝕刻室的一個(gè)例子是從美 國加州弗里蒙特可購得的Lam Research Corp.的2300?Flex?反應(yīng)離子蝕刻工具。等離子 體蝕刻室的進(jìn)一步描述可在美國專利No. 6，841，943和No. 8，552，334中找到，其全部內(nèi)容通 過引用并入本文。
[0055] 回到圖3,控制器330被連接到RF源310和312以及與氣體源314、316和318相關(guān)聯(lián)的 閥，以及排放栗322。在一些實(shí)施方式中，控制器330控制等離子體蝕刻室300的所有活動(dòng)。控 制器330可以執(zhí)行在大容量存儲裝置340中存儲的、加載到存儲器裝置342的、并在處理器 344執(zhí)行的控制軟件338。替代地，控制邏輯可被硬編碼在控制器330中。專用集成電路、可編 程邏輯器件（例如，現(xiàn)場可編程門陣列，或FPGA)等可以用于這些目的。在下面的討論中，無 論在哪里使用"軟件"或"代碼"，在它的位置可使用功能上類似的硬編碼邏輯?？刂栖浖?38 可包括用于控制定時(shí)，氣體的混合物，氣體流速，室壓強(qiáng)，室溫度，固體硅源溫度，晶片或基 座溫度，RF頻率，RF功率電平，襯底基座、卡盤和/或基座的位置，和通過等離子體蝕刻室300 執(zhí)行的特定工藝的其它參數(shù)?？刂栖浖?38可以以任何合適的方式進(jìn)行配置。例如，可以編 碼各種處理工具部件子程序或控制對象以控制用于執(zhí)行各種處理工具的處理的處理工具 部件的操作。控制軟件338可以任何合適的計(jì)算機(jī)可讀編程語言來編碼。
[0056]在一些實(shí)施方式中，控制軟件338可包括用于控制上述各種參數(shù)的輸入/輸出控制 (IOC)測序指令。在一些實(shí)施方式中可以采用其他計(jì)算機(jī)軟件和/或存儲在與控制器330相 關(guān)聯(lián)的大容量存儲裝置340和/或存儲器設(shè)備342上的程序。用于此目的的程序或程序的部 分的例子包括工藝氣體控制程序、壓力控制程序以及RF源控制程序。
[0057]工藝氣體控制程序可包括用于控制氣體組成(例如，如本文所述的氟化氣體、流體 硅源、氧化劑)和流速以及任選用于在蝕刻之前使氣體流入室以穩(wěn)定室中的壓力的代碼。壓 強(qiáng)控制程序可包括用于通過調(diào)節(jié)例如在室的排放系統(tǒng)中的節(jié)流閥，流入室中的氣體等來控 制室中的壓強(qiáng)的代碼。RF源控制程序可包括用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式設(shè)置施加至電極的 RF功率電平的代碼。
[0058]在一些實(shí)施方式中，可以存在與系統(tǒng)控制器330相關(guān)聯(lián)的用戶界面。用戶界面可以 包括顯示屏、裝置和/或工藝條件的圖形軟件顯示器、以及諸如定點(diǎn)設(shè)備、鍵盤、觸摸屏、麥 克風(fēng)等用戶輸入設(shè)備。
[0059]在一些實(shí)施方式中，由系統(tǒng)控制器330調(diào)節(jié)的參數(shù)會涉及工藝條件。非限制性實(shí)例 包括工藝氣體組成和流速、基座溫度，固體硅源的溫度，壓力，等離子體條件(例如RF偏置功 率電平，在多區(qū)線圈的區(qū)域中的電流)等。這些參數(shù)可以以配方的形式提供給用戶，配方可 以利用所述用戶界面輸入。
[0060] 用于監(jiān)控處理的信號可以由系統(tǒng)控制器330的模擬和/或數(shù)字輸入連接件從各種 處理工具傳感器提供。用于控制處理的信號可以是等離子體蝕刻室300的模擬和數(shù)字輸出 連接件上的輸出。可被監(jiān)測的傳感器的非限制性實(shí)例包括質(zhì)量流量控制器、壓力傳感器(例 如壓力計(jì)）、熱電偶、等等。經(jīng)適當(dāng)編程的反饋和控制算法可以與來自這些傳感器的數(shù)據(jù)一 起使用，以保持工藝條件。
[0061] 系統(tǒng)控制器330可以提供用于執(zhí)行上述選擇性蝕刻處理的程序指令。所述程序指 令可以控制多種處理參數(shù)，如RF偏置功率電平、在多區(qū)線圈的區(qū)域中的電流、壓強(qiáng)、基座溫 度、固體硅源的溫度、氣體流率等。所述指令可以控制這些參數(shù)以根據(jù)本發(fā)明所描述的多種 實(shí)施方式選擇性地蝕刻氮化硅膜。
[0062]控制器330將通常包括一個(gè)或多個(gè)存儲器設(shè)備和被配置成執(zhí)行指令的一個(gè)或多個(gè) 處理器以使該裝置將執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施方式的方法。例如，如上所述，包含用于 控制根據(jù)本發(fā)明所公開的實(shí)施方式的處理操作的指令的機(jī)器可讀介質(zhì)可以耦合到控制器 330〇
[0063] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，控制器330是系統(tǒng)控制器的一部分或形成系統(tǒng)控制器的一部 分，該系統(tǒng)控制器是系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)可以是上述實(shí)例的一部分。這種系統(tǒng)可以包括半 導(dǎo)體處理設(shè)備，該半導(dǎo)體處理設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)處理工具、一個(gè)或多個(gè)處理室、用于處理 的一個(gè)或多個(gè)平臺和/或?qū)Ｓ玫奶幚斫M件（晶片基座、氣流系統(tǒng)等）。這些系統(tǒng)可以與用于控 制它們在處理半導(dǎo)體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子器件可 以稱為"控制器"，該控制器可以控制一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)的各種部件或子部件。根據(jù)處理?xiàng)l件 和/或系統(tǒng)的類型，系統(tǒng)控制器可以被編程以控制本發(fā)明所公開的任何工藝，包括控制工藝 氣體輸送、溫度設(shè)置(例如，加熱和/或冷卻）、壓強(qiáng)設(shè)置、真空設(shè)置、功率設(shè)置、射頻(RF)產(chǎn)生 器設(shè)置、RF匹配電路設(shè)置、頻率設(shè)置、流速設(shè)置、流體輸送設(shè)置、位置及操作設(shè)置、晶片轉(zhuǎn)移 進(jìn)出工具和其他轉(zhuǎn)移工具和/或與專用系統(tǒng)連接或通過接口連接的裝載鎖。
[0064] 寬泛地講，系統(tǒng)控制器可以定義為接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔操作、 啟用端點(diǎn)測量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲器和/或軟件的電子器件。集成電路可 以包括存儲程序指令的固件形式的芯片、數(shù)字信號處理器（DSP)、定義為專用集成電路 (ASIC)的芯片和/或一個(gè)或多個(gè)微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指 令可以是以各種單獨(dú)設(shè)置的形式(或程序文件)通信到控制器的指令，該設(shè)置定義用于在半 導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)上或針對半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定處理的操作參數(shù)。在一些實(shí)施方式 中，操作參數(shù)可以是由工藝工程師定義的用于在制備襯底的一個(gè)或多個(gè)(種）層、材料、金 屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個(gè)或多個(gè)處理步驟的配方 (recipe)的一部分。
[0065] 在一些實(shí)現(xiàn)方式中，系統(tǒng)控制器可以是與系統(tǒng)集成、耦接或者說是通過網(wǎng)絡(luò)連接 系統(tǒng)或它們的組合的計(jì)算機(jī)的一部分或者與該計(jì)算機(jī)耦接。例如，系統(tǒng)控制器可以在"云 端"或者是可以允許遠(yuǎn)程訪問襯底處理的fab主機(jī)系統(tǒng)的全部或一部分。計(jì)算機(jī)可以啟用對 系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問以監(jiān)測制造操作的當(dāng)前進(jìn)程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個(gè)制造 操作的趨勢或性能標(biāo)準(zhǔn)，改變當(dāng)前處理的參數(shù)，設(shè)置處理步驟以跟隨當(dāng)前的處理或者開始 新的工藝。在一些實(shí)例中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)(例如，服務(wù)器)可以通過網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)提供工藝配方， 網(wǎng)絡(luò)可以包括本地網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以包括允許輸入或編程參數(shù)和/或設(shè)置的 用戶界面，該參數(shù)和/或設(shè)置然后從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)傳輸?shù)较到y(tǒng)。在一些實(shí)例中，系統(tǒng)控制器接 收數(shù)據(jù)形式的指令，該指令指明在一個(gè)或多個(gè)操作期間將要執(zhí)行的每個(gè)處理步驟的參數(shù)。 應(yīng)當(dāng)理解，參數(shù)可以針對將要執(zhí)行的工藝類型以及工具類型，系統(tǒng)控制器被配置成連接或 控制該工具類型。因此，如上所述，系統(tǒng)控制器可以例如通過包括一個(gè)或多個(gè)分立的控制器 而分布，這些分立的控制器通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起并且朝著共同的目標(biāo)(例如，本發(fā)明所提供 的工藝和控制）工作。用于這些目的的分布式控制器的實(shí)例可以是與結(jié)合以控制室內(nèi)工藝 的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程集成電路(例如，在平臺水平或作為遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的一部分)通信的室上的 一個(gè)或多個(gè)集成電路。
[0066] 在非限制性的條件下，示例的系統(tǒng)可以包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模 塊、旋轉(zhuǎn)清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣 相沉積(PVD)室或模塊、化學(xué)氣相沉積(CVD)室或模塊、原子層沉積(ALD)室或模塊、原子層 蝕刻(ALE)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、剝離室或模塊、以及在半導(dǎo)體晶片 的制備和/或制造中可以關(guān)聯(lián)上或使用的任何其他的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。
[0067] 如上所述，根據(jù)工具將要執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)工藝步驟，系統(tǒng)控制器可以與一個(gè)或 多個(gè)其他的工具電路或模塊、其他工具組件、組合工具、其他工具界面、相鄰的工具、鄰接工 具、位于整個(gè)工廠中的工具、主機(jī)、另一個(gè)控制器、或者在將晶片的容器往來于半導(dǎo)體制造 工廠中的工具位置和/或裝載口搬運(yùn)的材料搬運(yùn)中使用的工具通信。
[0068] 替代地，公開的實(shí)施方式可以在電容耦合等離子體蝕刻室（如在圖4中所示的室 400)中進(jìn)行。室400包括內(nèi)部402,內(nèi)部402通過連接到腔的下壁的出口404的真空栗保持在 所需的真空壓強(qiáng)下。內(nèi)部402包括其中可以產(chǎn)生等離子體的等離子體區(qū)域450。固體硅源可 以是室400的組件，或連接到室400的部件。在一些實(shí)施方式中，如適配器環(huán)450a等固體硅源 可被放置在氣體分配板424或氣體分配板424附近或在圓筒形或圓錐形加熱襯墊426或其附 近。在一些實(shí)施方式中，固體硅源可以是擴(kuò)散器環(huán)(未示出）、桿(未示出），或在室400中的硅 零件(未示出）。
[0069] 諸如氟化氣體等蝕刻氣體可以被供給到噴頭配置以從一個(gè)或多個(gè)氣體源406供應(yīng) 氣體到圍繞電介質(zhì)窗口 410的下側(cè)延伸的氣室408。流體硅源也可以被提供給通向氣室408 的噴頭布置。通過從RF源412供給RF能量至外部RF天線414可以在室中產(chǎn)生高密度等離子 體，外部RF天線414例如具有在室的頂部上的電介質(zhì)窗口 410外部的一匝或多匝的平面螺旋 線圈。等離子體產(chǎn)生源可以是以真空密封的方式可拆卸地安裝在室的上端部的模塊安裝配 置的一部分。
[0070] 半導(dǎo)體襯底416(例如包括氮化硅的襯底)被放置在室內(nèi)在襯底支撐件418上，襯底 支撐件418例如由來自室的側(cè)壁的模塊化安裝配置可拆卸地支撐的懸臂卡盤配置。襯底支 撐件418可以包括用于在襯底的處理過程中供給RF偏置至襯底的下電極。
[0071] 襯底支撐件418以懸臂方式安裝在支承臂的一端，使得通過使組件穿過在室的側(cè) 壁中的開口，可以從該室移除整個(gè)襯底支撐件/支撐臂組件。襯底支撐件418可包括諸如靜 電卡盤420之類的卡盤裝置，襯底416可以由電介質(zhì)聚焦環(huán)422圍繞。卡盤可以包括在蝕刻工 藝期間施加 RF偏置于襯底的RF偏置電極。由一個(gè)或多個(gè)氣體源406供給的蝕刻氣體和流體 硅源可以流動(dòng)通過在窗口 410和下面的氣體分配板424之間的通道并通過在板424中的氣體 出口進(jìn)入內(nèi)部402。例如，如硅烷氣體之類的流體硅源可以從氣體源406流動(dòng)通過氣體分配 板424至等離子體區(qū)域450。室還可以包括從板424延伸的圓筒形或錐形加熱襯墊426。
[0072] 如上述關(guān)于圖3的系統(tǒng)控制器可以用圖4中的蝕刻室來實(shí)現(xiàn)。
[0073] 圖5是可以用于執(zhí)行所公開的實(shí)施方式的替代蝕刻反應(yīng)器501的各種組件的簡化 示意圖。如圖所示，反應(yīng)器501包括處理室503,處理室503包圍反應(yīng)器501的其它部件并用來 容納等離子體。在一個(gè)實(shí)施例中，處理室壁由鋁、氧化鋁和/或其他合適的材料制成。圖5所 示的實(shí)施方式具有兩個(gè)等離子體源:頂RF線圈505和側(cè)RF線圈507。在一些實(shí)施方式中，這種 線圈配置可以是多區(qū)線圈，其中頂RF線圈505構(gòu)成一個(gè)區(qū)域，側(cè)射頻線圈507構(gòu)成另一個(gè)區(qū) 域。頂RF線圈505是中頻或MFRF線圈，側(cè)RF線圈507是低頻或LFRF線圈。在圖5中所示的實(shí)施 方式中，MFRF頻率可以是從430-370kHz，LFRF頻率是從340-470kHz。然而，也可使用具有單 個(gè)等離子體源的裝置。
[0074] 固體硅源550a和550b可以沿著在頂RF線圈505和側(cè)RF線圈507或它們附近的反應(yīng) 器的壁555放置。在一些實(shí)施方式中，固體娃源550a和550b是適配器環(huán)。在一些實(shí)施方式中， 固體硅源是硅擴(kuò)散器環(huán)550c。在多種實(shí)施方式中，氣體可從一個(gè)或多個(gè)氣源被引入反應(yīng)器 501(未示出）。例如，流體硅源可以被引入反應(yīng)器501進(jìn)入等離子體區(qū)550d。氣體源還可以包 括惰性氣體，另外的氣體源可包括氧化劑(如N 2O和O2)，另一種氣體源可以包括氟化氣體(例 如CF4)。這些氣體可以被引入到反應(yīng)器501，并產(chǎn)生在等離子體區(qū)域550d中的等離子體。在 一個(gè)實(shí)施例中，如硅烷等含硅氣體、惰性氣體、氧化劑和氟化氣體被引入反應(yīng)器501，以產(chǎn)生 處于等離子體區(qū)域550d或在等離子體區(qū)域550d附近的等離子體。
[0075]在反應(yīng)器中，晶片基座509支撐襯底511。包括用于供給熱傳遞流體的線路513的熱 傳輸子系統(tǒng)控制襯底511的溫度。晶片卡盤和熱傳遞流體系統(tǒng)能方便維持適當(dāng)?shù)木瑴囟取?[0076]在一些實(shí)施方式中，高頻RF的HFRF源515作用于使襯底511電偏置并吸引帶電蝕刻 物質(zhì)到襯底上用于蝕刻操作。例如，來自源515的電能經(jīng)由電極或電容耦合被耦合到襯底 511。要指出的是，施加到襯底的偏置不必是RF偏置。也可以使用其它頻率和DC偏置。在多種 實(shí)施方式中，在蝕刻過程中不使用偏置。
[0077] 如上述關(guān)于圖3的系統(tǒng)控制器可以用圖5中的蝕刻室來實(shí)現(xiàn)。
[0078] 例如上面相對于圖3、圖4和圖5描述的反應(yīng)器和模塊之類的反應(yīng)器和模塊可以在 裝置或工具中。一般地，裝置可以包括容納一個(gè)或多個(gè)晶片并適合晶片處理的一個(gè)或多個(gè) 室或"反應(yīng)器"（有時(shí)包括多個(gè)站）。每個(gè)室可以容納用于處理的一個(gè)或多個(gè)晶片。一個(gè)或多 個(gè)室保持晶片在確定的位置或多個(gè)位置(在該位置中有或沒有運(yùn)動(dòng)，例如旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)或其他 攪動(dòng))上。而在過程中，每個(gè)晶片通過基座、晶片卡盤和/或其他晶片保持裝置保持在適當(dāng)?shù)?位置上。對于其中晶片被加熱的某些操作，該裝置可包括如熱板之類的加熱器。
[0079] 本發(fā)明所述的裝置/方法可以與光刻圖案化工具或者處理結(jié)合使用，例如用于制 造或者生產(chǎn)半導(dǎo)體器件、顯示器、LED、光伏板等。典型地，但不必然地，這樣的工具/方法將 在普通的制造設(shè)施中一起使用或進(jìn)行。膜的光刻圖案化通常包括以下操作中的一些或所 有，每個(gè)操作啟用多個(gè)可行的工具：（1)使用旋涂或噴涂工具在工件，即，襯底上涂覆光致抗 蝕劑；（2)使用熱板或加熱爐或紫外線固化工具固化光致抗蝕劑；（3)使用例如晶片步進(jìn)曝 光機(jī)之類的工具使光致抗蝕劑暴露于可見光或紫外線或X射線；（4)使抗蝕劑顯影以便選擇 性地去除抗蝕劑并且從而使用例如濕式清洗臺之類的工具將其圖案化；（5)通過使用干式 或等離子體輔助蝕刻工具將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印到下方的膜或工件上;并且(6)使用例如射頻 或微波等離子體抗蝕劑剝離器之類的工具去除抗蝕劑。 實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)1
[0080] 執(zhí)行示出在硅源的存在下提高氮化硅比氧化硅和多晶硅的蝕刻選擇比的實(shí)驗(yàn)。測 試了三個(gè)處理，并在兩種不同的室環(huán)境中測試每一處理。一種室環(huán)境被用于進(jìn)行沒有硅源 的處理。另一種室環(huán)境被用來進(jìn)行具有硅源的處理。在硅源室中，10個(gè)固體硅芯片被固定到 靠近線圈的等離子體產(chǎn)生器(類似于上面相對于圖5所述的等離子體產(chǎn)生器)的壁上。
[0081 ]在處理A中，在2000W的等離子體功率下使用感應(yīng)耦合等離子體，在1.5托的室壓強(qiáng) 和10 °C的基座溫度下，將包括氮化硅、氧化硅和多晶硅的襯底暴露于N2O、O2和CF4。
[0082]在處理B中，在2000W的等離子體功率下使用感應(yīng)耦合等離子體，在1.5托的室壓強(qiáng) 和10 °C的基座溫度下，將包括氮化硅、氧化硅和多晶硅的襯底暴露于N2O、O2和CH2F 2。
[0083]在處理C中，在2000W的等離子體功率下使用感應(yīng)耦合等離子體，在1.5托的室壓強(qiáng) 和10 °C的基座溫度下，將包括氮化硅、氧化硅和多晶硅的襯底暴露于N2O、O2、CF4和不同比例 的 CFVCH2F2 〇
[0084] 氮化硅與氧化物的蝕刻選擇比總結(jié)于圖6A的表和條形圖中。如圖所示，對于每一 處理，由于硅源的存在提高蝕刻選擇比-針對處理A，蝕刻選擇比從33提高至47;針對處理B， 蝕刻選擇比從56提高至2000;針對處理C，蝕刻選擇比從從57提高至1168。
[0085] 氮化硅與多晶硅的蝕刻選擇比總結(jié)于圖6B的表和條形圖中。類似在圖6A中所示的 對于氧化物的選擇比結(jié)果，對于每一個(gè)處理，由于硅源的存在提高蝕刻選擇比-針對處理A， 蝕刻選擇比5提高至115;針對處理B，蝕刻選擇比從2提高至2000;針對處理C，蝕刻選擇比從 3.4提尚至908。 實(shí)驗(yàn)2
[0086]進(jìn)行了比較在有和沒有使用硅源的情況下氮化硅與TEOS和多晶硅的蝕刻選擇比 的實(shí)驗(yàn)。第一組試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)是在1.5托的壓強(qiáng)下進(jìn)行的，其中感應(yīng)耦合等離子體(ICP)的功 率設(shè)定在2000W。在10°C的基座溫度下使N2O和O2流動(dòng)以促進(jìn)蝕刻。
[0087]在第一組試驗(yàn)中，在無硅源的情況下將包括通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD)沉積的氮化硅層、正硅酸四乙酯(TEOS)和多晶硅沉積的襯底暴露于四氟化碳(CF4) 與氧氣和一氧化二氮(〇 2/N20)的混合物。這六個(gè)測試的選擇比列于表1。 表1.沒有硅源的氮化硅蝕刻選擇比
[0088] 對于第二組試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)是在約1000W的ICP功率，至少1托的壓強(qiáng)下進(jìn)行的。對于該 蝕刻處理，使約lOOOOsccm的N2O和O2-起流入室中，以促進(jìn)蝕刻。
[0089] 在第二組試驗(yàn)中，在具有相對于遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器的壁的粘附在線圈附近的10 個(gè)固體硅芯片的室中將包括PECVD沉積的氮化硅層、TEOS和多晶硅的襯底暴露于CFjPO 2/ N20。這些測試的蝕刻選擇比總結(jié)于表2中。 表2.具有硅源的氮化硅蝕刻選擇比
[0090] 注意，表2相比于表1顯示出蝕刻選擇比的大幅度提高。氮化硅比TEOS和多晶硅兩 者的在表2中的蝕刻選擇比為至少400,并且在一些試驗(yàn)中，大于1000。 實(shí)驗(yàn)3
[0091] 進(jìn)行了比較在有和沒有使用硅源的情況下氮化硅與TEOS和多晶硅的蝕刻選擇比 的實(shí)驗(yàn)。在沒有硅源的情況下進(jìn)行測定氮化硅與TEOS的蝕刻選擇比的第一組試驗(yàn)。在1.5托 的室壓強(qiáng)下，在l〇°C的基座溫度下，將包括氮化硅和TEOS的襯底暴露于IOOsccm的NF 3、 2000sccm的N2、3000sccm的N2O和4900sccm的〇2,在2000W ICP等離子體功率下持續(xù)45秒。然 后在2000W ICP等離子體功率下將襯底暴露于4750sccm的N2O和4750sccm的〇2,而在相同的 室壓強(qiáng)和基座溫度下施加 1000 W偏置持續(xù)45秒的持續(xù)時(shí)間。SiN比TEOS的選擇比被測定為 65： 1〇
[0092]在等離子體產(chǎn)生器(類似于以上相對于圖5描述的）中具有硅源擴(kuò)散器環(huán)的情況下 進(jìn)行測定氮化硅與TEOS的蝕刻選擇比的第二組試驗(yàn)。在KTC的基座溫度下，在1.5托的室壓 強(qiáng)下，將包括氮化硅和TEOS的襯底暴露于NF 3、N2、N20和02,在2000W ICP等離子體下持續(xù)45 秒。然后在2000W ICP等離子體功率下將襯底暴露于相同的氣流，在相同的室壓強(qiáng)下和基座 溫度下，施加1000W偏置持續(xù)45秒的時(shí)間。SiN比TEOS的選擇比被確定為是無窮大。 實(shí)驗(yàn)4
[0093]在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，在無 ICP功率的亞托級（sub-torr)壓強(qiáng)下，在電容親合等離子體 中使用非N2O基化學(xué)品。室壓強(qiáng)設(shè)定為500毫托，使IOOsccm的CF4流至室，并且在100°C下在 200W的功率下施加偏置持續(xù)30秒。在一個(gè)試驗(yàn)中，在陶瓷圓頂中產(chǎn)生等離子體，并且不提供 硅源。氮化硅比氧化物的選擇比為2.3，氮化硅比多晶硅的選擇比為0.85 (例如，蝕刻多晶硅 比蝕刻氮化硅快）。在第二個(gè)試驗(yàn)鐘，在包括硅源的陶瓷圓頂中產(chǎn)生等離子體。氮化硅比氧 化物的選擇比為2.9,氮化硅比多晶硅的選擇比為1.56(蝕刻多晶硅比蝕刻氮化硅慢）。多晶 硅蝕刻速率減少44%。這些結(jié)果表明所公開的實(shí)施方式提高了非N 2O基氮化硅的蝕刻工藝 的蝕刻選擇比。 結(jié)論
[0094] 雖然上述實(shí)施方式已經(jīng)在一些細(xì)節(jié)為了清楚理解的目的進(jìn)行了描述，但顯而易見 的是，某些變化和修改可在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實(shí)施。應(yīng)當(dāng)注意，存在實(shí)現(xiàn)這些實(shí)施方式 的處理、系統(tǒng)和裝置的許多替代方式。因此，本實(shí)施方式應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而不是限制性 的，并且實(shí)施方式并不被限定于本發(fā)明給出的細(xì)節(jié)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種蝕刻在襯底上的氮化硅的方法，該方法包括： (a) 將氟化氣體引入等離子體產(chǎn)生器并點(diǎn)燃等離子體，以形成含氟蝕刻物質(zhì)； (b) 從硅源提供硅至所述等離子體；以及 (c) 將所述氮化硅暴露于所述蝕刻物質(zhì)，以相對于所述襯底上的其它含硅材料選擇性 地蝕刻所述氮化硅。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅源被提供到所述襯底的上游的所述等離子 體。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅源被提供到遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器中的所述 等咼子體。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅源被提供到所述襯底和容納所述襯底的室 的噴頭之間的所述等離子體。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅源被提供到在容納所述襯底的室或在該室 附近的所述等離子體。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述硅源包括兩個(gè)或更多個(gè)硅源。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述硅源是固體。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述硅源是選自由石英、硅、硅鍺、碳化硅和氧化硅 組成的組中的含硅化合物。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中硅源是包括硅的適配器環(huán)。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述硅源是包括硅的氣體擴(kuò)散器。11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述襯底被容納在包括噴頭的室中，并且其中所 述噴頭包括硅。12. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述硅源被連接到所述等離子體產(chǎn)生器的壁上。13. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述硅源是流體。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中進(jìn)入容納所述襯底的室的氣體的總流量的至少 約0.5%(體積)是所述硅源。15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述硅源是選自由硅烷、乙硅烷、四氟化硅、四氯 硅烷、正硅酸四乙酯和四甲基硅烷組成的組中的含硅化合物。16. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氟化氣體包括非聚合含氟化合 物。17. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述硅源清除在所述蝕刻物質(zhì)中產(chǎn)生 的原子氟。18. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述其他含硅材料選自由氧化硅、多 晶硅和硅組成的組。19. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括在(b)期間引入一種或多種氧化 劑氣體。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述氧化劑氣體選自由氧氣、一氧化二氮、一氧 化氮、氮?dú)夂退鼈兊慕M合物組成的組。21. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述氟化氣體選自由F2、SF6、CF4、CHF 3、 CH2F2、NF3以及它們的組合物組成的組。22. -種處理襯底的方法，該方法包括： 通過從硅源提供硅至等離子體，相對于所述襯底上的其它含硅材料選擇性地蝕刻氮化 娃， 其中所述等離子體形成用于選擇性地蝕刻所述氮化硅的蝕刻物質(zhì)。23. -種用于處理半導(dǎo)體襯底的裝置，該裝置包括： (a) -個(gè)或多個(gè)站，每個(gè)站包括噴頭和用于保持包括氮化硅的襯底的基座； (b) 至少一個(gè)出口，其用于耦合到真空； (c) 用于耦合到氣體源的一個(gè)或多個(gè)工藝氣體進(jìn)口； (d) 硅源； (e) 等離子體產(chǎn)生器;和 (f) 控制器，其用于控制在所述裝置中的操作，包括用于下列項(xiàng)的機(jī)器可讀指令： (i)將含有氟化氣體的氣體引入所述等離子體產(chǎn)生器并點(diǎn)燃等離子體以形成蝕刻物 質(zhì)；以及 (i i)將所述蝕刻物質(zhì)引入所述一個(gè)或多個(gè)站， 其中，在(i)和(i i)期間將所述硅源提供至所述等離子體。24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述硅源包括兩個(gè)或更多個(gè)硅源，其中每一個(gè)是 固體或氣體。25. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述硅源在所述襯底的上游。26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述硅源位于所述一個(gè)或多個(gè)站的所述噴頭或 所述噴頭附近。27. 根據(jù)權(quán)利要求23-26中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述硅源是固體。28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述硅源是氣體擴(kuò)散器。29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述硅源是石英。30. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的裝置，其中所述硅源是含硅化合物，該含硅化合物選自硅、 硅鍺、碳化硅、和氧化硅。31. 根據(jù)權(quán)利要求23-25中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述硅源是流體。32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的裝置，其中所述硅源是選自由硅烷、乙硅烷、四氟化硅、四氯 硅烷、正硅酸四乙酯和四甲基硅烷組成的組的含硅化合物。33. 根據(jù)權(quán)利要求23-26中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述氟化氣體選自由F2、SF6、CF4、 CH2F2、NF3以及它們的組合物組成的組。34. 根據(jù)權(quán)利要求23-26中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述等離子體產(chǎn)生器包括多區(qū)線 圈，所述硅源包括在所述等離子體產(chǎn)生器中的位于所述多區(qū)線圈的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域或所述 區(qū)域附近的一個(gè)或多個(gè)適配器環(huán)。35. 根據(jù)權(quán)利要求23-26中任一項(xiàng)所述的裝置，其中在(i)中的所述氣體包括氧化劑。
【文檔編號】H01L21/318GK105914146SQ201610099255
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月23日
【發(fā)明人】海倫·H·朱, 琳達(dá)·馬爾克斯, 費(fèi)薩爾·雅各布, 皮利翁·帕克, 伊凡·L·貝瑞三世, 伊夫蘭·A·安格洛夫, 樸俊洪
【申請人】朗姆研究公司