[發明專利]具有高產量的超高選擇比的多晶硅蝕刻

有效

• 申請號: 201610996940.X
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN107017162B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 楊登亮;夸梅·伊森;費薩爾·雅各布;喬恩·宏·帕克
• 申請（專利權）人: 諾發系統公司
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;H01L21/336
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 樊英如;張靜

本發明涉及具有高產量的超高選擇比的多晶硅蝕刻。提供了用于去除晶片上的多晶硅層的方法和裝置，其中晶片可以包括氮化物層、低k介電層、氧化物層和其他膜。在遠程等離子體源中產生氫基物質和氟基物質的等離子體，并且在相對低的溫度下將晶片暴露于等離子體以限制固體副產物的形成。在一些實現方案中，晶片保持在低于約60℃的溫度。以非常高的蝕刻速率去除多晶硅層，并且多晶硅相對于氮化物層和氧化物層的選擇比非常高。在一些實現方案中，晶片被支撐在具有多個熱區的晶片支撐件上，所述多個熱區被配置為限定整個晶片上的多個不同溫度。

技術領域

本公開總體上涉及晶片上的多晶硅的蝕刻，更具體地，涉及以高選擇比對晶片上的多晶硅進行基于等離子體的蝕刻。

背景技術

基于等離子體的蝕刻可以是半導體器件和集成電路的制造中的重要的加工步驟。

通常，可以使用濕法或干法反應性離子蝕刻(RIE)工藝來執行多晶硅的去除。然而，用于去除多晶硅的濕法蝕刻工藝可能導致多晶硅的低蝕刻速率，這導致低的產量。此外，用于去除多晶硅的濕法蝕刻工藝可能不能實現像干法蝕刻工藝那樣高的相對于其他材料的選擇比。干法RIE工藝至少部分地由于使用外部偏置來控制離子方向和能量的復雜硬件而導致更高的成本。此外，使用干法RIE工藝可能由于暴露于離子和光子通量而損壞周圍結構。周圍結構可以是由例如暴露的氮化物和/或氧化物制成的側壁。這種周圍結構可以包括低k介電材料、氮化硅(Si₃N₄)、氮化鈦(TiN)和包括熱氧化硅的氧化硅(SiO₂)。

此外，在許多材料(包括含有硅和金屬的半導體晶片)的表面上存在自然氧化層可能不利地影響這種材料的圖案化。這可以是在半導體芯片、存儲器器件或邏輯器件的制造中的重要部分。例如，多晶硅上的自然氧化層可以基本上抑制和降低多晶硅蝕刻的均勻性。當含硅表面暴露于環境條件或氧氣時，可以形成自然氧化層。

通常，可以使用濕法工藝進行自然氧化物的去除，例如用稀氫氟酸(HF)處理自然氧化物。然而，使用這種濕法蝕刻工藝去除自然氧化物可能是昂貴的，可能引起嚴重的安全問題，可能不能實現相對于其他材料的高選擇比，并且可能導致額外的暴露于環境條件以允許自然氧化物在蝕刻多晶硅前重新生長。濕法工藝對于涉及高縱橫比特征的器件也可能是有問題的。

發明內容

本公開涉及一種從晶片去除多晶硅層的方法。所述方法包括：提供具有多晶硅層的晶片；使包含氫基物質和氟基物質的蝕刻劑流入遠程等離子體源中，其中所述氫基物質的濃度大于所述氟基物質的濃度；在所述遠程等離子體源中產生遠程等離子體，其中所述遠程等離子體包含所述氫基物質和所述氟基物質的自由基；以及將所述晶片暴露于所述遠程等離子體以去除所述多晶硅層，其中所述晶片維持在一定的溫度范圍內，使得所述晶片在暴露于所述遠程等離子體期間基本上不含固體副產品殘余物。