CN105321816A - 蚀刻含钨层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及蚀刻含钨层的方法，具体提供了一种蚀刻含钨层的方法。提供蚀刻气体，该蚀刻气体包括O2和含氟组分，其中该蚀刻气体具有的氧原子与氟原子至少一样多。等离子体是由该蚀刻气体形成的。该含钨层被由该蚀刻气体形成的等离子体蚀刻。
Description
技术领域
本发明涉及在半导体装置的制造过程中选择性地蚀刻含钨(W)层。
背景技术
在半导体晶片处理过程中，可以将特征蚀刻穿过含钨层。
在某些具有钨的特征的形成过程中，必须选择性地蚀刻钨，同时最低程度地蚀刻硅、氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、或氮化钛。以前，这种选择性无法实现。
发明内容
为了实现上述意图并根据本发明的目的，提供了一种蚀刻含钨层的方法。提供蚀刻气体，该蚀刻气体包括O2和含氟组分，其中该蚀刻气体具有的氧原子至少与氟原子一样多。等离子体是由该蚀刻气体形成的。该含钨层被由该蚀刻气体形成的等离子体蚀刻。在一个方面，Si暴露层、SiO暴露层、SiN暴露层或TiN暴露层可以暴露于所述含钨层的蚀刻，其中所述含钨层的蚀刻相对于所述暴露层选择性地蚀刻所述含钨层。
在本发明的另一种表现形式中，提供了一种相对于氧化硅层将特征选择性地蚀刻到钨层内的方法。提供蚀刻气体，该蚀刻气体包含O2、N2和含氟组分，其中该蚀刻气体具有的氧原子至少与氟原子一样多以及具有的氮原子至少与氟原子一样多。等离子体是由该蚀刻气体形成的。保持至少60毫乇(mTorr)的室压强。提供介于100伏至400伏之间的偏压。使用由该蚀刻气体形成的等离子体蚀刻所述钨层，以形成具有至少10比1的深宽比的特征。在一个方面，提供了一种相对于Si层、SiN层或TiN层将特征选择性地蚀刻到钨层内的方法。
本发明的这些和其他特征将在下文在本发明的具体实施方式中并结合附图进行更具体的叙述。
附图说明
本发明在附图的图中是以示例的方式而不是以限制的方式示出，且附图中相似的参考标记指代类似的元件，其中:
图1是本发明的一个实施方式的高级流程图。
图2A至图2B是根据本发明的一个实施方式进行处理的堆叠的示意图。
图3是可用于蚀刻的蚀刻反应器的示意图。
图4示出了一计算机系统，其适于实现在本发明的实施方式中使用的控制器。
具体实施方式
现在将参考附图中所示的本发明的一些优选实施方式对本发明进行具体说明。在下面的说明中，阐述了多个具体细节以提供对本发明的充分理解。然而，对于本领域的技术人员来讲，显而易见的是，没有这些具体细节的部分或者全部也可以实施本发明。在其他情况下，众所周知的工艺步骤和/或结构并未被详细叙述以免不必要地使本发明难以理解。
为了便于理解，图1是在本发明的一个实施方式中使用的工艺的高级流程图。提供具有堆叠的衬底，该堆叠具有至少一个含W层(步骤104)。提供蚀刻气体(步骤108)。使蚀刻气体形成等离子体(步骤112)。选择性地蚀刻含W层(步骤116)。
实施例
在本发明的一优选实施方式的示例中，提供了具有堆叠的衬底，该堆叠具有至少一个含钨层(步骤104)。图2A是堆叠200的剖视图，堆叠200具有布置在上层208之下的衬底层或特征层204。在本实施例，特征层204是硅，而上层208是氧化硅。特征212已经形成在特征层204内。横向特征216已形成在特征212的侧壁内。含W层220被沉积在堆叠200的上方。可使用电镀或无电沉积或另一种沉积保形金属层的方法来进行这样的沉积。
在一个实施方式中，所有处理可以在单个等离子蚀刻室中进行。图3是包括等离子处理工具301的等离子体处理系统300的示意图。等离子体处理工具301是电感耦合等离子蚀刻工具，并包括等离子体反应器302，等离子体反应器302内具有等离子体处理室304。变压器耦合功率(TCP)控制器350和偏置功率控制器355分别控制TCP供应源351和偏置电源356，所述TCP供应源351和偏置电源356影响在等离子体处理室304内产生的等离子体324。
该TCP控制器350设置用于TCP供应源351的设置点，TCP供应源351被配置为提供由TCP匹配网络352调谐的在13.56MHz的射频信号到位于等离子体处理室304附近的TCP线圈353。提供RF透明窗354，以将TCP线圈353与等离子体处理室304分开，同时使能量能从TCP线圈353传送到等离子处理室304。
偏置功率控制器355设定用于偏置电源356的设定点，偏置电源356被配置成将由偏置匹配网络357调谐的RF信号提供到位于等离子体处理室304内的卡盘电极308，从而在电极308上产生直流(DC)偏置，电极308适于接收正在处理的具有特征层204的晶片。
气体供应机构或气体源310包括一种或多种气体316的一个或多个源，该一个或多个源经由气体歧管317连接以供应在等离子体处理室304内部进行处理所需的适当的化学物质。气体排放机构318包括压力控制阀319和排放泵320，从等离子体处理室304内去除颗粒，并保持等离子体处理室304内的特定压力。
温度控制器380通过控制冷却电源384控制提供在卡盘电极308内的冷却循环系统的温度。等离子处理系统还包括电子控制电路370，电子控制电路370可以用于控制偏置功率控制器355、TCP控制器350、温度控制器380和其它控制系统。等离子体处理系统300还可以具有端点检测器。这样的电感耦合系统的一个实施例是由Lam研究公司(Frement，CA)制造的Kiyo，其除了蚀刻电介质和有机材料外，还用来蚀刻硅、多晶硅和导电层。在本发明的其他实施方式中，可使用电容耦合系统。
图4是示出了计算机系统400的高级框图，该计算机系统400适于实现在本发明的实施方式中使用的控制电路370。计算机系统可以具有多种物理形式，其范围从集成电路、印刷电路板以及小型手持设备到巨型超级计算机。计算机系统400包括一个或者多个处理器402，并且进一步可以包括电子显示装置404(用于显示图形、文本以及其他数据)、主存储器406(例如，随机存储器(RAM))、存储设备408(例如，硬盘驱动器)、可移动存储设备410(例如，光盘驱动器)、用户接口设备412(例如，键盘、触摸屏、小键盘、鼠标或者其他定位装置等)以及通信接口414(例如，无线网络接口)。通信接口414使得软件和数据能通过链路在计算机系统400和外部设备之间传输。系统还可以包括通信基础设施416(例如，通信总线、交叉棒(cross-overbar)、或者网络)，前述的设备/模块被连接于该通信基础设施416。
经由通信接口414传输的信息可以是能通过通信链路由通信接口414接收的信号的形式，所述信号是例如电子的、电磁的、光的、或者其他的信号，所述通信链路携带信号并且可以是使用电线或电缆、光纤、电话线、蜂窝电话链路、射频链路、和/或其他通信通道实现的通信链路。利用这样的通信接口，可预期，一个或者多个处理器402可以自网络接收信息或者可以在实施上述方法步骤的过程中向网络输出信息。另外，本发明的方法实施例可以仅在处理器上执行或者可以与远程处理器结合在诸如因特网之类的网络上执行，所述远程处理器共享部分处理。
术语“非暂态计算机可读介质”一般用来指诸如主存储器、辅助存储器、移动存储装置、以及存储设备(例如硬盘、闪存、硬盘驱动存储器、CD-ROM以及其他形式的永久性存储器)之类的介质，并且不得被解释为涵盖诸如载波或者信号之类的暂时性的标的物。计算机代码的例子包括例如由编译器产生的机器代码，以及包括使用解释器由计算机执行的更高级代码的文件。计算机可读介质还可以是通过体现在载波中的计算机数据信号传输并且表示为可由处理器执行的指令序列的计算机代码。
一种蚀刻气体被从气体源316提供到等离子体处理室304内(步骤108)。在本实施方式中，蚀刻气体包括氧气、氮气和含氟组分。蚀刻气体配方的一个实施例会是80sccm的CF4、160sccm的O2和160sccm的N2。
该蚀刻气体形成等离子体(步骤112)。在这个实施例中，提供1800瓦的在13.5MHz下的TCP功率，以使蚀刻气体形成等离子体。对W层220进行蚀刻(步骤116)。提供0至100伏的偏压。将室压强维持在180毫乇。将W层保持在60℃。将该过程保持100～200秒。
图2B是已经蚀刻W层后的堆叠200的横截面示意图。该蚀刻已蚀刻掉大部分的W层，留下W特征224，特征层204的蚀刻最小化。对于这样的结果，需要高度选择性的刻蚀。
优选地，所述蚀刻气体包括O2和含氟组分，其中该蚀刻气体具有的氧原子至少与氟原子一样多。更优选地，该蚀刻气体还包括N2，其中具有的氮原子至少与氟原子一样多。相信，氧和氮的优选浓度增加WOxNy的生产，其中x和y为正整数。氟与WOxNy发生反应以形成WOxFz。在上面的实施例中，具有的氧分子至少为含氟分子的两倍。此外，具有的氮分子也至少是含氟分子的两倍。相信，当相对于含氮层，选择性地蚀刻含钨层时，蚀刻气体中的氮的存在有助于保护含氮层，从而改善蚀刻选择性。
优选地，在蚀刻处理过程中提供至少30毫乇的压强。不受理论所束缚，相信，高于30毫乇的压强减小等离子体密度，从而减少轰击。这使得化学蚀刻相比于使用轰击的物理蚀刻更具优势，从而提高选择性。此外，相信，较高的压强也提高顶部至底部的含W层的蚀刻均匀性，同时使得钨蚀刻能有高的深宽比。更优选地，该压强至少为100毫乇。
优选地，W层被维持在至少30℃的温度。更优选地，W层被维持在至少60℃的温度。最优选地，W层被维持在30℃和90℃之间的温度。相信，较高的温度进一步提高选择性。然而，如果温度太高，顶部的关键尺寸(CD)与在底部的CD的比值会变得过高，因为如果温度太高，则钨的顶部会蚀刻得较快。
优选地，所述偏压介于100-400伏之间。相信，如果偏压太低，则对于特征底部免受O2的影响的保护太小。相信，需要足够高的偏压来导致蚀刻副产物(主要是聚合物)重新沉积在蚀刻前端上，这会有助于保护特征底部不被进一步蚀刻。此外，具有高深宽比特征，某些偏压有助于形成顶部至底部的均匀W凹槽。此外，远远较高的偏压会导致穿透特征底部，这将彻底损坏设备。如果偏压过高，那么轰击将太大，如上所述，这将降低选择性。更优选地，在W层的蚀刻期间没有提供偏压，这对于横向W蚀刻是有好处的。
选择性蚀刻在为半导体器件提供钨层的过程中是有用的。这种装置的一个实施例可以是具有钨凹槽的三维NAND。实施方式使得能在纯钨或钨合金内蚀刻高深宽比的特征。高深宽比特征具有至少10:1的高度与空间宽度比。此外，本发明的实施方式提供介于1.5:1和1:1.5之间的蚀刻特征的顶部宽度与底部宽度(顶部/底部)比。更优选地，顶部/底部比介于1.25:1和1:1.25之间。更优选地，顶部/底部比是1:1。实施方式提供了至少2:1的钨的蚀刻与氧化硅的蚀刻选择比。更优选地，蚀刻选择比为至少4:1。最优选地，该选择比为至少50:1。实施方式提供了少于1000sccm的气体总流率。在多种实施方式中，氧原子流率是氟原子流率的至少两倍。在多种实施方式中，氮原子流率也是氟原子流率的至少两倍。
虽然本发明已根据几个优选实施方式进行了叙述，但存在有落入本发明的范围之内的变更、置换、修改和各种替代等同方案。还应当注意，存在实现本发明的方法和装置的许多替代方式。因此，后附的权利要求被解释为包括所有这些在本发明的真正主旨和范围内的变更、置换和各种替代等同方案。
Claims (18)
1.一种蚀刻含钨层的方法，其包括：
提供蚀刻气体，所述蚀刻气体包含O2和含氟组分，其中所述蚀刻气体具有的氧原子至少与氟原子一样多；
由所述蚀刻气体形成等离子体；以及
用由所述蚀刻气体形成的等离子体蚀刻所述含钨层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻气体进一步包含N2，其中所述蚀刻气体具有的氮原子至少与氟原子一样多。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括提供至少30毫乇的压强。
4.根据权利要求3所述的方法，其还包括将所述钨层加热到至少30℃。
5.根据权利要求4所述的方法，其还包括提供介于100伏至400伏之间的偏压。
6.根据权利要求5所述的方法，其中Si暴露层、SiO暴露层、SiN暴露层或TiN暴露层暴露于所述含钨层的蚀刻，其中所述含钨层的蚀刻相对于所述暴露层选择性地蚀刻所述含钨层。
7.根据权利要求4所述的方法，其还包括提供小于400伏的偏压。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述钨的蚀刻被保持直至具有至少10:1的深宽比的特征被蚀刻到所述含钨层内。
9.根据权利要求4所述的方法，其中总的蚀刻气体流率不超过1000sccm。
10.根据权利要求1所述的方法，其还包括提供至少60毫乇的压强。
11.根据权利要求1所述的方法，其还包括将所述含钨层加热到至少60℃。
12.根据权利要求1所述的方法，其还包括提供介于100伏至400伏之间的偏压。
13.根据权利要求1所述的方法，其中Si暴露层、SiO暴露层、SiN暴露层或TiN暴露层暴露于所述含钨层的蚀刻，其中所述含钨层的蚀刻相对于所述暴露层选择性地蚀刻所述含钨层。
14.根据权利要求1所述的方法，其还包括提供小于400伏的偏压。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述钨的蚀刻被保持直至具有至少10:1的深宽比的特征被蚀刻到所述含钨层内。
16.根据权利要求1所述的方法，其中总的蚀刻气体流率不超过1000sccm。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述含钨层是纯钨。
18.一种相对于Si层、SiO层、SiN层或TiN层将特征选择性地蚀刻到钨层内的方法，其包括:
提供蚀刻气体，所述蚀刻气体包含O2、N2和含氟组分，其中所述蚀刻气体具有的氧原子至少与氟原子一样多以及具有的氮原子至少与氟原子一样多；
由所述蚀刻气体形成等离子体；
保持至少60毫乇的室压强；
提供介于100伏至400伏之间的偏压；以及
使用由所述蚀刻气体形成的等离子体蚀刻所述钨层，以形成具有至少10比1的深宽比的特征。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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