專利名稱：用于形成高縱橫比特征和相關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的選擇性蝕刻化學(xué)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在各個實(shí)施例中大體涉及集成電路制造，明確地說涉及在集成電路制造期間 蝕刻材料的方法和所得結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
集成電路制造常規(guī)上包括在軟式或硬式掩模中形成開口圖案和經(jīng)由圖案化掩模蝕 刻材料以在材料中形成開口。在某些應(yīng)用中，經(jīng)蝕刻的材料可又用作用以隨后將圖案轉(zhuǎn) 印到下伏材料的硬式掩模(或第二硬式掩模)。在鑲嵌應(yīng)用中，蝕刻開口可采用絕緣層 中的例如通道和/或溝槽的形式，所述通道和/或溝槽可用以形成集成電路的各個部分， 包括導(dǎo)電接點(diǎn)、互連線和例如電容器和晶體管的電設(shè)備。
蝕刻材料可涉及執(zhí)行將材料暴露于定向等離子的干式蝕刻，其中以緊密角度分布將 受激物質(zhì)導(dǎo)引到材料。原則上，干式蝕刻形成具有相對筆直側(cè)壁的均勻開口。受激物質(zhì) 通過與材料形成揮發(fā)性物質(zhì)和/或通過歸因于被受激物質(zhì)轟擊而物理濺鍍掉材料來蝕刻 材料。
一般蝕刻材料包括電介質(zhì)，例如層間電介質(zhì)。電介質(zhì)中的開口可用以固持集成電路 中的各種導(dǎo)電或半導(dǎo)電特征，電介質(zhì)在所述特征之間提供電絕緣。
氧化硅是通用介電材料，其可以多種方式形成并可包括各種其它組份。用于基于氧 化硅的材料的典型干式蝕刻化學(xué)包括氫氟碳、氧氣(02)和惰性氣體。參看圖1，可將 蝕刻化學(xué)作為等離子受激物質(zhì)導(dǎo)引通過遮蔽層20中的開口 10以蝕刻氧化硅層30。參看 圖2，盡管等離子受激物質(zhì)的流動主要是垂直的，但某些等離子受激物質(zhì)的路徑具有可 引起側(cè)壁的蝕刻的水平分量。此蝕刻導(dǎo)致弓形側(cè)壁的形成，且因此一般被稱為"彎曲"。 通道或溝槽之間的絕緣材料因而變薄可導(dǎo)致(尤其)破裂，從而在填充通道/溝槽或寄生 電容的導(dǎo)電元件之間形成短路。
繼續(xù)參看圖2，來自蝕刻化學(xué)的氫氟碳的碳可在蝕刻期間在開口 50中沉積并聚合， 借此形成聚合物膜60。--般來說，沉積主要發(fā)生在開口 50的上部部分附近相鄰于遮蔽 層20的側(cè)壁處。聚合物膜60在聚合物膜60的最厚部分處形成所謂的頸部。在某些情 況下，聚合物膜60可生長得如此厚以使得其阻斷或堵塞開口 50。然而，通常，開口50 保持開放且這些頸部可能是有益的，因?yàn)槠淇稍趥?cè)壁40上形成"遮蔽"，借此保護(hù)側(cè)壁40不被蝕刻，借此減少彎曲。
盡管是保護(hù)側(cè)壁40所需的，但具有較厚頸部區(qū)的聚合物膜60還可能阻礙某些蝕刻 劑流進(jìn)開口 50;與外圍部分相比，更多蝕刻劑到達(dá)開口 50的底部的中間部分，從而使 中間部分處的材料被優(yōu)先移除。因此，開口 50隨著其進(jìn)一步進(jìn)入層30可能變尖。如果 聚合物膜60在丌口 50中非對稱地沉積或在不同開口 50之間以不同量沉積，那么變尖 可能是不均勻的，從而導(dǎo)致不均勻丌口 50的形成。將了解，在集成電路制造中通常需 要筆直側(cè)壁40和均勻丌口 50的形成以實(shí)現(xiàn)(例如)最終產(chǎn)物的性質(zhì)的可預(yù)測性、可靠 性和均一性。然而，通過在頸部區(qū)中形成較薄聚合物膜60而使變尖最小化可能提供對 側(cè)壁40的不充分保護(hù)，從而引起過度彎曲。
因此，需要允許有效控制蝕刻開口的輪廓的方法和結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例與高輪廓控制和高輪廓均一性組合提供使介電材料中所蝕刻的開 口的壁的鈍化成為可能的蝕刻化學(xué)。所述蝕刻化學(xué)包括硅物質(zhì)和鹵化物物質(zhì)，且還優(yōu)選 包括碳物質(zhì)和氧物質(zhì)。這些物質(zhì)中的至少一者且優(yōu)選每一者可以是等離子受激物質(zhì)。
在某些實(shí)施例中，等離子受激物質(zhì)由硅、碳和/或氧化合物衍生或產(chǎn)生。在某些實(shí)施 例中，可將硅化合物表示為SixMyHz，其中"Si"為硅，"M"為一個或多個鹵素(例如， 氟、溴和/或氯)，"H"為氫，且x》1， y》0且z》0 (優(yōu)選地，y》1)。如上所述，蝕刻 化學(xué)還可包括碳化合物，可將其表示為CaMBHY，其中"C"為碳，"M"為一個或多個 鹵素，"H"為氫，且a》1， (3X)且y^0 (優(yōu)選地，P》1)。另外，蝕刻化學(xué)可包括氧化 合物(例如，分子氧(02)、過氧化氫(H202)或水(H20))。將了解，在某些情況下， 可能可利用借此可產(chǎn)生硅、鹵素、碳和氧等離子受激物質(zhì)中的兩者或兩者以上的化合物。 舉例來說，涵蓋由硅、碳和鹵素原子形成的化合物。
蝕刻化學(xué)有利地使介電材料(例如層間電介質(zhì)或含硅的介電材料)的等離子蝕刻能 夠形成高縱橫比丌口。硅化合物中的硅可鈍化在側(cè)壁上形成硅層的開口的側(cè)壁。硅層有 利地比(例如)可使用常規(guī)氟碳化合物化學(xué)形成的無硅聚合物層更抗蝕刻劑。此對蝕刻 劑的抗性相對于單獨(dú)使用氟碳化合物減少側(cè)壁的彎曲。此外，如以下進(jìn)一步討論，硅化 合物通過為硅化合物和/或碳化合物(當(dāng)蝕刻化學(xué)中包括碳化合物時)適當(dāng)選擇鹵素組份 而有利地使鈍化和蝕刻的程度被調(diào)整。
另外，已有利地發(fā)現(xiàn)根據(jù)所揭示實(shí)施例的蝕刻化學(xué)(例如包括SiF4的蝕刻化學(xué))比 許多常規(guī)蝕刻化學(xué)提供更高選擇性。此外，硅鈍化層可耗散可在等離子蝕刻期間累積且可從界定開口的表面排斥等離子受激物質(zhì)的電荷。通過最小化電荷累積，可增加蝕刻速 率，因?yàn)楦嗟入x子受激物質(zhì)被允許到達(dá)介電材料中的開口 (例如，通道或溝槽)的表面。


圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有覆蓋待蝕刻材料的圖案化軟式或硬式掩模的經(jīng)部分制造的 集成電路的橫截面?zhèn)纫晥D2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在執(zhí)行定向等離子蝕刻后的圖1的經(jīng)部分制造的集成電路的橫 截面?zhèn)纫晥D3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有覆蓋介電材料的圖案化掩模的經(jīng)部分制造的集成電 路的橫截面?zhèn)纫晥D4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在蝕刻介電材料后的圖3的經(jīng)部分制造的集成電路的橫 截面?zhèn)纫晥D5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例在移除掩模并清潔蝕刻開口后的圖4的經(jīng)部分制造的集 成電路的橫截面?zhèn)纫晥D6是根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例在蝕刻通過介電材料，移除掩模并清潔蝕刻開口后 的圖3的經(jīng)部分制造的集成電路的橫截面?zhèn)纫晥D7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例所形成的溝槽的掃描電子顯微圖；以及
圖8A到8E是展示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例且根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的蝕刻的性質(zhì)的圖表。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參看各圖，其中相同標(biāo)號始終指代相同部分。將了解，圖式和其中的部分未必 按比例繪制。
參看圖3，說明經(jīng)部分制造的集成電路100。如以下所討論，圖案化遮蔽層120覆 蓋將被蝕刻的介電或絕緣材料層130。遮蔽層120包括開口 IIO的圖案。在所說明的實(shí) 施例中，圖案化遮蔽層120是含碳硬式掩模層，優(yōu)選為非晶碳層，例如，高透光的透明 非晶碳層?？稍贏.荷姆伯德(A. Helmbold)、 D.梅斯諾(D. Meissner)的固體薄膜(Thin Solid Films) ，283 ( 1996) 196-203中找到用以形成高透明碳的沉積技術(shù)，所述文獻(xiàn)的全 部揭示內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
可在從一個或多個上覆層(例如光致抗蝕劑層和一個或多個介入硬式掩模層)的圖 案轉(zhuǎn)印之后形成開口 110的圖案。光致抗蝕劑可經(jīng)由主光罩而暴露于輻射且接著經(jīng)顯影 以形成被轉(zhuǎn)印到遮蔽層120的所需圖案。用于遮蔽層120的另一碳材料的一實(shí)例是光致抗蝕劑本身。在其它材料的實(shí)例中， 遮蔽層120可由可相對于層130的介電材料被選擇性蝕刻且被選擇的含硅材料(例如， 硅或氮化硅)形成。
層130包含可含硅的介電材料。舉例來說，層130可為氧化硅的形式且優(yōu)選為層間 介電(ILD)層。在所說明的實(shí)施例中，層130由氧化硅(例如，比如二氧化硅的未摻 雜氧化硅、氟化氧化硅(FSG)、比如硼磷硅玻璃(BPSG)和磷硅玻璃(PSG)的硅玻 璃、摻雜或未摻雜的熱生長氧化硅、摻雜或未摻雜的TEOS沉積氧化硅等)形成。
參看圖4，氧化硅層130已經(jīng)受干式蝕刻。在蝕刻期間，定向等離子受激物質(zhì)在行 進(jìn)通過遮蔽層120中的開口 110 (圖3)之后與層130接觸，借此蝕刻層130并形成開 口 150。將了解，"等離子受激物質(zhì)"指代經(jīng)由將能量施加于氣體所產(chǎn)生的自由基、離子 或其它受激物質(zhì)?？墒褂煤幸r底的反應(yīng)腔室內(nèi)部的直接等離子產(chǎn)生器(即，"原位" 或"直接"等離子產(chǎn)生)或使用遠(yuǎn)程等離子產(chǎn)生器(即，"外部"或"遠(yuǎn)程"等離子產(chǎn) 生)來產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)?？稍划a(chǎn)生等離子受激物質(zhì)?？山?jīng)由例如電感耦合、紫外 輻射、微波、電容耦合、RF功率的施加等多種方法將能量施加(耦合)到氣體。在缺 乏耦合能量時，等離子產(chǎn)生終止。等離子受激物質(zhì)可包括(但不限于)鹵化物自由基和 離子。在蝕刻期間，優(yōu)選經(jīng)由施加電場將等離子受激物質(zhì)(例如，F(xiàn)+)優(yōu)選地導(dǎo)引到待 蝕刻的材料的表面，以提供定向或各向異性蝕刻。
等離子物質(zhì)由包括硅化合物且更優(yōu)選硅與鹵素化合物的蝕刻化學(xué)產(chǎn)生。在實(shí)施例 中，硅化合物一般可由SixMyHz表示，其中"Si"為硅；"M"為一個或多個鹵素，例如 氟、溴、氯或碘；"H"為氫且x》1， y》0且z》0。更優(yōu)選地，硅化合物包括鹵素以輔 助層130的蝕刻，使得y》1。舉例來說，在某些實(shí)施例中，硅化合物為SiF4，其為相對 侵蝕性蝕刻化合物。如以下所討論的具有較小侵蝕性的其它硅化合物的實(shí)例為SiBr2F2、 SiBr2H2、 SiBr4、 SiBr3H和SiH4。另外，蝕刻化學(xué)還可包括不同硅化合物的組合。優(yōu)選 借助于惰性運(yùn)載氣體(例如，氦(He)、氬(Ar)和氖(Ne)),將蝕刻化學(xué)提供到含有 經(jīng)部分制造的集成電路100的反應(yīng)腔室。
優(yōu)選地，蝕刻化學(xué)還包括碳化合物。可將碳化合物表示為CaMBHY,其中"C"為碳， "M"為一個或多個鹵素，"H"為氫，且a》1， p》0且Y》0。更優(yōu)選地，包括至少一個 鹵素以輔助層130的蝕刻，使得P》1。碳化合物的實(shí)例包括CF4和C2Br6。還涵蓋不同 含碳化合物的組合。
在不受理論限制的情況下，據(jù)信通過用受激物質(zhì)物理轟擊的層130的材料的濺鍍連 同歸因于鹵化物物質(zhì)(來自碳化合物或硅化合物)與(例如)介電層130的硅的反應(yīng)的揮發(fā)性化合物的形成引起材料從層130的移除，借此形成開口 150。為了輔助材料的移 除，蝕刻化學(xué)優(yōu)選還包括碳化合物。碳原子有利地與(例如)來自氧化硅的氧原子反應(yīng)， 以形成輔助氧原子的移除的揮發(fā)性碳和氧化合物(例如，CO禾q/或C02)。
在某些實(shí)施例中，蝕刻化學(xué)優(yōu)選還包括優(yōu)選能夠燃燒碳的氧化合物。氧化合物的一 實(shí)例為分子氧(02)。
在不受理論限制的情況下，氧化合物可用以通過與碳形成揮發(fā)性化合物(例如，經(jīng) 由"燃燒"反應(yīng))從開口 150移除碳而增加工藝寬容度。舉例來說，盡管來自碳化合物 的碳可用以從丌口 150移除介電層130的氧，但在某些應(yīng)用中，可能需要將過量碳化合 物遞送到開口 150，以(例如)增加蝕刻的侵蝕性。氧化合物的使用在遞送到開口 150 的碳化合物的量下有利地允許較大工藝寬容度，因?yàn)檠趸衔锟梢瞥緦⒗鄯e于開口 150中的碳。
將了解，本文所揭示的各種化合物的各種下標(biāo)(例如，x、 y、 z、 cx、卩、y和5)的
數(shù)值受可由形成化合物的各種構(gòu)成原子形成的鍵的數(shù)目限制。舉例來說，熟練的技術(shù)人 員將了解，硅原子和碳原子形成到其它原子的四個鍵，而鹵素和氫將與單一其它原子形 成鍵。
繼續(xù)參看圖4，蝕刻化學(xué)有利地將鈍化膜160沉積于丌口 150的側(cè)壁140上，包括 沉積于遮蔽層120的表面上。在不受理論限制的情況下，據(jù)信硅化合物的硅通過沉積和 聚合而鈍化側(cè)壁140以形成鈍化膜160。另外，來自碳化合物的碳還可沉積并聚合以輔 助鈍化膜160的形成，尤其是遮蔽層130的表面上的形成。在某些情況下，據(jù)信朝向開 口150的頂部，在遮蔽層120的表面上，鈍化膜160可由含碳聚合物(主要由碳形成) 形成，而下降到丌口 150中，在介電層130的表面上，鈍化膜160可為含硅聚合物(主 要由硅形成)，例如硅酮。
有利地，鈍化膜160中的硅使膜對通過蝕刻劑的蝕刻呈高抗性。因此，鈍化膜160 保護(hù)側(cè)壁140不受蝕刻，借此最小化彎曲。將了解，鈍化膜160的某蝕刻確實(shí)發(fā)生，但 與在無優(yōu)選實(shí)施例的硅化合物的情況下使用氟碳的常規(guī)蝕刻相比，這被認(rèn)為是最小限度 的。并非允許鈍化膜160保持完全未蝕刻，優(yōu)選選擇蝕刻化學(xué)以在足以防止鈍化膜160 生長而阻塞丌口 150的速率下蝕刻鈍化膜160，同時仍允許鈍化膜160保護(hù)側(cè)壁140并 最小化彎曲。
此外，鈍化膜160的相對較高蝕刻抗性允許形成較薄鈍化層，借此增加頸部區(qū)162
處的丌口的大小。此相對較窄鈍化層160和相對較寬頸部開口 162有利地有助于改進(jìn)輪
廓控制。有利地，可減少頸部對蝕刻劑的阻塞，借此減少開口 150的變尖。因此，可形成更直、更垂直側(cè)壁140且開口 150的寬度貫穿開口的高度更為均勻。另外，開口 150 的經(jīng)降低的錐度可通過有效減小特征的縱橫比而有利地增加蝕刻速率。
將了解，鈍化膜160可有利地增加所需垂直蝕刻速率。歸因于蝕刻期間等離子受激 物質(zhì)的產(chǎn)生和使用，電荷可累積于側(cè)壁140上。這些電荷可通過排斥帶電蝕刻劑物質(zhì)并 不合需要地減少碰撞于丌口 150的底部上的此類帶電受激物質(zhì)的數(shù)目而降低蝕刻速率。 有利地，含硅層為半導(dǎo)電的，從而允許電荷的耗散并最小化電荷累積。因此，更多帶電 蝕刻劑物質(zhì)可到達(dá)開口 150的底部，以蝕刻所述底部處的材料，借此增加蝕刻速率。舉 例來說，開口 150的底部可帶正電，從而引起蝕刻化學(xué)的陽離子的推斥。經(jīng)由沉積導(dǎo)電 或半導(dǎo)電膜(例如含硅膜160)而減少開口 150的底部處的正電荷可通過降低此推斥而 增加蝕刻速率。
可通過(尤其)適當(dāng)選擇鹵素(一或多個)而調(diào)整蝕刻化學(xué)的相對鈍化程度和蝕刻 強(qiáng)度。將了解，可將各種鹵素的相對蝕刻強(qiáng)度一般化為F>Cl>Br>I，從最多侵蝕性(F) 到最少侵蝕性(I)而變化?？衫名u素與氫的組合(例如，SiFaClbBreHd)來進(jìn)一步調(diào) 整相對鈍化程度和蝕刻強(qiáng)度。當(dāng)側(cè)壁140的鈍化程度和鈍化膜160的蝕刻速率優(yōu)選經(jīng)平 衡以最小化彎曲時，調(diào)整蝕刻化學(xué)(包括硅化合物)的蝕刻強(qiáng)度的能力有利地有助于此 平衡。在結(jié)合更多侵蝕性蝕刻劑使用硅化合物的某些實(shí)施例中，硅化合物可以是(例如) SiH4，從而允許其主要起鈍化劑作用，同時提供鹵化物蝕刻劑(例如)作為氟碳。
如以匕所討論，在某些實(shí)施例中，將了解，可通過適當(dāng)選擇工藝參數(shù)(例如，等離 子能量、等離子脈沖持續(xù)時間、襯底溫度、反應(yīng)器壓力和流速)且通過選擇遞送到反應(yīng) 腔室的蝕刻化學(xué)中的硅、碳和氧化合物的組成和相對比率來實(shí)現(xiàn)對開口 150的輪廓控制。 舉例來說，可通過選擇具有具更大或更小蝕刻強(qiáng)度的鹵素的硅和/或碳化合物來修改蝕刻 化學(xué)的侵蝕性。在某些實(shí)施例中，蝕刻化學(xué)中僅包括硅化合物(在所述情況下，其含有 鹵素，但不含有碳物質(zhì))，但優(yōu)選地，還包括碳化合物，且更優(yōu)選地，還包括碳化合物 和氧化合物。
還將了解，蝕刻化學(xué)的各種化合物可分離地或間歇地流入反應(yīng)腔室，在某些實(shí)施例
中，碳化合物和氧化合物可連續(xù)流入腔室，而硅化合物間歇流入腔室。碳化合物可在掩
模開口的側(cè)壁上形成鈍化膜。然而，隨著蝕刻進(jìn)行，上覆遮蔽層120和遮蔽層120的表
面上的任何鈍化膜也被蝕刻。因此，遮蔽層120可經(jīng)磨損而變薄且由蝕刻形成的頸部和
任何弓形可穿透到介電層130中。舉例來說，隨著遮蔽層120變得越來越薄，碳鈍化膜
也可被蝕刻，使得由碳鈍化膜形成的頸部在開口 150中越來越低地形成。在某些情況下，
頸部可從掩模開口的側(cè)壁移動到介電層130的側(cè)壁。此經(jīng)降低的頸部可使介電層130的在頸部以上的部分得不到對蝕刻劑的防護(hù)。在此情況發(fā)生之前，為了增加鈍化膜對于蝕 刻的阻抗性，借此減少頸部的向下移動并減少遮蔽層120的變薄，可將硅化合物添加到 蝕刻化學(xué)。除了提供蝕刻阻抗性外，硅化合物可沉積于遮蔽層120上，以增加掩模高度 并抵抗遮蔽層120的變薄。為了防止鈍化膜的過度沉積或生長，可暫時停止硅化合物的 流動。可隨后在遮蔽層120的變薄和鈍化膜的蝕刻再次進(jìn)行到不合需要的程度之前再次 添加硅化合物。因此，可使含硅鈍化劑在短暫分離的脈沖中循環(huán)流動，而使含碳蝕刻劑 連續(xù)流動或與含硅鈍化劑交替流動。
參看圖5，在蝕刻后，可移除遮蔽層120且開口 150可經(jīng)受蝕刻后清潔工藝以形成 經(jīng)清潔開口 150a。將了解，遮蔽層120可經(jīng)受適合于移除形成所述層的材料的蝕刻或其 它工藝。舉例來說，可使用灰化工藝來移除光致抗蝕劑?？赏ㄟ^各種工藝(包括與02 和N2組合使用含氟氣體(例如，CF4)的灰化工藝)來移除鈍化膜160。在使用高量硅 的某些情況下，來自蝕刻化學(xué)的硅可形成側(cè)壁140 (圖4)上的難以移除的硅化合物。 在此類情況下，可應(yīng)用偏置剝離器(bias stripper)(更確切地是常規(guī)上用于剝離工藝的 微波剝離器)來移除硅化合物。
盡管展示僅部分延伸通過層130，但在某些實(shí)施例中，將了解，蝕刻可經(jīng)執(zhí)行以使 得形成完全延伸通過層130的開口。參看圖6，下伏層170充當(dāng)蝕刻終止部；蝕刻對相 對于形成層130的材料下伏的層170為選擇性的。因此，開口 150b經(jīng)形成而完全延伸 通過層130，借此暴露下伏層170。
可接著進(jìn)一歩處理經(jīng)部分制造的集成電路100以形成完整集成電路。舉例來說，繼 續(xù)參看圖6，可用材料填充開口 150b以形成各種特征，例如在當(dāng)層170包括導(dǎo)電特征(例 如互連)時的情況下的導(dǎo)電接點(diǎn)。在其它應(yīng)用中，蝕刻層130可用作用以將由開口 150b 界定的圖案轉(zhuǎn)印到下伏層170的掩模。在另一實(shí)例中，參看圖6，還可用材料填充開口 150b以形成各種電裝置，例如晶體管或電容器。舉例來說，開口 150b可用以形成用于 與也可形成于開口 150b中的容器形電容器接觸的多晶硅插塞。
有利地，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的處理允許形成均勻、高縱橫比特征或開口。舉例來說， 開口 150a (圖5)或150b (圖6)可具有約15:1或更高、約20:1或更優(yōu)選地約30:1或 更高，或約40:1或更高的縱橫比(在開口的頂部處的深度對寬度)。開口 150a或150b 也可有利地較窄，寬度為100nm或更小，且小到約80nm或更小，或約65 nm。開口 150a或150b可貫穿其深度為非常均勻的，寬度的變化小于約10nmRMS (3S內(nèi))。
此外，所揭示的實(shí)施例有利地允許在蝕刻速率方面，在蝕刻選擇性方面，在所形成
特征的均一性方面且在可形成的開口的縱橫比方面對常規(guī)蝕刻進(jìn)行改進(jìn)。在這些類別中，可能存在15%且更優(yōu)選25%的改進(jìn)。舉例來說，這些實(shí)施例在形成孔150a、 150—b— (圖5和圖6)的過程中允許約50-60 A/分鐘或更高的蝕刻速率和約4:1或更高的選擇性 (用于(例如)氧化硅層的蝕刻速率與非晶碳層的蝕刻速率的比)。
另外，所形成的開口具有更均勻、幾乎垂直的側(cè)壁。將了解，開口 150a、 150b具 有開口之間的材料或間隔物132且可參考間隔物132來表征側(cè)壁140的彎曲量。頂部寬 度134 (開口 150a的頂部處的間隔物132的寬度)與弓形寬度136 (間隔物132在其最 窄點(diǎn)處的寬度)的比可小于或等于約1.4:1，小于或等于約1.3:1或甚至小于或等于約 1.2:1。在某些實(shí)施例中，頂部寬度134與弓形寬度136的比為約1.15:1。因此，彎曲的 程度有利地較低。將了解，間隔物132可起待形成于開口 150a、 150b中的導(dǎo)體之間的 絕緣分離的作用。舉例來說，對于具有相同縱橫比的開口，執(zhí)行使用相同蝕刻速率并具 有相同選擇性的常規(guī)蝕刻可產(chǎn)生比由本發(fā)明的某些實(shí)施例所產(chǎn)生的比大約25-30%的頂 部寬度134與弓形寬度136的比。
實(shí)例
穿過非晶碳遮蔽層蝕刻氧化硅介電層以形成溝槽。在可從日本東京電子有限公司 (Tokyo Electron Limited of Tokyo, Japan)購得的雙頻電容耦合反應(yīng)器中執(zhí)行蝕刻。蝕刻 化學(xué)包括用氬運(yùn)載氣體提供到反應(yīng)腔室的SiF4、 QF8和02。以每分鐘約18標(biāo)準(zhǔn)立方厘 米(sccm)的流動速率將SiF4提供到反應(yīng)腔室，C4F8在約35 sccm下流動，且02在13 sccm 下流動。襯底溫度為約5(TC且反應(yīng)腔室壓力為約35毫托。將60MHz下的1500 W的功 率耦合到頂部電極且將2MHz下的2750 W的功率耦合到底部電極。所得的溝槽具有約 25:1的縱橫比和其頂部處的約90 nm的寬度。
參看圖7，其展示所得的溝槽的掃描電子顯微圖。有利地，溝槽具有特別均勻且筆 直的側(cè)壁。
參看圖8A到圖8E，發(fā)現(xiàn)蝕刻通過Ar運(yùn)載氣體利用由C4F8和02組成的蝕刻化學(xué) 來提供對基線蝕刻的各種改進(jìn)。值得注意的是，氧化硅相對于非晶碳硬式掩模的蝕刻選 擇性得到增加(圖8A)，同時仍實(shí)現(xiàn)高蝕刻速率(圖8B)。另外，弓形CD (溝槽之間 的未蝕刻介電材料的寬度)或弓形寬度得到增加，從而表明彎曲已減少(圖8C)。并且， 頸部尺寸與弓形尺寸之間的差(頸部尺寸減去弓形尺寸)有利地較低，從而表明溝槽的 壁特別筆直(圖8D)。
并且，任何彎曲出現(xiàn)的深度低于基線化學(xué)的彎曲出現(xiàn)的深度(圖8E)。有利地，這
有助于對彎曲的程度和蝕刻開口的輪廓的控制。舉例來說，在某些實(shí)施例中，可在蝕刻
過程期間改變蝕刻化學(xué)，使得任何彎曲更均勻地分布于開口的高度上。舉例來說，蝕刻化學(xué)可從提供相對較淺弓形深度的化學(xué)(例如，基線化學(xué))到提供相對較深弓形深度的 化學(xué)(SiF4)而變化。因此，任何彎曲可分布于開口的高度上，使得給定高度處的彎曲 量減少。
將從本文中的描述了解，本發(fā)明包括各種實(shí)施例。舉例來說，根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí) 施例，提供一種用于形成集成電路的方法。所述方法包含在反應(yīng)腔室中提供具有上覆遮 蔽層的層間介電(ILD)層。遮蔽層具有暴露ILD層的部分的開口。由包含硅化合物的 氣體產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)。通過使ILD層的暴露部分與等離子受激物質(zhì)接觸而蝕刻ILD層。
根據(jù)本發(fā)明的另-一實(shí)施例，提供一種用于半導(dǎo)體處理的方法。所述方法包含通過使 含硅介電層的暴露部分與包含鹵素化合物和硅化合物的化學(xué)接觸而蝕刻含硅介電層。所 述化合物中的至少一者處于等離子受激狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，提供一種用于在半導(dǎo)體襯底上的層間介電(ILD)層中 形成高縱橫比特征的方法。所述方法包含在ILD層上提供遮蔽層。遮蔽層具有部分暴露 介電層的一個或多個開口。使用蝕刻化學(xué)相對于遮蔽層選擇性地蝕刻ILD層的暴露部 分。蝕刻化學(xué)包含硅物質(zhì)、鹵化物物質(zhì)、碳物質(zhì)和氧物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種具有層間介電(ILD)層的經(jīng)部分制造的集成 電路。所述經(jīng)部分制造的集成電路包含形成于ILD層中的多個特征。所述特征具有由ILD 層中的開口界定的側(cè)壁。所述特征中的每一者的頂部處的寬度界定頂部寬度且所述特征 的最小寬度界定弓形寬度。頂部寬度與弓形寬度的弓形比小于或等于約1.4:1。經(jīng)部分制 造的集成電路還包含側(cè)壁的至少一部分上的硅聚合物膜。
除上述揭示內(nèi)容外，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還將了解，可在不脫離本發(fā)明的范圍的情 況下對上述方法和結(jié)構(gòu)進(jìn)行添加和修改。所有這些修改和改變希望落在如由所附權(quán)利要 求書界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于形成集成電路的方法，其包含在反應(yīng)腔室中提供具有上覆遮蔽層的層間介電(ILD)層，所述遮蔽層具有暴露所述ILD層的部分的開口；由包含硅化合物的氣體產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)；以及通過使所述ILD層的所述暴露部分與所述等離子受激物質(zhì)接觸而蝕刻所述ILD層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中由所述氣體產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)包含由SixMyHz 產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)，其中Si為硅，H為氫且M為選自由氟(F)、溴(Br)、氯 (CI)和碘(I)組成的群組的一個或多個鹵素，且其中x》1， y》0且z》0。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中由所述氣體產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)包含由SixMyHz 產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)，其中x》1， y》l且z^)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包含使所述ILD層的所述暴露部分與由碳 化合物產(chǎn)生的等離子受激物質(zhì)接觸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中使所述ILD層的所述暴露部分與由所述碳化合物產(chǎn)生的等離子受激物質(zhì)接觸包含由CaMBHy產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)，其中C為碳，H為氫且M為選自由氟(F)、溴(Br)、氯(Cl)和碘(I)組成的群組的一個或 多個囪素，且其中a^1， J3》0且y》0。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中由CaMBHY產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)包含由其中ot》1， 13^0且Y》0的CaMBHY產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其進(jìn)一步包含使所述ILD層的所述暴露部分與由氧 化合物產(chǎn)生的等離子受激物質(zhì)接觸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中使所述ILD層的所述暴露部分與由所述氧化合 物產(chǎn)生的等離子受激物質(zhì)接觸包含由分子氧(02)產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中產(chǎn)生等離子受激物質(zhì)包含使所述硅化合物、所述 碳化合物和所述氧化合物在選自由氦(He)、氬(Ar)和氖(Ne)組成的群組的惰 性運(yùn)載氣體中流動。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在短暫分離的脈沖中執(zhí)行使所述ILD層的所述 暴露部分與由所述硅化合物產(chǎn)生的所述等離子受激物質(zhì)接觸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在由所述硅化合物產(chǎn)生的所述等離子受激物質(zhì)的脈沖期間及之間連續(xù)地執(zhí)行使所述ILD層的所述暴露部分與由所述碳化合物產(chǎn)生 的所述等離子受激物質(zhì)接觸以及使所述ILD層的所述暴露部分與由氧化合物產(chǎn)生 的等離子受激物質(zhì)接觸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使所述ILD層的所述暴露部分接觸在所述開口 的側(cè)壁的至少若干部分上形成鈍化層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述ILD層由氧化硅形成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述遮蔽層由碳材料形成。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述碳層由光致抗蝕劑形成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述碳層由非晶碳形成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述反應(yīng)腔室內(nèi)部執(zhí)行產(chǎn)生所述等離子。
18. —種用于半導(dǎo)體處理的方法，其包含通過使一含硅電介質(zhì)的層的暴露部分與包含鹵素化合物和硅化合物的化學(xué)接觸 而蝕刻所述含硅介電層，其中所述化合物中的至少一者處于等離子受激狀態(tài)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包含提供具有所述化學(xué)的氧化合物。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中蝕刻所述電介質(zhì)的所述層包含將所述暴露部分 間歇地暴露于由所述硅化合物產(chǎn)生的等離子受激物質(zhì)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中蝕刻所述介電層包含增加所述介電層中的幵口 的深度且同時鈍化界定所述開口的側(cè)壁。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其進(jìn)一歩包含在蝕刻所述介電層后從所述開口的側(cè) 壁移除鈍化層。
23. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中蝕刻所述含硅電介質(zhì)的所述層包含蝕刻氧化硅。
24. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中通過覆蓋所述介電層的掩模層中的開口來暴露 所述介電層的暴露部分。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述掩模層由選自由光致抗蝕劑、非晶碳、氮 化硅和硅組成的群組的材料形成。
26. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中蝕刻所述硅介電層包含形成深度與寬度比大于 或等于約20:1的介電層丌口。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中蝕刻所述硅介電層包含形成深度與寬度比大于 或等于約30:1的介電層開口。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中蝕刻所述硅介電層包含形成深度與寬度比大于或等于約40:1的介電層開口。
29. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中蝕刻所述介電層包含形成具有小于或等于約100 納米(nm)的寬度的介電層開口。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法 nm的寬度的介電層開口。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法 的介電層幵口。
32. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法
33. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法
34. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法 所述層。
35. —種用于在半導(dǎo)體襯底上的層間介電(ILD)層中形成高縱橫比特征的方法，其包 含在所述ILD層上提供遮蔽層，所述遮蔽層具有部分暴露所述介電層的至少一個； 以及使用蝕刻化學(xué)相對于所述遮蔽層而選擇性地蝕刻所述ILD層的暴露部分，所述 蝕刻化學(xué)包含 硅物質(zhì)； 鹵化物物質(zhì)； 碳物質(zhì)；以及 氧物質(zhì)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述硅物質(zhì)由硅化合物衍生。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述硅物質(zhì)由SixMyHz衍生，其中M包含選自 由氟(F)、溴(Br)、氯(Cl)和碘(I)組成的群組的一個或多個鹵素，且其中x 》1、 y》1且z》0。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述碳物質(zhì)由碳化合物衍生。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述碳物質(zhì)由CaFB^衍生，其中a》1， 13^1
40. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述氧物質(zhì)由分子氧(02)衍生。
41. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中選擇性地蝕刻包含產(chǎn)生等離子受激硅物質(zhì)、等 離子受激鹵化物物質(zhì)、等離子受激碳物質(zhì)和等離子受激氧物質(zhì)。，其中蝕刻所述介電層包含形成具有小于或等于約80，其中蝕刻所述介電層包含形成具有約65 nm的寬度，其中蝕刻所述介電層包含形成溝槽。，其中通過汽相化學(xué)來執(zhí)行蝕刻所述介電層。，其中使用氟碳化合物來執(zhí)行蝕刻所述含硅電介質(zhì)的
42. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中為所述ILD層提供氧化硅虔。
43. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中以約50-60 A/分鐘或更大的蝕刻速率執(zhí)行選擇 性地蝕刻所述ILD層的暴露部分。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中選擇性蝕刻期間的所述ILD層的所述蝕刻速率 與所述遮蔽層的蝕刻速率的比大于或等于約4:1。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中由所述蝕刻形成的開口的寬度的變化在35內(nèi) 小于約10 nm RMS。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中由所述蝕刻形成的所述開口的縱橫比大于或等 于約15:1。
47. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其進(jìn)一步包含通過改變所述蝕刻化學(xué)而改變通過選 擇性蝕刻所形成的弓形的深度。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其進(jìn)一步包含在首先將所述ILD層暴露于具有碳等 離子受激物質(zhì)且不具有硅等離子受激物質(zhì)的蝕刻化學(xué)后將所述ILD層暴露于所述 蝕刻化學(xué)。
49. 一種具有層間介電(ILD)層的經(jīng)部分制造的集成電路，其包含形成于所述ILD層中的多個特征，所述特征具有由所述ILD層中的開口界定的 側(cè)壁，其中所述特征中的每一者的頂部處的寬度界定頂部寬度且所述特征的最小寬 度界定弓形寬度，其中所述頂部寬度與所述弓形寬度的弓形比小于或等于約1.4:1; 以及所述側(cè)壁的至少一部分上的硅聚合物膜。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的集成電路，其中所述硅聚合物膜在所述開口中橫向向內(nèi)傾 斜以形成頸部區(qū)。
51. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的集成電路，其中所述弓形比小于或等于約1.3:1。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的集成電路，其中所述弓形比小于或等于約1.2:1。
53. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的集成電路，其中所述開口具有大于或等于約20:1的深度與 寬度比以及小于或等于約100nm的寬度。
54. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的集成電路，其中所述深度與寬度比大于或等于約30:1。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的集成電路，其中所述深度與寬度比大于或等于約40:1。
56. 根據(jù)權(quán)利要求53所述的集成電路，其中所述寬度為約80nm或更小。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用包括硅物質(zhì)和鹵化物物質(zhì)且還優(yōu)選包括碳物質(zhì)和氧物質(zhì)的等離子蝕刻化學(xué)來選擇性蝕刻層間介電層(130)，例如氧化硅層。所述硅物質(zhì)可由硅化合物(例如Si_xM_yH_z)產(chǎn)生，其中“Si”為硅，“M”為一個或多個鹵素，“H”為氫且x≥1，y≥0且z≥0。所述碳物質(zhì)可由碳化合物(例如C_αM_βH_γ)產(chǎn)生，其中“C”為碳，“M”為一個或多個鹵素，“H”為氫，且α≥1，β≥0且γ≥0。所述氧物質(zhì)可由例如O₂的可與碳反應(yīng)以形成揮發(fā)性化合物的氧化合物產(chǎn)生。
文檔編號H01L21/311GK101501824SQ200780028892
公開日2009年8月5日 申請日期2007年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月31日
發(fā)明者特德·泰勒, 馬克·基爾鮑赫 申請人:美光科技公司