[發明專利]氮化硅高深寬比孔的刻蝕方法

有效

• 申請號: 201210229544.6
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN103531464A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 孟令款
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產權代理事務所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

技術領域

本發明屬于半導體集成電路制造領域，更具體地說，涉及一種氮化硅薄膜高深寬比孔的刻蝕方法。

背景技術

接觸孔刻蝕是超大規模集成電路的關鍵技術，隨著CMOS進入32nm后的工藝時代，高深寬比孔刻蝕及其填充對器件的良率有相當大的影響。對于先進的存儲器而言，深寬比已經達到了40∶1以上的比例，這使得挑戰更加巨大。

傳統的CMOS器件的接觸孔刻蝕的介質是二氧化硅薄膜，作為另一應用廣泛的電介質材料氮化硅，由于其K值及應力較大幾乎沒有使用其作為ILD層。它主要用于硬掩摸、刻蝕或者CMP的停止層。

與氧化硅薄膜的刻蝕相類似，對于氮化硅薄膜，一般采用碳氟基氣體如CF₄、CHF₃、CH₂F₂、CH₃F等來刻蝕。當前，在主流CMOS集成電路制造中，接觸孔刻蝕的介質以二氧化硅為主，沒有用到氮化硅。但是，隨著半導體集成電路的深入發展，氮化硅作為孔刻蝕的一種電介質材料，在三、五族光電晶體器件中有了用武之地。

對于氮化硅，從材料上來講，氮化硅的生長、制備一般采用PECVD及LPCVD的方式，其與氧化硅相比，氮化硅的鍵能較低，易于打開，所以刻蝕二氧化硅的氣體都可以用來刻蝕氮化硅，并且可獲得較高的刻蝕速度。不同之處在于，氮化硅在采用含氫碳氟基氣體刻蝕時，易于產生聚合物，如果在深孔中則難于去除，極易影響深孔的陡直度及CD的大小。因此，當需要制備深寬比為5∶1(CD在100nm左右)以上的深孔時，聚合物在側壁沉積的量的多少至關重要，它決定刻蝕的形貌及反應的進程。如果聚合物太少，則難以獲得理想的刻蝕形貌，并且選擇比低，難以控制孔的關鍵尺寸CD的大小；然而，如果深孔中沉積太多的碳氟聚合物薄膜，則將對側壁及底部起到化學抑制劑的作用，會導致刻蝕中止。

因此，需要一種能夠控制深孔中碳氟聚合物沉積量的氮化硅薄膜的孔刻蝕方法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種氮化硅薄膜高深寬比孔的刻蝕方法，既可控制深孔側壁上的碳氟聚合物的沉積量、又可去除已沉積在深孔底部的聚合物以保證刻蝕可以繼續進行，進而能夠調節孔的刻蝕形貌。

實現本發明目的的技術方案是：

一種氮化硅高深寬比孔的刻蝕方法，首先將已經形成半導體所需圖形的氮化硅薄膜的半導體器件放入刻蝕腔體內，接著還包括如下步驟：采用干法等離子體工藝，向所述刻蝕腔體內通入高碳鏈分子碳氟基氣體、氧化性氣體、含氫碳氟基氣體，加上射頻功率，激發出等離子體；經過等離子體穩定步驟后，進行氮化硅薄膜的刻蝕，直至所述孔的刻蝕形貌、孔徑大小及深度達到要求。

其中，所述高碳鏈分子碳氟基氣體在刻蝕氮化硅的同時，還產生含碳氟的聚合物薄膜沉積在孔洞側壁及底部，從而對氮化硅形成各向異性的刻蝕；所述含氫碳氟基氣體在對氮化硅薄膜的化學性刻蝕并提升刻蝕速度的同時，還產生含有碳氟的聚合物分子也沉積在孔洞側壁及底部；所述氧化性氣體將所述孔的底部的碳氟聚合物轟擊并反應掉使得刻蝕不至于停止，同時所述氧化性氣體將所述孔側壁上沉積的碳氟聚合物去除一部分，另一部分碳氟聚合物保留在所述孔側壁上。

當增加所述高碳鏈分子碳氟基氣體從而增加聚合物的量時，所述孔的形貌為略傾斜；當增加所述氧化性氣體時，所述孔的形貌為陡直；通過將參數調節到介于上述二者之間時，即可根據需求而獲得不同的孔的刻蝕形貌。

優選地，在向所述刻蝕腔體內通入高碳鏈分子碳氟基氣體、氧化性氣體、含氫碳氟基氣體的同時，還通入用于形成穩定的等離子體的稀釋性氣體。

其中所述高碳鏈分子碳氟基氣體選自C₄F₆、C₄F₈中至少其一；所述碳氟基氣體選自CHF₃、CH₂F₂及CH₃F中至少其一；所述氧化性氣體為O₂；所述稀釋性氣體為He或Ar。

在一個實施例中，刻蝕陡直形貌的高深寬比孔時，采用中微半導體Primo-DRIE腔體，采用雙射頻系統，高頻為60MHz，低頻為2MHz，兩者之間去耦合，高低頻功率選擇500W/1500W，腔體壓力保持在40mt，通入氣體包括：30sccm?C₄F₈，70sccm?CH₂F₂，80sccm?O₂，300sccm?Ar。