專利名稱：利用H₂添加物對(duì)具有高介電常數(shù)的膜的選擇性蝕刻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件。更具體地，本發(fā)明涉及具有高介電常 數(shù)材料層的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
由于閃存廣泛地使用在移動(dòng)電子設(shè)備中，如Y更攜式計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、PDA等，所以，減少運(yùn)行電壓以減小能耗的要求越來(lái)越強(qiáng)烈。ONO (oxide nitride oxide，氧化物-氮化物-氧化物)層已經(jīng)用 于存儲(chǔ)器的閃存器件柵疊層(gate stack )。然而，ONO的介電常數(shù) 不足以滿足運(yùn)行電壓的不斷增加的要求，因此引入高介電常數(shù)材料 (或者稱為高k材料)以取代ONO。Si02的介電常數(shù)大約為3.9。如果像Ab03的高k材料用來(lái)取代 Si02，介電常數(shù)將增加到9.0左右。除了 A1203， Hf02、 丁3203也被 考慮作為閃存柵疊層中取代ONO的候選高k材料。在它們中，已 經(jīng)使用了 A1203、 Hf02和Al2(VHf02/Al203層狀結(jié)構(gòu)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)與蝕刻O(píng)NO相比高k材沖十的蝕刻更加困難，因?yàn)槠?蝕刻副產(chǎn)物具有較低的揮發(fā)性。正因?yàn)槿绱?，已發(fā)現(xiàn)其蝕刻率、對(duì)多晶硅膜的選擇性比ONO膜低很多。已經(jīng)做了 一些努力來(lái)增加高 k材料對(duì)多晶硅的蝕刻率和選擇性。發(fā)明內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)前述和根據(jù)本發(fā)明的目的，提供了 一種相對(duì)于硅基材 料選擇性蝕刻高k層的方法。將在硅基層之上的該高k層設(shè)在蝕刻 室內(nèi)。將蝕刻劑氣體提供入該蝕刻室，其中該蝕刻劑氣體包括H2。 由該蝕刻劑氣體生成等離子體以相對(duì)于該硅基材料選沖奪性蝕刻該 南k層。在本發(fā)明的另一種表現(xiàn)形式中，提供了一種用于蝕刻在硅基層之上具有高k層的疊層(stack)的方法。該疊層"i殳在蝕刻室中。相 對(duì)于該石圭基層選l奪性蝕刻該高k層。該選4奪性蝕刻包括將高k層蝕 刻劑氣體^是供入該蝕刻室，其中該高k層蝕刻劑氣體包括H2,以及 由該高k層蝕刻劑氣體生成等離子體，以相對(duì)于該硅基層選擇性蝕 刻i亥高k層。在本發(fā)明的另 一種表現(xiàn)形式中，提供了 一種利用在硅基材料之 上的高k介電層形成閃存的裝置。其提供了等離子體處理室，包括 形成等離子體處理室腔的室壁，用于在該等離子體處理室腔中支撐 基片的基片支撐件，用于調(diào)節(jié)該等離子體處理室腔中壓力的壓力調(diào) 節(jié)器，至少一個(gè)用于向該等離子體處理室腔提供功率以維持等離子 體的電極，用于將氣體提供入該等離子體處理室腔中的氣體入口 ， 以及用于從該等離子體處理室腔排出氣體的氣體出口。氣體源與該 氣體入口流動(dòng)連接并且包括H2氣體源、BC13氣體源和Cl2氣體源。 控制器與該氣體源和該至少 一 個(gè)電極可控制地連接，并且包括至少 一個(gè)處理器和計(jì)算4幾可讀介質(zhì)。該計(jì)算才幾可讀介質(zhì)包4舌用于相對(duì) 于該石圭基層選4奪性蝕刻該高k層的計(jì)算才幾可讀代碼，停止相對(duì)于該 石圭基層選4奪性蝕刻該高k層的計(jì)算才幾可讀代j碼，以及用于相對(duì)于該高k層選4奪性蝕刻該石圭基層的計(jì)算才幾可讀代碼。該用于相對(duì)于該石圭 基層選擇性蝕刻該高k層的計(jì)算機(jī)可讀代碼包括用于從該H2氣 體源提供H2的計(jì)算機(jī)可讀代碼，用于從該BC13氣體源提供BC13的 計(jì)算機(jī)可讀代碼，用于從該Cl2氣體源提供Cl2的計(jì)算機(jī)可讀代碼， 以及由該H2、 BCl3和Cl2生成等離子體以相對(duì)于該娃基層選擇性蝕 刻該高k層的計(jì)算才幾可讀^f戈碼。本發(fā)明的這些和其它特征將在下面本發(fā)明的詳細(xì)描述中結(jié)合 附圖更i羊細(xì)的i兌明。


本發(fā)明將在附圖的圖形中作為例子說(shuō)明，而不是作為限制，其 中相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的元件，并且其中圖1是可使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的示 意圖；圖2是用在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中的處理工藝的流程圖；圖3A-3D是根據(jù)本發(fā)明形成的高介電常數(shù)層的示意性橫截面 視圖；圖4是可用在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中的處理室的示意圖；圖5A和5B說(shuō)明了適于實(shí)現(xiàn)控制器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。圖6是用在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中以形成閃存的處理工藝 的流程圖；圖7A-7G是根據(jù)本發(fā)明形成的閃存器件的構(gòu)成的示意性橫截 面視圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將才艮據(jù)如在附圖中i兌明的 一 些優(yōu)選實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)描述 本發(fā)明。在下面的描述中，闡述了許多具體的細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明 的徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域的^支術(shù)人員來(lái)i兌，顯然，沒(méi)有這 些具體細(xì)節(jié)中的某些或者全部也可以實(shí)施本發(fā)明。在其它的情況 下，公知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)沒(méi)有詳細(xì)描述以避免不必要的混淆本 發(fā)明。為了便于理解，圖1是場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的示意圖。場(chǎng)效應(yīng)晶 體管100包括基片104，源才及108和漏才及112 4參雜在該基片中。在 該基片上形成才冊(cè)才及氧化物116。在沖冊(cè)才及氧化物116上形成片冊(cè)才及電才及 120， /人而柵才及氧化物116在該4冊(cè)才及電4及120和該柵4及氧化物116 下方基片104內(nèi)的溝道之間形成絕緣體。隔離物124位于柵極電極 120和柵極氧化物116的末端。本發(fā)明提供了一種選擇性的蝕刻， 其允許由高介電常數(shù)材料形成4冊(cè)極氧化物116。在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，高介電常數(shù)材料的介電常數(shù)至少 為8 (K>8)。圖2是用于形成具有高介電常數(shù)層的半導(dǎo)體器件的高層流程 圖。在基片上提供高介電常數(shù)(高k)材料層(步驟204)。可使用 原子層沉積、濺射或化學(xué)氣相沉積來(lái)沉積該高介電常l史材料層。圖 3A是已沉積在基片308上的高介電常數(shù)層304的示意性橫截面視 圖。該基片是硅基材料。優(yōu)選地，該硅基材料基本上是多晶硅，其 可以是硅晶片的 一部分，或者如果該半導(dǎo)體器件是該晶片上方的多 個(gè)層，則該硅晶片可以是多晶石圭。然后在高k層304上形成多晶硅層312 (步驟208)。在多晶硅 層312上設(shè)置圖案化掩模316 (如光刻膠掩模)(步驟212 )。抗反 射涂層314可位于該圖案化掩模316和該多晶硅層312之間，以利 于該圖案化掩才莫316的形成。然后穿過(guò)該掩才莫蝕刻多晶珪層312(步 驟216 )。圖3B是在多晶硅層312被蝕刻后的示意性的橫截面視圖。然后使用H2添加物蝕刻高k層304(步驟220 ),如圖3C所示。 希望得到的是高介電常數(shù)層304的蝕刻是高選擇性的，以便最小化 下層基片308和多晶硅層312的蝕刻。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，該蝕 刻是如此高選擇性的以至于在高介電常數(shù)層304的蝕刻期間去除少 于5A的基片。執(zhí)行離子注入以形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域(步驟224)。圖3D 是源極區(qū)域324和漏極區(qū)域328形成后的示意圖。由于離子注入高 度依賴于基片的特性，為了提供縱貫該晶片均一的源極區(qū)域和漏極 區(qū)域，必須最小化該基片的蝕刻。由Donnelly, Jr.等人申"i青的美國(guó)專矛J 6， 511, 872 ( 2003年1 月28日頒證)公開(kāi)了一種在基片上蝕刻高介電常凄t層的方法。其 公開(kāi)了蝕刻化學(xué)制劑BCb和Cl2。然而，沒(méi)有公開(kāi)具有高k介電層 對(duì)基片高蝕刻選擇性的處理工藝。KPelhos等人的文章"Etching of high-k dielectric Zr^AlxOy films in chlorine-containing plasmas"，發(fā)表 于Journal of Vacuum Science Technology A 19 ( 4 ), 2001年7/8月， 1361-1366頁(yè)，其討論了相同的蝕刻化學(xué)制劑并且也沒(méi)有公開(kāi)具有 高蝕刻選擇性的處理工藝。在Journal of Vacuum Science Technology A 21 ( 6 ) 2001年7/8 月，1915-1922頁(yè)，Lin Sha和Jane P. Chang的文章"Plasma Etching Selectivity of Zr02 to Si in BC13/C12 Plasmas" ^>開(kāi)了 一種在基片上蝕 刻高介電常數(shù)層的方法。公開(kāi)的化學(xué)制劑是BCl3、 Cl2和5。/。的Ar。這篇文章聲稱通過(guò)使用純BCl3達(dá)到的最高蝕刻選擇性是1.5。希望 具有更高的蝕刻選擇性以最小化對(duì)該基片的蝕刻。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，該高介電常凄t層可由介電常H至少為8的材泮牛形成，長(zhǎng)口Hf石圭酉臾鹽(K^11)、 Hf02 (K^25畫(huà)30)、 Zr 石圭酸鹽(K^ 11-13)、 Zr02 (K^22-28)、 A1203 (K^8畫(huà)12)、 La203 (K^25-30)、 SrTi03 (K^200)、 SrZr03 (K^25 )、 TiO2(K^80) 和Y203 (K^-15),這些都是氧化物。更優(yōu)選地，該高介電常凄史層 是二元金屬氧化物。圖6是用于形成具有高介電常數(shù)層的閃存器件的高層流程圖。 在基片上形成淺溝絕緣區(qū)域(步-驟604)。圖7A是具有三個(gè)淺溝絕 緣區(qū)域708的基片704的示意性橫截面視圖。形成柵極氧化物層(步驟608 )。圖7B顯示了在基片704表面 之上形成的4冊(cè)才及氧4匕物層712。該沖冊(cè)才及氧4匕物層712可通過(guò)將基片 704暴露于氧氣而形成。然后在該淺溝絕緣區(qū)域708和柵極氧化物 712之上沉積第一多晶石圭層716。執(zhí)行浮置柵極(floating gate )蝕刻以將該第一多晶硅層716蝕 刻至如圖7C所示的形態(tài)(步驟616 )。在被蝕刻的第一多晶硅層716 之上形成多晶石圭間介電層(interpoly dielectric layer, IPD ) 720。該 IPD層720是高k電介質(zhì)材料。在該IPD層720之上形成第二多晶 硅層724 (步驟628 )。在該第二多晶硅層上形成掩模(步驟628)。如圖所示，圖7D 是在該第二多晶硅層724之上形成該掩模728之后，圖7C的基片 704沿切割線7D-7D橫截面視圖。如圖7E所示，掩模728用來(lái)蝕 刻第二多晶硅層724以獲得該疊層構(gòu)造。如圖7F所示,使用H2添加物蝕刻多晶硅間介電層712 (步驟 636 )。對(duì)IPD層712的蝕刻具有4兆戰(zhàn)性，因?yàn)樵揑PD層厚度會(huì)顯著 變化。例如，將如圖7E中所示的IPD層厚度Ti與圖7C中所示的 IPD層的柱體730的厚度T2比較，丁2可為三倍以上。對(duì)IPD層 柱體730不完全的蝕刻會(huì)形成不期望的縱梁(stringer )。為消除該 縱梁的不正確的蝕刻導(dǎo)致對(duì)該第一多晶石圭層716的蝕刻，這種蝕刻 會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷。另外，如果在為消除該IPD層縱梁的不正確的蝕刻期 間，第一多晶石圭層716^皮蝕刻穿，那么棚-才及氧化物層608將受到損 傷。使用帶有H2添加物的蝕刻允許相對(duì)于多晶硅層716如此高選 擇性地蝕刻高k IPD層720，從而去除這些縱梁而不損傷該閃存結(jié) 構(gòu)。然后蝕刻第一多晶珪層716，如圖7G (步驟640)所示。優(yōu)選 地，第一多晶石圭層716相對(duì)于該高k層一皮有選4奪地蝕刻。可4吏用另 外的步-驟來(lái)完成該閃存結(jié)構(gòu)。高k介電蝕刻的示例在該高k介電蝕刻的一個(gè)示例中，在使用H2添加物的高k層 蝕刻(步驟220和636 )期間，晶片設(shè)置在蝕刻室中。該蝕刻室可 用于蝕刻該多晶石圭層(步-驟216)或者不同的室可用于蝕刻該多晶 硅層。圖4是可用在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的處理室400的示意圖。 在這個(gè)實(shí)施方式中，該等離子體處理室400包4舌電感線圏404、下 部電極408、氣體源410和排氣泵420。在等離子體處理室400內(nèi)， 基片308放置在該下部電極408上。下部電極408結(jié)合有適合的用 于支撐基片308的基片卡緊機(jī)構(gòu)(例如，靜電、機(jī)械夾具等)。反 應(yīng)器頂部428結(jié)合有介電窗。反應(yīng)器頂部428、室壁452和下部電 極408限定受限制的等離子體容積440。由氣體源410通過(guò)氣體入 口 443向該受限制的等離子體容積沖是供氣體，并且氣體由排氣泵420 從該受限制的等離子體容積排出。排氣泵420形成用于該等離子體12處理室的氣體出口。第一 RF源444與線圏404電連4妄。第二 RF 源448與下部電才及408電連沖妄。在這個(gè)實(shí)施方式中，第一和第二 RF源444、 448包4舌13.56MHz功率源。將RF功率源與這些電招_ 連"f妄的不同組合是可能的?？刂破?35可控制地與第一 RF源444、 第二 RF源448、排氣泵420和氣體源410相連4妻。在這個(gè)示例中， i亥處J里室是Versys 2300， 由Fremont California的Lam Research公 司建造。底部和頂部RF源均纟是供頻率為13.56MHz的功率信號(hào)。圖5A和5B說(shuō)明計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800，其適于實(shí)現(xiàn)用于本發(fā)明實(shí)施 方式的控制器435。圖5A示出該計(jì)算^L系統(tǒng)的一種可能的物理形 態(tài)。當(dāng)然，該計(jì)算才幾系統(tǒng)可具有i午多物理形態(tài)，乂人集成電^各、印刷 電路板和小的手持設(shè)備直到巨型超級(jí)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800包括 監(jiān)一見(jiàn)器802、顯示器804、才幾架806、石茲盤(pán)驅(qū)動(dòng)器808、 4建盤(pán)810和 鼠標(biāo)812?！菲澅P(pán)814是計(jì)算才幾可讀介質(zhì)，其用于傳遞H據(jù)到計(jì)算枳』 系統(tǒng)800和從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)800輸出數(shù)據(jù)。圖5B是計(jì)算才幾系統(tǒng)800的方框圖的示例。連4妄到該系統(tǒng)總線 820的是多個(gè)子系統(tǒng)。 一個(gè)或多個(gè)處理器822 (也稱為中央處理單 元或CPU)與存儲(chǔ)裝置連接，包括存儲(chǔ)器824。存儲(chǔ)器824包括隨 機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM )和只讀存儲(chǔ)器(ROM )。如本領(lǐng)域所公知的， ROM向CPU單向傳輸lt據(jù)和指令，而RAM通常用來(lái)以雙向方式 傳輸數(shù)據(jù)和指令。這兩種類型的存儲(chǔ)器可包括下面描述的任何適合 的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。固定式》茲盤(pán)826也雙向地與CPU822連接；其 才是供額外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力并且也包括下面描述的任何計(jì)算才幾可讀 介質(zhì)。固定式磁盤(pán)826可用來(lái)存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)等，并且通常是次級(jí) 存儲(chǔ)介質(zhì)(如硬盤(pán))，其比主存儲(chǔ)器儲(chǔ)慢?？梢岳斫獾氖窃谶m當(dāng)?shù)?情況下，保留在固定式》茲盤(pán)826中的信息可以如虛擬內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)方 式并入存儲(chǔ)器824。可移動(dòng)萬(wàn)茲盤(pán)814可以采用下面描述的任何計(jì)算 才幾可讀介質(zhì)的形式。CPU 822也與多個(gè)輸入/輸出裝置連^姿，如顯示器804、 4建盤(pán)810、 鼠標(biāo)812和揚(yáng)聲器830。通常，輸入/輸出設(shè)備可以是下面的任意一 種視頻顯示器、跟蹤球、鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、麥克風(fēng)、觸摸屏、轉(zhuǎn)換讀 卡器、石茲帶或紙帶讀耳又器、書(shū)寫(xiě)^1、手寫(xiě)筆、語(yǔ)音或手寫(xiě)識(shí)別器、 生物測(cè)定讀取器或其它計(jì)算才幾。CPU 822可選地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)4妾口 840 與另一臺(tái)計(jì)算機(jī)或電信網(wǎng)絡(luò)連接。利用這種網(wǎng)絡(luò)接口，能夠預(yù)期 CPU可在執(zhí)行上述方法步驟期間從網(wǎng)絡(luò)接收信息或者向網(wǎng)絡(luò)輸出 信息。此外，本發(fā)明的方法實(shí)施方式可獨(dú)自在CPU822上執(zhí)行或者 在如Internet的網(wǎng)絡(luò)上與共享該處理一部分的遠(yuǎn)程CPU —起4丸4亍。另外，本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)一步涉及計(jì)算才幾存儲(chǔ)產(chǎn)品，這些產(chǎn) 品具有計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其上具有計(jì)算機(jī)代碼以用于執(zhí)行多種計(jì)算 機(jī)實(shí)現(xiàn)的操作。該介質(zhì)和計(jì)算機(jī)代碼可以是那些為本發(fā)明的目的特 別設(shè)計(jì)和編制的，或者它們可以是公知的類型并且對(duì)于計(jì)算機(jī)軟件 領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是可以得到的。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的例子包括， ^旦不P艮于磁介質(zhì)，如石更盤(pán)、4欠盤(pán)和》茲帶；光學(xué)介質(zhì)，如CD-ROM 和全息裝置；磁光介質(zhì)，如光》茲軟盤(pán)；以及硬件設(shè)備，其特別地配 置為存儲(chǔ)和執(zhí)行程序代碼，如專用集成電路(ASIC),可編程邏輯 器件(PLD)和ROM以及RAM裝置。計(jì)算機(jī)代碼的例子包括如 由編譯器產(chǎn)生的機(jī)器代碼和包含高級(jí)代碼的文件，這些高級(jí)代碼可 由計(jì)算機(jī)使用解釋程序來(lái)執(zhí)行。計(jì)算—幾可讀介質(zhì)還可以是由計(jì)算^L 數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)代碼，這些信號(hào)體現(xiàn)在載波中并且表示一系 列可由處理器執(zhí)行的指令。從氣體源410向該等離子體容積區(qū)域提供由BCl3和惰性稀釋 劑、Cb和H2添加物組成的蝕刻氣體。惰性稀釋劑可以是任何惰性 氣體，如氖氣、氬氣或氙氣。更優(yōu)選地，惰性稀釋劑是氬氣。所以， 氣體源410可包括BC13源412、 Cl2源414、 H2源415和氬氣源416。 該控制器435可以控制多種氣體的流率。在該示例中，蝕刻氣體基本上是由BC13、 Cl2、 Ar、 CxHy和H2 組成。優(yōu)選地，總的氣體流量是5-1000sccm,其中Cl2與BCl3的體 積比是0-2:1， H2與BCl3的體積比是0.2-5:1，以及CxHy與BCb的 體積比為0-0.5:1 ，并且氬或其它惰性氣體的流量在0-500sccm之間。 帶有大約200%過(guò)蝕刻來(lái)進(jìn)4亍該蝕刻，并且在這之后多晶石圭的損失 大約為IOOA。高k材料的厚度大約是250A,所以200%的過(guò)蝕刻 等于500A的高k介電蝕刻?；诖?，高k對(duì)多晶石圭的蝕刻選沖奪性 大約估算為5。在該示例中，高k電介質(zhì)是Al203，其在多晶硅之上。氣體源 410向處理室提供包括BCl3、氬氣、Cl2和H2添加物的蝕刻劑氣體。 在蝕刻期間，晶片保持在20。-80。C溫度。盡管其它方法可要求高溫 (其要求加熱)以提供選擇性蝕刻，本發(fā)明可不加熱該晶片而執(zhí)行， 這就防止了對(duì)該晶片的熱損傷。另外，較低的溫度比那些要求加熱 晶片的方法產(chǎn)生的問(wèn)題較少。控制器435控制排氣泵448和氣體源 410以控制室壓力。在蝕刻期間，室壓力保持在2-20mTorr之間。DC偏置可應(yīng)用于下部電極。優(yōu)選地，DC偏置的絕對(duì)值在0-300 伏特之間。更優(yōu)選地，該DC偏置的絕對(duì)值小于50伏特。優(yōu)選地， 上部RF源通過(guò)線圈404向蝕刻室才是供200-1400瓦4爭(zhēng)(TCP )、頻率 大約為13.56MHz的功率。其結(jié)果是，提供的等離子體密度為 109-1011離子/cm3。惰性氣體添加物的作用是增加濺射，從而在該蝕刻期間不形成 剩余物。惰性氣體稀釋劑的另 一種作用是提高蝕刻率均一性。BCl3對(duì)Cl2的比率允許Cl2清除來(lái)自BCl3的沉積物，其阻止了錐形蝕刻中腳部(footer)的形成，并且沒(méi)有顯著地犧牲選4奪性。不希望受限于理"i侖，還確信，4吏用4^f氐的室壓力和高TCP導(dǎo)致BCl3和BCb+的高解離。進(jìn)一步確信，該更進(jìn)一步解離的物質(zhì)才是供需要的々蟲(chóng)刻。確信該H2添加物既增加了八1203蝕刻率又減少了多晶硅蝕刻 率。不受到理論的限制，確信該H2添加物促進(jìn)A1203解離成Al3+ 和02-以增加該高k電介質(zhì)的蝕刻率。另外，H2在該多晶石圭表面形 成4屯化以減少該多晶石圭的蝕刻率。利用該創(chuàng)新性的H2添加物的試驗(yàn)，已發(fā)現(xiàn)將A1203對(duì)多晶硅的 選擇性增加至大于3:1，更優(yōu)選地大于5:1。 一個(gè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的選擇性 為48.7:1。利用該創(chuàng)新性的H2添加物的試—驗(yàn)，已發(fā)現(xiàn)增加的蝕刻率在 50-200人/分鐘之間。更優(yōu)選地，該創(chuàng)新性的高常數(shù)層蝕刻能夠提供 在100-1000人/分鐘之間的蝕刻率。在一個(gè)試-驗(yàn)中，該高k電介質(zhì)的 蝕刻率達(dá)到696人/分鐘。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該H2添加物提供了八1203的7% 的增加以及選^H"生的50%的增加。如果VDC低，那么利用H2添加 物的選纟奪性增加是更加期;f寺的。本發(fā)明也意想不到地提供了良好的蝕刻均一性。本發(fā)明提供相 對(duì)于硅基材料對(duì)高k電介質(zhì)的選擇性蝕刻。優(yōu)選地，該硅基材料至 少是如晶體硅和多晶硅，以及氮化硅的至少一種娃。更優(yōu)選地，該 硅基材料是如在多晶硅上的晶體硅。發(fā)現(xiàn)硅氧化物具有低選擇性。 優(yōu)選地，該高k電介質(zhì)是二元金屬氧化物。盡管才艮據(jù)多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式描述本發(fā)明，但是存在落入本發(fā)明 的范圍之內(nèi)的替換，置換，修改和各種替代等同物。還應(yīng)當(dāng)注意到， 存在許多實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的備選方法。所以，所附的片又利要求應(yīng)當(dāng)解釋為包括落入本發(fā)明的主旨和范圍之內(nèi)的所有這些替 換、置換、修改和各種替代等同物。
權(quán)利要求
1. 一種用于相對(duì)于硅基材料選擇性蝕刻高k層的方法，包括將所述高k層設(shè)在蝕刻室中；將蝕刻劑氣體提供入所述蝕刻室，其中所述蝕刻劑氣體包括H2；以及由所述蝕刻劑氣體生成等離子體，以相對(duì)于所述硅基材料選擇性蝕刻所述高k層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述高k介電層是氧化物層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述蝕刻劑氣體 進(jìn)一步包4舌含由素組分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述蝕刻劑氣體 進(jìn)一步包括稀有氣體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蝕刻劑氣體進(jìn)一步包括 BCl3和惰性氣體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述蝕刻劑氣體具有在 0.2-5:1之間的H2與BCl3體積流量比。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5-6中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述蝕刻劑氣體 具有小于500 sccm的惰性氣體的體積流量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述蝕刻劑氣體進(jìn)一步包括Cl2。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述蝕刻劑氣體具有在 0-0.5:1之間的Cl2與BCl3的體積流量比。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蝕刻劑氣體進(jìn)一步包括 BCl3和Cl2。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述蝕刻劑氣體具有在 0.2-5:1之間的H2與BC13的體積流量比。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述蝕刻劑氣 體具有在0-0.5:1之間的Cl2與BCl3的體積流量比。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述硅基材料 是硅和氮化硅中的至少一種，以及其中所述高k層是Hf硅酸 鹽、Hf02、 Zr硅酸鹽、Zr02、 A1203、 La203、 SrTi03、 SrZr03、 Ti02和Y203中的至少 一種。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述硅基材料 形成層，進(jìn)一步包括在選纟奪性蝕刻所述高k層之后蝕刻所述硅 基材料層。
15. —種由權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的方法形成的半導(dǎo)體器件。
16. —種用于蝕刻在硅基層之上具有高k層的疊層的方法，包括將所述疊層設(shè)在蝕刻室內(nèi)；相對(duì)于所述硅基層選#^生蝕刻所述高k層，包括將高k層蝕刻劑氣體4是供入所述蝕刻室，其中所述高k 層蝕刻劑氣體包括H2;以及由所述高k層蝕刻劑氣體生成等離子體，以相對(duì)于所述硅基層選擇性蝕刻所述高k層；停止所述選擇性蝕刻所述高k層；以及 相對(duì)于所述高k層選擇性蝕刻所述硅基層。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述高k層蝕刻劑氣體進(jìn) 一步包括BCb和Cl2，以及其中所述,圭基層由硅基材料形成， 所述硅基材料包括硅和氮化硅的至少 一種。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述高k層蝕刻劑氣體具 有在0.2-5:1之間的Hb與BCl3的體積流量比，以及其中所述 硅基材料是硅。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述高k層蝕 刻劑氣體具有在0-0.5:1之間的Ck與BC13的體積流量比。
20. —種用于利用在硅基層之上的高k介電層形成閃存的裝置，包 括等離子體處理室，包括形成等離子體處理室腔的室壁；用于在所述等離子體處理室腔中支撐基片的基片支 撐件；用于調(diào)節(jié)所述等離子體處理室腔中壓力的壓力調(diào)節(jié)器；至少一個(gè)用于向所述等離子體處理室腔提供功率以 維持等離子體的電極；用于向所述等離子體處理室腔中提供氣體的氣體入 口； 以及用于從所述等離子體處理室腔排出氣體的氣體出口 ； 氣體源，其與所述氣體入口流動(dòng)連接，包括 H2氣體源； BCl3氣體源；以及 012氣體源；可控制地與所述氣體源和所述至少 一 個(gè)電才及連4妻的控制 器，包括至少一個(gè)處理器；以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括用于相對(duì)于所述石圭基層選擇性蝕刻所述高k層 的計(jì)算才幾可讀代碼，包括用于/人所述H2氣體源沖是供H2的計(jì)算才幾可讀代碼；用于從所述BCl3氣體源提供BCl3的計(jì)算機(jī) 可讀4氣碼；用于從所述Cl2氣體源提供Cl2的計(jì)算機(jī)可 讀4戈碼；以及用于由所述H2、 BCl3和Cl2生成等離子體以相對(duì)于所述石圭基層選4奪性蝕刻所述高k層的 計(jì)算4幾可讀代碼；用于停止相對(duì)于所述硅基層選擇性蝕刻所述高 k層的計(jì)算機(jī)可讀代碼；以及用于相對(duì)于所述高k層選4奪性蝕刻所述石圭基層 的計(jì)算才幾可讀代碼。
全文摘要
提供一種相對(duì)于硅基材料選擇性蝕刻高k層的方法。該高k層設(shè)在蝕刻室內(nèi)。將蝕刻劑氣體提供入該蝕刻室，其中該蝕刻劑氣體包括H₂。由該蝕刻劑氣體生成等離子體以相對(duì)于硅基材料選擇性蝕刻高k層。
文檔編號(hào)H01L21/311GK101263585SQ200680033073
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2006年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者劉身健, 安東尼·陳, 琳達(dá)·鳳鳴·李 申請(qǐng)人:朗姆研究公司