用于利用氣體脈沖進(jìn)行深硅蝕刻的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在半導(dǎo)體基板中蝕刻特征(包括在硅中蝕刻特征)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體行業(yè)中集成電路(IC)的制造涉及利用等離子體反應(yīng)器來生成有助于表面化學(xué)物質(zhì)的等離子體，其中該表面化學(xué)物質(zhì)被用來從基板去除材料以及將材料沉積到基板。干法等離子體蝕刻工藝通常用于去除或蝕刻被圖案化在半導(dǎo)體基板上的沿著細(xì)線或在通孔內(nèi)或者在接觸處的材料。成功的等離子體蝕刻工藝需要包括適合于選擇性地蝕刻一種材料而基本不蝕刻另一種材料的化學(xué)反應(yīng)物的蝕刻化學(xué)物質(zhì)。
[0003]例如，在半導(dǎo)體基板上，可以利用等離子體蝕刻工藝將形成在保護(hù)層中的圖案轉(zhuǎn)移到所選擇的材料的下層。保護(hù)層可以包括諸如光刻膠層之類的光敏層，其具有利用光刻工藝形成的圖案。當(dāng)形成圖案時(shí)，將半導(dǎo)體基板布置在等離子體處理室內(nèi)，并且形成選擇性蝕刻下層而最小化地蝕刻保護(hù)層的蝕刻化學(xué)物質(zhì)。通過以下來生成該蝕刻化學(xué)物質(zhì):引入可電離的游離的氣體混合物，其具有包括與下層反應(yīng)而最小化地與保護(hù)層或圖案層反應(yīng)的分子成分的母分子。蝕刻化學(xué)物質(zhì)的生成包括:引入氣體混合物；以及當(dāng)存在的氣體種類的一部分在與高能電子碰撞之后被離子化時(shí)形成等離子體。被加熱的電子可以用于分離氣體混合物的一些種類并產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)成分(母分子的)的反應(yīng)混合物。
[0004]提供了離子化氣體種類和化學(xué)物質(zhì)成分的反應(yīng)混合物，可以在半導(dǎo)體基板的露出的區(qū)域中蝕刻各種特征(例如溝槽、通孔、接觸等)ο通常被蝕刻的材料例如包括以下:硅氧化物(S1x)、娃氮化物(SiNy)、多晶娃(polysilicon)、單晶娃(silicon)以及摻雜的娃和未摻雜的硅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]諸如Bosch工藝(蝕刻-沉積-蝕刻-沉積)之類的分時(shí)復(fù)用蝕刻工藝已經(jīng)用于蝕刻高的縱橫比特征，例如貫穿硅的通孔(TSV)。在分時(shí)復(fù)用工藝中，蝕刻小深度的特征，然后停止供給蝕刻氣體并且開始供給在蝕刻的側(cè)壁上形成聚合物的鈍化氣體。重復(fù)該工藝直到達(dá)到期望的深度為止。然而，分時(shí)復(fù)用蝕刻工藝的不期望的側(cè)面效應(yīng)是作為可替選的沉積和蝕刻步驟的結(jié)果的給定蝕刻特征的側(cè)壁的特征扇形。例如這些輪廓非一致性可以導(dǎo)致充滿復(fù)雜性，并且最終導(dǎo)致在隨后的金屬化之后電性能劣化。
[0006]可替選的分時(shí)復(fù)用蝕刻是通常利用氟和基于氧的化學(xué)物質(zhì)來同時(shí)執(zhí)行蝕刻和鈍化機(jī)制的一步(連續(xù))工藝。這樣的一步工藝可以產(chǎn)生更加連續(xù)的輪廓(無扇形)，但是一步工藝經(jīng)歷縱橫比限制(特別是在較小的尺寸處)和深度限制。
[0007]本文中所公開的技術(shù)包括用于利用連續(xù)氣體脈沖工藝蝕刻深硅特征的方法，該連續(xù)氣體脈沖工藝蝕刻高縱橫比特征并留下相對(duì)平滑的輪廓。這樣的方法提供了比Bosch工藝的蝕刻速率快的蝕刻速率，提供了不具有基蝕(undercut)或具有小的基蝕的蝕刻輪廓，并且使用提供好的掩模選擇性的化學(xué)物質(zhì)。技術(shù)包括利用包括交替化學(xué)物質(zhì)的循環(huán)氣體脈沖工藝的連續(xù)工藝。
[0008]一種實(shí)施方式包括用于在基板上蝕刻深硅特征的方法。該方法包括將基板布置在等離子體處理系統(tǒng)中的基板保持器上。該基板具有限定露出硅表面的開口的圖案化的掩模層。使第一過程氣體混合物流入等離子體處理系統(tǒng)。第一過程氣體混合物包括硅、氧以及至少一種齒素。使第二過程氣體混合物流入等離子體處理系統(tǒng)。第二過程氣體混合物包括含鹵素的氣體和氟碳?xì)怏w。由第一過程氣體混合物和第二過程氣體混合物形成等離子體，使得硅表面通過圖案化的掩模層被暴露于等離子體。利用第一氣體混合物與等離子體的產(chǎn)物在基板內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)硅特征的側(cè)壁和底表面上形成氧化物層。該方法包括利用第二過程氣體混合物與等離子體的產(chǎn)物對(duì)在基板內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)硅特征進(jìn)行蝕刻。
[0009]與使用專用的蝕刻和沉積步驟的分時(shí)復(fù)用工藝相比，本文中的技術(shù)提供了遵循交替的強(qiáng)-輕(strong-mi Id)蝕刻機(jī)制(較少鈍化)但是具有連續(xù)的蝕刻的氣體脈沖。這樣的技術(shù)可以維持較高的蝕刻速率而沒有殘留的聚合物殘?jiān)逊e。
[0010]當(dāng)然，出于簡潔的目的已經(jīng)呈現(xiàn)了在本文中所描述的不同步驟的討論順序。通常這些步驟可以以任意合適的順序執(zhí)行。另外，盡管可以在本公開內(nèi)容的不同地方討論本文中的各個(gè)不同的特征、技術(shù)、構(gòu)造等，但是旨在每個(gè)概念可以彼此獨(dú)立地被執(zhí)行或者彼此組合地被執(zhí)行。因此，可以以很多不同的方法來實(shí)施或者看待本發(fā)明。
[0011]注意本
【發(fā)明內(nèi)容】
部分不指出本公開內(nèi)容或所要求保護(hù)的發(fā)明的每個(gè)實(shí)施方式和/或增加的新的方面。相反，本發(fā)明僅提供不同實(shí)施方式的初步討論和優(yōu)于常規(guī)技術(shù)的新穎性的對(duì)應(yīng)點(diǎn)。為了本發(fā)明和實(shí)施方式的另外的細(xì)節(jié)和/或可能的觀點(diǎn)，讀者應(yīng)該針對(duì)【具體實(shí)施方式】部分和如下面所進(jìn)一步討論的本公開內(nèi)容的相應(yīng)附圖。
【附圖說明】
[0012]參照下面的結(jié)合附圖考慮的具體描述，本發(fā)明的各種實(shí)施方式的更完整的理解及其許多附加優(yōu)點(diǎn)將變得容易顯而易見。附圖不必是按比例的，而是將重點(diǎn)放在示出特征、原則和概念上。
[0013]圖1A至圖1B是根據(jù)本文的實(shí)施方式的被蝕刻的特征的截面圖。
[0014]圖2A至圖2C是根據(jù)本文的實(shí)施方式的連續(xù)氣體脈沖工藝的圖。
[0015]圖3A至圖3C是示出來自各種蝕刻技術(shù)的結(jié)果的截面圖。
[0016]圖4是根據(jù)本文的實(shí)施方式的深硅蝕刻方法的流程圖。
[0017]圖5是根據(jù)本文的實(shí)施方式的等離子體處理系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本文所公開的技術(shù)包括利用連續(xù)氣體脈沖工藝蝕刻深硅特征的方法，該連續(xù)氣體脈沖工藝蝕刻具有相對(duì)光滑的輪廓的高縱橫比特征。這樣的方法提供比Bosch工藝的蝕刻速率大的蝕刻速率，提供了不具有基蝕或具有小的基蝕的蝕刻輪廓，并且使用提供好的掩模選擇性的化學(xué)物質(zhì)。技術(shù)包括利用包括交替化學(xué)物質(zhì)的循環(huán)氣體脈沖工藝的連續(xù)工藝。
[0019]本文中的技術(shù)使用了兩種氣體化學(xué)物質(zhì)或者混合物，并且然后根據(jù)流動(dòng)占優(yōu)的混合物而在各個(gè)氣體化學(xué)物質(zhì)之間循環(huán)。因而，兩種氣體化學(xué)物質(zhì)同時(shí)且連續(xù)地流動(dòng)，而每個(gè)流動(dòng)的量在最大與最小之間變化。[0020 ]圖1A和圖1B示出了被蝕刻到硅基板1 5中的特征1 7，例如貫穿硅的通孔。在形成特征中所使用的一種氣體化學(xué)物質(zhì)是鈍化/氧化化學(xué)物質(zhì)110。氧化化學(xué)物質(zhì)包括硅、氧以及至少一種齒素(例如氟、氯、溴等)。例如，O2可以用于形成氧化物。硅和齒素可以來自SiF4、SiCl4、SiBr4等?？梢詥为?dú)使用02，但是基本上花費(fèi)更多的時(shí)間。硅和鹵素添加物被用于形成其中特征的細(xì)線側(cè)壁和底表面被蝕刻的含鹵素的氧化物沉積物135。
[0021]所使用的另一氣體化學(xué)物質(zhì)是蝕刻化學(xué)物質(zhì)120。該蝕刻化學(xué)物質(zhì)包括含鹵素氣體和氟碳?xì)怏w。例如，含鹵素氣體可以包括SF6、NF3、XeF2、Cl、Br等。含鹵素的氣體主要的功能是用于蝕刻硅基板105。氟碳?xì)怏w可以包括CxFy，其中X和y大于或等于I。氟碳?xì)怏w主要用于通過從通孔的底表面去除氧化物135而增強(qiáng)蝕刻。因?yàn)殁g化化學(xué)物質(zhì)在特征表面上形成氧化物，所以需要去除該氧化物以繼續(xù)蝕刻溝槽或通孔。
[0022]圖2A至圖2B是示出各個(gè)氣體化學(xué)物質(zhì)的總流量