用于高縱橫比氧化物蝕刻的氟碳分子制造技術(shù)

公開了用于在基質(zhì)上的含Si層中等離子體蝕刻通道孔、柵槽、階梯觸點、電容器孔、接觸孔等的蝕刻氣體，和使用它的等離子體蝕刻方法。蝕刻氣體為反-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯；順-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯；六氟異丁烯；六氟環(huán)丁烷(反-1,1,2,2,3,4)；五氟環(huán)丁烷(1,1,2,2,3-)；四氟環(huán)丁烷(1,1,2,2-)；或六氟環(huán)丁烷(順-1,1,2,2,3,4)。蝕刻氣體可提供在含Si層與掩模材料之間改進(jìn)的選擇性，較少的對通道區(qū)域的損害、直垂直剖面和圖案高縱橫比結(jié)構(gòu)中減少的卷曲。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于高縱橫比氧化物蝕刻的氟碳分子相關(guān)申請交叉引用本申請要求2012年10月30日提交的美國申請No.61/720,139的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部內(nèi)容并入本文中。
公開了用于在基質(zhì)上的含Si層中等離子體蝕刻高縱橫比通道孔、柵槽、階梯觸點、電容器孔、接觸孔等的蝕刻氣體。還公開了使用它的等離子體蝕刻方法。背景在半導(dǎo)體工業(yè)中的存儲應(yīng)用如DRAM和2DNAND中，等離子體蝕刻從半導(dǎo)體基質(zhì)上除去含硅層，例如SiO或SiN層。對于新型存儲應(yīng)用如3DNAND(US2011/0180941，Hwang等人)，多個SiO/SiN或SiO/poly-Si層堆棧的高縱橫比蝕刻是關(guān)鍵的。優(yōu)選，蝕刻劑具有在掩模與待蝕刻層之間的高選擇性。此外，蝕刻劑優(yōu)選蝕刻結(jié)構(gòu)，使得垂直剖面為直的而不具有卷曲。3DNAND堆棧可包含其它含硅層。傳統(tǒng)上，等離子體蝕刻使用由氣體來源(例如含氫、含氧或含氟氣體)產(chǎn)生活性物種的等離子體源進(jìn)行。活性物種然后與含Si層反應(yīng)以形成氟碳阻擋頂層(blockingoverlayer)和揮發(fā)性物種。揮發(fā)性物種通過反應(yīng)器中由真空泵保持的低壓除去。優(yōu)選，掩模材料不被活性物種蝕刻。掩模材料可包含以下中的一種：光致抗蝕劑、無定形碳、多晶硅、金屬或不蝕刻的其它硬掩模。傳統(tǒng)的蝕刻氣體包括cC4F8(八氟環(huán)丁烷)、C4F6(六氟-1,3-丁二烯)、CF4、CH2F2、CH3F和/或CHF3。這些蝕刻氣體在蝕刻期間也可形成聚合物。聚合物充當(dāng)圖案蝕刻結(jié)構(gòu)側(cè)壁上的保護(hù)層。該聚合物保護(hù)層防止可能導(dǎo)致非垂直結(jié)構(gòu)、卷曲和尺寸變化的離子和自由基蝕刻側(cè)壁。建立了F:C比、SiO:SiN選擇性與聚合物沉積速率之間的關(guān)聯(lián)(參見例如LiebermanandLichtenberg，PrinciplesofPlasmaDischargesandMaterialsProcessing，第2版，Wiley-Interscience，AJohnWiley&SonsPublication，2005，第595-596頁；和US6387287，Hung等人的圖5，其顯示出對較低的F/C比值而言，提高的對氮化物的覆蓋層選擇性)。傳統(tǒng)的干蝕刻方法如化學(xué)蝕刻不能提供必須的高縱橫比(>20:1)，因為化學(xué)蝕刻期間需要的高壓條件對形成的孔會具有有害影響。傳統(tǒng)的化學(xué)品如C4F8和C4F6也可能不足以提供所需的高縱橫比，因為蝕刻廠商快速地耗盡用于進(jìn)行傳統(tǒng)化學(xué)工作的有效參數(shù)如RF功、RF頻率、脈沖方案和調(diào)整方案。傳統(tǒng)化學(xué)在等離子體蝕刻方法期間不再提供在高縱橫比側(cè)壁上的足夠聚合物沉積。另外，側(cè)壁上的其中x和y各自獨立地為1-4的CxFy聚合物對蝕刻敏感。因此，蝕刻的圖案可能不是垂直的且結(jié)構(gòu)可能顯示出卷曲、尺寸變化和/或圖案瓦解。圖案蝕刻的一個關(guān)鍵問題是卷曲。卷曲通常是由于通常為無定形碳材料的掩模層的側(cè)壁蝕刻。無定形碳材料可通過等離子體中的氧自由基蝕刻，這可導(dǎo)致增加的掩模開口并產(chǎn)生弓狀蝕刻結(jié)構(gòu)。US6569774，Trapp公開了用于形成通過氧化硅層的高縱橫比接觸開口的等離子體蝕刻方法。Trapp公開了含氮氣體如NH3包含在氟碳(CxFy)和氟烴(CxFyHz)蝕刻化學(xué)中以改進(jìn)抗蝕選擇性并減少條痕。公開了一列35種氟碳和氟烴化學(xué)品，但沒有提供結(jié)構(gòu)式、CAS號或異構(gòu)體信息。WO2010/100254，SolvayFluorGmbH公開了某些氫氟烯烴在多種方法中，包括作為用于半導(dǎo)體蝕刻或室清洗的蝕刻氣體的用途。氫氟烯烴可包括至少一種選自以下各組a)和b)化合物的混合物：a)(Z)-1,1,1,3-四氟丁-2-烯、(E)-1,1,1,3-四氟丁-2-烯或2,4,4,4-四氟丁-1-烯，和b)1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯、1,1,2,3,4,4-六氟丁-2-烯、1,1,1,3,4,4-六氟丁-2-烯和1,1,1,2,4,4-六氟丁-2-烯。技術(shù)發(fā)展水平的垂直3DNAND結(jié)構(gòu)要求在材料的交替堆棧中非常高的縱橫比。仍需要用于等離子體應(yīng)用中以形成高縱橫比孔的新蝕刻氣體組合物。符號和命名某些縮寫、符號和術(shù)語用于整個以下描述和權(quán)利要求書中，包括：如本文所用，術(shù)語“蝕刻”指等離子體蝕刻方法(即干蝕刻方法)，其中離子轟擊促進(jìn)垂直方向上的化學(xué)反應(yīng)，使得沿著被掩蔽特征的邊緣以相對于基質(zhì)的直角形成垂直側(cè)壁(ManosandFlamm，PlasmaEtchingAnIntroduction，AcademicPress，Inc.1989，第12-13頁)。蝕刻方法在基質(zhì)中產(chǎn)生孔，例如通路、槽、通道孔、柵槽、階梯觸點、電容器孔、接觸孔等。術(shù)語“圖案蝕刻”或“圖案化蝕刻”指蝕刻非平面結(jié)構(gòu)，例如含硅層堆棧上的圖案化掩模層。術(shù)語“掩模”指抗蝕刻的層。掩模層可位于待蝕刻的層之上或之下。術(shù)語“選擇性”意指一種材料的蝕刻速率與另一材料的蝕刻速率的比。術(shù)語“選擇性蝕刻”意指蝕刻一種材料多于另一種材料，或者換言之，兩種材料之間具有大于或小于1:1的蝕刻選擇性。如本文所用，不定冠詞“(a/an)”意指一個(一種)或多個(多種)。來自周期表的元素的標(biāo)準(zhǔn)縮寫用于本文中。應(yīng)當(dāng)理解元素可通過這些縮寫指代(例如S指硫，Si指硅，H指氫等)。如本文所用，縮寫“NAND”指“非AND”或“不是AND”柵；縮寫“2D”指平面基質(zhì)上的二維柵結(jié)構(gòu)；縮寫“3D”指三維或垂直柵結(jié)構(gòu)，其中柵結(jié)構(gòu)在垂直方向上堆疊；縮寫“DRAM”指動態(tài)隨機(jī)存取存儲器。請注意含Si膜，例如SiN和SiO在整個說明書和權(quán)利要求書中列出而不提及它們的恰當(dāng)化學(xué)計量。含硅層可包括純硅(Si)層，例如結(jié)晶Si、多晶硅(polySi或多晶Si)，或者無定形硅；氮化硅(SikNl)層；或氧化硅(SinOm)層；或其混合物，其中k、l、m和n包括性地范圍為1-6。優(yōu)選氮化硅為SikNl，其中k和l各自范圍為0.5-1.5。更優(yōu)選氮化硅為Si1N1。優(yōu)選氧化硅為SinOm，其中n范圍為0.5-1.5且m范圍為1.5-3.5。更優(yōu)選氧化硅為SiO2或SiO3。含硅層還可以為氧化硅基介電材料如有機(jī)基或氧化硅基低k介電材料如AppliedMaterials，Inc的BlackDiamondII或III材料。含硅層還可包括摻雜劑，例如B、C、P、As和/或Ge。概述公開了蝕刻含硅膜的方法。將蝕刻氣體引入包含在基質(zhì)上的含硅膜的等離子體反應(yīng)室中。蝕刻氣體為反-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯；順-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯；六氟異丁烯；六氟環(huán)丁烷(反-1,1,2,2,3,4)；五氟環(huán)丁烷(1,1,2,2,3-)；四氟環(huán)丁烷(1,1,2,2-)；或六氟環(huán)丁烷(順-1,1,2,2,3,4)。將惰性氣體引入等離子體反應(yīng)室中。將等離子體活化以產(chǎn)生能夠選擇性地由基質(zhì)蝕刻含硅膜的經(jīng)活化的蝕刻氣體。所公開的方法可包括一個或多個以下方面：●蝕刻氣體為反-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯；●蝕刻氣體為順-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯；●蝕刻氣體為六氟異丁烯；●蝕刻氣體為六氟環(huán)丁烷(反-1,1,2,2,3,4)；●蝕刻氣體為五氟環(huán)丁烷(1,1,2,2,3-)；●蝕刻氣體為四氟環(huán)丁烷(1,1,2,2-)；●蝕刻氣體為六氟環(huán)丁烷(順-1,1,2,2,3,4本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
蝕刻含硅膜的方法，所述方法包括：將蝕刻氣體引入包含在基質(zhì)上的含硅膜的等離子體反應(yīng)室中，其中蝕刻氣體選自反?1,1,1,4,4,4?六氟?2?丁烯；順?1,1,1,4,4,4?六氟?2?丁烯；六氟異丁烯；六氟環(huán)丁烷(反?1,1,2,2,3,4)；五氟環(huán)丁烷(1,1,2,2,3?)；四氟環(huán)丁烷(1,1,2,2?)；和六氟環(huán)丁烷(順?1,1,2,2,3,4)；將惰性氣體引入等離子體反應(yīng)室中；和將等離子體活化以產(chǎn)生能夠由基質(zhì)選擇性蝕刻含硅膜的經(jīng)活化的蝕刻氣體。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2012.10.30 US 61/720,1391.蝕刻含硅膜的方法，所述方法包括：將蝕刻氣體引入包含在基質(zhì)上的含硅膜的等離子體反應(yīng)室中，其中蝕刻氣體選自反-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯；順-1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯；CAS號為382-10-5的六氟異丁烯；五氟環(huán)丁烷(1,1,2,2,3-)；和四氟環(huán)丁烷(1,1,2,2-)；將惰性氣體引入等離子體反應(yīng)室中；和將等離子體活化以產(chǎn)生能夠由基質(zhì)選擇性蝕刻含硅膜的經(jīng)活化的蝕刻氣體。2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括從室中除去揮發(fā)性副產(chǎn)物，其中經(jīng)活化的蝕刻氣體與含硅膜選擇性反應(yīng)以形成揮發(fā)性副產(chǎn)物。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中惰性氣體選自He、Ar、Xe、Kr和Ne。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中惰性氣體占引入等離子體反應(yīng)室中的蝕刻氣體和惰性氣體總體積的約50％v/v至約95％v/v。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其進(jìn)一步包括將氧化劑引入等離子體反應(yīng)室中。6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中氧化劑選自O(shè)2、CO、CO2、NO、N2O和NO2。7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中氧化劑占引入等離子體反應(yīng)室中的蝕刻氣體和氧化劑總體積的約5％v/v至約100％v/v。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中含硅膜包含氧化硅、氮化硅、多晶硅或其組合的層。9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中含硅膜進(jìn)一步包含氧原子、氮原子、碳原子或其組合。10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中含硅膜由無定形碳層選擇性蝕刻。11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中含硅膜由光致抗蝕劑層選擇性蝕刻。12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中含硅膜由多晶硅層選擇性蝕刻。13.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中含硅膜由金屬接觸層選擇性蝕刻。14.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中方...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：C·安德森，R·古普塔，V·M·奧馬爾吉，N·斯塔福德，C·杜薩拉，
申請(專利權(quán))人：喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：法國;FR