具有对氮化物肩部高度敏感性的自对准接触蚀刻制造技术

一种蚀刻半导体和介电质基板的方法和装置，是利用具有化学式Ｃ↓［ａ］Ｆ↓［ｂ］的第一气体和具有化学式Ｃ↓［ｘ］Ｈ↓［ｙ］Ｆ↓［ｚ］的第二气体的混合为主的等离子体，其中ａ／ｂ≥２／３，且其中ｘ／ｚ≥１／２。此混合气体可在磁性增强反应式离子反应室中维持较低或中间程度的等离子体密度以提供绝佳角落镀层选择性，光刻胶层选择性，底部镀层选择性，及外部轮廓和底部特征尺寸控制的工艺。第一和第二气体的分配比例可在蚀刻时加以改变以提供蚀刻未掺杂氧化层薄膜或在此类薄膜上提供蚀刻中止的等离子体。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【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层部分具高度选择性也是非常重要的。多种碳氟化合物已在现今的蚀刻状况加以探索，特别是包含图1中所描绘的SAC结构，部分则是由于碳氟化物所提供的高选择性。因此，在美国专利号6,174,451(Hung等人)中，图1中所描绘的基板蚀刻是经由两个工艺步骤完成。第一个步骤利用C4F6/氩气(Ar)在主要的蚀刻中移除场氧化层直到均匀的氮化硅层为止。第二个步骤则利用C4F6/氩气(Ar)/CH2F2来进行过度蚀刻，之所以如此称呼是因整个氧化层蚀刻时间设定要比氧化层的设计厚度所需的蚀刻时间来得高。过度蚀刻可补偿由于Hung等人的基板具有波浪状表面的事实，使得氧化层的厚度产生不同的变化。因此需要过度蚀刻来确保氧化层的穿透。接着在后续的金属掺杂步骤之前利用CH2F2/氧气(O2)/氩气(Ar)来蚀刻氮化层。主要的蚀刻可提供具有良好垂直轮廓的孔洞，而具有强烈聚合作用的CH2F2则使得氟聚合物沉积在角落的氮化物上，因而提供了薄化的某种保护作用。此参考文献主张在主要蚀刻中使用具有3或多个碳原子且具有F/C比至少为1但小于2的碳氟化合物。虽然于例如美国专利号6,174,451(Hung等人)等所揭露的方法代表了传统上相当显著的进步且可用于广泛的状况，但这些方法是用于较大的特征尺寸。因此，用于Hung等人的SAC的沟渠开口约为0.35微米。然而，现今许多半导体组件常需要小于0.25微米的沟渠开口，有时甚至小到0.14微米或者更小。不幸地，揭露于Hung等人的方法的功效将因特征尺寸的降低而降低。部分原因是因为缩小的特征尺寸利用了较薄的氮化层，因而需要等离子体对氮化物有更高的选择性，特别是在角落上的氮化层。因而，例如具有0.25微米间隔的组件其氮化层厚度约为500到700埃，比0.35微米间隔的相对组件要薄约100到200埃。不幸地，用于Hung等人的主要蚀刻中的化学作用(最显著的为C4F6/氩气(Ar))对于特征尺寸小于约0.25微米的组件其较薄的氮化层有选择性不足的问题，结果是在角落的氮化层产生了无法接受的薄化程度。再者，虽然理论上可以计算场氧化层主要蚀刻的时间以便到达角落的氮化层时终止蚀刻，但实际上此时间将因受到相当多工艺变量影响的事实而难以完成，故每次蚀刻都会有相当不同的变化。再者，包含小特征尺寸的许多应用中，需要蚀刻位于掺杂硅的有源区上的氧化层，此有源区的掺杂是以离子注入法或其它方法形成。这些有源区通常的厚度要小于欲蚀刻孔洞的深度(氧化层厚度)。然而，例如C4F6/氩气(Ar)的化学作用对于掺杂和未掺杂氧化层为非选择性(也就是说，掺杂和未掺杂氧化层具有相似的蚀刻速率)。基于上面所述的时间问题，使用非选择性氧化层蚀刻来蚀刻图1中所示的基板，并且控制蚀刻时间使其蚀刻大部分或全部的氧化硅层而不蚀刻到均匀氮化层的平坦部分且进入底部p型或n型井的有源硅区中将非常困难。某些氟利昂(Freon)134化学品的使用如C2H2F4/CHF3/氩气(Ar)也已在蚀刻工艺中加以开发研究。这些化学作用可促进保护性的氟聚合物层在蚀刻孔洞侧壁形成，因而也提供了角落的氮化层避免薄化的某些保护作用。然而，虽然这些化学作用具有所需的性质，但到今天为止其配方和方法并无法应用在特征尺寸约0.18微米以下的蚀刻，因其产生了多余的聚合物沉积而导致特征尺寸的闭塞及不完全蚀刻。因而，于此技术中仍需要有对于光刻胶和氮化层(包括平坦氮化层和角落氮化层两者)具有高度选择性的蚀刻化学，其不致承担太多的聚合物沉积，且适合在小特征尺寸(例如，小于约0.18微米)的组件上使用。此些需求及其它的需求均可由下面所要描述的本专利技术来满足。
技术实现思路
于一方案中，本专利技术是有关于蚀刻一基板，如半导体或介电质基板的方法，并利用氧气(O2)和至少具有化学式CaFb的第一气体和具有化学式CxHyFz的第二气体的混合气体等离子体。这些气体的化学组成需符合下述条件中至少一个，更典型地至少两个，最典型地则为符合所有的条件a/b≥2/3；x/y≥1/2；且x/y≥1/3。CxHyFz的分解可产生蚀刻孔洞侧壁上依附良好的独特聚合物，因而产生了对角落氮化物的高选择比。再者，由于混合气体中也包含了氧气(O2)，此等离子体更用来蚀刻具有极小特征尺寸(例如，小于约0.25微米)的进一步结构而不会造成孔洞的阻塞。因此，本方法更适合用来蚀刻例如其栅极结构之间的间隔小于约0.25微米，小于约0.18微米，且甚至小于约0.14微米的SAC结构。于另一方案中，本专利技术是有关于蚀刻一含有未掺杂氧化层和掺杂氧化层的基板的方法。此基板包括了例如在栅极结构之间的间隔小于约0.25微米的SAC结构，于栅极结构之上的氮化物覆盖层，及位于此覆盖层之上的未掺杂氧化层和掺杂氧化层，而掺杂氧化层位于未掺杂氧化层和氮化物覆盖层之间。接着未掺杂氧化层利用包括了化学式CaFb的第一气体的气体流所产生的等离子体加以蚀刻，直到抵达掺杂氧化层为止。掺杂氧化层的到达可用例如光谱仪分析工具来检测掺杂质的出现而决定，或由其它适合的方法。接着，掺杂氧化层利用包括了化学式CxHyFz的第二气体的气体流所产生的等离子体加以蚀刻。这些气体的化学组成需符合下述条件中至少一个，更典型地至少两个，最典型地则为符合所有的条件a/b≥2/3；x/y≥1/2；且x/y≥1/3。如同上面所提到的，由于CxHyFz使得新的氟化聚合物沉积于孔洞的侧壁而保护了底部的氮化层不被蚀刻，此些气体比起CaFb要有较佳的角落氮化层选择比。另一方面，在主蚀刻中CaFb的使用可以比单独使用CxHyFz产生较佳的孔洞垂直轮廓的优点。再者，CaFb为非选择性的氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蚀刻基板的方法，该方法包含下列步骤：提供至少包含一氧化层的一基板；及蚀刻该氧化层，其中是以氧气和至少第一和第二气体混合为基底的等离子体；其中该第一气体的化学式为Ｃ↓［ａ］Ｆ↓［ｂ］，其中该第二气体的化学式为Ｃ↓［ｘ］Ｈ↓［ｙ］Ｆ↓［ｚ］，其中ａ／ｂ≥２／３，其中ｘ／ｚ≥１／２，且其中ａ，ｂ，ｘ，ｙ和ｚ均大于０。

【技术特征摘要】
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【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]