專(zhuān)利名稱(chēng)：從氧化硅膜選擇蝕刻氮化硅膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從氧化硅膜蝕刻氮化硅膜的方法，更具體地，一種相對(duì)于氧化硅高選擇性地蝕刻氮化硅膜的方法。
在半導(dǎo)體器件的傳統(tǒng)制造工藝中，為了各種目的需要對(duì)帶有氧化硅膜的基片上的氮化硅進(jìn)行干刻蝕(此后簡(jiǎn)稱(chēng)為“蝕刻”)，如形成由氧化硅構(gòu)成的元件隔離區(qū)或在自校準(zhǔn)接孔的側(cè)壁膜上形成蝕刻阻擋層。
一種用于蝕刻氮化硅的傳統(tǒng)技術(shù)是通過(guò)蝕刻直接形成由氧化硅膜構(gòu)成的元件隔離區(qū)。

圖1A到1C為用于連續(xù)示出第一傳統(tǒng)工藝的半導(dǎo)體器件截面示意圖。在硅基片12上連續(xù)形成氧化硅膜14及氮化硅膜16后，通過(guò)應(yīng)用光刻技術(shù)形成光刻膠掩膜18并用光刻技術(shù)對(duì)其進(jìn)行圖形加工，如圖1A中所示。
接著，用平行板RIE(反應(yīng)離子蝕刻)技術(shù)對(duì)氮化硅膜16進(jìn)行選擇蝕刻。在此階段，如圖1B中所示，氧化硅膜14通常與氮化硅膜16一起被蝕刻。然后，去除光刻膠掩膜18，接著進(jìn)行硅基片12的熱氧化及去除氮化硅膜16和氧化硅膜14，在如圖1C中所示的硅基片上形成由氧化硅構(gòu)成的元件隔離區(qū)20。
用于蝕刻氮化硅膜的第二種傳統(tǒng)工藝是直接在自校準(zhǔn)接孔的側(cè)壁膜上形成蝕刻阻擋層。圖2A到2C為用于顯示第二傳統(tǒng)工藝連續(xù)步驟的半導(dǎo)體器件的截面示意圖。在連續(xù)形成第一氧化硅22、多晶硅膜24、硅基片12上的第一氮化硅膜26后，通過(guò)用光刻膠在其上形成光刻膠掩膜用光刻技術(shù)對(duì)其加工圖形，如圖2A中所示。然后在不會(huì)腐蝕第一氧化硅膜22的氣氛下通過(guò)使用光刻膠掩膜28的平行板RIE對(duì)第一氮化硅膜26進(jìn)行選擇蝕刻，以獲得圖2B所示的結(jié)構(gòu)。
接著，去除光刻膠掩膜28，隨后連接形成第二氧化硅膜及氮化硅膜。蝕刻第二氮化硅膜以形成側(cè)壁膜32，其作為蝕刻阻擋層。在此步驟，如圖2C中所示，第一和第二氧化硅膜22及30經(jīng)常與氮化硅膜32一起被蝕刻。多晶硅膜24用作柵電極。此后，在基上形成具有接孔的絕緣(圖中未示出)例如，用于蝕刻氮化硅膜16的蝕刻氣體為以碳氟化合物為基礎(chǔ)的氣體，如CF4氣，CF4/CH3混合氣，CH3/O2混合氣，CF4/O2混合氣，SF6/CHF3混合氣(見(jiàn)日本專(zhuān)利JP-A-05(1993)-251339),CF4/H2混合氣(見(jiàn)日本專(zhuān)利JP-A-56(1981)-122129)，或CF4/N2混合氣(見(jiàn)日本專(zhuān)利JP-A-01(1989-214025))。
在傳統(tǒng)技術(shù)中，在蝕刻氮化硅膜的步驟中，如果掩膜圖形與通過(guò)蝕刻所形成的掩膜圖形的尺寸差別超過(guò)一允許的水平，就會(huì)生產(chǎn)一個(gè)問(wèn)題，即氮化硅膜相對(duì)于氧化硅膜的選擇比就無(wú)法被保持在一足夠的水平，因?yàn)檫x擇比維持在大約1到3的低水平。
在第一傳統(tǒng)技術(shù)中的低選擇比導(dǎo)致對(duì)氧化硅膜的慢刻由此會(huì)露出硅表面的部分，如果位于氮化硅下面的氧化膜的厚度為10nm或更小。硅基片露出的表面通常會(huì)被蝕刻損壞，結(jié)果導(dǎo)致較低的耐壓及相鄰元件區(qū)間的漏電流。
在如圖3所示的第二傳統(tǒng)技術(shù)中，其詳細(xì)示出了圖2C中的部分。元件隔離區(qū)20與側(cè)壁膜32間的硅表面12露出的部分被破壞。這是因?yàn)樵趯?duì)第二氮化硅蝕刻形成側(cè)壁膜32時(shí)也會(huì)刻到第一和第二氧化硅膜22和30從而使硅表面的部分露出。在圖3中，被損壞的區(qū)域用標(biāo)記“×”表示。另外，對(duì)第二氮化硅膜32的蝕刻也會(huì)蝕刻到元件隔區(qū)20下面的硅基片的區(qū)域35A及其周?chē)?，這樣如果在其上形成接孔就會(huì)在相鄰元件區(qū)20間產(chǎn)生低耐壓。
JP-A-2(1994)-66943及JP-A-6(1994)-1891190揭示了一種改進(jìn)的蝕刻技術(shù)，其中在氮化硅膜與氧化硅膜間可獲得高的選擇性。該技術(shù)分別使用CLF3氣及NF3/CL2的混合氣體。然而，這些技術(shù)包含在蝕刻中產(chǎn)生的氟的原子團(tuán)，其會(huì)產(chǎn)生在與硅表面平行方向上的平行蝕刻。這將導(dǎo)致很難準(zhǔn)確控制通過(guò)蝕刻所獲得的尺寸，這妨礙了用于獲得精細(xì)圖形器件的蝕刻技術(shù)。JP-A-5-198538同樣提出了一種使用NF3/CL2混合氣體的蝕刻技術(shù)，然而，并非很有效，這是因?yàn)樵谄渲蝎@得了氮化硅膜相對(duì)于氧化硅膜的選擇比仍處于最大在約為4的水平。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種對(duì)帶有氧化硅膜的基片上形成的氮化硅膜在高選擇比及優(yōu)良尺寸精度情況下進(jìn)行蝕刻的方法。
本發(fā)明所提供的形成半導(dǎo)體器件的方法包含如步驟連續(xù)形成覆蓋半導(dǎo)體基片的氧化硅膜及氮化硅膜，從所述氧化硅膜選擇蝕刻所述氮化硅膜同時(shí)向半導(dǎo)體基處提供具有第一頻率的第一RF(射頻)功率源及具有第二頻率的第二RF功率源。
根據(jù)本發(fā)明的方法，可獲得相對(duì)于氧化硅膜及氮化硅膜的高的選擇比。
通過(guò)下面參考相應(yīng)附圖的描述會(huì)對(duì)本發(fā)明的以上及其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)有更清楚的了解。
圖1A到1C為用于連續(xù)示出第一傳統(tǒng)技術(shù)工藝的半導(dǎo)體器件的截面示間圖；圖2A到2C為用于連續(xù)示出第二傳統(tǒng)技術(shù)工藝的半導(dǎo)體器件的截面示間圖；圖3為圖2C中所示部分的詳細(xì)截面示意圖；圖4為應(yīng)用本發(fā)明的方法的蝕刻系統(tǒng)的方框圖；圖5為依據(jù)基片頂面上的功率密度(W/cm2)而畫(huà)出的氮化硅膜及氧化硅膜的蝕刻速率；圖6為依據(jù)基片底面上的功率密度(W/cm2)而畫(huà)出的氮化硅膜及氧化硅膜的蝕刻速率；圖7A到7C為用于連續(xù)示出本發(fā)明第一實(shí)施例的工藝的半導(dǎo)體器件的截面示意圖；圖8A到8C為用于連續(xù)示出本發(fā)明第二實(shí)施例的工藝的半導(dǎo)體器件的截面示意圖；圖9A到9C為用于連續(xù)示出本發(fā)明第三實(shí)施例的工藝的半導(dǎo)體器件的截面示意圖。
下面參考相應(yīng)附圖對(duì)本發(fā)明作具體描述。第一實(shí)施例參考圖4，使用本發(fā)明方法的用36表示的蝕刻系統(tǒng)包括腔室37，一對(duì)在腔室中彼此相對(duì)的頂部電極38A及底部電極38B，及第一和第二高(射)頻功率源(指RF功率源)42A及42B。第一RF功率源42A的一個(gè)電極通過(guò)第一匹配電路40A與頂部電極38A相連，而第二RF功率源的其中一個(gè)電極通過(guò)第二匹配電路40B與底部電極38B相連。RF功率源42A及42B的每一個(gè)的另一端接地。
從第一RF功率源42A提供的第一RF功率源的頻率在13.56MHz到60MHz之間，而從第二RF功率源42B提供的第二RF功率的頻率位于0.8MHz到13.56MHz之間。
蝕刻系統(tǒng)36還包括一監(jiān)控系統(tǒng)46，用于監(jiān)控蝕刻操作的結(jié)束，其包括用于探測(cè)在蝕刻期間發(fā)射的波長(zhǎng)為580±10nm的光探測(cè)器46A，及一控制器46B，用于接收來(lái)自光探測(cè)器46A的輸出，當(dāng)具有特定波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度減少到一特定值時(shí)，用于傳送表示蝕刻終止的結(jié)束信號(hào)。氧化硅膜的蝕刻通常發(fā)射580nm波長(zhǎng)的光，其在蝕刻期間由監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控。
蝕刻系統(tǒng)36還包括靜電支撐件44，用于在底部電極38B的上表面上支撐硅基片43，用于從頂部向腔室37提供蝕刻氣體的供氣系統(tǒng)及設(shè)置在腔室37的底側(cè)上與腔室37的出口61相連的用于排出蝕刻氣體的排氣系統(tǒng)。
圖5為當(dāng)基片43的頂面上的功率密度變化時(shí)的氮化硅膜及氧化硅膜的蝕刻速率。更具體地，該圖是通過(guò)改變來(lái)自與底部電極38B相連的第二RF功率源42B的輸出而獲得的，同時(shí)在蝕刻一側(cè)具有氮化硅膜及氧化硅膜的基片43被放置在底部電極38B上從而基片43的蝕刻一側(cè)直接向上。在此實(shí)例中，氧化硅膜的由SiO2構(gòu)成，而蝕刻氣為氯氣。當(dāng)基片43頂面上的功率密度逐級(jí)從0變到0.56W/cm2時(shí)，氮化硅膜的蝕刻速度也隨功率密度成比例上升，而氧化硅膜的蝕刻速率基本不變并處于0到0.35W/cm2的范圍內(nèi)。其結(jié)果，必須明確通過(guò)將基片頂面處的功率密度沒(méi)定為較高范圍，例如0.2到0.35W/cm2，氮化硅膜相對(duì)于氮化硅膜可以10倍或更大的選擇比率進(jìn)行蝕刻。
圖6示出在基片43的頂面處的功率密度被設(shè)定到0.28W/cm2時(shí)而頂電極底面處功率密度從0.5逐級(jí)變到3.39W/cm2時(shí)的圖形。當(dāng)頂部電極的底面處的功率密度上升到高于1.13W/cm2時(shí)氮化硅膜的蝕刻速率基本不變，而氮化硅膜的蝕刻速率快速上升，從而獲得10倍或更大的選擇比。
因此，根據(jù)圖5及圖6可以確信，通過(guò)在氯氣氣氛下將頂部電極底面處及基片43底面處的功率密度控制在一特定范圍內(nèi)，就可獲得氮化硅膜相對(duì)于氧化硅膜的10倍或更大的選擇比。
根據(jù)上述結(jié)果，第一實(shí)施例的方法采用圖7A到7C所示工藝。圖7A的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于圖1A的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，在硅基片12上連續(xù)形成10nm厚度氮化硅膜14及120nm厚的氮化硅膜16之后，通過(guò)應(yīng)用光刻膠在其上形成光刻膠膜18及隨后的光刻步驟，可獲得圖7A中所示的結(jié)構(gòu)。
接著在如下的條件下通過(guò)用圖5的蝕刻系統(tǒng)36蝕刻氮化硅膜16(1)蝕刻氣體Cl2氣，(2)CL2氣流速50到150sccm(3)Cl2氣壓力5到15mTorr(4)頂部電極底面的功率密度在1.13到3.39W/cm2的范圍內(nèi)，(5)基片頂面處的功率密度在0.20到0.35W/cm2的范圍內(nèi)。
頂部電極底面及基片頂面的功率密度被控制在上述范圍內(nèi)以在高選擇比下蝕刻氮化硅膜16，例如，相對(duì)于氧化硅膜選擇比為10或更大。在蝕刻期間，監(jiān)控系統(tǒng)46監(jiān)控580nm波長(zhǎng)光的強(qiáng)度。當(dāng)光的強(qiáng)度減少到低于特定值時(shí)，顯示蝕刻結(jié)束并完成蝕刻。圖7B示出如此獲得的基片或晶片。光刻膠掩膜圖形與形成在氮化硅膜上的所獲圖形間的尺寸差別例如為0.03μm或更小。也即，可獲得很好的尺寸精度。
此后，去除光刻膠膜18，接著進(jìn)行熱氧化及去除氮化硅膜16及氧化硅膜14，由此獲得圖7C中所示的元件隔離區(qū)48。
在本實(shí)施例中，以相對(duì)于氧化硅膜14的高選擇比蝕刻氮化硅膜16。相應(yīng)地，由于氧化硅膜14基本未被蝕刻，如圖7B中所示，硅表面未露出而不會(huì)損壞。因此，基本不會(huì)降低耐壓且在元件隔離區(qū)間無(wú)漏電流。第二實(shí)施例參考圖8A到8C，本發(fā)明第二實(shí)施例工藝包括如下步驟在硅基片12上連續(xù)形成8nm厚第一氧化硅膜22、200nm厚多晶硅膜24及100nm厚第一氮化硅膜26。通過(guò)用光刻膠在其上形成光刻膠膜28并用光刻技術(shù)進(jìn)行加工，獲得圖8A中所示結(jié)構(gòu)。然后，蝕刻第一氮化硅膜26及多晶硅膜24以獲得圖8B中的基片。
然后在整個(gè)表面上連續(xù)形成20nm厚第二氧化硅膜30及60nm厚第二氮化硅膜32，接著在下述條件下用蝕刻系統(tǒng)36對(duì)第二氮化硅膜32蝕刻(1)蝕刻氣Cl2氣，(2)CL2氣流速50到150sccm，(3)Cl2氣壓力5到15mTorr，(4)頂部電極底面上的功率密度在1.13到3.39W/cm2的范圍，以及(5)基片頂面上的功率密度在0.20到0.35W/cm2的范圍。
頂部電極底面及基片頂面上的功率密度被設(shè)在上述范圍內(nèi)，相對(duì)于第二氮化硅膜30以10或更大的選擇比蝕刻第二氮化硅膜32。與第一實(shí)施例類(lèi)似，用監(jiān)控系統(tǒng)46監(jiān)控蝕刻的結(jié)束。在蝕刻第二氮化硅膜32期間，其監(jiān)控580nm波長(zhǎng)光的強(qiáng)度。當(dāng)光強(qiáng)變得低于某一特定值時(shí)，表示蝕刻結(jié)束并完成蝕刻。圖8C示出本實(shí)施例獲得的基片，第二氧化硅膜30側(cè)壁上的側(cè)壁膜34由第二氮化硅膜32構(gòu)成。
在本實(shí)施例中，相對(duì)于第二氧化硅膜30以高選擇比蝕刻第二氮化硅膜32。相應(yīng)的如圖8C中所示，由于第一和第二氧化硅膜22及30基本未被蝕刻，硅表面不會(huì)暴露而被損壞，由此防止蝕刻到元件隔離區(qū)周?chē)?。因此，基本無(wú)由于硅表面晶體缺陷造成的漏電流。第三實(shí)施例參考圖9A到9C，本發(fā)明第三實(shí)施例工藝除了圖9C中步驟外與第二實(shí)施例類(lèi)似。更具體地，在本實(shí)施例中與第二實(shí)施例類(lèi)似，通過(guò)蝕刻形成圖9B中結(jié)構(gòu)。此后，進(jìn)行第二次蝕刻并在下述條件下獲得圖9C中結(jié)構(gòu)(1)蝕刻氣Cl2及O2氣混合氣體，(2)CL2氣流速50到150sccm，(3)O2氣流速CL2氣流速的10％，(4)Cl2氣及O2氣壓力5到15mTorr，(5)頂部電極底面上的功率密度在1.13到3.39W/cm2的范圍內(nèi)，以及(6)基片頂面上的功率密度在0.20到0.35W/cm2的范圍內(nèi)。
頂部電極底面及基片頂面上的功率密度被設(shè)在上述范圍并以相對(duì)于第二氧化硅膜30的高選擇比(如10或更大)蝕刻第二氮化硅膜32。與第一及第二實(shí)施例類(lèi)似，監(jiān)控系統(tǒng)46在蝕刻期間監(jiān)控580nm波長(zhǎng)光的強(qiáng)度。當(dāng)光強(qiáng)降低于某一值時(shí)，判定蝕刻結(jié)束并完成蝕刻。第二氧化硅膜30側(cè)壁上的側(cè)壁膜50由第二氮化硅膜32構(gòu)成。
在本實(shí)施例中，在第二次蝕刻期間，用含O2及Cl2氣的混合氣體蝕刻第二氮化硅膜32?；旌蠚怏w氣氛下的蝕刻表現(xiàn)出來(lái)的氮化硅膜相對(duì)于氧化硅膜的選擇比大于第一蝕刻。相應(yīng)地，與第二實(shí)施例相比，更能確保留下氧化硅膜30，并在無(wú)殘余氮化硅膜32的情況下形成側(cè)壁膜50。
由于上述實(shí)施例僅是以實(shí)例進(jìn)行描述，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而方所作的各種修改及變化都不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，其中包含如下步驟連續(xù)形成蓋住半導(dǎo)體基片的氧化硅膜及氮化硅膜，從所述氧化硅膜選擇蝕刻所述氮化硅膜，同時(shí)為半導(dǎo)體基片提供具有第一頻率的第一RF功率源及具有第二頻率的第二RF功率源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述第一頻率在13.56MHz到60MHz之間，而第二頻率在0.8MHz到13.56MHz之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述基片頂面及所述頂面相對(duì)的電極底面處的功率密度在所述蝕刻步驟期間分別為0.20W/cm2到0.35W/cm2之間及大于1.13W/cm2，且所述蝕刻步驟在氯氣氣氛中進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于還包括在蝕刻步驟后，在含有氯氣及氧氣的氣氛中蝕刻所述氮化硅膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述蝕刻步驟期間發(fā)射波長(zhǎng)為580±10nm的光強(qiáng)度低于某一特定值時(shí)停止蝕刻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述蝕刻步驟為用于形成元件隔離區(qū)步驟中的一個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述蝕刻步驟為用于形成由所述氮化硅膜構(gòu)成的側(cè)壁膜的步驟中的一個(gè)。
全文摘要
一種用于從蓋住硅基片的下部氧化硅膜蝕刻氮化硅膜的方法,包括提供具有頻率為13.56MHz到60MHz的第一RF功率源及為0.8MHz到13.56MHz的第二RF功率源的步驟,基片頂面及與基片頂面相對(duì)的頂部電極底面的功率密度分別為從0.20W/cm
文檔編號(hào)H01L21/3065GK1218279SQ9812490
公開(kāi)日1999年6月2日 申請(qǐng)日期1998年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月13日
發(fā)明者莊司秀行, 祐川光成 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社