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TWI760421B - 使用六氟化硫之優先氮化矽蝕刻方法 - Google Patents

使用六氟化硫之優先氮化矽蝕刻方法 Download PDF

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TWI760421B
TWI760421B TW107101791A TW107101791A TWI760421B TW I760421 B TWI760421 B TW I760421B TW 107101791 A TW107101791 A TW 107101791A TW 107101791 A TW107101791 A TW 107101791A TW I760421 B TWI760421 B TW I760421B
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TW
Taiwan
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substrate
plasma
plate electrode
processing method
sin
Prior art date
Application number
TW107101791A
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TW201836010A (zh
Inventor
索南 Ｄ 夏爾巴
艾洛克 蘭傑
Original Assignee
日商東京威力科創股份有限公司
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Publication date
Application filed by 日商東京威力科創股份有限公司 filed Critical 日商東京威力科創股份有限公司
Publication of TW201836010A publication Critical patent/TW201836010A/zh
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Abstract

本發明之實施例描述基板處理方法，該基板處理方法利用非聚合化學成分以相對於半導體製造中所找到之其他材料優先地蝕刻矽氮化物。根據一實施例，處理方法包含：在電漿處理腔室中設置基板，該基板包括含矽氮化物的第一材料及不同於第一材料的第二材料；形成含SF6 的經電漿激發製程氣體；以及將基板曝露至經電漿激發製程氣體，以相對於第二材料優先地蝕刻第一材料。在一範例中，製程氣體可包含SF6 及Ar或由SF6 及Ar組成。在另一範例中，第二材料係選自由Si及SiO2 組成的群組。

Description

使用六氟化硫之優先氮化矽蝕刻方法
本發明相關於半導體製造及半導體元件之領域，且更尤其相關於相對於半導體製造中所使用之其他材料的優先矽氮化物蝕刻方法。
[相關申請案之交互參考]
本申請案相關於且主張2017年1月18日申請之美國臨時專利申請案第62/447,769號的優先權，其整體內容係併入於此，以供參考。
由於需要相對於矽氧化物(SiO2)及其他材料具有選擇性之乾式蝕刻移除矽氮化物(SiN)，故下一代半導體技術發展面臨巨大挑戰。目前用於SiN蝕刻的氟碳化學成分在狹窄遮罩開口及高縱橫比的情形中由於下凹特徵部阻塞的可能性而變得極其難以控制，且製程上的餘裕隨每一後續的技術節點而消減。因此，需要無氟碳沉積物且避開既有製程之額外挑戰的新的化學方法。
本發明之實施例描述利用非聚合化學成分以相對於半導體製造中所使用之其他材料而優先蝕刻矽氮化物的基板處理方法。
根據一實施例，方法包含：設置包括含矽氮化物之第一材料及不同於第一材料之第二材料的基板；形成含六氟化硫(SF6)之經電漿激發製程氣體；以及將基板曝露至經電漿激發製程氣體，以相對於第二材料優先地蝕刻第 一材料。在一範例中，第二材料可選自由Si及SiO2組成的群組。在一範例中，製程氣體可由SF6及Ar組成。
根據一實施例，方法包含：在電漿處理腔室中設置包括含SiN之第一材料及選自由Si及SiO2組成之群組之第二材料的基板；形成含SF6及Ar之經電漿激發製程氣體；以及將基板曝露至經電漿激發製程氣體，以相對於第二材料優先地蝕刻第一材料。
根據一實施例，方法包含：在電漿處理腔室中設置包括含SiN之第一材料及含SiO2之第二材料的基板；形成含SF6及Ar的經電漿激發製程氣體；以及將基板曝露至經電漿激發製程氣體，以在大於30之SiN/SiO2蝕刻選擇性的情況下，相對於第二材料優先地蝕刻第一材料，其中曝露步驟包含將基板曝露至具有低於第一及第二材料之濺射臨界值之動能的離子。
14:基板
44:系統
46:腔室
48:基板固持器
50:上部組件
52:處理元件(材料供應系統)
54:處理元件(材料供應系統)
56:處理元件(排淨氣體供應系統)
58:處理元件(輔助氣體供應系統)
60:處理元件(基板溫度控制系統)
62:控制器
64:壓力控制系統
66:真空泵抽系統
68:閥
70:導管
100:基板
102:凸起特徵部
103:水平部
104:SiN間隔件層
105:垂直部
106:SiN側壁間隔件
200:基板
202:凸起特徵部
203:水平部
205:垂直部
206:側壁間隔件
300:基板
302:凸起特徵部
303:水平部
304:SiN間隔件層
305:垂直部
410:基板
412:SiN凸起特徵部
413:厚度
414:經修整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:基板固持器(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:製程氣體
545:處理區域
550:真空泵抽系統
555:電腦
570:上部板電極
572:RF產生器
574:阻抗匹配網路
藉由在結合附圖考量的情況下參考以下實施方式，將輕易獲得對本發明及其許多伴隨優點的更完整的了解，且其變得受到更好的理解，其中：圖1A~1C示意性顯示根據本發明之一實施例之基板處理方法的橫剖面視圖；圖2A及2B示意性顯示根據本發明之一實施例之基板處理方法的橫剖面視圖；圖3A及3B示意性顯示根據本發明之一實施例之基板處理方法的橫剖面視圖； 圖4A及4B示意性顯示根據本發明之一實施例之基板處理方法的橫剖面視圖；圖5示意性顯示根據本發明之一實施例的原子層沉積(ALD,atomic layer deposition)系統；圖6示意性顯示根據本發明之一實施例的電容耦合電漿(CCP,capacitively coupled plasma)系統；以及圖7顯示根據本發明之一實施例之作為電漿製程腔室氣體壓力之函數的SiN蝕刻量、SiO2蝕刻量、及SiN/SiO2蝕刻選擇性。
本發明之實施例描述利用非聚合化學成分以在相對於其他材料之高蝕刻選擇性的情況下優先蝕刻矽氮化物的基板處理方法。在一實例中，可達到大於30的SiN/SiO2蝕刻選擇性。
圖1A~1C示意性顯示根據本發明之一實施例之基板處理方法的橫剖面圖。圖1A顯示基板100、基板100上之凸起特徵部102、及保形沉積於凸起特徵部102及基板100之曝露表面上的SiN間隔件層104。在此實施例中，SiN間隔件層104稱為第一材料，且凸起特徵部102稱為第二材料。凸起特徵部102的曝露表面包含垂直部105及水平部103。例如，基板100及凸起特徵部102可包含Si或SiO2、或者由Si或SiO2組成。在一範例中，基板100由Si組成，且凸起特徵部102由SiO2組成。在微電子元件的一些範例中，凸起特徵部102稱為鰭部。如本文中所使用，符號「SiN」包括含矽及氮作為主要組分的材料層，其中該等層可具有一系列的Si及N成分。Si3N4係熱力學上最穩定的矽氮化物，且因此係商業上最重要的矽氮化物。然而，本發明的實施 例可應用於具有廣泛系列之Si及N成分的SiN材料層。可用於沉積SiN間隔件層104的ALD系統係示意性顯示於圖6中。
間隔件蝕刻製程可在圖1A中所示的結構上執行，以形成圖1B中所示的結構。間隔件蝕刻製程可利用氟碳化學成分(例如，C4F6或CH3F)，以藉由以下操作在凸起特徵部102的垂直部105上形成SiN側壁間隔件106：從水平部103非等向性移除SiN間隔件層104，而留下垂直部105上的SiN間隔件層104。在形成SiN側壁間隔件106之後，可執行等向性蝕刻製程，以利用凸起特徵部102及SiN側壁間隔件106作為遮罩來蝕刻曝露之基板100中的下凹特徵部(未顯示)。
根據一實施例，SiN側壁間隔件106係在乾式蝕刻製程中利用非聚合製程氣體而從凸起特徵部102之垂直部105加以移除。本發明人已發現非聚合製程氣體提供SiN相對於SiO2及其他材料之優良的優先乾式蝕刻移除。這與目前既有之用於SiN蝕刻的氟碳化學成分不同，目前既有之用於SiN蝕刻的氟碳化學成分在狹窄特徵部開口及高縱橫比特徵部的情形中由於來自氟碳化學成分的聚合物沉積通量而極其難以控制。所產生的結構係顯示於圖1C中。SiN側壁間隔件106的移除可藉由以下操作進行：對含SF6及選用Ar之非聚合製程氣體進行電漿激發、及將基板100曝露至經電漿激發製程氣體。在一些範例中，非聚合製程氣體包含SF6及Ar，或由SF6及Ar組成。
非聚合製程氣體可利用諸多不同的電漿源進行電漿激發。根據一實施例，電漿源可包含電容耦合電漿(CCP)源，該CCP源包含上部板電極及支撐基板的下部板電極。射頻(RF)功率可使用RF產生器及阻抗網路而提供至上部板電極、下部板電極、或上部板電極及下部板電極兩者。施加至上部板電 極之RF功率的常見頻率的範圍從10MHz至200MHz，且可為60MHz。在一些範例中，上部板電極可接地或不受供電。此外，施加至下部板電極之RF功率的常見頻率的範圍從0.1MHz至100MHz，且可為13.56MHz。可用以執行間隔件蝕刻製程的CCP系統係示意性顯示於圖6中。根據另一實施例，可使用能夠產生高自由基對離子通量比的遠端電漿源。
圖2A及2B示意性顯示根據本發明之一實施例之基板處理方法的橫剖面視圖。圖2A顯示基板200、基板200上之SiN凸起特徵部202、及形成於SiN凸起特徵部202之垂直部205上的側壁間隔件206。在此實施例中，SiN凸起特徵部202稱為第一材料，且側壁間隔件206稱為第二材料。SiN凸起特徵部202的水平部203係藉由先前之蝕刻製程而曝露。例如，基板200及側壁間隔件206可包含Si或SiO2，或由Si或SiO2組成。在一範例中，基板200由Si組成，且側壁間隔件206由SiO2組成。SiN凸起特徵部202乃犧牲特徵部且通常稱為芯軸，且後續之SiN凸起特徵部202的移除通常稱為芯軸拉除。圖2A中所示之結構可藉由利用習知沉積、微影、及蝕刻製程而建立SiN凸起特徵部202而形成。之後，側壁間隔件206可藉由以下操作形成：在SiN凸起特徵部202之曝露表面上沉積保形層(未顯示)；及之後利用非等向性蝕刻製程從水平部203非等向性地移除保形層而留下垂直部205上的覆層。
根據一實施例，SiN凸起特徵部202係在乾式蝕刻製程中從基板200移除。基板200上具有獨立式(free-standing)SiN側壁間隔件206的結果結構係顯示於圖2B中。根據本發明的一實施例，從基板200移除SiN凸起特徵部202包含：對含SF6及選用Ar的非聚合製程氣體進行電漿激發；及將基板200 曝露至經電漿激發的製程氣體。在一些範例中，非聚合製程氣體包含SF6及Ar，或由SF6及Ar組成。
圖3A及3B示意性顯示根據本發明之一實施例之基板處理方法的橫剖面視圖。圖3A顯示基板300、基板300上之凸起特徵部302、及保形地形成於凸起特徵部302及基板300之曝露表面上的SiN間隔件層304。在此實施例中，SiN間隔件層304稱為第一材料，且凸起特徵部302稱為第二材料。凸起特徵部302的曝露表面包含垂直部305及水平部303。例如，基板300及凸起特徵部302可包含Si或SiO2、或者由Si或SiO2組成。在一範例中，基板300由Si組成，且凸起特徵部302由SiO2組成。在微電子元件的一些範例中，凸起特徵部302稱為鰭部。
根據本發明之一實施例中，圖3A中之結構係曝露至經電漿激發之含SF6及選用Ar的非聚合製程氣體。結果結構係顯示於圖3B中，其中來自圖3A之SiN間隔件層304已在等向性蝕刻製程中被削薄。在一些範例中，非聚合製程氣體包含SF6及Ar，或由SF6及Ar組成。
圖4A及4B示意性顯示根據本發明之一實施例之基板處理方法的橫剖面視圖。圖4A顯示基板410及基板410上之SiN凸起特徵部412。在此實施例中，SiN凸起特徵部402稱為第一材料，且基板410稱為第二材料。SiN凸起特徵部412在基板410上具有厚度413及高度415。例如，基板410可包含Si或SiO2、或者由Si或SiO2組成。
根據一實施例，SiN凸起特徵部412係在乾式蝕刻製程中藉由以下操作加以削薄：對含SF6及選用Ar的非聚合製程氣體進行電漿激發；及將基板410曝露至經電漿激發的製程氣體。曝露操作形成具有厚度417及高度419 的經修整SiN凸起特徵部414，其中厚度417小於厚度413，且高度419小於高度415。在一範例中，非聚合製程氣體包含SF6及Ar，或由SF6及Ar組成。對經電漿激發之製程氣體的曝露可在等向性處理條件下執行，例如藉由利用能夠產生高自由基對離子通量比的遠端電漿而執行。
返回參考圖1A，保形沉積SiN間隔件層104的技術可包含單分子層沉積(MLD,monolayer deposition)方法。例如，MLD方法可包含ALD方法，其係基於藉由化學吸附形成反應性前驅物分子之飽和單分子層的原理。例如，用以形成AB膜的常見MLD製程由以下操作組成：持續一段時間注入第一前驅物或反應物A(RA,reactant A)，其中在基板上形成A的飽和單分子層。然後，利用惰性氣體Gi從腔室排淨RA。然後，亦持續一段時間注入第二前驅物或反應物B(RB,reactant B)至腔室中，以使B與A結合並在基板上形成層AB。然後從腔室排淨RB。導入前驅物或反應物、使反應器排淨、導入另一或同一前驅物或反應物、及使反應器排淨的此製程可重複數次，以達成具有期望厚度的AB膜。在每一ALD循環中所沉積之AB膜的厚度的範圍可從約0.5埃至約2.5埃。
在一些實施例中，當形成AB膜時，MLD製程可包含注入於第一步驟期間被吸附至基板上之含ABC的前驅物，，且然後在第二步驟期間移除C。
根據本發明的一實施例，SiN間隔件層104可在ALD系統中藉由ALD沉積製程而沉積，該ALD系統的一範例係顯示為圖5中之包含製程腔室46的ALD系統44，該製程腔室46具有用以於其上方支撐基板14的基板固持器48。製程腔室46更包含上部組件50(例如，噴淋頭)及基板溫度控制系統 60，該上部組件50係耦接至第一製程材料供應系統52(其可提供含矽氣體)、第二製程材料供應系統54(其可提供含氮氣體)、排淨氣體供應系統56、及一或更多輔助氣體供應系統58(其可提供稀釋氣體、或沉積期望間隔件層材料所必需的其他氣體)。
控制器62可耦合至一或更多額外的控制器/電腦(未顯示)，該控制器62可從額外的控制器/電腦獲得設定及/或配置資訊。控制器62可用以配置任何數目的處理元件52、54、56、58、60且可收集、提供、處理、儲存、及/或顯示來自以上處理元件的資料。控制器62可包含用以控制處理元件52、54、56、58、60其中一或更多者的數個應用，且可視需要包含圖形使用者介面(「GUI,graphical user interface」)(未顯示)，其可提供使用者利用介面的便利，以監控及/或控制處理元件52、54、56、58、60其中一或更多者。
製程腔室46係進一步經由導管70耦接至包含真空泵抽系統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製程腔室10排空至適於形成SiN間隔件層104且適於使用第一和第二製程材料的壓力。真空泵抽系統66可包含渦輪分子真空泵(TMP,Turbo-molecular vacuum pump)或能夠高達每秒約5000公升(或更大)之泵抽速度的低溫泵，且閥68可包含用以節流腔室壓力的閘閥。再者，用以監控腔室製程的裝置(未顯示)可耦接至處理腔室46。舉例而言，壓力控制系統64可配置成在ALD製程期間將製程腔室壓力控制在約0.1Torr和約100Torr之間。
第一和第二材料供應系統52、54，排淨氣體供應系統56，及一或更多輔助氣體供應系統58之每一者可包含一或更多壓力控制裝置、一或更多流動控制裝置、一或更多過濾器、一或更多閥、及/或一或更多流動感測器。流動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，氣體可依序且交替地被脈衝輸送至處理腔室46中，其中每一氣體脈衝的長度可例如在約0.1秒和約100秒之間。或者，每一氣體脈衝的長度可在約1秒和約10秒之間。對於含矽及含氮氣體而言，例示性氣體脈衝長度可在約0.3秒和約3秒之間，例如約1秒。例示性排淨氣體脈衝可在約1秒和約20秒之間，例如約3秒。仍參考圖5，控制器62可包含微處理器、記憶體、及數位I/O埠，其能夠產生足以傳輸及啟動對ALD系統44之輸入且足以監控來自ALD系統44之輸出的控制電壓。再者，控制器62可耦合至處理腔室46，基板固持器48，上部組件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資訊。舉例而言，儲存在控制器62之記憶體中的程式可用以根據製程配方啟動對ALD系統44之前述元件的輸入，以執行沉積製程。
控制器62可實施為通用電腦系統，其響應於處理器(該處理器執行在記憶體中所儲存之一或更多序列的一或更多指令)而執行本發明之基於微處理器之處理步驟的一部分或全部。如此之指令可從另外的一電腦可讀媒體(例如，硬碟或可移除式媒體驅動機)被讀入至控制器記憶體中。多處理設置中的一或更多處理器亦可用作控制器微處理器，以執行主記憶體中所儲存的指令序列。在替代性實施例中，硬佈線電路可用以取代軟體指令，或與軟體指令結合使用。因此，實施例不受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(例如，控制器記憶體)，用以儲存根據本發明之教示編程的指令，且用以儲存實施本發明可能需要的資料結構、表、記錄、或其他資料。電腦可讀媒體的範例係硬碟、軟碟、磁帶、磁光碟、PROM(EPROM、EEPROM、快閃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、紙帶、或其他具有孔洞圖案的實體媒體、(以下描述之)載波、或電腦可進行讀取的任何其他媒體。
軟體係儲存於電腦可讀媒體的任何一者或組合中，以控制控制器62，從而驅動裝置或複數裝置以實施本發明，且/或使控制器62能夠與人類使用者進行互動。如此之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。如此之電腦可讀媒體更包含本發明的電腦程式產品，用以執行(實施本發明所執行之)處理的全部或部分(若處理乃分散式)。
電腦程式碼裝置可為任何可譯或可執行的程式碼機制，包含但不限於腳本、可譯程式、動態聯結庫(DLL,dynamic link library)、Java類、及完整可執行程式。再者，為了較佳的性能、可靠性、及/或成本，本發明之處理的一部分可為分散式。
如本文使用的用語「電腦可讀媒體」是指參與提供指令至控制器62之處理器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，例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。再者，實行(供控制器62之處理器進行執行的)一或更多序列之一或更多指令可涉及諸多形式的電腦可讀媒體。例如，指令最初可承載於遠端電腦的磁碟上。遠端電腦可將遠端實施本發明之全部或部分所用的指令加載至動態記憶體中，並經由網路發送指令至控制器62。
控制器62可相對於ALD系統44而局域設置，或可相對於ALD系統44而遠端設置。例如控制器62可利用直接連接、網內網路、網際網路、及無線連接其中至少一者而與ALD系統44交換資料。控制器62可耦合至例如客戶位置(即元件製造商等)處的網內網路，或可耦合至例如供應商位置(即設備製造商)處的網內網路。此外，舉例而言，控制器62可耦合至網際網路。再者，另一電 腦(即控制器、伺服器等)可例如對控制器62進行存取，從而經由直接連接、網內網路、及網際網路其中至少一者而交換資料。亦如熟悉本技術領域者將察知，控制器62可經由無線連接與沉積系統44交換資料。
SiN間隔件層104的沉積可藉由順序式及交替式脈衝序列加以進行，以沉積SiN間隔件層104材料的不同成分(在本文中例如矽及氮)。由於ALD製程在每一氣體脈衝通常沉積少於一單分子層之成分，故利用膜層之不同成分的單獨的沉積序列以形成均質材料係可行的。每一氣體脈衝可包含分別的排淨或排空步驟，以從處理腔室46移除未經反應之氣體或副產物。根據本發明的其他實施例，可省略排淨或排空步驟其中一或更多者。
因此，且以例示性實施例為例，具有經處理之凸起特徵部102的基板14係設置於ALD系統44的處理腔室46中，且依序被曝露至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(例如，用於PEALD系統)、或其組合，且可選地包含例如氬(Ar)的惰性氣體。
矽可在凸起特徵部102的表面上進行反應，以形成小於單分子層厚度的化學吸附層。來自含氮氣體之氣體脈衝的氮然後可與經化學吸附的表面層進行反應。藉由重複此順序式氣體曝露，即藉由交替進行兩曝光步驟複數次，可實現每循環約1埃(10-10公尺)的逐層生長，直到達成期望的厚度。
圖6中所繪示的例示性電漿處理系統500包含腔室510、待處理基板525固定於其上的基板固持器520(下電極)、氣體注入系統540、及真空泵抽系統550。腔室510係配置成有助於在基板525之表面附近的處理區域545中產生電漿，其中電漿係經由受加熱電子與可離子化氣體之間的碰撞而形成。可離子化氣體或氣體的混合物係經由氣體注入系統540而導入，並且調整製程壓力。例如，閘閥(未顯示)係用以節流真空泵抽系統550。期望地，電漿係用以產生針對 預定材料製程的材料，且用以輔助材料沉積至基板525或從基板525的曝露表面移除材料。
基板525係藉由自動機器基板轉移系統透過槽閥(未顯示)及腔室饋通部(未顯示)而被轉移進出腔室510，其中該基板525係被容納於基板固持器520內的基板抬升銷(未顯示)接收，且藉由容納於其中的裝置而機械式移動。一旦基板525自基板轉移系統被接收，該基板525被降低至基板固持器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)固定至基板固持器520。再者，基板固持器520更包含冷卻系統，該冷卻系統包含再循環冷卻劑流，其從基板固持器520接收熱量並且轉移熱量至熱交換器系統(未顯示)，或當加熱時，從熱交換器系統轉出熱量。再者，氣體可被輸送至基板的背側，以改善基板525與基板固持器520之間的氣體間隙熱導率。如此之系統係當基板的溫度控制需要處於升高或降低溫度時加以利用。例如，基板的溫度控制在超過穩態溫度(其係由於以下者的平衡而達成：從電漿輸送至基板525之熱通量與經由傳導至基板固持器520而從基板525移除之熱通量)的溫度下可具有用處。在其他實施例中，包含加熱元件，例如電阻加熱元件或熱電加熱器/冷卻器。
在第一實施例中，基板固持器520更用作電極，射頻(RF)功率係經由該電極而耦合至處理區域545中的電漿。例如，基板固持器520係藉由將來自RF產生器530的RF功率透過阻抗匹配網路532傳輸至基板固持器520而以RF電壓加以電偏壓。RF偏壓用以加熱電子並藉此形成並維持電漿。在此配置中，系統運作為反應性離子蝕刻(RIE,reactive ion etch)反應器，其中腔室及上部氣體注入電極用作接地表面。RF偏壓之常見頻率的範圍從0.1MHz至100MHz，且可為13.56MHz。在一替代的實施例中，RF功率係以複數頻率被施加至基板固持器 電極。再者，阻抗匹配網路532用以藉由使反射功率最小化而使傳輸至處理腔室10中之電漿的RF功率最大化。匹配網路拓樸(如L型、π型、T型等)及自動控制方法在本技術領域中為已知。
繼續參考圖7，製程氣體542(例如含SF6及選用性地含Ar)係經由氣體注入系統540導入至處理區域545中。氣體注入系統540可包含噴淋頭，其中製程氣體542係從氣體輸送系統(未顯示)透過氣體注入充氣部(未顯示)、一序列擋板(未顯示)、及多孔噴淋頭氣體注入板(未顯示)而供應至處理區域545。
真空泵抽系統550較佳地包含具有高達每秒5000公升(或更大)泵抽速度之能力的渦輪分子真空泵(TMP)及用以節流腔室壓力的閘閥。在用於乾式電漿蝕刻的習知電漿處理裝置中採用每秒1000至3000公升的TMP。TMP有助於通常小於50mTorr的低壓力處理。在較高壓力下，TMP泵抽速度急劇下降。對於高壓力處理(即大於100mTorr)而言，使用機械升壓泵及乾式粗抽泵。
電腦555包含微處理器、記憶體、及數位I/O埠，其能夠產生足以傳輸及啟動對電漿處理系統500之輸入且足以監控來自電漿處理系統500之輸出的控制電壓。再者，電腦555係耦合至RF產生器530、阻抗匹配網路532、氣體注入系統540、及真空泵抽系統550，且與上述各者交換資訊。儲存於記憶體中的程式係用以根據所儲存的製程配方啟動對於電漿處理系統500之前述元件的輸入。
電漿處理系統500更包含上部板電極570，來自RF產生器572的RF功率可透過阻抗匹配網路574耦合至該上部板電極570。施加至上部板電極的RF功率的常見頻率的範圍係從10MHz至200MHz，且較佳為60MHz。此外，施加至下電極之功率的常見頻率的範圍係從0.1MHz至30MHz。再者，電腦555係耦合至RF產生器572及阻抗匹配網路574，以控制施加至上部板電極570的RF功 率。根據一些實施例，電漿可藉由對下電極520進行RF供電而產生於製程腔室510中，而上部板電極570可接地或不受供電。
吾人認為利用含SF6及選用Ar之非聚合製程氣體之SiN層的乾式蝕刻包含以下蝕刻機制：在電漿中產生F自由基、F自由基擴散至Si3N4層、F自由基吸附至SiN層上、F與SiN進行表面反應以形成SiF4蝕刻產物、及從SiN層移除SiF4蝕刻產物。
圖7顯示根據本發明之實施例之作為電漿製程腔室氣體壓力之函數的SiN蝕刻量、SiO2蝕刻量、及SiN/SiO2蝕刻選擇性。由SF6氣體及Ar氣體組成的製程氣體係利用CCP電漿源進行電漿激發。處理條件包含施加至上部板電極0W、施加至用以支撐基板之下部板電極的13.56MHz下的100W RF功率、450sccm的SF6氣體流及1000sccm的Ar氣體流、及300秒的電漿曝露時間。下部板電極(基板固持器)在15℃下進行冷卻。電漿製程腔室中的氣體壓力係200mTorr、300mTorr、400mTorr、及500mTorr。實驗結果顯示：在大於300mTorr的氣體壓力下，SiN/SiO2蝕刻選擇性大幅增加，從300mTorr下之大約5增加至500mTorr下之大於38。在大於300mTorr之氣體壓力下，如此意料之外高的SiN/SiO2蝕刻選擇性對應於半導體製造用之實質上無限大的SiN/SiO2蝕刻選擇性。因此，根據一實施例，可輕易地達成大於30的SiN/SiO2蝕刻選擇性。
吾人認為，當氣體壓力增加時，如此之意料之外的高SiN/SiO2蝕刻選擇性係至少部分地由於電漿中離子能量的降低，其伴隨著自由基通量的增加及基板所曝露之離子通量的降低。進一步講，施加至下部板電極的低RF功率(<100W)係低於藉由電漿激發製程氣體中之離子的第一及第二材料之濺射臨界值。換言之，在經電漿激發製程氣體中所產生的離子不具有足以對第一及第二材料進行濺射蝕刻的動能。因此，吾人相信，高SiN/SiO2蝕刻選擇性係完全由於相對於SiO2，在熱力學上優先對SiN進行自由基蝕刻。
根據一實施例，可利用包含上部板電極及用以支撐基板之下部板電極的電容耦合電漿(CCP)源產生經電漿激發的製程氣體，其中上部板電極係接地，且施加至下部板電極的RF功率在電漿中產生離子，該等離子具有低於第一及第二材料之濺射臨界值的動能。在一範例中，可將約100W或更低的RF功率(例如，<80W、<60W、<40W等)施加至CCP系統的下部板電極。施加至下部板電極之RF功率的頻率可為13.56MHz。根據一些實施例，SF6氣體流可介於約50sccm與約500sccm之間，且Ar氣體流可介於約0sccm與約1000sccm之間。
本揭露內容已描述利用非聚合化學成分以相對於(半導體製造中所使用之)其他材料優先地蝕刻矽氮化物之基板處理方法的複數實施例。本發明之實施例的上述說明已針對說明及描述之目的而呈現。其並非意圖詳盡無疑，或意圖將本發明限制於所揭露的精確形式。本描述內容及隨後之申請專利範圍包括僅用於描述性目的且不應被解釋為限制性的用語。熟悉相關領域者可察知，就上述教示而言，許多修改及變化是可能的。因此，本發明的範疇並非意在受限於實施方式，而是受限於本文所附的申請專利範圍。
100‧‧‧基板
102‧‧‧凸起特徵部
103‧‧‧水平部
105‧‧‧垂直部
106‧‧‧SiN側壁間隔件

Claims (14)

  1. 一種基板處理方法，包含：設置步驟，在一電漿處理腔室中設置一基板，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；形成步驟，形成含SF6的一經電漿激發製程氣體，其中形成該經電漿激發製程氣體的步驟包含利用一電容耦合電漿源產生一電漿，該電容耦合電漿源包含一上部板電極及支撐該基板的一下部板電極，且其中該上部板電極係接地或不受供電，且射頻(RF,radio frequency)功率係施加至該下部板電極以在該上部板電極與該下部板電極之間的一處理區域產生該電漿；以及曝露步驟，將該基板曝露至該經電漿激發製程氣體，以相對於該第二材料優先地蝕刻該第一材料，其中該曝露步驟包含將該基板曝露至具有低於該第一及第二材料之一濺射臨界值之動能的離子，且其中該些離子的動能係由施加至該下部板電極的該RF功率加以供應。
  2. 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及SiO2組成的群組。
  3. 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SiO2，且SiN/SiO2蝕刻選擇性係大於30。
  4. 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，大於約300mTorr的一氣體壓力係維持於該電漿處理腔室中。
  5. 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，約500mTorr或更大的一氣體壓力係維持於該電漿處理腔室中。
  6. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中施加至該下部板電極的該RF功率約為100W或更低。
  7. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中施加至該下部板電極的該RF功率的頻率係13.56MHz。
  8. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中該經電漿激發製程氣體更包含Ar。
  9. 如申請專利範圍第1項之基板處理方法，其中該經電漿激發製程氣體由SF6及Ar組成。
  10. 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該基板上的複數凸起特徵部，該第一材料形成該等凸起特徵部之垂直部上的複數側壁間隔件，且該曝露步驟從該等凸起特徵部移除該等側壁間隔件。
  11. 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該基板上的複數凸起特徵部，該第二材料形成該等凸起特徵部之垂直部上的複數側壁間隔件，且該曝露步驟移除該等凸起特徵部，但不移除該等側壁間隔件。
  12. 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該基板上的複數凸起特徵部，該第一材料形成該等凸起特徵部上的一保形膜，且該曝露步驟等向性地削薄該保形膜。
  13. 一種基板處理方法，包含：設置步驟，在一電漿處理腔室中設置一基板，該基板包括含SiN的一第一材料及含SiO2的一第二材料；形成步驟，形成含SF6及Ar的一經電漿激發製程氣體，其中形成該經電漿激發製程氣體的步驟包含利用一電容耦合電漿源產生一電漿，該電容耦合電漿 源包含一上部板電極及支撐該基板的一下部板電極，且其中該上部板電極係接地或不受供電，且射頻(RF,radio frequency)功率係施加至該下部板電極；以及曝露步驟，將該基板曝露至該經電漿激發製程氣體，以在大於30之SiN/SiO2蝕刻選擇性的情況下，相對於該第二材料優先地蝕刻該第一材料，其中該曝露步驟包含將該基板曝露至具有低於該第一及第二材料之一濺射臨界值之動能的離子，且其中該些離子的動能係由施加至該下部板電極的該RF功率加以供應。
  14. 如申請專利範圍第13項之基板處理方法，其中，在該曝露步驟期間，約500mTorr或更大的一氣體壓力係維持於該電漿處理腔室中。
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