高深宽比开口的刻蚀方法及半导体器件技术

本发明专利技术涉及一种高深宽比开口的刻蚀方法及半导体器件。所述高深宽比开口的刻蚀方法包括以下步骤：利用包括刻蚀气体、氧源气体和惰性载气的馈送气体对电介质层进行干法刻蚀，以形成开口，所述惰性载气占所述馈送气体的流量比例为4％‑21％。

Etching method of high aspect ratio opening and semiconductor device

【技术实现步骤摘要】
高深宽比开口的刻蚀方法及半导体器件
本专利技术主要涉及半导体制造方法，尤其是涉及一种高深宽比开口的刻蚀方法及半导体器件。
技术介绍
开口刻蚀是超大规模集成电路的关键技术，随着CMOS器件进入32nm后的工艺时代，高深宽比开口刻蚀及其填充对器件的良率有相当大的影响。对于先进的存储器而言，深宽比已经达到了40:1以上的比例，这使得挑战更加巨大。在诸如NAND存储器、DRAM存储器或CMOS器件的半导体器件中，刻蚀开口的介质通常是二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy,如Si3N4)、氮氧化硅(SiOxNy)等绝缘层。开口可以是孔(hole)或沟槽(trench)。对孔而言，其两个水平方向上的尺寸类似或者在同一数量级。对沟槽(trench)而言，其一个水平方向上的尺寸明显大于另一个水平方向上的尺寸，例如高出一个或多个数量级。在目前高深宽比开口的刻蚀中，开口轮廓不理想，例如存在开口弯曲(bowing)、开口侧壁产生条纹(striation)等问题。另外，当开口深宽比进一步上升时，刻蚀能力会下降，无法到达预定的深度。
技术实现思路
本专利技术提供一种高深宽比开口的刻蚀方法，可以提高刻蚀能力，改善开口弯曲、条纹等问题。本专利技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种高深宽比开口的刻蚀方法，包括以下步骤：利用包括刻蚀气体、氧源气体和惰性载气的馈送气体对电介质层进行干法刻蚀，以形成开口，所述惰性载气占所述馈送气体的流量比例为4％-21％。在本专利技术的一实施例中，所述惰性载气选自如下组合的一种或多种：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)。在本专利技术的一实施例中，所述刻蚀气体包括：氟碳化合物中的一种或多种；和/或氢氟碳化合物中的一种或多种。在本专利技术的一实施例中，所述刻蚀气体包括通式为C3HxFy的气体的一种或多种，其中x为0至8之间的整数、y为0至8之间的整数，且x+y＝8。在本专利技术的一实施例中，所述电介质层的材料包括氧化硅、氮氧化硅、氧化铪或氧化锆。在本专利技术的一实施例中，所述电介质层的材料包括氮化物。在本专利技术的一实施例中，在所述刻蚀期间沿所述开口的侧壁沉积的聚合物层的厚度在0.5～4nm之间。在本专利技术的一实施例中，所述开口的深宽比大于15:1。在本专利技术的一实施例中，所述电介质层为单一电介质层或复合电介质层；所述复合电介质层包括垂直堆叠的若干层介质层，相邻两层介质层中，一层所述介质层的材料为氧化硅、氧化铪或氧化锆，另一层所述介质层为氮化硅或氮氧化硅。本专利技术还提供一种半导体器件，包括衬底和位于所述衬底之上的电介质层，所述电介质层内具有高深宽比的开口，所述开口为利用刻蚀气体、氧源气体和惰性载气的馈送气体对电介质层进行干法刻蚀而成，所述惰性载气占所述馈送气体的流量比例为4％-21％。在本专利技术的一实施例中，半导体器件还包括：位于所述开口内的填充层。在本专利技术的一实施例中，所述惰性载气选自如下组合的一种或多种：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)。在本专利技术的一实施例中，所述刻蚀气体包括：氟碳化合物中的一种或多种；和/或氢氟碳化合物中的一种或多种。在本专利技术的一实施例中，所述刻蚀气体包括通式为C3HxFy的气体的一种或多种，其中x为0至8之间的整数、y为0至8之间的整数，且x+y＝8。在本专利技术的一实施例中，所述电介质层的材料包括氧化硅、氧化铪或氧化锆。在本专利技术的一实施例中，所述电介质层的材料包括氮化物。在本专利技术的一实施例中，在所述刻蚀期间沿所述开口的侧壁沉积的聚合物层的厚度在0.5～4nm之间。在本专利技术的一实施例中，所述电介质层为单一电介质层或复合电介质层；所述复合电介质层包括垂直堆叠的若干层介质层，相邻两层介质层中，一层所述介质层的材料为氧化硅、氧化铪或氧化锆，另一层所述介质层为氮化硅或氮氧化硅。本专利技术由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，加入适量的惰性载气，由于惰性载气很难被离子化，因此可以降低离子浓度，从而减小膨胀机会，降低等离子体温度，而离子能量反而增大。另一方面，惰性载气作为电中性气体，不容易受到电介质层中的电荷的影响，能将刻蚀离子带到更深的表面，从而更利于高深宽比的刻蚀。得益于离子能量的增大和更容易进入更深的表面，刻蚀能力得到提升，而对开口侧壁的负面影响，例如弯曲(bowing)、倾斜(tilting)、扭转(distortion)和条纹(striation)也更小。进一步，本专利技术一个方面的刻蚀气体都是基于3个碳原子的碳链，使得容易精确控制气体中的碳、氢和氟的比例，从而能在吸附自由基与刻蚀离子之间的平衡的精确控制。尤其是，当刻蚀气体包括多种上述气体的混合物时(这是经常的情况)，同样碳链的气体分子的等离子化程度相近，从而在开口各处的分布更为均匀，也有利于碳、氢和氟的比例控制。使用这一通式的刻蚀气体，可以在刻蚀期间维持更均匀和更薄的聚合物层，从而得到更佳的开口内轮廓及更好的刻蚀能力。附图说明为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明，其中：图1是根据本专利技术一实施例的需要刻蚀的半导体结构的局部截面图。图2是根据本专利技术另一实施例的需要刻蚀的半导体结构的局部截面图。图3是本专利技术一实施例的高深宽比开口的刻蚀方法流程图。图4为图1所示的半导体结构经刻蚀后形成开口的截面图。图5为图2所示的半导体结构经刻蚀后形成开口的截面图。图6为图1、2所示的半导体结构经刻蚀后形成开口的截面图。图7是常规刻蚀方法在刻蚀期间导致开口底部刻蚀不足的示意图。图8是常规刻蚀方法在刻蚀期间导致开口的弯曲的示意图。图9是常规刻蚀方法在刻蚀期间导致开口的扭转的示意图。图10是常规刻蚀方法在刻蚀期间导致开口的侧壁粗糙的示意图。具体实施方式为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高深宽比开口的刻蚀方法，包括以下步骤：/n利用包括刻蚀气体、氧源气体和惰性载气的馈送气体对电介质层进行干法刻蚀，以形成开口，所述惰性载气占所述馈送气体的流量比例为4％-21％。/n

【技术特征摘要】
1.一种高深宽比开口的刻蚀方法，包括以下步骤：
利用包括刻蚀气体、氧源气体和惰性载气的馈送气体对电介质层进行干法刻蚀，以形成开口，所述惰性载气占所述馈送气体的流量比例为4％-21％。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性载气选自如下组合的一种或多种：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括：
氟碳化合物中的一种或多种；和/或
氢氟碳化合物中的一种或多种。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀气体包括通式为C3HxFy的气体的一种或多种，其中x为0至8之间的整数、y为0至8之间的整数，且x+y＝8。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电介质层的材料包括氧化硅、氮氧化硅、氧化铪或氧化锆。


6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电介质层的材料包括氮化物。


7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述刻蚀期间沿所述开口的侧壁沉积的聚合物层的厚度在0.5～4nm之间。


8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开口的深宽比大于15:1。


9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电介质层为单一电介质层或复合电介质层；
所述复合电介质层包括垂直堆叠的若干层介质层，相邻两层介质层中，一层所述介质层的材料为氧化硅、氧化铪或氧化锆，另一层所述介质层为氮化硅或氮氧化硅。


10.一种半导体器件，包括：
衬底；
位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王猛，黄海辉，左明光，曾最新，朱宏斌，霍宗亮，程卫华，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42