TW201828360A - 高深寬比蝕刻 - Google Patents
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Abstract
提供在處理腔室中蝕刻一層之方法。提供多個循環，其中每個循環包含一沉積階段、一清除階段以及一蝕刻階段。該沉積階段包含使一含氟碳化合物或氫氟碳化合物氣體之沉積氣體流入該處理腔室，維持一沉積階段壓力於至少50 mTorr，轉化該沉積氣體為電漿，以及停止該沉積階段。該清除階段包含使一含有含鹵素氣體之清除氣體流入該處理腔室，維持一清除階段壓力於小於40 mTorr，轉化該清除氣體為電漿，以及停止該清除階段。該蝕刻階段包含使一含有含鹵素氣體之蝕刻氣體流入該處理腔室，維持一蝕刻階段壓力於至少30 mTorr，轉化該蝕刻氣體為電漿，以及停止該蝕刻階段。
Description
本發明係關於半導體裝置之製造。更具體地說，本發明係關於一堆疊體之蝕刻層。
在半導體晶圓製程中，可於一堆疊體之膜層中蝕刻特徵部。高深寬比蝕刻具有一特徵深度對於特徵寬度之高比率。
為了實現前述及符合本揭露書之目的，提供在處理腔室中於一層中蝕刻特徵部之方法。提供多個循環，其中每個循環包含一沉積階段、一清除階段以及一蝕刻階段。該沉積階段包含使一含氟碳化合物或氫氟碳化合物氣體之沉積氣體流入該處理腔室，維持一沉積階段壓力於至少50 mTorr，轉化該沉積氣體為電漿，以及停止該沉積階段。該清除階段包含使一含有含鹵素氣體之清除氣體流入該處理腔室，維持一清除階段壓力於小於40 mTorr，轉化該清除氣體為電漿，以及停止該清除階段。該蝕刻階段包含使一含有含鹵素氣體之蝕刻氣體流入該處理腔室，維持一蝕刻階段壓力於至少30 mTorr，轉化該蝕刻氣體為電漿，以及停止該蝕刻階段。
本揭露書上述及其他特徵將在以下的實施方式中並結合以下圖式加以詳述。
本揭露書將參照較佳實施例及舉例性附圖詳細敘述。為了提供對此發明的徹底理解，在以下的敘述中，說明了大量的特定細節。然而對於熟悉本技藝者係可清楚了解，在毋須若干或全部此等特定細節之情況下即可實行本揭露內容。在其他的例子中，為了不使本揭露書晦澀難懂，習知的製程步驟及/或結構不會有詳細敘述。
為了幫助理解，圖1為用於一實施例的程序之高階流程圖。放置含有一層之一堆疊體於一電漿處理腔室中(步驟104)。利用包含多個循環之製程蝕刻該層(步驟108)，其中每個循環包含一沉積階段(步驟112)、一過渡階段(步驟116)、一清除階段(步驟120)，以及一蝕刻階段(步驟124)。將該含蝕刻層之堆疊體由電漿處理腔室中移除 (步驟128)。 實施例
在一較佳實施例的例子中，放置含有一層之一堆疊體於電漿處理腔室中(步驟104)。圖2A係一堆疊體200的橫剖面圖，其包括置於一遮罩208底下的含矽蝕刻層204，且遮罩208具有遮罩特徵部212。在此例子中，該蝕刻層204係一矽晶圓。在其他實施例中，該蝕刻層可能係一形成於矽晶圓上的矽層或多晶矽層。
在一實施例中，可在單一電漿蝕刻腔室進行所有製程。圖3示意性地敘述一電漿處理系統300之例子，依據本揭露書之一實施例，其可被用於蝕刻該蝕刻層204。該電漿處理系統300包含一電漿反應器302，其有一以腔室牆352包圍的電漿處理腔室304。藉由匹配網路308作調整的一電漿電源供應器306， 供應電源給位於一功率窗312附近的TCP線圈310，俾藉由提供一感應耦合式電能以在電漿處理腔室304中生成一電漿314。可配置該TCP線圈(上部電源)310以在電漿處理腔室304內產生均勻擴散輪廓。例如，可配置該TCP線圈310以在該電漿314內產生一環狀功率分布。設置該功率窗312以將TCP線圈310與電漿處理腔室304分隔，同時容許能量經由TCP線圈310通過而到達電漿處理腔室304。藉由匹配網路318作調整之一晶圓偏置電壓電源供應器316提供電能給一電極320，以對支撐於該電極320上之蝕刻層204的偏置電壓作設定。一控制器324設定電漿電源供應器306及晶圓偏置電壓電源供應器316之設定點。
可對電漿電源供應器306及晶圓偏置電壓電源供應器316作設定以在如:13.56MHz、27MHz、2MHz、400kHz或其組合之特定射頻下操作。可適當地設定電漿電源供應器306及晶圓偏置電壓電源供應器316，以供應一能量範圍以達到期望的製程效能。例如，在一實施例中，該電漿電源供應器306可供應一範圍由50到5000W的功率，而晶圓偏置電壓電源供應器316可供應一範圍由20到2000V的偏置電壓。此外，該TCP線圈310及/或電極320可由兩個或兩個以上的子線圈或子電極所組成，其電源可來自單一電源供應或來自多個電源供應。
如圖3所示，該電漿處理系統300更包含一氣體源/氣體供應機構330。該氣體源/氣體供應機構330提供氣體到蓮蓬頭型的氣體進料器336。藉由一壓力控制閥342和一泵浦344，將製程氣體和副產物由電漿處理腔室304中去除，壓力控制閥342和泵浦344也作為維持電漿處理腔室304於特定壓力之用。該氣體源/氣體供應機構330由控制器324控制。加州費利蒙的蘭姆研究公司之Kiyo型號可用於實行此實施例。
圖4係展示一電腦系統400的高階方塊圖，其適合實現用於實施例中之控制器324。該電腦系統400可以有很多實體型式，從積體電路、印刷電路板和小型手持裝置，到大型超級電腦不等。該電腦系統400包含一或多個處理器402，更可包含一電子顯示裝置404(用以顯示圖像、文字和其他資料)、一主記憶體406(例如:隨機存取記憶體(RAM))、儲存裝置408(例如:硬碟)、移動式儲存裝置410(例如:光碟機)、使用者介面裝置412(例如:鍵盤、觸控面板、鍵板、滑鼠或其他指向裝置等)、以及一通訊介面414(例如:無線網路介面)。該通訊介面414可容許軟體及資料藉由一連結在電腦系統400與外部裝置之間作傳輸。該系統也可包含一通訊基礎設施416(例如:通訊匯流排、交叉柵或網路)，前述的裝置或模組皆連接至此設施。
經由通訊介面414所傳輸的資訊可為例如以下之訊號形式:可透過一通訊連結(其攜帶訊號且可使用電線或電纜、光纖、電話線、手機連結、射頻連結，及/或其他通訊通道來實行)而被通訊介面414接收的電子、電磁、光學或其他訊號。藉由如此的通訊介面，可預期的是該一或多個處理器402可在進行前述方法的步驟中從網路接收資訊，或輸出資訊到網路。此外，方法實施例可單獨於處理器上執行或可通過網路執行，例如網際網路，其與遠端處理器一起分擔一部份處理工作。
用語「非暫態電腦可讀取媒介」通常用於指涉媒介如主記憶體、次級記憶體、移動式儲存器、和儲存裝置，例如:硬碟、快閃記憶體、磁碟機記憶體、CD-ROM 和其他形式之持久型記憶體，且不應被解釋為其涵蓋了暫態的型體，例如:載波或訊號。電腦代碼的例子包含機器碼，例如由編譯器所產生，以及利用直譯器由電腦執行之含有較高階代碼的檔案。電腦可讀取媒介也可係以包含於載波中之電腦資料訊號傳送、且代表可由處理器執行的指令序列之電腦代碼。
利用包含多個循環的製程蝕刻該層(步驟108)，其中每個循環包含一沉積階段(步驟112)、一過渡階段(步驟116)、一清除階段(步驟120)，以及一蝕刻階段(步驟124)。在此例子中，該循環由沉積階段(步驟112)開始。在其他實施例中，該循環可由其他階段開始，例如清除階段或蝕刻階段。
圖5係沉積階段(步驟112)之更為詳盡的流程圖。一沉積氣體流入處理腔室(步驟504)。在此例子中，該沉積氣體包含氟碳化合物或氫氟碳化合物氣體。例如，該沉積氣體係300 sccm的C4
F8
。將腔室壓力維持於一沉積階段壓力(步驟508)。較理想的情況，沉積階段壓力係至少50 mTorr。在此例子中，該沉積階段壓力為180 mTorr。該沉積氣體被轉化為電漿(步驟512)。在此例子中， 於13.56MHz下提供2000 Watts的TCP功率，其將沉積氣體轉化為電漿。提供100 volts的偏置電壓。大約2秒鐘後，停止該沉積階段(步驟516)。此步驟可藉由中止沉積氣體流動而達成。
圖6係過渡階段(步驟116)之更為詳盡的流程圖。一清除氣體流入處理腔室(步驟604)。在此例子中，該清除氣體包含一含鹵素氣體。例如，該清除氣體係120 sccm的SF6
。將腔室壓力由沉積階段壓力轉變為清除階段壓力(步驟608)。較理想的情況，該轉變係由至少50 mTorr之沉積階段壓力改變為小於40 mTorr之清除階段壓力。在此例子中，該轉變係由100 mTorr之壓力改變為25 mTorr之壓力。該清除氣體被轉化為電漿(步驟612)。在此例子中， 於13.56MHz下提供300 Watts的TCP功率，其將清除氣體轉化為電漿。無偏置電壓之提供。大約0.5秒鐘後，停止該過渡階段(步驟616)。此步驟可藉由提高TCP功率以提供清除階段而達成。
圖7係清除階段(步驟120)之更為詳盡的流程圖。該清除氣體持續流入處理腔室(步驟704)。在此例子中，該清除氣體包含一含鹵素氣體。例如，該清除氣體係120 sccm的SF6
。將腔室壓力維持於清除階段壓力(步驟708)。較理想的情況，清除階段壓力係小於40 mTorr。在此例子中，清除階段壓力係25 mTorr之壓力。該清除氣體被轉化為電漿(步驟712)。在此例子中， 於13.56MHz下提供1000 Watts的TCP功率，其將清除氣體轉化為電漿。提供250 volts的偏置電壓。大約0.4秒鐘後，停止該清除階段(步驟716)。此步驟可藉由中止清除氣體流動而達成。
圖8係蝕刻階段(步驟124)之更為詳盡的流程圖。一蝕刻氣體流入處理腔室(步驟804)。在此例子中，該蝕刻氣體包含一含鹵素氣體。例如，該蝕刻氣體係120 sccm的SF6
。將腔室壓力維持於蝕刻階段壓力(步驟808)。較理想的情況，蝕刻階段壓力係至少30 mTorr。在此例子中，蝕刻階段壓力係42 mTorr之壓力。該蝕刻氣體被轉化為電漿(步驟812)。在此例子中， 於13.56MHz下提供1000 Watts的TCP功率，其將蝕刻氣體轉化為電漿。提供100 volts的偏置電壓。大約0.6秒鐘後，停止該蝕刻階段(步驟816)。此步驟可藉由中止蝕刻氣體流動而達成。
在多個循環之後，該蝕刻製程即為完成。圖2B係蝕刻製程完成之後的堆疊體200之橫剖面圖。高深寬比特徵部216被蝕刻進入蝕刻層204。
較理想的情況，該高深寬比特徵部有一至少20:1之深度對寬度比率。較理想的情況，彎曲現象(bowing)會減少，且遮罩選擇性會增加。 在此例子中，彎曲現象可被消除。較理想的情況，該蝕刻氣體不含氫氟碳化合物和氟碳化合物。較理想的情況，清除偏壓係大於過渡偏壓、沉積偏壓和蝕刻偏壓。較理想的情況，蝕刻偏壓及沉積偏壓係大於過渡偏壓。更理想的情況，過渡偏壓係小於100 volts，蝕刻偏壓係不大於100 volts，沉積偏壓係小於200 volts，清除偏壓係大於100 volts。更理想的情況，沉積偏壓係不大於100 volts。更理想的情況，清除階段具有一偏壓介於150 到500 volts之間。
在一些實施例中，可提供循環間之勻變(ramping)。例如，針對清除階段，其偏壓可在200個循環期間由150 volts勻變至300 volts。在第一個循環，清除階段具有150 volts的偏壓。在其後循環中的每一後續之清除階段都將有一更高的偏壓，直到第200個循環，其清除階段具有300 volts的偏壓。在另一例子中，蝕刻階段壓力可由第一個循環之30 mTorr勻變至最後循環之42 mTorr。
相對於特徵部之底部，該實施例中在高壓下的沉積階段會選擇性地沉積聚合物於遮罩及特徵部之頂部。過渡階段可容許由沉積階段到清除階段之間之壓力降低。清除氣體的初始流動可提供一壓力脈衝，其可進一步地在一開始提高壓力。 在初始高壓下進行清除階段已被發現會意外地增加吹蝕(blow out)。相對於在特徵部之頂部或在特徵部之側壁的沉積物，在低壓下之清除階段會選擇性地去除在特徵部底部沉積的聚合物。蝕刻階段對特徵部之底部作蝕刻，而在特徵部之側壁或在特徵部之頂部上的沉積物會保護遮罩及特徵部之側壁。
較理想的情況，過渡階段係在一介於50 msec到1 second之間的週期，而清除階段係在一介於150 msec到800 msec之間的週期，更加理想的情況，沉積階段係被設置於一介於0.3 到2.5秒之間的週期，過渡階段係被設置於一大約0.5秒的週期，清除階段係被設置於一介於0.3 到0.5秒之間的週期，而蝕刻階段係被設置於一介於0.3 到0.8秒之間的週期。
較理想的情況，沉積階段壓力係大於50 mTorr。更加理想的情況，沉積階段壓力係大於80 mTorr。
在許多的實施例中，沉積階段沉積一聚合物以保護遮罩及避免吹蝕。高沉積壓力已被發現能更有選擇性地沉積於頂部，其容許遮罩上之更有選擇性之沉積，以改善關於遮罩之蝕刻選擇性，並容許更多在特徵部頂部附近之沉積，以減少或消除吹蝕。頂部附近的選擇性沉積導致特徵部底部附近之較少沉積，因此需要較少之清除作用以去除特徵部底部附近的聚合物。清除階段利用一低壓力及高偏壓，以相對於特徵部頂部，選擇性地由特徵部底部去除聚合物。為提供一低於100 nm之臨界尺寸，在清除期間需要一低於30 mTorr之壓力。清除階段的低壓力及高偏壓提供了高指向性離子以清除在特徵部底部之聚合物，而不清除掉側壁上的聚合物，藉以避免側壁蝕刻造成的吹蝕。蝕刻階段有一大於清除階段壓力之壓力及一小於100 volts之低偏壓。如此之參數提供了相比於在清除階段之選擇性清除更為等向性之蝕刻。在沒有過渡階段之情況下，一壓力脈衝可由清除氣體之初始流動而引起。一般認為在高壓力且清除氣體被轉化為電漿之情況下，高偏壓會增加吹蝕且降低遮罩選擇性。
一些實施例可能沒有過渡階段。這些實施例需要一旁路或其他裝置或方法以避免來自於清除氣體初始流動的壓力脈衝。
在許多的實施例中，過渡階段之終點可係預先決定或由傳感器判定。若終點由傳感器判定，終點傳感器可係一光學終點傳感器或一壓力錶，其可於每10 msec量測壓力，或是另一種形式之電漿診斷傳感器。當壓力穩定及/或當光學終點傳感器偵測到氣體化學成分之變化，過渡階段可停止。在其他實施例中，可能利用建模或其他方法以預先決定終點。
吾人發現實施例容許介於該等階段之二者間之一過渡期，其包含一大於50 mTorr/sec 或 0.2 mTorr/(sec*sccm)之壓力擺動率。容許此一壓力擺動提供了更大的產能，同時提供一無吹蝕之高深寬比蝕刻。
雖然本揭露書已以數個較佳實施例敘述，但其變化、排列、修改和各種替代相等物均包含於本揭露書之範圍內。應當注意的是，有很多替代方式以執行本揭露書之方法及儀器。因此擬以隨附的申請專利範圍，應釋為包含所有變化、排列及各種替代均等物均包含於本揭露書之精神及範圍之內。
104‧‧‧放置一堆疊體於腔室
108‧‧‧蝕刻層
112‧‧‧沉積階段
116‧‧‧過渡階段
120‧‧‧清除階段
124‧‧‧蝕刻階段
128‧‧‧由腔室中移除堆疊體
200‧‧‧堆疊體
204‧‧‧蝕刻層
208‧‧‧遮罩
212‧‧‧遮罩特徵部
216‧‧‧高深寬比特徵部
300‧‧‧電漿處理系統
302‧‧‧電漿反應器
304‧‧‧電漿處理腔室
306‧‧‧電漿電源供應器
308‧‧‧匹配網路
310‧‧‧TCP線圈
312‧‧‧功率窗
314‧‧‧電漿
316‧‧‧晶圓偏置電壓電源供應器
318‧‧‧匹配網路
320‧‧‧電極
324‧‧‧控制器
330‧‧‧氣體源/氣體供應機構
336‧‧‧氣體進料器
342‧‧‧壓力控制閥
344‧‧‧泵浦
352‧‧‧腔室牆
400‧‧‧電腦系統
402‧‧‧處理器
404‧‧‧顯示裝置
406‧‧‧記憶體
408‧‧‧儲存裝置
410‧‧‧移動式儲存裝置
412‧‧‧使用者介面裝置
414‧‧‧通訊介面
416‧‧‧通訊基礎設施
504‧‧‧沉積氣體流入
508‧‧‧維持於沉積階段壓力
512‧‧‧轉化沉積氣體為電漿
516‧‧‧停止沉積階段
604‧‧‧清除氣體流入
608‧‧‧轉變為清除階段壓力
612‧‧‧轉化清除氣體為電漿
616‧‧‧停止過渡階段
704‧‧‧清除氣體流入
708‧‧‧維持於清除階段壓力
712‧‧‧轉化清除氣體為電漿
716‧‧‧停止清除階段
804‧‧‧蝕刻氣體流入
808‧‧‧維持於蝕刻階段壓力
812‧‧‧轉化蝕刻氣體為電漿
816‧‧‧停止蝕刻階段
本揭露書係藉由舉例的方式(且非限制性地)描繪於隨附圖式之圖形中，其中類似的參考符號代表相似的元件，及其中
圖1係一實施例之高階流程圖。
圖2A-B係根據一實施例所處理的一堆疊體之示意圖。
圖3係可用於蝕刻的一蝕刻反應器之示意圖。
圖4描繪一電腦系統，其適用於實現一應用於實施例中之控制器。
圖5係一沉積階段之更為詳盡的流程圖。
圖6係一過渡階段之更為詳盡的流程圖。
圖7係一清除階段之更為詳盡的流程圖。
圖8係一蝕刻階段之更為詳盡的流程圖。
Claims (18)
- 一種在處理腔室中蝕刻一層之方法，包含提供多個循環，其中每個循環包含: 一沉積階段，其包含: 使一包含氟碳化合物或氫氟碳化合物氣體之沉積氣體流入該處理腔室; 維持一沉積階段壓力於至少50 mTorr; 轉化該沉積氣體為電漿;以及 停止該沉積階段; 一清除階段，其包含: 使一包含含鹵素氣體之清除氣體流入該處理腔室; 維持一清除階段壓力於小於40 mTorr; 轉化該清除氣體為電漿;以及 停止該清除階段;以及 一蝕刻階段，其包含: 使一包含含鹵素氣體之蝕刻氣體流入該處理腔室; 維持一蝕刻階段壓力於至少30 mTorr; 轉化該蝕刻氣體為電漿;以及 停止該蝕刻階段。
- 如申請專利範圍第1項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，更包含一過渡階段在該沉積階段之後和該清除階段之前，其中該過渡階段包含: 使該清除氣體流入該處理腔室;以及 在一終點條件之後停止該過渡階段。
- 如申請專利範圍第2項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該過渡階段更包含提供一低射頻功率到該處理腔室，以轉化該清除氣體為電漿。
- 如申請專利範圍第3項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該清除氣體及蝕刻氣體係不含氫氟碳化合物和氟碳化合物。
- 如申請專利範圍第4項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該沉積階段更包含提供一沉積偏壓，且其中該過渡階段更包含提供一過渡偏壓，且其中該清除階段更包含提供一大於該過渡偏壓之清除偏壓，且其中該蝕刻階段更包含提供一小於或等於該清除偏壓之蝕刻偏壓。
- 如申請專利範圍第5項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該過渡偏壓係小於100 volts，該沉積偏壓係小於200 volts，該清除偏壓係大於100 volts，而該蝕刻偏壓係不大於100 volts。
- 如申請專利範圍第5項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該含鹵素氣體係一含氟氣體。
- 如申請專利範圍第7項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，更包含判 定該過渡階段之終點。
- 如申請專利範圍第8項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該過渡階段之終點係藉由量測腔室壓力、發射光譜、吸收光譜、干涉或其他電漿診斷其中至少一者所判定。
- 如申請專利範圍第8項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該過渡階段之終點係預先決定的。
- 如申請專利範圍第10項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該過渡階段係持續介於50 msec到1 sec之間的期間。
- 如申請專利範圍第3項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該低射頻功率係小於500 Watts。
- 如申請專利範圍第2項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該過渡階段更包含判定該過渡階段之終點。
- 如申請專利範圍第13項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該過渡階段之終點係藉由量測腔室壓力、發射光譜、吸收光譜、干涉或其他電漿診斷其中至少一者所判定。
- 如申請專利範圍第1項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該沉積階段壓力係至少80 mTorr。
- 如申請專利範圍第1項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該含鹵素氣體係一含氟氣體。
- 如申請專利範圍第1項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中該清除氣體及蝕刻氣體係不含氫氟碳化合物和氟碳化合物。
- 如申請專利範圍第1項之在處理腔室中蝕刻一層之方法，其中介於該等階段之二者間之一過渡期包含大於50 mTorr/sec 或 0.2 mTorr/(sec*sccm)之壓力擺動率。
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