CN101233072A - 加工衬底的方法 - Google Patents

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本发明涉及加工衬底的方法，其包括：(a)在腔室内使用循环方法在衬底中刻蚀大体竖直的结构，所述循环方法包括：使用反应刻蚀气体的刻蚀步骤和用以在已通过在先的一个或多个刻蚀步骤刻蚀的结构部分的侧壁上沉积保护性聚合物的沉积步骤；和(b)在不存在任何衬底的情况下，清除由进行步骤(a)中的沉积步骤而沉积在腔室上的材料，其特征在于，在清除沉积产生的材料之后，通过将腔室暴露于等离子体来清除腔室中的来自刻蚀剂气体的材料，所述等离子体包含O2与至少刻蚀剂气体的一种或多种活性元素的混合物。

Description

加工衬底的方法
本发明涉及加工衬底的方法。
在半导体器件和许多纳米技术器件的生产中，必须在衬底中形成大体竖直的结构。这最方便的是通过化学刻蚀来实现，但长期以来该方法存在困难，因为最靠近衬底暴露表面的结构部分比最远离暴露表面的衬底部分遭受更大的刻蚀，造成结构的侧壁不竖直延伸。解决这些问题的最成功方法之一是由Bosch开发，并且该方法是他们的国际专利申请US-A-5501893的主题。在这种Bosch工艺的优选实施方案中，刻蚀步骤使用SF6气体作为刻蚀剂来源。在刻蚀处理过程中，流动的自由基与衬底的硅原子结合，导致它们不再能够用来与腔室侧壁上以及腔室设备(furniture)上的硫或固体硫沉积物再结合。该反应通常为如下形式：
2SF6+3Si(固体)→3SiF4(气体)+2S(固体)
沉积处理使用C4F8源气体在衬底上沉积聚合物，但其还沉积在腔室壁上和任何暴露的腔室设备上，对于本说明书而言，它们将包含在术语“腔室”内。该反应如下：
4CF2→4(CF2)n(固体)
通常使用氧等离子体在分批衬底的衬底之间利用如下过程来清洗腔室：
(CF2)n(固体)+O→CF2O(气体)
可认为该过程还通过将沉积的硫转化成二氧化硫而将沉积的硫除去，但在实际中，氧的反应性不足以确保在单次腔室清洗处理中完全除去硫。
其结果是，在对衬底的随后加工中，沉积的硫与刻蚀气体中的氟反应，降低衬底上的刻蚀速率，造成加工时间增加和/或刻蚀结构不像设计的那样。
从一方面，本发明在于一种加工衬底的方法，其包括：
(a)在腔室内使用循环方法在衬底中刻蚀大体竖直的结构，所述循环方法包括：使用反应刻蚀气体的刻蚀步骤和用以在已通过在先的一个或多个刻蚀步骤刻蚀的结构部分的侧壁上沉积保护性聚合物的沉积步骤；和
(b)在不存在任何衬底的情况下，清除由进行步骤(a)中的沉积步骤而沉积在腔室上的材料，其特征在于，在清除沉积产生的材料之后，通过将腔室暴露于等离子体混合物来清除腔室中的来自刻蚀剂气体的材料，所述等离子体混合物包含O2与至少刻蚀剂气体的一种或多种活性元素的混合物。
在优选实施方式中，步骤(b)的混合物是O2和刻蚀剂气体，并且刻蚀剂气体特别优选为SF6。作为可选方案，如在其最广泛的限定中，刻蚀剂气体的活性元素可为氟。
至少部分清除处理可包括离子轰击。
从另一方面，加工衬底的方法包括：
(a)在腔室内使用循环方法在衬底中刻蚀大体竖直的结构，所述循环方法包括：使用反应刻蚀气体的刻蚀步骤和用以在已通过在先的一个或多个刻蚀步骤刻蚀的结构部分的侧壁上沉积保护性聚合物的沉积步骤；和
(b)在分离的步骤中连续清除由刻蚀和沉积步骤之一沉积的第一材料以及由刻蚀和沉积步骤中的另一个沉积的不同化学组成(chemistry)的第二材料，每个清除步骤均通过这样的清除方法来进行，该方法使用包含各自气体混合物的各自的等离子体，所述气体混合物彼此不相同。
虽然上文对本发明作了限定，但应理解本发明包括上文或下面的描述所示特征的任何新组合。
可以按多种方式来实施本发明，现在将通过实施例、参考附图对具体实施方案进行描述，所述附图说明了用于加工衬底的腔室。
在图1中，示意说明了通示为10的腔室。该腔室具有衬底支座11和钟形罩12，并且对于本说明书而言，腔室10应理解为包括这些物品和其上可能发生沉积的腔室设备的任何其它物品。通过通示为14的常规晶片操作器械，可将衬底13例如硅晶片放置在支座11上或从支座上11移开。依照于由控制装置16建立的工艺参数，示意表示为15的阀装置使C4F8、O2和SF6能够被供应至钟形罩12。该控制装置16还确定气体流量和有待在腔室10中进行的工艺的其它操作参数。提供泵出口17用以除去过量的工艺气体和能够成为气体的(engaseous)副产物。
在本申请人的一般性建议中，在腔室内进行上述“Bosch”工艺以便在衬底13中形成所需的竖直结构。如上所述，聚合物18和硫19可在该工艺期间沉积在腔室壁上和腔室设备上。在通过操作器械14移去加工衬底13后，腔室首先接受氧清除等离子体处理，所述氧清除等离子体通过上述过程清除有机沉积物18，并且经由泵出口17除去产生的CF2O气体以及任何其它气态副产物。
然后运行O2与某些合适催化剂的混合物形式的第二等离子体，所述催化剂通过使S-S键断开而使硫被氧气除去。本申请人认识到，为了避免随后的刻蚀/沉积过程中的复杂情况，希望催化剂应由刻蚀剂气体的一种或多种活性元素组成。因此在所述的“Bosch”工艺中，催化剂应为氟，并且尤其方便的是使用刻蚀剂气体本身，因为这时没有向腔室内引入未出现过的任何物质。
因此，在本申请人的优选方法中，混合物是O2和SF6，其产生如下反应：
S(固体)+2O+SF4+2F-→SO2F2(气体)+SF4SO2(气体)+SF6(气体)
该双重过程特别令人惊奇，因为即使实现使用刻蚀剂气体作为催化剂的想法，但在直观上仍希望仅需要运行O2和SF6的单一步骤。事实上，如果这在去除有机材料18之前运行，则SF6将按照与刻蚀处理相同的方式与聚合物材料反应，导致硫的进一步沉积，即碳沉积物被硫沉积物代替。
本申请人发现，对于他们以商标名OMEGA DSi出售的加工腔室，以下工艺条件是有效的。应理解的是，其它腔室几何形状和工艺参数可能需要基于上文所述的原理进行另外调节。所述工艺条件如下：
聚合物去除步骤 硫去除步骤
O2流量(sccm) 700  400
SF6流量(sccm) 0  200
压力(毫托) 30  30
源功率(W) 3200  3000
台板功率(W) 20  20
持续时间(分钟) 2(终点) 晶片之间为3，或者批次之间为30
本申请人还使用400sccm SF6和200sccm O2来运行工艺用于硫去除，这成功有效。
通过监测等离子体中的碳发射谱线，可确定聚合物去除步骤的终点。当这些碳发射谱线消失时则达到终点。可使用光发射光谱法(optical omission spectroscopy methods)来确定聚合物去除步骤和硫去除步骤的终点。
根据沉积的材料的量，可在每个晶片之后或在晶片批次之后进行清除处理。
离子轰击可用于辅助任一步骤并且可特别适用于与硫去除相结合。在这种情况下，可向支座11或腔室的其它部件施加RF电压。在图中以20说明了这种可能性。还提供RF源21，用以向喷头12供以能量，以本领域技术人员熟知的方式触发并维持等离子体。
该方法具有的显著优点是，用于清除工艺的化学品与已知工艺中使用的那些化学品相同。因此该方法克服了“Bosch”工艺所经受的当前缺点，用户不必对他们的装置或刻蚀程序做出任何改变。得到的产品也无需再次检定或核定。
应注意的是，与许多现有技术配置形成对比，本清除工艺对来自工艺气体的组分起作用，而不对源自衬底或源自衬底放出的气体的材料起作用。

Claims (6)

1.加工衬底的方法，其包括：
(a)在腔室内使用循环方法在衬底中刻蚀大体竖直的结构，所述循环方法包括：使用反应刻蚀气体的刻蚀步骤和用以在已通过在先的一个或多个刻蚀步骤刻蚀的结构部分的侧壁上沉积保护性聚合物的沉积步骤；和
(b)在不存在任何衬底的情况下，清除由进行步骤(a)中的沉积步骤而沉积在腔室上的材料，其特征在于，在清除沉积产生的材料之后，通过将腔室暴露于等离子体来清除腔室中的来自刻蚀剂气体的材料，所述等离子体包含O2与至少刻蚀剂气体的一种或多种活性元素的混合物。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的混合物是O2和刻蚀剂气体。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述刻蚀剂气体是SF6。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述活性元素是氟。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中至少部分清除过程包括离子轰击。
6.加工衬底的方法，其包括：
(a)在腔室内使用循环方法在衬底中刻蚀大体竖直的结构，所述循环方法包括：使用反应刻蚀气体的刻蚀步骤和用以在已通过在先的一个或多个刻蚀步骤刻蚀的结构部分的侧壁上沉积保护性聚合物的沉积步骤；和
(b)在分离的步骤中连续清除由刻蚀和沉积步骤之一沉积的第一材料以及通过刻蚀和沉积步骤中的另一个沉积的不同化学组成的第二材料，每个清除步骤均通过这样的清除方法来进行，该方法使用包含各自气体混合物的各自的等离子体，所述气体混合物彼此不相同。
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