专利名称：蚀刻到含氧化硅材料中的方法、形成容器电容器的方法和形成动态随机存取存储器(dram ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及蚀刻到含氧化硅材料中的方法、形成容器电容器的方法和形成DRAM 阵列的方法
背景技术：
半导体处理常可包括蚀刻到含氧化硅材料中或蚀刻穿含氧化硅材料。含氧化硅材料 可以是未经掺杂的(且因此可由二氧化硅(Si02)组成)，或可以是经掺杂的(且因此 可包含(例如)硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)和氟硅酸盐玻璃(FSG) 中的一者或一者以上)。
蚀刻含氧化硅材料的一实例应用是电容器容器开口的形成。图1到图3说明用于在 含氧化硅材料内形成电容器容器开口的常规方法。
参看图1,其展示处于初步处理阶段的半导体构造10。构造IO包含基底半导体材 料12，所述基底半导体材料12具有由此支撑的多个晶体管14、 16和18。所述基底半 导体材料可包含任何合适的半导体组合物或组合物的组合；且可(例如)包含轻微地背 景掺杂有适当的掺杂剂的单晶硅、基本上由所述单晶硅组成，或由所述单晶硅组成。所 述基底可为单晶硅晶片的一部分。
可将基底12视为半导体衬底或半导体衬底的一部分。为辅助解释所附权利要求书， 将术语"半导电衬底"和"半导体衬底"定义为表示包含半导电材料的任何构造，包括 (但不限于)大块半导电材料(例如，半导电晶片(单独或以上面包含其它材料的组合 件的形式))和半导电材料层(单独或以包含其它材料的组合件的形式)。术语"衬底" 指代任何支撑结构，包括(但不限于)上文所描述的半导电衬底。
晶体管14、 16和18分别包含栅极24、 26和28。这些栅极包括堆叠，所述堆叠包 含栅极电介质30、导电栅极材料32和电绝缘盖34。导电栅极材料可包含金属(例如， 钛或钩)、金属化合物(例如，金属硅化物或金属氮化物)以及经导电掺杂的半导体材 料(例如，经导电掺杂的硅)中的一者或一者以上。栅极电介质可包含二氧化硅。绝缘 盖可包含氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅中的一者或一者以上。
电绝缘侧壁间隔物36是沿栅极的侧壁的。这些侧壁间隔物可为二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的一者或一者以上。
晶体管14、 16和18包含源极/漏极区40、 42、 44、 46和48。晶体管14和16是成 对的，且共用一共同源极/漏极区42。晶体管18可为另一成对晶体管组的一部分，使得 源极/漏极区48也是共用的源极/漏极区。源极/漏极区44和46由于其间所提供的隔离区 45而彼此电隔离。所述隔离区被填充有绝缘材料，例如二氧化硅和氮化硅中的一者或两 者；且可对应于浅沟槽隔离区。
最终，共用的源极/漏极区42和48可连接到位线，且其余的源极/漏极区40、 44和 46可连接到电容器。因此，晶体管14、 16和18可并入动态随机存取存储器(DRAM) 阵列中。
含氧化硅材料50可位于晶体管14、 16和18之上。含氧化硅材料可包含如图所示 的单个均质体，或可包含多个层。含氧化硅材料的主要部分可由经掺杂的氧化物(例如 BPSG、 PSG或FSG)中的一者或一者以上组成；且在某些应用中，含氧化硅材料50全 部可由一种或一种以上经掺杂的氧化物组成。在某些应用中，含氧化硅材料50的至少 一部分可由二氧化硅组成。举例来说，含氧化硅材料50的下部可为二氧化硅层，且含 氧化硅材料50的其余部分可为一种或一种以上经掺杂的氧化物。
经图案化的掩模52形成于材料50上。经图案化的掩模具有延伸穿过其中的多个开 口 54、 56和58。经图案化的掩模可包含含碳材料、基本上由含碳材料组成，或由含碳 材料组成，所述含碳材料例如是透明碳、非晶碳和/或光致抗蚀剂。
参看图2，开口 54、 56和58延伸穿过含氧化硅材料50，分别到达源极/漏极区40、 44和46。通过利用C4F8 (以约60标准立方厘米/分钟(sccm)流动)、氩(以约1100 sccm 流动)、氧(以约25sccm流动)和C4Fe (以约2sccm流动)的蚀刻，来使开口延伸穿 过含氧化硅材料。可在约30毫托的压力下，利用处于约60兆赫的约2100瓦特的等离 子体功率以及处于约2兆赫的约3500瓦特的衬底偏压来进行此蚀刻。
如上文所描述的蚀刻的问题在于，其可能在开口 56和58内产生所示的弯曲，所述 弯曲产生加宽的区60和62。此加宽的区使其间的侧壁变薄，使得开口56和68在位置 63处接触或几乎接触。而且，所述蚀刻可导致开口内的所谓的"扭曲"，使得开口的内 部周边看似沿着开口的垂直长度而扭曲。
参看图3，遮蔽材料52 (图2)被移除，且电容器材料70、 72和74形成于开口 54、 56和58内。电容器材料70是第一电极材料，电容器材料72是电介质材料，且电容器 材料74是第二电极材料。材料70和74是导电的，且可包含金属、金属化合物和经导 电掺杂的半导体材料中的一者或一者以上。材料72是电绝缘的，且可包含二氧化硅、
6氮化硅和各种高k材料中的一者或一者以上。
材料70、 72和74既定在开口 54、 56和58内形成电容器构造80、 82和84。遗憾 的是，开口 56和58内的弯曲可能导致电容器82与电容器84彼此短路
发明内容
图1到图3说明用于形成DRAM阵列的电容器的各个常规处理阶段处的半导体晶 片片段。
图4到图7说明根据本发明的一实施例的用于形成穿过含氧化硅材料的开口且用于 在这些开口内形成电容器的各个处理阶段处的半导体晶片片段。
图8图示可用于本发明的实施例中的蚀刻腔室的一部分。
具体实施例方式
本发明的实施例可利用新的蚀刻化学物质来避免与使用常规处理形成高纵横比开 口相关联的弯曲和其它问题。使用这些新的蚀刻化学物质形成的开口可用于制造容器电 容器，且此类电容器可并入DRAM中。
图4到图7说明本发明的一实施例。参看图4到图7，在适当的情况下，将使用与 描述图1到图3的常规过程中所利用的编号类似的编号
最初参看图4，其展示半导体构造10，其类似于上文参看图1而论述的半导体构造。 图4的构造IO包含上文参看图1而论述的半导体基底12;晶体管14、 16和18;隔离 区45:含氧化硅材料50和经图案化的遮蔽材料52。
间隙(或开口) 54、 56和58延伸穿过经图案化的遮蔽材料52。图4的构造与图1 的构造之间的差异可能在于间隙54、 56和58在图4中具有不同于在图1中的尺寸。此 尺寸差异可用于在不同于用于处理图1的构造的常规条件的蚀刻条件下优化图4的构 造。
参看图5，构造10经受使开口 54、 56和58延伸穿过含氧化硅材料分别到达源极/ 漏极区40、 44和46的蚀刻。所述蚀刻在含氧化硅材料50内形成比通过常规蚀刻条件 形成的开口 (图2的开口)更尖削的开口，且还避免与弯曲和扭曲相关联的问题。在某 些实施例中，可消除弯曲和扭曲。即使弯曲和扭曲未被消除，随着开口越来越深地穿透 到含氧化硅材料50中，开口的逐渐变细可在开口之间形成额外间隔，其可避免邻近开 口的重叠。在某些实施例中，可将蚀刻条件选择为使得逐渐变细相对于图5中所示的逐渐变细而减轻；且在某些实施例中，蚀刻条件可形成大致与通过常规工艺形成的侧壁一 样垂直的侧壁。
用于使开口 54、 56和58延伸穿过含氧化硅材料50的蚀刻可为利用高浓度的氦的 等离子体蚀刻。等离子体蚀刻可具有基于化学的部分和基于物理的部分。所述蚀刻的基 于化学的部分归因于蚀刻成分与材料的引起移除材料的反应的化学相互作用。所述蚀刻 的基于物理的部分归因于高能蚀刻成分对材料的影响以使材料的多个部分移位(在某些 方面类似于喷砂)。氦是比图1到图3的常规处理中所使用的氩轻的元素，且这可导致 与氦相关联的物理蚀刻成分少于与氩相关联的物理蚀刻成分。
可在蚀刻腔室(例如，图8中绘示的腔室200)中进行蚀刻。此腔室具有提供于其 中的衬底固持器202，所述衬底固持器202保持半导体衬底10。腔室在衬底上方具有一 区，在所述区内保存等离子体204。蚀刻成分流入腔室中，如箭头206所图示，且产物 和未反应的蚀刻成分流出腔室，如箭头208所图示。在蚀刻过程期间，可存在穿过蚀刻 腔室的材料流。在蚀刻过程期间，蚀刻腔室内的材料可被称作蚀刻环境。蚀刻腔室内的 材料可呈气体状态或等离子体状态，且因此可被称作蚀刻流体。
在蚀刻穿透图5的含氧化硅材料50期间所利用的蚀刻环境可包含至少约75体积％ 的氦。另外，此蚀刻环境可包含02和一种或一种以上碳氟化合物；其中碳氟化合物和 02用于化学蚀刻部分。碳氟化合物可包括C4Fs和C4F6。
如果蚀刻环境仅包含氦、碳氟化合物和02，那么发现对含氧化硅材料的蚀刻选择性 比遮蔽材料52差。这可归因于在蚀刻过程和侵蚀遮蔽材料期间所释放的氟。还发现， 蚀刻环境内包括CO (—氧化碳)可使对含氧化硅材料的蚀刻选择性高于遮蔽材料的蚀 刻选择性。这可归因于CO清除了所释放的氟。在遮蔽材料52包含碳(例如，当遮蔽材 料52基本上由非晶碳或透明碳组成时，或由非晶碳或透明碳组成时)的应用中，利用 CO可能尤其有用。可在蚀刻环境内提供达至少约5体积％浓度的CO。
用于蚀刻穿透含氧化硅材料50的蚀刻的实施例利用以下物质流穿过反应腔室
从约6 sccm到约100 sccm的一种或一种以上碳氟化合物(其可为约60 sccm的C4F8 和约2 sccm的C4F6);
从约100 sccm到约1500 sccm的氦(其可为约1000 sccm的He);
从约1 sccm到约500 sccm的CO (其可为约300 sccm的CO);以及
从约2 sccm到约40 sccm的02 (其可为约25 sccm的02)。
可使用从约10毫托到约30毫托(例如，约30毫托)的环境压力(换句话说，反 应腔室内的压力)、从约1500瓦特到约3000瓦特(例如，约2100瓦特)的等离子体功
8率、以及从约2000瓦特到约5000瓦特(例如，约3500瓦特)的衬底偏压来进行蚀刻；
在某些实施例中，对于蚀刻的至少一部分，蚀刻环境可基本上由氦、 一种或一种以 上碳氟化合物、CO和02组成。氦、 一种或一种以上碳氟化合物、CO和02是在蚀刻期 间流入腔室中的材料，但蚀刻环境的组成可随着产物在蚀刻过程期间释放而改变。在某 些实施例中，氦、 一种或一种以上碳氟化合物、CO和02是流入腔室中的仅有材料；且 因此可将流入腔室中的蚀刻材料视为由氦、一种或一种以上碳氟化合物、CO和02组成。
如上文参看图1所论述，含氧化硅材料50可包含经掺杂的含氧化硅材料(例如， BPSG、 PSG或FSG)和/或未经掺杂的二氧化硅。在某些实施例中，材料50可由经掺 杂的含氧化硅材料组成，且在其它实施例中，材料50可由Si02组成。在其它实施例中， 材料50可包含位于由Si02组成的层之上的经掺杂的含氧化硅材料的厚块。
尽管将图5的蚀刻展示为一直延伸到源极/漏极区，但将理解，在其它实施例中，导 电支座可形成于源极/漏极区上，且随后可进行蚀刻以延伸到这些导电支座的上表面。
含氧化硅材料50内所形成的开口可为高纵横比开口，且因此可具有至少20:1的纵 横比，且在某些实施例中可具有24:1或更高的纵横比。
参看图6，遮蔽材料52被移除。可使用任一合适的蚀刻或多种蚀刻组合来实现此移 除，且可(例如)使用干式剥离工艺(例如，利用02的剥离)来实现。
参看图7，开口54、 56和58被用作容器电容器的容器。具体来说，第一电容器电 极材料70、电介质材料72和第二电容器电极材料74形成于所述开口内，以形成容器电 容器80、 82和84。这些容器电容器分别位于源极/漏极区40、 44和46正上方。在某些 实施例中，含氧化硅材料50可为至少约1微米厚，且因此容器电容器的容器可为至少 约1微米深。因此，可在高纵横比开口54、 56和58内形成较高、较薄的电容器。可利 用参看图5而论述的上文蚀刻条件来避免邻近电容器彼此短路的问题。
可将电容器80、 82和84并入DRAM阵列中。具体来说，共用的源极/漏极区42和 48可连接到位线100和102 (图7中图示)，且晶体管栅极24、 26和28可由字线构成。 可将个别晶体管14、 16和18中的每一者视为包含成对的源极/漏极区(例如，晶体管 14包含成对的源极/漏极区40和42)。此外，个别晶体管中的每一者具有成对的源极/ 漏极区中与一电容器电耦合的一个源极/漏极区(例如，电容器80与源极/漏极区40电 耦合)，且具有成对的源极/漏极区中与一位线电耦合的另一源极/漏极区(例如，源极/ 漏极区42与位线100电耦合)。
权利要求
1.一种蚀刻到含氧化硅材料中的方法，其包含利用包括至少约75体积％的氦的蚀刻环境。
2. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包含将所述蚀刻环境配制成包含一种或一种 以上碳氟化合物。
3. 根据权利要求2所述的方法，其进一步包含将所述蚀刻环境配制成包含一氧化碳。
4. 根据权利要求3所述的方法，其进一步包含在包含以下各项的流动速率下提供所述 蚀刻环境从约6 sccm到约100 sccm的所述一种或一种以上碳氟化合物； 从约100 sccm到约1500 sccm的所述氦；以及 从约1 sccm到约500 sccm的所述一氧化碳。
5. 根据权利要求4所述的方法，其进一步包含将所述蚀刻环境配制成包含从约2 sccm 到约40 sccm的流动速率下的02。
6. 根据权利要求5所述的方法，其进一步包含将所述蚀刻环境配制成基本上由所述氦、 一种或一种以上碳氟化合物、 一氧化碳和02组成。
7. 根据权利要求2所述的方法，其进一步包含将所述一种或一种以上碳氟化合物选择 为包含QF8和C4F6。
8. 根据权利要求l所述的方法，其中所述含氧化硅材料包含经掺杂的二氧化硅。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中所述含氧化硅材料由经掺杂的二氧化硅组成。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述含氧化硅材料由Si02组成。
11. 一种在含氧化硅材料中形成开口的方法，其包含在蚀刻腔室内提供半导体构造，所述半导体构造包含位于半导体衬底之上的所述 含氧化硅材料，且包含位于所述含氧化硅材料之上的经图案化的含碳掩模；所述经 图案化的含碳掩模具有延伸穿过其中的多个开口；使蚀刻流体流入所述腔室中，所述蚀刻流体包含至少约75体积％的氦，且包含 至少约5体积9fc的CO;以及在蚀刻中利用所述蚀刻流体以使所述开口延伸到所述含氧化硅材料中，以在所述 含氧化硅材料中形成具有至少约20:1的纵横比的容器。
12. 根据权利要求11所述的方法，其进一步包含将所述蚀刻流体配制成包含一种或一 种以上碳氟化合物。
13. 根据权利要求12所述的方法，其进一步包含将所述蚀刻流体配制成包含02。
14. 根据权利要求11所述的方法，其中所述含二氧化硅的材料包含经掺杂的二氧化硅。
15. 根据权利要求11所述的方法，其中所述含二氧化硅的材料由经掺杂的二氧化硅组 成。
16. —种形成容器电容器的方法，其包含提供半导体构造，所述半导体构造包括位于半导体衬底之上的经掺杂的氧化硅， 所述经掺杂的氧化硅为至少约1微米厚使用包含至少约75体积％的氦的蚀刻流体在所述经掺杂的氧化硅中形成开口， 以在所述经掺杂的氧化硅中形成具有至少约20:1的纵横比的容器；在所述开口内形成第一电容器电极材料；在所述开口内在所述第一 电容器电极材料上形成电介质材料；以及 在所述开口内在所述电介质材料上形成第二电容器电极材料。
17. 根据权利要求16所述的方法，其进一步包含在所述经掺杂的氧化硅上形成经图案化的掩模，所述掩模具有延伸穿过其中的间 隙，以界定所述开口的位置；且其中所述形成所述开口包含使所述间隙延伸。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述形成所述经图案化的掩模包含将所述掩模 形成为包含碳；且进一步包含在所述蚀刻流体中包括CO。
19. 根据权利要求18所述的方法，其进一步包含在包含以下各项的流动速率下提供所 述蚀刻流体从约6 sccm到约100 sccm的一种或一种以上碳氟化合物； 从约100 sccm到约1500 sccm的所述氦以及 从约1 sccm到约500 sccm的所述CO。
20. 根据权利要求19所述的方法，其进一步包含将所述蚀刻流体提供为包含从约2 sccm到约40 sccm的流动速率下的02。
21. —种形成动态随机存取存储器(DRAM)阵列的方法，其包含在蚀刻腔室内提供半导体构造，所述半导体构造包含位于半导体衬底之上的多个 晶体管；所述晶体管中的个别晶体管包含成对的源极/漏极区； 在所述晶体管上形成含氧化硅材料；在所述含氧化硅材料上形成经图案化的含碳掩模；所述经图案化的含碳掩模具有 延伸穿过其中的多个开口；使蚀刻材料流入所述腔室中，所述蚀刻材料由氦、 一氧化碳、氧、 一种或一种以 上碳氟化合物和02组成；利用所述蚀刻材料以使所述开口延伸到所述含氧化硅材料中，以在所述含氧化硅 材料中形成具有至少约20:1的纵横比的容器；所述容器位于所述晶体管的源极/漏 极区的正上方；在所述开口内形成第一电容器电极材料；在所述开口内并在所述第一电容器电极材料上形成电介质材料； 在所述开口内并在所述电介质材料上形成第二电容器电极材料；所述第一电容器 电极材料和第二电容器电极材料与所述电介质材料一起在所述多个所述开口内形 成多个电容器；个别电容器与所述晶体管的所述个别源极/漏极区电耦合；以及形成与所述晶体管的源极/漏极区电连接的位线；个别晶体管的所述成对的源极/ 漏极区中的 一 个源极/漏极区与所述多个位线中的 一 条位线电耦合，且所述成对的 源极/漏极区中的另一源极/漏极区与所述多个电容器中的一个电容器电耦合。
22. 根据权利要求21所述的方法，其进一步包含将所述经图案化的含碳掩模形成为包 含透明碳。
23. 根据权利要求21所述的方法，其进一步包含将所述一种或一种以上碳氟化合物配制成由C4Fs和C4F6组成。
全文摘要
本发明提供在具有至少75体积％的氦的蚀刻环境下蚀刻到含氧化硅材料中的方法。所述蚀刻环境还可包括一氧化碳、O<sub>2</sub>以及一种或一种以上碳氟化合物。可利用形成于所述含氧化硅材料中的开口来制造容器电容器，且可将这些电容器并入动态随机存取存储器(DRAM)中。
文档编号H01L21/8242GK101553916SQ200780045300
公开日2009年10月7日 申请日期2007年11月8日 优先权日2006年12月11日
发明者拉塞尔·A·本森 申请人:美光科技公司