干法金属蚀刻方法技术

本发明专利技术涉及干法金属蚀刻方法。描述用于蚀刻衬底上的含铝层的方法。该方法包括由包含卤族元素的处理成分形成等离子体并将衬底暴露于等离子体以蚀刻含铝层。该方法可以附加地包括将衬底暴露于含氧环境以氧化含铝层的表面并控制含铝层的蚀刻速率。该方法还可以包括由包括HBr以及具有化学式CxHyRz(其中R是卤族元素，x和y大于或等于一，z大于或等于零)的添加气体的处理成分形成第一等离子体，由包括HBr的处理成分形成第二等离子体，并将衬底暴露于第一等离子体和第二等离子体以蚀刻含铝层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于蚀刻衬底上的含金属层的方法。
技术介绍
在半导体制造中，含金属材料很常见并且对制程集成提出难以应对的挑战。具体地，需要改进的金属蚀刻工艺。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及用于蚀刻衬底上的含金属层的方法。本专利技术的附加实施例涉及用于蚀刻衬底上的含铝层(例如铝、铝合金或氧化铝(AlOx))的方法。 根据一个实施例，描述用于蚀刻衬底上的含金属层的方法。该方法包括将其上形成有含铝层的衬底设置在等离子体处理系统中，由包含卤族元素的处理成分形成等离子体，并将衬底暴露于等离子体以蚀刻含铝层。该方法附加地包括将衬底暴露于含氧环境以氧化含铝层的表面并控制含铝层的蚀刻速率。根据另一实施例，描述用于蚀刻衬底上的含金属层的方法。该方法包括将其上形成有含铝层的衬底设置在等离子体处理系统中，由包括HBr以及具有化学式CxHyRz(其中R是卤族元素，X和y大于或等于一，z大于或等于零)的添加气体的处理成分形成第一等离子体，并将衬底暴露于第一等离子体以蚀刻含铝层。该方法还包括由包括HBr的处理成分形成第二等离子体，并将衬底暴露于第二等离子体以蚀刻含铝层。根据另一实施例，描述用于蚀刻衬底上的含金属层的方法。该方法包括将其上形成有含铝层的衬底设置在等离子体处理系统中，由包含卤族元素的处理成分形成等离子体,通过将射频(RF)功率耦合到其上放置有衬底的衬底保持件来将电偏压施加到衬底，并将衬底暴露于等离子体以蚀刻含铝层。该方法附加地包括通过调节用于电偏压的RF功率水平来实现在含铝层和形成于衬底上的包含Si与O的层之间的目标蚀刻选择性。附图说明在附图中图1A至图1C示出用于在衬底上制备器件结构的各种方法的示意性图示；图2提供示出根据实施例的用于蚀刻衬底上的含金属层的方法的流程图；图3A至图3C示出根据其他实施例的用于蚀刻衬底上的含金属层的过程的示意性图示；图4提供示出根据另一实施例的用于蚀刻衬底上的含金属层的方法的流程图；图5示出根据实施例的等离子体处理系统的示意性图示；图6示出根据另一实施例的等离子体处理系统的示意性图示；图7示出根据另一实施例的等离子体处理系统的示意性图示；图8示出根据另一实施例的等离子体处理系统的示意性图示；图9示出根据另一实施例的等离子体处理系统的示意性图示；图10示出根据另一实施例的等离子体处理系统的示意性图示；图11示出根据另一实施例的等离子体处理系统的示意性图示；图12示出根据一个实施例的等离子体源的横截面图；图13A和图13B示出根据另一实施例的等离子体源的横截面图和仰视图；和图14示出根据另一实施例的等离子体源的横截面图。具体实施例方式在下列描述中，为进行说明而不是加以限制，阐述具体细节，例如处理系统的特定·几何形状、对各种组件及其中使用的处理的描述。但是，应当理解可以在脱离这些特定细节的其他实施例中实现本专利技术。类似地，为进行说明，阐述特定数值、材料和构造以提供对本专利技术的透彻理解。尽管如此，可以在没有这些特定细节的情况下实施本专利技术。此外，应当理解附图中所示的各种实施例是示例性图示而不需要按比例绘制。以最有助于理解本专利技术的方式将各种操作描述为依次的多个离散操作。但是，描述的顺序不应被理解为暗指这些操作必须依赖顺序。具体地，不需要以描述的顺序来执行这些操作。可以按照与描述的实施例不同的顺序来执行描述的操作。可以执行各种附加操作和/或在附加实施例中可以省略描述的操作。本文使用的“衬底” 一般地表示根据本专利技术进行处理的对象。衬底可以包括器件(特别是半导体或其他电子器件)的任意材料部分或结构，并且例如衬底可以是基体衬底结构(例如半导体晶片)、或者在基体衬底结构上或覆盖在基体衬底结构上面的层(例如薄膜)。因此，衬底不限于任意经图案化或未经图案化的特定基体结构、下层或上覆层，相反，衬底可包括任意这样的层或基体结构、以及层和/或基体结构的任意组合。下面的描述会参照特定类型的衬底，但是这仅是为了说明而不是加以限制。如上所述在半导体制造中，金属蚀刻持续对制程集成提出难以应对的挑战。例如，图1A提供第一含金属层图案化方案的形象图示。这里，通过对包括含金属层(150AU50B、150C)的器件堆叠进行图案化而在衬底110上形成多个器件结构100。含金属层(150A、150B、150C)可以包括金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物或金属娃酸盐。相应地,需要在实现可接受的轮廓控制、以及衬底上的含金属层和其他材料之间的蚀刻选择性的同时对含金属层(150A、150B、150C)进行图案蚀刻。作为另一示例，图1B提供第二含金属层图案化方案的形象图示。这里，通过制备电介质层114 (例如氮化娃层或氧化娃层)并利用含金属层(151A、151B、151C)填充形成于电介质层114中的图案，来在衬底110上形成多个器件结构101。含金属层(151AU51B、151C)可以包括金属、金属合金、金属氧化物、金属氮化物或金属娃酸盐。相应地，需要在实现衬底上的含金属层和其他材料之间的可接受的蚀刻选择性的同时来回蚀(etch back)含金属层(151A、151B、151C)。在这两种情况下，重要的是打破在含金属层的暴露表面上形成的任意金属氧化物并且可控制地蚀刻含金属层。例如，在后一情况中，重要的是打破在含金属层(151AU51B、151C)的暴露表面上形成的任意金属氧化物并且可控制地将含金属层(151A、151B、151C)蚀刻到范围高达约300埃的蚀刻深度(例如，高达约200埃，或者范围从约50埃到约200埃)。此外，重要的是在对电介质层114具有选择性的情况下蚀刻含金属层(151AU51B、151C)。此外，重要的是沿着衬底110均匀地蚀刻含金属层(151A、151B、151C)。如图1C所示，通过利用含金属层(152A、152B、152C)来填充形成于电介质层114中的图案来形成多个器件结构102。在蚀刻含金属层(152A、152B、152C)期间，含金属层(152A、152B、152C)的暴露金属表面(155A、155B、155C)逐渐向下发展，因此在含金属层(152A、152B、152C)中形成凹处。但是，由于在蚀刻含金属层(152A、152B、152C)期间作为消耗电介质层114的副产物而从暴露的电介质表面115释放出氧,暴露的金属表面(155A、155B、155C)的发展非均勻地进行。氧从暴露的电介质表面115到各种暴露的金属表面(155AU55BU55C)的扩散路径(116A、116B、116C)中的差异引起这些暴露的金属表面的氧化率的变化，因此建立含金属层(152A、152B、152C)的蚀刻的图案依赖性。因此，根据实施例，图2示出蚀刻衬底上的含金属层的方法。如图2所示，该方法包括流程图200，流程图200在210中开始于将上面形成有含金属层的衬底设置在等离子 体处理系统中。含金属层可以包括金属、金属合金、金属氮化物、或金属氧化物、及其组合。此外，含金属层可以包括含铝层，例如铝、铝合金、或氧化铝(AlOx)、或其组合。例如，含金属层可以包括具有氧化招表面层的主体招层(bulk aluminum layer)。此外,例如,含金属层可以被用于半导体器件中。此外，例如，含金属层可以集成在图1A和图1B所示的器件结构(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于蚀刻衬底上的含金属层的方法，其包括：将其上形成有含铝层的衬底设置在等离子体处理系统中；由包含卤族元素的处理成分形成等离子体；将所述衬底暴露于所述等离子体以蚀刻所述含铝层；和将所述衬底暴露于含氧环境以氧化所述含铝层的表面并控制所述含铝层的蚀刻速率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大泽佑介，大竹浩人，铃木锐二，考希克·艾润·库玛，安德鲁·W·梅斯，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：