專利名稱：用于含硅薄膜的平滑SiConi蝕刻法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明關干與用于薄膜及涂層的沉積、圖案化及處理中的設備、エ藝及材料有關的制造技術解決方法，代表性示例包括(但不限干)與半導體材料與器件、介電材料與器件、娃基(silicon-based)晶圓與平板顯示器(例如TFTs)有關的應用。
背景技術：
集成電路可通過在基板表面上制造復雜圖案化材料層的エ藝而得以形成。在基板上制作圖案化材料需要一些用于移除暴露的材料的受控方法。化學蝕刻用于各種目的，包含將光阻中的圖案轉(zhuǎn)移至下方層中、薄化多個層、或是薄化已存在于基板上的特征結構(feature)的側向尺寸。常常需要有一種蝕刻某一材料快于其他材料的蝕刻エ藝，以例如協(xié)助進行圖案轉(zhuǎn)移エ藝。這樣的蝕刻エ藝可說對于第一材料是具有選擇性的。由于材料、電路與エ藝的多祥性，因此蝕刻エ藝已發(fā)展出可對多種材料具有選擇性。 SiConi 蝕刻是一種遠端等離子體輔助的干式蝕刻エ藝，該エ藝包含讓基板同時暴露于氫氣、三氟化氮與氨氣等離子體副產(chǎn)物下。氫與氟物種的遠端等離子體激發(fā)允許無等離子體破壞的基板處理。SiConi 蝕刻對于氧化硅層大部分為共形的且具有選擇性的，但是不論硅是非晶硅、結晶硅或多晶硅，都不會輕易地蝕刻硅。選擇性對于諸如淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)與層間介電層(inter-layer dielectric, ILD)凹槽形成之類的應用提供了優(yōu)點。在基板材料被移除吋，SiConi エ藝所產(chǎn)生的固態(tài)副產(chǎn)物會生長在基板表面上。固態(tài)副產(chǎn)物隨后會在提高基板溫度時通過升華而被移除。然而，當技術縮小至32nm及以下的溝槽寬度時，在與最小溝槽尺寸比較下，這些固態(tài)副產(chǎn)物的尺寸變成不可忽略。固態(tài)副產(chǎn)物的可觀尺寸可能會對ILD凹槽表面粗糙度以及溝槽到溝槽間氧化硅界面的高度變異性構成挑戰(zhàn)。在SiConi 蝕刻エ藝中需要可降低表面粗糙度及高度變異性的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述ー種蝕刻含硅材料的方法，該方法包含相較于先前技術具有較大或較小的氫氟流速比的SiConi 蝕刻。已發(fā)現(xiàn)以此方式改變流速可降低蝕刻后表面的粗糙度，以及降低稠密圖案化區(qū)域與稀疏圖案化區(qū)域的蝕刻速率差異。其他降低蝕刻后表面粗糙度的手段包含脈沖化前體的流動和/或等離子體功率、維持相對高的基板溫度與在多個步驟中執(zhí)行SiConi 。上述每個方法可単獨或合并使用，用于通過限制固態(tài)殘留物晶粒大小來降低蝕刻表面的粗糙度。依據(jù)ー實施例,ー種在基板處理室的基板處理區(qū)中蝕刻基板表面上的含娃層的方法，該方法遺留下相對平滑的蝕刻后表面，該方法包含將含氟前體與含氫前體流入第一遠端等離子體區(qū)，并同時在第一等離子體區(qū)中形成等離子體以產(chǎn)生等離子體流出物，而第一遠端等離子體區(qū)流體地耦合至基板處理區(qū)。含氟前體的流速與含氫前體的流速所導致的氫-氟原子流速比是小于I :1或大于5 :1。該方法更包含通過使等離子體流出物流入基板處理區(qū)來蝕刻含硅層，并同時形成固態(tài)副產(chǎn)物于該基板表面上；以及，通過使基板的溫度升高至高于該固態(tài)副產(chǎn)物的升華溫度來升華固態(tài)副產(chǎn)物，并遺留下相對平滑的蝕刻后表面。依據(jù)另ー實施例,ー種在基板處理室的基板處理區(qū)中蝕刻基板表面上的含娃層的方法，該方法降低稠密圖案化區(qū)域與稀疏圖案化區(qū)域的蝕刻速率差異，該方法包含將含氟前體與含氫前體流入第一遠端等離子體區(qū)，并同時在第一等離子體區(qū)中形成等離子體以產(chǎn)生等離子體流出物，而第一遠端等離子體區(qū)流體地耦合至基板處理區(qū)。含氟前體的流速與含氫前體的流速所導致的氫-氟原子流速比是小于I :1或大于5 :1。此方法更包含通過使等離子體流出物流入基板處理區(qū)來蝕刻位于稠密圖案化區(qū)域與稀疏圖案化區(qū)域的含硅層，并同時形成固態(tài)副產(chǎn)物干基板表面上；以及通過使基板溫度升高至高于固態(tài)副產(chǎn)物的升華溫度來升華固態(tài)副產(chǎn)物。依據(jù)又ー實施例，ー種在基板處理室的基板處理區(qū)中蝕刻基板表面上的含硅層的方法，該方法包含將含氟前體與含氫前體流入第一遠端等離子體區(qū)，并同時在第一等離子體區(qū)形成等離子體以產(chǎn)生等離子體流出物，而第一遠端等離子體區(qū)流體地耦合至基板處理區(qū)。至少ー種前體的流動包含流脈沖。此方法更包含通過使等離子體流出物流入基板處 理區(qū)來蝕刻含硅層，并同時形成固態(tài)副產(chǎn)物于該基板表面上；以及，通過使基板溫度升高至高于固態(tài)副產(chǎn)物的升華溫度來升華固態(tài)副產(chǎn)物。依據(jù)又ー實施例，ー種在基板處理室的基板處理區(qū)中蝕刻基板表面上的含硅層的方法，該方法包含將含氟前體與含氫前體流入第一遠端等離子體區(qū)，并同時在第一等離子體區(qū)中形成一系列等離子體脈沖以產(chǎn)生等離子體流出物，而第一遠端等離子體區(qū)流體地耦合至該基板處理區(qū)；通過使等離子體流出物流入基板處理區(qū)來蝕刻含硅層，并同時形成固態(tài)副產(chǎn)物于該基板表面上；以及，通過使基板溫度升高至高于固態(tài)副產(chǎn)物的升華溫度來升華固態(tài)副產(chǎn)物。在說明書中，下文會部分提出其他實施例及特征，對于本領域的技術人員來說，在查閱說明書之后，部分內(nèi)容將是十分明顯的，或是實施已揭露的實施例之后，而可習得。通過說明書描述的手段、結合與方法，可實現(xiàn)與達到所揭露實施例的特征與優(yōu)點。


通過參照本說明書的其余部分與附圖，可實現(xiàn)對所揭露實施例的基本性質(zhì)與優(yōu)點的進ー步了解。圖I是依照所揭露實施例的含硅材料蝕刻エ藝的流程圖。圖2是指示依照所揭露實施例的SiConi 蝕刻エ藝的氫氟流速比與表面粗糙度及蝕刻速率的關系的曲線圖。圖3A-3B表示在標準SiConi 與所揭露實施例的平滑SiConi 之后的圖案化表面。圖4是依照所揭露實施例的含硅材料蝕刻エ藝的流程圖。圖5A-5B表示在標準SiConi 與所揭露實施例的平滑SiConi 之后的圖案化表面。圖6是依照所揭露實施例的用于執(zhí)行蝕刻エ藝的處理室的剖面視圖。圖7是依照所揭露實施例的用于執(zhí)行蝕刻エ藝的處理系統(tǒng)。
在附圖中，相似的部件和/或特征可具有相同的元件符號。再者，相同類型的各種部件的區(qū)別可以通過在元件符號后方加注虛線及第ニ符號來區(qū)別相似的部件。若在說明書中僅使用第一元件符號，則說明可適用于具有相同第一元件符號的相似部件的任一者，而不論第二元件符號。
具體實施例方式本發(fā)明描述ー種蝕刻含硅材料的方法，該方法包含相較于先前技術具有較大或較小的氫氟流速比(flow ratio)的SiConi 蝕刻エ藝。已發(fā)現(xiàn)以此方式改變流速比可降低蝕刻后(post-etch)的表面粗糙度，以及降低稠密圖案化區(qū)域與稀疏圖案化區(qū)域的蝕刻速率差異。其他降低蝕刻后的表面粗糙度的手段包含對前體的流動和/或等離子體功率進行脈沖化、維持相對高的基板溫度、與在多個步驟中執(zhí)行SiConi 。上述每個方法可単獨或合并使用，用于通過限制固態(tài)殘留物晶粒大小來降低蝕刻表面的粗糙度。SiConi 蝕刻エ藝已經(jīng)使用氨(ammonia, NH3)作為氫的來源，并使用三氟化氮(nitrogen trifluoride, NF3)作為氟的來源，兩者一起流經(jīng)遠端等離子體系統(tǒng)(remote plasma system, RPS)且進入反應區(qū)。過去，SiConi 蝕刻エ藝已被最佳化來有效地使用供應的氟與氫。使氨的流速為三氟化氮的兩倍(更一般譯為氫氟原子流速比為約2:1)，此已被用于產(chǎn)生高蝕刻速率。已發(fā)現(xiàn)改變流速中的一者或兩者使氫(at.%)流速與氟(at.%)流速之比大于或小于2 :1，可降低所蝕刻的含硅表面的粗糙度。在不同實施例中，氫氟原子流速比可為小于I :1、小于I :2、小于I :4、大于5 :1、大于10 1與大于20 :1。在不讓權利要求范圍受限于假設エ藝機制的情況下，將流速比改變?yōu)椤皻淙狈顟B(tài)(hydrogen-starved regime) ” 或“氟缺乏狀態(tài)(fluorine-starved regime) ”，此被認為可以提高可生長的固態(tài)殘留物成核位置的密度。較大量的成核位置可導致蝕刻步驟完成時固態(tài)殘留物的平均晶粒尺寸變小。較小的晶粒尺寸也可減少蝕刻エ藝的屏蔽效應(screening)與其他晶粒尺寸效應,從而導致跨越含娃層的蝕刻速率在空間上的變化減少。為使更佳了解本發(fā)明，現(xiàn)請參考圖1，圖I是根據(jù)所揭露實施例的氟缺乏SiConi 蝕刻エ藝的流程圖。エ藝是從傳送基板至處理室(步驟110)開始。氧化硅層位于基板表面上。氨與三氟化氮的流動開始進入與處理區(qū)分開的等離子體區(qū)(步驟115與120)。分開的等離子體區(qū)在此可稱為遠端等離子體區(qū)，并且可能為與處理室不同的模塊或是位于處理室中的隔室?？刂瓢迸c三氟化氮的流動，使氫氟原子流速比維持在約10:1(步驟122)。來自遠端等離子體的遠端等離子體流出物或產(chǎn)物流入處理區(qū)，并允許遠端等離子體流出物或產(chǎn)物與基板表面反應(步驟125)。蝕刻氧化硅層(步驟130)，接著停止氣體流(步驟135)。加熱基板以升華蝕刻エ藝所遺留下的固態(tài)副產(chǎn)物(步驟140)，再從處理區(qū)中移出基板(步驟 145)。圖2顯示在各種氫氟原子流速比下的SiConi 蝕刻期間的蝕刻速率與經(jīng)過升華后的表面粗糙度。氫氟流速比接近2 :1時，表面粗糙度具有最大值，并且在氫缺乏狀態(tài)(峰的左方)及氟缺乏狀態(tài)(峰的右方)時表面粗糙度降低。蝕刻速率對流速比的依賴較小，這使流速比可做為控制表面粗糙度的有用參數(shù)。當氫氟流速比較圖中所示者更為增加時，氟濃度下降以致于蝕刻速率驟降。當處于低氫氟流速比吋，由于還持續(xù)供給氟，故蝕刻仍可繼續(xù)進行。表面粗糙度測量使用在輕敲模式(tapping mode)下操作的原子力顯微術(atomicforce microscopy, AFM)進行。AFM測量在尺寸I μ mX I μ m的方型圖案上進行,而圖2所示的表面粗糙度測量根據(jù)所有測量點的rms (均方根)計算來確定。圖3顯示在標準SiConi (圖3A)與依照所揭露實施例的平滑SiConi (smoothSiConi )(圖3B)之后的粗糙度。在圖3A中，可清楚見到沿著氧化硅填充溝槽的紋路(表面粗糙度)。為了形成圖3B所示的圖案化的表面，實施平滑SiConi ，其中氨流速為350sCCm，三氟化氮流速為35sccm。此代表圖2右側的氟缺乏狀態(tài)。在圖3B中難以分辨出沿著氧化硅填充溝槽的紋路。圖中缺乏紋路反映出缺乏表面粗糙度，這是因為在升華之前，蝕刻時所產(chǎn)生固態(tài)殘留物的晶粒尺寸較小所致。圖3A與3B表示在固態(tài)殘留物升華后的表面。在圖3A與3B的各圖中，圖案化基板溫度在蝕刻操作時為30°C，在升華固態(tài)殘留物時則升至100。。。利用相同的原理機制，脈沖化所施加的等離子體功率或是脈沖化前體中的一者或兩者的流動，也可導致較平滑的蝕刻后表面。在不讓權利要求范圍受限于任何特殊操作理·論下，發(fā)明人認為這樣的脈沖化也能產(chǎn)生較高密度的固態(tài)副產(chǎn)物成核位置。圖4顯示脈沖化的等離子體エ藝。エ藝的開始步驟類似于圖I的エ藝，為傳送基板至處理室(步驟410)。氧化硅層位于基板表面上。氨與三氟化氮的流動開始進入與處理區(qū)分開的等離子體區(qū)(步驟415與420)。此時，等離子體功率以約0. IHz-約I. OHz的重復頻率被脈沖化(步驟422)。遠端等離子體流出物流入處理區(qū)，并在此處與基板表面反應(步驟425)。蝕刻氧化硅層(步驟430)，接著停止氣體與遠端等離子體流出物流入處理區(qū)(步驟435)。加熱基板以升華蝕刻エ藝所遺留下的固態(tài)副產(chǎn)物(步驟440)，再從處理區(qū)中移出基板(步驟445)。SiConi 蝕刻可在多個步驟中進行，這也能用以降低蝕刻后的表面的粗糙度。移除薄膜總厚度的エ藝可在兩個分離的步驟中進行，每個步驟包含可移除30-80%薄膜總厚度的簡短SiConi エ藝。每個步驟包含一次蝕刻與一次退火以升華固態(tài)殘留物。在重復的SiConi エ藝期間，在蝕刻時可將基板維持在相對高的基板溫度，以使提高較少的溫度就可以升華固態(tài)殘留物。減少升華時所需的熱差異可縮短退火步驟、縮短整體エ藝及允許相對高的凈處理量。移除薄膜總厚度的エ藝也可在兩個以上的步驟中進行。舉例來說，可使用三個、四個或五個步驟來移除薄膜總厚度，每個步驟分別移除薄膜總厚度的20%-40%、15%-35%或10%-20%。在不同實施例中，退火步驟時間可少于約30秒、少于約20秒、少于約10秒或少于約5秒。重復的SiConi エ藝可以結合任一在此提及的其他技木，以得進一歩平滑蝕亥IJ后的表面。在不同實施例中，每ー步驟可移除的厚度為小于或約200A、小于或約150A、小于或約100A、小于或約75A、小于或約50A或小于或約25A圖5A-5B顯示在標準SiConi11"エ藝(圖5A)與依照所揭露實施例在多個步驟中進行的平滑SiConi エ藝(圖5B)之后的圖案化表面。在圖5A中可清楚見到在氧化硅填充溝槽中的氧化硅界面的高度變異性。這種類型的變異特別發(fā)生在較窄溝槽上，機制類似于造成第3A圖所示之粗糙度的機制。為了形成圖5B所示的圖案化表面，在多個步驟中執(zhí)行平滑SiConi エ藝，每個步驟的材料移除量少于單ー步驟(造成圖5A中所示的變異性)的材料移除量。在圖5B中，難以分辨出氧化硅界面的高度變異性。因為在升華之前，蝕刻時所產(chǎn)生固態(tài)殘留物的晶粒尺寸較小，所以在圖中缺乏高度變異性。固態(tài)殘留物晶粒的尺寸已被減少至基本上小于溝槽寬度。圖5A-5B兩者顯示在固態(tài)殘留物升華以及ー些附加處理(包含沉積)之后的表面。在圖5A與5B中，圖案化的基板的溫度在蝕刻操作過程中為30°C，在升華固態(tài)殘留物時則升至100°C。在此所展現(xiàn)的技術已經(jīng)顯示可降低表面粗糙度及溝槽中的氧化硅的高度變異性。這些問題的主要原因之ー是蝕刻劑與介電薄膜反應所形成的晶體(即固態(tài)副產(chǎn)物)。與高級節(jié)點(advanced node)的溝槽尺寸相當?shù)木w尺寸，結合不同晶體定向、成核位置分布及濃度，會造成上述問題。在此顯示的技術通過連續(xù)進行多次蝕刻反應來解決這些問題，從而限制晶體成長而有較佳的局部均一性控制。連續(xù)應用SiConi 蝕刻，以及在氫缺乏狀態(tài)或氟缺乏狀態(tài)下操作，會導致形成不同的蝕刻劑，并造成形成不同大小及多孔性的晶體。通過改變上述SiConi 蝕刻，可形成較稠密且局部更均一的晶體層，從而能夠在多個溝槽之間以及單一溝槽凹口內(nèi)實現(xiàn)較均一的蝕刻速率。上述方法也還有其他用途。在具有ー些較稠密圖案化區(qū)域與一些較稀疏圖案化區(qū)域的圖案化基板上進行傳統(tǒng)SiConi 時，兩個區(qū)域之間可能表現(xiàn)出不同的蝕刻速率。在此討論的平滑SiConi エ藝可使蝕刻速率差異降低，且增進SiConi 蝕刻對于具有開放及稠 密氧化硅區(qū)域的圖案化晶圓的實用性。因為類似于先前示例中的使蝕刻后表面平滑化的機制，所以可呈現(xiàn)此效應。由于成核位置之間的平均間隔可能變得遠小于較小的含硅區(qū)塊(patch)的橫向尺寸，所以較小的固態(tài)殘留物晶粒的較高分布密度可使較小的介電層區(qū)塊(存在于稠密圖案化區(qū)域)顯露出較類似于開放區(qū)域。此最終結果使稠密圖案化區(qū)域與稀疏圖案化區(qū)域的蝕刻速率差異減少。平滑SiConi 蝕刻的附加工藝參數(shù)將在描述的例示處理系統(tǒng)的過程中揭露。例示處理系統(tǒng)圖6為顯示可實施本發(fā)明實施例的例示處理室600的部分剖面視圖。一般來說，含氫前體與含氟前體可經(jīng)過ー個或多個孔洞651引入至遠端等離子體區(qū)661-663，并由等離子體電源646激發(fā)。在一實施例中，處理室600包含腔室主體612、蓋組件602及支撐組件610。蓋組件602設置于腔室主體612的上方端，而至少有一部分的支撐組件610設置于腔室主體612內(nèi)。處理室600與相關聯(lián)的硬體較佳由一種或多種與エ藝相容的材料所制成(例如鋁、不鎊鋼等)。腔室主體612包含形成于該腔室主體的側壁中的狹縫閥開ロ 660，用以進入到處理室600的內(nèi)部。狹縫閥開ロ 660可選擇性地開啟及關閉，以允許晶圓操作機器手(未示出)進入腔室主體612內(nèi)部。在一實施例中，晶圓可經(jīng)由狹縫閥開ロ 660來傳送進出處理室600至鄰近的傳送室和/或加載鎖定室，或群集式工具內(nèi)的其他室。可包含處理室600的ー種例示群集式工具如圖7所示。
在一個或多個實施例中，腔室主體612包含腔室主體通道613，供傳熱流體流經(jīng)腔室主體612。此傳熱流體可為加熱流體或是冷卻劑，而可在處理及基板傳送過程中，用以控制腔室主體612的溫度。加熱腔室主體612可幫助避免不必要的氣體或副產(chǎn)物凝結于腔室壁上。例示性的傳熱流體包含水、こニ醇或前述傳熱流體的混合物。例示性的傳熱流體亦可包含氮氣。支撐組件610可具有支撐組件通道604，供傳熱流體流經(jīng)支撐組件610，進而影響基板溫度。腔室主體612更可包含圍繞支撐組件610的襯墊633。襯墊633較佳為可以移除的，以進行維修及清潔。襯墊633可為金屬(例如鋁)或是陶瓷材料制成。然而，襯墊633可為任何與エ藝相容的材料。襯墊633可以是噴砂處理的(bead blasted)，以增加沉積在該襯墊上的任何材料的附著性，進而避免材料剝落而污染處理室600。在一個或多個實施例中，襯墊633包含一個或多個孔洞635與形成在襯墊中的抽氣通道629，該抽氣通道629與真空系統(tǒng)流體連通?？锥?35提供氣體進入抽氣通道629的流動路徑，讓處理室600內(nèi)的氣體得以排出。真空系統(tǒng)可包含真空泵625與節(jié)流閥627，以調(diào)節(jié)通過處理室600的氣體流動。真空泵625耦接至設置于腔室主體612上的真空端ロ 631，因而與襯墊633內(nèi)形成的抽氣通道629流體連通。術語“氣體”與“多種氣體”是可替換的，除非特別注解，否則指的是ー種或多種的反應物、催化劑、載體、沖洗物、清潔物及反應物、催化劑、載體、沖洗物、清潔物的結合物，以及任何其他引入腔室主體612的流體。術語“前體”用以指的是參與反應以自表面上移除或沉積材料的任何エ藝氣體?？锥?35允許抽氣通道629與腔室主體612內(nèi)的處理區(qū)640流體連通。處理區(qū)640由蓋組件602的下表面與支撐組件610的上表面所界定，并由襯墊633所包圍。孔洞635可為均一尺寸，并且圍繞著襯墊633而均勻間隔設置。然而，可以使用任何數(shù)量、位置、尺寸或形狀的孔洞，且每ー個設計參數(shù)可取決于跨越基板承接表面的期望氣體流動模式而改變，以下將會更詳細地討論。另外，孔洞635的尺寸、數(shù)量及位置被配置以達到離開處理室600的均一氣體流動。進ー步地，孔洞的尺寸及位置可被配置以提供快速或高容量的抽吸，以促進氣體快速從處理室600中排出。舉例來說，靠近真空端ロ 631處的孔洞635的數(shù)量及尺寸小于遠離真空端ロ 631的孔洞635的尺寸。氣體供應板(未標示)典型地用于通過一個或多個孔洞651來提供エ藝氣體至處理室600。所使用的特定氣體取決于處理室600內(nèi)欲進行的エ藝(或多個エ藝)。例示氣體可包含但不限于為ー種或多種前體、還原劑、催化劑、載體、沖洗物、清潔物或前體、還原劑、催化劑、載體、沖洗物、清潔物的任何混合物或組合物。典型地,導引至處理室600的ー種或多種氣體經(jīng)過頂板650中的孔洞651而流入等離子體容積(plasma volume)661中。或者或結合，處理氣體也可直接經(jīng)由孔洞652來進入處理區(qū)640?？锥?52繞過遠端等離子體激發(fā)區(qū)，并且利于包含不需等離子體激發(fā)的氣體的エ藝，或是無受益于氣體的額外激發(fā)的エ藝。電子操作閥和/或流量控制構件(未示出)可用來控制自氣體供應器進入處理室600的氣體流動。取決于エ藝，可傳送任何數(shù)量的氣體至處理室600，且任何數(shù)量的氣體可在處理室600內(nèi)混合或在傳送至處理室600之前混合。蓋組件602可進ー步包含電極645，以在蓋組件602內(nèi)產(chǎn)生反應性物種的等離子體。在一實施例中，由頂板650支撐的電極645通過插入以氧化鋁或任何其他與エ藝相容的絕緣材料制成的電性隔離環(huán)647而與頂板650電性隔離。在一個或多個實施例中，電極 645耦接至電源646，而蓋組件602的其余部分為接地。因此，在電極645與環(huán)狀安裝凸緣622之間，由容積661、662和/或663組成的遠端等離子體區(qū)中可產(chǎn)生ー種或多種的エ藝氣體的等離子體。在多個實施例中，環(huán)狀安裝凸緣622包含或支撐氣體傳送板620。舉例來說，在電極645與阻擋組件630的一個或ニ個阻擋板之間可起始與維持等離子體。或者，在沒有阻擋組件630時,在電極645與氣體傳送板620之間可撞擊并容納等離子體。在任一實施例中，等離子體會被良好地局限或包含在蓋組件602內(nèi)。因此，由于活性等離子體(active plasma)沒有直接接觸位于腔室主體612內(nèi)的基板，所以此等離子體為“遠端等離子體”。因此，由于等離子體與基板表面為分開的，所以可避免基板被等離子體破壞。多種的電源646能夠用來激活含氫前體(例如氨)與含氮前體(三氟化氮)。舉例來說，可以使用以射頻(RF)、直流電(DC)或微波(MW)為基礎的放電技術。也可使用基于熱能的技術、氣體解離技術、高強度光源(如UV光)或暴露在X光源中來進行激活?；蛘?，可使用遠端激活源(如遠端等離子體發(fā)生器)以產(chǎn)生接著要傳送進入處理室600的反應性物種的等離子體。例示的遠端等離子體發(fā)生器可購自例如MKS儀器公司(MKSInstruments, Inc)與先進能源エ業(yè)公司(Advanced Energy Industries, Inc)的販售商。在例示處理系統(tǒng)中，RF電源與電極645連接。較高功率的微波電源646在反應性氧也將利用電源646來制造的情況下是有利的。 エ藝腔室主體612與基板的溫度可通過使傳熱介質(zhì)分別流經(jīng)腔室主體通道613與支撐組件通道604來控制。形成干支撐組件610內(nèi)的支撐組件通道604可促進熱能傳送。腔室主體612與支撐組件610可獨立冷卻或加熱。舉例來說，加熱流體可流經(jīng)ー者，而冷卻流體可流經(jīng)另ー者。還有其他方法可用于控制基板溫度。可通過用電阻加熱器加熱支撐組件610 (或支撐組件的一部分，例如底座)來加熱基板，或通過ー些其他方法來加熱。在另ー配置中，氣體傳送板620可保持在高于基板的溫度，而基板可被升高以提高基板溫度。在此情況下，基板是被輻射加熱，或通過使用氣體將熱能自氣體傳送板620傳導至基板?；蹇赏ㄟ^提高支撐組件610或使用升降銷來升高。在不同實施例中，在此描述的蝕刻エ藝期間，腔室主體612可保持在50°C _ 80V之間、55°C _75°C之間或60°C _ 70°C之間的大致溫度范圍內(nèi)。在不同實施例中，在暴露于等離子體流出物和/或氧化劑時，基板可保持在低于約100°C、低于約65°C、約15°C - 50°C之間或約22°C _40°C之間?；逶谖g刻過程中也可保持在升高溫度下，以進ー步減小固態(tài)副產(chǎn)物的晶粒尺寸。在SiConi 蝕刻期間，在不同實施例中，基板可保持在約40°C _90°C之間、約50°C -85°C之間或約60°C -80°C之間。等離子體流出物包含多種分子、分子片段與離子化物種。現(xiàn)在的SiConi 蝕刻的使人感興趣的理論機制可能完全正確或可能不是完全正確，但此述之包含NH4F與NH4F. HF的等離子體流出物被認為會輕易地與低溫基板反應。等離子體流出物可與氧化硅表面反應，以形成(NH4)2SiF6、氨與水產(chǎn)物。此述的處理條件下的氨與水為蒸氣，并可通過真空泵625自處理區(qū)640中移除。在基板表面上留下薄而不連續(xù)的(NH4)2SiF6固態(tài)副產(chǎn)物層。在暴露于等離子體流出物及固態(tài)副產(chǎn)物的相關聯(lián)的堆積之后，可加熱基板來移除副產(chǎn)物。在多個實施例中，可通過在氣體傳送板620內(nèi)或附近并入加熱元件670來加熱氣體傳送板620?？赏ㄟ^減少基板與加熱的氣體傳送板間的距離來加熱基板。在不同實施例中，氣體傳送板620可被加熱至約100°C - 150°C之間、約110°C - 140°C之間或約120°C -130°C之間。在不同實施例中，通過減少基板與被加熱氣體傳送板間的距離，基板可被加熱至大于約75°C、大于約90°C、大于約100°C或在約115°C - 150°C之間。自氣體傳送板620傳至基板的輻射熱能，應足夠使基板上的固態(tài)(NH4)2SiF6解離或升華為可揮發(fā)的SiF4、NH3與HF產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可被抽吸離開處理區(qū)640。在不同實施例中，在缺乏氫的蝕刻エ藝過程中，三氟化氮(或其他含氟前體)可流至遠端等離子體容積661,流速可在約25sccm -約200sccm之間、約50sccm -約150sccm之間或約75sccm-約125sccm之間。在不同實施例中，氨(或一般而言含氫前體)可流至遠端等離子體容積661,流速可低于或約200sccm、低于或約150sccm、低于或約IOOsccmdS于或約75sccm、低于或約50sccm、或低于或約25sccm。在不同實施例中，在缺乏氟的蝕刻エ藝過程中，氨(或一般而言含氫前體)可流至遠端等離子體容積661,流速可在約50sccm -約300sccm之間、約75sccm -約250sccm之間、約IOOsccm-約200sccm之間、或約120sccm -約170sccm之間。在不同實施例中，三氟化氮(或一般而言含氟前體)可流至遠端等離子體容積661，流速可低于或約lOOsccm、低于或約75sccm、低于或約50sccm、低于或約25sccm、或低于或約15sccm。進入遠端等離子體區(qū)的含氫與含氟前體的結合流速估計可為總氣體混合物體積的O. 05%-約20%,剩余部分則為載氣。在一實施例中，沖洗氣體或載氣在那些反應性氣體之前首先開始進入遠端等離子體區(qū)，用以穩(wěn)定遠端等離子體區(qū)內(nèi)的壓カ。 通過相對于蓋組件602的其余部分而對電極645施加等離子體功率，以在容積661,662和/或663內(nèi)產(chǎn)生等離子體流出物。等離子體功率可為不同頻率或多個頻率的組合。在例示處理系統(tǒng)中，等離子體通過傳送至電極645的RF功率來提供。在不同實施例中，RF功率可為約IW-約1000W之間、約5W-約600W之間、約IOW-約300W之間或約20W-約100W之間。在不同實施例中，在例示處理系統(tǒng)中所施加的RF頻率可少于約200kHz、少于約150kHz，少于約120kHz或在約50KHz -約90kHz之間。在臭氧、氧氣、載氣和/或等離子體流出物流入處理區(qū)640的期間，處理區(qū)640可保持在不同的壓カ下。在不同實施例中，此壓カ可維持在約500mTorr -約30Torr之間，約ITorr -約IOTorr之間、或約3Torr -約6Torr之間。也可在處理區(qū)640內(nèi)使用較低的壓力。在不同實施例中，此壓カ可維持在低于或約500mTorr、低于或約250mTorr、低于或約lOOmTorr、低于或約50mTorr、或低于或約20mTor;r。在一個或多個實施例中，處理室600可整合到各種多處理平臺，包含可從應用材料公司(Applied Materials, Inc,位于加州圣克拉拉市)購得的Producer GT、Centura AP與Endura 平臺。這樣的處理平臺能夠在不破壞真空的狀態(tài)下執(zhí)行數(shù)個處理操作。圖7為例示性多處理室處理系統(tǒng)700的俯視示意圖。系統(tǒng)700可包含ー個或多個加載鎖定室702、704，用以傳送基板進出系統(tǒng)700。因系統(tǒng)700處于真空的下，加載鎖定室702、704可典型地將導引進入系統(tǒng)700的基板進行“抽真空(pump down)”。第一機器手710可在加載鎖定室702、704與第一組的ー個或多個基板處理室712、714、716、718(圖示為四個)之間傳送基板。每ー個處理室712、714、716、718可配置以執(zhí)行數(shù)種基板處理操作，包含在此描述的干式蝕刻エ藝，除此之外，還有循環(huán)層沉積(cyclical layerdeposition, CLD)、原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)、化學氣相沉積(chemicalvapor deposition, CVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)、蝕刻、預清潔(pre-clean)、除氣(degas)、定向(orientation)與其他基板エ藝。第一機器手710也可傳送基板至一個或多個傳送室722、724，并將基板由該一個或多個傳送室722、724傳送出。傳送室722、724可用于保持超高真空狀態(tài)，并同時允許基板在系統(tǒng)700內(nèi)傳送。第二機器手730可在傳送室722、724與第二組的ー個或多個處理室732、734、736、738之間傳送基板。基板處理室732、734、736、738類似于基板處理室712、714、716、718，可配置以執(zhí)行多種基板處理操作，包含在此描述的干式蝕刻エ藝，除此之外，例如有循環(huán)層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕亥IJ、預清潔，除氣與定向。如果對于要在系統(tǒng)700中執(zhí)行的特定エ藝來說不是必需的，則可從系統(tǒng)移除任一基板處理室712、714、716、718、732、734、736、738。臭氧發(fā)生器751可設置于無塵室外，由供應管線自臭氧發(fā)生器751攜帯エ藝氣體至用于進行此處所述氧化-SiConi エ藝的處理室734中。遠端等離子體系統(tǒng)(RPS) 753可設置于SiConi 處理室734的遠端或與SiConi 處理室734整合在一起(如圖所示)?；蛘撸h端等離子體系統(tǒng)753與處理室734是分開的，但是非?？拷?，或甚至物理性地附接至處理室734。在遠端等離子體系統(tǒng)753內(nèi)激發(fā)的反應性氧可更直接地(例如經(jīng)由孔洞752)引入處理區(qū)740，而其他來自氣體處理系統(tǒng)755的エ藝氣體則由孔洞651引入，并由位于エ藝容積661、662和/或663內(nèi)的遠端等離子體激發(fā)。系統(tǒng)控制器757可用來控制馬達、閥、流量控制器、電源與其他執(zhí)行在此敘述的エ藝配方所需的功能。系統(tǒng)控制器757可依靠光學傳感器的反饋來判定與調(diào)整可移動的機械組件的位置。機械組件可包含機器手、節(jié)流閥與基座(susc印tor)，并通過系統(tǒng)控制器757所控制的馬達來移動。 在例示實施例中，系統(tǒng)控制器757包含硬盤驅(qū)動器(存儲器)ヽUSB端ロ、軟盤驅(qū)動器及處理器。系統(tǒng)控制器757包含模擬與數(shù)字輸入/輸出板，接ロ板與步進馬達控制器板。由系統(tǒng)控制器757來控制包含處理室700的多腔室處理系統(tǒng)700的各個部位。系統(tǒng)控制器執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件，這些軟件以計算機程序的形式儲存在計算機可讀介質(zhì)中，例如硬盤、軟盤或閃存拇指驅(qū)動器。也可使用其他種類的存儲器。計算機程序包含指令集，以控制時序、氣體混合物、腔室壓力、腔室溫度、RF功率水平、基座位置及特定エ藝的其他參數(shù)。使用經(jīng)由控制器執(zhí)行的計算機程序產(chǎn)品，可在基板上進行蝕刻、沉積或以其他方式處理薄膜的エ藝，或是清潔腔室的エ藝。計算機程序代碼可用任何傳統(tǒng)計算機可讀的編程語目來撰寫，舉例來說，68000匯編語目、C、C++、帕斯卡程序語目(Pascal)、福傳程序語言(Fortran)或其他程序語言。適合的程序代碼可使用傳統(tǒng)的文本編輯器輸入至單一文件或多個文件中，再儲存或收錄在計算機可用介質(zhì)中，例如計算機的存儲器系統(tǒng)。假如輸入的代碼文本是高級語言，則代碼會先被編譯，所得編譯代碼會與預編譯的微軟視窗 程序庫例程(Microsoft \\ mdows library routines)的目標代碼鏈接。為了執(zhí)行鏈接的、編譯的目標代碼，系統(tǒng)使用者調(diào)用目標代碼，使得計算機系統(tǒng)將代碼載入存儲器中。然后CPU會讀取及執(zhí)行此代碼，來進行程序中所標識的任務。在使用者與控制器之間的界面可透過觸敏監(jiān)視器，也可包含鼠標及鍵盤。在ー實施例中，可使用兩個監(jiān)視器，ー個安裝在無塵室墻上，給操作員用，另ー個安裝在墻的后方，給服務技術人員用。此兩個監(jiān)視器可同時顯示相同的信息，在這種情況下在某一時間只有ー個被配置成接收輸入。操作員以手指或鼠標點選顯示屏幕上的指定區(qū)域來選擇特定的屏幕或功能。被觸控的區(qū)域會改變該區(qū)域的高亮顏色或顯示新的菜單或屏幕，用以確認操作員的選擇。在此使用的“基板”可以是具有或不具有在該基板上形成的層的支撐基板。支撐基板可為絕緣體或具有多種摻雜濃度及分布的半導體，舉例來說，支撐基板可以是用于制造集成電路的半導體基板類型。處于“激發(fā)態(tài)”的氣體描述的是ー種氣體，該氣體中至少有部分氣體分子在振動激發(fā)態(tài)、解離態(tài)和/或離子化態(tài)。氣體可為兩種或多種氣體的組合物。使用的術語“溝槽”自始至終不涉及被蝕刻的幾何形狀具有很大的水平深寬比(aspectratio) 0由表面上方觀看，可見到溝槽為圓形、橢圓形、多邊形、矩形或各種其他形狀?！懊}沖化”等離子體包含使等離子體功率在非零值與相對低值之間交替，其中相對低值使固態(tài)殘留物的生長極少?！懊}沖化”等離子體也包含使前體中的一者或兩者的流動在非零值與相對低值之間交替；相對低的流速會實質(zhì)降低在脈沖間蝕刻エ藝的進行。等離子體功率的交替與流速的交替可分開或合并使用。已經(jīng)揭露一些實施例，在不脫離本發(fā)明揭露實施例精神的情況下，本領域的技術人員將會理解可使用各種更動、替換結構及等效物。另外，未敘述一些已知エ藝及元件，是為了避免不必要地模糊本發(fā)明。因此，以上敘述非用于限制本發(fā)明的范圍。當提供數(shù)值范圍時，可以了解介于所提供數(shù)值范圍的上限與下限之間的各個居中數(shù)值(intervening value)到下限單位的十分之一(除非上下文有清楚的指示)，也是被特定揭露的。在所述范圍內(nèi)的任何指定數(shù)值與居中數(shù)值之間，以及在那個指定范圍內(nèi)的任何 其他指定數(shù)值或居中數(shù)值之間的每個較小范圍均被包含。這些較小范圍的上限與下限在范圍中可獨立地被包含或排除，且包含任ー界線、不包含任ー界線、或包含兩者界線的較小范圍內(nèi)的每個范圍也包含在發(fā)明內(nèi)，指定范圍內(nèi)受到任何特定排除界線除外。指定范圍包含ー或兩個界線的情況下，排除任ー或兩個界線的那些范圍也包含在內(nèi)。除非上下文有清楚指示，否則，在此使用及權利要求內(nèi)的単數(shù)形式的“一”與“該”包含復數(shù)個指定對象。因此，舉例來說，如“ー個エ藝”,則包含了多個這樣的エ藝，如“該介電材料”，則包含一個或多個介電材料及本領域的技術人員所知的等效物。同時，在說明書中與下列權利要求中使用的“包含”與“包括” ー詞，用以特意指定特定特征、整體、成分或步驟的存在，但不排除存在或附加的ー個或多個其他特征、整體、成分、步驟、行為或族群。
權利要求
1.一種在基板處理室的基板處理區(qū)中蝕刻在基板的表面上的含硅層的方法，其中所述方法遺留下相對平滑的蝕刻后(post-etch)表面，所述方法包含 將含氟前體與含氫前體流入第一遠端等離子體區(qū)，并同時在所述第一等離子體區(qū)中形成等離子體以產(chǎn)生等離子體流出物(plasma effluents),所述第一遠端等離子體區(qū)流體地耦合至所述基板處理區(qū)，其中所述含氟前體的流速與所述含氫前體的流速所導致的氫-氟原子流速比(flow ratio)為小于I :1或大于5:1; 通過使所述等離子體流出物流入所述基板處理區(qū)來蝕刻所述含硅層，并同時在所述基板的所述表面上形成固態(tài)副產(chǎn)物；以及 通過使所述基板的溫度升高至高于所述固態(tài)副產(chǎn)物的升華溫度來升華所述固態(tài)副產(chǎn)物，而遺留下所述相對平滑的蝕刻后表面。
2.如權利要求I所述的方法，其中所述含氟前體包含至少一種前體，所述至少一種前體選自于由三氟化氮、氟化氫、雙原子氟、單原子氟及氟代碳氫化合物所組成的群組。
3.如權利要求I所述的方法，其中所述含氫前體包含至少一種前體，所述至少一種前體選自于由原子氫、分子氫、氨、碳氫化合物及不完全鹵代碳氫化合物(incompletelyhalogen-substituted hydrocarbon)所組成的群組。
4.如權利要求I所述的方法，其中所述含硅層在蝕刻操作的過程中維持在約50°C或以上。
5.如權利要求I所述的方法，其中蝕刻所述含硅層與升華所述固態(tài)副產(chǎn)物的操作構成一個步驟，并且使用整數(shù)個步驟來減少每個循環(huán)過程中所移除的材料量。
6.如權利要求5所述的方法，其中在三個步驟中移除所述含硅層的總厚度，并且每個步驟移除所述總厚度的20%-40%。
7.如權利要求5所述的方法，其中每個步驟從所述含硅層移除約150A或以下。
8.如權利要求I所述的方法，其中所述含氟前體的流速與所述含氫前體的流速所導致的氫-氟原子流速比為小于I :2。
9.如權利要求I所述的方法，其中所述含氟前體的流速與所述含氫前體的流速所導致的氫-氟原子流速比為大于10 :1。
10.如權利要求I所述的方法，其中所述含硅層包含氧化硅。
11.如權利要求I所述的方法，其中所述方法降低稠密圖案化區(qū)域與稀疏圖案化區(qū)域的蝕刻速率差異。
12.—種在基板處理室的基板處理區(qū)中蝕刻基板的表面上的含硅層的方法，所述方法包含 將含氟前體與含氫前體流入第一遠端等離子體區(qū)，并同時在所述第一等離子體區(qū)中形成一系列的等離子體脈沖以產(chǎn)生等離子體流出物，所述第一遠端等離子體區(qū)流體地耦合至所述基板處理區(qū)； 通過使所述等離子體流出物流入所述基板處理區(qū)來蝕刻所述含硅層，并同時形成固態(tài)副產(chǎn)物于所述基板的所述表面上；以及 通過使所述基板的溫度升高至高于所述固態(tài)副產(chǎn)物的升華溫度來升華所述固態(tài)副產(chǎn)物。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述一系列的等離子體脈沖是通過脈沖化施加至所述第一等離子體區(qū)的等離子體功率所產(chǎn)生的，并且所述含氫前體的流動與所述含氟前體的流動在所述蝕刻操作期間為恒定。
14.如權利要求12所述的方法，其中所述一系列的等離子體脈沖是通過脈沖化所述含氟前體的流動與所述含氫前體的流動中的至少一者所產(chǎn)生的。
15.如權利要求12所述的方法，其中所述一系列的等離子體脈沖的重復頻率為約0.IHz-約 I. 0Hz。
全文摘要
本發(fā)明描述一種蝕刻含硅材料的方法，該方法包含相較于先前技術具有較大或較小的氫氟流速比的SiConiTM蝕刻。已發(fā)現(xiàn)以此方法改變流速比可降低蝕刻后表面的粗糙度，以及降低稠密圖案化區(qū)域與稀疏圖案化區(qū)域的蝕刻速率差異。其他降低蝕刻后表面粗糙度的手段包含脈沖化前體的流動和/或等離子體功率、維持相對高的基板溫度與在多個步驟中執(zhí)行SiConiTM。上述每個方法可單獨或合并使用，用于通過限制固態(tài)殘留物晶粒大小來降低蝕刻表面的粗糙度。
文檔編號H01L21/3065GK102687249SQ201080059775
公開日2012年9月19日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權日2009年12月23日
發(fā)明者D·楊, J·唐, N·英格爾 申請人:應用材料公司