【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于等离子蚀刻，特别是利用氟化物来进行介电材质的等离子蚀刻。
技术介绍
在微处理器和其它半导体组件的制造中，氧化物和氮化物为使用广泛的材料。由于经由离子注入或其它经常使用的注入方法可以很容易的将这些材料由介电质状态改变成半导体状态，因而氧化物将特别的有用。 在许多半导体制造程序中，需要在氮化层的附近将一或多层的掺杂或未掺杂的氧化层蚀刻出孔洞。其中一个范例为如图1中所描述的具有自对准接触孔洞(SAC)结构的晶片型式的制造。于此构造中，两个栅极结构10形成于硅基板2之上且由间隔12分隔开。此栅极结构和间隔的底部均匀的覆盖一层氮化硅层14，接着并覆盖了场氧化层18。 在制造工艺的某些阶段，场氧化层必需往下蚀刻到氮化层上，使得氮化层在间隔底面的部分24可以移除，并和形成于硅基板内部的n型或p型井16形成电性接触。在此制造工艺步骤中，非常重要的一点是位于栅极结构上的氮化层厚度不可减少太多，因为如此将使得整个组件电性短路的机会增加并因而严重影响了组件特性。 不幸地，栅极结构的肩部上的氮化层很容易在制造工艺步骤中变薄或“磨薄”，此乃由于其几何位置和在蚀刻工艺中曝露在蚀刻等离子体中的时间长度二种原因的影响。因此对于角落部分氮化层的蚀刻等离子体高度选择性就非常重要了。同时在蚀刻工艺中蚀刻等离子体对于光刻胶的选择性也很重要，如此方能得到正确的孔洞尺寸和几何外观。再者，蚀刻工艺不会将孔洞延伸到间隔12以下的n型或p型井16内也非常重要，因为如此将会对组件的特性有不良影响。因此，蚀刻工艺能够在掺杂氧化层上产生蚀刻中止的能力，及/或在栅极结构间所延伸的平坦氮化...
【技术保护点】
一种半导体器件，该半导体器件包含：一基板；第一和第二栅极结构位于该基板上，该第一和第二栅极结构由小于约０．２５微米的缺口所分隔；一氮化硅层位于该栅极结构和该缺口之上；一掺杂氧化层位于该氮化硅层之上；及 一未掺杂氧化层位于该掺杂氧化层之上。
【技术特征摘要】
US 2001-12-13 60/341,135书中，单数形态“a”、“an”、和“the”均包括了多个参考物，除非文章里特别指明。 在此所列的百分比(％)为气体体积百分比，且在此所列的气体组成均为体积比例。 在此所用的“选择比””是用来做为a)两或多种材料的蚀刻比率和b)当一种材料的蚀刻率和另外一种材料相差很大的蚀刻情况。 在此所使用的“氧化物”一般为二氧化硅和其它普通SiOx化学式的氧化硅，及其它相当接近的材料如硼磷硅玻璃(BPSG)和其它的氧化玻璃。 在此所使用的“氮化物”为氮化硅(Si3N4)和其化学计量变化物，后者一般包含了化学式SiNx，其中x介于1和1.5之间。 现在即参考附图较完整的描述本发明，其中并显示本发明较佳实施例。然而，本发明可在许多不同形式上加以体现，并不限于这里所描述的实施例。 本发明利用了含有特殊碳氟气体的气体流以产生适合蚀刻基板的等离子体。此欲蚀刻的基板一般包含了氧化物、氮化物及/或其它用于半导体组件制造的半导体或介电材料型式。 有许多种气体可用于本发明的气体流中。在此气体流中所使用的特别选择的气体则与欲蚀刻的特殊基板或材料、气体对一或多种欲蚀刻材料如氮化层或光刻胶层所需要的选择比、蚀刻工艺中特殊工艺点和其它种种类似的因素等有关。再者，气体流的组成可为因时间而变化的函数或者蚀刻操作的进展的函数。 然而，用于本发明的较佳气体则定义为一般化学式CaFb和CxHyFz。典型地，虽然在某些实施例中第一和第二气体分别在独立的工艺步骤中加以使用，本发明所利用的气体流则包含了具有化学式CaFb的第一气体和具有化学式CxHyFz的第二气体的混合。因此，例如第一气体可能应用在第一蚀刻步骤(例如主要的蚀刻中)，且第二气体可能应用在第二蚀刻步骤(例如过度蚀刻中)。这些气体的化学组成将使得至少有一项，或者至少有二项，最好则是下列所有的条件均符合a/b≥2/3；x/z≥1/2；且x/y≥1/3。 于较佳实施例中，第一气体为C4F6且第二气体为C2H2F4(氟利昂(Freon)134)。然而，在某些情况中，也适合将氟利昂(Freon)134以CH3F(x/y＝1/3)，CH2F2(x/y＝1/2)，及/或三氟甲烷(CHF3，x/y＝1)来替代。同时，在某些情况中也适合将C4F6以八氟环丁烷(C4F8)来替代。 用于本发明的气体流一般也包含了惰性载气。氩气为较佳的载气，部分是因为其价钱低廉且容易由许多商业来源取得。然而，其它的惰性气体如氮气，氦气或氙气等也可用于本发明的情况。 用于本发明的气体流一般也包含了氧气(O2)。氧气加到本发明的气体流中可提供数个优点。特别是许多气体，例如C2H2F4，并不能用于蚀刻栅极结构间的间隔小于0.18微米的SAC结构，因为在典型的蚀刻条件下会产生多余的聚合作用而阻塞了欲蚀刻的孔洞。相较之下，含有氧气(O2)和C4F6的气体流用来蚀刻此类结构则不会产生孔洞的阻塞。而的确C4F6/氧气(O2)已经成功的用于蚀刻小于约0.14微米的特征尺寸。在某些情况中，类似的结果也可以臭氧或某些部份添加氟素或全氟乙醚(perfluorinate ether)的气体取代氧气而得到。 于某些实施例中，气体流也可包含了一氧化碳(CO)。使用一氧化碳(CO)的优点是在某些例子其可用来增加等离子体的碳原子含量，因而可达到高程度的聚合作用。此作用在例如光刻胶层需要有极高的选择比的范例中变得非常重要。习知的其它添加物也可因不同的目的而加入气体流中。 由本发明的气体流所产生的等离子体包含了具所需的碳浓度的适量碳氟根CFn(n＝1，2，3)。经由适度的工艺参数处理，例如CaFb/CxHyFz和CaFb/氧气(O2)气体比例，整个气体流量，添加的气体流量，射频功率，反应室压力，和B电场强度，可在被蚀刻的基板表面上产生适度的聚合作用。所形成的高碳原子浓度聚合物在大范围的介电层蚀刻应用中提供了绝佳的功效，并改善了角落和平坦氮化物的选择比，光刻胶层的选择比，底层选择比，和底部关键尺寸的均匀度。 再者，借由调整气体流中CxHyFz/CaFb/氧气(O2)的比例及其所产生的聚合作用程度，即可达到较佳的外观轮廓控制和湿清洁之间的平均晶片(MWBWC)功效。另外，由于等离子体含有较少的自由氟原子，因而使得蚀刻工艺对欲蚀刻的薄膜较不敏感。故在掺杂和未掺杂的介电层之间较不需要进行参数调整。 上面所定义的第一和第二气体的混合特别适用于本发明并可提供数个优点。因此，例如可发现以CxHyFz气体为主的等离子体对未掺杂的氧化层具选择能力。然而，足量的CaFb加入工艺混合气体中可使得产生的等离子蚀刻未掺杂氧化层到所需的深度而不需任何蚀刻中止步骤。相反地，当需要在未掺杂氧化层上进行蚀刻中止步骤时，CaFb在混合物中的比例也可用来做为工艺的节点。特别地，当未掺杂氧化层趋近于中止蚀刻时，CaFb在混合气体中的比例可加以调降(有需要时甚至到零)。光谱技术或其它适当的方法可用来检测掺杂或未掺杂氧化层的蚀刻程度，典型的方法为监视反应室的气氛而增加或减少掺杂物浓度。 混合气体也可依照本发明的需求而提供高的氮化物选择比，特别是当这些混合物包含氧气时。因此，例如C4F6/氧气(O2)/氩气(Ar)/C2H2F4的化学物可提供SAC应用中侧壁氮化物和平坦氮化物良好的保护作用。对比之下，C4F6/氧气(O2)/氩气(Ar)的化学物并未显现高的角落氮化物选择比，但其仍然具有良好的平坦氮化物选择比。 依照本发明所进行的蚀刻一般是于低压反应室中使用等离子体来蚀刻维持于其中的基板。适合于本发明的蚀刻组件并没有特别限制。更明确的说，本发明所使用的方法可利用许多已知的等离子体反应器加以实现。此类的反应器包括了，例如IPS蚀刻反应器，其可由Applied Materials公司购得并且描述于美国专利号6,238,588(Collins等人)和欧洲专利公告号EP-840,365-A2中，及描述于美国专利号6,705,081和6,174,451(Hung等人)中的反应器。 然而，本发明所使用的方法一般是利用磁场增强反应式离子蚀刻(MERIE)反应室中加入低或中密度等离子体而加以实现的。此蚀刻反应室和气体贮存槽连接以产生等离子体。此些贮存槽可能包含了例如氩气(Ar)，氧气(O2)，一氧化碳(CO)，氨(NH3)，CxHyFz和CaFb等气体的圆柱状钢瓶。 图2为适用于本发明的MERIE系统100的简化示意图。此系统100包括了工艺反应室101。反应室101包含了一组侧壁102，底层104和上盖106而定义出密闭空间。气体面板110则供应反应气体(蚀刻化学物)到反应室101所定义的密闭空间中。系统100更包括了射频电源122和匹配电路120以驱动基座组合108，使得基座组合108和反应室侧壁102及上盖106之间产生电场。一组线圈103则排列在反应室101的侧壁102周围以便控制等离子体124的磁场。 基座组合108包含了基座114位于反应室101中心的阴极112上并由环状118所围绕。基座上则有例如半导体晶片的工件116欲在反应室101中进行处理。等离子体反应室101利用电容耦合式射频功率以产生并维持低能量等离子体124。等离子体可以是低、中或高密度，但本发明中则较适合低到中密度的等离子体。射频功率是由射频电源122产生一或多个射频频率到匹配电路120加以耦合的。上盖106和侧壁102乃加以接地并作为射频功率的接地电位(阳极)。在图2所示的结构中，电源供应122经由匹配电路120提供射频功率来控制等离子体密度。 于半导体晶片制造工艺中，阴极112由铝金属等导体材料所制成。基座114一般则由聚合物如聚酰亚胺(polyimide)或陶瓷材料如氮化铝或氮化硼所制成。工件116(也就是半导体晶片)则由硅所制成。耦合到等离子体的电场通过工件和基座二个部分。由于阴极和工件由不同材料所制成，这些材料对于等离子体也有不同的效应。结果，在晶片边缘126上的等离子体参数有不同的变化并产生不同的制造工艺均匀性。为改善晶片边缘的制造工艺均匀性，环状118乃加以围绕并和部分的基座114重迭。环状118(也称作制造工艺配件)通常由石英所制成。 使用时，经由气体面板110可从一或多个气体源供应气体流。一般地，这些气体源为含有不同蚀刻化合物成分如氩气(Ar)，氧气(O2)，C4F6和C2H2F4的加压槽，并由一或多个气体进料口连接到气体面板上。气体源一般由系统控制器直接或间接的加以控制，而制造工艺配方则储存在系统控制器的磁性或半导体内存中，因此来自这些气体源的气体流可以在反应室氛围中独立的调节以控制或调整化合物的组成。真空抽气系统则连接到反应室以维持反应室的压力。 多种配件及对MERIE反应室和技术的改良发展对于本发明的实施有着正面的效益。例如，美国专利号6,232,236(Shan等人)描述了在MERIE反应室中的晶片表面上等离子体均匀性和离子能量的控制和原子团的均匀性等改良方法，以便提供更均匀且重复性的晶片蚀刻。Shan等人所描述的这些方法和其改善的MERIE反应室也可用于实施本发明。 光学放射光谱学(OES)可有效的在本发明等离子蚀刻中做为终点蚀刻检测监视程序。在图2中所描绘的反应室型式中，例如可以提供一光纤穿过反应室壁的孔洞，以帮助侧面观察晶片上的等离子体区域。一光学检测系统连接到光纤的另一端，其并可包括一或多个光学滤光器和处理电路以便调节到等离子体中一或多个成分的等离子体放射光谱。不管是未处理的检测讯号或触发讯号均供应到系统控制器中，系统控制器并在新讯号产生或旧讯号衰减等状况下利用此讯号来决定蚀刻工艺中的步骤是否完成。系统控制器并可借由此决定程序来调整工艺配方或终止此蚀刻步骤。 本发明的某些应用中，欲蚀刻的基板可设计并利用此优点来决定蚀刻终点。例如，具有小特征尺寸的进一步结构如SAC结构中，其栅极结构之间的间隔小于约0.25微米，角落的氮化物选择比就非常重要了。而部分原因是因此较小特征尺寸需要较小厚度且均匀的氮化层覆盖于栅极结构上的事实(一般的范围在500到700埃之间)。由于角落的氮化物一般较容易变薄，因而需要进一步增加等离子体的角落氮化物选择比以补偿此趋势。 于本发明中，借由沉积一未掺杂氧化层和一掺杂氧化层于SAC结构上，并将掺杂层位于未掺杂层和均匀氮化层之间即可解决上述问题。未掺杂氧化层接着在主要蚀刻程序中利用如C...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿杰M乔希，贝曼阿格尼丝额，詹姆斯A施廷纳特，乌萨马达杜，贾森里吉斯，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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