專利名稱：各向異性干腐蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各向異性干腐蝕方法，用于相對于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜有選擇地各向異性地干腐蝕氮化硅膜。
在干腐蝕氮化硅膜的常規(guī)方法中，使用SF6氣體，如例如在日本專利申請?zhí)卦S公開No.8-321484中所述那樣，以及使用NF3和Cl2等，如例如在日本專利申請?zhí)卦S公開No.6-181190中所述那樣。按照這些常規(guī)技術(shù)，可以相對于氧化硅膜有選擇地腐蝕氮化硅膜。但是，由于硅腐蝕速率快，不可能相對于硅膜有選擇地腐蝕氮化硅膜。當(dāng)使用例如CHF3或CF4與H2的混合氣體時，可以降低硅的腐蝕速率，并相對于硅有選擇地腐蝕氮化硅膜。但是這種混合氣體的使用還會導(dǎo)致氧化硅膜的腐蝕速率的增加。因此，相對于硅膜和氧化硅膜二者腐蝕具有高腐蝕選擇性的氮化硅膜是困難的。
利用上述背景技術(shù)，日本專利申請?zhí)卦S公開No.59-222933和60-115232披露了使用諸如CH2F2和CH3F這樣F與H復(fù)合比例為2或更小的氣體的技術(shù)，作為用于相對于硅膜和氧化硅膜有選擇地腐蝕氮化硅膜的方法。即，這些參考文獻指出，通過使用F與H復(fù)合比例為2或更小的氣體，可以相對于硅膜和氧化硅膜二者有選擇地腐蝕氮化硅膜。
但是具有2或更小F與H復(fù)合比例的氣體屬于爆炸范圍，因此有難于控制的缺點。
本發(fā)明的目的是提供相對于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜都能有選擇地、各向異性地干腐蝕氮化硅膜的各向異性干腐蝕方法。
根據(jù)本發(fā)明的各向異性干腐蝕方法是用于相對于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜有選擇地各向異性地干腐蝕氮化硅膜的方法。根據(jù)本發(fā)明的各向異性干腐蝕方法的特征在于，襯底溫度被設(shè)置在10℃或更低，包含氟、碳和氫的復(fù)合氣體與一氧化碳的混合氣體被用做反應(yīng)氣體。
在該各向異性干腐蝕方法中，最好包含氟、碳和氫的復(fù)合氣體是從CHF3、CF4和C2F6構(gòu)成的組中選擇的至少一種氣體與氫氣的混合氣體，或者是CHF3氣體。而且，最好CO氣體與反應(yīng)氣體的總氣體流量的混合比例的體積百分比是70到95。
根據(jù)本發(fā)明，不需要特別地將諸如CH2F2和CH3F這樣的具有F與H復(fù)合比例為2或更小的簡單氣體作為包含氟、碳和氫的復(fù)合氣體來使用。因此，本發(fā)明不受F與H復(fù)合比例的限制。


圖1是示出襯底溫度和各膜的腐蝕速率之間關(guān)系的曲線圖，用以說明本發(fā)明的原理；圖2是按步驟的順序示出將本發(fā)明用于接觸孔腐蝕的實施例的剖視圖；以及圖3是按步驟的順序示出將本發(fā)明用于溝槽腐蝕的實施例的剖視圖。
現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。首先將說明氮化硅膜以及氮化硅膜相對于其它氧化硅膜及硅膜的腐蝕選擇性。圖1是示出襯底溫度和各膜的腐蝕速率之間關(guān)系的曲線圖，橫軸表示襯底溫度，縱軸表示膜腐蝕速率。使用平行板干腐蝕系統(tǒng)(parallel plate dry etching system)測量腐蝕速率。將CHF3用作含有氣態(tài)氟、碳和氫的復(fù)合氣體。將CHF3和CO氣體的混合氣體用作反應(yīng)氣體，在改變襯底溫度的同時對氮化硅膜、多晶硅膜和氧化硅膜的腐蝕速率進行測量。在按照慣例已經(jīng)進行了腐蝕的50℃到100℃的襯底溫度下，氮化硅膜的腐蝕速率慢，不可能相對于特別是氧化硅膜來有選擇地腐蝕氮化硅膜。隨著襯底溫度的下降，氮化硅膜的腐蝕速率迅速增大。多晶硅膜和氧化硅膜的腐蝕速率稍有增加，而且遠慢于氮化硅膜的腐蝕速率。在50℃或更低的襯底溫度下，氮化硅膜的腐蝕速率驚人地增加。在10℃或更低的襯底溫度下，氮化硅膜相對于氧化硅膜的腐蝕選擇性是5或更大。另外，由于多晶硅膜的腐蝕速率要慢得多，因此有可能以10或更大的腐蝕選擇性相對于多晶硅膜來腐蝕氮化硅膜。
氮化硅膜的腐蝕速率隨襯底溫度的降低而增大的原因被認為是更低的襯底溫度使得反應(yīng)生成物容易產(chǎn)生。換句話說，當(dāng)加入CO時，氟被以COF的形式除去，并且出現(xiàn)缺少氟的等離子體。此外，隨著襯底溫度的降低，由附著在襯底上的碳氟化合物氣體如CHF2分解或產(chǎn)生的CxHy的量增加。如果是這樣，則作為反應(yīng)生成物的HCN數(shù)量增加并被排出，隨之而產(chǎn)生的結(jié)果是氮化硅膜的腐蝕速率增加。另一方面，當(dāng)加入CO時，氧化硅膜上F的量變得不足。結(jié)果，氧化硅膜的腐蝕速率下降。當(dāng)加入CO時，多晶硅膜或硅膜上高耐離子轟擊性的富碳聚合膜的淀積被加速。由于該淀積的膜保護硅表面，因此多晶硅膜以及硅膜的腐蝕速率被認為較慢。
關(guān)于CHF3與CO的混合比例，發(fā)現(xiàn)需要以總氣體流量的70％或更大的比例加入CO氣體，以便產(chǎn)生缺少氟的等離子體，并將氧化硅膜的腐蝕速率抑制到低水平。
下面，將描述根據(jù)上述原理而應(yīng)用本發(fā)明的各向異性干腐蝕方法。圖2A到2E是按步驟的順序示出第一實施例的剖視圖。在第一實施例中，在將氮化物膜用做停止層的情況下，使用采用本發(fā)明的各向異性干腐蝕方法，以便將自對準接觸的該氮化物膜去除。
首先，如圖2A中所示，在硅襯底1上依次淀積了氧化硅膜2、多晶硅膜3和氧化硅膜4。在形成抗蝕劑(未示出)后，對抗蝕劑進行圖形化。通過將抗蝕劑用做掩模，使氧化硅膜2、多晶硅膜3和氧化硅膜4經(jīng)受各向異性干腐蝕，由此形成電極布線。
接著，如圖2B中所示，在整個表面上淀積氧化硅膜5。使氧化硅膜5經(jīng)受各向異性干腐蝕，由此在導(dǎo)線的側(cè)表面上形成側(cè)壁。
之后，如圖2C所示，在整個表面上淀積用做腐蝕停止層的氮化硅膜6，并形成層間絕緣膜7，如BPSG膜。隨后，借助于抗蝕劑8形成接觸孔圖形。
隨后，如圖2D所示，通過將抗蝕劑8用做掩模，使層間絕緣膜7經(jīng)受各向異性干腐蝕，并使形成的接觸孔9達到這樣的程度，即使之到達用做停止層的氮化硅膜6。
然后，如圖2E中所示，將暴露于接觸孔9內(nèi)部的氮化硅膜6除去，并在硅襯底1中形成孔。本發(fā)明的實施例被用于去除氮化硅膜6。即，同時相對于氧化硅膜5和硅襯底1有選擇地腐蝕氮化硅膜6。
換句話說，在10sccm的CHF3氣體、90sccm的CO氣體、40毫乇的壓強、150W的高頻(RF)功率和10℃的襯底溫度下，腐蝕例如進行90秒。作為腐蝕工藝的結(jié)果，接觸孔9內(nèi)的氮化硅膜6被有選擇地除去。此時，由于根據(jù)本發(fā)明可以相對于氧化硅膜5和硅襯底1有選擇地腐蝕氮化硅膜，因此氧化硅膜5和硅襯底1被削減的量較少。隨后，將導(dǎo)電材料埋入接觸孔9中，以便在襯底和上部布線層之間提供延續(xù)性。在本例中，利用自對準接觸，可以以穩(wěn)定的方式形成接觸孔，而不使電極布線與導(dǎo)電材料短路，并且不需要對硅襯底進行深鑿。
圖3A到3C是按照步驟的順序示出本發(fā)明第二實施例的剖視圖。在本實施例中，本發(fā)明被用于在多晶硅接觸栓塞上形成溝槽布線的溝槽形成步驟。
首先，如圖3A所示，在淀積在硅襯底10上的氧化物膜12中形成多晶硅接觸栓塞11。之后，依次淀積用做腐蝕停止層的氮化硅膜13和用做層間膜的氧化硅膜14，并進一步借助于抗蝕劑15形成溝槽布線圖形。
然后，如圖3B中所示，通過將抗蝕劑15用做掩模，對氧化硅膜14進行各向異性干腐蝕，并使形成的溝槽達到這樣的程度，即使之到達用作停止層的氮化硅膜13。
之后，如圖3C所示，通過將抗蝕劑15用做掩模，由此去除氮化硅膜13，以便露出多晶硅栓塞11。將本實施例用于氮化硅膜13的去除。即，同時相對于氧化硅膜12和多晶硅栓塞11有選擇地腐蝕氮化硅膜13。采用與第一實施例中相同的腐蝕條件。這樣，使氮化硅膜13被去除。這里，由于可以相對于氧化硅膜12和多晶硅栓塞11有選擇地腐蝕氮化硅膜13，因此氧化硅膜12和多晶硅栓塞11被削減的量較少，并且因此有可能使溝槽的底部平坦化。因此，可以以穩(wěn)定的方式進行后面的布線形成。
顯然，本發(fā)明不應(yīng)局限于上述實施例。在這些實施例中，使用含碳、氫和氟的復(fù)合氣體與CO的混合氣體。可以向混合氣體中加入較少量的氧氣、稀有氣體或氮氣，以便提高腐蝕的可除去性。
如至此為止所述的，根據(jù)本發(fā)明，通過將襯底溫度設(shè)定在10℃或更低，以及通過將含氟、碳和氫的復(fù)合氣體與一氧化碳(CO)的混合氣體用做反應(yīng)氣體，可以相對于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜的全部對氮化硅膜進行有選擇地各向異性干腐蝕。因此，本發(fā)明可以實現(xiàn)按慣例難于實現(xiàn)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1．各向異性干腐蝕方法，包括相對于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜有選擇地各向異性地干腐蝕氮化硅膜的步驟，所述腐蝕是在這樣的條件下進行的，即襯底溫度是10℃或更低，并且包含氟、碳和氫的復(fù)合氣體與一氧化碳相混合的氣體被用做反應(yīng)氣體。
2．如權(quán)利要求1的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，包含氟、碳和氫的所述復(fù)合氣體是氫氣與由CHF3、CF4和C2F6構(gòu)成的一組氣體中的選擇的至少一種氣體的混合氣體，或者是CHF3氣體。
3．如權(quán)利要求1的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，CO氣體與反應(yīng)氣體總氣體流量混合的體積百分比是70到95。
4．如權(quán)利要求2的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，CO氣體與反應(yīng)氣體總氣體流量混合的體積百分比是70到95。
5．如權(quán)利要求1的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，從氧氣、稀有氣體和氮氣構(gòu)成的組中選擇的氣體被加入到含氟、碳和氫的所述復(fù)合氣體中。
6．如權(quán)利要求2的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，從氧氣、稀有氣體和氮氣構(gòu)成的組中選擇的氣體被加入到含氟、碳和氫的所述復(fù)合氣體中。
7．如權(quán)利要求3的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，從氧氣、稀有氣體和氮氣構(gòu)成的組中選擇的氣體被加入到含氟、碳和氫的所述復(fù)合氣體中。
8．如權(quán)利要求4的各向異性干腐蝕方法，其特征在于，從氧氣、稀有氣體和氮氣構(gòu)成的組的氣體被加入到含氟、碳和氫的所述復(fù)合氣體中。
全文摘要
在相對于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜有選擇地各向異性地干腐蝕氮化硅膜的方法中,襯底溫度被設(shè)置在10℃或更低,并且包含氟、碳和氫的復(fù)合氣體與一氧化碳(CO)相混合的氣體被用做反應(yīng)氣體。借助于這種方法,有可能相對于氧化硅膜、多晶硅膜和硅膜的任意一種有選擇地各向異性地干腐蝕氮化硅膜。
文檔編號H01L21/3065GK1224235SQ99100230
公開日1999年7月28日 申請日期1999年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月20日
發(fā)明者原島啟一 申請人:日本電氣株式會社