用于利用气体脉冲进行深硅蚀刻的方法技术

在本文中所公开的技术包括用于利用连续气体脉冲工艺蚀刻深硅特征的方法，该连续气体脉冲工艺对具有相对平滑的轮廓的高的纵横比特征进行蚀刻。这样的方法提供了比分时复用蚀刻沉积工艺的蚀刻速率大的蚀刻速率。技术包括利用包括交替化学物质的循环气体脉冲工艺的连续工艺。第一过程气体混合物包括产生氧化物层的含卤素的硅气体和氧。第二过程气体混合物包括蚀刻氧化物和硅的含卤素的气体和氟碳气体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于在半导体基板中蚀刻特征(包括在硅中蚀刻特征)的方法。
技术介绍
在半导体行业中集成电路(IC)的制造涉及利用等离子体反应器来生成有助于表面化学物质的等离子体，其中该表面化学物质被用来从基板去除材料以及将材料沉积到基板。干法等离子体蚀刻工艺通常用于去除或蚀刻被图案化在半导体基板上的沿着细线或在通孔内或者在接触处的材料。成功的等离子体蚀刻工艺需要包括适合于选择性地蚀刻一种材料而基本不蚀刻另一种材料的化学反应物的蚀刻化学物质。例如，在半导体基板上，可以利用等离子体蚀刻工艺将形成在保护层中的图案转移到所选择的材料的下层。保护层可以包括诸如光刻胶层之类的光敏层，其具有利用光刻工艺形成的图案。当形成图案时，将半导体基板布置在等离子体处理室内，并且形成选择性蚀刻下层而最小化地蚀刻保护层的蚀刻化学物质。通过以下来生成该蚀刻化学物质：引入可电离的游离的气体混合物，其具有包括与下层反应而最小化地与保护层或图案层反应的分子成分的母分子。蚀刻化学物质的生成包括：引入气体混合物；以及当存在的气体种类的一部分在与高能电子碰撞之后被离子化时形成等离子体。被加热的电子可以用于分离气体混合物的一些种类并产生化学物质成分(母分子的)的反应混合物。提供了离子化气体种类和化学物质成分的反应混合物，可以在半导体基板的露出的区域中蚀刻各种特征(例如沟槽、通孔、接触等)。通常被蚀刻的材料例如包括以下：硅氧化物(SiOx)、硅氮化物(SiNy)、多晶硅(polysilicon)、单晶硅(silicon)以及掺杂的硅和未掺杂的硅。
技术实现思路
诸如Bosch工艺(蚀刻-沉积-蚀刻-沉积)之类的分时复用蚀刻工艺已经用于蚀刻高的纵横比特征，例如贯穿硅的通孔(TSV)。在分时复用工艺中，蚀刻小深度的特征，然后停止供给蚀刻气体并且开始供给在蚀刻的侧壁上形成聚合物的钝化气体。重复该工艺直到达到期望的深度为止。然而，分时复用蚀刻工艺的不期望的侧面效应是作为可替选的沉积和蚀刻步骤的结果的给定蚀刻特征的侧壁的特征扇形。例如这些轮廓非一致性可以导致充满复杂性，并且最终导致在随后的金属化之后电性能劣化。可替选的分时复用蚀刻是通常利用氟和基于氧的化学物质来同时执行蚀刻和钝化机制的一步(连续)工艺。这样的一步工艺可以产生更加连续的轮廓(无扇形)，但是一步工艺经历纵横比限制(特别是在较小的尺寸处)和深度限制。本文中所公开的技术包括用于利用连续气体脉冲工艺蚀刻深硅特征的方法，该连续气体脉冲工艺蚀刻高纵横比特征并留下相对平滑的轮廓。这样的方法提供了比Bosch工艺的蚀刻速率快的蚀刻速率，提供了不具有基蚀(undercut)或具有小的基蚀的蚀刻轮廓，并且使用提供好的掩模选择性的化学物质。技术包括利用包括交替化学物质的循环气体脉冲工艺的连续工艺。一种实施方式包括用于在基板上蚀刻深硅特征的方法。该方法包括将基板布置在等离子体处理系统中的基板保持器上。该基板具有限定露出硅表面的开口的图案化的掩模层。使第一过程气体混合物流入等离子体处理系统。第一过程气体混合物包括硅、氧以及至少一种卤素。使第二过程气体混合物流入等离子体处理系统。第二过程气体混合物包括含卤素的气体和氟碳气体。由第一过程气体混合物和第二过程气体混合物形成等离子体，使得硅表面通过图案化的掩模层被暴露于等离子体。利用第一气体混合物与等离子体的产物在基板内的一个或更多个硅特征的侧壁和底表面上形成氧化物层。该方法包括利用第二过程气体混合物与等离子体的产物对在基板内的一个或更多个硅特征进行蚀刻。与使用专用的蚀刻和沉积步骤的分时复用工艺相比，本文中的技术提供了遵循交替的强-轻(strong-mild)蚀刻机制(较少钝化)但是具有连续的蚀刻的气体脉冲。这样的技术可以维持较高的蚀刻速率而没有残留的聚合物残渣堆积。当然，出于简洁的目的已经呈现了在本文中所描述的不同步骤的讨论顺序。通常这些步骤可以以任意合适的顺序执行。另外，尽管可以在本公开内容的不同地方讨论本文中的各个不同的特征、技术、构造等，但是旨在每个概念可以彼此独立地被执行或者彼此组合地被执行。因此，可以以很多不同的方法来实施或者看待本专利技术。注意本
技术实现思路
部分不指出本公开内容或所要求保护的专利技术的每个实施方式和/或增加的新的方面。相反，本专利技术仅提供不同实施方式的初步讨论和优于常规技术的新颖性的对应点。为了本专利技术和实施方式的另外的细节和/或可能的观点，读者应该针对具体实施方式部分和如下面所进一步讨论的本公开内容的相应附图。附图说明参照下面的结合附图考虑的具体描述，本专利技术的各种实施方式的更完整的理解及其许多附加优点将变得容易显而易见。附图不必是按比例的，而是将重点放在示出特征、原则和概念上。图1A至图1B是根据本文的实施方式的被蚀刻的特征的截面图。图2A至图2C是根据本文的实施方式的连续气体脉冲工艺的图。图3A至图3C是示出来自各种蚀刻技术的结果的截面图。图4是根据本文的实施方式的深硅蚀刻方法的流程图。图5是根据本文的实施方式的等离子体处理系统的示意图。具体实施方式本文所公开的技术包括利用连续气体脉冲工艺蚀刻深硅特征的方法，该连续气体脉冲工艺蚀刻具有相对光滑的轮廓的高纵横比特征。这样的方法提供比Bosch工艺的蚀刻速率大的蚀刻速率，提供了不具有基蚀或具有小的基蚀的蚀刻轮廓，并且使用提供好的掩模选择性的化学物质。技术包括利用包括交替化学物质的循环气体脉冲工艺的连续工艺。本文中的技术使用了两种气体化学物质或者混合物，并且然后根据流动占优的混合物而在各个气体化学物质之间循环。因而，两种气体化学物质同时且连续地流动，而每个流动的量在最大与最小之间变化。图1A和图1B示出了被蚀刻到硅基板105中的特征107，例如贯穿硅的通孔。在形成特征中所使用的一种气体化学物质是钝化/氧化化学物质110。氧化化学物质包括硅、氧以及至少一种卤素(例如氟、氯、溴等)。例如，O2可以用于形成氧化物。硅和卤素可以来自SiF4、SiCl4、SiBr4等。可以单独使用O2，但是基本上花费更多的时间。硅和卤素添加物被用于形成其中特征的细线侧壁和底表面被蚀刻的含卤素的氧化物沉积物135。所使用的另一气体化学物质是蚀刻化学物质120。该蚀刻化学物质包括含卤素气体和氟碳气体。例如，含卤素气体可以包括SF6、NF3、XeF2、CI、Br等。含卤素的气体主要的功能是用于蚀刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在基板上蚀刻深硅特征的方法，包括：将基板布置在等离子体处理系统中的基板保持器上，所述基板具有限定露出硅表面的开口的图案化的掩模层；使第一过程气体混合物流入所述等离子体处理系统，所述第一过程气体混合物包括硅、氧以及至少一种卤素；使第二过程气体混合物流入所述等离子体处理系统，所述第二过程气体混合物包括含卤素的气体和氟碳气体；由所述第一过程气体混合物和所述第二过程气体混合物形成等离子体，使得所述硅表面通过所述图案化的掩模层被暴露于所述等离子体；利用所述第一气体混合物与所述等离子体的产物在所述基板内的一个或更多个硅特征的侧壁和底表面上形成氧化物层；以及利用所述第二过程气体混合物与所述等离子体的产物对所述基板内的所述一个或更多个硅特征进行蚀刻。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.06 US 14/072,9641.一种用于在基板上蚀刻深硅特征的方法，包括：
将基板布置在等离子体处理系统中的基板保持器上，所述基板具有限
定露出硅表面的开口的图案化的掩模层；
使第一过程气体混合物流入所述等离子体处理系统，所述第一过程气
体混合物包括硅、氧以及至少一种卤素；
使第二过程气体混合物流入所述等离子体处理系统，所述第二过程气
体混合物包括含卤素的气体和氟碳气体；
由所述第一过程气体混合物和所述第二过程气体混合物形成等离子
体，使得所述硅表面通过所述图案化的掩模层被暴露于所述等离子体；
利用所述第一气体混合物与所述等离子体的产物在所述基板内的一
个或更多个硅特征的侧壁和底表面上形成氧化物层；以及
利用所述第二过程气体混合物与所述等离子体的产物对所述基板内
的所述一个或更多个硅特征进行蚀刻。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
使所述第一过程气体混合物和所述第二过程气体混合物的各自的流
速随着时间变化，使得占优的流速在所述第一过程气体混合物与所述第二
过程气体混合物之间交替。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，使各自的流速变化包括流速
之间的梯度转变。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，使所述第一过程气体混合物
流动和使所述第二过程气体混合物流动包括使各自的流速保持在预定的
量之上，使得在对所述一个或更多个硅特征进行蚀刻的步骤期间存在每种
气体混合物的最小连续流动。

【专利技术属性】
技术研发人员：斯克特·W·莱费夫雷，阿洛科·兰詹，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP