專利名稱：使用化學(xué)氣相沉積鈍化的硅蝕刻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的形成。更具體地說，本發(fā)明涉及蝕刻特征到硅材料。
使用通過在特征的側(cè)壁上形成鈍化層保護特征的側(cè)壁免于蝕刻反應(yīng)影響的各向異性蝕刻，在硅襯底中形成通孔和溝槽等特征。蝕刻氣體通常包含用于化學(xué)蝕刻的鹵素氣體(如SF6)和用于鈍化的氧氣(O2)。鈍化層通常為特征側(cè)壁氧化形成的含氧化硅(SiOxS 膜)的氧化膜。鈍化層的成分可被蝕刻化學(xué)和掩模材料影響。過多側(cè)壁鈍化可導(dǎo)致夾斷， 過少側(cè)壁鈍化可導(dǎo)致弓起、底切以及臨界尺寸退化。
還可通過使用“快速交替”等離子體蝕刻處理(氣體調(diào)制處理)，采用等離子蝕刻周期和沉積(鈍化)周期的快速重復(fù)交替，在硅襯底中形成深層特征。通常，SFf^n C4F8氣體分別為蝕刻和沉積周期的主要處理氣體。在C4F8鈍化周期中沉積側(cè)壁保護聚合物層從而達到定向蝕刻。在SF6蝕刻周期中，通過離子增強蝕刻從水平面(如通孔底部)去除鈍化聚合物，然后通過游離氟從暴露表面各向同性蝕刻硅。
在氣體調(diào)制處理中，供應(yīng)給等離子體處理反應(yīng)器的處理氣體快速開啟和關(guān)閉，導(dǎo)致處理從去除晶片上硅的蝕刻條件快速變化到沉積材料到晶片上而不去除硅的沉積條件， 然后再次回到蝕刻條件。交替周期的持續(xù)時間通常相對較短，在硅襯底中達到預(yù)期深度通常需要多個周期。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述并按照本發(fā)明的目的，在一個實施方式中，提供了通過在硅層上形成的圖案化掩模蝕刻該硅層的方法。該硅層放置于蝕刻室中。在該蝕刻室中提供含氟(F) 蝕刻氣體和含硅(Si)化學(xué)氣相沉積氣體。該含氟(F)蝕刻氣體用于蝕刻特征到硅層，該含硅(Si)化學(xué)氣相沉積氣體用于在特征的側(cè)壁上形成含硅沉積層。由該蝕刻氣體和該化學(xué)氣相沉積氣體產(chǎn)生等離子體，并提供偏壓。使用該等離子體蝕刻特征到硅層，在蝕刻的特征的側(cè)壁上沉積含硅鈍化層。該鈍化層中的硅主要來自化學(xué)氣相沉積氣體。然后停止該蝕刻氣體和化學(xué)氣相沉積氣體。
在本發(fā)明的另一體現(xiàn)中，提供了使用下游等離子體通過在硅層上形成的圖案化掩模蝕刻該硅層的方法。該硅層放置于蝕刻室中。提供含氟(F)蝕刻氣體以蝕刻特征到上游等離子體室中的硅層。由該上游等離子體室中的蝕刻氣體產(chǎn)生等離子體。使來自該等離子體的反應(yīng)介質(zhì)流入蝕刻室。提供含硅(Si)化學(xué)氣相沉積氣體進入蝕刻室使得該反應(yīng)介質(zhì)包括含硅化學(xué)蒸汽。提供偏壓，使用該反應(yīng)介質(zhì)蝕刻特征到硅層，同時在蝕刻的特征的側(cè)壁上沉積含硅鈍化層。該鈍化層中的硅主要來自化學(xué)氣相沉積氣體。然后停止流動反應(yīng)介質(zhì)和化學(xué)氣相沉積氣體。
在本發(fā)明的另一體現(xiàn)中，提供了通過圖案化掩模蝕刻特征到硅層的裝置。該裝置包括等離子體處理室、氣體源以及控制器。該等離子體處理室包括形成等離子體處理室外殼的室壁，在該等離子體處理室外殼內(nèi)支撐襯底的襯底支撐件，調(diào)節(jié)該等離子體處理室外殼中壓強的壓強調(diào)節(jié)器，為該等離子體處理室外殼提供維持等離子體的電源的至少一個電極，電連接到該至少一個電極的至少一個射頻電源，提供氣體進入該等離子體處理室外殼的進氣口，以及從該等離子體處理室外殼排放氣體的出氣口。與該進氣口流體連接的氣體源包括蝕刻氣體源以及化學(xué)氣相沉積氣體源?？刂破骺煽剡B接到氣體源、射頻偏壓源以及至少一個射頻電源，以及控制器包括至少一個處理器和具有蝕刻硅層的計算機可讀代碼的計算機可讀介質(zhì)。該蝕刻硅層的計算機可讀代碼包括(a)從該蝕刻氣體源流動含氟(F)蝕刻氣體進入該等離子體室的計算機可讀代碼，(b)從該化學(xué)氣相沉積氣體源流動含硅(Si) 化學(xué)氣相沉積氣體進入等離子體室的計算機可讀代碼，(c)由該蝕刻氣體和化學(xué)氣相沉積氣體形成等離子體的計算機可讀代碼，(d)提供偏壓的計算機可讀代碼，(e)蝕刻特征到硅層的計算機可讀代碼，(f)在蝕刻的特征的側(cè)壁上沉積含硅鈍化層使得鈍化層中的硅主要來自化學(xué)氣相沉積氣體的計算機可讀代碼，以及(f)停止該蝕刻氣體和化學(xué)氣相沉積氣體的計算機可讀代碼。
在以下本發(fā)明的詳細描述中將結(jié)合以下附圖更具體地描述本發(fā)明這些和其他特征。


本發(fā)明以附圖中實施例的方式闡述，但并非以限定的方式，其中相似標識指代相似元素，其中 圖1為按照本發(fā)明的實施方式蝕刻硅層處理的高級流程圖。
圖2圖示出按照本發(fā)明的實施方式蝕刻的特征的硅層橫截面的實施例。
圖3為可用于進行本發(fā)明的實施方式的等離子體處理系統(tǒng)的實施例示意圖。
圖4圖示出適用于實施用于本發(fā)明的實施方式的控制器的計算機系統(tǒng)。
圖5為按照本發(fā)明的另一實施方式蝕刻硅層處理的高級流程圖。
圖6為可用于進行本發(fā)明的實施方式的下游等離子體處理系統(tǒng)的實施例示意圖。 詳細描述 本發(fā)明將參照附圖所示一些優(yōu)選實施方式進行詳細描述。在以下描述中，記載了眾多具體細節(jié)以透徹地理解本發(fā)明。但是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是無需部分或全部具體細節(jié)本發(fā)明也可實施。在其他例子中，眾所周知的處理步驟和/或結(jié)構(gòu)未進行詳細描述以免不必要地使得本發(fā)明不清楚。
申請人:使用含氧氣體，如02、S02、C02、C0作為鈍化氣體形成氧化型鈍化層以在使用如SF6或NF3的含氟氣體的硅蝕刻處理過程中保護特征側(cè)壁。側(cè)壁鈍化層包含SiO2 (如果使用了 O2) ；SiOx(如果使用/添加了 SO2)；和/或SiC或SiOC(如果使用/添加了 C02和/ 或CO)。還可以使用或添加隊0或NO2，使得鈍化層進一步包含SiN或SiON。還可以添加其他的氣體，如IH6，BCl3,其中鈍化層還可包含SiOBN或SiBN。
在其他處理中，通過需要氧化劑和硅表面反應(yīng)的等離子體增強氧化形成氧化物鈍化層。即通過氧化反應(yīng)氧化了硅，在硅特征的表面上“生成”氧化物鈍化層。這種反應(yīng)或生成需要一定時間。即具有時間常數(shù)。申請人發(fā)現(xiàn)形成硅蝕刻鈍化層時間常數(shù)大大減小的新型方法。
按照本發(fā)明的一個實施方式，通過化學(xué)氣相沉積在特征的側(cè)壁上直接沉積材料從而形成硅蝕刻的鈍化層。由于這種沉積無需特征側(cè)壁的氧化或表面反應(yīng)，所以據(jù)信時間常數(shù)大大變小，因此形成鈍化層大大快于常規(guī)鈍化。按照本發(fā)明的一個實施方式，使用化學(xué)氣相沉積沉積含硅介電層，如氧化硅、硅氮化物、碳化硅、氮氧化硅、以及類似物。據(jù)信通過化學(xué)氣相沉積而非表面生長形成鈍化層提供更耐用的鈍化層。同樣，據(jù)信化學(xué)氣相沉積處理控制鈍化層的廓形更靈活。
為了便于理解，圖1為本發(fā)明的實施方式所用工藝的高級流程圖，其中使用蝕刻室通過圖案化掩模蝕刻硅層。提供包含含氟(F)氣體的蝕刻氣體(含氟蝕刻氣體)和包含含硅(Si)氣體的化學(xué)氣相沉積氣體(含硅化學(xué)氣相沉積氣體)進入放置有硅層的蝕刻室 (步驟10幻?？商砑虞d運氣體和/或稀釋氣體到化學(xué)作用以提供一定反應(yīng)效果。提供含氟蝕刻氣體以蝕刻特征到硅層。例如，含氟蝕刻氣體包含SF6。含氟蝕刻氣體可進一步包含 SiF4。此外，含氟蝕刻氣體可為NF3或CF4,或SF6、NF3、SiF4和/或CF4的組合。還可添加其他含鹵氣體到蝕刻氣體。應(yīng)當注意的是，盡管SiF4(添加物)包含硅，在蝕刻氣體中的SiF4 只降低特征的弓起、底切。SiF4添加物通過Si原子的動態(tài)平衡降低特征側(cè)壁中Si的消耗， 但不在側(cè)壁上沉積任何含硅介電層。
提供含硅化學(xué)氣相沉積氣體(含硅氣體)在特征的側(cè)壁上形成含硅沉積層。例如，含硅化學(xué)氣相沉積氣體可包含硅烷(例如，SiH4，更一般地，SinH2n+2)、硅酸酯、或硅氧烷 (R2SiO,其中R為氫原子或烴基)的蒸汽。優(yōu)選，化學(xué)氣相沉積氣體包括四乙基原硅酸酯 (TEOS)蒸汽或八甲基環(huán)四硅氧烷(0MCTQ蒸汽。例如化學(xué)氣相沉積氣體還可包含添加劑氣體。例如，化學(xué)沉積氣體可包含沉積氧化物的硅烷和氧，或沉積氮化硅和氮氧化硅的硅烷或硅酸酯或硅氧烷和氨。
在被導(dǎo)入到蝕刻室之前，化學(xué)氣相沉積氣體可與含氟蝕刻氣體預(yù)先混合。備選地， 蝕刻氣體和化學(xué)氣相沉積氣體可通過不同的進氣口導(dǎo)入到產(chǎn)生等離子體的蝕刻室。
參照圖1，由蝕刻氣體和化學(xué)氣相沉積氣體產(chǎn)生等離子體(步驟104)。提供偏壓 (步驟106)以便于各向異性蝕刻(或僅僅在水平上蝕刻)，以及使用等離子體蝕刻特征到硅層(步驟108)。同時在蝕刻的特征的側(cè)壁上沉積含硅鈍化層(介電層)(步驟110)。因此，所形成的鈍化層包含SiOxCy，其中χ和y不同時為0。相較傳統(tǒng)表面氧化中鈍化層中的硅原子來自特征本身的硅材料(即，“內(nèi)”源)，按照本發(fā)明的實施方式，鈍化層中的硅原子來自化學(xué)氣相沉積氣體(即，“外”源)。按照本發(fā)明的一個實施方式，鈍化層中50%或更多的硅原子源自化學(xué)氣相沉積氣體。優(yōu)選，鈍化層中80%或更多的硅原子源自化學(xué)氣相沉積氣體。更優(yōu)選，鈍化層中95%或更多的硅原子源自化學(xué)氣相沉積氣體。
為了便于理解，圖2圖示出蝕刻特征的硅層200橫截面的實施例。硅層200可為硅晶片。硅材料可為晶體硅、多晶硅、或非晶硅。硅材料還可為摻雜或應(yīng)變硅。在硅層200 上方提供的圖案化掩模202限定了在硅材料上的特征204。掩模202可為光刻膠(PR)掩?；蛴材?氧化物)。掩模202還可包括掩模下的其他層，如可在之前步驟中被蝕刻的導(dǎo)電層和/或介電層(未示出)。蝕刻到硅材料中的特征204可有垂直(即大致90度)廓形角度，如圖2所示。根據(jù)不同的應(yīng)用，特征204可具有錐化廓形(即廓形角度小于90度)。 硅蝕刻可為特征蝕刻深度范圍從5微米到800微米的深層硅蝕刻，而競爭性的互補金屬氧化物半導(dǎo)體設(shè)備的常規(guī)層厚度為3到5微米。例如，特征的深寬比可為至少80，或者，特征深度可為至少80微米。然而，本發(fā)明適用于任何類型的硅蝕刻。
在蝕刻處理過程中，鈍化發(fā)生于側(cè)壁206和特征204的底部208。由于提供了偏壓(圖1，步驟106)，帶電粒子(離子)轟擊特征的底部208，但不或極少轟擊側(cè)壁206。因此，離子對底部的作用有利于引起蝕刻的化學(xué)反應(yīng)。因此，鈍化層210的沉積進一步保護側(cè)壁206免于來自蝕刻氣體的蝕刻劑(F)自由基的影響。另一方面，鈍化層210在特征的底部208上沉積的同時，又被離子輔助蝕刻去除，通過自由基蝕刻暴露的硅。由于形成鈍化層大大快于硅材料的常規(guī)表面氧化，據(jù)信進行蝕刻處理更高效。
在使用鈍化層蝕刻預(yù)期特征后，停止蝕刻氣體和化學(xué)氣相沉積氣體流(圖1，步驟 112)。
使用包括如SF6的含氟氣體的蝕刻氣體，和如TEOS蒸汽的含硅化學(xué)氣相沉積氣體，通過持續(xù)的、非交替的蝕刻處理(穩(wěn)態(tài))可實現(xiàn)高蝕刻效率和預(yù)期處理靈活性。處理為持續(xù)的，因為即使供應(yīng)氣體流量設(shè)定點可在處理過程中改變(例如，從較高值滑到較低值， 反之亦然)，但是并不開啟和關(guān)閉蝕刻氣流；或者說，在蝕刻特征204到硅層200時持續(xù)保持氣體供應(yīng)。處理為非交替的，因為其不發(fā)生從“蝕刻”條件到“沉積”條件的變化；或者說， 在蝕刻處理過程中，硅的蝕刻和蝕刻的阻止(鈍化)同時發(fā)生。這種持續(xù)處理的蝕刻效率在快速交替處理后可被顯著提高，因為在100%總處理時間中，不斷去除硅。此外，因為氣流為持續(xù)的，所以可使用如氣體流量控制器的標準硬件，從而降低系統(tǒng)支持該處理所需的成本和復(fù)雜性。
穩(wěn)態(tài)硅蝕刻處理的一個實施例在2500W TCP功率、250V偏壓下使用包括SF6的蝕刻氣體和包含OMCTS的化學(xué)氣相沉積氣體。處理氣流可包括900sccm SFf^nZOsccm OMCTS 蒸汽，以及可選的80mTorr的IOOsccm O2和50sccm的SiF4。晶片吸盤溫度設(shè)定為0°C。
此外，通過改變在持續(xù)蝕刻處理過程中的常規(guī)處理參數(shù)，如等離子體電源、晶片偏置電源、處理室壓強或類似參數(shù)，可提高持續(xù)蝕刻處理的處理性能和靈活性。例如，可脈沖等離子體電源和/或晶片偏壓使其在開/關(guān)或高/低模式間轉(zhuǎn)換從而平衡到達晶片的中性與帶電反應(yīng)等離子體成分的比例。在另一實施例中，等離子體電源、晶片偏置電源和/或等離子體處理室中壓強在持續(xù)蝕刻處理過程中可從較高值滑到較低值，反之亦然。
圖3圖示出按照本發(fā)明的一個實施方式可用于進行蝕刻硅層處理的等離子體處理系統(tǒng)300的實施例。等離子體處理系統(tǒng)300包括其中具有等離子處理室304的等離子體反應(yīng)器302。匹配網(wǎng)絡(luò)308所調(diào)頻的等離子體電源306為靠近窗312的TCP線圈(變壓器的主要線圈)310提供電源以在等離子體處理室304中產(chǎn)生等離子體314。TPC線圈(上電源)310可配置為在處理室304中產(chǎn)生均勻擴散分布。例如，TPC線圈310可配置為在等離子體314中產(chǎn)生環(huán)形電分布。提供窗312隔離TPC線圈310和等離子體室304但允許能量從TPC線圈310傳遞到等離子體室304。匹配網(wǎng)絡(luò)318所調(diào)頻的晶片偏壓電源316為電極 320提供電源以在電極320所支持的晶片322上設(shè)定偏壓?？刂破?M為等離子體電源306 和晶片偏壓電源316設(shè)定點。
等離子體電源306和晶片偏壓電源316可配置為在特定射頻操作，例如13. 56MHz。 等離子體電源306和晶片偏壓電源316可被制成合適大小以供應(yīng)一定范圍的電源從而達到預(yù)期處理性能。例如，在本發(fā)明的一個實施方式中，等離子體電源306可供應(yīng)范圍從500到 6000ffatt的電源，晶片偏壓電源316可供應(yīng)范圍從20到1000V的偏壓。此外，TPC線圈310 和/或電極320可由單電源或多電源供電的兩個或更多子線圈或子電極組成。
如圖3所示，等離子體處理系統(tǒng)300進一步包括氣體源/氣體供給機制330。氣體源包括蝕刻氣體源332、化學(xué)氣相沉積氣體源334以及可選的附加氣體源336。氣體源332、 334和336通過進氣口 340與處理室304流體連接。進氣口 340可位于室304內(nèi)的任何優(yōu)越位置，可采用任何形式如單噴嘴或噴氣頭注入氣體。但是，優(yōu)選進氣口 340可配置為產(chǎn)生 “可調(diào)”氣體注入模式，使得可在處理室304中獨立調(diào)節(jié)各個氣流到多個區(qū)域。應(yīng)該注意的是，盡管圖3只示出單個進氣口 340，但是蝕刻氣體和化學(xué)氣相沉積氣體可通過不同的進氣口(未示出)導(dǎo)入到處理室，也可通過同一進氣口 340。處理室304的不同位置提供有不同的進氣口，可調(diào)整進氣口的位置從而優(yōu)化蝕刻和化學(xué)氣相沉積處理。例如，可確定進氣口的位置以便減少無關(guān)沉積。應(yīng)當注意的是，本發(fā)明不限定處理室304或等離子體處理系統(tǒng)300 的具體設(shè)計或配置。通過壓強控制閥342和泵344去除室304中的處理氣體和副產(chǎn)品，還可起到維持等離子體處理室304內(nèi)特定壓強的作用。通過控制器3M控制氣體源/氣體供應(yīng)機制330。
等離子體處理系統(tǒng)300還可包括窗口冷卻系統(tǒng)(未示出)以降低跨窗口 312的溫度梯度和降低窗口 312的整體運行溫度。
圖4圖示出適用于實施用于本發(fā)明的一個或更多實施方式的控制器324(圖3中) 的計算機系統(tǒng)400的框圖。計算機系統(tǒng)400可具有從集成電路、印制電路板以及小型手持設(shè)備到巨大超級計算機的多個物理形式。在計算機系統(tǒng)400中，各式各樣的子系統(tǒng)連接到系統(tǒng)總線420。處理器422(也稱中央處理單元，或CPU)連接到包括系統(tǒng)存儲器424的存儲設(shè)備。存儲器4M包括隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。本領(lǐng)域公知，ROM起到單向定向傳遞數(shù)據(jù)和指令到CPU的作用，RAM通常用于以雙向方式傳遞數(shù)據(jù)和指令。這兩種類型的存儲器可包括下述的任何適合的計算機可讀介質(zhì)。固定磁盤426同樣雙向連接到CPU 422;其提供附加數(shù)據(jù)存儲容量并還可包括下述的任何計算機可讀介質(zhì)。固定磁盤似6可用于存儲程序、數(shù)據(jù)等等，是慢于主存儲器的常規(guī)輔助存儲介質(zhì)(如硬盤)。值得重視的是，固定磁盤426內(nèi)保存的信息，在適當情況下，可納入如存儲器424中虛擬內(nèi)存的標準方式。移動磁盤414可通過磁盤驅(qū)動4 用于傳遞數(shù)據(jù)到計算機系統(tǒng)400或從計算機系統(tǒng)400傳遞數(shù)據(jù)。移動磁盤414可采用下述的任何計算機可讀介質(zhì)形式。如USB閃存驅(qū)動的便攜式存儲器434還可通過串行端口 432使用。
CPU 422也連接到各式各樣的輸入/輸出設(shè)備，如顯示器404、鍵盤410、如計算機鼠標的用戶指向設(shè)備412、音箱430以及輸入/輸出(I/O)控制器436。通常，輸入/輸出設(shè)備可為任何視頻顯示器、軌跡球、鼠標、鍵盤、麥克風(fēng)、觸控顯示器、傳感讀卡器、磁性或紙帶讀卡器、圖形輸入裝置、記錄針、語音或手寫識別器、生物識別讀卡器或其他計算機。CPU 422可連接到使用網(wǎng)絡(luò)端口 440的另一臺計算機或電信網(wǎng)絡(luò)。通過該網(wǎng)絡(luò)端口，預(yù)期CPU 422在進行上述方法步驟的過程中可收到源于網(wǎng)絡(luò)的信息或輸出信息到網(wǎng)絡(luò)。此外，本發(fā)明的方法實施方式可單獨在CPU 422上執(zhí)行或在網(wǎng)絡(luò)上(如結(jié)合了部分處理分享的遠程CPU 的互聯(lián)網(wǎng))執(zhí)行。
為了診斷等離子體處理系統(tǒng)和控制等離子體處理，計算機系統(tǒng)400可配置為收集和存儲如氣體流量、壓強、溫度、功率等等相關(guān)處理數(shù)據(jù)。
此外，本發(fā)明的實施方式進一步涉及具有計算機可讀介質(zhì)的計算機存儲產(chǎn)品，計算機可讀介質(zhì)上具有計算機代碼用于執(zhí)行各式各樣的計算機實施操作。介質(zhì)和計算機代碼可為特別設(shè)計用于實現(xiàn)本發(fā)明的目的，或者被計算機軟件領(lǐng)域技術(shù)人員公知并容易獲得的。有形的計算機可讀介質(zhì)的例子包括但不限于如硬盤、軟盤以及磁帶的磁性介質(zhì)； 如CD-ROM和全息裝置的光學(xué)介質(zhì)；如光磁軟盤的磁光介質(zhì)；以及如特定應(yīng)用集成電路 (ASICs)、可編程邏輯器件(PLDs)以及ROM和RAM裝置等特別配置為存儲和執(zhí)行程序代碼的硬件裝置。計算機代碼的例子包括如由編譯器產(chǎn)生的機器代碼和包含由計算機使用解譯器執(zhí)行的高級代碼的文件。計算機可讀介質(zhì)還可為包含在載波中的計算機數(shù)據(jù)信號所傳遞的、代表處理器所執(zhí)行的指令序列的計算機代碼。
按照本發(fā)明的一個實施方式，下游等離子體室被用于蝕刻硅層，化學(xué)氣相沉積氣流可被導(dǎo)入等離子體的下游。圖5圖示出本發(fā)明的實施方式中使用下游等離子體室通過在硅層上形成圖案化掩模蝕刻硅層的處理。圖6圖示出按照本發(fā)明的一個實施方式可用于進行蝕刻硅層處理的下游等離子體處理系統(tǒng)600的示例。
如圖6所示，下游等離子處理系統(tǒng)600包括蝕刻室602和等離子室610。匹配網(wǎng)絡(luò) 608所調(diào)頻的等離子體電源606為位于蝕刻室602上的等離子體室610提供電源。等離子體室610使用射頻電源或微波激發(fā)等離子體612。反應(yīng)介質(zhì)(蝕刻劑介質(zhì))650通過孔652 從等離子體612流入蝕刻室602。晶片型的等離子體源和偏壓電源616提供等離子體和偏壓。匹配網(wǎng)絡(luò)618所調(diào)頻的電源616為電極620提供電源以在電極620所支持的晶片622 上設(shè)定偏壓?？刂破?M為等離子體電源606和晶片型的等離子體源和偏壓電源616設(shè)定點。使用上述計算機系統(tǒng)400(圖4A和4B)可實施控制器624。此外，晶片型的等離子體源和偏壓電源616可提供一個或更多頻率。例如，可使用單13. 56MHz,27MHz和2MHz、以及 27MHz或更高(如60MHz)和400kHz。晶片型的等離子體源和偏壓電源616可包括兩個獨立發(fā)動機作為等離子體源的較高頻率發(fā)動機，以及作為偏壓源的另一個較低頻率發(fā)動機。
下游等離子體處理系統(tǒng)600進一步包括氣體源/氣體供給機制630。氣體源包括蝕刻氣體源632、化學(xué)氣相沉積氣體源636以及可選的附加氣體源634。含氟氣體源632和附加氣體源634(可選的)通過進氣口 614與等離子體室610流體連接。蝕刻氣體源632通過另一進氣口 640與蝕刻室602流體連接。進氣口 614和640分別可位于等離子體室610 和蝕刻室602中的任何優(yōu)越位置，可采用任何形式注入氣體，如單噴嘴或噴氣頭。但是，優(yōu)選進氣口 614和640可配置為產(chǎn)生“可調(diào)”氣體注入模式，使得獨立調(diào)節(jié)各個氣流。應(yīng)當注意的是，圖6所示并不限定進氣口 614和640的位置。為了優(yōu)化蝕刻和化學(xué)氣相沉積處理， 可調(diào)整進氣口 614和640的位置。例如，可確定進氣口 640的位置以便減少任何無關(guān)沉積。 值得注意的是，本發(fā)明不限定處理室602或等離子體處理系統(tǒng)600的具體設(shè)計或配置。通過壓強控制閥642和泵644去除蝕刻室602中的處理氣體和副產(chǎn)品，還可起到維持等離子體處理室602內(nèi)特定壓強的作用。通過控制器6M控制氣體源/氣體供應(yīng)機制630。
如圖5所示，提供含氟蝕刻氣體到上游等離子體室610(步驟50 ，由蝕刻氣體產(chǎn)生等離子體612 (步驟504)。蝕刻氣體可包含由附加氣體源634所提供的類似以上實施方式的其他成分。運輸源自等離子體612的反應(yīng)介質(zhì)650到蝕刻室602(步驟506)。反應(yīng)介質(zhì)650包含自由基和離子。通過進氣口 640導(dǎo)入含硅化學(xué)氣相沉積氣體(例如，TEOS或 0MCTS)到蝕刻室602(步驟508)使得反應(yīng)介質(zhì)650包含含硅氣體蒸汽。提供室(晶片型) 等離子體電源和偏壓(步驟510)，蝕刻特征到硅層(步驟512)，而從含硅氣體蒸汽沉積含硅鈍化層(介電層)到蝕刻的特征的側(cè)壁上(步驟514)。然后，停止反應(yīng)介質(zhì)和化學(xué)氣相沉積氣體(步驟516)。
按照本發(fā)明的一個實施方式，應(yīng)用使用化學(xué)氣相沉積的鈍化到由沉積和蝕刻步驟反復(fù)交替組成的氣體調(diào)制處理。一般，蝕刻步驟使用含SF6的蝕刻氣體，沉積步驟使用含 C4F8的沉積氣體沉積包括C-C鍵的碳基鈍化層。申請人使用少量Si4F8作為添加劑生成C-Si 鍵修飾碳基鈍化層的特性。按照本發(fā)明的一個實施方式，可應(yīng)用化學(xué)氣相沉積到該沉積步驟以便沉積含硅氧化物基鈍化層，而不是碳基鈍化層。含硅化學(xué)氣相沉積氣體，如TEOS或 0MCTS，用于替代C4F8沉積氣體。備選地，可使用快速交替處理和穩(wěn)態(tài)處理的混合處理。該混合處理交替于兩個階段(子處理)之間1)整個蝕刻階段富含SF6 (或類似的硅蝕刻劑) 并具有一些硅鈍化化合物；幻整個沉積處理富含硅鈍化氣體，但具有一些SF6，用以減速蝕刻。據(jù)信，使用含硅化學(xué)氣相沉積減少了沉積/鈍化步驟的時間和/或進一步提供側(cè)壁廓形的控制。
盡管已根據(jù)數(shù)種優(yōu)選的實施方式描述了本發(fā)明，但存在有改變、置換、和多種可替代的等同方式，均落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。還應(yīng)當注意，存在有多種實施本發(fā)明方法和裝置的備選方式。因此，所附的權(quán)利要求意在被解釋為包括所有落入本發(fā)明主旨和保護范圍內(nèi)的這些改變、置換和多種可替代的等同方式。
權(quán)利要求
1.使用蝕刻室通過在硅層上形成的圖案化掩模蝕刻所述硅層的方法，所述蝕刻室中放置有所述硅層，所述方法包括提供含氟(F)蝕刻氣體以蝕刻特征到所述硅層以及含硅(Si)化學(xué)氣相沉積氣體以在所述特征的側(cè)壁上形成含硅沉積層；由所述蝕刻氣體和所述化學(xué)氣相沉積氣體產(chǎn)生等離子體； 提供偏壓；使用所述等離子體蝕刻特征到所述硅層；在蝕刻的所述特征的側(cè)壁上沉積含硅鈍化層，其中所述鈍化層中的硅主要來自所述化學(xué)氣相沉積氣體；以及停止所述蝕刻氣體和所述化學(xué)氣相沉積氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積含硅鈍化層包括提供源自所述化學(xué)氣相沉積氣體的硅原子以形成所述的含硅鈍化使得所述鈍化層中硅原子的實質(zhì)部分源自所述化學(xué)氣相沉積氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述鈍化層中源自所述化學(xué)氣相沉積氣體的硅原子占所述鈍化層中所有硅原子的50%或更多。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述鈍化層中源自所述化學(xué)氣相沉積氣體的硅原子占所述鈍化層中所有硅原子的80 %或更多。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述鈍化層中源自所述化學(xué)氣相沉積氣體的硅原子占所述鈍化層中所有硅原子的95 %或更多。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其中所述沉積含硅鈍化層包括 沉積包含SiOxHy的含硅鈍化層，其中χ和y不同時為0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其中所述化學(xué)氣相沉積氣體包括 四乙基原硅酸酯(TEOS)蒸汽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其中所述化學(xué)氣相沉積氣體包括 八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)蒸汽。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其中所述化學(xué)氣相沉積氣體包括至少一種硅烷蒸汽； 硅酸酯蒸汽；或硅氧烷蒸汽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其中在穩(wěn)態(tài)中進行蝕刻所述硅層的所述方法。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其中在包括交替的沉積和蝕刻步驟的氣體調(diào)制處理的沉積步驟中進行蝕刻所述硅層的所述方法。
12.使用蝕刻室通過在硅層上形成的圖案化掩模蝕刻所述硅層的方法，所述蝕刻室中放置有所述硅層，所述方法包括提供含氟(F)蝕刻氣體以蝕刻特征到上游等離子體室中所述硅層； 由所述上游等離子體室中的所述蝕刻氣體產(chǎn)生等離子體； 使來自該等離子體的反應(yīng)介質(zhì)流入蝕刻室；提供含硅(Si)化學(xué)氣相沉積氣體進入所述蝕刻室使得所述反應(yīng)介質(zhì)包括含硅化學(xué)蒸汽；提供偏壓；使用所述反應(yīng)介質(zhì)蝕刻特征到所述硅層；在蝕刻的所述特征的側(cè)壁上沉積含硅鈍化層，其中所述鈍化層中的硅主要來自所述化學(xué)氣相沉積氣體；以及停止流動所述反應(yīng)介質(zhì)和所述化學(xué)氣相沉積氣體。
13.通過圖案化掩模在硅層中蝕刻特征的裝置，包括 等離子體處理室，包括形成等離子體處理室外殼的室壁；在所述等離子體處理室外殼內(nèi)支撐襯底的襯底支撐件；調(diào)節(jié)所述等離子體處理室外殼中壓強的壓強調(diào)節(jié)器；為所述等離子體處理室外殼提供維持等離子體電源的至少一個電極；電連接到所述至少一個電極的至少一個射頻電源；提供氣體進入所述等離子體處理室外殼的進氣口 ；以及從所述等離子體處理室外殼排放氣體的出氣口；與所述進氣口流體連接的氣體源，包括蝕刻氣體源；以及化學(xué)氣相沉積氣體源；以及可控連接到所述氣體源、所述射頻偏壓源、以及所述至少一個射頻電源的控制器，包括至少一個處理器；以及計算機可讀介質(zhì)，包括蝕刻所述硅層的計算機可讀代碼，包括從所述蝕刻氣體源流動含氟(F)蝕刻氣體進入所述等離子體室的計算機可讀代碼； 從所述化學(xué)氣相沉積氣體源流動含硅(Si)化學(xué)氣相沉積氣體進入所述等離子體室的計算機可讀代碼；由所述蝕刻氣體和所述化學(xué)氣相沉積氣體形成等離子體的計算機可讀代碼； 提供偏壓的計算機可讀代碼； 蝕刻特征到所述硅層的計算機可讀代碼；在蝕刻的所述特征的側(cè)壁上沉積含硅鈍化層使得所述鈍化層中的硅主要來自所述化學(xué)氣相沉積氣體的計算機可讀代碼；以及停止所述蝕刻氣體和所述化學(xué)氣相沉積氣體的計算機可讀代碼。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其中所述化學(xué)氣相沉積氣體包括 四乙基原硅酸酯(TEOS)蒸汽。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-6和14任一項所述的方法，其中所述化學(xué)氣相沉積氣體包括 八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)蒸汽。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-6和14-15任一項所述的方法，其中所述化學(xué)氣相沉積氣體包括至少一種硅烷蒸汽；硅酸酯蒸汽；或硅氧烷蒸汽。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-6和14-16任一項所述的方法，其中在穩(wěn)態(tài)中進行蝕刻所述硅層的所述方法。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-6和14-17任一項所述的方法，其中在包括交替的沉積和蝕刻步驟的氣體調(diào)制處理的沉積步驟中進行蝕刻所述硅層的所述方法。
全文摘要
使用蝕刻室通過在硅層上形成的圖案化掩模蝕刻該硅層。在所述蝕刻室中提供含氟(F)蝕刻氣體和含硅(Si)化學(xué)氣相沉積氣體。所述含氟(F)蝕刻氣體用于蝕刻特征到所述硅層，所述含硅(Si)化學(xué)氣相沉積氣體用于在所述特征的側(cè)壁上形成含硅沉積層。由所述蝕刻氣體和所述化學(xué)氣相沉積氣體產(chǎn)生等離子體，并提供偏壓。使用所述等離子體蝕刻特征到所述硅層，在蝕刻的所述特征的側(cè)壁上沉積含硅鈍化層。所述鈍化層中的硅主要來自所述化學(xué)氣相沉積氣體。然后停止所述蝕刻氣體和所述化學(xué)氣相沉積氣體。
文檔編號H01L21/3065GK102187437SQ200980141317
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者雅羅斯瓦夫·W·溫尼克澤克, 羅伯特·P·謝比 申請人:朗姆研究公司