專利名稱：對HfO₂薄膜的高選擇性干法刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種刻蝕方法，尤其涉及一種對Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有專利(申請?zhí)?00480014635. 1，用于刻蝕高k介電材料的方法和系統(tǒng))使用鹵素氣體結(jié)合其他還原氣體對高k值材料進行刻蝕，但是其選用的氣體本身具有各種局限性含氟等離子體對高k介電材料的刻蝕以轟擊濺射效應(yīng)為主，且難以生成揮發(fā)性產(chǎn)物，因而無法對襯底進行高選擇性刻蝕；氯氣雖然在理論上可以與高k介電材料形成揮發(fā)性產(chǎn)物，但是由于其離子能量較低，不足以破壞Hf-O鍵，因此對于Si或Si02襯底的選擇刻蝕難以實現(xiàn)，尤其在此情況下，會導(dǎo)致應(yīng)用已有技術(shù)的方案對于刻蝕終點的設(shè)定不夠精確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中對于高介電常數(shù)材料Hf02選擇比較低導(dǎo)致刻蝕終點設(shè)定不夠精確的問題。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其中，包括以下步驟 步驟a 在一刻蝕設(shè)備內(nèi)通過BC13氣體和含H元素的氣體組成的混合氣體對襯底上的 Hf02薄膜進行主體刻蝕；
步驟b 在所述刻蝕設(shè)備內(nèi)通過BC13氣體和02氣體組成的混合氣體對襯底進行過刻蝕。如上所述的對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其中，所述刻蝕設(shè)備選用CCP、 TCP、ICP, RIE 設(shè)備。如上所述的對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其中，在進行步驟a與步驟b 刻蝕的過程中，將刻蝕溫度控制在150° (T300° C之間。如上所述的對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其中，在步驟a中，BC13氣體與Hf02薄膜反應(yīng)，生成穩(wěn)定的可揮發(fā)產(chǎn)物(BOCl) 3。如上所述的對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其中，選用Si或Si02作為襯底。如上所述的對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其中，在步驟b中，BC13氣體與襯底反應(yīng)生成含B層，使得襯底襯墊的上表面鈍化。如上所述的對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其中，步驟a中的含H氣體為 CxHy0 如上所述的對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其中，在步驟b中調(diào)節(jié)BC13氣體和02氣體所占的混合氣體的比例對刻蝕選擇比和刻蝕形貌進行調(diào)整。
綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于高介電常數(shù)材料Hf02選擇比較低導(dǎo)致刻蝕終點設(shè)定不夠精確的問題，采用BC13氣體對Hf02薄膜進行干法刻蝕，具有良好的刻蝕效果，且BC13氣體對硅襯底具有較高的選擇比，易于對刻蝕器件的形貌及刻蝕速率進行控制，以提高刻蝕終點的精確度。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、外形和優(yōu)點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖1是本發(fā)明對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法應(yīng)用于先柵極工藝后的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法應(yīng)用于先高介電常數(shù)層后金屬柵極方案中的流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明 一種對Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其中，
步驟a 在一刻蝕設(shè)備內(nèi)通過BC13氣體和含H元素的氣體組成的混合氣體對襯底上的 Hf02薄膜進行主體刻蝕，其中，BC13氣體與Η 2薄膜反應(yīng)，生成揮發(fā)性副產(chǎn)物。進一步的，BC13氣體與Hf02薄膜反應(yīng)生成穩(wěn)定的可揮發(fā)產(chǎn)物(B0C1) 3，通過使用 BC13等離子體實現(xiàn)對高k值材料Η 2薄膜的高選擇性的干法刻蝕。本發(fā)明中所述刻蝕設(shè)備可以選用CCP、TCP、ICP或RIE設(shè)備，在上述設(shè)備中通過混合有BC13等離子字體的氣體進行干法刻蝕。在進行步驟a與步驟b刻蝕的過程中，可以將刻蝕溫度控制在150° (Γ300。C之間，也就是說，刻蝕溫度需要不小于150° C，最高可以達到300° C。步驟a中的含H氣體為CxHy，可以選擇CH4、C2H4等，通過調(diào)節(jié)混合氣體中的BC13 氣體和含H氣體所占的比例，以調(diào)整對Hf02的選擇比，進而實現(xiàn)對刻蝕的速率和形貌的控制。步驟b 在所述刻蝕設(shè)備內(nèi)通過BC13氣體和02氣體組成的混合氣體對襯底進行過刻蝕，其中，本發(fā)明可以選用Si或Si02作為襯底，BC13氣體對作為襯底的Si或Si02具有較高的選擇性。其中，BC13氣體與襯底反應(yīng)生成含B層，使得襯底襯墊的上表面鈍化，從而使得混合氣體對Si和Si02的刻蝕速率減慢，從而具有較高的選擇性。在步驟b中調(diào)節(jié)BC13氣體和02氣體所占的混合氣體的比例對刻蝕選擇比和刻蝕形貌進行調(diào)整。圖1是本發(fā)明對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法應(yīng)用于先柵極工藝后的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明所公開的干法刻蝕方法可用于先柵極工藝，應(yīng)用后的結(jié)構(gòu)圖請參見圖1，該應(yīng)用可作為本發(fā)明的第一實施例，在一 Si襯底上依次淀積一 Si02層、一 Hf02層、一功函數(shù)層(Work function layer)、一金屬柵極(Metal gate)層、一多晶硅層，有別于現(xiàn)有技術(shù)中采用C12或F基氣體的刻蝕方法，本發(fā)明采用BC13的氣體輔助以02或含H元素的氣體進行干法刻蝕來去除Hf02、Si02和Si層，以達到更好的刻蝕效果，其余工藝步驟均與現(xiàn)有技術(shù)相同，故在此不予贅述。本發(fā)明所公開的方法還可以用于先高介電常數(shù)層后金屬柵極方案，圖2是本發(fā)明對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法應(yīng)用于先高介電常數(shù)層后金屬柵極方案中的流程圖，其具體工藝流程可參見圖2，該應(yīng)用可以作為本發(fā)明的第二個實施例，包括以下步驟 步驟1 在硅片上進行二氧化硅薄膜沉淀；步驟2 進行Hf02薄膜沉淀；步驟3 進行多晶硅 (Poly Silicon)膜的沉淀；步驟4 光刻形成圖形；步驟5 通過BC13的氣體輔助以02或含 H元素的氣體對多晶硅膜、Hf02薄膜和Si02薄膜進行干法刻蝕；步驟6 形成S/D區(qū)域，同時形成Spacer ；步驟7 進行層間介質(zhì)(Inter layer dielectric，簡稱ILD)積淀，步驟8 移除多晶硅膜；步驟9 進行Al薄膜淀積；步驟10 進行化學(xué)機械研磨(CMP)形成金屬柵極 (Metal gate)。進一步的，本發(fā)明所公開的干法刻蝕方法也可以在適當(dāng)情況下針對不同器件不同工藝中對Hf02薄膜進行刻蝕，并不僅限于上述的兩個實施例，在此不予贅述。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明對Hf02薄膜的高選擇性干法刻蝕方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于高介電常數(shù)材料Hf02選擇比較低導(dǎo)致刻蝕終點設(shè)定不夠精確的問題，采用BC13氣體對Hf02薄膜進行干法刻蝕，具有良好的刻蝕效果，且BC13氣體對硅襯底具有較高的選擇比，易于對刻蝕器件的形貌及刻蝕速率進行控制，以提高刻蝕終點的精確度。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實施例可以實現(xiàn)所述變化例，在此不予贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其特征在于，步驟a 在一刻蝕設(shè)備內(nèi)通過BC13氣體和含H元素的氣體組成的混合氣體對襯底上的Hf02薄膜進行主體刻蝕；步驟b 在所述刻蝕設(shè)備內(nèi)通過BC13氣體和02氣體組成的混合氣體對襯底進行過刻蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其特征在于，所述刻蝕設(shè)備選用CCP、TCP、ICP、RIE設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其特征在于，在進行步驟a與步驟b刻蝕的過程中，將刻蝕溫度控制在150° (T300° C之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其特征在于，在步驟 a中，BC13氣體與Hf02薄膜反應(yīng)，生成穩(wěn)定的可揮發(fā)產(chǎn)物(B0C1) 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其特征在于，選用Si 或Si02作為襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其特征在于，在步驟 b中，BC13氣體與襯底反應(yīng)生成含B層，使得襯底襯墊的上表面鈍化。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其特征在于，步驟a 中的含H氣體為CxHy。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對Η 2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其特征在于，在步驟 b中調(diào)節(jié)BC13氣體和02氣體所占的混合氣體的比例對刻蝕選擇比和刻蝕形貌進行調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對HfO2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法，其中，步驟a在一刻蝕設(shè)備內(nèi)通過BCl3氣體和含H元素的氣體組成的混合氣體對襯底上的HfO2薄膜進行主體刻蝕；步驟b在所述刻蝕設(shè)備內(nèi)通過BCl3氣體和O2氣體組成的混合氣體對襯底進行過刻蝕。本發(fā)明對HfO2薄膜的高選擇性干法刻蝕方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于高介電常數(shù)材料HfO2選擇比較低導(dǎo)致刻蝕終點設(shè)定不夠精確的問題，采用BCl3氣體對HfO2薄膜進行干法刻蝕，具有良好的刻蝕效果，且BCl3氣體對硅襯底具有較高的選擇比，易于對刻蝕器件的形貌及刻蝕速率進行控制，以提高刻蝕終點的精確度。
文檔編號H01L21/311GK102427036SQ20111020646
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者楊渝書, 邱慈云, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司