CN118140293A - 使用斜面清洁的剥离 - Google Patents

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Abstract

提供了一种从蚀刻特征中剥离含聚合物侧壁膜并从具有堆叠的晶片斜面背面剥离含聚合物沉积层的方法，该堆叠具有至少一个含氮化硅层。由剥离气体形成等离子体，该剥离气体包括含氢(H2)气体和CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种，其中等离子体从剥离气体中产生自由基。将晶片暴露于自由基，其中自由基去除含聚合物侧壁膜和含聚合物沉积层。

Description

使用斜面清洁的剥离
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年10月22日提交的美国申请号63/270,764的优先权，该申请在此通过引用并入本文用于所有目的。
背景技术
此处提供的背景描述是为了总体呈现本公开内容的背景。本背景部分中描述的信息及在提交时可能不符合现有技术资格的说明书各方面均未明确或暗示地被承认为针对本公开的现有技术。
技术领域
本发明涉及一种在半导体晶片上形成半导体器件的方法。更具体地说，本发明涉及在晶片上的堆叠中蚀刻特征，其中堆叠具有至少一个含氮化硅层。在这样的过程中，含氟聚合物可能会沉积在蚀刻特征的侧壁上。此外，还可在晶片斜面背面上沉积含氟聚合物。
发明内容
为了实现上述目标并根据本公开的目的，提供了一种从蚀刻特征中剥离含聚合物侧壁膜和从具有堆叠的晶片斜面背面剥离含聚合物沉积层的方法，该堆叠具有至少一个含氮化硅层。等离子体由剥离气体形成，该剥离气体包括含氢(H2)气体和CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种，其中等离子体从剥离气体中产生自由基。将晶片暴露于自由基中，其中自由基去除含聚合物侧壁膜和含聚合物沉积层。
在另一种表现形式中，提供了一种用于处理具有斜面的晶片上的具有至少一个含氮化硅层的堆叠的方法。在至少一个含氮化硅层中蚀刻至少一个特征，其中蚀刻至少一个特征在至少一个特征中形成含聚合物侧壁膜并且在晶片的斜面的背面上形成含聚合物沉积层，其中蚀刻在具有真空的蚀刻室中进行。晶片从蚀刻室移动到剥离室而不破坏真空。剥离含聚合物侧壁膜和含聚合物沉积层，包括从剥离气体形成等离子体的步骤，剥离气体包括含氢(H2)气体和CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种，其中等离子体从剥离气体中产生自由基。将晶片暴露于自由基中，其中自由基去除含聚合物侧壁膜和含聚合物沉积层。
在另一种表现形式中，提供了一种用于从蚀刻特征中剥离含聚合物侧壁膜和从晶片斜面背面剥离含聚合物沉积层的方法，该晶片具有至少一个含氮化硅层的堆叠。等离子体由剥离气体形成，该剥离气体包括CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种，其中等离子体从剥离气体中产生自由基。将晶片暴露于自由基中，其中自由基去除含聚合物侧壁膜和含聚合物沉积层。
本公开的这些和其他特征将在下面的详细描述中并结合附图进行更详细的描述。
附图说明
本公开在附图中以示例而非限制的方式示出，其中相同的参考标记指代相同的元件，并且其中：
图1是实施方案的高级流程图。
图2是实施方案中使用的平台的示意图。
图3为实施方案中使用的剥离工具的示意图。
图4是实施方案中处理的堆叠的放大剖视图。
图5是实施方案中使用的晶片斜面的放大剖视图。
图6是可用于实践实施方案的计算机系统的示意图。
具体实施方式
现在将参考附图中所示的几个优选实施方案来详细描述本公开。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，显然可以在没有部分或全部这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，并未详细描述众所周知的过程步骤和/或结构，以免不必要地模糊本公开。
使用蚀刻技术对存储器孔进行干蚀刻通常与聚合物在晶片表面和晶片(斜面)背面的沉积有关。一旦被蚀刻，晶片通常就从真空环境移回存储器，例如大气中的前开式统一舱(FOUP)，以进行后续处理。由于留在存储器孔结构侧壁上的活性物质暴露于大气，造成严重的侧壁损伤，从而导致接触轮廓侵蚀和缺陷形成。这种侵蚀和缺陷形成取决于时间和湿度。
因此，聚合物的蚀刻后剥离是采用氮化硅(SiN，也称为氮化物)层进行三维非与(3D NAND)制造的典型工艺。常见的聚合物去除气体是氧气(O2)和合成气体(forming gas,FG)。合成气体是稀释的氢气(H2)。常见的合成气体由约4％的H2和约96％的氮气(N2)组成。另一种聚合物去除气体是O2、N2和FG。这种剥离化学品能够从晶片表面和晶片背面剥离聚合物。这种剥离化学品损坏氧化硅/氮化硅/氧化硅/氮化硅(ONON)堆叠中的含氮化硅层，导致强烈的氧化水平和/或氮化硅层的侵蚀。这导致接触侧壁粗糙度显著增加并增加触点CD。通过时间或流量限制O2暴露无法解决这一根本限制。另一方面，无O2剥离无法从晶片背面剥离聚合物。当聚合物未从晶片背面剥离时，在后续处理过程中，聚合物剥落导致颗粒缺陷并污染室。
图1是实施方案的高级流程图。在该实施方案中，将晶片放置在蚀刻室中(步骤104)。在该实施方案中，晶片上有氮化硅层的堆叠。在该实施方案中，堆叠包括含碳掩模下的ONON堆叠。下面将对实施方案中使用的蚀刻室和相关平台进行更详细的描述。在晶片上的堆叠中蚀刻出特征(步骤108)。对特征的蚀刻在蚀刻特征的侧壁上沉积含聚合物侧壁膜，并在晶片斜面背面上沉积含聚合物沉积层。在该实施方案中，含聚合物沉积层和含聚合物侧壁膜是包含碳和氟的氟聚合物沉积物。
将晶片从蚀刻室移动到剥离室(步骤112)。在该实施方案中，平台包含蚀刻室和剥离室两者。该平台能够在不破坏真空的情况下将晶片从蚀刻室移动到剥离室。在将晶片从蚀刻室运送到剥离室的同时保持晶片处于真空防止氟聚合物侧壁膜暴露在湿气中。湿气会使含氟聚合物侧壁膜造成堆叠的侵蚀。通过在将晶片从蚀刻室运送到剥离室时不破坏真空，该平台减少了对堆叠的损坏。
在剥离室中剥离含聚合物侧壁膜和含聚合物沉积层(步骤116)。等离子体由剥离气体形成，该剥离气体包括含氢(H2)的气体以及二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)中的至少一种。在该实施方案中，含H2的气体为合成气体。在该实施方案中，合成气体为经氮气(N2)稀释的H2。在该实施方案中，合成气体具有约4％ H2。在该实施方案中，剥离气体主要由CO2以及约4％ H2和约96％ N2的合成气体组成。因此，此类实施方案中的剥离气体不含氟和卤素。在各种实施方案中，合成气体可主要由0.1％至4％的H2和96％至99.9％的N2组成。在其他实施方案中，可将惰性气体添加到剥离气体中。惰性气体的示例可以是氦气(He)、氩气(Ar)和氖气(Ne)。等离子体从剥离气体中产生自由基。此类自由基可以包括H、O、C、NO和N的自由基。这些自由基剥离含聚合物侧壁膜和含聚合物的背面沉积层，同时减少氮化硅层的损伤或氧化。晶片和堆叠可能还需经进一步的处理。将晶片和堆叠从平台上移除并暴露在大气中。
使用含有CO、CO2、N2O、NO或NO2中至少一种的合成气体的剥离气体，可以独特地从晶片表面、图案结构侧壁和晶片(斜面)背面剥离聚合物。这种组合能够实现高聚合物剥离率，同时与O2剥离气体和合成气体相比，还显著降低表面氧化。使用带有O2的剥离气体氧化和/或侵蚀SiN层对于某些应用来说是不可接受的。如果剥离气体仅为合成气体，则晶片背面的氟碳沉积层无法充分去除。结果，残留的氟碳沉积层将成为后续处理中的污染物，增加器件缺陷的数量。
在一些实施方案中，剥离气体提供每分钟30sccm至3升范围内的CO2流量。在其他实施方案中，剥离提供的CO2的流速在150-1000sccm的范围内。在一些实施方案中，CO2的流速与合成气体的流速之比在1:100至5:1的范围内。
在低于-10℃的晶片支撑低温下蚀刻含SiN层的实施方案中，铵盐(NH4X)可与含有聚合物的沉积物一起沉积在晶片斜面背面上。已发现使用含有CO2和合成气体的剥离气体提高了氨盐及含聚合物的沉积物的去除率。去除氨盐减少了后续工序的污染物。结果，剥离气体在低温蚀刻处理后提供改进的剥离。在其他实施方案中，低温蚀刻处理在低于-10℃的温度下进行。
其他实施方案可使用主要由CO2和H2组成的剥离气体。例如，剥离气体可以是90％至99.9％的CO2和0.1％至10％的H2。因此，剥离气体可主要由含H2的气体和CO2或CO、N2O、NO或NO2中的至少一种组成。含H2的气体可主要由N2和H2的合成气体组成，或者仅由H2组成。在剥离过程中，晶片温度保持在20℃至500℃的范围内。提供约750mT(毫托)的压力。一般地，压力在100-2000mT的范围内。
在其他实施方案中，剥离气体不含H2或者具有少于0.1％的H2。在此类实施方案中，剥离气体基本上由CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种组成。在其他此类实施方案中，剥离气体主要由惰性气体和CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种组成，其中惰性气体为He、Ne、Ar或N2中的至少一种。
图2是采用实施方案的平台200的俯视图。FOUP 202在处理之前容纳未处理的晶片，然后一旦在平台200中完成所有处理就保持已处理的晶片。FOUP 202可保持许多晶片，通常多达25个。大气运送模块(ATM)214用于将晶片运送到FOUP 202并从FOUP 202运送晶片。负载锁定站205表示至少一个装置，其运行以在ATM 214的大气和真空运送模块(VTM)212的真空之间来回传送晶片。VTM 212是连接多个处理室的平台200的一部分。处理室可有多种类型。在该实施方案中，多个处理室包括蚀刻室208、剥离室220和附加处理室228。在该实施方案中，蚀刻室208是电容耦合的介电蚀刻室。在其他实施方案中，蚀刻室208可以是电感耦合的。真空运送模块212内的机器人系统使用末端执行器在负载锁定站205和处理室之间移动晶片。ATM 214使用机器人系统在FOUP 202和负载锁定站205之间传送晶片。可以使用控制器235来控制整个平台200，或者可以使用多个控制器235来控制平台200的不同部分和不同的处理室。
图3是可用于实施方案的剥离室220的示意图。在一个或多个实施方案中，剥离室220包括位于反应室310内的提供气体入口的喷头306和晶片支撑件308，该反应室310由室壁312围成。在反应室310内，晶片314被定位于晶片支撑件308上方。气源316连接至远程等离子体发生器320。远程等离子体发生器320通过喷头306连接至反应室310。射频(RF)源330向远程等离子体发生器320提供27兆赫(MHz)、13.56MHz、60MHz、2MHz或400kHz中的一个或多个频率的RF功率。支撑件温度控制器340用于控制晶片支撑件308的温度。控制器335可控制地连接到排气泵352、支撑件温度控制器340和气源316。在一些实施方案中，可以使用电极或螺旋线圈向剥离室220提供电容耦合或电感耦合能量。在一种实施方案中，使用电感耦合的RF功率向剥离室220提供200W至5000W的RF能量以在剥离室220中产生自由基。在其他实施方案中，剥离室220不使用远程等离子体，而是在剥离室中生成等离子体。
图4是在堆叠中蚀刻特征440之后，位于晶片314一部分上的堆叠404一部分的放大示意性剖视图。在该实施方案中，堆叠404包括多个双层412。在该示例中，可以在晶片408和多个双层之间布置一个或多个层。在该实施方案中，每个双层412包括氧化硅层424和氮化硅层428。含氟聚合物侧壁膜445已沉积在蚀刻特征440的侧壁上。图5是具有含氟聚合物沉积层504的晶片314的斜面的放大剖视图。各种实施方案能够剥离含氟聚合物侧壁445和含氟聚合物沉积层504，同时使氮化硅层428的侵蚀和氧化最小化。
图6是示出适合于实现实施方案中使用的控制器235和535的计算机系统600的高级框图。计算机系统600可以是用于实现控制器235和535的一个或多个计算机系统。计算机系统可具有多种物理形式，范围从集成电路、印刷电路板和小型手持设备到巨大的超级计算机。计算机系统600包括一个或多个处理器602，还可以包括电子显示设备604(用于显示图形、文本和其他数据)、主存储器606(例如，随机存取存储器(RAM))、存储设备608(例如，硬盘驱动器)、可移动存储设备610(例如，光盘驱动器)、用户接口设备612(例如，键盘、触摸屏、小键盘、鼠标或其他定点设备等)和通信接口614(例如，无线网络接口)。通信接口614允许软件和数据经由链路在计算机系统600和外部设备之间传输。该系统还可以包括上述设备/模块所连接的通信基础设施616(例如，通信总线、交叉线或网络)。
经由通信接口614传输的信息可以是信号的形式，例如电子信号、电磁信号、光信号或其他能够被通信接口614经由通信链路接收的信号，该通信链路承载信号并可以使用电线或电缆、光纤、电话线、蜂窝电话链路、射频链路和/或其他通信信道来实现。通过这样的通信接口，可以设想，一个或多个处理器602可以从网络接收信息，或者可以在执行上述方法步骤的过程中向网络输出信息。此外，方法实施方案可以单独在处理器上执行，或者可以通过诸如互联网之类的网络与共享部分处理的远程处理器一起执行。
术语“非瞬态计算机可读介质”通常用于指代诸如主存储器、辅助存储器、可移动存储器和存储设备(例如硬盘、闪存、磁盘驱动器存储器、CD-ROM和其他形式的持久存储器)之类的介质，并且不应解释为涵盖瞬态主题，例如载波或信号。计算机代码的示例包括机器代码(例如由编译器生成的代码)以及包含由计算机使用解释器执行的高级代码的文件。计算机可读介质还可以是通过载波中体现的计算机数据信号传输且表示可由处理器执行的指令序列的计算机代码。
尽管已经根据几个优选实施方案描述了本公开，但是还存在落入本公开范围内的变更、修改、排列和各种替代等效物。还应当注意，存在许多实现本公开方法和装置的替代方式。因此，旨在将所附权利要求解释为包括落入本公开真实精神和范围内的所有此类变更、修改、排列和各种替代等效物。如本文所用，短语“A、B或C”应解释为使用非排他性逻辑“或”意指逻辑(“A或B或C”)，，而不应解释为意指“仅A或B或C之一”。流程中的每个步骤可以是任选的步骤并不是必需的。不同的实施方案可删除一个或多个步骤，或者可按不同的顺序提供步骤。此外，各个实施方案可以同时而非依次提供不同的步骤。

Claims (16)

1.一种用于从蚀刻特征中剥离含聚合物侧壁膜并从具有堆叠的晶片斜面背面剥离含聚合物沉积层的方法，所述堆叠具有至少一个含氮化硅层，所述方法包括：
从剥离气体形成等离子体，所述剥离气体包括：
含氢(H2)气体；以及
CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种，其中所述等离子体从所述剥离气体中产生自由基；以及
将所述晶片暴露于所述自由基，其中所述自由基去除所述含聚合物侧壁膜和所述含聚合物沉积层。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述含H2气体是合成气体，其包括：
H2；以及
N2，其中所述合成气体为0.1％至4％的H2。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述剥离气体主要由所述合成气体和CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种组成。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述剥离气体主要由所述合成气体、至少一种惰性气体，以及CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种组成。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述剥离气体不含卤素。
6.一种用于处理具有斜面的晶片上的具有至少一个含氮化硅层的堆叠的方法，所述方法包括：
蚀刻所述至少一个含氮化硅层中的至少一个特征，其中对所述至少一个特征的所述蚀刻在所述至少一个特征中形成含聚合物侧壁膜并且在所述晶片的所述斜面的背面上形成含聚合物沉积层，其中所述蚀刻在具有真空的蚀刻室中进行；
在不破坏所述真空的情况下将所述晶片从所述蚀刻室移动到剥离室；
剥离所述含聚合物侧壁膜和所述含聚合物沉积层，包括以下步骤：
从剥离气体形成等离子体，所述剥离气体包括：
含氢(H2)气体；以及
CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种，其中所述等离子体从剥离气体中产生自由基；以及
将所述晶片暴露于所述自由基，其中所述自由基去除所述含聚合物侧壁膜和所述含聚合物沉积层。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述含H2气体是合成气体，其包括：
H2；以及
N2，其中所述合成气体为0.1％至4％的H2。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述剥离气体基本上由所述合成气体和CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种组成。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述剥离气体基本上由所述合成气体、至少一种惰性气体，以及CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种组成。
10.如权利要求6所述的方法，其中所述剥离气体不含卤素。
11.如权利要求6所述的方法，其中对所述聚合物的所述剥离是在20℃至500℃的温度范围内进行的。
12.如权利要求6所述的方法，其中所述含聚合物沉积层和所述含聚合物侧壁包括含氟聚合物。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述含聚合物沉积层还包含氨盐。
14.一种用于从蚀刻特征中剥离含聚合物侧壁膜并从具有堆叠的晶片斜面背面剥离含聚合物沉积层的方法，所述堆叠具有至少一个含氮化硅层，所述方法包括：
从剥离气体形成等离子体，所述剥离气体包括：
CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种，其中所述等离子体从所述剥离气体中产生自由基；以及
将所述晶片暴露于所述自由基，其中所述自由基去除所述含聚合物侧壁膜和所述含聚合物沉积层。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述剥离气体基本上由CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种组成。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述剥离气体基本上由至少一种惰性气体，以及CO2、CO、N2O、NO或NO2中的至少一种组成。
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