选择性氮化物蚀刻的制作方法
【技术领域】 本发明总体上涉及半导体领域，更具体地涉及选择性氮化物蚀刻。
【背景技术】
[0001] 半导体制造通常涉及图案化方案和其它工艺，由此氮化硅被选择性地蚀刻，从而 防止蚀刻衬底的其它暴露表面。随着器件的几何尺寸变得越来越小，使用高的蚀刻选择性 工艺以在诸如氮化硅等电介质层中实现开口的有效等离子体蚀刻。
【发明内容】
[0002] 本发明提供了蚀刻具有高选择性的氮化硅的方法。一个方面涉及一种通过下述步 骤蚀刻衬底上的氮化硅的方法：（a)将一氧化二氮(N 20)、氧气(02)和氟化气体引入并点燃等 离子体以形成蚀刻物质；以及(b)使所述氮化硅暴露于所述蚀刻物质以在所述衬底上相对 于其它含硅材料选择性地蚀刻所述氮化硅。在一些实施方式中，该方法还包括重复(a)和 (b)。在多种实施方式中，氧气的流率与一氧化二氮的流率之比介于约0.75:1和约1:1.5之 间。
[0003] 在一些实施方式中，所述氟化气体包括具有式CHxFy的一种或多种气体;其中x和y 是介于〇和4之间并包括0和4的整数，并且x+y = 4。所引入的所述氟化气体的量可以为总气 体流量的约10 %或10 %以下。
[0004] 在多种实施方式中，处理温度介于约0°C和约80°C之间。在一些实施方式中，氮化 硅与电介质的蚀刻选择率至少为约1〇〇: 1。在多种实施方式中，所述其它含硅材料选自由二 氧化硅、一氧化硅、氮氧化硅、碳掺杂的氧化硅和硅组成的组。
[0005] 在多种实施方式中，所述方法还包括(c)将一氧化氮(N0)引入到等离子体。
[0006] 在多种实施方式中，所述方法还包括(c)使含硅化合物流动。所述含硅化合物可以 选自由硅烷、四氯硅烷、四氟硅烷、原硅酸四乙酯、乙硅烷和四甲基硅烷组成的组。在一些实 施方式中，所述含硅化合物的分压小于容纳所述衬底的室的压力的约10%。
[0007] 在一些实施方式中，所述方法还包括(c)使所述衬底脱氟。
[0008] 在多种实施方式中，使所述衬底脱氟进一步包括用吹扫气体吹扫容纳所述衬底的 室。所述吹扫气体可以选自由氩、氮、氦、氖、氪和氙组成的组。
[0009] 使所述衬底脱氟可以包括使清除气体流动。所述清除气体可以选自由一氧化二氮 (N2O)、一氧化氮(N0)、氮气(N2)、二氧化碳(C〇2)、一氧化碳(C0)、氧气(〇2)、氨气(順3)以及它 们的组合组成的组。
[0010] 在一些实施方式中，使所述衬底脱氟包括开通RF偏置并让RF偏置保持开通、或给 RF偏置施加脉冲。在一些实施方式中，使所述衬底脱氟包括在不存在氟化气体的情况下产 生一氧化二氮(N 20)气体和氧气(02)的等离子体。
[0011] 在一些实施方式中，所述方法还包括使所述衬底脱氟后，引入含氧气体。
[0012] 另一个方面涉及一种通过下述步骤蚀刻衬底的方法:使所述衬底暴露于一氧化氮 和氟化气体并且点燃等离子体以蚀刻所述衬底上的氮化硅;以及使所述衬底脱氟。
[0013] 在多种实施方式中，所引入的氟化气体的量为总气体流量的约10%或10%以下。 在多种实施方式中，使所述衬底脱氟进一步包括用吹扫气体吹扫容纳所述衬底的室。所述 吹扫气体可以选自由氩、氮、氦、氖、氪和氙组成的组。在多种实施方式中，使所述衬底脱氟 包括使清除气体流动。所述清除气体可以选自由一氧化二氮(N 20)、一氧化氮(N0)、氮气 (N2)、二氧化碳(C02)、一氧化碳(C0)、氧气(0 2)、氨气(順3)以及它们的组合组成的组。
[0014] 在多种实施方式中，使所述衬底脱氟包括在不存在氟化气体的情况下产生一氧化 氮的等离子体。在多种实施方式中，使所述衬底脱氟包括开通RF偏置。在一些实施方式中， 所述方法包括在使所述衬底脱氟后，引入含氧气体。在多种实施方式中，通过使一氧化二氮 (N2〇)和氧气(〇2)反应并点燃等离子体产生一氧化氮。在一些实施方式中，通过使氮气(N2) 和氧气(〇2 )反应并点燃等离子体产生一氧化氮。
[0015] 在一些实施方式中，所述氟化气体包括具有式CHxFy的一种或多种气体;且其中x和 y是介于0和4之间并包括0和4的整数，并且x+y = 4。
[0016] 另一个方面涉及一种用于处理半导体衬底的装置，该装置包括：（a)-个或多个处 理室，每个处理室包括喷头和基座；（b)-个或多个气体入口，其被配置成耦合到所述一个 或多个处理室和相关的流量控制硬件；（c)等离子体发生器;和(d)具有存储器和至少一个 处理器的控制器，所述存储器包括用于下述操作的计算机可执行指令：（i)将一氧化二氮、 氧气、和一种或多种氟化气体引入到所述一个或多个处理室中的至少一个，以及（ii)点燃 等呙子体。
[0017] 在多种实施方式中，所述等离子体发生器是远程等离子体发生器。在一些实施方 式中，所述基座还包括静电卡盘。
[0018] 在多种实施方式中，所述用于将所述一氧化二氮、氧气和一种或多种氟化气体引 入的计算机可执行指令包括用于使介于约0.75:1和约1:1.5之间的比率的氧气与一氧化二 氮流动的指令。
[0019] 在一些实施方式中，所述存储器还包括用于使含硅化合物流动的计算机可执行指 令。在一些实施方式中，所述存储器还包括用于将一氧化氮(N0)引入到等离子体的计算机 可执行指令。在一些实施方式中，所述存储器还包括用于关断所述一种或多种氟化气体的 气流的计算机可执行指令。
[0020] 在多种实施方式中，所述存储器还包括用于在关闭所述等离子体之前用吹扫气体 吹扫所述室的计算机可执行指令。在一些实施方式中，所述存储器还包括用于在关闭所述 等离子体之前使清除气体流动的计算机可执行指令。
[0021] 在一些实施方式中，所述存储器还包括用于在关闭所述等离子体之前开通RF偏置 的计算机可执行指令。在多种实施方式中，所述存储器还包括用于在关闭所述等离子体之 前引入含氧气体的计算机可执行指令。
[0022] 下文参照附图进一步描述这些以及其它的方面。
【附图说明】
[0023] 图1是根据所公开的实施方式描述一种方法的操作的处理流程图。
[0024] 图2A-2D是根据所公开的实施方式的可能的机制的实施例的示意描绘。
[0025] 图3A和3B是根据所公开的实施方式的蚀刻方案的示意性图。
[0026] 图4和5是根据所公开的实施方式的执行方法的处理室的实施例的示意图。
[0027] 图6-10是描绘氮化硅蚀刻的实验结果的图表。
【具体实施方式】
[0028] 在下面的描述中，阐述了许多具体的细节以提供对本发明的实施方式的彻底理 解。可以在没有一些或所有这些具体细节的情形下实施所公开的实施方式。在其它的情形 下，未详细描述众所周知的工艺操作以免不必要地模糊所公开的实施方式。虽然将结合具 体的实施方式描述所公开的实施方式，但是应当理解的是不旨在限制所公开的实施方式。
[0029] -些半导体制造工艺涉及采用等离子体相对于下面和/或上面的电介质层选择性 地蚀刻薄的氮化硅层。例如，可以在制造镶嵌结构或触点的过程中蚀刻氮化硅层。在制造这 样的结构、特征(例如触点、通孔、导线等）的过程中，通过蚀刻电介质材料(例如氧化物层） 形成。各种传统的氮化硅蚀刻工艺涉及离子轰击，但是可能有降低的选择性。氮化硅在一些 制造过程中可被用作蚀刻停止层。
[0030] 本文提供了利用有效的化学蚀刻各向同性地选择性蚀刻氮化硅的方法。方法涉及 使用可以由氧(〇2)和一氧化二氮(N20)反应生成的一氧化氮(N0)蚀刻和氟化气体化学物并 利用等离子体蚀刻以在对氧化硅和硅(包括多晶硅、非晶硅和晶体硅)具有高选择率的情况 下蚀刻氮化硅。本文所述的方法实现大于约50:1或大于约100:1的蚀刻选择率。在氮化硅层 用作蚀刻停止层之后本文所述的方法可用于例如蚀刻氮化硅层。
[0031] 所公开的实施方式用于制造包含多种电介质、半导体或金属层的多层结构。电介 质层包括:氮化硅、氮氧化硅、二氧化硅，掺杂氧化硅(例如氟氧化硅玻璃(FSG ))、硅酸盐玻 璃(例如磷酸硼硅酸盐玻璃(BPSG)和磷硅酸盐玻璃(PSG))、原子层沉积的硅氧化物、原子层 沉积的氮化硅层、有机硅氧烷聚合物、碳掺杂硅酸盐玻璃、硅倍半氧烷玻璃(s i 1 sequi oxane glass)、氟化碳掺杂娃酸盐玻璃、类金刚石无定形碳、碳掺杂的石英玻璃或其它合适的电介 质材料。半导体层包括:硅、硅锗和锗。这样的多层可覆盖中间层，例如屏障层和导体或半导 体层，例如多晶硅，金属例如铝、铜、钛、钨、钼或其合金;氮化物，例如氮化钛;和金属硅化 物，例如硅化钛、硅化钴、硅化钨、钼硅化物等等。
[0032] 图1是根据所公开的实施方式的描述方法的操作的工艺流程图。图1中所述的方法 包括通过将衬底暴露于包含激发态一氧化氮(本文所用的N0*)和氟化气体的等离子体中在 所述衬底上选择性蚀刻氮化硅。
[0033] 许多物质可存在于等离子体中，例如离子、电子、自由基、中性物质、亚稳定物质以 及其它物质。N0*比是自由基的基态N0的化学活性更强。在一些实施方式中，N0*是本文所述 的蚀刻过程中所涉及的一氧化氮的活性物质。本领域普通技术人员应理解的是，本文所述 的等离子体包括如上所述的各种物质，并且这些物质的一些参与蚀刻工艺。
[0034]图1