高深寬比結(jié)構(gòu)中的觸點(diǎn)清潔的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本公開(kāi)總體上設(shè)及清潔在襯底的高深寬比開(kāi)口中的觸點(diǎn)和狹縫，并且更具體地設(shè) 及干法蝕刻在高深寬比開(kāi)口中的氧化層、氧化娃、受損的娃和其它污染物，該高深寬比開(kāi)口 由具有交替的氧化物層和氮化物層或氧化物層和多晶娃層的結(jié)構(gòu)限定。
【背景技術(shù)】
[0003] 在半導(dǎo)體器件和集成電路的制造中，基于等離子體的蝕刻可能是重要的處理步 驟。然而，基于等離子體的蝕刻會(huì)導(dǎo)致污染物，該污染物包括氧化物和受損的或非晶娃。材 料（包括含有娃和金屬的半導(dǎo)體襯底）的表面上氧化物和受損的娃的存在會(huì)不利地影響隨 后的制造過(guò)程，從而影響半導(dǎo)體器件的性能。特別是，當(dāng)氧化物和其它污染物在娃上形成 時(shí)，所述氧化物或其它污染物可能是電絕緣的，并且對(duì)半導(dǎo)體器件或集成電路的觸點(diǎn)的電 通路會(huì)是有害的。
[0004] 存儲(chǔ)器設(shè)備（例如3維垂直NAND (V-NAND)存儲(chǔ)器設(shè)備）可包括具有在娃襯底上 的交替的氧化物層和氮化物層（ONON)的垂直結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，設(shè)備可具有交替的 氧化物層和多晶娃層（OPOP)。高深寬比開(kāi)口可W在垂直結(jié)構(gòu)中的每個(gè)之間形成。高深寬比 開(kāi)口隨后可W用作在存儲(chǔ)器設(shè)備的電觸點(diǎn)。如本文所用，高深寬比開(kāi)口也可被稱(chēng)為高深寬 比觸點(diǎn)。在一些實(shí)施方案中，高深寬比開(kāi)口可W呈現(xiàn)孔形、狹縫形、或溝槽形。高深寬比開(kāi) 口可W使用基于等離子體的蝕刻來(lái)形成。基于等離子體的蝕刻可W使用顯著濃度的氧氣和 高電離能，運(yùn)可導(dǎo)致在高深寬比開(kāi)口的底部形成氧化物（例如，氧化娃）、受損的娃W及其 它污染物（例如，碳）。開(kāi)口可W用金屬填充或基本上用金屬填充W創(chuàng)建在存儲(chǔ)器設(shè)備的電 觸點(diǎn)。然而，在高深寬比開(kāi)口內(nèi)形成電觸點(diǎn)時(shí)，不希望有的氧化物、受損的娃和其它污染物 的存在對(duì)于存儲(chǔ)器設(shè)備的性能可能是有害的。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)0化]本發(fā)明設(shè)及清潔具有多個(gè)高深寬比開(kāi)口的襯底的方法。該方法包括：提供具有多 個(gè)高深寬比開(kāi)口的襯底到等離子體處理室中，所述開(kāi)口中的每一個(gè)都具有大于約10:1的 高度比橫向尺寸的深寬比。該方法還包括：使包括基于氣的物質(zhì)的第一蝕刻劑朝向所述襯 底流動(dòng)；W及施加第一偏置功率到所述等離子體處理室，W產(chǎn)生所述基于氣的物質(zhì)的等離 子體，從而去除高深寬比開(kāi)口中的氧化娃。該方法還包括：使包括基于氨的物質(zhì)的第二蝕刻 劑朝向所述襯底流動(dòng)；W及施加源功率和第二偏置功率到所述等離子體處理室，W產(chǎn)生所 述基于氨的物質(zhì)的等離子體，從而去除所述高深寬比開(kāi)口中的娃。
[0006] 在一些實(shí)施方案中，所述第二蝕刻劑僅包括氨。在一些實(shí)施方案中，所述第二蝕刻 劑包括氨和=氣化氮，所述氨的濃度大于所述=氣化氮的濃度。在一些實(shí)施方案中，所述第 一蝕刻劑僅包括=氣化氮。在一些實(shí)施方案中，所述襯底包括限定所述高深寬比開(kāi)口中的 每一個(gè)開(kāi)口的多個(gè)垂直結(jié)構(gòu)，所述垂直結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)包括交替的氧化物層和氮化物層。 在一些實(shí)施方案中，用W去除所述娃的所述源功率和第二偏置功率之間的比為約等于或大 于約2:1。
[0007] 本發(fā)明還設(shè)及一種清潔具有多個(gè)高深寬比開(kāi)口的襯底的裝置。所述裝置包括等離 子體處理室，所述等離子體處理室包括：遠(yuǎn)程等離子體源；和用于支撐具有多個(gè)高深寬比 開(kāi)口的襯底的襯底支撐件，所述開(kāi)口中的每一個(gè)都具有大于約10:1的高度比橫向尺寸的 深寬比，并且所述襯底具有在所述高深寬比開(kāi)口內(nèi)的在娃層上的氧化娃層。所述裝置還包 括控制器，該控制器被構(gòu)造成提供用于執(zhí)行W下操作的指令：(a)使包括基于氣的物質(zhì)的 第一蝕刻劑朝向所述襯底流動(dòng)；化）施加第一偏置功率到所述等離子體處理室內(nèi)的所述襯 底支撐件，W產(chǎn)生所述基于氣的物質(zhì)的等離子體，從而去除所述氧化娃層；（C)使包括基于 氨的物質(zhì)的第二蝕刻劑朝向所述襯底流動(dòng)；W及（d)施加源功率到所述遠(yuǎn)程等離子體源W 及施加第二偏置功率到所述等離子體處理室內(nèi)的所述襯底支撐件，W產(chǎn)生所述基于氨的物 質(zhì)的等離子體，從而去除所述娃層。
[0008] 在一些實(shí)施方案中，所述第二蝕刻劑僅包括氨。在一些實(shí)施方案中，所述第二蝕刻 劑包括氨和=氣化氮，其中氨的濃度大于=氣化氮的濃度。在一些實(shí)施方案中，所述第一 蝕刻劑僅包含=氣化氮。在一些實(shí)施方案中，所述襯底包括限定所述高深寬比開(kāi)口中的每 一個(gè)的多個(gè)垂直結(jié)構(gòu)，所述垂直結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)包括交替的氧化物層和氮化物層。在一些 實(shí)施方案中，用W去除所述娃層的所述源功率和第二偏置功率之間的比為約等于或大于約 2:1。
[0009] 本發(fā)明還設(shè)及一種清潔具有多個(gè)高深寬比開(kāi)口的襯底的方法。該方法包括：提 供具有多個(gè)高深寬比開(kāi)口的襯底到等離子體處理室中，所述開(kāi)口中的每一個(gè)都具有大于約 10:1的高度比橫向尺寸的深寬比。該方法還包括：使包括基于氣的物質(zhì)或基于氨的物質(zhì)的 第一蝕刻劑朝向所述襯底流動(dòng)；W及施加第一偏置功率到所述等離子體處理室，W產(chǎn)生所 述第一蝕刻劑的等離子體，從而去除所述高深寬比開(kāi)口中的氧化娃。該方法還包括：使包括 基于氨的物質(zhì)的第二蝕刻劑朝向所述襯底流動(dòng)；W及施加源功率和第二偏置功率到所述等 離子體處理室，W產(chǎn)生所述第二蝕刻劑的等離子體，從而去除所述高深寬比開(kāi)口中的娃。在 一些實(shí)施方案中，所述第一蝕刻劑包括基于氨的物質(zhì)，且所去除的所述氧化娃包括去除本 征的氧化娃。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1根據(jù)一些實(shí)施方案示出了包括等離子體處理室的實(shí)施例的示意圖，等離子體 處理室被配備來(lái)提供源功率和偏置功率。
[0011] 圖2根據(jù)一些實(shí)施方案示出了下游等離子體裝置的實(shí)施例的示意圖。
[0012] 圖3根據(jù)一些實(shí)施方案示出了多站式處理工具的實(shí)施例的示意圖。
[0013] 圖4A示出了器件結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的橫截面示意圖，該器件結(jié)構(gòu)具有由多個(gè)垂 直結(jié)構(gòu)限定的多個(gè)高深寬比開(kāi)口。
[0014] 圖4B示出圖4A中的橫截面示意圖的放大圖，其示出了在高深寬比開(kāi)口的其中之 一中的娃層上方的氧化物層。
[0015] 圖5示出了一種清潔具有多個(gè)高深寬比開(kāi)口的襯底的方法的示范性流程圖。
[0016] 圖6A-6C示出了圖解純&等離子體的多晶娃蝕刻速率與溫度、壓強(qiáng)W及源功率的 函數(shù)關(guān)系的曲線圖。
[0017] 圖7A-7B示出了圖解H2/NF3等離子體的多晶娃蝕刻速率與溫度W及壓強(qiáng)的函數(shù)關(guān) 系的曲線圖。
[001引圖8示出了具有交替的氧化娃層和氮化娃層的垂直結(jié)構(gòu)的TEM圖像。
[0019] 圖9A示出了具有娃層上方的氧化物層的高深寬比開(kāi)口的TEM圖像。
[0020] 圖9B示出了氧化物層和娃層被去除的高深寬比開(kāi)口的TEM圖像。 陽(yáng)02U 圖10A-10C示出了在娃層去除期間，針對(duì)不同的源功率：偏置功率比，具有不同的 蝕刻輪廓的高深寬比開(kāi)口的TEM圖像。
[0022] 圖11示出了圖解當(dāng)使用源功率和偏壓功率兩者時(shí)，多晶娃蝕刻速率與溫度的函 數(shù)關(guān)系的曲線圖。
[002引圖12A-12B示出了在娃層去除期間，針對(duì)不同的溫度，具有不同的蝕刻輪廓的高 深寬比開(kāi)口的TEM圖像。
【具體實(shí)施方式】 引言
[0024] 在W下描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)W便提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，本發(fā)明 的構(gòu)思可W在沒(méi)有運(yùn)些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部的情況下實(shí)施。在其它情況下，未詳細(xì)描 述公知的工藝W免不必要地使本發(fā)明的構(gòu)思難W理解。盡管將會(huì)結(jié)合具體的詳細(xì)實(shí)施方式 描述一些構(gòu)思，但是應(yīng)當(dāng)理解，運(yùn)些實(shí)施方式并不旨在進(jìn)行限制。
[0025] 清潔高深寬比觸點(diǎn)的常規(guī)方法可能是高度復(fù)雜和昂貴的。一種運(yùn)樣的常規(guī)方法可 能設(shè)及濕法蝕刻工藝。然而，使用濕蝕刻劑去除觸點(diǎn)底部的氧化物可W是昂貴的，可能會(huì)造 成嚴(yán)重的安全問(wèn)題，有可能無(wú)法相對(duì)于其它材料獲得高的選擇性，可能會(huì)導(dǎo)致額外暴露于 環(huán)境條件而使本征氧化物再生長(zhǎng)，并且對(duì)于設(shè)及高深寬比特征的設(shè)備可能是有問(wèn)題的。 [00%] 例如，對(duì)于具有高深寬比特征的設(shè)備的濕法方法可W設(shè)及一系列的濕法蝕刻工 藝。高深寬比特征可能包括形成在觸點(diǎn)底部的具有氧化物和受損的娃的高深寬比觸點(diǎn)，高 深寬比觸點(diǎn)在ONON疊層的垂直結(jié)構(gòu)之間。觸點(diǎn)底部的氧化物可W首先用稀HF溶液去除， 接著通過(guò)另一個(gè)濕法蝕刻步驟來(lái)去除受損的娃。然而，由于濕法蝕刻工藝缺乏方向性，因此 稀釋HF的暴露自然損害了通過(guò)橫向凹進(jìn)到氧化物層中的ONON疊層的氧化物側(cè)壁。運(yùn)個(gè)步 驟是有問(wèn)題的，因?yàn)樗豋NON疊層的側(cè)壁形成"波狀起伏"。由于運(yùn)種波狀起伏，襯底會(huì)經(jīng) 受另一濕法蝕刻步驟，該濕法蝕刻步驟使ONON疊層的氮化物層橫向凹進(jìn)，W試圖拉直O(jiān)NON 側(cè)壁。氧化物和氮化物修整步驟可能要重復(fù)多次，W完全拉直O(jiān)NON側(cè)壁。該系列的濕法蝕 刻步驟可能是復(fù)雜的、耗時(shí)的和昂貴的。
[0027] 一種替代濕法蝕刻工藝的方案可W是干法蝕刻工藝。干法蝕刻工藝可W包括基于 等離子體的方法來(lái)去除氧化物，并去除在觸點(diǎn)底部的受損/非晶娃。一種基于等離子體的 方法可W使用基于氣的蝕刻劑，如S氣化氮（NFs)、氨和S氣化氮的混合物（NH3/NF3)、或氨 和=氣化氮的混合物（H2/NF3)。但是，干法蝕刻工藝會(huì)面臨不同的挑戰(zhàn)，其中的一些描述如 下。
[0028] 觸點(diǎn)的高深寬比的性質(zhì)可能會(huì)對(duì)等離子體中產(chǎn)生的到達(dá)觸點(diǎn)底部的活性物質(zhì)造 成耐遷移性的問(wèn)題。根據(jù)活性物質(zhì)的大小的不同，接近觸點(diǎn)的底部，活性物質(zhì)的濃度更可能 耗盡。其結(jié)果是，在觸點(diǎn)底部的氧化物、受損/非晶娃和其它污染物的去除效率可能會(huì)更 低，并且完全從觸點(diǎn)底部去除它們可能是極具挑戰(zhàn)性的。
[0029] 基于等離子體的方法可使用基于氣的蝕刻劑W去除在高深寬比開(kāi)口的底部的氧 化物和受損/非晶娃。通常情況下，基于氣的蝕刻劑有效地去除氧化娃。然而，由于基于氣 的蝕刻劑缺乏選擇性，因此它可W容易地與ONON疊層中的氧化娃層和氮化娃層反應(yīng)。運(yùn) 意味著，當(dāng)氧化娃在觸點(diǎn)底部被去除時(shí)，基于氣的蝕刻劑造成損壞ONON側(cè)壁的高風(fēng)險(xiǎn)。基 于氣的蝕刻劑可W W不同的蝕刻速率攻擊ONON疊層中的娃氧化物層和娃氮化物層，從而 導(dǎo)致沿ONON側(cè)壁的波狀起伏。此外，基于氣的蝕刻劑在進(jìn)一步向下穿過(guò)所述高深寬比開(kāi)口 時(shí)，其濃度可能會(huì)降低。運(yùn)意味著，基于氣的蝕刻劑在靠近開(kāi)口的頂部比在開(kāi)口的底部耗盡 更快，運(yùn)意味著作為進(jìn)入高深寬比開(kāi)口的深度的函數(shù)的橫向凹進(jìn)氧化物層和氮化物層的量 會(huì)減少。運(yùn)種現(xiàn)象在ONON側(cè)壁產(chǎn)生錐形，運(yùn)是不希望有的。此外，基于氣的蝕刻劑在開(kāi)口 底部的低濃度意味著工藝必須運(yùn)行相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間段來(lái)清潔觸點(diǎn)底部。較長(zhǎng)時(shí)間會(huì)進(jìn)一步提 高破壞ONON側(cè)壁的可能性。目前可用的干法蝕刻劑可W依賴(lài)于某些化學(xué)物質(zhì)（NH3/NF3和 H2/NF3)和產(chǎn)生六氣娃酸錠（(NH4)2SiFe)的鹽副產(chǎn)物，W便去除在觸點(diǎn)底部的氧化物。然而， 如果副產(chǎn)物未完全去除，那么將殘余物遺留在高深寬比觸點(diǎn)內(nèi)和周?chē)鷷?huì)損害器件的性能。 遮
[0030] 本公開(kāi)描述清潔高深寬比觸點(diǎn)的方法。該方法包括氧化物擊穿步驟和受損/非晶 娃去除步驟。氧化物擊穿步驟可使用基于氣的物質(zhì)，例如NFs等離子體，其中僅使用偏置功 率產(chǎn)生等離子體。在一些實(shí)施方案中，其中氧化物擊穿步驟包括去除本征氧化娃，等離子體 可包括純&等離子體。在一些實(shí)施方案中，等離子體是在低壓條件下。偏置功率和低壓提 供等離子體的方向性，使得高深寬比觸點(diǎn)的側(cè)壁不被損壞。受損/非晶娃去除步驟使用基 于氨的物質(zhì)，等離子體諸如純&等離子體或H 2/NF3等離子體，其中使用源功率和偏置功率 兩者產(chǎn)生等離子體。純&等離子體或H 2/NF3等離子