用于干法刻蚀含铪材料的方法和系统技术方案

描述了一种利用基于三氯化硼(BCl3)的处理化学组分刻蚀含铪层的 方法和系统。具有诸如二氧化铪(HfO2)层之类的含铪层的衬底受到包括 BCl3和添加气体的干法刻蚀处理，添加气体包括：含氧气体，例如O2；或 者含氮气体，例如N2；或者烃气体(CxHy)，例如CH4；或者其中两者或 更多者的组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用干法等离子体处理刻蚀衬底上的含铪层的方法和系统，更具体而言，涉及一种利用包含BCl3和添加气体(additive gas)的 处理气体刻蚀含铪层的方法和系统。
技术介绍
如半导体领域已知的，半导体器件尺寸的减小已经变得绝对必要，以 提高器件性能并降低功耗。因此，工艺开发和集成问题是对新栅极堆叠材 料和硅化物处理的关键挑战，其中迫切地需要将Si02和氮氧化硅(SiNxOy)替换为高介电常数电介质材料(这里也称为高k材料)， 并且使用替换的栅极电极材料来替代亚0.1 pm互补金属氧化物半导体(CMOS)技术中的掺杂多晶硅。其特征在于介电常数大于Si02的介电常 数(k 3.9)的电介质材料通常被称为高k材料。另外，高k材料可以指被 沉积到衬底上的电介质材料(例如Hf02、 Zr02)，而不是在衬底表面上生 长的电介质材料(例如Si02、 SiNxOy)。高k材料可包括金属硅化物或氧 化物(例如，Ta205 (k 26)、 TiO2(k 80)、 Zr02(k 25)、 Al203 (k~9)、 HfSiO、 Hf02(k~25))。在半导体器件的制造期间，高k层必须被刻蚀和 去除以允许源极/漏极区域的硅化，并且降低在离子注入期间金属杂质被注 入到源极/漏极区域中的风险。然而，这些材料必须在对栅极结构的损伤最 小化等等的情况下刻蚀。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于刻蚀衬底上的含铪层的方法和系统。该方法包括 使用具有BCl3和添加气体的处理组合物。添加气体可包括含氧气体、含氮 气体、或含烃气体、或者其中两者或更多者的组合。根据一个实施例，描述了一种刻蚀衬底上的含铪层的方法，以及一种 包含用于执行该方法的指令的计算机可读介质，包括将具有含铪层的衬 底放置在等离子体处理系统中，其中限定有图案的掩模层覆盖在含铪层 上；将衬底的温度提升到高于大约30摄氏度；向等离子体处理系统引入 包含BCl3和添加气体的处理组合物；在等离子体处理系统中由处理组合物 形成等离子体；以及将衬底暴露于等离子体以将图案刻蚀到含铪层中。添 加气体可包括含氧气体、含氮气体、或含烃气体、或者其中两者或更多者 的组合。根据另一个实施例，描述了一种用于刻蚀衬底上的含铪层的等离子体 处理系统，包括等离子体处理室和控制器，等离子体处理室适用于由处理 组合物形成等离子体以刻蚀含铪层，控制器耦合到等离子体处理室，并且 被配置为执行利用处理组合物的工艺流程，该处理组合物包含BCl3和添加 气体，添加气体包括含氧气体、含氮气体、或烃气体、或者其中两者或更 多者的组合。附图说明在附图中图1A、 1B和1C图示了根据一个实施例用于图案刻蚀膜堆叠的过程 的示意性图示；图2示出了根据一个实施例的等离子体处理系统的简化示意图； 图3示出了根据另一个实施例的等离子体处理系统的示意图； 图4示出了根据另一个实施例的等离子体处理系统的示意图； 图5示出了根据另一个实施例的等离子体处理系统的示意图； 图6示出了根据另一个实施例的等离子体处理系统的示意图； 图7示出了根据另一个实施例的等离子体处理系统的示意图； 图8A至8G图示了用于刻蚀含铪层的示例性工艺数据；以及图9给出了一种根据一个实施例在等离子体处理系统中刻蚀衬底上的含铪层的方法。具体实施例方式在下面的描述中，出于说明而非限制目的，阐述了具体细节，例如等 离子体处理系统的特定几何形状以及各种工艺的描述。然而，应当理解， 在脱离这些具体细节的其他实施例中也可实施本专利技术。在材料处理方法中，图案刻蚀包括向衬底的上表面施加诸如光刻胶之 类的光敏材料的薄层，该薄层随后被图案化以提供用于在刻蚀期间将该图 案转移到衬底上的下层薄膜的掩模。光敏材料的图案化一般包括例如利用 光刻系统通过辐射源透过光敏材料的光罩(和相关的光学元件)进行曝 光，接着利用显影剂去除光敏材料的被辐射区域(在正型光刻胶的情况 下)或未辐射区域(在负型光刻胶的情况下)。而且，该掩模层可包括多 个子层。在图案刻蚀期间，经常采用干法等离子体刻蚀工艺，其中通过将诸如射频(RF)功率之类的电磁(EM)能量耦合到处理气体来由处理气体形 成等离子体，以加热电子并引起随后处理气体的原子和/或分子组分的离子 化和离解。使用一系列干法刻蚀工艺，例如使用如上所述的光刻工艺在初 始掩模层中形成的图案被转移到膜堆叠内的下层，包括最终产品(例如电 子器件)所期望的一个或多个材料层。例如，如图1A至1C所示，图示了包括形成在衬底110上的多个层 120至170的膜堆叠100。膜堆叠IOO例如可包括具有多晶硅层150、金属 或含金属层140、以及作为栅极电介质或栅极电介质的一部分的高介电常 数(高k)电介质层130的多晶硅(多晶硅或者poly-Si)栅极堆叠。含金 属层140例如可以是金属/多晶硅栅极电极的一部分。含金属层140可以厚 达几百埃(A)，例如约为IOOA，并且它可包含W、 WN、 WSix、 Al、 Mo、 MoN、 Ta、 TaN、 TaSiN、 HfN、 HfSi、 HfSiN、 Ti、 TiN、 TiSiN、 Re、 Ru或Pt。引入金属栅极电极以替代传统的多晶硅栅极电极层或者与 传统的多晶硅栅极电极层相集成可以带来若干好处，包括消除了多晶硅栅 极耗尽效应、减小了薄膜电阻、先进高k层上更好的可靠性和(可能)更 好的热稳定性。例如，栅极电介质还可包括高k层和衬底之间的界面层 120，例如二氧化硅(Si02)的薄层。高k电介质层130例如可包括含铪的7层，例如氧化铪层(例如Hf02)或硅酸铪层(例如HfSiO)。膜堆叠100还包括图案化掩模层180，例如其中利用光刻工艺形成有 图案的光刻胶层。另外，例如，膜堆叠100可包括用于对掩模层180图案 化的抗反射涂层(ARC) 170，以及用于对多晶硅层150进行干法刻蚀的 一个或多个硬掩模层160，例如二氧化硅(Si02)硬掩模。如图1B和1C所示，选择用于将图案转移到下层的膜堆叠的一系列刻 蚀工艺，以保留被转移的图案的完整性(例如临界尺寸等)并且使得对在 制作电子器件中用到的那些层的损伤最小化。 一种关键刻蚀工艺包括将图 案转移到高k电介质膜130，而不损伤例如多晶硅层150或下层的SiCb界 面层120，或者这两者。用于刻蚀含铪的高k层的传统工艺包括使用基于HBr/Cl2的处理化学 组分。然而，这些刻蚀化学组分已知会刻蚀多晶硅层150和下层的SiO2界 面层120。例如，当使用基于HBr/Cl2的处理化学组分时，专利技术人观察到 Hf02和Poly-Si之间的刻蚀选择比大于10，但是专利技术人还观察到Hf02和 Si02之间的刻蚀选择比范围仅从1.5到2.5。根据一个实施例，用于将图案转移到高k电介质层130中的图案刻蚀 工艺包括引入包含BCl3和添加气体的处理组合物。添加气体被预期用作钝 化气体，从而添加气体提供了在不希望发生刻蚀的表面处的钝化。因而， 图案刻蚀工艺可以提供Hf02和不希望发生刻蚀的那些材料(例如Poly-Si 和SiO》之间的刻蚀选择比的改善。添加气体可包括含氧气体、含氮气体、或烃气体(由CxHy表征，其 中x和y是大于或等于1的整数)、或者其中两者或更多者的组合。例 如，含氧气体可包括02本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刻蚀衬底上的含铪层的方法，包括：　将具有所述含铪层的所述衬底放置在等离子体处理系统中，其中限定有图案的掩模层覆盖在所述含铪层上；　将所述衬底的温度提升到高于大约３０摄氏度；　向所述等离子体处理系统引入包含ＢＣｌ↓［３］ 和添加气体的处理组合物；　在所述等离子体处理系统中由所述处理组合物形成等离子体；以及　将所述衬底暴露于所述等离子体以将所述图案刻蚀到所述含铪层中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.12 US 11/518,8901. 一种刻蚀衬底上的含铪层的方法，包括将具有所述含铪层的所述衬底放置在等离子体处理系统中，其中限定有图案的掩模层覆盖在所述含铪层上；将所述衬底的温度提升到高于大约30摄氏度；向所述等离子体处理系统引入包含BCl3和添加气体的处理组合物；在所述等离子体处理系统中由所述处理组合物形成等离子体；以及将所述衬底暴露于所述等离子体以将所述图案刻蚀到所述含铪层中。2. 如权利要求1所述的方法，其中引入所述处理组合物的步骤还包括引入惰性气体。3. 如权利要求2所述的方法，其中引入所述惰性气体的步骤包括引入稀有气体。4. 如权利要求1所述的方法，其中引入所述添加气体的步骤包括引入含氧气体、含氮气体、或由QJIy表征的烃气体、或者其中两者或更多者的组合，其中x和y是大于或等于l的整数。5. 如权利要求4所述的方法，其中引入所述添加气体的步骤包括引入含氧气体，所述含氧气体包括02、 NO、 N02、 N20、 CO、或C02、或者其中两者或更多者的组合。6. 如权利要求4所述的方法，其中引入所述添加气体的步骤包括引入含氮气体，所述含氮气体包括N2或NH3或其中两者或更多者的组合。7. 如权利要求4所述的方法，其中引入所述添加气体的步骤包括引入烃气体，所述烃气体包括C2H4、 CH4、 C2H2、 C2H6、 C3H4、 C3H6、 C3H8、C4H6、 C4H8、 C4H10、 C5H8、 C5H10、 C6H6、 C6H10、或C6H12、或者其中两者或更多者的组合。8. 如权利要求1所述的方法，其中引入所述添加气体的步骤包括引入CH4。9. 如权利要求1所述的方法，其中引入所述添加气体的步骤包括引入CH4和N10. 如权利要求1所述的方法，其中放置具有所述含铪层的衬底的步骤包括放置具有氧化铪层或硅酸铪层的衬底。11. 如权利要求1所述的方法，其中放置具有所述含铪层的衬底的步骤包括放置具有Hf02层的衬底。12. 如权利要求1所述的方法，其中放置具有所述含铪层的衬底的步骤包括放置具有Hf02层、多晶硅层和Si02层的衬底。13. 如权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯·艾斯德罗·费尔南德茨，浦川理史，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP