选择性腐蚀氧化物的方法技术

公开一种改进的干等离子体清洁方法，用来从半导体衬底上的绝缘层中形成的孔中除去固有氧化物、或其他氧化物薄膜或生成的残留物，不会损害衬底或明显影响孔的临界尺寸。首先，将三氟化氮（ＮＦ↓［３］）、氨（ＮＨ↓［３］）和氧（Ｏ↓［２］）的混合物注入微波等离子体源被其激发，然后，等离子体从等离子体源向下前流到内有衬底的反应室。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
选择性腐蚀氧化物的方法本申请是申请日为2001年8月29日，申请号为018616653.9，名称为“选择性腐蚀氧化物的方法”的专利技术专利的分案申请。
本专利技术涉及半导体集成电路领域，具体而言，涉及选择性腐蚀氧化物的方法。技术背景在对晶片上面绝缘层中的接触孔进行腐蚀过程中，固有氧化物的残留物例如二氧化硅常常会残留下来，特别是在接触孔的底部。将半导体沉积在接触孔之前，必须除去这种固有的氧化物残留物，因为氧化物残留物会增加电阻，这是不利的，因为会阻碍电流通过半导体。半导体表面还必须用氢钝化，以防止除去固有氧化物后的再氧化。湿腐蚀清洁法普遍用来除去固有氧化物并钝化半导体表面，主要是因为湿腐蚀常规地用来腐蚀绝缘层如二氧化硅层中的窗。通常，使用含氢氟酸(HF)的缓冲氧化物腐蚀溶液(BOE)，来腐蚀并清洁热生长的薄膜和沉积的SiO2薄膜。室温下，HF腐蚀二氧化硅的速度比其腐蚀光致抗蚀剂或下层硅的速度快得多。BOE的腐蚀速度在25℃为10-100nm/min，取决于二氧化硅薄膜的密度。腐蚀速度还取决于存在氧化物的类型。因此，在干氧中生长的二氧化硅，其腐蚀速度较在水存在条件下生长的二氧化硅慢。而且，氧化物中高浓度的磷能提高腐蚀速度，而高浓度的硼却降低氧化物腐蚀速度。通过湿的化学清洁法来除去固有的氧化物，尤其是除去二氧化硅，有两个重要缺点。第一，HF和BOE在硅薄膜上的润湿性差。因此，常规的湿处理不能提供可靠地清洁具有细布线的半导体表面的方法，主要是因为这种湿腐蚀溶液的粘度以及表面张力会阻止化学试剂达到这些细布线接触孔的底部。在具有大的长径比(管沟深度与管沟直径的比值)的孔的底部形成的固有氧化物一般用湿清洁法难以容易地除去，原因是表面张力使得腐蚀剂难以进入孔。-->第二，在HF/BOE溶液达到孔底部除去固有氧化物之前，孔侧壁会被损坏。因此，在接触孔中，在1/4微米不到的区域进行清洁，会难以控制地增大接触孔直径，这被称作临界尺寸(CD)损失，在湿清洁过程中是很常见的。图1说明按照已知的光刻工艺在例如在半导体衬底20上施加的BPSG的绝缘层24中形成的接触孔22。按本领域所知，之后会在衬底孔22中形成例如钨(W)的细线导体(未示出)。如本领域所知，在形成比特连接线之前，首先在接触孔22的表面21上施加金属如钛(Ti)形成的屏障层(图中未示)。因为如上所述在形成接触孔期间或之后，在接触孔22的表面21上形成了固有的氧化物23(图1)如二氧化硅，在形成这种屏障层之前，通常要进行一个湿清洁步骤，以便除去固有氧化物23。图2表明除去固有氧化物23会增大接触孔22直径D的情况。这种由于现有技术湿清洁法形成的临界尺寸CD的变化用ΔCD25表示。图3例示图1的接触孔22的临界尺寸变化ΔCD与时间的关系，该接触孔进行了现有技术采用的改进的BOE湿腐蚀处理。如图3所示，BOE处理增大了CD，因为它腐蚀除去了靠近的绝缘层24(图1)。例如，即使浸的时间较短例如大约25妙，临界尺寸的变化ΔCD25也较大，约180。接触孔22的直径增大还会对填充接触孔的金属的置换产生影响。因此，除了临界尺寸损失以及渗入均匀性的问题外，电接触也会变得不可靠。为了解决与接触孔中固有氧化物的湿清洁相关的问题，半导体工业已开始采用干腐蚀法，如等离子体腐蚀法或离子相助腐蚀法，这两种方法大体上是各向异性和单方向性的。用这两种方式曾经试图将固有氧化物，尤其是二氧化硅从其相应的接触孔除去。例如，Nishino等人描述了用NF3和NH3等离子体的后处理，从硅表面除去固有氧化物的方法(J.Appl.Phys.Vol.74，No.2，July 15，1993)。同样，Kusuki等人报道了用NF3和NH3等离子体处理的干法除去固有氧化物(Jap.J.Appl.Phys.Vol.33，No.48，April 1994)。因此，需要改进的干等离子体腐蚀方法，这种方法能提供接触孔中基本均匀的腐蚀，而不会增加临界尺寸，并且在这种接触孔侧壁上不会形成条纹。还需要用来从接触孔除去固有氧化物，并对侧壁的损害最小的干等离子体腐蚀方法。还需要一种腐蚀未掺杂氧化物如热生长SiO2的速度快于经掺杂氧化物如BPSG的改进的干等离子体腐蚀方法。-->
技术实现思路
本专利技术提供一种用来除去在半导体衬底表面上形成的固有氧化物或其他氧化物膜或生长残留物的干等离子体清洁方法，这种方法不会损害基材或影响在衬底上的图案的临界尺寸，并对后道处理室损害较小。本专利技术尤其对选择性腐蚀在BPSG掺杂绝缘层中形成的接触孔的底部的二氧化硅残留物有用。本专利技术还对腐蚀未掺杂氧化物如热生长SiO2的速度快于经掺杂氧化物如BPSG的腐蚀有用。本专利技术使用三氟化氮(NF3)和氨(NH3)的一种混合物，该混合物注入到微波等离子体源中被其激发，然后，两种气体以等离子体形式向前流到衬底表面上。本专利技术方法提供一种用来从接触孔底部无损害地除去固有氧化物和/或生长残留物的干清洁方法，不会明显影响这种接触孔的临界尺寸，并且对后面的处理室损害较小。本专利技术还提供一种腐蚀未掺杂氧化物较腐蚀经掺杂氧化物更快的干等离子体方法。由下面对本专利技术的详细描述能更好地理解本专利技术的前述优点和其他优点以及特征。附图简述图1是根据现有技术具有在绝缘层中形成的常规接触孔的半导体衬底一部分的示意剖面图。图2所示为图1的半导体衬底进行现有技术的湿清洁时接触孔的临界尺寸损失。图3所示为图1的半导体衬底进行现有技术的腐蚀处理后接触孔临界尺寸变化与时间的关系。图4是本专利技术中使用的聚变等离子体反应器装置的示意图。图5所示是按照本专利技术方法进行不同腐蚀处理后，热生长SiO2和BPSG绝缘体的腐蚀深度以及接触孔临界尺寸的变化。图6所示为采用现有技术和本专利技术方法腐蚀处理形成的接触孔临界尺寸变化的比较。较好实施方案的详细描述在下面的详细描述中，结合实施本专利技术的各种具体实施方案。描述这些实施方案时，其详细程度能够使本领域技术人员实施本专利技术，应当明白，可以采用其他实-->施方案，也可进行结构上、流程上和电性能上的改变。下面描述使用的术语“衬底”包括任何半导体基的结构体。必须理解，结构体包括硅、硅上的绝缘体(SOI)、硅上的蓝宝石(SOS)、掺杂和未掺杂的半导体、由半导体基础支撑的外延层、以及其他半导体结构体。半导体不一定是硅基的。半导体可以是硅-锗、锗或砷化镓。在下面描述中讲到衬底时，可能已采用了前面一些步骤，在基础半导体或衬底上形成了一些区域或连接。使用的术语“份”是指本专利技术中使用的气体混合物中组分的某一个相等单位。由于在相同压力和温度下使用所有的气体，“份”这个术语被用来代替其他术语(例如，摩尔)，为的是强调混合物中各种气体的特定比例而非特定量的的重要性。本专利技术提供一种用来除去在衬底上形成的固有氧化物、或其他氧化物薄膜或生长残留物的方法，这种方法不会损害衬底或影响在这种衬底上形成的图案的临界尺寸。本专利技术还提供一种获得腐蚀未掺杂氧化物的速度快于经掺杂氧化物的方法。本专利技术对从衬底上形成的绝缘层中接触孔底部腐蚀除去固有氧化物特别有用。本专利技术使用三氟化氮(NF3)和氨(NH3)的气体混合物，该混合物注入到微波等离子体源中被其激发，然后，此上流等离子体以等离子体形式向前流到衬底表面上。试看附图，相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相对于半导体衬底上的经掺杂氧化物腐蚀半导体衬底上未掺杂氧化物的方法，所述方法包括下列步骤：在等离子体源室内通入包含ＮＨ↓［３］、ＮＦ↓［３］和Ｏ↓［２］的气体混合物，所述等离子体源室位于等离子体室的前面；在所述等离子体源 室中产生所述气体混合物的等离子体；使所述等离子体源室的等离子体向前流动进入等离子体室；所述第一和第二衬底与所述等离子体接触。

【技术特征摘要】
US 2000-8-31 09/653,5541.一种相对于半导体衬底上的经掺杂氧化物腐蚀半导体衬底上未掺杂氧化物的方法，所述方法包括下列步骤：在等离子体源室内通入包含NH3、NF3和O2的气体混合物，所述等离子体源室位于等离子体室的前面；在所述等离子体源室中产生所述气体混合物的等离子体；使所述等离子体源室的等离子体向前流动进入等离子体室；所述第一和第二衬底与所述等离子体接触。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述半导体衬底与所述等离子体接触的步骤还包括用所述包含NH...

【专利技术属性】
技术研发人员：MF欣曼，KJ托勒克，
申请(专利权)人：微米技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]