專利名稱：用于高溫蝕刻高-k材料柵結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式主要涉及高溫蝕刻高-K材料的方法，更具體地，涉及在柵結(jié)構(gòu)制造期間，高溫蝕刻高-K材料的方法。
背景技術(shù)：
對于下一代半導(dǎo)體器件的甚大規(guī)模集成電路(VLSI)和超大規(guī)模集成電路(ULSI) 來說，可靠地生產(chǎn)亞半微米以及更小的部件是關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，隨著電路技術(shù)的局限推動(dòng)，VLSI和ULSI技術(shù)中連接尺寸的減小對處理能力提出了額外的要求。柵圖案的可靠形成對實(shí)現(xiàn)VLSI和ULSI以及增加電路密度和不斷提高單個(gè)襯底和芯片的質(zhì)量很重要。通常， 柵結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在柵介電層上方的柵極。利用柵結(jié)構(gòu)控制在該柵介電層下方的漏區(qū)和源區(qū)之間形成的溝道區(qū)中電荷載流子的流動(dòng)。高-K介電材料(例如，具有大于4的介電常數(shù)的材料)在柵結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，廣泛地用于柵介電層。高-K柵介電材料具有低的等效氧化層厚度(EOT)并減小柵極漏電流。盡管大多數(shù)高-K材料在周圍溫度下相對穩(wěn)定，但已經(jīng)證實(shí)這些材料在柵結(jié)構(gòu)制造工序期間很難被蝕刻。此外，傳統(tǒng)蝕刻劑蝕刻高_(dá)k材料相對于柵結(jié)構(gòu)中存在的其它材料諸如柵極和/或下層材料具有低選擇性，從而在其它材料與高-K材料的接觸面上留下硅凹槽、印記 (foot)或其它相關(guān)缺陷留。因此，本領(lǐng)域需要在柵結(jié)構(gòu)制造期間用于蝕刻高-K材料的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供蝕刻沉積在柵結(jié)構(gòu)中的高-K材料的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，一種蝕刻高-K材料的方法可以包括將在其上沉積有高-K材料層的襯底提供給蝕刻腔室，由蝕刻腔室中的至少包括含鹵素氣體的蝕刻氣體混合物形成等離子體，以及將襯底的溫度保持在約100攝氏度和約250攝氏度之間同時(shí)在所述等離子體中蝕刻高-K材料層。在另一實(shí)施方式中，為形成柵結(jié)構(gòu)蝕刻薄膜疊層的方法可以包括在蝕刻腔室中， 提供其上形成有薄膜疊層的襯底，其中該薄膜疊層包括在第一和第二多晶硅層之間所夾的高-K材料，蝕刻襯底上的第一多晶硅層以形成暴露高-K材料的溝槽，在溝槽的側(cè)壁上形成保護(hù)層，在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度下通過含鹵素氣體通過所保護(hù)的溝槽蝕刻高-K材料，以及蝕刻沉積在襯底上的第二多晶硅層。在另一實(shí)施方式中，蝕刻用于形成柵結(jié)構(gòu)的薄膜疊層的方法可以包括將其上形成有薄膜疊層的襯底提供給蝕刻腔室，其中所述薄膜疊層包括在第一和第二多晶硅層之間所夾的含鉿氧化物層；以及在蝕刻腔室中順序蝕刻第一多晶硅層、含鉿氧化物層和第二多晶硅層，同時(shí)將所述襯底保持在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度。
在另一實(shí)施方式中，蝕刻用于形成柵結(jié)構(gòu)的薄膜疊層的方法可包括將具有金屬柵極的襯底提供給蝕刻腔室，所述金屬柵極設(shè)置在形成于所述襯底之上的高-K材料層之上， 蝕刻所述金屬柵極層以形成暴露所述高-K材料的溝槽；以及通過含鹵素氣體在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度下，通過所述溝槽蝕刻所述高-K材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，蝕刻在襯底上的高-K材料的方法可以包括將其上沉積有高-K材料層的襯底提供給腔室，由蝕刻腔室的至少含含鹵素氣體的蝕刻氣體混合物形成等離子體，保持蝕刻腔室的內(nèi)部體積表面的溫度超過約100攝氏度，以及將襯底的溫度保持在約100攝氏度和250攝氏度之間，同時(shí)在等離子體中蝕刻高-K材料層。


通過以下詳細(xì)說明，結(jié)合附圖很容易理解本發(fā)明的教導(dǎo)。其中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的用于執(zhí)行蝕刻工藝的等離子體工藝裝置的不意圖；圖2示出了結(jié)合本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的方法的工藝流程圖；以及圖3示出了結(jié)合本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的方法的工藝流程圖；圖4A-4D示出了設(shè)置為其上形成柵結(jié)構(gòu)的薄膜疊層的橫截面圖；以及圖5A-C示出了設(shè)置為形成柵結(jié)構(gòu)的不同薄膜疊層的可選的橫截面的視圖。為了便于理解，盡可能的，附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件?？梢哉J(rèn)為，一個(gè)實(shí)施方式的元件和特征可以在不需進(jìn)一步描述的情況下，有益地結(jié)合到另一實(shí)施方式中。然而，應(yīng)該注意到附圖只示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，因此不能認(rèn)為是對本發(fā)明范圍的限定，本發(fā)明可以有其他等效的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要涉及用于蝕刻高-K材料的方法，該高-K材料為適用于柵結(jié)構(gòu)制造的薄膜疊層的一部分。在一個(gè)實(shí)施方式中，在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度下蝕刻?hào)沤Y(jié)構(gòu)薄膜疊層的高-K材料。在另一實(shí)施方式中，在約100攝氏度和約250攝氏度之間相近的溫度下對高-K材料與相鄰的柵級層均進(jìn)行蝕刻。在此所描述的工藝有利地適用于具有亞微型臨界尺寸的含高-K柵結(jié)構(gòu)應(yīng)用中應(yīng)用。該工藝也保持形成的柵結(jié)構(gòu)的光滑、垂直、無印(foot-free)、零娃凹槽(recess)以及整齊的外形。在單個(gè)蝕刻腔室中順序執(zhí)行蝕刻工藝。在此所描述的蝕刻工藝可以在任何適合的等離子體蝕刻腔室中執(zhí)行，例如， Decopuled Plasma Source ((DPS),去稱等離子體源)、DPS-II、DPS-IIAdvantEdge HT、DPS Plus或DPS DT、HART和HART TS蝕刻反應(yīng)器，所有這些都可以從California的Santa Clara 應(yīng)用材料公司購買到。本發(fā)明也可以在從其他制造商購買的等離子體蝕刻反應(yīng)器中實(shí)施。圖I示出了適用于實(shí)施本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施方式的示意性蝕刻工藝腔室100的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖。腔室100包括支撐罩(Iid) 120的導(dǎo)電腔室壁130。壁130連接到地線(electrical ground) 134。罩120可以具有平頂(flatceiling)、圓形的頂或用于限定工藝腔室100的內(nèi)部體積的上邊界的其他幾何形狀的頂。
至少一個(gè)感應(yīng)線圈天線部分(segment) 112通過匹配網(wǎng)絡(luò)119 I禹合到射頻(RF)源 118。天線部分112位于罩120的外部并用于保持在腔室中由工藝氣體形成的等離子體155。 在一個(gè)實(shí)施方式中，施加于感應(yīng)線圈天線112的源RF功率在約O瓦到約2500瓦之間的范圍，以約50kHz和約13. 56MHz之間的頻率。在另一實(shí)施方式中，用于感應(yīng)線圈天線112的源RF功率在約200瓦到約2000瓦之間的范圍，諸如約800瓦。罩120可以包括適用于在處理期間控制罩120的內(nèi)表面162的溫度的一個(gè)或多個(gè)溫度控制元件。在一個(gè)實(shí)施方式中，溫度控制元件包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)置為在其中流動(dòng)液體的管道164。通過管道164循環(huán)的液體的溫度可以根據(jù)需要，通過選擇地加熱或冷卻罩120 來控制罩120的內(nèi)表面162的溫度的方式來調(diào)節(jié)，以保持預(yù)定溫度?？蛇x地，控制元件可以是電阻加熱器、燈和/或冷卻器件。工藝腔室100還包括襯底支撐基座116 (偏置元件)，所述襯底支撐基座116連接到第二(偏置)RF源122，該第二(偏置)RF源122通常能夠產(chǎn)生RF信號(hào)以在約13. 56MHz 的頻率下產(chǎn)生約1500瓦或更少(例如，沒有偏置功率)的偏置功率。偏置源122通過匹配網(wǎng)絡(luò)123連接到襯底支撐基座116。用于襯底支撐基座116的偏置功率通?？梢詾镈C或 RF。在操作中，襯底114設(shè)置在襯底支撐基座116上，并通過諸如靜電卡盤、真空或機(jī)械夾具的傳統(tǒng)方法保持在襯底支撐基座116上。通過氣體面板138從入口將氣體成分提供給工藝腔室100以形成氣體混合物150。等離子體155由氣體混合物形成。在一個(gè)實(shí)施方式中，入口包含在噴嘴170中，該噴嘴170設(shè)置在工藝腔室100的罩中。噴嘴170包括至少一個(gè)第一出口 172，用于將向下定向的第一氣體成分提供給襯底114的中心，以及至少一個(gè)第二出口 174，用于將徑向向外定向的第二氣體成分提供給工藝腔室100的壁130。在該方式中，氣體混合物中第一和第二氣體成分的分布可以在襯底的中心和邊緣之間徑向控制。 由混合物150形成的等離子體通過將分別來自RF源118和122的RF功率施加在天線112 和襯底支撐基座116上保持在在工藝腔室100中。利用位于腔室100和真空泵136之間的節(jié)流閥127可以控制蝕刻腔室100的內(nèi)部體積的壓力。利用含有液體的管道(未示出)可以控制腔室壁130表面的溫度，含有液體的管道位于腔室100的壁130中?？梢酝ㄟ^穩(wěn)定支撐基座116的溫度以及將熱交換氣體從源148經(jīng)由管道149流到襯底114的背部和基座表面上的凹槽(未示出)之間限定的溝道來控制襯底114的溫度。 氦氣可用作熱交換氣體以便于襯底支撐基座116和襯底114之間的熱傳遞。在蝕刻工藝期間，通過設(shè)置在襯底支撐基座116內(nèi)的電阻加熱器125經(jīng)DC電源124將襯底114加熱到穩(wěn)態(tài)溫度。設(shè)置在基座116和襯底114之間的氦便于襯底114的均勻受熱。利用對罩120和襯底支撐基座116兩者的熱控制，襯底114可以保持在約100攝氏度和約500攝氏度之間的溫度。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解其它形式的蝕刻腔室也可用于實(shí)施本發(fā)明。例如，具有遠(yuǎn)程等離子體源的腔室、微波等離子體腔室、電子回旋共振(ECR)等離子體腔室等可用于實(shí)施本發(fā)明?？刂破?40，所述控制器140包括中央處理單元(CPU) 144、存儲(chǔ)器142和用于CPU 的輔助電路146，連接到DPS蝕刻工藝腔室100的不同元件以便于蝕刻工藝的控制。為了便于腔室的控制，如上所述，CPU144可以為用于工業(yè)設(shè)置中便于控制不同腔室和子處理器的任何一種形式的通用計(jì)算機(jī)處理器。存儲(chǔ)器142連接到CPU144。存儲(chǔ)器142或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是一種或多種易得到的存儲(chǔ)器，諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、 軟盤、硬盤或任何其它形式的數(shù)字存儲(chǔ)器、本地或遠(yuǎn)程。輔助電路146連接到CPU144用于以傳統(tǒng)的方式輔助處理器。這些電路包括緩存、電源、時(shí)鐘電路、輸入/輸出電路和子系統(tǒng)等。蝕刻工藝，諸如在此所描述的，通常作為軟件程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器142中。軟件程序還可以通過遠(yuǎn)離由CPU144控制的硬件設(shè)置的第二 CPU(未示出)存儲(chǔ)和/或執(zhí)行。圖2示出了可在示例的腔室100或其它適合的工藝腔室中實(shí)施的蝕刻工藝200的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。工藝200在方框202開始，將襯底114傳送(即，提供)到蝕刻工藝腔室，諸如示出的工藝腔室100，如圖I所示。襯底114具有設(shè)置在其上的包含高-K材料介電層的薄膜疊層。在一個(gè)實(shí)施方式中，高-K材料層為二氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2) 硅酸鉿氧化合物(HfSiO4)、鉿鋁氧化物(HfAlO)、硅酸鋯氧化物(ZrSiO4)、二氧化鉭(TaO2)、 氧化鋁、鋁摻雜的二氧化鉿、鈦酸鍶鉍(BST)或鈦酸鋯鉬(PZT)等中的至少一種。高-K材料介電層的一些部分通過構(gòu)圖的掩模層暴露。襯底114可以是半導(dǎo)體襯底、硅晶圓、玻璃襯底等中的任何一種。在方框204，暴露的高-K材料層通過構(gòu)圖的掩模層限定的開口在高溫環(huán)境下進(jìn)行等離子體蝕刻。蝕刻高-K材料層直到暴露薄膜疊層的下層的上表面為止。高-K材料層在高溫環(huán)境下進(jìn)行蝕刻。具體地，在高-K材料層蝕刻期間至少一些腔室元件，保持在大于約100 攝氏度的溫度。在室溫下執(zhí)行的傳統(tǒng)高-K蝕刻工藝期間，在蝕刻期間產(chǎn)生的蝕刻的高-K材料副產(chǎn)品易于凝聚在相對冷的腔室表面上，而不是形成可以從腔室抽出的揮發(fā)性氣體。在一個(gè)實(shí)施方式中，在蝕刻期間，罩120保持在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度，從而電絕緣的高-K蝕刻副產(chǎn)品不會(huì)凝聚在罩120上，其中電絕緣的高-K蝕刻副產(chǎn)品將阻礙用于執(zhí)行蝕刻工藝的等離子體的功率耦合。從而，通過使罩120保持在充分清潔的條件，實(shí)現(xiàn)更均勻并精確的等離子體控制，由此產(chǎn)生更可預(yù)測的，均勻的和精確的蝕刻性能。此外，將被蝕刻的高-K材料層的溫度保持在大于約80攝氏度的溫度。在一個(gè)實(shí)施方式中，利用加熱的襯底支架將高-K材料層的溫度保持在約100攝氏度到約250攝氏度之間，例如，在約130攝氏度和約220攝氏度之間，諸如約150攝氏度。從上面注意到，通過將蝕刻溫度控制在約100攝氏度和約250攝氏度之間，很容易形成作為揮發(fā)性產(chǎn)品的高-K 蝕刻副產(chǎn)品，從腔室中抽出并移除，從而產(chǎn)生更精確的分布和圖案轉(zhuǎn)移。形成揮發(fā)性產(chǎn)品也促進(jìn)殘余物從腔室排出以在襯底114上留下(leaven)清潔的后蝕刻表面。此外，由于為蝕刻高-K材料層控制的襯底溫度充分高于傳統(tǒng)技術(shù)，因此不需要偏置功率維持合理的高-K 材料蝕刻速率，從而避免轟擊，該轟擊可能產(chǎn)生不需要的凹槽或?qū)ο聦雍?或襯底的表面損壞。在由工藝氣體混合物形成的等離子體中蝕刻高-K材料層。在一個(gè)實(shí)施方式中，工藝氣體混合物至少包括含鹵素氣體。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，含鹵素氣體可以是含氯氣體。含鹵素氣體的適合示例包括BC13、Cl2等。提供給含鹵素氣體的鹵族元素蝕刻高-K材料層，并從襯底114移除高-K材料層。在實(shí)施方式中，其中高-K材料層包含從工藝氣體分解的鉿、氯元素，與從含鉿的材料中分解的鉿元素反應(yīng)，從而形成氯化鉿(HfCl4)，氯化鉿 (HfCl4)為易于從工藝腔室中抽出的揮發(fā)性副產(chǎn)品。由于高溫高-K蝕刻工藝增加了副產(chǎn)品的揮發(fā)性，因此蝕刻副產(chǎn)品可以有效地從襯底支架和罩(或其它高溫腔室表面)移除，使得蝕刻工藝之后表面清潔且無殘余物。可選地，可以在工藝氣體中提供烴氣。烴氣提供聚合材料，在蝕刻工藝期間，該聚合材料沉積在蝕刻后的高-K材料層和掩模層的側(cè)壁上。這改進(jìn)了臨界尺寸和分布控制。烴氣包括CH4、CHF3> CH2F2及它們的混合物。在蝕刻高-K材料層的同時(shí)可以調(diào)節(jié)幾個(gè)工藝參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，將高-K蝕刻工藝氣體中的腔室壓力調(diào)節(jié)在約2毫托到約500毫托之間，例如，在約20毫托。可以應(yīng)用RF源功率保持由高-K蝕刻工藝氣體形成的等離子體。例如，約O瓦到約1500瓦的功率可以施加到感應(yīng)耦合天線源以保持蝕刻腔室內(nèi)部的等離子體?？梢允┘釉诩sO瓦到約1000 瓦之間，例如約250瓦的RF偏置功率。在一個(gè)實(shí)施方式中，不使用偏置功率，這減少了尚子轟擊，從而使柵極下面的硅源和漏極中不需要的凹槽的發(fā)生顯著減少。可選地，可以根據(jù)需要消除偏置功率。高-K蝕刻工藝氣體可以以約Osccm到約500SCCm之間的速率流到腔室中。例如，可以以約5sccm和約500sccm之間的流速,例如,在約30sccm和約IOOsccm之間提供含齒素氣體?？梢砸設(shè)sccm和約IOOsccm之間的流速,諸如約Osccm和約IOsccm之間提供烴氣。可以以約Osccm和約500sccm之間的流速提供惰性氣體。襯底溫度保持在約大于80攝氏度，諸如大于約120攝氏度，例如約150攝氏度。圖3示出了可在示例的腔室100或其它適合的工藝腔室中實(shí)施蝕刻工藝250的一個(gè)實(shí)施方式的流程圖。圖4A-4D示出了與工藝250的各個(gè)階段對應(yīng)的復(fù)合襯底的一部分的示意性橫截面圖。盡管對工藝250用于形成圖4A-4D的柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，但工藝250可有益于制造其它結(jié)構(gòu)。工藝250在方框252開始，將襯底114傳送(即，提供)給蝕刻工藝腔室，諸如圖I 所示的示例性工藝腔室100。在圖4A示出的實(shí)施方式中，襯底114具有設(shè)置在襯底上的含高-K材料介電層的薄膜疊層300，用于制造柵結(jié)構(gòu)。襯底114可以是半導(dǎo)體襯底、硅晶圓、 玻璃襯底等中的任何一種。利用一個(gè)或多個(gè)適合的傳統(tǒng)沉積技術(shù)諸如原子層沉積(ALD)、 物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)CVD (PECVD)等形成包括薄膜疊層 300的多層。在一個(gè)實(shí)施方式中，薄膜疊層300至少包括夾有高-K介電材料層304 (高-K材料具有大于4. O的介電常數(shù))的一個(gè)或多個(gè)層302、306。薄膜疊層300可以設(shè)置在介電層 (未示出)之上，或直接位于襯底114之上。介電層的適合示例包括，但不限于，氧化層、氮化層、氮化鈦層、氧化層和氮化層的組合，夾有氮化層的至少一個(gè)或多個(gè)氧化層，及它們的組合等。構(gòu)圖的掩模308，例如，硬質(zhì)掩模、光刻膠掩模或它們的組合，可以用作通過開口 310 暴露薄膜疊層300的多個(gè)部分便于蝕刻其上特征的蝕刻掩模。在圖4A示出的實(shí)施方式中，高-K材料可以是二氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)、 硅酸鉿氧化物(HfSiO4)、鉿鋁氧化物(HfAlO)、硅酸鋯氧化物(ZrSiO4)、二氧化鉭(TaO2)、氧化鋁、鋁摻雜的二氧化鉿、鈦酸鍶鉍(BST)或鈦酸鋯鉬(PZT)等中的一層。在示例性實(shí)施方式中，高-K材料為鉿鋁氧化物(HfAlO)。高-K材料層304具有約IO人和約500 A之間的厚度，諸如約50 A和約300 A，例如約150 A。第一層306沉積在高-K材料層304上方,并可以包括一個(gè)或多個(gè)層。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一層306為多晶娃層,用于柵結(jié)構(gòu)中的柵極層。可選地，第一層306可以是金屬材料，用于柵極。金屬柵極的示例包括鎢(W)、硅化鎢(WSi)、鎢多晶硅(W/poly)、鎢合金、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、氮化鉭娃(TaSiN)、以及氮化鈦(TiN)等。在另一實(shí)施方式中,柵極層 306可以是包括沉積在金屬材料之上的多晶硅層的復(fù)合薄膜。在該具體實(shí)施方式
中，柵極層306可以是沉積在氮化鈦(TiN)層之上的多晶硅層。在圖4A示出的實(shí)施方式中，沉積在高-K材料層304之上的第一層306為多晶娃層。第一層306可以具有約500A和約4000A 之間的厚度，諸如在約800A和約2500A之間，例如約165 OA。第二層302沉積在高-K材料層304下方，還可以包括一個(gè)或多個(gè)層。在一個(gè)實(shí)施方式中，第二層302可以是介電層，諸如多晶硅層、氧化硅層、氮化硅層、氧氮化硅及它們的組合。在一些實(shí)施方式中，其中沒有第二層302，薄膜疊層300中的高-K材料層304可以直接沉積在襯底114上。在圖4A示出的實(shí)施方式中，第二層302為多晶硅層并具有約50人和約2000A之間的厚度，諸如約IOOA和約IOOOA之間，例如約500 A。在方框254，通過由構(gòu)圖的掩模308限定的開口 310，執(zhí)行蝕刻工藝以蝕刻襯底114 上的第一層306以在第一層306中形成溝槽320，如圖4B所示。方框254中執(zhí)行的蝕刻工藝可以具有一個(gè)或多個(gè)蝕刻步驟以蝕刻第一層306的不同部分。在一個(gè)實(shí)施方式中，蝕刻工藝可以是單個(gè)步驟的蝕刻工藝，一步蝕刻第一層306，直到暴露高-K材料層304。在另一實(shí)施方式中，蝕刻工藝可以包括蝕刻襯底114上的第一層306的不同部分的多個(gè)步驟。在示例的實(shí)施方式中，可以執(zhí)行多個(gè)蝕刻步驟以蝕刻第一層306，并暴露薄膜疊層 300的高-K材料層304。開始可以執(zhí)行突破(break-through)蝕刻以蝕刻第一層306的上表面，例如自然氧化物。用于突破蝕刻的蝕刻氣體混合物包括氟和碳?xì)怏w。由氣體混合物形成的等離子體產(chǎn)生的反應(yīng)物種與諸如二氧化硅的自然氧化物反應(yīng)，以形成揮發(fā)性反應(yīng)物，諸如SiF4和CO2,該揮發(fā)性反應(yīng)物從工藝腔室中抽出。用于突破蝕刻的蝕刻氣體混合物的合適的示例包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F和C4F8等?？蛇x地，惰性氣體可以提供給蝕刻氣體混合物。惰性氣體的適合示例包括Ar、He、Kr、Ne等。在突破蝕刻期間可以調(diào)節(jié)蝕刻氣體混合物中的腔室壓力。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中,可以將蝕刻腔室中的氣體壓力調(diào)節(jié)在約2毫托到約100毫托之間，例如，約4毫托。可以施加RF源功率以保持由氣體混合物形成的等離子體。例如，約100瓦到約1500瓦的功率，諸如約300瓦，可以施加到感應(yīng)耦合的天線源以維持蝕刻腔室內(nèi)部的等離子體，可以施加約100瓦到約1500瓦之間，例如約100瓦的RF偏置功率。用于突破蝕刻的蝕刻氣體混合物可以以約50sccm到約IOOOsccm之間的速率流到腔室。例如,氟和碳?xì)饪梢砸约s5sccm 和約500sccm之間的速率,諸如IOOsccm提供。惰性氣體可以以約Osccm和約500sccm之間的流速提供。襯底溫度保持在約30攝氏度到約500攝氏度之間。在另一實(shí)施方式中，襯底溫度保持在約大于80攝氏度，諸如在約100攝氏度到約250攝氏度之間，例如，在約130 攝氏度和約220攝氏度之間，諸如約150攝氏度。在自然氧化物突破之后，執(zhí)行主蝕刻以蝕刻第一層306的主要部分。通過構(gòu)圖的掩模308蝕刻第一層306以在第一層306中形成溝槽320，直到暴露下層高-K材料304的上表面312為止。突破蝕刻和主蝕刻可以在不將襯底114從蝕刻腔室移除的情況下連續(xù)地執(zhí)行。用于主蝕刻步驟的蝕刻氣體混合物至少包括含鹵素氣體和氟和碳?xì)怏w。含鹵素氣體的適合示例包括HBr、HCl、Cl2、Br2、NF3及它們的組合等。用于氟和碳?xì)獾倪m合示例包括 CF4, CHF3, CH2F2, CH3F, C4F8及它們的組合等?？蛇x地，諸如02、N2及它們的組合等的載氣，和惰性氣體可以提供給蝕刻氣體混合物。惰性氣體的適合示例包括Ar、He、Kr等。在具體的實(shí)施方式中，主蝕刻氣體混合物可以包括HBr氣、NF3氣、CF4氣、O2氣、N2氣和He氣。在一個(gè)實(shí)施方式中，在突破蝕刻和主蝕刻期間用于蝕刻第一層306的工藝參數(shù)可以通過基本相似的方式控制。在另一實(shí)施方式中，在突破蝕刻和主蝕刻期間，用于蝕刻第一層306的工藝參數(shù)可以根據(jù)不同的工藝要求改變。此外，在又一實(shí)施方式中，在第一層306 的主蝕刻期間的工藝參數(shù)可以根據(jù)需要而改變，從而致使主蝕刻工藝為兩步或更多步蝕刻工藝。在一個(gè)實(shí)施方式中，在第一層306的蝕刻期間主蝕刻氣體混合物的壓力可以調(diào)節(jié)。在一個(gè)示例的實(shí)施方式中，蝕刻腔室的工藝壓力調(diào)節(jié)在約2毫托到約100毫托之間， 例如在約7毫托?？梢允┘覴F源功率以維持由工藝氣體混合物形成的等離子體。例如，約 100瓦到約1500瓦的功率，諸如約300瓦，可以施加到感應(yīng)耦合天線源以維持蝕刻腔室內(nèi)部的等離子體。可以在約100瓦到約1000瓦之間，諸如約150瓦和約250瓦施加RF偏置功率。主蝕刻期間的蝕刻氣體混合物可以以約50sccm到約IOOOsccm之間的速率流到腔室。 例如，可以以約5sccm和約500sccm之間的流速，諸如約170sccm提供含鹵素氣體?？梢砸约s5sccm和約500sccn的流速,諸如在約40和約70sccm之間提供氟和碳?xì)怏w?？梢砸约s Osccm和約500SCCm的流速提供惰性氣體。襯底的溫度保持在約30攝氏度到約500攝氏度之間。在另一實(shí)施方式中，襯底溫度保持在大約80攝氏度，諸如大于約120攝氏度，例如， 約150攝氏度。在第一層306中形成溝槽320之后，如圖4B所示，可以執(zhí)行過蝕刻工藝以蝕刻留在襯底114上的第一層306的地形(topography)以及在蝕刻后的第一層306的側(cè)壁322 上沉積保護(hù)層。沉積在暴露的側(cè)壁322上的保護(hù)層防止側(cè)壁在蝕刻留在襯底114上的第一層306的地形時(shí)，和/或在隨后蝕刻工藝期間受到?jīng)_擊，從而防止分布不可控以及圖案的變形。在一個(gè)實(shí)施方式中，除了在方框254蝕刻第一層306的主蝕刻工藝中使用的氣體混合物外，還可以添加含硅和鹵素氣體以蝕刻留在襯底114上的第一層306的地形。添加到氣體混合物中的氣體的適合示例包括SiCl4等。由含硅和鹵素氣體產(chǎn)生的鹵素反應(yīng)物種將蝕刻殘留物和剩余的第一層306從襯底表面移除。此外，由含娃和齒素氣體產(chǎn)生的娃反應(yīng)物種與第一層306反應(yīng)，在蝕刻后的表面上形成硅側(cè)壁保護(hù)層，從而提供堅(jiān)固的側(cè)壁保護(hù)。 堅(jiān)固的側(cè)壁保護(hù)保護(hù)第一層306在隨后高-K材料層304的蝕刻和下面的第二層302蝕刻工藝期間不受沖擊。在方框256，在高溫環(huán)境下通過由構(gòu)圖的掩模308和溝槽320限定的開口 310蝕刻高-K材料層304的暴露的上表面312。蝕刻高-K材料層304，直到暴露下面的第二層302 的上表面為止，如圖4C所示。在一個(gè)實(shí)施方式中，通過將工藝腔室100的罩120保持在在約100到約150攝氏度之間，諸如約120攝氏度而提供高溫環(huán)境。選擇用于蝕刻高-K材料層304的高-K蝕刻氣體混合物，對于高-K材料層304相對于覆蓋第一層306的側(cè)壁322的硅保護(hù)層以及下面第二層302來說該高-K蝕刻氣體混合物具有高選擇性。由于第一層306的側(cè)壁322通過堅(jiān)固的保護(hù)層保護(hù)，相對高的工藝溫度，例如，高于用于傳統(tǒng)技術(shù)中的室溫工藝，可以在不損壞在第一層306中形成的溝槽外形的情況下，用于蝕刻高-K材料層304。在一個(gè)實(shí)施方式中，在約大于80攝氏度的溫度下，諸如在約100攝氏度到250攝氏度之間，例如，在約130攝氏度和約220攝氏度，諸如約150攝氏度蝕刻高-K材料層304。在室溫下進(jìn)行的傳統(tǒng)高-K蝕刻工藝期間，在蝕刻期間產(chǎn)生的蝕刻的高-K材料副產(chǎn)品易于聚集在襯底表面上，而不是形成可以從腔室中抽出的易揮發(fā)性反應(yīng)產(chǎn)品，從而產(chǎn)生劣質(zhì)圖案轉(zhuǎn)移。因此，通過控制蝕刻溫度在約100攝氏度和約250 攝氏度之間，高-K蝕刻副產(chǎn)品很容易形成為從腔室中抽出并移除的揮發(fā)性產(chǎn)品，從而產(chǎn)生更精確的外形和圖案轉(zhuǎn)移。形成揮發(fā)性產(chǎn)品也促進(jìn)殘余物從腔室排出使得在襯底114上留下清潔后蝕刻表面。此外，由于控制用于蝕刻高-K材料層304的襯底溫度充分高于傳統(tǒng)技術(shù)，不需要偏置功率維持合理的高-K材料蝕刻速率，從而避免轟擊，該轟擊將在下層和/或襯底中產(chǎn)生不合需要的凹槽或表面損壞。在一個(gè)實(shí)施方式中，提供蝕刻高-K材料層304的高-K氣體混合物至少包括含鹵素氣體。在示例性實(shí)施方式中，含鹵素氣體可以是含氯氣體。含鹵素氣體的適合示例包括 BCl3Xl2等。提供給含鹵素氣體的鹵元素蝕刻高-K材料層304并從襯底114移除高-K材料層304。在該實(shí)施方式中，含鹵素氣體為BCl3，含鹵素氣體在材料304和下面第一層306 之間具有高選擇性。例如，在實(shí)施方式中，其中高-K材料層304為含鉿和氧的材料，在蝕刻等離子體分解期間由BCl3分解的硼元素與含鉿和氧化物的材料分解的氧元素反應(yīng)，從而在襯底的暴露表面上形成BxOy保護(hù)層。在蝕刻工藝期間形成的BxOy保護(hù)層鈍化硅表面，例如， 蝕刻的上層或初期暴露的下層，從而防止在襯底上不希望被蝕刻的其它區(qū)域在蝕刻期間受到?jīng)_擊，該沖擊導(dǎo)致在襯底上產(chǎn)生凹槽或缺損。由BCl3氣體分解的氯元素與由含鉿和氧的材料分解的鉿元素反應(yīng)，從而形成氯化鉿(HfCl4)揮發(fā)性副產(chǎn)品，該氯化鉿(HfCl4)揮發(fā)性副產(chǎn)品從腔室中抽出。由于高溫高-K蝕刻工藝增加副產(chǎn)品的揮發(fā)性，蝕刻副產(chǎn)品可以從襯底有效移除，使得在蝕刻工藝后的襯底上留下后蝕刻清潔和無殘余物表面。因此，得到能夠提供垂直、直角、無缺損(零凹槽和無印)結(jié)構(gòu)以及對于相鄰層高選擇性的高-K工藝?？蛇x地，在氣體混合物中可以提供烴氣。烴氣提供聚合材料，該聚合材料沉積在第一層306的側(cè)壁322和蝕刻的高-K材料層304的側(cè)壁324上，如圖4C所示，同時(shí)在蝕刻工藝期間等離子體分解。烴氣體的示例包括CH4、CHF3、CH2F2及它們的組合。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在蝕刻上部第一層306相同的腔室中蝕刻高-K材料304, 從而在單個(gè)腔室中完成薄膜疊層300的蝕刻?？梢栽诓粡墓に嚽皇?00中移除襯底114的情況下，連續(xù)執(zhí)行方框254和256的蝕刻工藝。選擇蝕刻第一層306的溫度是可控的,該溫度基本與設(shè)置為蝕刻高-K材料304的溫度相同。從而在不需要等待改變和穩(wěn)定襯底溫度的情況下，有效蝕刻襯底114。在一個(gè)實(shí)施方式中，方框256的高-K材料蝕刻工藝和方框254 的第一層306的蝕刻都可以在相似的溫度下執(zhí)行，該溫度大于80攝氏度，諸如在約100攝氏度和約200攝氏度之間。在一個(gè)實(shí)施方式中，設(shè)置為蝕刻第一層306和高-K材料304的溫度都控制為大于約80攝氏度，諸如在約100攝氏度到約250攝氏度之間，例如，在約130 攝氏度和約220攝氏度之間，諸如約150攝氏度。在蝕刻高-K材料層304時(shí)，可以調(diào)節(jié)數(shù)個(gè)工藝參數(shù)。在方框254調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)可以平滑地轉(zhuǎn)換到在方框256調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，高-K蝕刻氣體混合物中的腔室壓力在約2毫托到約500毫托之間調(diào)節(jié)，例如，在約20毫托?？梢允┘覴F源功率以維持由高-K蝕刻氣體混合物形成的等離子體。例如,約O瓦到約1500瓦的功率可以施加到感應(yīng)耦合天線源以保持蝕刻腔室內(nèi)部的等離子體?？梢允┘蛹sO瓦到約100瓦之間的 RF偏置功率，諸如約250瓦。在一個(gè)實(shí)施方式中，沒有使用偏置功率，這減少了離子轟擊，從而顯著減少柵極下面的硅源和漏極中不合需要的凹槽的發(fā)生?？蛇x地，偏置功率可以根據(jù)需要消除。高-K蝕刻氣體混合物可以以約Osccm到約500sccm的速率流到腔室。例如， 可以以約5sccm和約500sccm之間的流速,諸如約30sccm和約IOOsccm之間提供含齒素氣體?？梢砸约sOsccm和約IOOsccm之間的流速,諸如約Osccm和約IOsccm之間提供烴氣。 可以以約Osccm和約500sCCm之間的流速提供惰性氣體。襯底溫度保持在大于80攝氏度， 諸如大于約120攝氏度，例如，約150攝氏度?？蛇x地，可在方框256將高-K氣體混合物提供到蝕刻腔室之前，執(zhí)行氧氣閃蒸工藝(flash process)。氧氣閃蒸工藝輔助在第一層306的蝕刻的側(cè)壁322上形成氧化物層， 從而在蝕刻的表面上提供表面鈍化層。由于第一層306可以是含硅的材料，供給到腔室的氧氣與第一層306的硅元素反應(yīng)，形成側(cè)壁氧化硅保護(hù)層。可以調(diào)節(jié)在氧氣閃蒸工藝中使用的工藝參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)腔室壓力在約2毫托到約500毫托之間，例如，約20 毫托。約200瓦到約2000瓦的RF源功率可以施加到感應(yīng)耦合的天線源以維持蝕刻腔室內(nèi)部的等離子體?？梢砸约s20sccm和約500sccm之間的流速,諸如在約50sccm和約150sccm 之間提供氧氣?？蛇x地，可以以約Osccm和約500sccm之間的流速提供諸如He或Ar的惰性氣體。襯底溫度保持在約大約80攝氏度，諸如在約100攝氏度到約250攝氏度之間，例如，在約130攝氏度和約220攝氏度之間，諸如約150攝氏度。在方框258，通過由構(gòu)圖的掩模308和溝槽320限定的開口 310蝕刻薄膜疊層300 的第二層302。蝕刻工藝蝕刻第二層302，直到暴露襯底114的上表面316，如圖4D所示。 在方框258執(zhí)行的蝕刻工藝可以具有一個(gè)或多個(gè)蝕刻步驟以蝕刻第二層302的不同部分， 類似于在方框254執(zhí)行的蝕刻第一層306的蝕刻步驟。在一個(gè)實(shí)施方式中，蝕刻工藝可以是單個(gè)步驟蝕刻工藝，蝕刻第二層302直到暴露下層襯底114的上表面316。在另一實(shí)施方式中，蝕刻工藝可以包括多個(gè)步驟以蝕刻襯底114上的第二層302的不同部分。在示例性的實(shí)施方式中，在方框258可以執(zhí)行2步蝕刻工藝以蝕刻薄膜疊層300 的第二層306。第一,最初可以執(zhí)行突破蝕刻以蝕刻第二層302的表面。用于突破蝕刻的蝕刻氣體混合物包括氟和碳?xì)怏w。在方框258，用于突破第二層302的突破氣體混合物可以與方框254中用于突破第一層306的突破氣體混合物基本相同，如上面所述。可選地，惰性氣體可以提供給蝕刻氣體混合物。惰性氣體的適合示例包括Ar、He、Kr、Ne等。突破之后，執(zhí)行主蝕刻以蝕刻通過掩模開口 310暴露的第二層306的剩余部分。 可以在不從蝕刻腔室移除襯底114的情況下連續(xù)執(zhí)行突破和主蝕刻。在一個(gè)實(shí)施方式中， 第一和第二層306、302均為多晶娃層,用于蝕刻第一和第二層306、302的主要部分的氣體混合物和工藝參數(shù)基本相同。用于主蝕刻的蝕刻氣體混合物至少包括含鹵素氣體和氟碳?xì)怏w。含鹵素氣體的適合示例包括HBr、HCl、Cl2、Br2、NF3及它們的組合等。用于氟碳?xì)怏w的適合示例包括CF4、CHF3、CH2F2、CH3F、C4F8及它們的組合等?？蛇x地，諸如02、Ν2、Ν20、Ν02及它們的組合等的載氣和惰性氣體可以提供給蝕刻氣體混合物。惰性氣體的適合示例包括Ar、 He,Kr,Ne等。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于主蝕刻步驟的蝕刻氣體混合物可以包括HBr氣、NF3 氣、CF4氣、O2氣、N2氣和He氣。方框258中調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)是可控的，與方框254中描述的基本相似?？梢栽谖g刻上層第一層306和高-K材料304相同的腔室蝕刻薄膜疊層300中的第二層302，從而，在單個(gè)腔室中完成薄膜疊層300的蝕刻。由于第一層306、高-K材料304和第二層302在相似的溫度下進(jìn)行蝕刻，因此對于蝕刻各層的工藝襯底達(dá)到穩(wěn)定的工藝溫度所需的時(shí)間減小，從而增加了產(chǎn)量。一般預(yù)期其它高-K蝕刻工藝可適于從在高溫環(huán)境下蝕刻高-K材料層(例如，保持腔室表面，諸如罩120，在大于約100攝氏度的溫度)中受益。不作限定，在2006年3月 21日提交的美國專利申請序列號(hào)11/386，054中，2007年7月12日提交的美國專利申請序列號(hào)11/777，259中;2007年4月17日提交的美國專利申請序列號(hào)11/736，562中；2007年 7月6日提交的美國專利臨時(shí)申請?zhí)?0/948，376以及2002年3月6日提交的美國專利號(hào) 6，806，095中描述的高-K蝕刻工藝可以修改為包括如上面所述的腔室表面的溫度的調(diào)節(jié)以提供高溫蝕刻環(huán)境。圖5A-C示出了對應(yīng)于不同薄膜疊層的復(fù)合襯底的一部分的示意性橫截面圖，其中利用上面所述的高-K蝕刻工藝有益于蝕刻不同的薄膜疊層。例如，圖5A示出了具有高-K介電層504的薄膜疊層510。高-K介電層504為含鉿的材料，諸如Hf20、HfSi0、HfSiN 等。高遷移率界面層502設(shè)置在高-K介電層504和襯底114之間。高遷移率界面層502 通常為薄膜SiON層?？梢苑旨壐哌w移率界面層502的SiON材料，其中層502的化學(xué)計(jì)量 (stoichiometry)可以包括Hf與SiON的混合以便為整個(gè)疊層提供更高凈值的k。在2003 年4月4日提交的美國專利申請?zhí)?0/407，930，中描述適合的界面層的示例。金屬柵層512 沉積在高-K介電層504上。低電阻層514沉積在金屬柵層512上。在另一實(shí)施方式中，圖5B示出了具有高-K介電層504的薄膜疊層530。高遷移率界面層502設(shè)置在高-K介電層和襯底114之間。薄介電蓋層532設(shè)置在高-K介電層504 之上。金屬柵層534設(shè)置在介電蓋層532之上。諸如多晶硅的低電阻層536，設(shè)置在金屬柵層534之上。在另一實(shí)施方式中，圖5C示出了適用于電荷捕獲閃存器件的薄膜疊層550，例如， TANOS結(jié)構(gòu)。薄膜疊層550包括設(shè)置在襯底114上的溝道氧化層552。電荷捕獲氮化物層 554設(shè)置在溝道氧化物層552之上。高-K介電層504設(shè)置在電荷捕獲氮化物層554之上。 高WP金屬層556設(shè)置在高-K介電層504之上。低阻抗層558，諸如PVD金屬層，設(shè)置在高 WP金屬層556之上。因此，本發(fā)明提供通過高溫蝕刻工藝，用于蝕刻高-K材料層的改進(jìn)方法。高溫蝕刻工藝在圖案轉(zhuǎn)移無損的情況下，有效蝕刻高-K材料，從而有利于形成具有無缺陷的、清潔后蝕刻表面以及理想外形和尺寸的結(jié)構(gòu)。雖然前述涉及本發(fā)明的實(shí)施方式，但在不偏離本發(fā)明的基本范圍內(nèi)可設(shè)計(jì)其它和另外的實(shí)施方式，并且本發(fā)明的范圍由以下權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種蝕刻高-K材料的方法，所述方法包括將具有形成在多晶硅層上的高-K材料層的襯底提供給蝕刻腔室，其中所述多晶硅層形成在襯底上；在不施加RF偏置功率的情況下，由所述蝕刻腔室中的至少包括含鹵素氣體的蝕刻氣體混合物形成等離子體；將襯底的溫度保持在約100攝氏度和約250攝氏度之間并將所述蝕刻腔室的內(nèi)部體積表面保持在超過約100攝氏度的溫度，同時(shí)在所述等離子體中蝕刻高-K材料層；以及在將襯底的溫度保持在約100攝氏度和約250攝氏度之間并將所述蝕刻腔室的內(nèi)部體積表面保持在超過約100攝氏度的溫度的同時(shí)，繼續(xù)蝕刻所述多晶硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述高-K材料選自包括二氧化鉿(Hf02)、 二氧化鋯(ZrO2)、硅酸鉿氧化物(HfSiO4)、鉿鋁氧化物(HfAlO)、硅酸鋯氧化物(ZrSiO4)、二氧化鉭(TaO2)、氧化鋁、鋁摻雜的二氧化鉿、鈦酸鍶鉍(BST)和鈦酸鋯鉬(PZT)的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述高-K材料為鉿鋁氧化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，提供所述氣體混合物還包括將含氯氣體供給到所述蝕刻腔室。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述含氯氣體至少包括BCl3和Cl2中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，供給含氯氣體還包括將碳?xì)錃怏w與含氯氣體一起提供到所述蝕刻腔室。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，提供所述含氯氣體還包括將惰性氣體與所述含氯氣體一起提供。
8.一種蝕刻薄膜疊層的方法，用于形成柵結(jié)構(gòu)，所述方法包括將襯底上形成有薄膜疊層的襯底提供到蝕刻腔室中，其中所述薄膜疊層包括在第一和第二多晶硅層之間夾有的高-K材料；蝕刻在所述襯底上的第一多晶硅層以在所述蝕刻腔室中形成暴露高-K材料的溝槽； 在所述溝槽的側(cè)壁上形成保護(hù)層；利用含鹵素氣體在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度下，在不施加RF偏置功率的情況下通過所保護(hù)的溝槽在所述蝕刻腔室中蝕刻所述高-K材料；在等離子體中蝕刻所述高-K材料的同時(shí)，保持所述蝕刻腔室的內(nèi)部體積表面的溫度超過約100攝氏度；以及在所述蝕刻腔室中蝕刻設(shè)置在所述襯底上的第二多晶硅層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述高-K材料為鉿氧化物層或鉿鋁氧化物層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，蝕刻所述第一多晶硅層還包括提供第一氣體混合物以蝕刻所述第一多晶硅層；以及提供所述第二氣體混合物以過蝕刻所述第一多晶硅層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，提供所述第二氣體混合物進(jìn)一步包括: 將含硅氣體與所述第二氣體混合物一起提供。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述含硅氣體包括SiCl4。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述含鹵素氣體至少包括BCl3和Cl2中的一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，將用于蝕刻所述第一和第二多晶硅層的溫度控制在與用于蝕刻所述高-K材料的溫度基本相同。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在單個(gè)腔室中蝕刻所述薄膜疊層。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，保護(hù)所述第一多晶硅層的側(cè)壁進(jìn)一步包括執(zhí)行氧氣閃蒸工藝。
17.一種蝕刻薄膜疊層的方法，用于形成柵結(jié)構(gòu)，所述包括將襯底上形成有薄膜疊層的襯底提供給蝕刻腔室，其中所述薄膜疊層包括在第一和第二多晶硅層之間所夾的含鉿氧化物層；在所述蝕刻腔室中順序蝕刻所述第一多晶硅層、含鉿氧化物層和第二多晶硅層，同時(shí)在所述蝕刻腔室中將所述襯底保持在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度；以及將所述蝕刻腔室的內(nèi)部體積表面的溫度保持超過約100攝氏度，同時(shí)在不施加RF偏置功率的情況下在所述等離子體中蝕刻所述高-K材料層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，保持所述蝕刻腔室的內(nèi)部體積表面的溫度還包括將所述蝕刻腔室的內(nèi)部體積表面的溫度保持在約100到約150攝氏度之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，順序蝕刻所述第一多晶硅層、含鉿氧化物層和第二多晶硅層還包括在蝕刻所述含鉿氧化物層之前，提供含硅氣體以在所蝕刻的第一多晶硅層的側(cè)壁上形成保護(hù)層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述含硅氣體包括SiCl4。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，順序蝕刻所述第一多晶硅層、含鉿氧化物層和第二多晶硅層還包括提供含鹵素氣體以蝕刻所述含鉿氧化物層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述含鹵素氣體至少包括BCljPCl2中的一種。
23.一種蝕刻高-K材料的方法，所述方法包括將具有設(shè)置在高-K材料層上的金屬柵極的襯底提供給蝕刻腔室，其中所述高-K材料層形成在多晶硅層上，其中所述多晶硅層形成在襯底上；蝕刻所述金屬柵極層以形成暴露所述高-K材料的溝槽；利用含鹵素氣體在約100攝氏度和約250攝氏度之間的溫度下，在不施加RF偏置功率的情況下通過所述溝槽蝕刻所述高-K材料，同時(shí)將所述蝕刻腔室的內(nèi)部體積表面保持在超過約100攝氏度的溫度；以及在將襯底的溫度保持在約100攝氏度和約250攝氏度之間并將所述蝕刻腔室的內(nèi)部體積表面保持在超過約100攝氏度的溫度的同時(shí)，繼續(xù)在所述蝕刻腔室中蝕刻所述多晶硅層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在高溫下蝕刻高-K材料的方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，在襯底上蝕刻高-K材料的方法可以包括將其上沉積有高-K材料層的襯底提供給腔室，利用蝕刻腔室中至少含有含鹵素氣體的蝕刻氣體混合物形成等離子體，保持蝕刻腔室的內(nèi)部體積表面的溫度超過約100攝氏度，同時(shí)在等離子體中蝕刻高-K材料層，保持襯底的溫度在約100攝氏度和250攝氏度之間，同時(shí)在等離子體中蝕刻高-K材料層。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102610515SQ20121005851
公開日2012年7月25日 申請日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者劉煒, 安基特·強(qiáng)·潘, 川瀨羊平, 巴爾特·芬奇, 戴維·帕拉加什利, 松末英一, 沈美華, 約翰·I·夏恩, 肖尚可·德謝穆克, 邁克爾·D·威沃思 申請人:應(yīng)用材料公司