专利名称：Method of controlling etch microloading for a tungsten-containing layer的制作方法
控制对含钨层的蚀刻微负载的方法
背景技术：
本发明涉及蚀刻具有不同纵横比特征的导电层。更具体地，本发明涉及在蚀刻具 有稀疏特征和密集特征的导电层过程中降低微负载。在半导体晶片处理过程中，有时半导体器件会具有稀疏和密集特征。稀疏特征具 有较宽的宽度，而密集特征具有较窄的宽度。结果，半导体器件具有不同纵横比的特征。特 征的纵横比是特征高度和宽度的比。因此，如果半导体器件所有特征的高度近似相同，那么 稀疏特征具有相对低的纵横比，而密集特征具有相对高的纵横比。在蚀刻这种具有不同纵横比特征的半导体器件过程中，特别是当特征的纵横比较 高时，则微负载变成常见的问题。结果，该稀疏特征比该密集特征蚀刻得快。往往是，当该 稀疏特征的蚀刻完成时，该密集特征的蚀刻仅完成一部分。这称作“依赖纵横比蚀刻。继续 该蚀刻工艺以完成该密集特征的蚀刻会导致将该稀疏特征蚀刻进被蚀刻层下方的层中，如 基片，并且损伤该半导体器件。
发明内容
为了实现前面所述的以及按照本发明的目的，在一个实施例中，提供一种用于控 制被窄特征和宽特征遮蔽的含钨层的蚀刻速率微负载的方法。提供具有钨蚀刻成分和沉积 成分的蚀刻气体，其产生非共形沉积。由所提供的蚀刻气体形成等离子。含钨层利用由所 提供的蚀刻气体形成的等离子蚀刻。在另一个实施例中，提供一种用于通过具有宽特征和窄特征的掩模蚀刻含钨层的 方法。提供带有钨蚀刻成分和沉积成分的蚀刻气体，其产生非共形沉积，其中该沉积成分包 括含硅成分和含氧成分。由所提供的蚀刻气体形成等离子。含钨层利用由所提供的蚀刻气 体形成的等离子蚀刻。提供一种通过具有宽特征和窄特征的掩模蚀刻含钨层的设备，包括等离子反应 器，以及用于提供钨蚀刻气体和沉积气体、将该气体混合物转换为等离子以及停止该蚀刻 气体混合气体流的计算机可读代码。本发明的这些和其他特征将在下面的具体描述中结合附图更详细地说明。
在附图中，本发明作为示例而不是作为限制来说明，其中类似的参考标号指出相 似的元件，其中图1是本发明实施例的高层流程图。图2是可用于蚀刻的等离子处理室的示意图。图3A-B说明一计算机系统，其适于实现在本发明实施例中使用的控制器。图4A-C是按照本发明的实施例处理的层叠的示意图。
具体实施例方式现在将根据其如在附图中说明的几个实施方式来具体描述本发明。在下面的描述 中，阐述许多具体细节以提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员，显然，本发 明可不利用这些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，公知的工艺步骤和/或 结构没有说明，以避免不必要的混淆本发明。在蚀刻具有不同宽度或不同纵横比特征的半导体器件过程中，特别是当这些特征 的纵横比较高时，蚀刻速率微负载变成常见的问题。由于扩散限制，蚀刻化学制剂进入较宽 的稀疏特征比进入较窄的密集特征快。类似地，蚀刻工艺副产物离开该较宽的稀疏特征比 离开较窄的密集特征快。结果，稀疏特征(即，宽度较宽的特征)比密集特征(即，宽度较 窄的特征)蚀刻得快。为了便于理解，图1是用于本发明一个实施例的工艺的高层流程图。在含钨层上 方形成图案化有不同纵横比(即，稀疏和密集特征)特征的掩模层(步骤100)。该稀疏和 密集特征将最终蚀刻进该含钨层。在这个实施例中，该稀疏(较宽)和密集(较窄)特征 使用钨层上方的掩模图案化。提供蚀刻气体(步骤110)，其包含钨蚀刻成分和沉积成分。由该蚀刻气体形成等 离子(步骤120)，并用来将该较宽和较窄特征蚀刻进该含钨层(步骤130)。该含钨层的蚀 刻依赖纵横比，因为该稀疏(较宽)特征(部分)由于蚀刻成分扩散限制而比该密集(较 窄)特征更快地蚀刻进该含钨层。然而，该沉积成分的沉积也依赖纵横比，所以该沉积成分 (部分)由于沉积成分扩散限制而在宽特征的底面上比在窄特征的底部上沉积得更快。该 宽特征中的这个选择性沉积阻止相对该窄特征蚀刻该宽特征中的含钨层。可因此平衡该宽 和窄特征之间的蚀刻速率，并消除甚至反转蚀刻速率微负载。为了蚀刻该含钨层，该含钨层和该相关的层叠可设在等离子处理室。图2是等离 子处理系统200的示意图，包括等离子处理工具201。该等离子处理工具201是电感耦合 等离子蚀刻工具，并包括其中具有等离子处理室204的等离子反应器202。变压器耦合功 率(TCP)控制器250和偏置功率控制器255分别控制影响在等离子室204内产生该等离子 224的TCP功率供应源251和偏置功率供应源256。该TCP功率控制器250设定TCP功率供应源251的设定值，该供应源配置为将 13. 56MHz的射频信号(经过TCP匹配网络252调谐)提供至位于该等离子室204附近的 TCP线圈253。提供RF透明窗254以将TCP线圈253与等离子室204隔开，同时允许能量从 TCP线圈253传到等离子室204。光学透明窗265由一块圆形刚玉形成，直径大约2. 5cm(l 英寸)，位于该RF透明窗254的孔内。该偏置功率控制器255设定偏置功率供应源256的设定值，该供应源配置为将RF 信号(由偏置匹配网络257调谐)提供到位于该等离子室204内的卡盘电极208，在适于容 纳正在处理的基片206 (如半导体晶片工件)的电极208上方产生直流(DC)偏置。气体供应机构或气体源210包括经由气体歧管217连接的气体源以提供处理该等 离子室204内部所需的适当化学制剂。一个气体源可以是该蚀刻气体源215，其提供用于蚀 刻该含钨层的适当化学制剂。另一气体源可以是该沉积气体源216，其提供用于在该含钨层 上沉积的适当化学制剂。排气机构218包括压强控制阀门219和排气泵220，并且从该等离 子室204内去除颗粒，以及保持等离子室204内的特定压力。
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温度控制器280通过控制加热器功率供应源284来控制该卡盘电极208内提供的 加热器282的温度。该等离子处理系统200还包括电子控制电路270。该等离子处理系统 200还可具有终点探测器260。图3A和3B说明了一个计算机系统，其适于实现用于本发明的一个或多个实施方 式的控制回路270。图3A示出该计算机系统一种可能的物理形式。当然，该计算机系统300 可以具有从集成电路、印刷电路板和小型手持设备到巨型超级计算机的范围内的许多物理 形式。计算机系统300包括监视器302、显示器304、机箱306、磁盘驱动器308、键盘310和 鼠标312。磁盘314是用来与计算机系统300传入和传出数据的计算机可读介质。图3B是计算机系统300的框图的一个例子。连接到系统总线320的是各种各样的 子系统。处理器322 (也称为中央处理单元，或CPU)连接到存储设备，包括存储器324。存 储器324包括随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。如本领域所公知的，ROM用作向 CPU单向传输数据和指令，而RAM通常用来以双向的方式传输数据和指令。这两种类型的 存储器可包括下面描述的任何合适的计算机可读介质。固定磁盘326也是双向连接到CPU 322 ；其提供额外的数据存储并且也包括下面描述的任何计算机可读介质。固定磁盘326可 用来存储程序、数据等，并且通常是次级存储介质(如硬盘)，其比主存储器慢。可以理解的 是保留在固定磁盘326内的信息可以在适当的情况下作为虚拟存储器以标准的方式结合 在存储器324中。可移动存储器314可以采用下面描述的任何计算机可读介质的形式。CPU 322还连接到各种输入/输出设备，如显示器304、键盘310、鼠标312和扬声 器330。通常，输入/输出设备可以是下面的任何一种视频显示器、轨迹球、鼠标、键盘、麦 克风、触摸显示器、转换器读卡器、磁带或纸带阅读器、书写板、触针、语音或手写识别器、生 物阅读器或其他计算机。CPU 322可选地可使用网络接口 340连接到另一台计算机或者电 信网络。利用这样的网络接口，计划在执行上述方法步骤地过程中，CPU可从网络接收信息 或者向网络输出信息。此外，本发明的方法实施方式可在CPU 322上单独执行或者可在如 Internet的网络上与共享该处理一部分的远程CPU —起执行。另外，本发明的实施方式进一步涉及具有计算机可读介质的计算机存储产品，在 计算机可读介质上有用于执行各种计算机实现的操作的计算机代码。该介质和计算机代码 可以是那些为本发明目的专门设计和构建的，或者它们可以是对于计算机软件领域技术人 员来说公知并且可以得到的类型。计算机可读介质的例子包括，但不限于磁介质，如硬盘、 软盘和磁带；光介质，如⑶-ROM和全息设备；磁-光介质，如光软盘；以及为了存储和执行 程序代码专门配置的硬件设备，如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)以及ROM和 RAM器件。计算机代码的例子包括如由编译器生成的机器代码，以及包含高级代码的文件， 该高级代码能够由计算机使用解释器来执行。计算机可读介质还可以是在载波中由计算机 数据信号携带的并且表示能够被处理器执行的指令序列的计算机代码。为了便于理解本发明，图4A-C是按照本发明的实施例处理的层叠的示意图。图案化有不同纵横比特征的(即，稀疏和密集特征)掩模层形成在含钨层上方 (步骤100)。图4A是层叠400的剖视示意图，其具有基片410，在基片上方提供蚀刻层420。 该蚀刻层420是含钨层，优选地钨(W)。掩模层430是存在于该含钨层420上方。该掩模 层430可以是碳基掩模，如含有CH、CF、无定形碳等的掩模。或者，该掩模层430可以是无 机硬掩模，如二氧化硅、氮化硅等。优选地，该掩模层基于SiO，如热氧化物或TE0S。该掩模
6层430图案化有稀疏特征440和密集特征450两者。该稀疏特征440的宽度441相对该密集特征450的宽度451较大。换句话说，该稀 疏特征440具有比该密集特征450更宽的开口。因此，该稀疏特征440也可称作“较宽”或 “宽”特征，该密集特征450也可称作“较窄”或“窄”特征。优选地，该稀疏或较宽特征440 是该密集或较窄特征450的至少两倍宽。更优选地，该稀疏或较宽特征440是该密集或较 窄特征450的至少五倍宽。最优选地，该稀疏或较宽特征440是该密集或较窄特征450的 至少十倍宽。提供包括钨蚀刻成分和沉积成分的混合物的蚀刻气体(步骤110)。该沉积成分 包括含硅成分和含氧成分。该蚀刻气体的含硅成分可以是任何气态含硅化学制剂。例如， 该含硅成分可以是有机硅氧烷；即，基于结构单元R2SiO的硅、氧和碳的化合物，其中R是烷 基，如甲基、乙基、丙基等，以及其沸点处于或者低于摄氏150度。硅氧烷化合物的合适示例 包括但不限于四甲基二硅氧烷[((CH3)2SiH)20]、五甲基二硅氧烷和六甲基二硅氧烷。该含 硅化合物还可以是类似硅氧烷的化合物，只是该桥接氧用氮替换(例如四甲基二硅氮烷， 六甲基二硅氮烷，或N-甲基-N-甲硅基烷-硅胺烷)，或硅、碳和氢组成的化合物，如二甲硅 烷基乙炔[C2H6Si2]。或者，该含硅成分可以是基于该结构单元SiAxZ(4_x)的有机硅化合物，其中A从H、 F、Cl、Br或I组成的组中选择，Z是烷基，如甲基，乙基，丙基等，χ可在0_4之间变化，并且 其沸点处于或者低于150摄氏度。例如，在χ等于2，A是氢以及Z是甲基时，该含硅成分可 以是二甲基硅烷[(CH3)2SiH2]。另一实施例中，在χ等于2，A为氯以及Z是甲基时，该含硅 成分可以是二氯二甲基硅烷[(CH3)2SiCl2]。在又一示例中，当χ等于零以及Z是甲基时，该 含硅成分可以是四甲基硅烷[(CH3)4Si]。优选地，该含硅成分是基于硅烷的；即，硅烷，或卤化硅烷。硅烷由SiH4或经验公 式为SixH(2x+2)(其中χ最小值为1)的更高的硅烷组成。卤化硅烷由经验公式为SixAyH(2x+2_y) 的化合物组成，其中A从F、Cl、Br或I的组中选择，χ和y每个最小值为1。更优选地，该 硅烷基含硅成分是卤化硅烷。最优选地，该硅烷基含硅成分是四氯化硅(SiCl4)。在某些情况下，该沉积成分的含氧成分可通过该含硅成分工艺气体提供。例如，如 果该含硅成分包括硅氧烷，则该沉积成分的含氧成分可以是来自该硅氧烷的氧。在别的情 况下，该沉积成分的含氧成分可以由该含硅成分单独提供。即，该含氧成分可包含氧元素而 没有硅元素。例如，该含氧成分可以是C0、C02、03、H20或02。或者，该沉积成分的含氧成分的 氧可以来自含硅的工艺气体，如硅氧烷，以及独立的含氧成分，其不包含硅。优选地，该沉积成 分的含氧成分来自独立的含氧成分，其包含氧元素而没有硅。最优选地，该含氧成分是02。由所提供的蚀刻气体混合物形成等离子(步骤120)，以及蚀刻含钨层(步骤 130)。图4B示出该层叠400在该蚀刻工艺过程中的剖视示意图(步骤130)。该含钨层420 的蚀刻(部分)由于该蚀刻成分扩散受限而依赖纵横比。该稀疏(较宽，低纵横比)特征 440比该密集(较窄，高纵横比)特征450蚀刻得快。然而，该含钨层上来自该沉积成分的 沉积对该稀疏特征有选择性，(部分)由于该沉积成分扩散受到限制。该稀疏(较宽，低纵 横比)特征440内、特别是底部上的沉积物443比该密集(较窄，高纵横比)特征450内的 沉积物453多，因为沉积化学制剂进入该稀疏特征440比进入该密集特征450更容易。因 此，该沉积也是依赖纵横比。
蚀刻和沉积同时在该稀疏440和该密集450特征两者中发生。该稀疏特征440底 部上更多的沉积补偿该稀疏特征440更快的蚀刻，导致稀疏440和窄450特征两者在蚀刻 步骤期间蚀刻掉导电层420基本上相同的深度460。S卩，那些特征443中的选择性沉积所导 致的稀疏特征440中较低的蚀刻速率产生零微负载。反向或正向微负载还可通过修改蚀刻 步骤130中的沉积成分而获得，以在该稀疏特征440中产生相对该窄特征450更多的沉积 物。此外，该沉积是非共形的，从而相比该特征底部上的沉积物，该特征侧壁上只有极 少的沉积物。该特征的侧壁上极少的或者根本没有沉积物会防止该特征的开口变窄。该掩模层430的顶部上还可以有一定量的沉积物446、456。该掩模层430的蚀刻 也发生在该蚀刻步骤130中。该掩模层430顶部上的沉积物446和456降低该掩模层430 的蚀刻速率(即，腐蚀和/或侵蚀)。当该蚀刻成分和该沉积成分合理平衡后，即当该层420的蚀刻速率基本上与该稀 疏440和密集450特征两者相同时，该稀疏特征440中的沉积层443以及掩模层430上的 沉积层446和456的厚度可以非常小，例如单分子层或亚单分子层。所以，图4B中夸大了 该沉积层的相对厚度，以便描述该选择性沉积工艺。当蚀刻该含钨层时，在单个步骤中提供该蚀刻成分和该沉积成分(步骤130)，直 到将该含钨层完全蚀刻掉(即到达该蚀刻步骤的终点)。该沉积成分和蚀刻成分合理平 衡以消除蚀刻速率微负载的蚀刻制法的示例如下4毫托的工艺压力，900瓦特的等离子功 率，90瓦特的晶片偏置功率，Cl2气体流量30标准立方厘米每分钟(sccm)，NF3气体流量 25sccm, O2气体流量30sccm，N2气体流量70sccm，SiCl4气体流量13sccm，晶片基片温度设 定值60摄氏度。图4C示出该层叠400在该含钨层420被完全蚀刻掉之后的剖视示意图。在该宽 特征441和该窄特征451两者中，该特征440和450已经到达该含钨层420的底部。S卩，当 该含钨层已经完全从该宽特征440底部去除时，在该窄特征450中没有含钨层残留。该非 共形沉积防止该宽特征441和该窄特征451中的开口变窄，以及在蚀刻期间沉积在该特征 顶部上的沉积物减少该掩模430的腐蚀。在蚀刻完成后，该稀疏(较宽)特征440的宽度441相对该密集(较窄)特征450 的宽度451较大。该稀疏(较宽)特征440和该密集(较窄)特征450两者的高度442近 似相同。因此，该稀疏(较宽)特征440的纵横比相对该密集(较窄)特征450的纵横比较 低或小。在一个示例中，该含钨层420中窄特征的纵横比可以大于1 1，如当该密集(较 窄)特征的宽度大约80纳米(nm)以及该特征的高度为110 nm时。另一实施例中，该含钨 层420中的窄特征的纵横比可以大于7 1。在第三示例中，该含钨层420中窄特征的纵横 比可以大于15 1。尽管本发明依照多个实施方式描述，但是存在落入本发明范围内的改变、置换和 各种替代等同物。还应当注意，有许多实现本发明方法和设备的可选方式。所以，其意图是 下面所附的权利要求解释为包括所有这样的落入本发明主旨和范围内的改变、置换和各种 替代等同物。
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权利要求
一种通过具有宽特征和窄特征的掩模蚀刻含钨层的方法，包括(a)提供包括钨蚀刻成分和沉积成分的蚀刻气体混合物，其产生非共形沉积物；(b)由该蚀刻气体混合物形成等离子；以及(c)使用由该蚀刻气体混合物形成的等离子蚀刻该含钨层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该沉积成分有选择地在宽特征的底部上比在窄特 征的底部上沉积更多，其降低微负载。
3.根据权利要求2所述的方法，其中该沉积成分有选择地在该特征的侧壁上比在该特 征的底部中沉积更少。
4.根据权利要求3所述的方法，其中该沉积成分包括含硅成分和含氧成分。
5.根据权利要求4所述的方法，其中该含硅成分是有机硅氧烷。
6.根据权利要求4所述的方法，其中该含硅成分是有机硅。
7.根据权利要求4所述的方法，其中该含硅成分是硅烷基。
8.根据权利要求7所述的方法，其中该含硅成分是卤化硅烷。
9.根据权利要求8所述的方法，其中该卤化硅烷是SiCl4。
10.根据权利要求4所述的方法，其中该含氧成分是氧气(O2)。
11.根据权利要求1所述的方法，其中该沉积成分沉积在该掩模的顶部上以减少钨蚀 刻步骤期间的掩模蚀刻速率。
12.根据权利要求11所述的方法，其中该掩模是硬掩模。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该掩模是Si02、Si3N4或SiON。
14.根据权利要求4所述的方法，其中当蚀刻该含钨层时，在单个步骤中提供该蚀刻成 分和该沉积成分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中当蚀刻该含钨层时，在单个步骤中提供该蚀刻 成分和该沉积成分直到完全蚀刻该含钨层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中该蚀刻成分受限扩散进窄特征。
17.根据权利要求4所述的方法，其中该沉积成分受限扩散进窄特征。
18.—种通过具有宽特征和窄特征的掩模蚀刻含钨层的方法，包括(a)提供包括钨蚀刻成分和沉积成分的蚀刻气体混合物，其中该沉积成分包括含硅成 分和含氧成分，(b)由该蚀刻气体混合物形成等离子；和(c)使用由该蚀刻气体混合物形成的等离子蚀刻该含钨层，其中 该沉积成分在宽特征的底部比在窄特征的底部沉积更多，以及 该沉积成分选择性地在该特征的侧壁上比在特征底部上沉积更少。
19.根据权利要求18所述的方法，其中该沉积成分的含硅成分是SiCl4,该沉积成分的 含氧成分是O2。
20.一种通过具有宽特征和窄特征的掩模蚀刻含钨层的设备，包括 等离子反应器，包括等离子处理室；邻近RF-透明窗的TCP线圈，其用以提供功率以维持等离子； TCP功率供应源，其电气连接到该TCP线圈；卡盘电极，其用于在该等离子处理室内支持半导体基片；压强控制阀门和泵，用于调节该等离子处理室中的压强；气体源，包括钨蚀刻气体源和沉积气体源；和控制器，以可控方式连接到该气体源和该TCP线圈，包括至少一个处理器；和计算机可读介质，包括用于蚀刻含钨层的计算机可读代码，包括用于将蚀刻气体混合物提供到该等离子处理室的计算机可读代码，包括 从蚀刻气体源提供蚀刻气体；和 从沉积气体源提供沉积气体；和用于将该蚀刻气体混合物转换为等离子的计算机可读代码；和 用于停止该蚀刻气体混合气体流的计算机可读代码。
21.根据权利要求1所述的方法，其中该沉积成分选择性地在该特征的侧壁上比在特 征底部上沉积更少。
22.根据权利要求1-2和21任一项所述的方法，其中该沉积成分包括含硅成分和含氧 成分。
23.根据权利要求1-2和21-22任一项所述的方法，其中该含硅成分是有机硅氧烷。
24.根据权利要求1-2和21-23任一项所述的方法，其中该含硅成分是有机硅。
25.根据权利要求1-2和21-23任一项所述的方法，其中该含硅成分基于硅烷。
26.根据权利要求25所述的方法，其中该含硅成分是卤化硅烷。
27.根据权利要求26所述的方法，其中该卤化硅烷是SiCl4。
28.根据权利要求22-27任一项所述的方法，其中该含氧成分是氧气(O2)。
29.根据权利要求1-2和21-28任一项所述的方法，其中该沉积成分沉积在该掩模的顶 部上以减少钨蚀刻步骤期间的掩模蚀刻速率。
30.根据权利要求1-2和21-29任一项所述的方法，其中该掩模是硬掩模。
31.根据权利要求1-2和21-30任一项所述的方法，其中该掩模是Si02、Si3N4或SiON。
32.根据权利要求1-2和21-31任一项所述的方法，其中当蚀刻该含钨层时，在单个步 骤中提供该蚀刻成分和该沉积成分。
33.根据权利要求1-2和21-32任一项所述的方法，其中当蚀刻该含钨层，在单个步骤 中提供该蚀刻成分和该沉积成分直到完全蚀刻该含钨层。
34.根据权利要求1-2和21-33任一项所述的方法，其中该蚀刻成分受限扩散进窄特
全文摘要
文档编号H01L21/3065GK101952944SQ20088011754
公开日2011年1月19日 申请日期2008年11月13日 优先权日2007年11月21日
发明者Pu Bryan, Fu Qian, Liu Shenjian, Lee Wonchul 申请人:Lam Res Corp