專利名稱：用于蝕刻含有二氧化硅的層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路的制造，尤其涉及集成電路制造過(guò)程中用于蝕刻含有二氧化硅的層的改進(jìn)的方法。
在集成電路制造中，一個(gè)含有二氧化硅的層，例如硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層，可以使兩個(gè)導(dǎo)電層相互絕緣。如果在兩個(gè)導(dǎo)電層的某個(gè)特定地方需要電接觸，只需在含有二氧化硅的層上形成一個(gè)接觸孔，并在其內(nèi)沉積一種導(dǎo)電材料以促使兩個(gè)導(dǎo)電層之間的電連接。
為了便于討論，

圖1顯出了一個(gè)包括一個(gè)硅基底102的晶片100。在硅基片102上毯覆沉積(blanket deposit)一個(gè)多晶硅層104、一個(gè)硅化鎢層106、以及一個(gè)氮化硅層109。圖1顯示出基底102暴露了一個(gè)穿過(guò)多晶硅層104、硅化鎢層106、和氮化硅層109的接觸孔108。該接觸孔通過(guò)下列方法形成，用一種現(xiàn)有的光致抗蝕劑掩模技術(shù)掩屏晶片100，并且用合適的蝕刻劑蝕刻透硅化鎢層106和多晶硅層104。
如圖2所示，在氮化硅層109之上和沿接觸孔108側(cè)壁再沉積另一個(gè)氮化硅介電層，從而形成氮化硅層110。在接觸孔108底部的氮化硅材料已經(jīng)蝕刻掉，從而暴露基底102于接觸孔108。
如圖3所示，在所述氮化硅層110之上和接觸孔108之內(nèi)毯覆沉積一個(gè)含有二氧化硅的層302。
如圖4所示，用一個(gè)合適的光致抗蝕劑層或硬掩模掩屏含有二氧化硅的層302，并蝕刻，以去除接觸孔108內(nèi)的二氧化硅材料。掩模404具有一個(gè)稍大于接觸孔108截面積的開(kāi)孔，以產(chǎn)生穿過(guò)含有二氧化硅的層302和接觸孔108的本領(lǐng)域中所謂的自對(duì)準(zhǔn)接觸。自對(duì)準(zhǔn)接觸(self-aligned contact)確保后序沉積于接觸孔108的導(dǎo)電材料與硅基底102形成電接觸，即使含有二氧化硅的層302上的開(kāi)孔由于譬如掩模錯(cuò)位而稍有錯(cuò)位。
圖4中，蝕刻含有二氧化硅的層302之后，再去除掩模404和在含有二氧化硅的層302之上和接觸孔108之內(nèi)沉積一種導(dǎo)電材料，例如，金屬材料或摻雜多晶硅，以與下層硅基底102形成電接觸。在這種方法中，通過(guò)接觸孔108形成一個(gè)穿過(guò)含有二氧化硅的層302的導(dǎo)電通道。
在含有二氧化硅的層302的蝕刻過(guò)程中，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮選擇一個(gè)高的穿透含有二氧化硅的層302的蝕刻速率的蝕刻工藝非常重要。但是，選擇一個(gè)對(duì)氮化硅具有較高的選擇性的蝕刻工藝同樣很重要，這樣可以使得在蝕刻掉接觸孔108內(nèi)的玻璃材料的同時(shí)不會(huì)嚴(yán)重地刻除氮化硅層110。這是因?yàn)榧鐓^(qū)410(a)和410(b)以及接觸孔108側(cè)壁氮化硅層110的不適當(dāng)?shù)牧康奈g刻會(huì)引起接觸孔108內(nèi)后序沉積的導(dǎo)電材料和硅化鎢層106之間嚴(yán)重的電短路。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，這種嚴(yán)重的電短路是不期望的，因?yàn)檫@將使所制造的IC成為廢品。
在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)有BPSG作為絕緣層時(shí)，典型地，用CHF3作為主蝕刻源氣體在一個(gè)等離子體處理室內(nèi)進(jìn)行蝕刻。盡管CHF3提供了滿意的BPSG蝕刻速率，但是它對(duì)氮化硅的選擇性典型地小于理想值。作為一個(gè)例子，用CHF3作為蝕刻源氣體的典型的BPSG蝕刻產(chǎn)生5∶1的BPSG對(duì)氮化硅選擇性(即，BPSG的蝕刻速率約為氮化硅蝕刻速率的5倍)或者更低。對(duì)于某些IC，由CHF3蝕刻源氣體提供BPSG對(duì)氮化硅的選擇性令人不太滿意。
對(duì)氮化硅的選擇性可以通過(guò)使用C4F8和CO作為蝕刻源氣體得到改進(jìn)，然而，改進(jìn)的選擇性又被C4F8/CO化學(xué)物質(zhì)的其它缺點(diǎn)所抵消。例如，高純度CO氣體比較昂貴，從而增加了工藝成本。更重要的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在等離子處理室內(nèi)使用CO氣體能夠典型地導(dǎo)致BPSG蝕刻過(guò)程中晶片的金屬污染。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種金屬污染是由CO氣體和室金屬組分之間的化學(xué)反應(yīng)引起的。例如，CO將與室組件中的鎳結(jié)合形成Ni(CO)4，這種化合物隨后又分解，在晶片上形成鎳原子，并向晶片器件內(nèi)擴(kuò)散，可能改變器件的電學(xué)性能。CO添加氣體還可能與室的鐵或其它金屬組分結(jié)合形成，例如Fe(CO)5和/或其它化合物，導(dǎo)致類似的晶片金屬污染問(wèn)題。
綜上所述，需要改進(jìn)用于在集成電路制造中蝕刻含有二氧化硅的層的技術(shù)。這種改進(jìn)的含有二氧化硅的層的蝕刻技術(shù)優(yōu)選使用所述CO以外的添加氣體以降低成本和減少和/或消除所述金屬污染問(wèn)題。這種改進(jìn)的蝕刻方法還使用一種蝕刻源氣體，提供經(jīng)濟(jì)性好的含有二氧化硅的層的蝕刻速率同時(shí)保持對(duì)下面的氮化硅層的高的選擇性，以防止接觸孔內(nèi)嚴(yán)重的電短路的形成。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種在一個(gè)等離子體處理室內(nèi)蝕刻一個(gè)半導(dǎo)體基片上的一個(gè)含有二氧化硅的層的方法。該含有二氧化硅的層布置在一個(gè)SiN層上。此方法包括把基片放置在等離子處理室內(nèi)，和使一種蝕刻源氣體流進(jìn)該等離子處理室內(nèi)。蝕刻源氣體包括C4F8和一種非一氧化碳(CO)添加氣體。添加氣體包括含有氧原子和碳原子的分子。所述方法還包括從蝕刻源氣體觸發(fā)(striking)等離子，以蝕刻穿過(guò)至少部分含有二氧化硅的層。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種在一個(gè)等離子處理室用于改進(jìn)蝕刻一種含有硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)的層時(shí)氧化物對(duì)氮化物的選擇性以在一個(gè)半導(dǎo)體基片上形成一個(gè)自對(duì)準(zhǔn)接觸的方法。該含BPSG的層布置在一個(gè)SiN層之上和形成于該SiN層之內(nèi)的一個(gè)通孔之內(nèi)。該方法還包括把基片放置在所述等離子處理室內(nèi)，和使蝕刻源氣體流進(jìn)該等離子處理室內(nèi)。蝕刻源氣體包括C4F8和一種非一氧化碳(CO)添加氣體。該添加氣體包括含有1∶1氧原子和碳原子的分子。該方法還包括用具有13.56MHz頻率的射頻(RF)電源激發(fā)蝕刻源氣體，以便從蝕刻源氣體產(chǎn)生等離子體，從而蝕刻穿過(guò)至少部分所述含有BPSG的層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述添加氣體可以是選自于下列一組氣體中的任意氣體，醛類(aldehydes)、酮類(ketons)、氧化鹵(oxohalides)、碳酸鹽(carbonates)、碳酸(carbonic acids)、二醛類(dialdehydes)、和羥基醛類(hydroxyaldehyds)。例如，所述替代添加氣體可以是HCHO(甲醛，methanal)、CH3CHO(乙醛，ethanal)、CFH2CHO(2-氟乙醛)、CF2HCHO(2,2-二氟乙醛)、CF3CHO(2,2,2-三氟乙醛)、COF2、CH3COCH3(丙酮，aceton)或它的氟代衍生物(CHxFyCOCuFv，其中x+y=3,u+v=3)的任意一種。其它示例性的替代添加氣體包括HCOOH(甲酸)、CH3OH(甲醇)、CH3CH2OH(乙醇)、OHC-CHO(乙二醛)、HOOC-COOH(乙二酸)以及HOCH2-CHO(羥基乙醛)。在一個(gè)實(shí)施例中，添加氣體分子中的碳氧原子比優(yōu)選但并非必須為1∶1。
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的所述和其它的一些特征進(jìn)行詳細(xì)描述。
本發(fā)明通過(guò)舉例及其附圖進(jìn)行描述，但該例及其附圖并不是限定性的，而是說(shuō)明性的，其中相同的數(shù)字代表相似的組件，其中圖1示出了一個(gè)晶片，它包括一個(gè)沉積在一個(gè)硅基片上的多晶硅層和一個(gè)硅化鎢層；圖2表示在所述圖1的硅化鎢層之上沉積一個(gè)氮化硅介電層；圖3表示在所述氮化硅層之上和圖2的接觸孔之內(nèi)覆蓋沉積一個(gè)含有二氧化硅的層；
圖4表示用一個(gè)合適的光致抗蝕劑或硬掩模掩屏含有二氧化硅的層并蝕刻之以去除圖3所示的接觸孔內(nèi)的二氧化硅材料，形成一個(gè)自對(duì)準(zhǔn)接觸孔；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于改進(jìn)含有二氧化硅的層蝕刻技術(shù)的步驟。
下面參照本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例及其附圖對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。為了提供對(duì)本發(fā)明的全面理解，在下面的描述中提出了一些具體的細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員非常清楚，不用這些細(xì)節(jié)的某部分或全部也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在某些情況下，為了簡(jiǎn)明，沒(méi)有詳細(xì)描述現(xiàn)有技術(shù)的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種改進(jìn)的在一個(gè)等離子處理室用于蝕刻一個(gè)半導(dǎo)體基底上的含有二氧化硅的層的方法。該含有二氧化硅的層可以為任意含有二氧化硅的介電層，包括，例如BPSG或PSG。為了消除金屬污染問(wèn)題及其造成的后果，所述改進(jìn)方法優(yōu)選使用一種能提供高的含有二氧化硅的層的蝕刻速度同時(shí)選擇性地保留氮化硅的替代一氧化碳(CO)的添加氣體。該替代添加氣體優(yōu)選選用成本低廉和能夠降低和/或基本消除以前一氧化碳(CO)添加氣體所具有的金屬污染問(wèn)題。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述替代添加氣體優(yōu)選是一種同時(shí)含有氧原子和碳原子的分子的氣體。盡管現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)還沒(méi)有弄清等離子蝕刻的準(zhǔn)確機(jī)理，但是確信使用一個(gè)分子中同時(shí)含有氧原子和碳原子的添加氣體能夠最優(yōu)化地平衡氧化速度(由于氧活性成分的存在)和聚合物的形成(由于碳活性成分的存在)。正是這種由于分子中碳氧原子同時(shí)存在造成的平衡，促使含有二氧化硅的層的蝕刻具有理想的蝕刻速度、理想的均勻性、顯微負(fù)荷(microloading)、以及選擇性水平。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述替代添加氣體可以是選自于下列一組氣體中的任意非CO氣體，包括醛類(aldehydes)、酮類(ketons)、氧化鹵(oxohalides)、碳酸鹽(carbonates)、碳酸(carbonic acids)、二醛類(dialdehydes)、和羥基醛類(hydroxyaldehyds)。例如，所述替代添加氣體可以是HCHO(甲醛，methanal)、CH3CHO(乙醛，ethanal)、CFH2CHO(2-氟乙醛)、CF2HCHO(2,2-二氟乙醛)、CF3CHO(2,2,2-三氟乙醛)、COF2、CH3COCH3(丙酮，aceton)或它的氟代衍生物(CHxFyCOCuFv，其中x+y=3,u+v=3)的任意一種。其它示例性的替代添加氣體包括HCOOH(甲酸)、CH3OH(甲醇)、CH3CH2OH(乙醇)、OHC-CHO(乙二醛)、HOOC-COOH(乙二酸)以及HOCH2-CHO(羥基乙醛)。在一個(gè)實(shí)施例中，替代添加氣體分子中碳氧原子比優(yōu)選但非必須為l∶1。
還應(yīng)該指出，所述改進(jìn)了的含有二氧化硅的層的蝕刻技術(shù)可以在任何合適的等離子處理室內(nèi)實(shí)現(xiàn)，包括日本東京的東京電子公司(Tokyo ElectronicsCompany of Tokyo,Japan)的TEL88DRM反應(yīng)離子蝕刻(RIE)蝕刻系統(tǒng)、或者加利弗尼亞桑他克拉拉的應(yīng)用材料公司(Applied Materials,Inc.of Santa Clara,California)的MXP+等離子處理系統(tǒng)。
使用一種分子中同時(shí)含有氧、碳原子的非CO替代添加氣體的優(yōu)點(diǎn)是它允許有效地蝕刻含有二氧化硅的層，如BPSG，同時(shí)降低前述的金屬污染問(wèn)題并提供一個(gè)高的對(duì)氮化物的選擇性。還應(yīng)該指出，所發(fā)明的含有二氧化硅的層的蝕刻技術(shù)尤其適合于制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器電路(DRAM)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，圖5給出了改進(jìn)含有二氧化硅的層的蝕刻技術(shù)的步驟。在步驟502中，把一個(gè)上面具有含有二氧化硅的層的基底放在等離子處理室中。在一個(gè)實(shí)施例中，該含有二氧化硅的層為一個(gè)BPSG層。如前所述，還可在這個(gè)含有二氧化硅的層之下布置一個(gè)氮化硅層。在步驟504中，加入一種包括C4F8和改進(jìn)了的非CO添加氣體的蝕刻源氣體。如前所述，這種改進(jìn)了的添加氣體優(yōu)選為一種分子中含有碳原子和氧原子的氣體。如果需要可以加入其它添加氣體如氬氣，或其它惰性氣體。添加氣體分子中碳和氧原子比優(yōu)選但并非必須為1∶1。在步驟506中，在蝕刻源氣體中產(chǎn)生等離子體，以蝕刻至少部分地穿過(guò)含有二氧化硅的層。當(dāng)未被掩模保護(hù)的含有二氧化硅的層部分被蝕刻透時(shí)可以停止蝕刻。
例子應(yīng)該指出，下列近似工藝參數(shù)適合于在前面所述的TEL85DRM RIE蝕刻系統(tǒng)中蝕刻布置在一個(gè)200mm晶片上的一個(gè)BPSG。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照幾個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是在不超出本發(fā)明范圍的情況下還可以對(duì)其進(jìn)行修正、變更或替代。因此所附的權(quán)利要求書包括了在不超出本發(fā)明范圍和不背離本發(fā)明精神下的所有替代、互換、及其等同物。
權(quán)利要求
1．一種在等離子處理室內(nèi)用于蝕刻在半導(dǎo)體基片上的含有二氧化硅的層的方法，所述的含有二氧化硅的層布置在一個(gè)氮化硅(SiN)層上，該方法包括把所述基片放在所述的等離子體處理室內(nèi)；使一種蝕刻源氣體流進(jìn)所述的等離子處理室內(nèi)，所述的蝕刻源氣體包括C4F8和一種非一氧化碳(CO)的添加氣體，所述添加氣體包括具有氧原子和碳原子的分子；以及由所述蝕刻源氣體觸發(fā)等離子體，以蝕刻穿過(guò)至少部分所述的含有二氧化硅的層。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的含有二氧化硅的層為硼磷硅酸鹽玻璃。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述添加氣體選自于由下列物質(zhì)構(gòu)成的組CH3CHO、CFH2CHO、CF2HCHO和CF3CHO。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的添加氣體選自于由下列物質(zhì)構(gòu)成的組CH3COCH3及其氟代衍生物。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的添加氣體為HCOOH。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的添加氣體選自于由下列物質(zhì)構(gòu)成的組OHC-CHO、HOOC-COOH和HOCH2-CHO。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述添加氣體分子所含的碳氧原子比為1∶1。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述的添加氣體為COF2。
9．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述的添加氣體為HCHO。
10．根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述的添加氣體為CH3OH。
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的添加氣體為CH3CH2OH。
12．一種在等離子處理室內(nèi)用于改進(jìn)在蝕刻含有硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)的層時(shí)的氧化物/氮化物選擇性，以便在半導(dǎo)體基片上產(chǎn)生自對(duì)準(zhǔn)接觸孔的方法，所述的含有BPSG的層布置在一個(gè)氮化硅(SiN)層之上和一個(gè)穿過(guò)該氮化硅層的通孔之內(nèi)，該方法包括把所述基片放在所述的等離子處理室內(nèi)；使一種蝕刻源氣體流進(jìn)所述的等離子處理室內(nèi)，所述的蝕刻源氣體包括C4F8和一個(gè)非一氧化碳(CO)的添加氣體，所述的添加氣體包括同時(shí)含有氧原子和碳原子且原子比為1∶1的分子；以及用一個(gè)頻率為13.56MHz的射頻電源激發(fā)所述的蝕刻源氣體，以產(chǎn)生等離子體，從而蝕刻穿過(guò)至少部分所述的含有BPSG的層。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述的蝕刻源氣體包括氬氣。
14．一種在等離子處理室內(nèi)用于在半導(dǎo)體基片上制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，包括蝕刻一個(gè)布置在一個(gè)氮化硅(SiN)層上的含有硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)的層，該方法包括把所述基片放在所述等離子處理室內(nèi)；使一種蝕刻源氣體流進(jìn)所述的等離子處理室內(nèi)，所述蝕刻源氣體包括C4F8和一種非一氧化碳(CO)的第一添加氣體，所述第一添加氣體包括含有氧原子和碳原子的分子；以及在蝕刻源氣體中產(chǎn)生等離子體，以蝕刻穿過(guò)至少部分所述含有BPSG的層。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，其中，所述的第一添加氣體所含分子的碳氧原子比為1∶1。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，其中，所述的第一添加氣體為COF2。
17．根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，其中，所述的第一添加氣體為HCHO。
18．根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，其中，所述的第一添加氣體為CH3OH。
19．根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，其中，所述的第一添加氣體為CH3CH2OH。
20．根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，其中，所述的蝕刻源氣體包括氬氣。
21．根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，其中，所述的第一添加氣體選自于由下列物質(zhì)構(gòu)成的組CH3CHO、CFH2CHO、CF2HCHO和CF3CHO。
22．根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，其中，所述的第一添加氣體選自于由下列物質(zhì)構(gòu)成的組CH3COCH3及其氟化衍生物。
23．根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，其中，所述的第一添加氣體為HCOOH。
24．根據(jù)權(quán)利要求20所述的制造動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的方法，其中，所述的第一添加氣體選自于由下列物質(zhì)構(gòu)成的組OHC-CHO、HOOC-COOH和HOCH2-CHO。
全文摘要
一種在等離子處理室內(nèi)用于蝕刻在半導(dǎo)體基片上的含有二氧化硅的層的方法,所述的含有二氧化硅的層布置在一個(gè)氮化硅(SiN)層上,該方法包括:把所述基片放在所述的等離子體處理室內(nèi);使一種蝕刻源氣體流進(jìn)所述的等離子處理室內(nèi),所述的蝕刻源氣體包括C
文檔編號(hào)H01L21/02GK1213161SQ9811880
公開(kāi)日1999年4月7日 申請(qǐng)日期1998年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月29日
發(fā)明者馬庫(kù)斯·M·柯克霍夫, 約基恩·哈尼貝克 申請(qǐng)人:西門子公司