专利名称：用于蚀刻含有二氧化硅的层的方法
技术领域：
本发明涉及集成电路的制造，尤其涉及集成电路制造过程中用于蚀刻含有二氧化硅的层的改进的方法。
在集成电路制造中，一个含有二氧化硅的层，例如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层，可以使两个导电层相互绝缘。如果在两个导电层的某个特定地方需要电接触，只需在含有二氧化硅的层上形成一个接触孔，并在其内沉积一种导电材料以促使两个导电层之间的电连接。
为了便于讨论，
图1显出了一个包括一个硅基底102的晶片100。在硅基片102上毯覆沉积(blanket deposit)一个多晶硅层104、一个硅化钨层106、以及一个氮化硅层109。图1显示出基底102暴露了一个穿过多晶硅层104、硅化钨层106、和氮化硅层109的接触孔108。该接触孔通过下列方法形成，用一种现有的光致抗蚀剂掩模技术掩屏晶片100，并且用合适的蚀刻剂蚀刻透硅化钨层106和多晶硅层104。
如图2所示，在氮化硅层109之上和沿接触孔108侧壁再沉积另一个氮化硅介电层，从而形成氮化硅层110。在接触孔108底部的氮化硅材料已经蚀刻掉，从而暴露基底102于接触孔108。
如图3所示，在所述氮化硅层110之上和接触孔108之内毯覆沉积一个含有二氧化硅的层302。
如图4所示，用一个合适的光致抗蚀剂层或硬掩模掩屏含有二氧化硅的层302，并蚀刻，以去除接触孔108内的二氧化硅材料。掩模404具有一个稍大于接触孔108截面积的开孔，以产生穿过含有二氧化硅的层302和接触孔108的本领域中所谓的自对准接触。自对准接触(self-aligned contact)确保后序沉积于接触孔108的导电材料与硅基底102形成电接触，即使含有二氧化硅的层302上的开孔由于譬如掩模错位而稍有错位。
图4中，蚀刻含有二氧化硅的层302之后，再去除掩模404和在含有二氧化硅的层302之上和接触孔108之内沉积一种导电材料，例如，金属材料或掺杂多晶硅，以与下层硅基底102形成电接触。在这种方法中，通过接触孔108形成一个穿过含有二氧化硅的层302的导电通道。
在含有二氧化硅的层302的蚀刻过程中，从经济的角度考虑选择一个高的穿透含有二氧化硅的层302的蚀刻速率的蚀刻工艺非常重要。但是，选择一个对氮化硅具有较高的选择性的蚀刻工艺同样很重要，这样可以使得在蚀刻掉接触孔108内的玻璃材料的同时不会严重地刻除氮化硅层110。这是因为肩区410(a)和410(b)以及接触孔108侧壁氮化硅层110的不适当的量的蚀刻会引起接触孔108内后序沉积的导电材料和硅化钨层106之间严重的电短路。本领域技术人员知道，这种严重的电短路是不期望的，因为这将使所制造的IC成为废品。
在现有技术中，当有BPSG作为绝缘层时，典型地，用CHF3作为主蚀刻源气体在一个等离子体处理室内进行蚀刻。尽管CHF3提供了满意的BPSG蚀刻速率，但是它对氮化硅的选择性典型地小于理想值。作为一个例子，用CHF3作为蚀刻源气体的典型的BPSG蚀刻产生5∶1的BPSG对氮化硅选择性(即，BPSG的蚀刻速率约为氮化硅蚀刻速率的5倍)或者更低。对于某些IC，由CHF3蚀刻源气体提供BPSG对氮化硅的选择性令人不太满意。
对氮化硅的选择性可以通过使用C4F8和CO作为蚀刻源气体得到改进，然而，改进的选择性又被C4F8/CO化学物质的其它缺点所抵消。例如，高纯度CO气体比较昂贵，从而增加了工艺成本。更重要的是，已经发现在等离子处理室内使用CO气体能够典型地导致BPSG蚀刻过程中晶片的金属污染。已经发现这种金属污染是由CO气体和室金属组分之间的化学反应引起的。例如，CO将与室组件中的镍结合形成Ni(CO)4，这种化合物随后又分解，在晶片上形成镍原子，并向晶片器件内扩散，可能改变器件的电学性能。CO添加气体还可能与室的铁或其它金属组分结合形成，例如Fe(CO)5和/或其它化合物，导致类似的晶片金属污染问题。
综上所述，需要改进用于在集成电路制造中蚀刻含有二氧化硅的层的技术。这种改进的含有二氧化硅的层的蚀刻技术优选使用所述CO以外的添加气体以降低成本和减少和/或消除所述金属污染问题。这种改进的蚀刻方法还使用一种蚀刻源气体，提供经济性好的含有二氧化硅的层的蚀刻速率同时保持对下面的氮化硅层的高的选择性，以防止接触孔内严重的电短路的形成。
在一个实施例中，本发明涉及一种在一个等离子体处理室内蚀刻一个半导体基片上的一个含有二氧化硅的层的方法。该含有二氧化硅的层布置在一个SiN层上。此方法包括把基片放置在等离子处理室内，和使一种蚀刻源气体流进该等离子处理室内。蚀刻源气体包括C4F8和一种非一氧化碳(CO)添加气体。添加气体包括含有氧原子和碳原子的分子。所述方法还包括从蚀刻源气体触发(striking)等离子，以蚀刻穿过至少部分含有二氧化硅的层。
在另一个实施例中，本发明涉及一种在一个等离子处理室用于改进蚀刻一种含有硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)的层时氧化物对氮化物的选择性以在一个半导体基片上形成一个自对准接触的方法。该含BPSG的层布置在一个SiN层之上和形成于该SiN层之内的一个通孔之内。该方法还包括把基片放置在所述等离子处理室内，和使蚀刻源气体流进该等离子处理室内。蚀刻源气体包括C4F8和一种非一氧化碳(CO)添加气体。该添加气体包括含有1∶1氧原子和碳原子的分子。该方法还包括用具有13.56MHz频率的射频(RF)电源激发蚀刻源气体，以便从蚀刻源气体产生等离子体，从而蚀刻穿过至少部分所述含有BPSG的层。
根据本发明的一个方面，所述添加气体可以是选自于下列一组气体中的任意气体，醛类(aldehydes)、酮类(ketons)、氧化卤(oxohalides)、碳酸盐(carbonates)、碳酸(carbonic acids)、二醛类(dialdehydes)、和羟基醛类(hydroxyaldehyds)。例如，所述替代添加气体可以是HCHO(甲醛，methanal)、CH3CHO(乙醛，ethanal)、CFH2CHO(2-氟乙醛)、CF2HCHO(2,2-二氟乙醛)、CF3CHO(2,2,2-三氟乙醛)、COF2、CH3COCH3(丙酮，aceton)或它的氟代衍生物(CHxFyCOCuFv，其中x+y=3,u+v=3)的任意一种。其它示例性的替代添加气体包括HCOOH(甲酸)、CH3OH(甲醇)、CH3CH2OH(乙醇)、OHC-CHO(乙二醛)、HOOC-COOH(乙二酸)以及HOCH2-CHO(羟基乙醛)。在一个实施例中，添加气体分子中的碳氧原子比优选但并非必须为1∶1。
下面将参照附图对本发明的所述和其它的一些特征进行详细描述。
本发明通过举例及其附图进行描述，但该例及其附图并不是限定性的，而是说明性的，其中相同的数字代表相似的组件，其中图1示出了一个晶片，它包括一个沉积在一个硅基片上的多晶硅层和一个硅化钨层；图2表示在所述图1的硅化钨层之上沉积一个氮化硅介电层；图3表示在所述氮化硅层之上和图2的接触孔之内覆盖沉积一个含有二氧化硅的层；
图4表示用一个合适的光致抗蚀剂或硬掩模掩屏含有二氧化硅的层并蚀刻之以去除图3所示的接触孔内的二氧化硅材料，形成一个自对准接触孔；图5示出了根据本发明的一个实施例，用于改进含有二氧化硅的层蚀刻技术的步骤。
下面参照本发明的几个优选实施例及其附图对其进行详细描述。为了提供对本发明的全面理解，在下面的描述中提出了一些具体的细节。然而，本领域的技术人员非常清楚，不用这些细节的某部分或全部也可以实现本发明。在某些情况下，为了简明，没有详细描述现有技术的工艺步骤和/或结构。
根据本发明的一个方面，提供了一种改进的在一个等离子处理室用于蚀刻一个半导体基底上的含有二氧化硅的层的方法。该含有二氧化硅的层可以为任意含有二氧化硅的介电层，包括，例如BPSG或PSG。为了消除金属污染问题及其造成的后果，所述改进方法优选使用一种能提供高的含有二氧化硅的层的蚀刻速度同时选择性地保留氮化硅的替代一氧化碳(CO)的添加气体。该替代添加气体优选选用成本低廉和能够降低和/或基本消除以前一氧化碳(CO)添加气体所具有的金属污染问题。
在一个优选实施例中，所述替代添加气体优选是一种同时含有氧原子和碳原子的分子的气体。尽管现代科学技术还没有弄清等离子蚀刻的准确机理，但是确信使用一个分子中同时含有氧原子和碳原子的添加气体能够最优化地平衡氧化速度(由于氧活性成分的存在)和聚合物的形成(由于碳活性成分的存在)。正是这种由于分子中碳氧原子同时存在造成的平衡，促使含有二氧化硅的层的蚀刻具有理想的蚀刻速度、理想的均匀性、显微负荷(microloading)、以及选择性水平。
根据本发明的一个方面，所述替代添加气体可以是选自于下列一组气体中的任意非CO气体，包括醛类(aldehydes)、酮类(ketons)、氧化卤(oxohalides)、碳酸盐(carbonates)、碳酸(carbonic acids)、二醛类(dialdehydes)、和羟基醛类(hydroxyaldehyds)。例如，所述替代添加气体可以是HCHO(甲醛，methanal)、CH3CHO(乙醛，ethanal)、CFH2CHO(2-氟乙醛)、CF2HCHO(2,2-二氟乙醛)、CF3CHO(2,2,2-三氟乙醛)、COF2、CH3COCH3(丙酮，aceton)或它的氟代衍生物(CHxFyCOCuFv，其中x+y=3,u+v=3)的任意一种。其它示例性的替代添加气体包括HCOOH(甲酸)、CH3OH(甲醇)、CH3CH2OH(乙醇)、OHC-CHO(乙二醛)、HOOC-COOH(乙二酸)以及HOCH2-CHO(羟基乙醛)。在一个实施例中，替代添加气体分子中碳氧原子比优选但非必须为l∶1。
还应该指出，所述改进了的含有二氧化硅的层的蚀刻技术可以在任何合适的等离子处理室内实现，包括日本东京的东京电子公司(Tokyo ElectronicsCompany of Tokyo,Japan)的TEL88DRM反应离子蚀刻(RIE)蚀刻系统、或者加利弗尼亚桑他克拉拉的应用材料公司(Applied Materials,Inc.of Santa Clara,California)的MXP+等离子处理系统。
使用一种分子中同时含有氧、碳原子的非CO替代添加气体的优点是它允许有效地蚀刻含有二氧化硅的层，如BPSG，同时降低前述的金属污染问题并提供一个高的对氮化物的选择性。还应该指出，所发明的含有二氧化硅的层的蚀刻技术尤其适合于制造动态随机存取存储器电路(DRAM)。
根据本发明的一个优选实施例，图5给出了改进含有二氧化硅的层的蚀刻技术的步骤。在步骤502中，把一个上面具有含有二氧化硅的层的基底放在等离子处理室中。在一个实施例中，该含有二氧化硅的层为一个BPSG层。如前所述，还可在这个含有二氧化硅的层之下布置一个氮化硅层。在步骤504中，加入一种包括C4F8和改进了的非CO添加气体的蚀刻源气体。如前所述，这种改进了的添加气体优选为一种分子中含有碳原子和氧原子的气体。如果需要可以加入其它添加气体如氩气，或其它惰性气体。添加气体分子中碳和氧原子比优选但并非必须为1∶1。在步骤506中，在蚀刻源气体中产生等离子体，以蚀刻至少部分地穿过含有二氧化硅的层。当未被掩模保护的含有二氧化硅的层部分被蚀刻透时可以停止蚀刻。
例子应该指出，下列近似工艺参数适合于在前面所述的TEL85DRM RIE蚀刻系统中蚀刻布置在一个200mm晶片上的一个BPSG。
尽管本发明已经参照几个实施例进行了描述，但是在不超出本发明范围的情况下还可以对其进行修正、变更或替代。因此所附的权利要求书包括了在不超出本发明范围和不背离本发明精神下的所有替代、互换、及其等同物。
权利要求
1．一种在等离子处理室内用于蚀刻在半导体基片上的含有二氧化硅的层的方法，所述的含有二氧化硅的层布置在一个氮化硅(SiN)层上，该方法包括把所述基片放在所述的等离子体处理室内；使一种蚀刻源气体流进所述的等离子处理室内，所述的蚀刻源气体包括C4F8和一种非一氧化碳(CO)的添加气体，所述添加气体包括具有氧原子和碳原子的分子；以及由所述蚀刻源气体触发等离子体，以蚀刻穿过至少部分所述的含有二氧化硅的层。
2．根据权利要求1所述的方法，其中，所述的含有二氧化硅的层为硼磷硅酸盐玻璃。
3．根据权利要求1所述的方法，其中，所述添加气体选自于由下列物质构成的组CH3CHO、CFH2CHO、CF2HCHO和CF3CHO。
4．根据权利要求1所述的方法，其中，所述的添加气体选自于由下列物质构成的组CH3COCH3及其氟代衍生物。
5．根据权利要求1所述的方法，其中，所述的添加气体为HCOOH。
6．根据权利要求1所述的方法，其中，所述的添加气体选自于由下列物质构成的组OHC-CHO、HOOC-COOH和HOCH2-CHO。
7．根据权利要求1所述的方法，其中，所述添加气体分子所含的碳氧原子比为1∶1。
8．根据权利要求7所述的方法，其中，所述的添加气体为COF2。
9．根据权利要求7所述的方法，其中，所述的添加气体为HCHO。
10．根据权利要求7所述的方法，其中，所述的添加气体为CH3OH。
11．根据权利要求1所述的方法，其中，所述的添加气体为CH3CH2OH。
12．一种在等离子处理室内用于改进在蚀刻含有硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)的层时的氧化物/氮化物选择性，以便在半导体基片上产生自对准接触孔的方法，所述的含有BPSG的层布置在一个氮化硅(SiN)层之上和一个穿过该氮化硅层的通孔之内，该方法包括把所述基片放在所述的等离子处理室内；使一种蚀刻源气体流进所述的等离子处理室内，所述的蚀刻源气体包括C4F8和一个非一氧化碳(CO)的添加气体，所述的添加气体包括同时含有氧原子和碳原子且原子比为1∶1的分子；以及用一个频率为13.56MHz的射频电源激发所述的蚀刻源气体，以产生等离子体，从而蚀刻穿过至少部分所述的含有BPSG的层。
13．根据权利要求12所述的方法，其中，所述的蚀刻源气体包括氩气。
14．一种在等离子处理室内用于在半导体基片上制造动态随机存取存储器的方法，包括蚀刻一个布置在一个氮化硅(SiN)层上的含有硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)的层，该方法包括把所述基片放在所述等离子处理室内；使一种蚀刻源气体流进所述的等离子处理室内，所述蚀刻源气体包括C4F8和一种非一氧化碳(CO)的第一添加气体，所述第一添加气体包括含有氧原子和碳原子的分子；以及在蚀刻源气体中产生等离子体，以蚀刻穿过至少部分所述含有BPSG的层。
15．根据权利要求14所述的制造动态随机存取存储器的方法，其中，所述的第一添加气体所含分子的碳氧原子比为1∶1。
16．根据权利要求15所述的制造动态随机存取存储器的方法，其中，所述的第一添加气体为COF2。
17．根据权利要求15所述的制造动态随机存取存储器的方法，其中，所述的第一添加气体为HCHO。
18．根据权利要求15所述的制造动态随机存取存储器的方法，其中，所述的第一添加气体为CH3OH。
19．根据权利要求15所述的制造动态随机存取存储器的方法，其中，所述的第一添加气体为CH3CH2OH。
20．根据权利要求14所述的制造动态随机存取存储器的方法，其中，所述的蚀刻源气体包括氩气。
21．根据权利要求20所述的制造动态随机存取存储器的方法，其中，所述的第一添加气体选自于由下列物质构成的组CH3CHO、CFH2CHO、CF2HCHO和CF3CHO。
22．根据权利要求20所述的制造动态随机存取存储器的方法，其中，所述的第一添加气体选自于由下列物质构成的组CH3COCH3及其氟化衍生物。
23．根据权利要求20所述的制造动态随机存取存储器的方法，其中，所述的第一添加气体为HCOOH。
24．根据权利要求20所述的制造动态随机存取存储器的方法，其中，所述的第一添加气体选自于由下列物质构成的组OHC-CHO、HOOC-COOH和HOCH2-CHO。
全文摘要
一种在等离子处理室内用于蚀刻在半导体基片上的含有二氧化硅的层的方法,所述的含有二氧化硅的层布置在一个氮化硅(SiN)层上,该方法包括:把所述基片放在所述的等离子体处理室内;使一种蚀刻源气体流进所述的等离子处理室内,所述的蚀刻源气体包括C
文档编号H01L21/02GK1213161SQ9811880
公开日1999年4月7日 申请日期1998年8月28日 优先权日1997年9月29日
发明者马库斯·M·柯克霍夫, 约基恩·哈尼贝克 申请人:西门子公司