[發(fā)明專利]用于各向異性鎢蝕刻的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610004225.3
• 申請日: 2016-01-05
• 公開（公告）號: CN105762073B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚忠魁;符謙;蕭懷宇
• 申請（專利權(quán)）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/3213
• 分類號: H01L21/3213;H01J37/32
• 代理公司: 上海勝康律師事務(wù)所 31263
• 代理人: 樊英如;李獻(xiàn)忠

本發(fā)明涉及用于各向異性鎢蝕刻的方法和裝置。各向異性地蝕刻含鎢材料(如摻雜或未摻雜的鎢金屬)的方法包括用Cl₂等離子體和用含氧自由基循環(huán)處理鎢表面。在襯底被電偏置時，進(jìn)行利用氯等離子體的處理，從而導(dǎo)致在襯底上的主要的水平表面的蝕刻。利用含氧自由基處理來鈍化襯底的表面以進(jìn)行蝕刻，并保護(hù)襯底的垂直表面，如凹入特征的側(cè)壁，不被蝕刻。用Cl₂等離子體和用含氧自由基進(jìn)行的處理可以重復(fù)以去除所需量的材料。可以在例如氧化硅、氮化硅和氧氮化硅等電介質(zhì)材料的存在下選擇性地進(jìn)行各向異性蝕刻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及去除襯底上的材料層的方法。所述方法可特別用于以原子級精度準(zhǔn)確地各向異性地去除半導(dǎo)體襯底上的含鎢材料。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體襯底上集成電路(IC)的制造包括沉積和蝕刻多個材料層，以便在電介質(zhì)材料層中形成所期望的模式的導(dǎo)電通路。各向異性蝕刻(即主要沿所選擇的方向的蝕刻)是一種用于在半導(dǎo)體襯底上形成凹入特征的有價值的方法。在各向異性蝕刻的典型的實施例中，所述材料在垂直方向上被蝕刻掉，但沒有水平蝕刻。例如，該材料可以從凹入特征的底部被去除，同時保留所述凹入特征的寬度。

鎢和含鎢材料作為在IC制造中具有許多用途的材料出現(xiàn)，其既作為導(dǎo)電層，以及最近又作為動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)和三維的NAND制造中的硬掩模。雖然存在可用于鎢沉積的各種方法，這些方法包括化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)和物理氣相沉積(PVD)，但用于鎢蝕刻的方法仍然是有限的。具體地說，用于各向異性鎢蝕刻的方法，特別是用于在電介質(zhì)材料(諸如氧化硅和氮化硅)存在的情況下有選擇性地各向異性蝕刻鎢的方法有開發(fā)的必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所提供的方法可以在用于制造集成電路的工藝中使用，諸如例如在制造DRAM和3維NAND設(shè)備期間在半導(dǎo)體晶片上的含鎢硬掩模的蝕刻中使用。所述方法適用于各向異性去除含鎢材料。例如，所述方法可以用于去除在凹入特征的底部的含鎢材料，同時防止從凹入特征的側(cè)壁去除含鎢材料。大量的含鎢材料可定向去除。

在一個方面，提供了一種在等離子體蝕刻裝置內(nèi)各向異性蝕刻半導(dǎo)體襯底上的含鎢材料的方法。該方法包括：(a)提供包括含鎢材料的半導(dǎo)體襯底至等離子體蝕刻處理室中；(b)將包含Cl₂的第一工藝氣體引入所述等離子體蝕刻處理室中并形成等離子體，以使所述含鎢材料與等離子體激活的氯反應(yīng)；(c)在(b)以后從所述等離子體蝕刻處理室去除所述第一工藝氣體；(d)將包含氧自由基源的第二工藝氣體引入所述等離子體蝕刻處理室并形成含氧自由基的等離子體，以鈍化所述含鎢材料的表面；以及(e)在(d)之后從所述等離子體蝕刻處理室去除所述第二工藝氣體，其中所述方法主要沿所選擇的方向蝕刻含鎢材料。應(yīng)當(dāng)將相對較大的電偏置施加到襯底保持支撐件以確保用等離子體激活的氯定向蝕刻。在一些實施方式中，提供至少約500伏的偏壓至襯底保持支撐件。

在一些實施方式中，所述第一工藝氣體包含Cl₂。在一些實現(xiàn)方式中，所述第一工藝氣體包含Cl₂和惰性氣體，所述惰性氣體選自由N₂、He、Ar、H₂和其組合組成的組中。在一些實施方式中，優(yōu)選在用Cl₂處理襯底期間給所述等離子體施以脈沖。例如，等離子體脈沖可以通過以介于約5-50％的占空比間歇性地增大襯底支架處的偏置電壓來執(zhí)行。

各種含氧氣體可以用于鈍化步驟中。例如，在一些實施方式中，所述第二工藝氣體包括選自由O₂、O₃、CO、CO₂、COS、SO₂和其混合物組成的組中的氧自由基源。在一些實施方式中，優(yōu)選使用O₂作為所述氧自由基源。

為了蝕刻預(yù)期量的材料，重復(fù)操作(b)-(e)若干次。在一些實施方式中，重復(fù)操作(b)-(e)至少3次。