用于超高选择性的氮化物蚀刻的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及用于超高选择性的氮化物蚀刻的系统和方法。一种用于选择性蚀刻衬底上的氮化硅层的方法包括将衬底布置在衬底处理室的衬底支撑件上。衬底处理室包括上室区、布置在上室区的外部的感应线圈、包括衬底支撑件的下室区和气体分配装置。气体分配装置包括与上室区和下室区流体连通的多个孔。该方法包括供应蚀刻气体混合物到上室区并且通过供给电力到感应线圈以在上室区中引燃感应耦合等离子体。该蚀刻气体混合物蚀刻氮化硅、促进二氧化硅钝化以及促进多晶硅钝化。该方法包括选择性蚀刻衬底上的氮化硅层并在预定时间段后熄灭感应耦合等离子体。

System and method for ultrahigh selective nitride etching

The present invention relates to a system and method for ultrahigh selective nitride etching. A method for selectively etching a silicon nitride layer on a substrate includes arranging a substrate on a substrate support of a substrate processing chamber. The substrate processing chamber includes an upper chamber region, an induction coil arranged outside the upper chamber region, a lower chamber region including a substrate support and a gas distribution device. The gas distribution device includes a plurality of apertures communicating with the upper chamber region and the lower chamber region. The method includes supplying an etching gas mixture to the upper chamber region and igniting the inductively coupled plasma in the upper chamber region by supplying power to the induction coil. Etching the gas mixture to etch silicon nitride, promoting the passivation of silicon dioxide and promoting the passivation of polycrystalline silicon. The method includes selectively etching the silicon nitride layer on the substrate and extinguishing the inductively coupled plasma after a predetermined period of time.

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求于2015年10月15日提交的美国临时申请No.62/241,827的权益。上述所引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及衬底处理系统，并且更具体地涉及用于选择性地蚀刻氮化硅的系统和方法。
技术介绍
本文提供的背景描述的目的是总体上呈现本公开的背景。本专利技术署名的专利技术人的工作，就其在该
技术介绍
部分以及说明书的一些方面中所描述的、可能不符合作为提交时的现有技术的范围而言，既不明确也不暗示地承认其作为本公开的现有技术。衬底处理系统可以被用于蚀刻诸如半导体晶片之类的衬底上的膜。衬底处理系统通常包括处理室、气体分配装置以及衬底支撑件。在处理过程中，将衬底布置在衬底支撑件上。可以将不同的气体混合物引入处理室并且可以使用射频(RF)等离子体激活化学反应。现在参考图1，当整合一些诸如垂直NAND器件之类的半导体衬底时，需要相对于其他暴露的材料以非常高的选择性蚀刻氮化硅。热磷酸是用于蚀刻这些器件中的氮化硅膜的主要化学物质。这种蚀刻工艺有需要解决的、包括规模在36层以上的能力、减少缺陷和点蚀、以及增强对蚀刻速率的控制的一些限制。例如，在图1中，单个缺陷颗粒10可以引起存储装置14中的写入线串的损失。
技术实现思路
一种用于选择性蚀刻在衬底上的氮化硅层的方法包括将衬底布置在衬底处理室的衬底支撑件上。衬底处理室包括上室区、布置在上室区的外部的感应线圈、包括衬底支撑件的下室区和布置在上室区和下室区之间的气体分配装置。气体分配装置包括与上室区和下室区流体连通的多个孔。该方法包括供应蚀刻气体混合物到上室区并且通过供给电力到感应线圈以在上室区中引燃感应耦合等离子体。该方法包括选择蚀刻气体混合物以蚀刻氮化硅、促进二氧化硅钝化以及促进多晶硅钝化。该方法包括选择性蚀刻在衬底上的氮化硅层并在预定时间段后熄灭感应耦合等离子体。在其他特征中，该蚀刻气体混合物包括氮化硅蚀刻促进剂，该氮化硅蚀刻促进剂包括选自由三氟化氮(NF3)、二氟甲烷(CH2F2)、四氟甲烷(CF4)、和氟甲烷(CH3F)组成的组中的至少一种气体。在其他特征中，该氮化硅蚀刻促进剂包括选自由分子氧(O2)、分子氮(N2)、和一氧化二氮(N2O)组成的组中的至少一种气体。在其他特征中，该蚀刻气体混合物包括二氧化硅钝化促进剂，该二氧化硅钝化促进剂包括选自由氟甲烷(CH3F)和二氟甲烷(CH2F2)组成的组中的至少一种气体。在其他特征中，该二氧化硅钝化促进剂还包括选自由分子氧(O2)、分子氮(N2)、和一氧化二氮(N2O)组成的组中的至少一种气体。在其他特征中，该蚀刻气体混合物包括多晶硅钝化促进剂，该多晶硅钝化促进剂包括选自由分子氧(O2)、分子氮(N2)、和一氧化二氮(N2O)组成的组中的至少一种气体。在其他特征中，该方法包括，在选择性蚀刻后，通过供应干燥清洁气体混合物到衬底处理室并在衬底处理室中引燃等离子体持续预定的时间段来干燥清洁衬底。在其他特征中，该方法包括使使用蚀刻气体混合物的蚀刻和使用干燥清洁气体混合物的干燥清洁重复一次或多次。在其他特征中，干燥清洁气体混合物包括选自由二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)组成的组中的至少一种气体。该干燥清洁气体混合物还包括例如氩(Ar)、氦(He)、氖(Ne)和/或其它稀有或惰性气体之类的气体。该干燥清洁气体混合物包括选自由分子氮(N2)或一氧化二氮(N2O)组成的组中的至少一种气体。在其他特征中，衬底处理室中的压强处于0.5至5托的压强范围内。在其他特征中，在蚀刻过程中，向衬底支撑件供给射频(RF)偏置。在蚀刻过程中，不向衬底支撑件供给射频(RF)偏置。在其他特征中，气体分配装置包括喷头，该喷头包括多个孔。该多个孔具有0.1”到0.75”的范围内的直径。在其他特征中，该方法包括在蚀刻过程中使气体分配装置接地。在其他特征中，该蚀刻气体混合物包括三氟化氮(NF3)、二氟甲烷(CH2F2)、分子氧(O2)、分子氮(N2)、一氧化二氮(N2O)和二氧化碳(CO2)。在其他特征中，该蚀刻气体混合物包括四氟甲烷(CF4)、以及氟甲烷(CH3F)、分子氧(O2)、分子氮(N2)、一氧化二氮(N2O)和二氧化碳(CO2)。在其他特征中，相对于二氧化硅选择性蚀刻衬底上的氮化硅层。相对于多晶硅选择性蚀刻衬底上的氮化硅层。相对于碳氧化硅(SiOC)选择性蚀刻衬底上的氮化硅层。相对于铪氧化物(HfOx)选择性蚀刻衬底上的氮化硅层。在其他特征中，相对于氮化钛(TiN)选择性蚀刻衬底上的氮化硅层。相对于氮化钽(TaN)选择性蚀刻衬底上的氮化硅层。相对于钨(W)选择性蚀刻衬底上的氮化硅层。相对于氮化钛铝(TiAlN)选择性蚀刻衬底上的氮化硅层。具体而言，本专利技术的一些方面可以阐述如下：1.一种用于选择性蚀刻衬底上的氮化硅层的方法，其包括：将衬底布置在衬底处理室的衬底支撑件上，其中所述衬底处理室包括上室区、布置在所述上室区的外部的感应线圈、包括所述衬底支撑件的下室区和布置在所述上室区和所述下室区之间的气体分配装置，以及其中所述气体分配装置包括与所述上室区和所述下室区流体连通的多个孔；供应蚀刻气体混合物到所述上室区；通过供给电力到所述感应线圈以在所述上室区中引燃感应耦合等离子体，其中所述蚀刻气体混合物蚀刻氮化硅、促进二氧化硅钝化以及促进多晶硅钝化；选择性蚀刻所述衬底上的所述氮化硅层；并且在预定时间段后熄灭所述感应耦合等离子体。2.根据条款1所述的方法，其中所述蚀刻气体混合物包括氮化硅蚀刻促进剂，所述氮化硅蚀刻促进剂包括选自由三氟化氮(NF3)、二氟甲烷(CH2F2)、四氟甲烷(CF4)、和氟甲烷(CH3F)组成的组中的至少一种气体。3.根据条款2所述的方法，其中所述氮化硅蚀刻促进剂包括选自由分子氧(O2)、分子氮(N2)、和一氧化二氮(N2O)组成的组中的至少一种气体。4.根据条款1所述的方法，其中所述蚀刻气体混合物包括二氧化硅钝化促进剂，所述二氧化硅钝化促进剂包括选自由氟甲烷(CH3F)和二氟甲烷(CH2F2)组成的组中的至少一种气体。5.根据条款4所述的方法，其中所述二氧化硅钝化促进剂还包括选自由分子氧(O2)、分子氮(N2)、和一氧化二氮(N2O)组成的组中的至少一种气体。6.根据条款1所述的方法，其中所述蚀刻气体混合物包括多晶硅钝化促进剂，所述多晶硅钝化促进剂包括选自由分子氧(O2)、分子氮(N2)、和一氧化二氮(N2O)组成的组中的至少一种气体。7.根据条款1所述的方法，其还包括，在所述选择性蚀刻后，通过供应干燥清洁气体混合物到所述衬底处理室并在所述衬底处理室中引燃等离子体持续预定的时间段来干燥清洁所述衬底。8.根据条款7所述的方法，其还包括使使用所述蚀刻气体混合物的所述蚀刻和使用所述干燥清洁气体混合物的所述干燥清洁重复一次或多次。9.根据条款7所述的方法，其中所述干燥清洁气体混合物包括选自由二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)组成的组中的至少一种气体。10.根据条款9所述的方法，其中所述干燥清洁气体混合物还包括选自包含氩(Ar)、氖(Ne)和氦(He)的组中的至少一种气体。11.根据条款7所述的方法，其中所述干燥清洁气体混合物包括选自由分子氮(N2)或一氧化二氮(N2O)组成的组中的至少一种气体。12.根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于选择性蚀刻衬底上的氮化硅层的方法，其包括：将衬底布置在衬底处理室的衬底支撑件上，其中所述衬底处理室包括上室区、布置在所述上室区的外部的感应线圈、包括所述衬底支撑件的下室区和布置在所述上室区和所述下室区之间的气体分配装置，以及其中所述气体分配装置包括与所述上室区和所述下室区流体连通的多个孔；供应蚀刻气体混合物到所述上室区；通过供给电力到所述感应线圈以在所述上室区中引燃感应耦合等离子体，其中所述蚀刻气体混合物蚀刻氮化硅、促进二氧化硅钝化以及促进多晶硅钝化；选择性蚀刻所述衬底上的所述氮化硅层；并且在预定时间段后熄灭所述感应耦合等离子体。

【技术特征摘要】
2015.10.15 US 62/241,827;2016.09.21 US 15/271,3811.一种用于选择性蚀刻衬底上的氮化硅层的方法，其包括：将衬底布置在衬底处理室的衬底支撑件上，其中所述衬底处理室包括上室区、布置在所述上室区的外部的感应线圈、包括所述衬底支撑件的下室区和布置在所述上室区和所述下室区之间的气体分配装置，以及其中所述气体分配装置包括与所述上室区和所述下室区流体连通的多个孔；供应蚀刻气体混合物到所述上室区；通过供给电力到所述感应线圈以在所述上室区中引燃感应耦合等离子体，其中所述蚀刻气体混合物蚀刻氮化硅、促进二氧化硅钝化以及促进多晶硅钝化；选择性蚀刻所述衬底上的所述氮化硅层；并且在预定时间段后熄灭所述感应耦合等离子体。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻气体混合物包括氮化硅蚀刻促进剂，所述氮化硅蚀刻促进剂包括选自由三氟化氮(NF3)、二氟甲烷(CH2F2)、四氟甲烷(CF4)、和氟甲烷(CH3F)组成的组中的至少一种气体。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述氮化硅蚀刻促进剂包括选自由分子氧(O2)、分子氮(N2)、和一氧化二氮(N2O)组成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨邓良，费萨尔·雅各布，皮利翁·帕克，海伦·H·朱，朴俊洪，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US