專利名稱：腐蝕硅層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及腐蝕硅層的方法，通過腐蝕硅層可以提供具有傾斜側(cè)壁的構(gòu)形。
在腐蝕用作晶體管的柵的多晶硅硅化物膜之前，如快速存儲(chǔ)器等具有浮柵的器件結(jié)構(gòu)必須具有如

圖1所示的層疊結(jié)構(gòu)。即，作為最上層的WSi層31，該層之下是第二多晶硅30，具有由氧化膜、氮化膜和氧化膜構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)的ONO層29，第一多晶硅層28，氧化膜層27和硅襯底26。在該結(jié)構(gòu)中，如剖面圖所示，預(yù)先垂直地腐蝕用作浮柵的第一多晶硅層28。場氧化膜32局部地形成在第一多晶硅層28被腐蝕的位置。如圖1所示，腐蝕第一多晶硅層28形成的孔的側(cè)壁是傾斜的，以使孔的上部較寬。這種層疊結(jié)構(gòu)是利用多晶硅的腐蝕裝置腐蝕的。
雖然在正常的腐蝕條件下腐蝕上兩層即ONO層29和第二多晶硅層30沒有任何問題，但因?yàn)槭褂玫氖歉g多晶硅的裝置，無法象用專用于氧化膜的正常的腐蝕裝置那樣以高腐蝕率腐蝕ONO層29中的氧化膜。因此ONO層29最好是具有容易腐蝕的結(jié)構(gòu)。
然而，如圖2所示，在按具有垂直側(cè)壁的構(gòu)形腐蝕第一多晶硅層28時(shí)，其上的ONO層29將垂直形成。如果相對(duì)于襯底垂直腐蝕ONO層29的氧化膜層，則作為要腐蝕的有效厚度的氧化膜層的厚度等于第一多晶硅膜28的厚度。因而很難去掉ONO層29，并且可能殘留ONO層33，如圖3所示。
因此，為了容易腐蝕ONO層29，第一多晶硅層28必須具有傾斜的錐形構(gòu)形，以使其上部較寬，從而代替垂直構(gòu)形。
然而，常規(guī)腐蝕方法腐蝕后無法有效地提供具有如上所述傾斜側(cè)壁的構(gòu)形。例如，日本專利申請(qǐng)公開8-274078公開了一種通過兩步驟腐蝕形成具有不同腐蝕容易程度的側(cè)壁保護(hù)膜來防止柵極成錐形的方法。然而，該方法沒有提供錐形的腐蝕構(gòu)形。
本發(fā)明的目的是提供一種腐蝕硅層的方法，可以獲得具有傾斜側(cè)壁的腐蝕構(gòu)形。
根據(jù)本發(fā)明的第一方案，提供一種腐蝕硅層的方法，包括以下步驟在硅層上形成掩模圖形；利用CF型氣體或包括CF型氣體的混合氣體腐蝕硅層的一半；利用Cl2、HBr、SF6、和O2中的至少一種氣體腐蝕其余的所說硅層。
按該腐蝕方法，CF型氣體至少可以是一種選自CF4、CHF3、CH2F2、和C4F8中的氣體，并且可以在硅層下設(shè)置厚為6-10nm的薄氧化膜。
根據(jù)本發(fā)明，首先利用CF型氣體或包括CF型氣體的混合氣體腐蝕硅層的一半。于是在腐蝕的孔的側(cè)壁上留下了碳氟化合物型淀積物。然后，利用至少一種選自Cl2、HBr、SF6、和O2中的氣體腐蝕其余的硅層。結(jié)果，以淀積物作為掩模，使得硅層被腐蝕成正向呈錐形的構(gòu)形，而不被垂直腐蝕。
本發(fā)明的第一方案最好只腐蝕硅層，而不腐蝕硅層下的各層。然而，本發(fā)明的第二方案可用于將腐蝕延伸到各底層。
根據(jù)本發(fā)明的第二方案，提供一種腐蝕硅層的方法，包括以下步驟在硅層上形成掩模圖形，并利用CF型氣體或包括CF型氣體的混合氣體腐蝕硅層。
按該腐蝕方法，CF型氣體可以是至少一種從CF4、CHF3、CH2F2、和C4F8中選擇的氣體，并且可以在硅層下提供厚為0.3-0.5微米的場氧化膜。
本發(fā)明的第二方案的有益之處還在于，利用CF型氣體的腐蝕在硅層的腐蝕孔的側(cè)壁上留下了碳氟化合物淀積物，提供了與本發(fā)明第一方案所得到的類似的傾斜腐蝕側(cè)壁，并且在處理過程中可以不變換腐蝕氣體。
關(guān)于本發(fā)明，術(shù)語“硅層”不僅表示形成于襯底上的硅膜，而且還表示硅襯底。顯然，一般的硅層是多晶硅層。
圖1是具有浮柵的快速存儲(chǔ)器之類器件的結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2是展示同一結(jié)構(gòu)的改形的剖面圖；圖3是展示腐蝕同一結(jié)構(gòu)獲得的構(gòu)形的剖面圖；圖4A-4C是按方法步驟順序展示本發(fā)明第一實(shí)施例的方法的剖面圖；圖5是展示本發(fā)明第一實(shí)施例方法所用的RIE腐蝕裝置的示意圖；圖6A和6B是按方法步驟順序展示本發(fā)明第二實(shí)施例的方法的剖面圖；圖7A和7B是展示本發(fā)明第二實(shí)施例方法所用的RIE腐蝕裝置的示意圖；圖8A和8B是按方法步驟順序展示本發(fā)明第三實(shí)施例的方法的剖面圖；圖9A和9B是按方法步驟順序展示本發(fā)明第四實(shí)施例的方法的剖面圖。
下面結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖4A至4C是按該方法步驟順序展示本發(fā)明第一實(shí)施例腐蝕硅層的方法的剖面圖。圖5是按本實(shí)施例使用雙頻RIE方法腐蝕多晶硅層的干法腐蝕裝置的示意圖。如圖5所示，該干法腐蝕裝置的處理室6具有材料氣的引入口7a和排出口7b。上電極11懸于處理室6中，下電極9設(shè)置于處理室底部的工作臺(tái)8上。要被腐蝕的晶片10放置于工作臺(tái)8上。上電極11作為將通過材料氣引入口7a引入的材料氣噴入處理室的噴頭，其通過高頻電纜12與設(shè)置于處理室外的用于上電極的高頻電源14連接。下電極9通過高頻電纜12與下電極的高頻電源13連接。相控調(diào)制器15接在高頻電源13和14之間。
在具有這種結(jié)構(gòu)的腐蝕裝置中，高頻電源加到面對(duì)面的上下電極11和9，從而產(chǎn)生等離子體，它們之間的相位差由接在高頻電源13和14之間的相控調(diào)制器15控制，從而利用RIE(反應(yīng)離子腐蝕)腐蝕硅晶片10上的硅層。這種腐蝕裝置能夠產(chǎn)生等離子體密度為1×1010-1×1011cm-2的等離子體。
利用這種腐蝕裝置腐蝕硅層。即，如圖4A所示，在一種器件結(jié)構(gòu)上形成光刻膠圖形4，所說器件結(jié)構(gòu)是由多晶硅3和形成于硅襯底1上的氧化膜2構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)。光刻膠4用作只腐蝕多晶硅層3的掩模。
關(guān)于第一步驟，如圖4B所示，利用如CF4、CHF3、CH2F2、和C4F8等CF型氣體或包括CF型氣體的混合氣體腐蝕多晶硅層3的一半。如圖4B所示，于是在腐蝕圖形的側(cè)壁上留下了碳氟化合物型淀積物5，淀積物的厚度隨壁的深度增大而增大。
然后，第二步利用Cl2、HBr、SF6、或O2中的氣體腐蝕其余的多晶硅層3，如圖4C所示。此時(shí)，第一步形成的淀積物5作為掩模，將多晶硅層腐蝕成向前呈錐形的構(gòu)形，該構(gòu)形的上部較寬，如圖4C所示，而不被垂直腐蝕。
下面說明圖4A-4C所示的該腐蝕方法的處理?xiàng)l件的實(shí)例。形成于硅襯底1上的熱氧化膜2作為MOS晶體管的絕緣膜，其厚度為6-10nm，作為導(dǎo)電膜的多品硅層3的厚度為100-150nm。
腐蝕條件如下。第一步，利用50sccm的CF4，在壓力為20mT、上電極的高頻功率為0W、下電極的高頻功率為600W的條件下，進(jìn)行腐蝕，形成碳氟化合物型淀積膜。盡管腐蝕時(shí)間取決于腐蝕要求的構(gòu)形，但腐蝕時(shí)間的范圍為約10秒到探測(cè)到多晶硅層3的端部所花的時(shí)間。此時(shí)多晶硅層腐蝕的速率為100-200nm。氧化膜的腐蝕速率基本上相同。因此，如果在露出底層氧化膜2后，在相同的條件下進(jìn)行過腐蝕，則會(huì)腐蝕掉底層氧化膜2。因此，必需改變腐蝕條件，提供對(duì)于氧化膜的較高選擇率。如果腐蝕多晶硅3的一半，則腐蝕的結(jié)果是留下圖4B所示的構(gòu)形。在腐蝕的多晶硅層3的側(cè)壁上形成了作為腐蝕淀積物的碳氟化合物型淀積物5。
在第二步，在Cl2為50-200sccm，HBr為100-200sccm，壓力為20mT-100mT，上電極的高頻功率為300-500W，下電極的高頻功率為300-600W，上下高頻功率間的相差為135度的條件下，腐蝕去掉第一步腐蝕后留下的其余多晶硅層3。此時(shí)多晶硅的腐蝕率為150-250nm，氧化膜的腐蝕率為3-10nm。
進(jìn)行該腐蝕去掉了第一步腐蝕后留下的其余多晶硅層3。淀積物膜5用作將多晶硅層3腐蝕成圖4C所示呈正向錐形構(gòu)形的掩模。
圖6A和6B是按方法步驟順序展示本發(fā)明第二實(shí)施例的方法的剖面圖。圖6A和6B中與圖4A-4C相同的各部分用相同的參考數(shù)字表示，這里不再進(jìn)行具體說明。在本實(shí)施例中，如圖6A所示，在多晶硅層3下在要被腐蝕的柵氧化膜2的區(qū)域之下，形成厚0.3-0.5微米的厚場氧化膜16。
這種情況下，第一步，如圖6B所示，利用如CF4、CHF3、CH2F2、和C4F8等CF型氣體或包括CF型氣體的混合氣體腐蝕整個(gè)多晶硅層3。這也在所腐蝕圖形的側(cè)壁上留下了碳氟類淀積物，并且淀積物的厚度隨壁深度增大而增大。這樣腐蝕后形成傾斜的側(cè)壁。由于場氧化膜16足夠厚，使得對(duì)該膜腐蝕的深度可在0.1微米。
盡管一般用CF4作CF型氣體，但利用具有較強(qiáng)形成淀積物趨勢(shì)的如CHF3、CH2F2、和C4F8等氣體也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果。
在壓力增大到20mT以上時(shí)，隨著時(shí)間的延長，淀積的趨勢(shì)增強(qiáng)，這樣可以提供正向具有較大角度的錐形構(gòu)形。
根據(jù)本實(shí)施例在腐蝕時(shí)附加如He、Ar等稀釋氣體可以調(diào)節(jié)在圖形側(cè)壁上淀積物的量，由此控制錐度。
另外，可以用圖7A所示的RIE裝置、圖7B所示的ICP裝置、或圖7C所示的ECR裝置代替圖5所示的RIE腐蝕裝置。
下面結(jié)合圖8A和8B說明一個(gè)實(shí)施例，其中利用本發(fā)明腐蝕硅溝槽。如圖8A所示，在硅襯底17上形成厚10-20nm的氧化硅膜18和厚100-150nm的氮化硅膜19，然后，在其上形成光刻膠圖形20。
對(duì)圖8A所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行本發(fā)明的腐蝕方法，腐蝕硅襯底17。腐蝕條件與上述相同。
于是在硅襯底17中得到圖8B所示具有傾斜側(cè)壁的腐蝕孔。由于在硅中這樣得到了呈正向錐形的腐蝕構(gòu)形，所以最好可以在隨后生長氧化膜期間將該孔掩埋。
下面結(jié)合圖9A和9B說明一個(gè)實(shí)施例，在該實(shí)施例中利用本發(fā)明腐蝕電容元件。如圖9A所示，腐蝕前該器件具有這樣的結(jié)構(gòu)，氧化膜22形成在硅襯底21上；接觸孔23形成在氧化膜22中；然后形成以后將用作電容元件的多晶硅膜24；在多晶硅膜24上與接觸孔23對(duì)準(zhǔn)形成光刻膠圖形25。
接著，如圖9B所示，利用光刻膠25作掩模，利用本發(fā)明的腐蝕方法腐蝕多晶硅膜24，由于多晶硅膜24以后將用作電容元件，所以其必須具有大表面積。利用本發(fā)明的腐蝕方法將在腐蝕后提供具有相對(duì)于襯底21表面傾斜的側(cè)壁的多晶硅膜24，從而提供所謂的正向呈錐形的構(gòu)形。這便可以增大電容元件的表面積。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，利用CF型氣體在腐蝕的圖形的側(cè)壁上留下了碳氟化合物型淀積物，提供了腐蝕后具有傾斜側(cè)壁構(gòu)形的硅層(包括硅襯底)。本發(fā)明對(duì)半導(dǎo)體制造工藝有顯著優(yōu)點(diǎn)，包括可以改善掩埋于腐蝕孔中的上層的臺(tái)階覆蓋等。
權(quán)利要求
1．一種腐蝕硅層的方法，包括以下步驟在硅層上形成掩模圖形；利用CF型氣體或包括CF型氣體的混合氣體腐蝕所說硅層的一半；利用Cl2、HBr、SF6、和O2中的至少一種氣體腐蝕其余的所說硅層。
2．如權(quán)利要求1的腐蝕硅層的方法，其中所說CF型氣體至少是從CF4、CHF3、CH2F2、和C4F8中選擇的一種氣體。
3．如權(quán)利要求1的腐蝕硅層的方法，其中在所說硅層下形成厚為6-10nm的氧化膜。
4．一種腐蝕硅層的方法，包括以下步驟在硅層上形成掩模圖形；用CF型氣體或包括CF型氣體的混合氣體腐蝕所說硅層。
5．如權(quán)利要求4的腐蝕硅層的方法，其中CF型氣體至少是從CF4、CHF3、CH2F2、和C4F8中選擇的一種氣體。
6．如權(quán)利要求4的腐蝕硅層的方法，其中在所說硅層下形成厚為0.3-0.5微米的場氧化膜。
全文摘要
在硅襯底上形成柵氧化膜和多晶硅層,并在多晶硅層上形成光刻膠圖形。用光刻膠作掩模,利用如CF
文檔編號(hào)C23F4/00GK1224234SQ9910018
公開日1999年7月28日 申請(qǐng)日期1999年1月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月16日
發(fā)明者滿生彰 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社