氧化硅氮化硅堆叠件楼梯踏步式蚀刻制造技术

提供了一种用于在衬底上的堆叠件中形成楼梯踏步式结构的方法。所述方法包括至少一个楼梯踏步循环。每个楼梯踏步循环包括：修整所述掩模并且蚀刻所述堆叠件。在多个循环中提供蚀刻所述堆叠件，其中每个循环包括：刻蚀SiO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化硅氮化硅堆叠件楼梯踏步式蚀刻相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月30日提交的美国临时申请No.62/593,082的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文以用于所有目的。
本公开涉及半导体器件的形成。更具体地，本公开涉及楼梯踏步式半导体器件的形成。
技术介绍
在半导体晶片处理期间，有时需要楼梯踏步式特征。例如，在3D闪存设备中，多个单元以链格式堆叠在一起，以节省空间并增加包装密度。楼梯踏步式结构允许与每个栅极层电接触。这样的楼梯踏步式结构可以由多个氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiN)的交替层形成，其中这种堆叠件被称为ONON堆叠件。除了楼梯踏步式半导体器件之外，ONON堆叠件还可用于形成其他半导体器件。
技术实现思路
为了实现前述内容并且根据本公开的目的，提供了一种用于在等离子体处理室中的衬底上的堆叠件中形成楼梯踏步式结构的方法，其中，所述堆叠件包括在掩模下的多个氧化硅和氮化硅双层。所述方法包括至少一个楼梯踏步循环。每个楼梯踏步循环包括：修整所述掩模并且蚀刻所述堆叠件。在多个循环中执行蚀刻所述堆叠件，其中每个循环包括：刻蚀SiO2层以及蚀刻SiN层。刻蚀SiO2层包括：使SiO2蚀刻气体流入所述等离子体处理室，其中，所述SiO2蚀刻气体包括六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)中的至少一种、氢氟烃以及惰性轰击气体；由所述SiO2蚀刻气体产生等离子体；提供偏置以及停止所述SiO2层蚀刻。所述蚀刻SiN层包括：使SiN蚀刻气体流入所述等离子体处理室，其中，所述SiN蚀刻气体包含氢氟烃和氧；由所述SiN蚀刻气体产生等离子体；提供偏置；以及停止所述SiN层蚀刻。本专利技术的这些特征和其它特征将在下面在本专利技术的详细描述中并结合以下附图进行更详细的描述。附图说明在附图中以示例而非限制的方式示出了本公开，并且附图中相同的附图标记表示相似的元件，其中：图1是可以在本公开的实施方案中使用的工艺的高级流程图。图2A-G是根据本公开的实施方案蚀刻的堆叠件的示意性截面图。图3是SiO2蚀刻工艺的更详细的流程图。图4是SiN蚀刻工艺的更详细的流程图。图5是可用于实施本公开的等离子体处理室的示意图。图6示出了计算机系统，其适合于实现在本公开的实施方案中使用的控制器。具体实施方案现在将参考附图中所示的几个优选实施方案来详细描述本专利技术。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本专利技术的彻底理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本专利技术可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，未详细描述公知的工艺步骤和/或结构，以免不必要地使本专利技术不清楚。蚀刻氧化硅(SiO2)和氮化硅(SiN)双层堆叠件的传统方法是在第一工艺中使用SiO2层作为掩模来蚀刻SiN层，然后在第二工艺中使用SiN作为掩模来蚀刻SiO2层。由于SiN层用作蚀刻SiO2层的掩模，反之亦然，因此选择性必须非常高。为了提供期望的选择性，先前的方法产生了足够的聚合物以引起蚀刻堆叠件侧壁的锥形化(tapering)。三维“非与”(3DNAND)阶梯蚀刻是重要的工艺。该行业正朝着96个SiO2和SiN双层及更多双层的堆叠方向发展。此工艺需要快速的生产以降低成本。然而，在各种参数之间总是存在折衷，这些参数包括例如轮廓角、线边缘粗糙度(LER)、蚀刻选择性和生产量。如何在保持多个双层的竖直轮廓角、良好的LER和自由的圆化/刻面化的同时缩短处理时间变得非常具有挑战性。为了便于理解，图1是可以在本公开的实施方案中使用的过程的高级流程图。该实施方案用于在堆叠中形成阶梯结构。在交替的SiO2和SiN(ONON)层的堆叠件上形成有机掩模(步骤104)。图2A是包括形成在晶片208上方的多层存储器堆叠件204的堆叠件200的截面图。在该实施方案中，多个存储器堆叠件中的每个存储器堆叠件由形成ONON堆叠件的SiN层212和在其顶部的SiO2层216的双层形成。在存储器堆叠件204上方形成掩模220(步骤104)。掩模220可以是使用旋涂工艺和光刻图案化形成的光致抗蚀剂掩模。在替代方案中，掩模220可为旋涂在有机层上或以其他方式施加的有机层，而无需光刻图案化。修整掩模220(步骤108)。如果掩模220是有机掩模，则可以使用有机修整工艺来修整掩模220。图2B是在掩模220已经被修整之后的堆叠件200的截面图。在修整掩模220(步骤108)之后，提供蚀刻SiO2层(步骤112)和蚀刻SiN层(步骤116)的多个循环。图3是刻蚀SiO2层(步骤112)的更详细的流程图。SiO2蚀刻气体流入处理室(步骤304)。SiO2蚀刻气体包括六氟化硫(SF6)和三氟化氮(NF3)中的至少一种、氢氟烃以及惰性轰击气体。在该示例中，SiO2蚀刻气体主要由10至100标准立方厘米每分钟(sccm)SF6、50-250sccm氟仿(CHF3)、100-500sccm氦气(He)和10-200sccmNF3组成。CHF3是氢氟烃。He是惰性轰击气体。将SiO2蚀刻气体形成等离子体(步骤308)。电感耦合射频(RF)功率以13.56兆赫兹(MHz)提供，具有至少2000瓦的功率。提供小于150伏(V)的低偏压(步骤312)，以引起氦离子的离子轰击，从而激活堆叠件的表面以进行离子辅助蚀刻，其中原位等离子体蚀刻堆叠件的已激活表面。提供10至20毫托(mTorr)的室压强。5秒钟后停止蚀刻工艺。可通过停止SiO2蚀刻气体的流动来停止蚀刻工艺(步骤316)。此外，可以停止RF功率。图2C是堆叠件200中的顶部SiO2层216已经被蚀刻(步骤112)之后的堆叠件200的截面图。单独的SiO2配方的益处在于，SiO2配方具有贫氧化物蚀刻化学品。贫氧化物蚀刻化学品提供竖直的ONON蚀刻轮廓。在完成对顶部SiO2层216的蚀刻之后(步骤112)，对顶部SiN层212进行蚀刻(步骤116)。图4是蚀刻SiN层(步骤116)的更详细的流程图。SiN蚀刻气体流入处理室(步骤404)。SiN蚀刻气体包括氢氟烃和氧气(O2)。在该示例中，SiN蚀刻气体主要由50至150sccm的四氟化碳(CF4)、50至200sccm的氟甲烷(CH3F)和50至150sccm的O2组成。CH3F是氢氟烃。使SiN蚀刻气体形成为等离子体(步骤408)。电感耦合RF功率在13.56MHz下提供，功率至少为2000瓦。提供150至400伏的偏压(步骤412)。提供30至100mTorr的室压强。5秒钟后停止蚀刻工艺。可通过停止SiN蚀刻气体的流动来停止蚀刻工艺(步骤416)。此外，可停止RF功率。图2D是在堆叠件200中的顶部SiN层212已经被蚀刻(步骤116)之后的堆叠件200的截面图。由于蚀刻是选择性的，所以SiO2层216用作蚀刻停止层。顶部SiO2层216可以用作蚀刻掩模。重复(步骤120)对SiO2层216的蚀刻(步骤112)和对SiN层212的蚀刻(步骤116)两次。图2E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在等离子体处理室中的衬底上的堆叠件中形成楼梯踏步式结构的方法，其中，所述堆叠件包括在掩模下的多个氧化硅和氮化硅双层，所述方法包括至少一个楼梯踏步循环，其中每个楼梯踏步循环包括：/n修整所述掩模；以及/n在多个循环中蚀刻所述堆叠件，其中每个循环包括：/n刻蚀SiO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171130 US 62/593,0821.一种用于在等离子体处理室中的衬底上的堆叠件中形成楼梯踏步式结构的方法，其中，所述堆叠件包括在掩模下的多个氧化硅和氮化硅双层，所述方法包括至少一个楼梯踏步循环，其中每个楼梯踏步循环包括：
修整所述掩模；以及
在多个循环中蚀刻所述堆叠件，其中每个循环包括：
刻蚀SiO2层，其包括：
使SiO2蚀刻气体流入所述等离子体处理室，其中，所述SiO2蚀刻气体包括SF6和NF3中的至少一种、氢氟烃以及惰性轰击气体。
由所述SiO2蚀刻气体产生等离子体；
提供偏置；以及
停止所述SiO2层蚀刻；以及
蚀刻SiN层，其中，相对于所述SiO2层和所述掩模选择性地蚀刻所述SiN层，其包括：
使SiN蚀刻气体流入所述等离子体处理室，其中，所述SiN蚀刻气体包含氢氟烃和氧；
由所述SiN蚀刻气体产生等离子体；
提供偏置；以及
停止所述SiN层蚀刻。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述SiO2蚀刻气体是无氧的。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括至少二十个楼梯踏步循环。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述惰性轰击气体是He。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述SiN蚀刻气体中的所述氢氟烃是CH2F2、CH3F和CHF3中的至少一种。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，在对所述SiN层的所述蚀刻期间的所述偏置的幅值大于或等于在对所述SiO2层的蚀刻期间的所述偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦策，谭忠魁，傅乾，李圣度，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US