[發明專利]高K介電材料的選擇性蝕刻

有效

• 申請號: 200910134428.4
• 申請日: 2009-04-10
• 公開（公告）號: CN101556920A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 裴英德;符謙;李源哲;劉身健
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311;H01L21/027;H01L21/3065;H01L21/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 余 剛;吳孟秋

背景技術

本發明涉及半導體器件制作過程中的蝕刻工藝。更具體 地，本發明涉及用于具有高k介電常數材料層的半導體器件的蝕刻 工藝。

傳統上，ONO(氧化矽)層已經用于存儲裝置的閃存柵 極堆棧。然而，ONO的介電常數不足以滿足日益增加的工作電壓要 求。因此，引入高介電常數材料(也稱為高k介電材料)以替代ONO。

SiO2的介電常數大約為3.9。如果用高k材料(像Al₂O₃， 氧化鋁)替代SiO₂，介電常數將增加到大約9.0。除了Al₂O₃，HfO₂和Ta₂O₃也認為是閃存柵極堆棧中替換ONO的高k材料的候選。其 中，使用Al₂O₃、HfO₂和Al₂O₃/HfO₂/Al₂O₃夾層結構。

然而，發現蝕刻高k介電材料相比于蝕刻ONO更加困難， 因為其蝕刻副產物不易揮發。因為這一點，所以發現高k介電材料 的蝕刻速率和對多晶硅膜的蝕刻比相比于ONO膜低得多。為了增加 高k材料對多晶硅的蝕刻速率和選擇比，人們已經進行了許多努力。 為了實現對多晶硅的良好的蝕刻比，傳統的BCl₃基蝕刻化學制劑要 求低偏置電壓。然而，這種低偏壓BCl₃工藝有嚴重的微負載問題。

發明內容

為了實現前面所述以及按照本發明的目的，提供一種相 對多晶硅材料選擇性蝕刻高k電介質層的方法。該高k電介質層由Ar 濺射部分去除，然后使用包含BCl₃的蝕刻氣體蝕刻該高k電介質層。 該高k電介質層和該多晶硅材料可形成在基片。為了部分去除該高k 電介質層，將含有Ar的濺射氣體提供進設置該基片的蝕刻室，由該 濺射氣體生成等離子，然后停止該濺射氣體。為了蝕刻該高k電介 質層，將該蝕刻氣體提供進該蝕刻室，由該蝕刻氣體生成等離子， 然后停止該蝕刻氣體。

在本發明另一表現形式中，提供一種相對多晶硅材料選 擇性蝕刻多層堆棧中的高k電介質層的方法。該堆棧包括形成在基 片上的圖案化的第一多晶硅層，該高k電介質層形成在該第一多晶 硅層上，第二多晶硅層形成在該高k電介質層之上。穿過具有密集 區域和稀疏區域的掩模特征的掩模蝕刻該第二多晶硅層。穿過該掩 模相對該圖案化多晶硅層選擇性蝕刻該高k電介質層。該高k電介質 層的選擇性蝕刻包括(a)通過Ar濺射部分去除該高k電介質層，以 及(b)使用包含BCl₃的蝕刻氣體進一步蝕刻該高k電介質層。通過 Ar濺射的部分去除與使用該蝕刻氣體的進一步蝕刻的結合減小關 于該密集區域和該稀疏區域的微負載。

在本發明的另一表現形式中，提供一種相對多晶硅材料 選擇性蝕刻高k電介質層的設備。該設備包括等離子處理室。該等 離子處理室包括形成等離子處理室外殼的室壁，用于在該等離子處 理室外殼內支撐基片的基片支撐件，調節該等離子處理室外殼中壓 力的壓力調節器，至少一個用于提供功率至該等離子處理室外殼以 維持等離子的電極，用于提供氣體進入該等離子處理室外殼的氣體 入口，和用于從該等離子處理室外殼排出氣體的氣體出口。該等離 子處理室進一步包括與該氣體入口流體連通的氣體源。該氣體源包 括濺射氣體源和高k電介質蝕刻氣體源?？刂破饕钥煽刂频胤绞竭B 接到該氣體源和該至少一個電極。該控制器包括至少一個處理器， 以及具有用于相對該多晶硅材料選擇性蝕刻該高k電介質層的計算 機可讀代碼的計算機可讀介質。該計算機可讀代碼包括用于從該濺 射氣體源提供Ar濺射氣體的計算機可讀代碼，用于由該濺射氣體生 成等離子以部分去除該高k電介質層的計算機可讀代碼，用于停止 該濺射氣體的計算機可讀代碼，用于從該高k電介質蝕刻氣體源提 供蝕刻氣體的計算機可讀代碼，用于由該蝕刻氣體生成等離子以蝕 刻該高k電介質層的計算機可讀代碼和用于停止該蝕刻氣體的計算 機可讀代碼。

本發明的這些和其他特征將在下面的具體描述中結合附 圖更詳細地說明。

附圖說明

在附圖中，本發明作為示例而不是作為限制來說明，其 中類似的參考標號指出相似的元件，其中：