CN109983563A - 氧化硅氮化硅叠层离子辅助蚀刻 - Google Patents
氧化硅氮化硅叠层离子辅助蚀刻 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109983563A CN109983563A CN201780063863.5A CN201780063863A CN109983563A CN 109983563 A CN109983563 A CN 109983563A CN 201780063863 A CN201780063863 A CN 201780063863A CN 109983563 A CN109983563 A CN 109983563A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lamination
- etching
- method described
- ion
- helium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005530 etching Methods 0.000 title claims abstract description 91
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 33
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 64
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims abstract description 62
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 45
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 35
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 14
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- -1 helium ion Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 10
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 21
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 13
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 10
- 230000004087 circulation Effects 0.000 claims description 5
- 229910003910 SiCl4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims 2
- FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N silicon tetrachloride Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)Cl FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 25
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 10
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N Fluoroform Chemical compound FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000003851 corona treatment Methods 0.000 description 1
- 235000019788 craving Nutrition 0.000 description 1
- 201000006549 dyspepsia Diseases 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02002—Preparing wafers
- H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
- H01L21/02008—Multistep processes
- H01L21/0201—Specific process step
- H01L21/02019—Chemical etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31105—Etching inorganic layers
- H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
- H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31127—Etching organic layers
- H01L21/31133—Etching organic layers by chemical means
- H01L21/31138—Etching organic layers by chemical means by dry-etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31144—Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
- H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
- H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
- H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/068—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
- H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
- H01J2237/334—Etching
- H01J2237/3343—Problems associated with etching
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B43/00—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators
- H10B43/50—EEPROM devices comprising charge-trapping gate insulators characterised by the boundary region between the core and peripheral circuit regions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
提供了一种用于在蚀刻室中离子辅助蚀刻交替的氧化硅层和氮化硅层的叠层的方法。使包含氟组分、氦和氟代烃或烃的蚀刻气体流入所述蚀刻室。在所述蚀刻室中使所述气体形成为原位等离子体。提供约10伏至约100伏的偏压以将氦离子加速到所述叠层并活化所述叠层的表面以形成活化表面，以进行离子辅助蚀刻，其中所述原位等离子体蚀刻所述叠层的所述活化表面。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年10月19日提交的美国临时申请No.62/410,225和2017年10月5日提交的美国申请No.15/726,120的优先权权益，其通过引用并入本文以用于所有目的。
背景技术
本公开涉及半导体器件的形成。更具体地，本公开涉及阶梯-台阶半导体器件的形成。
在半导体晶片处理期间，有时需要阶梯-台阶特征。例如，在3D闪存设备中，多个单元以链形式叠层在一起以节省空间并增大封装密度。阶梯结构允许与每个栅极层电接触。这种阶梯结构可以由多个交替的氧化硅层和氮化硅层形成，其中这种叠层被指定为ONON叠层。除了阶梯-台阶半导体器件之外，ONON叠层还可以用于形成其他半导体器件。
发明内容
为了实现前述内容并且根据本公开的目的，提供了一种用于在蚀刻室中离子辅助蚀刻交替的氧化硅层和氮化硅层的叠层的方法。使包含氟组分、氦和氟代烃或烃的蚀刻气体流入所述蚀刻室。在所述蚀刻室中使所述气体形成为原位等离子体。提供约10伏至约100伏的偏压以将氦离子加速到所述叠层并活化所述叠层的表面以形成所述叠层的活化表面，以进行离子辅助蚀刻，其中所述原位等离子体蚀刻所述叠层的所述活化表面。
在另一实现方式中，提供了一种用于在等离子体处理室中的叠层中形成阶梯-台阶结构的方法，其中所述叠层具有有机掩模，并且其中所述叠层包括多个氧化硅和氮化硅双层，所述方法包括多个循环，其中每个循环包括：修整所述有机掩模；以及离子辅助蚀刻所述叠层的至少一个完整双层。所述离子辅助蚀刻包括：使包含氟组分、氦和氟代烃或烃的蚀刻气体流入蚀刻室；在所述蚀刻室中使所述蚀刻气体形成为原位等离子体；以及提供约10伏至约100伏的偏压以在所述蚀刻室中将氦离子加速到所述叠层并活化所述叠层的表面以形成所述叠层的活化表面，其中所述原位等离子体蚀刻所述叠层的所述活化表面。
下面将在本公开的具体实施方式中结合附图对本公开的这些以及其他特征进行更详细的描述。
附图说明
本公开在附图的图中通过示例的方式而非限制的方式进行说明，附图中相似的附图标记指的是相似的元件，其中：
图1是可以在本公开的实施方案中使用的工艺的高级流程图。
图2是图1中步骤108的关于使用离子辅助蚀刻形成阶梯-台阶结构更详细的流程图。
图3A-3F是根据本公开的实施方案蚀刻的叠层的示意性横截面图。
图4是可用于实施本公开的等离子体处理室的示意图。
图5示出了计算机系统，其适用于实现在本公开的实施方案中使用的控制器。
具体实施方式
现在将参考如附图中所阐释的本公开的一些优选的实施方式详细描述本公开。在以下的描述中，阐述了许多具体细节以提供对本公开的全面的理解。然而对本领域技术人员而言，显而易见，没有这些具体细节的一些或者全部也可以实施本公开。在其它示例中，没有详细描述公知的工艺步骤和/或结构以免不必要地使本公开难以理解。
为了便于理解，图1是可以在本公开的实施方案中使用的工艺的高级流程图，其在叠层中形成阶梯-台阶结构。在交替的氧化硅层和氮化硅(ONON)层的叠层上形成有机掩模(步骤104)。利用离子辅助蚀刻形成阶梯-台阶结构(步骤108)。修整有机掩模(步骤112)。如果阶梯-台阶的蚀刻未完成(步骤116)，则该工艺进入离子辅助蚀刻阶梯-台阶形成步骤(步骤108)。否则，该工艺完成并且可以执行其他步骤。
图2是使用离子辅助蚀刻形成阶梯-台阶结构的步骤的更详细的流程图。使蚀刻气体流入处理室(步骤204)，其中蚀刻气体包括含氟组分、氦和氢氟烃或碳氟化合物组分。蚀刻气体在等离子体室内形成等离子体(步骤208)。提供10伏至100伏的低偏压以引起氦离子的离子轰击，以活化叠层的表面以进行离子辅助蚀刻，其中等离子体蚀刻叠层的活化表面(步骤212)。停止该离子辅助蚀刻工艺(步骤216)。
实施例
在本发明的实现方式的实例中，蚀刻阶梯-台阶存储器阵列。在这种存储器阵列中，存储器叠层在晶片上形成。图3A是叠层300的横截面图，叠层300包括在晶片308上形成的存储器叠层304的多个层。在该实施方案中，多个存储器叠层中的每个存储器叠层由形成ONON叠层的氮化硅(SiN)层312和在氮化硅(SiN)层312上的氧化硅(SiO2)层316双层形成。在存储器叠层304上形成有机掩模320(步骤104)。有机掩模可以是使用旋涂工艺和光刻图案化形成的光致抗蚀剂掩模。在替代方案中，有机掩模可以是旋涂或以其他方式施加的有机层，而无需光刻图案化。
可以将叠层300放置在处理工具中以执行后续步骤。图4示出了可以在本公开的实现方式中使用的处理工具。图4是等离子体处理系统400的示意图，其包括等离子体处理工具401。等离子体处理工具401是电感耦合等离子体蚀刻工具，并包括等离子体反应器402，等离子体反应器402内具有等离子体处理室404。变压器耦合功率(TCP)控制器450和偏置功率控制器455分别控制TCP供率源451和偏置功率源456，从而影响等离子体处理室404内产生的等离子体424。
TCP控制器450设置用于TCP供率源451的设定点，TCP供率源451被配置为提供13.56MHz的射频信号(通过TCP匹配网络452调谐)到位于等离子体处理室404附近的TCP线圈453。提供RF透明窗454来将等离子体处理室404与TCP线圈453分离，同时使能量能够从TCP线圈453传送到等离子体处理室404。
偏置功率控制器455设置用于偏压功率源456的设定点，偏压功率源456被配置为供应通过偏置匹配网络457调谐的RF信号到位于等离子体处理室404内的卡盘电极408，以在电极408上产生直流(DC)偏置，电极408适于接收叠层300。
一种气体供应机构或气体源410包括经由气体歧管417连接的一种气体源或多种气体源416以供应工艺所需的适当的化学物至等离子体处理室404的内部。气体排放机构418包括压力控制阀419和排放泵420，从该等离子体处理室404中去除颗粒，并维持等离子体处理室404内的特定压力。
一种温度控制器480通过控制制冷功率源484来控制设置在卡盘电极408内的制冷再循环系统的温度。等离子体处理系统还包括电子控制电路470。等离子体处理系统还可以具有端点检测器。这种感应耦合等离子体处理室的一个实施例是由Lam ResearchCorporation(Frement，CA)建造的Kiyo，其除了蚀刻电介质材料和有机材料外，还用来蚀刻硅层、多晶硅层和导电层。在本公开的其他实施方案中，可使用电容耦合系统。
图5是表示计算机系统500的高级框图，其适合用于实现在本公开的实施方案中使用的控制电路470。该计算机系统可具有许多物理形式，范围从集成电路、印刷电路板和小型手持设备到巨型超级计算机。该计算机系统500包括一个或多个处理器502，并且还可以包括电子显示装置504(用于显示图形、文本和其他数据)、主存储器506(例如，随机存取存储器(RAM))、存储装置508(例如，硬盘驱动器)、可移动存储装置510(例如，光盘驱动器)、用户接口装置512(例如，键盘、触摸屏、键盘、鼠标或其他定点设备等)、以及通信接口514(例如，无线网络接口)。通信接口514使得软件和数据能经由链路在计算机系统500和外部设备之间传输。该系统还可以包括通信基础设施516(例如，通信总线、交叉杆或网络)，上述装置/模块连接至该通信基础设施516。
经由通信接口514传输的信息可以呈诸如能够经由承载信号并且可使用线缆或电缆、光纤、电话线、移动电话链路、射频链路和/或其它通信渠道实现的通信链路通过通信接口514接收的电子信号、电磁信号、光信号或其它信号等信号形式。通过这种通信接口，可以预期一个或多个处理器502可以在执行上述方法步骤的过程中接收来自网络的信息，或者可以在执行上述方法步骤的过程中将信息输出到网络。此外，本公开的方法实施方案可以仅在处理器上执行或者可以在诸如因特网之类的网络上结合共享一部分处理的远程处理器执行。
术语“非暂态计算机可读介质”一般用于指代诸如主存储器、辅助存储器、可移除存储设备和存储装置(诸如硬盘、闪存、盘驱动存储器、CD-ROM)以及其它形式的永久性存储器之类的介质，而不应当被解释为涵盖诸如载波或信号等暂态性标的物。计算机代码的示例包括诸如通过编译器生成的机器代码，以及含有通过计算机使用解释器执行的更高级代码的文件。计算机可读介质还可以是通过包含在载波中的计算机数据信号传送并且表示可由处理器执行的指令序列的计算机代码。
在该实例中，对阶梯-台阶进行离子辅助蚀刻(步骤108)。使蚀刻气体流入处理室(步骤204)，其中蚀刻气体包括含氟组分、氦和氢氟烃或碳氟化合物组分。在该实例中，蚀刻气体基本上由50sccm SF6、100sccm CHF3、700sccm He组成。CHF3是氢氟烃组分。SF6是含氟组分。使蚀刻气体形成等离子体(步骤208)。以13.56MHz以及2600瓦的功率提供电感耦合RF功率。提供50伏的低偏压以引起氦离子的离子轰击(步骤212)以活化叠层的表面，以进行离子辅助蚀刻，其中原位等离子体蚀刻叠层的活化表面。在25秒后停止该蚀刻工艺(步骤216)。可以通过停止蚀刻气体的流动来停止蚀刻工艺。另外，可以停止RF功率。如果RF功率用于提供修整，则RF功率可以继续。图3B是在叠层中对阶梯-台阶进行离子辅助蚀刻之后的叠层300的横截面图。已经蚀刻了叠层的暴露的水平表面。在该示例中，蚀刻了两个氧化硅和氮化硅双层以形成第一台阶324。
修整有机掩模(步骤112)。用于修整有机掩模的配方的实例提供30毫托至400毫托之间的压力。修整气体从气体源416流到等离子体处理室404(步骤504)，其中修整气体是1000sccm O2、40sccm N2和50sccm NF3。使修整气体形成等离子体。在该示例中，以13.56MHz提供1800瓦TCP功率。提供0伏的偏压。将等离子体保持20秒至60秒，然后停止修整气体。图3C是在修整有机掩模320之后的叠层300的横截面图。
如果阶梯未完成(步骤116)，则使用有机掩模作为掩模对另一阶梯-台阶进行离子辅助蚀刻(步骤108)。可以使用与先前的阶梯-台阶蚀刻相同的配方。图3D是在蚀刻了阶梯-台阶之后的叠层300的横截面图。在该示例中，蚀刻两个氧化硅和氮化硅双层以形成第二台阶328，同时加深第一台阶324。第一台阶324的加深在不使用掩模的情况下蚀刻该第一台阶，并提供垂直侧壁和拐角，而没有刻面。
再次修整有机掩模320(步骤112)。可以使用相同的修整配方。图3E是在修整有机掩模320(步骤112)之后的叠层300的横截面图。
如果阶梯未完成(步骤116)，则使用有机掩模作为掩模对另一阶梯-台阶进行离子辅助蚀刻(步骤108)。可以使用与先前的阶梯-台阶蚀刻相同的配方。图3F是在蚀刻了阶梯-台阶之后的叠层300的横截面图。在该示例中，蚀刻两个氧化硅和氮化硅双层以形成第三台阶332，同时加深第二台阶328和第一台阶324。
继续该工艺直到阶梯完成(步骤116)。然后停止循环。可以提供额外的工艺，例如去除有机掩模。
完成的阶梯以比其他工艺更快的方式提供了比使用其他工艺创建的阶梯的改进结构。关于这种阶梯-台阶蚀刻的特征是蚀刻形成台阶的未掩蔽区域。其他蚀刻工艺可以取决于化学蚀刻，其在相对于氮化硅选择性地蚀刻氧化硅以及然后相对于氧化硅选择性地蚀刻氮化硅之间交替。这种蚀刻工艺将交替蚀刻气体化学品和其他参数以交替选择性。使用交替蚀刻来选择性地蚀刻各个层的这样的工艺比上述实施方案慢，该上述实施方案使用单个蚀刻工艺来通过单个蚀刻工艺蚀刻多个单独的层。另外，控制这种化学蚀刻的竖直轮廓更加困难，因为化学蚀刻除了蚀刻水平表面之外还会蚀刻竖直表面。结果，所得到的阶梯结构将具有锥形轮廓。这种氧化硅的化学蚀刻将使用氮化硅作为掩模和蚀刻停止。这种氮化硅的化学蚀刻将使用氧化硅作为掩模和蚀刻停止。其他先前的工艺可以依赖于离子轰击，以便通过单个蚀刻工艺蚀刻氧化硅和氮化硅。这种离子轰击倾向于具有一些非竖直方向离子。这种非竖直方向离子导致侧壁损失。此外，这种轰击可能会使阶梯-台阶的拐角刻面。这样的刻面也会导致锥形轮廓。先前的工艺可以添加临时掩模以保护侧壁或有机掩模。这种掩模的形成进一步增加了处理时间。
上述实施方案提供了离子辅助蚀刻。具有10伏至100伏的低偏压的氦离子为蚀刻提供离子辅助，同时避免由离子轰击蚀刻引起的离子轰击损坏。氦离子提供低原子量以避免离子轰击损坏。偏置电压应足以活化表面，而不会对阶梯的角落造成任何额外的损坏或刻面。优选地，偏置电压使得氦离子能活化叠层的表面而不蚀刻叠层。相反，等离子体化学蚀刻叠层的活化表面。含氟组分和氢氟烃或烃的流率可用作控制参数，以提供所需的蚀刻，同时提供足够的钝化以防止侧壁损坏和刻面，同时进行离子辅助蚀刻。离子辅助使得能使用单个蚀刻工艺来蚀刻氧化硅和氮化硅两者。该实施方案提供了具有竖直侧壁或斜度减小的侧壁的阶梯结构。已经发现上述实施方案提供的蚀刻工艺的速度是在选择性蚀刻化学品之间交替的基线化学蚀刻工艺的两倍。另外，已经发现上述实施方案相对于有机掩模更有选择性地蚀刻ONON层并且有助于改善L/V比，其是横向有机掩模修整与竖直有机掩模高度损失比。已发现与使用两个交替蚀刻配方的花费约60秒的常规化学蚀刻相比，上述实施方案能够在约30秒内蚀刻3对氧化硅/氮化硅双层，总厚度为170nm。因此，上述实施方案的速度约为先前蚀刻工艺的速度的两倍。发现上述实施方案具有大于85°的竖直轮廓，而使用两个交替蚀刻配方的常规化学蚀刻具有小于80°的竖直轮廓。在说明书和权利要求书中，竖直轮廓被定义为具有离地平线大于85°的轮廓。由于该实施方案提供离子辅助蚀刻，因此仅化学蚀刻由离子辅助活化的区域。结果，减少了侧壁蚀刻而不需要保护性侧壁层。因此，在蚀刻工艺期间，阶梯-台阶结构在一些台阶和台阶的侧壁上没有掩模。
另外，上述实施方案提供了在蚀刻氧化硅和氮化硅之间具有约1比1的选择比的单蚀刻工艺。这使得氧化硅的蚀刻速度与氮化硅的蚀刻速度一样快。在用于蚀刻多个氧化硅层和氮化硅层的这种单步骤工艺中，希望以相同的速率蚀刻氧化硅和氮化硅。
优选地，含氟组分是SF6或NF3，其充当用于蚀刻SiN的主蚀刻剂。优选地，氢氟烃或碳氟化合物是CHF3或CF4，其充当用于蚀刻氧化硅的主要蚀刻剂。已经发现，这两种蚀刻剂与离子辅助相结合的正确平衡可以阻止横向化学蚀刻。对于大的He稀释，大多数离子来自He。优选地，He的流率至少是蚀刻气体的其余组分的流率的两倍，该流率以体积流率(sccm)计量。蚀刻气体的其余组分的流率等于蚀刻气体的流率减去氦的流率。更优选地，He的流率至少是蚀刻气体的其余组分的流率的四倍。优选地，低偏压在10伏到100伏之间。更优选地，低偏压在20伏至70伏之间。优选地，蚀刻处于5毫托至20毫托的低压，以减少离子间碰撞，导致更高百分比的竖直离子。
优选地，循环重复至少5次，从而提供至少五个阶梯-台阶。更优选地，可以提供至少8个阶梯-台阶。在其他实施方案中，阶梯-台阶可以在一个或多个水平方向(X或Y)上形成。
在其他实施方案中，可以利用单个离子辅助蚀刻工艺将其他特征形状蚀刻到多个氧化硅和氮化硅双层中。离子辅助蚀刻工艺将减少非阶梯-台阶结构上的角刻面和侧壁蚀刻，同时增加双层的蚀刻速率。
在其他实施方案中，第一层是氮化硅层。在其他实施方案中，最后步骤是蚀刻步骤，其中在最后的蚀刻步骤之后不随后修整有机层。在一些实施方案中，离子辅助蚀刻可用于蚀刻高的深宽比特征，例如触点。
在一些实施方案中，蚀刻气体基本上由氟组分、氦和氟代烃或烃组成。在其他实施方案中，蚀刻气体包含氟组分、氦和氟代烃或烃，其中加入HBr、COS、Cl2、N2、Ar、H2或SiCl4中的一种或多种。例如，在一实施方案中，蚀刻气体基本上由氟组分、氦、HBr、COS和氟代烃或烃组成。在另一实施方案中，蚀刻气体基本上由氟组分、氦、HBr或COS和氟代烃或烃组成。
在一实施方案中，叠层包括至少两对氧化硅和氮化硅双层。在另一实施方案中，叠层包括至少100对氧化硅和氮化硅双层。
尽管已经根据多个优选的实施方式对本公开进行了说明，但存在落在本公开的范围内的改动、置换和各种替代的等同方案。还应当注意的是，存在实现本公开的方法和装置的多种可选方式。因此，意图是，随附的权利要求书被解释为包含落在本公开的主旨和范围内的全部这些改动、置换和各种替代的等同方案。
Claims (16)
1.一种用于在蚀刻室中离子辅助蚀刻交替的氧化硅层和氮化硅层的叠层的方法，其包括：
使包含氟组分、氦和氟代烃或烃的蚀刻气体流入所述蚀刻室；
在所述蚀刻室中使所述蚀刻气体形成为原位等离子体；以及
提供约10伏至约100伏的偏压以将氦离子加速到所述叠层并活化所述叠层的表面以形成活化表面，以进行离子辅助蚀刻，其中所述原位等离子体蚀刻所述叠层的所述活化表面。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻气体的氦的流率至少是所述蚀刻气体的其余组分的流率的两倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述叠层包括至少两对氧化硅和氮化硅双层。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述叠层包括至少100对氧化硅和氮化硅双层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述使所述蚀刻气体形成为原位等离子体包括通过电感耦合向所述蚀刻室提供RF功率。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述叠层是阶梯-台阶结构的形式，其中所述阶梯-台阶结构在所述叠层的一部分上具有掩模，其中所述掩模不覆盖一些台阶和所述台阶的侧壁。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述叠层设置在有机掩模下方，并且所述方法还包括修整所述有机掩模。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻气体还包含HBr、COS、Cl2、N2、Ar、H2或SiCl4中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述氦离子不蚀刻所述叠层，并且其中所述原位等离子体仅化学蚀刻所述叠层的所述活化表面。
10.一种用于在等离子体处理室中的叠层中形成阶梯-台阶结构的方法，其中所述叠层具有有机掩模，并且其中所述叠层包括多个氧化硅和氮化硅双层，所述方法包括多个循环，其中每个循环包括：
a)修整所述有机掩模；以及
b)离子辅助蚀刻所述叠层的至少一个完整双层，其中所述离子辅助蚀刻包括：
使包含氟组分、氦和氟代烃或烃的蚀刻气体流入蚀刻室；
在所述蚀刻室中使所述蚀刻气体形成为原位等离子体；以及
提供约10伏至约100伏的偏压以在所述蚀刻室中将氦离子加速到所述叠层并活化所述叠层的表面以形成所述叠层的活化表面，其中所述原位等离子体蚀刻所述叠层的所述活化表面。
11.根据权利要求10所述的方法，其中步骤a-步骤b的循环重复至少5次。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述有机掩模是光致抗蚀剂掩模。
13.根据权利要求10所述的方法，其中步骤a-步骤b在电感耦合等离子体处理室中进行。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述蚀刻气体的氦的流率至少是所述蚀刻气体的其余组分的流率的两倍。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述氦离子不蚀刻所述叠层，并且其中所述原位等离子体仅化学蚀刻所述叠层的所述活化表面。
16.根据权利要求10所述的方法，其中所述蚀刻气体还包含HBr、COS、Cl2、N2、Ar、H2或SiCl4中的至少一种。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201662410225P | 2016-10-19 | 2016-10-19 | |
| US62/410,225 | 2016-10-19 | ||
| US15/726,120 US9997366B2 (en) | 2016-10-19 | 2017-10-05 | Silicon oxide silicon nitride stack ion-assisted etch |
| US15/726,120 | 2017-10-05 | ||
| PCT/US2017/055800 WO2018075284A1 (en) | 2016-10-19 | 2017-10-09 | Silicon oxide silicon nitride stack ion-assisted etch |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109983563A true CN109983563A (zh) | 2019-07-05 |
Family
ID=61904737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201780063863.5A Pending CN109983563A (zh) | 2016-10-19 | 2017-10-09 | 氧化硅氮化硅叠层离子辅助蚀刻 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9997366B2 (zh) |
| KR (1) | KR102433492B1 (zh) |
| CN (1) | CN109983563A (zh) |
| TW (1) | TWI759340B (zh) |
| WO (1) | WO2018075284A1 (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07335611A (ja) * | 1994-06-06 | 1995-12-22 | Hitachi Ltd | プラズマエッチング方法 |
| CN101051610A (zh) * | 2006-04-03 | 2007-10-10 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体器件的制造方法 |
| US20150004796A1 (en) * | 2013-06-26 | 2015-01-01 | Applied Materials, Inc. | Methods for forming three dimensional nand structures atop a substrate |
| US20150017809A1 (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-15 | Lam Research Corporation | Fluorocarbon based aspect-ratio independent etching |
| US20150097276A1 (en) * | 2013-10-03 | 2015-04-09 | Applied Materials, Inc. | Etching oxide-nitride stacks using c4f6h2 |
| US20160293430A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Lam Research Corporation | Sulfur and fluorine containing etch chemistry for improvement of distortion and bow control for har etch |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3440735B2 (ja) * | 1996-12-26 | 2003-08-25 | ソニー株式会社 | ドライエッチング方法 |
| US8173547B2 (en) * | 2008-10-23 | 2012-05-08 | Lam Research Corporation | Silicon etch with passivation using plasma enhanced oxidation |
| KR101793160B1 (ko) * | 2010-12-10 | 2017-11-03 | 삼성전자주식회사 | 반도체 소자 제조 방법 |
| US8535549B2 (en) * | 2010-12-14 | 2013-09-17 | Lam Research Corporation | Method for forming stair-step structures |
| US8598040B2 (en) * | 2011-09-06 | 2013-12-03 | Lam Research Corporation | ETCH process for 3D flash structures |
| JP5912637B2 (ja) * | 2012-02-17 | 2016-04-27 | 東京エレクトロン株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP5970004B2 (ja) * | 2014-01-09 | 2016-08-17 | 東京エレクトロン株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US9558928B2 (en) * | 2014-08-29 | 2017-01-31 | Lam Research Corporation | Contact clean in high-aspect ratio structures |
| US9728422B2 (en) * | 2015-01-23 | 2017-08-08 | Central Glass Company, Limited | Dry etching method |
-
2017
- 2017-10-05 US US15/726,120 patent/US9997366B2/en active Active
- 2017-10-09 CN CN201780063863.5A patent/CN109983563A/zh active Pending
- 2017-10-09 KR KR1020197011366A patent/KR102433492B1/ko active IP Right Grant
- 2017-10-09 WO PCT/US2017/055800 patent/WO2018075284A1/en active Application Filing
- 2017-10-17 TW TW106135379A patent/TWI759340B/zh active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07335611A (ja) * | 1994-06-06 | 1995-12-22 | Hitachi Ltd | プラズマエッチング方法 |
| CN101051610A (zh) * | 2006-04-03 | 2007-10-10 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 半导体器件的制造方法 |
| US20150004796A1 (en) * | 2013-06-26 | 2015-01-01 | Applied Materials, Inc. | Methods for forming three dimensional nand structures atop a substrate |
| US20150017809A1 (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-15 | Lam Research Corporation | Fluorocarbon based aspect-ratio independent etching |
| US20150097276A1 (en) * | 2013-10-03 | 2015-04-09 | Applied Materials, Inc. | Etching oxide-nitride stacks using c4f6h2 |
| US20160293430A1 (en) * | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Lam Research Corporation | Sulfur and fluorine containing etch chemistry for improvement of distortion and bow control for har etch |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018075284A1 (en) | 2018-04-26 |
| TW201830465A (zh) | 2018-08-16 |
| KR102433492B1 (ko) | 2022-08-17 |
| US20180108532A1 (en) | 2018-04-19 |
| US9997366B2 (en) | 2018-06-12 |
| KR20190058549A (ko) | 2019-05-29 |
| TWI759340B (zh) | 2022-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI654760B (zh) | 具有組合遮罩之高深寬比蝕刻 | |
| CN102792428B (zh) | 用于硅蚀刻的无机快速交变处理 | |
| CN101317248B (zh) | 在蚀刻层中提供特征的方法和装置 | |
| TWI735522B (zh) | 混合式階梯蝕刻 | |
| CN101730930A (zh) | 在蚀刻高纵横比结构中降低微负载的方法 | |
| CN107919264A (zh) | 有关有机掩模的用于选择性地蚀刻氧化硅的方法 | |
| US10242883B2 (en) | High aspect ratio etch of oxide metal oxide metal stack | |
| KR20150068920A (ko) | 고 모서리 선택도로 자가-정렬된 컨택트들/비아들을 형성하기 위한 방법 | |
| TW201841246A (zh) | 介層接觸窗蝕刻 | |
| TW201711103A (zh) | 無殘留物之氧化層蝕刻 | |
| US11646207B2 (en) | Silicon oxide silicon nitride stack stair step etch | |
| TW201707087A (zh) | 梯階結構之形成方法 | |
| WO2012082336A1 (en) | Method for forming stair-step structures | |
| CN109983563A (zh) | 氧化硅氮化硅叠层离子辅助蚀刻 | |
| TWI743045B (zh) | 陰影修整線邊緣粗糙度減低 | |
| TW201828360A (zh) | 高深寬比蝕刻 | |
| KR102626483B1 (ko) | 반도체 프로세싱을 위한 실리콘-기반 증착 | |
| US20140030893A1 (en) | Method for shrink and tune trench/via cd | |
| CN107785253A (zh) | 利用侧边溅射的线边缘粗糙表面改进 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |