[發明專利]使用蝕刻氣體蝕刻半導體結構的方法

在審

• 申請號: 202010060259.0
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN111261512A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: R·古普塔;V·R·帕里姆;V·蘇爾拉;C·安德森;N·斯塔福德
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: H01L21/308
• 分類號: H01L21/308;H01L21/02;H01L21/3065;H01L21/311;H01L21/3213;H01L21/768;C23C14/04;C23C14/12;C23C14/24;C23C14/54
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 張雙雙;林柏楠

公開了用于在基材上的含Si層中等離子體蝕刻通道孔、柵槽、階梯觸點、電容器孔、接觸孔等的含硫化合物，和使用它的等離子體蝕刻方法。等離子體蝕刻化合物可提供在含Si層與掩模材料之間改進的選擇性，較少的對通道區域的損害、直垂直剖面和圖案高縱橫比結構中減少的卷曲。

本申請是申請號為201480049399.0、申請日為2014年9月9日、發明名稱為“使用蝕刻氣體蝕刻半導體結構的方法”的專利申請的分案申請。

相關申請交叉引用

本申請要求2013年9月9日提交的美國臨時申請No.61/875,321的優先權，出于所有目的通過引用將其全部內容并入本文中。

技術領域

公開了用于在基材上的含Si層中等離子體蝕刻通道孔、柵槽、階梯觸點、電容器孔、接觸孔等的含硫化合物和使用它的等離子體蝕刻方法。

背景

在半導體工業中的存儲應用如DRAM和2D NAND中，等離子體蝕刻從半導體基材上除去含硅層，例如SiO或SiN層。對于新型存儲應用如3D NAND(US 2011/0180941)，多個SiO/SiN或SiO/poly-Si層堆棧的蝕刻是關鍵的。優選，蝕刻劑具有在掩模與待蝕刻層之間的高選擇性。此外，蝕刻劑優選蝕刻結構，使得垂直剖面為直的而不具有卷曲。3D NAND堆棧可包含其它含硅層。

傳統上，等離子體蝕刻使用由氣體來源(例如含氫、含氧或含氟氣體)產生活性物種的等離子體源進行。然后活性物種與含Si層反應以形成揮發性物種。揮發性物種通過由真空泵保持的反應器中的低壓除去。優選，掩模材料不被活性物種蝕刻。掩模材料可包含以下中的一種：光致抗蝕劑、無定形碳(a-C)、多晶硅(polySi)、金屬或不蝕刻的其它硬掩模。

傳統的蝕刻氣體包括cC₄F₈(八氟環丁烷)、C₄F₆(六氟-1,3-丁二烯)、CF₄、CH₂F₂、CH₃F和/或CHF₃。這些蝕刻氣體在蝕刻期間也可形成聚合物。聚合物充當圖案蝕刻結構側壁上的保護或鈍化層。該聚合物鈍化層防止可能導致非垂直結構、卷曲和尺寸變化的離子和自由基蝕刻側壁。本領域熟知選擇性和聚合物沉積速率隨著C:F比值增加而增加(即C₄F₆C₄F₈CF₄)，參見例如US6387287，Hung等。

傳統的蝕刻化學不能提供在新應用中必須的高縱橫比(20:1)，至少是因為在等離子體蝕刻方法期間側壁上的聚合物沉積不足。額外地，側壁上的C_xF_y聚合物對蝕刻敏感。因此，蝕刻的圖案可能不是垂直的且結構可能顯示出卷曲、尺寸變化和/或圖案瓦解。

卷曲可能是由于通常為無定形碳材料的掩模層的側壁蝕刻。無定形碳材料可通過等離子體中的氧自由基蝕刻，這可導致增加的掩模開口并產生弓狀或角形/弧形蝕刻結構。

在過去硫氣體如COS(羰基硫)和SO₂(二氧化硫)與氧等離子體組合用于在圖案蝕刻方法中蝕刻無定形碳層。硫可在無定形碳上提供鈍化層以有助于保護表面以防氧自由基，且因此有助于防止弓狀結構。例如Kim等(J.Vac.Sci.Technol.A 31(2)，2013年3月/4月)公開了在O₂和5％COS的氣體混合物中蝕刻的50nm無定形碳空穴產生更各向異性蝕刻剖面且與不使用COS蝕刻的那些相比提高約37％的頂部/底部開口比。

Rusu等(US7645707)描述了使用包含氟組分、O₂和硫組分氣體的蝕刻劑氣體蝕刻介電層的方法。硫組分氣體優選為H₂S、COS或CS₂。