TW201802936A - 選擇性氮化矽蝕刻方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的實施例提供一種基板處理方法，用於相對於在半導體製造中使用的其他層選擇性蝕刻SiN。根據一實施例，該基板處理方法包含：在一電漿處理腔室內設置一基板，該基板包括含有氮化矽的一第一材料及不同於該第一材料的一第二材料；形成含有NF3
和O2
之經電漿激發的一處理氣體；及將該基板曝露於經電漿激發的該處理氣體，以相對於該第二材料選擇性地蝕刻該第一材料。根據一實施例，該第二材料可選自由Si、SiO2
、及其組合組成的群組。
Description
相關申請案的交互參照：本申請案係關於且主張於2016年5月29日申請之美國臨時專利申請案序號第62/342,991號的優先權，其全部內容於此藉由參照納入本案揭示內容。本申請案係關於且主張於2016年9月7日申請之美國臨時專利申請案序號第62/384,481號的優先權，其全部內容於此藉由參照納入本案揭示內容。
本發明係關於半導體製造及半導體裝置的領域，且更具體而言，關於相對於在半導體製造中使用的其他材料選擇性蝕刻氮化矽的方法。
因為需要氮化矽（SiN）對氧化矽（SiO2
）及其他材料的選擇性乾蝕刻移除，下一代半導體技術發展面臨巨大的挑戰。由於凹入特徵部可能阻塞，所以用於SiN蝕刻的當前氟碳化學品在窄遮罩開口及高深寬比下變得極難控制。操作餘裕隨每一後續技術節點減小。因此，需要一種沒有氟碳化物沉積及避開現有製程之額外挑戰的新化學品。
本發明的實施例描述使用非聚合化學品的基板處理方法，以相對於其他材料選擇性地蝕刻氮化矽。
根據一實施例，該方法包含：在一電漿處理腔室內設置一基板，該基板包括含有SiN的一第一材料及不同於該第一材料的一第二材料；電漿激發含有NF3
和O2
的一處理氣體；及將該基板曝露於經電漿激發的該處理氣體，以相對於該第二材料選擇性地蝕刻該第一材料。
根據另一實施例，該方法包含：在一電漿處理腔室內設置一基板，該基板包括含有SiN的一第一材料及選自由Si、SiO2
、及其組合組成的群組之一第二材料；形成含有NF3
和O2
之經電漿激發的一處理氣體；及將該基板曝露於經電漿激發的該處理氣體，以相對於該第二材料選擇性地蝕刻該第一材料， 其中該曝露步驟包含下列三種電漿處理條件的其中至少一者：a)在該電漿處理腔室中之300毫托以上的氣體壓力，b)在約0.1和約0.5之間的O2
/NF3
氣體流比例，及c)在經電漿激發的該處理氣體中之電漿物種的動能低於該第一和第二材料的濺鍍閾值。
本發明的實施例描述使用非聚合化學品相對於其他材料選擇性蝕刻氮化矽的基板處理方法。
圖1A及1B根據本發明的一實施例透過橫剖面圖示意性地顯示一種處理基板的方法。圖1A顯示基板100、在基板100上的凸起特徵部102、及在凸起特徵部102和基板100之曝露表面上保形地形成的SiN間隔層104。凸起特徵部102的曝露表面包含垂直部分105及水平部分103。
基板100及凸起特徵部102可選自由Si、SiO2
、及其組合組成的群組。在一些微電子裝置中，凸起特徵部102係被稱為鰭。如本文所使用，符號「SiN」包括包含矽及氮作為主要成分的層，其中該等層可具有一範圍的Si及N組成。Si3
N4
係最熱力學穩定的矽氮化物，且因此係商業上最重要的矽氮化物。然而，本發明的實施例可應用於具有廣範圍之Si及N組成的SiN層。此外，符號「SiO2 」
係意指包括包含矽和氧作為主要成分的層，其中該等層可具有一範圍的Si及O組成。SiO2
是最熱力學穩定的矽氧化物，且因此係商業上最重要的矽氧化物。符號「Si」包含多晶矽（poly-Si）或非晶形Si（a-Si）。可用於沉積SiN間隔層104的原子層沉積（ALD）系統係在圖6中示意性地顯示。
根據本發明的一實施例，非等向性間隔層蝕刻製程係在圖1A顯示的結構上加以執行，以形成圖1B顯示的結構。間隔層蝕刻製程藉由移除SiN間隔層104的水平部分103而在凸起特徵部102的垂直部分105上形成SiN側壁間隔層106，且同時留下SiN間隔層104的垂直部分105。
根據本發明的實施例，間隔層蝕刻製程包含：電漿激發含有NF3
、O2
、及選用性的Ar、N2
、或Ar和N2
兩者的非聚合處理氣體，及將基板100曝露於電漿-激發的處理氣體以相對於凸起特徵部102及基板100選擇性地蝕刻SiN間隔層104。在一示例中，非聚合處理氣體包含或由N2
、O2
、NF3
、及Ar所組成。根據一些實施例，Ar、N2
或Ar和N2
兩者可與NF3
和O2
一起使用，以最佳化間隔層蝕刻製程。
本發明人已發現非聚合處理氣體提供相對於Si、SiO2
及其他底層材料之極佳的SiN之選擇性乾蝕刻移除。此係與針對SiN蝕刻使用之目前使用的氟碳化學品形成對比，目前使用的氟碳化學品係由於來自氟碳化學品的聚合物沉積通量而在狹窄的特徵部開口及高深寬比處非常難以控制。
非聚合處理氣體可為使用各種不同的電漿源加以電漿激發。根據一實施例，電漿源可包含電容耦合電漿（CCP）源，該CCP源包含上板電極及支撐基板的下板電極。射頻（RF）功率可使用RF產生器及阻抗網路提供至上板電極、下板電極、或兩者。施加至上電極之RF功率的典型頻率範圍係從10 MHz至200 MHz，且可為60 MHz。此外，施加至下電極之RF功率的典型頻率範圍係從0.1 MHz至100 MHz，且可為13.56 MHz。可用以執行間隔層蝕刻製程的CCP系統係在圖7中示意性地加以顯示。根據另一實施例，可使用能夠產生高的自由基對離子通量比的遠程電漿源。電漿製程可加以調整以控制電漿曝露中之非等向性的程度。非等向性的程度可自多半為非等向性調諧至多半為等向性。
圖2A及2B根據本發明的另一實施例透過橫剖面圖示意性地顯示一種處理基板的方法。圖1B已再現為圖2A，且顯示基板100、在基板100上的凸起特徵部102、及在凸起特徵部102之垂直部分105上的SiN側壁間隔層106。基板100及凸起特徵部102可選自由Si、SiO2
、及其組合組成的群組。根據一實施例，SiN側壁間隔層106係在乾蝕刻製程中自凸起特徵部102的垂直部分105加以移除。所得到的結構係在圖2B中加以顯示。根據本發明的實施例，SiN側壁間隔層106的移除係藉由電漿激發含有NF3
、O2
、及選用性的Ar、N2
、或Ar和N2
兩者的非聚合處理氣體，及將基板100曝露於經電漿激發的處理氣體而加以執行。在一示例中，非聚合處理氣體含有或由N2
、O2
、NF3
、及Ar所組成。根據一些實施例，Ar、N2
或Ar及N2
兩者可與NF3
及O2
一起使用以最佳化蝕刻製程。
圖3A及3B根據本發明的又另一實施例透過橫剖面圖示意性地顯示一種處理基板的方法。圖3A顯示基板300、在基板300上的SiN凸起特徵部302、及在SiN凸起特徵部302之垂直部分305上形成的側壁間隔層306。SiN凸起特徵部302的水平部分303係藉由先前蝕刻製程加以曝露。基板300及側壁間隔層306可選自由Si、SiO2
、及其組合組成的群組。在此實施例中，SiN凸起特徵部302是犧牲性特徵部，且係通常稱為心軸。SiN凸起特徵部302的移除係通常稱為心軸拉除。圖3A中顯示的結構可藉由使用習知的沉積、微影、及蝕刻製程產生SiN凸起特徵部302而加以形成。之後，側壁間隔層306可使用非等向性蝕刻製程加以形成。
根據一實施例，SiN凸起特徵部302係在乾蝕刻製程中自基板300加以移除。在基板300上所得之具有自立式側壁間隔層306的結構係在圖3B中加以顯示。根據本發明的實施例，SiN凸起特徵部302自基板300的移除包含電漿激發含有NF3
、O2
、及選用性的Ar、N2
、或Ar和N2
兩者的非聚合處理氣體，及將基板100曝露於經電漿激發的處理氣體。在一示例中，非聚合處理氣體包含或由N2
、O2
、NF3
、及Ar所組成。根據一些實施例，Ar、N2
或Ar及N2
兩者可與NF3
及O2
一起使用以最佳化蝕刻製程。
圖4A-4C根據本發明的一實施例透過橫剖面圖示意性地顯示一種處理基板的方法。圖4A顯示基板400、在基板400上的凸起特徵部402、及在凸起特徵部402和基板400之曝露表面上保形地形成的SiN間隔層404。凸起特徵部402的曝露表面包含垂直部分405及水平部分403。基板400及凸起特徵部402可選自由Si、SiO2
、及其組合組成的群組。
根據本發明的一實施例，圖4A中的結構係曝露於含有NF3
、O2
及選用性的Ar、N2
、或Ar和N2
兩者之經電漿激發的非聚合處理氣體，以在SiN間隔層404上形成改質的間隔層407。此係在圖4B中加以顯示。之後，改質的間隔層407可在熱處理腔室中使用基板加熱而等向性地加以移除。所得的結構係在圖4C中加以顯示，其中改質的間隔層407係已被解吸附，且因此來自圖4A的SiN間隔層404已被等向性地加以薄化。在一示例中，非聚合處理氣體包含或由N2
、O2
、NF3
、及Ar所組成。
圖5A及5B根據本發明的又另一實施例透過橫剖面圖示意性地顯示一種處理基板的方法。圖5A顯示基板410及在基板410上的SiN凸起特徵部412。SiN凸起特徵部412在基板410上具有厚度413及高度415。基板410可選自由Si、SiO2
、及其組合組成的群組。根據一實施例，SiN凸起特徵部412係在等向性乾蝕刻製程中加以修整。根據本發明的實施例，SiN凸起特徵部412的選擇性修整包含電漿激發含有NF3
、O2
、及選用性的Ar、N2
、或Ar和N2
兩者的非聚合處理氣體，及將基板410曝露於經電漿激發的處理氣體。該曝光步驟形成具有厚度417及高度419之經修整的SiN凸起特徵部414，其中厚度417係小於厚度413，且高度419係小於高度415。在一示例中，非聚合處理氣體包含或由N2
、O2
、NF3
、及Ar所組成。
返回參照圖1A，保形沉積SiN間隔層104的技術可包含單層沉積（「MLD」）方法。MLD方法可包含例如ALD方法，該ALD方法係基於藉由化學吸附形成反應性前驅物分子之飽和單層的原理。形成AB膜之典型的MLD製程例如由注入第一前驅物或反應物A（「RA
」）一段時間而構成，其中A的飽和單層係在基板上加以形成。接著，RA
係使用惰性氣體Gi
從腔室加以沖洗。第二前驅物或反應物B（「RB
」）係亦接著注入腔室一段時間，以將B與A結合及在基板上形成層AB。RB
係接著從腔室加以沖洗。引入前驅物或反應物、沖洗反應器、引入另一或相同的前驅物或反應物、及沖洗反應器的此製程可重複數次以達成期望厚度的AB膜。在每個ALD循環中沉積之AB膜的厚度之範圍可自約0.5埃至約2.5埃。
在一些實施例中，當形成AB膜時，MLD製程可包含注入含有ABC的前驅物，該ABC係在第一步驟期間吸附在基板上，且接著在第二步驟期間加以移除。
根據本發明的一實施例，SiN間隔層104可藉由ALD沉積製程在ALD系統內加以沉積，其中的一個示例係顯示為圖6的ALD系統44，其包含處理腔室46，該處理腔室46具有配置成支撐其上基板14的基板支架48。處理腔室46進一步包含上組件50（例如噴淋頭），該上組件50係耦接至第一材料供應系統52（其可包括含矽氣體）、第二材料供應系統54（其可包括含氮氣體）、沖洗氣體供應系統56、及一個以上輔助氣體供應系統58（其可包含稀釋氣體或用於沉積期望間隔層材料所需之其他者）。
或者或此外，控制器62可耦接至一個以上額外的控制器/電腦（未顯示），該控制器62可自該等額外的控制器/電腦獲得設定及/或配置的資訊。控制器62可用以配置任何數量的處理元件52、54、56、58、60，且可自其收集、提供、處理、儲存及/或顯示資料。控制器62可包含用於控制處理元件52、54、56、58、60之其中一者以上的幾個應用，且若需要可包含圖形使用者介面（「GUI」，未顯示），其可針對使用者提供易於使用的介面，以監控及/或控制處理元件52、54、56、58、60的其中一者以上。
處理腔室46係進一步藉由導管70耦接至包含真空泵系統66及閥68的壓力控制系統64，其中壓力控制系統64係配置成可控制地將處理腔室46抽空至適於形成SiN間隔層104及適於使用第一和第二製程材料的壓力。真空泵系統66可包含渦輪分子真空泵（TMP）或低溫泵，其係能夠高達每秒約5000公升（或更大）泵速度，且閥68可包含用於調節腔室壓力的閘閥。此外，用於監控腔室製程的裝置（未顯示）可耦接至處理腔室46。壓力控制系統64可例如配置成在ALD製程期間將處理腔室壓力控制在約0.1托和約100托之間。
第一和第二材料供應系統52、54，沖洗氣體供應系統56，及一個以上輔助氣體供應系統58之每一者可包含一個以上壓力控制裝置、一個以上流量控制裝置、一個以上過濾器、一或多個閥、及/或一個以上流量感測器。流量控制裝置可包含氣動閥、電機（螺線管）閥、及/或高速脈衝氣體注入閥。根據本發明的實施例，氣體可依序及交替地脈衝輸送進處理腔室46，其中每一氣體脈衝的持續時間可例如在約0.1秒和約100秒之間。或者，每一氣體脈衝的持續時間可在約1秒和約10秒之間。對於含矽及含氮氣體的示例氣體脈衝持續時間可在約0.3秒和約3秒之間，例如約1秒。示例沖洗氣體脈衝可在約1秒和約20秒之間，例如約3秒。仍參照圖6，控制器62可包含微處理器、記憶體、及能夠產生控制電壓的數位I/O埠，其足以傳輸及啟動傳對於ALD系統44的輸入，及監控來自ALD系統44的輸出。此外，控制器62可耦接至處理腔室46，基板支架48，上組件50，處理元件52、54、56、58，基板溫度控制系統60，及壓力控制系統64，且可與上述各者交換訊息。舉例而言，儲存在控制器62之記憶體中的程式可根據製程配方用以啟動對於ALD系統44之前述元件的輸入，以執行一沉積製程。
控制器62可被實施為通用電腦系統，該通用電腦系統響應執行包含在記憶體中之一個以上指令之一個以上序列的處理器，執行本發明之基於微處理器之處理步驟的一部分或全部。此等指令可從另一電腦可讀媒體（諸如硬碟或可移除式媒體驅動器）讀入控制器記憶體。在多處理裝置中的一個以上處理器亦可用作控制器微處理器，以執行包含在主記憶體中的指令序列。在替代的實施例中，硬佈線電路可取代或結合軟體指令加以使用。因此，實施例係不限於硬體電路及軟體的任何特定組合。
控制器62包含至少一電腦可讀媒體或記憶體（諸如控制器記憶體），用於儲存根據本發明之教示編程的指令，及用於包含實施本發明可能需要的資料結構、表、記錄、或其他資料。電腦可讀媒體的示例係硬碟、軟碟、磁帶、磁光碟、PROM（EPROM、EEPROM、flash EPROM）、DRAM、SRAM、SDRAM、或任何其他磁性媒體、光碟（例如CD-ROM）、或任何其他光學媒體、打孔卡片、紙帶、或其他具有孔洞圖案的實體媒體、載波（描述於下）、或電腦可自其讀取的任何其他媒體）。
在電腦可讀媒體的任何一者或組合中儲存的是軟體，其用於控制控制器62，用於驅動用於實施本發明的一個以上裝置，及/或用於允許控制器62與人類使用者互動。這樣的軟體可包含但不限於裝置驅動器、操作系統、顯影工具、及應用軟體。這樣的電腦可讀媒體進一步包含本發明的電腦程式產品，用於執行在實施本發明中執行之處理的全部或一部分（若處理係分散式的）。
電腦程式碼裝置可為任何可解釋或可執行的程式碼機制，包含但不限於腳本、可解釋的程式、動態鏈接程式庫（「DLL」）、Java類別、及完整的可執行程式。此外，本發明之處理的一部分為了較佳的性能、可靠性、及/或成本可為分散式的。
如本文使用的術語「電腦可讀媒體」意指參與對控制器62之處理器提供指令以供執行的任何媒體。因此，電腦可讀媒體可採取許多形式，包含但不限於非揮發性媒體、揮發性媒體、及傳輸媒體。非揮發性媒體包含例如光碟、磁碟、及磁光碟，諸如硬碟或可移除式媒體驅動器。揮發性媒體包含動態記憶體，諸如主記憶體。此外，各種形式的電腦可讀媒體可被包含在針對用於執行之控制器62的處理器執行一個以上指令的一個以上序列中。舉例而言，該等指令最初可在遠程電腦的磁碟上加以攜帶。該遠程電腦可將用於實施本發明之全部或一部分的指令遠程地加載至動態記憶體，及將指令經由網路發送至控制器62。
控制器62可相對於ALD系統44就近地加以設置，或其可相對於ALD系統44遠端地加以設置。舉例而言，控制器62可使用直接連接、網內網路、網際網路、及無線連接的其中至少一者而與ALD系統44交換資料。控制器62可耦接至例如在客戶位置（即元件製造商等）的網內網路，或其可耦接至例如在供應商位置（即設備製造者）的網內網路。此外，舉例而言，控制器62可耦接至網際網路。此外，另一電腦（即控制器、伺服器等）可經由直接連接、網內網路、及網際網路的其中至少一者存取例如控制器62以交換資料。精於本項技術之人士亦將理解，控制器62可經由無線連接與ALD系統44交換資料。
SiN間隔層104的沉積可藉由順序式及交替的脈衝序列加以進行，以沉積SiN間隔層104材料的不同成分（此處例如矽及氮）。由於ALD製程通常每一氣體脈衝沉積少於一單層的成分，所以可能使用膜之不同成分的獨立沉積序列形成均質的材料。每一氣體脈衝可包含各自的沖洗或抽空步驟以自處理腔室46移除未反應的氣體或副產物。根據本發明的其他實施例，沖洗或抽空步驟的其中一者以上可加以省略。
因此，作為一示例性實施例，具有經處理之凸起特徵部102的基板14係在ALD系統44的處理腔室46中加以設置，且依序曝露於包含矽的氣體脈衝及含氮氣體的氣體脈衝，其中後者可包含NH3
、經電漿激發的氮（諸如用於PEALD系統）、或其組合、及選用性的惰性氣體，諸如氬（Ar）。
矽可在凸起特徵部102的表面上反應以形成小於單層厚度的化學吸附層。來自含氮氣體之氣體脈衝的氮可接著與化學吸附表面層加以反應。藉由重複此順序式的氣體曝露，即藉由交替兩種曝光複數次，可能實現每循環約1埃（10-10
公尺）的逐層生長直到達成期望的厚度。
圖7描繪的示例電漿處理系統500包含：處理腔室510；基板支架520（下電極），待處理的基板525係被固定在其上；氣體注入系統540；及真空泵系統550。處理腔室510係配置成促進在毗鄰基板525表面的處理區域545中之電漿的產生，其中電漿係經由在加熱的電子與可離子化的氣體之間的碰撞而形成。可離子化的氣體或氣體混合物係經由氣體注入系統540加以引入，且製程壓力係加以調整。舉例而言，閘閥（未顯示）係用以節流控制真空泵系統550。期望地，電漿係用以產生專門用於預定材料製程的材料，及有助於在基板525上沉積材料或自基板525的曝露表面移除材料。
基板525係藉由機器人基板轉移系統透過槽閥（未顯示）及腔室饋通部（未顯示）轉移進出腔室510，其中基板係由配置於基板支架520內的基板升降銷（未顯示）加以接收，且由配置於其中的元件機械地轉移。一旦基板525係從基板轉移系統加以接收，基板525係加以下降至基板支架520的上表面。
在一替代的實施例中，基板525係藉由靜電夾具（未顯示）固定於基板支架520。此外，基板支架520進一步包含冷卻系統，該冷卻系統包含再循環的冷卻劑流，其從基板支架520接收熱且轉移熱至熱交換器系統（未顯示），或當加熱時，從熱交換器系統轉出熱。再者，氣體可遞送至基板的背面以增進基板525與基板支架520之間的氣間隙熱傳導。這樣的一個系統係使用於當基板的溫度控制係需要提高或降低溫度時。舉例而言，在超過由於從電漿遞送至基板525的熱通量與從基板525藉由傳導至基板支架520而移除的熱通量之平衡所獲得的穩定狀態溫度之溫度下，基板的溫度控制可為有用的。在其他實施例中，包含諸如電阻加熱元件、或熱電加熱器/冷卻器的加熱元件。
在第一實施例中，基板支架520進一步作為電極，射頻（RF）功率係經由該電極耦合至處理區域545中的電漿。舉例而言，基板支架520係藉由將RF功率自RF產生器530經由阻抗匹配網路532傳送至基板支架520，而以一RF電壓加以電偏壓。RF偏壓用以加熱電子及從而形成及維持電漿。在此配置中，系統運作為反應性離子蝕刻（RIE）反應器，其中腔室及上部氣體注入電極作為接地表面。典型的RF偏壓頻率之範圍從0.1 MHz至100 MHz，且可為13.56 MHz。在一替代的實施例中，RF功率係以多個頻率施加至基板支架電極。此外，阻抗匹配網路532作用為藉由最小化反射的功率而將RF功率對處理腔室510中之電漿的傳送最大化。匹配網路拓樸（例如：L型、π型、T型等）及自動控制方法係為精於本項技術之人士所熟知。
繼續參照圖7，處理氣體542（含有例如NF3
、O2
、及選用性的Ar、N2
、或Ar和N2
兩者）係經由氣體注入系統540引入至處理區域545。氣體注入系統540可包含噴淋頭，其中處理氣體542係從氣體遞送系統（未顯示）經由氣體注入充氣部（未顯示）、一系列擋板（未顯示）、及多孔噴淋頭氣體注入板（未顯示）供應至處理區域545。
真空泵系統550較佳是包含能夠高達每秒5000公升（或更大）泵速度的渦輪分子真空泵（TMP）及用於調節腔室壓力的閘閥。在用於乾電漿蝕刻的習知電漿處理裝置中，每秒1000至3000公升的TMP係加以使用。對於一般小於50毫托的低壓處理而言，TMP係有用的。在較高壓下，TMP泵速度急劇下降。對於高壓處理（即大於100毫托）而言，機械升壓泵及乾粗抽泵係加以使用。
電腦555包含微處理器、記憶體、及能夠產生控制電壓的數位I/O埠，其足以傳輸及啟動對於電漿處理系統500的輸入，及監控來自電漿處理系統500的輸出。此外，電腦555係耦接至RF產生器530、阻抗匹配網路532、氣體注入系統540、及真空泵系統550，且與上述各者交換訊息。儲存在記憶體中的程式係用以根據儲存的製程配方啟動對於上述電漿處理系統500之元件的輸入。
電漿處理系統500進一步包含上板電極570，RF功率可經由阻抗匹配網路574從RF產生器572耦合至該上板電極570。施加至上電極之RF功率的典型頻率範圍係從10 MHz至200 MHz，且較佳為60 MHz。此外，施加至下電極之功率的典型頻率範圍係從0.1 MHz至30 MHz。此外，電腦555係耦接至RF產生器572及阻抗匹配網路574，以控制對上板電極570的RF功率施加。根據一些實施例，電漿可藉由對下電極520提供RF功率而在處理腔室510內加以產生，而上板電極570可加以接地或未被供電。
使用含有O2
、NF3
、及選用性的N2
、Ar、或N2
和Ar兩者的非聚合處理氣體之Si3
N4
層的乾蝕刻係被認為包含下列蝕刻機構，其包含：在電漿中產生F自由基、F自由基擴散至Si3
N4
層、在Si3
N4
層上之F自由基的吸附、F與Si3
N4
的表面反應以形成SiF4
及NF3
蝕刻產物、及SiF4
及NF3
蝕刻產物自Si3
N4
層的解吸附及移除：
NF3
解離：
e-
+ NF3
→ NF2
+ F-
NF + NF → N2
+ 2F
NF + NF2
→ N2
+ F2
+ F
藉由加入O2
增加原子氟的產出
O + NF2
→ NF + OF
O + NF → N2
+ F2
+ F
2OF → 2F + O2
O + OF → O2
+ F
Si3
N4
蝕刻
Si3
N4
+ 24F → 3 SiF4
+ 4NF3
圖8根據本發明的一實施例顯示隨電漿處理腔室氣體壓力變化的SiN蝕刻量800、SiO2
蝕刻量802、及SiN/SiO2
蝕刻選擇性804。處理氣體由使用CCP電漿源電漿激發的NF3
、O2
、及Ar所組成。處理條件包含：施加至上板電極的0 W，以13.56 MHz施加至支撐基板之下板電極的50 W RF功率，160 sccm的O2
氣體流，480 sccm的NF3
氣體流，1000 sccm的Ar氣體流，及60秒的電漿曝光時間。下板電極（基板支架）係在15℃加以冷卻。電漿處理腔室中的氣體壓力係100毫托、300毫托、及500毫托。實驗結果顯示SiN/SiO2
蝕刻選擇性804在高於300毫托的氣體壓力下大幅增加，從在300毫托時約4增加至在500毫托時大於70。此在高於300毫托氣體壓力下之不預期的高SiN/SiO2
蝕刻選擇性804對應於半導體製造之實質無限的SiN/SiO2
蝕刻選擇性。
吾人設想，隨著增加氣體壓力之此意料之外的高SiN/SiO2
蝕刻選擇性，係至少部分由於電漿中的離子能量降低伴隨自由基通量的增加及曝露於基板之離子通量的減少。此外，施加至下板電極的低RF功率（50 W以下）產生具有低於SiN及SiO2
之濺鍍閾值之動能的電漿物種。因此，高SiN/SiO2
蝕刻選擇性係被相信幾乎完全由於SiN相對於SiO2
的熱力學有利之自由基蝕刻。
圖9根據本發明的一實施例顯示隨O2
/NF3
氣體流比例變化的SiN蝕刻量900、SiO2
蝕刻量902、及SiN/SiO2
蝕刻選擇性904。處理氣體由使用CCP電漿源電漿激發的NF3
、O2
、及Ar所組成。處理條件包含：施加至上板電極的0 W，以13.56 MHz施加至支撐基板之下板電極的50 W RF功率，變化的O2
氣體流和NF3
氣體流，1000 sccm的Ar氣體流，及60秒的電漿曝光時間。下板電極（基板支架）係在15℃加以冷卻。電漿處理腔室中的氣體壓力係500毫托。實驗結果顯示在O2
/NF3
氣體流比例在約0.1和約0.5之間時非常高的SiN/SiO2
蝕刻選擇性904。在約1/3的O2
/NF3
氣體流比例時觀察到約80的最大SiN/SiO2
蝕刻選擇性904。
根據一實施例，CCP電漿處理腔室中的氣體壓力可大於300毫托。根據一實施例，CCP電漿處理腔室中的氣體壓力係約500毫托以上。根據一些實施例，O2
/NF3
氣體流比例係在約0.1和約0.5之間、在約0.15和約0.45之間、或在約0.2和約0.4之間。根據一實施例，O2
/NF3
氣體流比例係約1/3。根據一實施例，在約0.1和約0.5之間的O2
/NF3
氣體流比例可加以選擇，其造成SiN相對於SiO2
的最大蝕刻選擇性。根據另一實施例，在約0.2和約0.4之間的O2
/NF3
氣體流比例可加以選擇，其造成SiN相對於SiO2
的最大蝕刻選擇性。
圖10根據本發明的一實施例，針對具有高自由基通量及可忽略之基板的離子轟擊之電漿製程，顯示隨氣體壓力變化的SiN蝕刻量1000、SiO2
蝕刻量1002、及SiN/SiO2
蝕刻選擇性1004。處理氣體由使用遠程電漿源電漿激發的NF3
氣體及O2
氣體所組成。觀察到約90的最大SiN/SiO2
蝕刻選擇性1004。
使用非聚合化學品以相對於其他層選擇性蝕刻SiN的基板處理方法已在各種實施例中加以揭示。上述本發明實施例的描述係呈現為說明及描述的目的。其係非意欲為詳盡的或將本發明限制為所揭示的精確形式。此說明及以下的申請專利範圍包含僅用於描述目的且不應被理解為限制的術語。精於相關技術之人士可理解，根據上述教示，許多修改和變化是可能的。精於本項技術之人士將理解對於顯示於圖中的各種元件之各種等效組合及代換。因此，本發明的範圍不受此詳細說明限定，而是由隨附申請專利範圍限定。
14‧‧‧基板
44‧‧‧ALD系統
46‧‧‧處理腔室
48‧‧‧基板支架
50‧‧‧上組件
52‧‧‧第一材料供應系統
54‧‧‧第二材料供應系統
56‧‧‧沖洗氣體供應系統
58‧‧‧輔助氣體供應系統
60‧‧‧基板溫度控制系統
62‧‧‧控制器
64‧‧‧壓力控制系統
66‧‧‧真空泵系統
68‧‧‧閥
70‧‧‧導管
100‧‧‧基板
102‧‧‧凸起特徵部
103‧‧‧水平部分
104‧‧‧SiN間隔層
105‧‧‧垂直部分
106‧‧‧SiN側壁間隔層
300‧‧‧基板
302‧‧‧SiN凸起特徵部
303‧‧‧水平部分
305‧‧‧垂直部分
306‧‧‧側壁間隔層
400‧‧‧基板
402‧‧‧凸起特徵部
403‧‧‧水平部分
404‧‧‧SiN間隔層
405‧‧‧垂直部分
407‧‧‧間隔層
410‧‧‧基板
412‧‧‧SiN凸起特徵部
413‧‧‧厚度
414‧‧‧SiN凸起特徵部
415‧‧‧高度
417‧‧‧厚度
419‧‧‧高度
500‧‧‧電漿處理系統
510‧‧‧腔室
520‧‧‧基板支架（下電極）
525‧‧‧基板
530‧‧‧RF產生器
532‧‧‧阻抗匹配網路
540‧‧‧氣體注入系統
542‧‧‧處理氣體
545‧‧‧處理區域
550‧‧‧真空泵系統
555‧‧‧電腦
570‧‧‧上板電極
572‧‧‧RF產生器
574‧‧‧阻抗匹配網路
800‧‧‧SiN蝕刻量
802‧‧‧SiO2蝕刻量
804‧‧‧SiN/SiO2蝕刻選擇性
900‧‧‧SiN蝕刻量
902‧‧‧SiO2蝕刻量
904‧‧‧SiN/SiO2蝕刻選擇性
1000‧‧‧SiN蝕刻量
1002‧‧‧SiO2蝕刻量
1004‧‧‧SiN/SiO2蝕刻選擇性
44‧‧‧ALD系統
46‧‧‧處理腔室
48‧‧‧基板支架
50‧‧‧上組件
52‧‧‧第一材料供應系統
54‧‧‧第二材料供應系統
56‧‧‧沖洗氣體供應系統
58‧‧‧輔助氣體供應系統
60‧‧‧基板溫度控制系統
62‧‧‧控制器
64‧‧‧壓力控制系統
66‧‧‧真空泵系統
68‧‧‧閥
70‧‧‧導管
100‧‧‧基板
102‧‧‧凸起特徵部
103‧‧‧水平部分
104‧‧‧SiN間隔層
105‧‧‧垂直部分
106‧‧‧SiN側壁間隔層
300‧‧‧基板
302‧‧‧SiN凸起特徵部
303‧‧‧水平部分
305‧‧‧垂直部分
306‧‧‧側壁間隔層
400‧‧‧基板
402‧‧‧凸起特徵部
403‧‧‧水平部分
404‧‧‧SiN間隔層
405‧‧‧垂直部分
407‧‧‧間隔層
410‧‧‧基板
412‧‧‧SiN凸起特徵部
413‧‧‧厚度
414‧‧‧SiN凸起特徵部
415‧‧‧高度
417‧‧‧厚度
419‧‧‧高度
500‧‧‧電漿處理系統
510‧‧‧腔室
520‧‧‧基板支架（下電極）
525‧‧‧基板
530‧‧‧RF產生器
532‧‧‧阻抗匹配網路
540‧‧‧氣體注入系統
542‧‧‧處理氣體
545‧‧‧處理區域
550‧‧‧真空泵系統
555‧‧‧電腦
570‧‧‧上板電極
572‧‧‧RF產生器
574‧‧‧阻抗匹配網路
800‧‧‧SiN蝕刻量
802‧‧‧SiO2蝕刻量
804‧‧‧SiN/SiO2蝕刻選擇性
900‧‧‧SiN蝕刻量
902‧‧‧SiO2蝕刻量
904‧‧‧SiN/SiO2蝕刻選擇性
1000‧‧‧SiN蝕刻量
1002‧‧‧SiO2蝕刻量
1004‧‧‧SiN/SiO2蝕刻選擇性
本發明更完整的理解及其中許多伴隨的優點，藉由參考下列詳細的描述與隨附圖示變得更好理解，其中：
圖1A及1B根據本發明的一實施例透過橫剖面圖示意性地顯示一種處理基板的方法；
圖2A及2B根據本發明的另一實施例透過橫剖面圖示意性地顯示一種處理基板的方法；
圖3A及3B根據本發明的又另一實施例透過橫剖面圖示意性地顯示一種處理基板的方法；
圖4A-4C根據本發明的另一實施例透過橫剖面圖示意性地顯示一種處理基板的方法；
圖5A及5B根據本發明的又另一實施例透過橫剖面圖示意性地顯示一種處理基板的方法；
圖6根據本發明的一實施例示意性地顯示原子層沉積（ALD）系統；
圖7根據本發明的一實施例示意性地顯示電容耦合電漿（CCP）系統；
圖8根據本發明的一實施例顯示隨電漿處理腔室氣體壓力變化的SiN蝕刻量、SiO2
蝕刻量、及SiN/SiO2
蝕刻選擇性；
圖9根據本發明的一實施例顯示隨O2
/NF3
氣體流比例變化的SiN蝕刻量、SiO2
蝕刻量、及SiN/SiO2
蝕刻選擇性；及
圖10根據本發明的一實施例，針對具有高自由基通量及可忽略之基板的離子轟擊之電漿製程，顯示隨氣體壓力變化的SiN蝕刻量、SiO2
蝕刻量、及SiN/SiO2
蝕刻選擇性。
300‧‧‧基板
306‧‧‧側壁間隔層
Claims (20)
- 一種基板處理方法，包含： 在一電漿處理腔室內設置一基板，該基板包括含有SiN的一第一材料及不同於該第一材料的一第二材料； 電漿激發含有NF3 和O2 的一處理氣體；及 將該基板曝露於經電漿激發的該處理氣體，以相對於該第二材料選擇性地蝕刻該第一材料。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，該第二材料係選自由Si、SiO2 、及其組合組成的群組。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中在該曝露步驟期間，在該電漿處理腔室內的氣體壓力係大於300毫托。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，O2 /NF3 氣體流比例係在約0.1和約0.5之間。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，O2 /NF3 氣體流比例係約1/3。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，更包含： 選擇在約0.1和約0.5之間的一O2 /NF3 氣體流比例，其造成該第一材料相對於該第二材料的最大蝕刻選擇性。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，在經電漿激發的該處理氣體中之電漿物種的動能係低於該第一及該第二材料的濺鍍閾值。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，形成經電漿激發之該處理氣體的步驟包含使用一電容耦合電漿源產生電漿，該電容耦合電漿源包含接地或未供電之一上板電極、及支撐該基板之RF供電的一下板電極，而施加至該下板電極的RF功率在經電漿激發之該處理氣體中產生電漿物種，該電漿物種具有低於該第一和第二材料之濺鍍閾值的動能。
- 如申請專利範圍第8項之基板處理方法，其中，施加至該下板電極的RF功率係約50 W以下。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，該處理氣體更含有Ar、N2 、或Ar及N2 。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，該處理氣體由NF3 、O2 、N2 、及Ar所組成。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，該第二材料包含在該基板上的凸起特徵部，該第一材料在該等凸起特徵部的水平和垂直部分上形成一保形膜，且該曝露步驟包含一間隔層蝕刻製程，該間隔層蝕刻製程在該等凸起特徵部的該垂直部分上形成該第一材料的側壁間隔層。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，該第二材料包含在該基板上的凸起特徵部，該第一材料在該等凸起特徵部的垂直部分上形成側壁間隔層，且該曝露步驟自該等凸起特徵部移除該第一材料的該等側壁間隔層。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，該第一材料包含在該基板上的凸起特徵部，該第二材料在該等凸起特徵部的垂直部分上形成側壁間隔層，且該曝露步驟移除該第一材料的該等凸起特徵部而非該等側壁間隔層。
- 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中，形成經電漿激發的該處理氣體之步驟包含使用一遠程電漿源產生電漿，該遠程電漿源產生高的自由基對離子通量的比例。
- 一種基板處理方法，包含： 在一電漿處理腔室內設置一基板，該基板包括：含有SiN的一第一材料，及選自由Si、SiO2 、及其組合組成的群組之一第二材料； 形成含有NF3 和O2 之經電漿激發的一處理氣體；及 將該基板曝露於經電漿激發的該處理氣體，以相對於該第二材料選擇性地蝕刻該第一材料， 其中該曝露步驟包含下列三種電漿處理條件的其中至少一者： a) 在該電漿處理腔室中之大於300毫托的氣體壓力； b) 在約0.1和約0.5之間的O2 /NF3 氣體流比例；及 c) 在經電漿激發的該處理氣體中之電漿物種的動能低於該第一和第二材料的濺鍍閾值。
- 如申請專利範圍第16項之基板處理方法，其中，該處理氣體更含有Ar、N2 、或Ar及N2 。
- 一種基板處理方法，包含： 在一電漿處理腔室內設置一基板，該基板包括含有SiN的一第一材料及不同於該第一材料的一第二材料； 形成含有NF3 和O2 之經電漿激發的一處理氣體；及 將該基板曝露於經電漿激發的該處理氣體，以相對於該第二材料選擇性地蝕刻該第一材料， 其中該曝露步驟包含將該基板實質僅曝露於經電漿激發的自由基而不曝露於離子。
- 如申請專利範圍第18項之基板處理方法，其中，該處理氣體更含有Ar、N2 、或Ar及N2 。
- 如申請專利範圍第18項之基板處理方法，其中，該第二材料係選自由Si、SiO2 、及其組合組成的群組。
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
| US201662342991P | 2016-05-29 | 2016-05-29 | |
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| US201662384481P | 2016-09-07 | 2016-09-07 | |
| US62/384,481 | 2016-09-07 |
Publications (2)
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