TWI528448B - 遠端激發氟與水蒸氣的蝕刻方法 - Google Patents

Description

遠端激發氟與水蒸氣的蝕刻方法 【對相關申請案之交互參照】

此申請案主張美國臨時專利申請案第61/445,295號之權益，該臨時申請案是在2011年2月22日提出，發明名稱為「REMOTELY-EXCITED-FLUORINE AND WATER ETCH」，該申請案為所有目的在此以參考形式併入。

本發明是關於半導體處理技術。

透過在基材表面上生產錯綜複雜圖案化的材料層之製程，可製做積體電路。在基材上生產圖案化材料需要受控的方法以移除暴露的材料。化學蝕刻用於各種目的，該等目的包括將光阻中的圖案轉移進入下面的層中、薄化層或薄化已經存在於表面上的特徵結構之側向尺寸。通常，期望具有蝕刻一種材料比另一種快的蝕刻製程，以助於例如圖案轉移製程進行。此類蝕刻製程可說是對第一材料有選擇性。材料、電路與製程多樣化的結果是，蝕刻製程已被開發成具有對多種材料的選擇性。

濕式HF蝕刻較佳地移除氧化矽甚於其他介電質與半導體。然而，濕式製程無法滲透一些受限的溝槽，且有時候會使剩餘的材料變形。在本地(local)電漿(基材 處理區域內的電漿)中產生的乾式蝕刻能夠滲透更加受限的溝槽，並且對細微的剩餘構造顯現較少的變形。然而，本地電漿在放電時會透過電弧產生而損壞基材。

Siconi^TM蝕刻是遠端電漿輔助的乾式蝕刻製程，該製程涉及同時將基材暴露至H₂、NF₃與NH₃電漿副產物。遠端電漿激發氫與氟物種容許無電漿損壞的基材處理。Siconi^TM蝕刻對氧化矽層有相當大程度的共形與選擇性，但不易於蝕刻矽，無論該矽是非晶、結晶或多晶。氮化矽一般是以介於矽及氧化矽之間的速率受到蝕刻，但氧化矽相較於氮化矽的選擇性一般並非如氧化矽相較於矽的選擇性那般顯著。該選擇性提供了許多應用上的優點，該等應用諸如淺溝槽隔離(STI)以及層間介電質(ILD)凹部形成。Siconi^TM製程產生固體副產物，當基材材料移除時，該固體副產物在基材表面上生長。當基材溫度上升，該固體副產物接著透過昇華而被移除。由於產生固體副產物的結果，Siconi^TM蝕刻製程也會使細微的剩餘構造變形。

需要一些方法選擇性移除氧化矽同時不至於擾亂圖案化基材上的細微構造。

在此描述一種蝕刻圖案化異質構造上的暴露的氧化矽的方法，該方法包括由含氟前驅物形成的遠端電漿蝕 刻。來自遠端電漿的電漿流出物流進基材處理區域，在該處電漿流出物與水蒸氣結合。在一些實施例中，由該結合所造成的化學反應產生反應物，該等反應物蝕刻該圖案化異質構造以產生薄的殘餘構造，該薄的殘餘構造顯現極少(little)變形。該等方法可用於共形地修整氧化矽，同時移除極少或不移除矽、多晶矽、氮化矽、鈦或氮化鈦。在示範性實施例中，已發現此述的蝕刻製程移除薄的圓柱狀導電構造周圍的外模氧化物(mold oxide)而不引發圓柱狀構造顯著地變形。

本發明的實施例包括在基材處理腔室的基材處理區域中蝕刻圖案化基材的方法。該圖案化基材具有暴露的氧化矽區域。該方法包括以下步驟：將含氟前驅物流進遠端電漿區域，同時在該遠端電漿區域中形成遠端電漿以產生電漿流出物，該遠端電漿區域流體連通式耦接基材處理區域。該等方法進一步包括以下步驟：將水蒸氣流進該基材處理區域而不先使該水蒸氣穿過該遠端電漿區域。該等方法進一步包括以下步驟：藉由使該等電漿流出物流進該基材處理區域而蝕刻該暴露的氧化矽區域。

部分額外實施例與特徵在隨後的說明書中提出，而對於此技術領域中具有通常知識者而言在詳閱此說明書後可易於瞭解部分額外實施例與特徵，或者此技術領域中熟習技藝者可透過操作該等揭示的實施例而瞭解部分額外實施例與特徵。透過在說明書中描述的設備、結合物與方法，可實現與獲得所揭示的實施例之特徵與優點。

在此描述一種蝕刻圖案化異質構造上的暴露的氧化矽的方法，該方法包括由含氟前驅物形成的遠端電漿蝕刻。來自遠端電漿的電漿流出物流進基材處理區域，在該處電漿流出物與水蒸氣結合。在一些實施例中，由該結合所造成的化學反應產生反應物，該等反應物蝕刻該圖案化異質構造以產生薄的殘餘構造，該薄的殘餘構造顯現極少變形。該等方法可用於共形地修整氧化矽，同時移除極少或不移除矽、多晶矽、氮化矽、鈦或氮化鈦。在示範性實施例中，已發現此述的蝕刻製程移除薄的圓柱狀導電構造周圍的外模氧化物而不引發圓柱狀構造顯著地變形。

選擇性遠端氣相蝕刻製程已使用氨(NH₃)之氫源與三氟化氮(NF₃)之氟源，該氫源與氟源一起流過遠端電漿系統(RPS)且進入反應區域。氨氣與三氟化氮的流速一般是經過選擇以使得氫的原子流速大致上是氟的原子流速的兩倍，以為了有效地利用這兩種製程氣體成份。氫與氟的存在使得(NH₄)₂SiF₆之固體副產物得以在相對低的基材溫度下形成。藉由將基材溫度升高至昇華溫度之上而移除固體副產物。遠端氣相蝕刻製程移除氧化物膜比移除例如矽快得多。但是，傳統的選擇性遠端氣相蝕刻製程相較於氮化矽的選擇性可能不佳。發明人 已經發現，氧化矽相較於氮化矽的選擇性可透過以下方式強化：在遠端電漿中激發含氟前驅物，並且將電漿流出物與水蒸氣結合，該水蒸氣不必穿過遠端電漿系統。

為了較佳地瞭解與認識本發明，現在請參考第1圖，該圖是根據所揭示之實施例的氧化矽選擇蝕刻製程100的流程圖。在第一操作之前，在圖案化基材中形成間隙。間隙受到外模氧化矽填充，該外模氧化矽用於導引氮化鈦柱(column)的沉積。氮化鈦柱是形成在靠近間隙的中心處，並且被外模氧化矽環繞。一些實施例中，在將基材遞送至處理區域前(操作110)，氧化矽與氮化鈦二者皆具有暴露區域。

啟動三氟化氮流進入與處理區域分開的電漿區域(操作120)。可使用其他氟源以增大或取代三氟化氮。大體而言，含氟前驅物流進電漿區域，且含氟前驅物包含至少一種前驅物，該前驅物選自由原子氟、雙原子氟、三氟化氮、四氟化碳、氟化氫與二氟化氙所構成的群組。分開的電漿區域在此可指遠端電漿區域且可位在與處理腔室分開的模組內或是處理腔室內的隔間內。在遠端電漿區域中形成的電漿流出物隨後流進基材處理區域(操作125)。在此點，氣相蝕刻對氧化矽具有極少的選擇性且具有受限的可利用性。但是，同時將水蒸氣流進基材處理區域(操作130)以與電漿流出物反應。水蒸氣不穿過遠端電漿區域，因而僅透過與電漿流出物的交互作用而受到激發。

圖案化基材受到選擇性蝕刻(操作135)，使得外模氧化矽從氮化鈦柱周圍移除。在氮化鈦柱周圍移除的材料形成連續溝槽，該溝槽形狀如壕溝一般。將反應性化學物種從基材處理區域移除，之後從處理區域移除基材(操作145)。

動態隨機存取記憶體(DRAM)的架構是基於圓柱狀導體，例如示範性製程流程中的氮化鈦柱。此架構已被稱為「單個圓柱狀儲存節點(one cylindrical storage node(OCS))」。導電圓柱在不同實施例中可具有低於70 nm、低於50 nm或低於40 nm的直徑。尤其是針對於小直徑導電圓柱而言，該形狀可顯然偏離圓柱狀。除了許多其他形狀外，導電柱可以是圓柱形、方形、矩形、六邊形或八邊形。導電柱可包含各種導電材料，例如鈦、氮化鈦、多晶矽、鎢、銅及類似物。DRAM是基於電容儲存，且可由每儲存單元更大的電容得利。電容是由選擇圓柱(即，柱)的表面積而獲得控制，也由柱與稍後沉積的相對電極(例如透過介電質沉積後金屬沉積之順序)的分開程度而控制。外模氧化矽移除後，範例中類似氮化鈦的導電柱需要維持實質上垂直。在此呈現的選擇性氧化矽蝕刻尤其適合完成此類任務。

濕式蝕刻已用於移除外模氧化物，但已發現濕式蝕刻造成導電柱朝向彼此斜倚(lean)。各種其他與蝕刻前導電柱形狀的偏離現象都是可能的，且該等偏離現象大體上是稱做彎曲(bowing)。例如，導電柱的中心可往外彎 曲，而頂端與基座維持相對靠近蝕刻前的位置。所有的變形可能抑制進一步沉積DRAM電容器單元的薄介電層與相對電極的能力。涉及僅有氟(遠端或本端)的氣相蝕刻不具有需要移除外模氧化物且保持圖案化基材的其他部分基本上不受擾亂的選擇性。遠端NF₃/NH₃蝕刻提供一些期望的選擇性，尤其是氧化矽對矽的選擇性。然而，該等遠端蝕刻產生固體殘餘物，此固體殘餘物必須透過昇華移除。已發現類似單個圓柱狀儲存節點(OCS)DRAM的架構會變形，這是由固體殘餘物產生所造成。此述的氣相蝕刻不會產生固體殘餘物，但還會提供類似遠端NF3/NH3蝕刻的高度選擇性。

不希望將申請專利範圍的涵蓋範圍設限在理論機制(該機制可能完全正確或可能不完全正確)，可能的機制的一些討論可證實有利。自由基氟前驅物是透過將含氟前驅物遞送進入遠端電漿區域所產生。申請人假設產生一濃度的氟離子與原子並且該濃度的氟離子與原子被遞送進入基材處理區域。水蒸氣(H₂O)可與氟反應而產生較不具反應性的物種，諸如HF₂ ^-，該物種仍易於從圖案化基材表面移除氧化矽但不易移除矽與氮化矽。該選擇性結合無固體副產物的現象，使得該等蝕刻製程良好地適於從細微的非氧化矽材料移除外模以及其他氧化矽支撐構造，同時幾乎不在殘餘的細微構造中誘導變形。

導電柱(在該範例中為氮化鈦)損失實體的支撐，因外模氧化矽從導電柱的周邊移除。一些例子中，在此呈 現的氣相蝕刻也可能造成一些可容忍的導電柱的彎曲(例如斜倚)，但大體上在垂直的幾度以內。申請人已經進一步發現，將一些醇類導進基材處理區域能夠減少造成導電柱變形的力量。一些實施例中，該醇類包括甲醇、乙醇及異丙醇之一或多者。以類似於水蒸氣的方式導進醇類，即該醇類在進入基材處理區域之前不穿過遠端電漿。一些實施例中，醇類與水蒸氣結合並且一起流進基材處理區域。

第2A圖至第2B圖是根據所揭示的實施例的遠端激發的氟與水蒸氣蝕刻的蝕刻速率圖表，該蝕刻是在不同溫度與壓力下實行的氧化矽的蝕刻。該資料圖示，當基材溫度從0℃上升至15℃，蝕刻速率漸漸減少。在一些實施例中，此述的遠端激發的氟與水蒸氣蝕刻期間的基材溫度在不同實施例中低於10℃或大約10℃，低於5℃或大約5℃，或者是低於0℃或大約0℃。該資料進一步顯示蝕刻速率的增加是製程壓力的函數。在第2B圖中，菱形代表將近10Torr(托爾)的製程壓力下氧化矽的受蝕刻的量，而方形代表約5Torr的製程壓力的測量。在揭示的實施例中，基材處理區域內的壓力低於或大約50Torr且大於或大約5Torr或10Torr。該上限可以結合任一下限以形成本發明的額外實施例。

第3圖是根據所揭示的實施例的相較於氮化矽與矽的氧化矽選擇性之圖表，該圖表是針對氧化矽選擇性蝕刻製程。針對低基材溫度(0℃，左)與高基材溫度(10 ℃，右)繪示選擇性。在這兩個情況中氧化矽相對於氮化矽的蝕刻選擇性大於40：1或約40：1，而氧化矽相對於矽的選擇性大於100：1或約100：1。

額外的水蒸氣與遠端激發氟蝕刻製程參數在描述示範性處理腔室與系統期間揭示。

示範性處理系統

可實施本發明實施例的處理腔室可被納入處理平台內，該等處理平台諸如可購自美國加州聖克拉拉市的應用材料公司的CENTURA®及PRODUCER®系統。可與本發明之示範方法一併使用的基材處理腔室的範例可包括顯示於及描述於共同讓渡給Lubomirsky等人的美國臨時專利申請案第60/803,499號中的該等腔室，該案於2006年5月30日提出申請，且標題為「PROCESS CHAMBER FOR DIELECTRIC GAPFILL」，該案全文在此併入作為參考。額外的示範性系統可包括顯示於及描述於美國專利第6,387,207號與第6,830,624號中的該等系統，該等專利之全文亦在此併入作為參考。

第4A圖是根據所揭示的實施例之基材處理腔室400。遠端電漿系統(RPS410)可處理含氟前驅物，隨後該前驅物行進穿過氣體入口組件411。在氣體入口組件411中可見兩個個別的氣體供給通道。第一通道412搭載穿過遠端電漿系統RPS410的氣體，而第二通道413繞過RPS 410。在實施例中，任一通道皆可用於含氟前驅物。 另一方面，第一通道412可用於製程氣體而第二通道413可用於處理氣體(treatment gas)。圖中圖示蓋421(例如，導電的頂部部分)以及穿孔隔件(噴頭453)之間有一絕緣環424，該絕緣環使得AC電位得以相對於噴頭453施加到蓋421。AC電位在腔室電漿區域420中點燃電漿。製程氣體可行進穿過第一通道412進入腔室電漿區域420，且可單獨在腔室電漿區域420中(或者與RPS410相結合)的電漿裡受到激發。倘若製程氣體(含氟前驅物)流經第二通道413，則隨後僅有腔室電漿區域420用於激發。腔室電漿區域420及/或RPS410的結合可指此述的遠端電漿系統。穿孔隔件(亦指噴頭)453將噴頭453下方的基材處理區域470與腔室電漿區域420分隔。噴頭453使電漿得以存在於腔室電漿區域420中，以避免直接於基材處理區域470中激發氣體，同時依然使激發的物種得以從腔室電漿區域420行進至基材處理區域470。

噴頭453定位在腔室電漿區域420與基材處理區域470之間，且使電漿流出物(前驅物或其他氣體的受激發的衍生物)在腔室電漿區域420及/或RPS 410中生成，以穿過複數個橫切板厚的通孔456。噴頭453亦具有一或多個中空空間451，該空間可被蒸氣或氣態形式的前驅物(諸如含矽前驅物)填滿，並且穿過小孔洞455進入基材處理區域470但不直接進入腔室電漿區域420。在此揭示的實施例中，噴頭453比通孔456的最小直徑450 的長度還厚。為了維持受從腔室電漿區域420穿透至基材處理區域470的受激發物種具顯著濃度，可透過形成通孔456之較大的直徑部份使該較大的直徑部分穿過噴頭453達某一程度(part way)，而限制通孔最小直徑450的長度426。在所揭示的實施例中，通孔456的最小直徑450之長度可與通孔456的最小直徑相同數量級，或者為較小的數量級。

在所示的實施例中，一旦製程氣體受到腔室電漿區域420中的電漿激發，噴頭453可(透過通孔456)分配製程氣體，該等製程氣體含有氧、氫及/或氮，及/或此類製程氣體的電漿流出物。在實施例中，透過第一通道412導入RPS410中及/或腔室電漿區域420中的製程氣體可含有氟，例如CF₄、NF₃或XeF₂。製程氣體亦可包括諸如氦氣、氬氣、氮氣(N₂)等之類的載氣。電漿流出物可包括製程氣體的離子化或中性的衍生物，且在此亦可指是自由基氟前驅物，該前驅物即為所導入的製程氣體之原子的組分。

在實施例中，通孔456的數量可介於約60個至約2000個之間。通孔456可具有多種形狀，但最容易做成圓形。在所揭示的實施例中，通孔456的最小直徑450可介於約0.5 mm至約20 mm之間，或介於約1 mm至約6 mm之間。在選擇通孔的截面形狀上，亦有範圍，截面可做成錐形、圓柱形或該二種形狀的組合。不同實施例中，用於將氣體導進處理區域470的小孔洞455數目可介於 約100至約5000之間，或介於約500至約2000之間。小孔洞455的直徑可介於約0.1mm至約2mm之間。

第4B圖是根據所揭示的實施例與處理腔室一併使用的噴頭453之底視圖。噴頭453對應第4A圖中所圖示的噴頭。通孔456被繪成在噴頭453底部處具有較大的內徑(ID)，而在頂部處具有較小的ID。小孔洞455實質上在噴頭表面上均勻分佈，甚至分佈在通孔456之間，相較於此述的其他實施例，這種分佈方式助於提供更均勻的混合。

當穿過噴頭453中的通孔456抵達的含氟電漿流出物與源自中空空間451穿過小孔洞455的濕氣結合時，示範性的圖案化基材可在基材處理區域470內由底座(圖中未示)支撐。儘管可將基材處理區域470裝配成支援電漿以供諸如固化之類的其他製程所用，然而在本發明的一些實施例中，蝕刻圖案化基材期間無電漿存在。

電漿既可在噴頭453上方的腔室電漿區域420中點燃，亦可在噴頭453下方的基材處理區域470點燃。電漿存在於腔室電漿區域420中，以從含氟前驅物的流入中產生自由基氟前驅物。於處理腔室之導電頂部部分421及噴頭453之間施加一般在射頻(RF)範圍的AC電壓，以在沉積期間於腔室電漿區域420中點燃電漿。RF功率供應器產生13.56MHz的高RF頻率，但亦可產生其他單獨的頻率或者與13.56MHz頻率結合的頻率。

當開啟基材處理區域470中的底部電漿以固化膜或清 潔接壤基材處理區域470的內部表面時，頂部電漿可處於低功率或無功率。透過在噴頭453及底座(或腔室底部)之間施加AC電壓，而點燃基材處理區域470中的電漿。清潔氣體可在電漿存在時導入基材處理區域470。

底座可具有熱交換通道，熱交換流體流過該熱交換通道中以控制基材溫度。此配置方式使基材溫度得以冷卻或加熱，以維持相對低的溫度(從室溫直到約120℃)。熱交換流體可包含乙二醇與水。底座的晶圓支撐淺盤(較佳為鋁、陶瓷或前述材料之組合)亦可被電阻式加熱以達成相對高的溫度(從約120℃直到約1100℃)，此加熱是透過使用嵌入式單迴圈加熱器元件達成，該元件設以造成平行的同心圓形式的兩個完整迴轉。加熱器元件的外部可繞於鄰接支撐淺盤的周邊處，同時內部繞於具有較小半徑的同心圓的路徑上。至加熱器元件的配線穿過底座的心柱。

基材處理系統是由系統控制器控制。在一示範性實施例中，系統控制器包括硬碟機、軟碟機及處理器。處理器含有單板電腦(SBC)、類比數位輸入/輸出板、介面板及步進馬達控制板。CVD系統的各部件符合Versa Modular European(VME)標準，該標準界定電路板、介面卡插件箱(card cage)以及連結器規格與類型。VME標準亦界定匯流排結構為具有16位元資料匯流排或24位元位址匯流排。

系統控制器控制所有蝕刻腔室的活動。系統控制器執 行系統控制軟體，該軟體是儲存在電腦可讀媒體中電腦程式。該媒體較佳為硬碟，但該媒體也可以是其他種類的記憶體。電腦程式包括指令集，該等指令集指示時間、氣體混合、腔室壓力、腔室溫度、RF功率層級、基座(susceptor)位置及其他特殊製程參數。其他儲存在其他記憶體元件(包括例如軟碟或其他適合的驅動器)上的電腦程式亦可用於指示系統控制器。

可使用由系統控制器執行的電腦程式實施用於在基材上沉積膜堆疊的製程或者用於清潔腔室的製程。電腦程式編碼可以習知電腦可讀的程式語言撰寫，例如68000組語、C、C++、Pascal、Fortran或其他程式語言。使用習知的文件編輯器將適合的程式編碼編入單一檔案或多重檔案，並且儲存於電腦可使用媒體(如電腦的記憶體系統)或由該媒體實施。倘若編入的編碼內文是高階語言，則編譯編碼，而所得的編譯編碼隨後與預先編譯的Microsoft Windows®函式庫常式之目的碼連結。為了執行該連結、編譯的目的碼，系統使用者援用該目的碼，使電腦系統載入記憶體中的編碼。CPU隨後讀取並且執行該編碼，以操作程式中辨識的任務。

使用者與控制器之間的介面可透過平板接觸感應顯示器。在較佳實施例中，使用兩個顯示器，一個安裝在潔淨室壁以供操作者使用，另一個在壁後以供維修技術人員使用。兩個顯示器可同時顯示相同資訊，該實例中，一次僅有一個接受輸入。為了選擇特殊的螢幕或功能， 操作者接觸顯示器螢幕上的指定的區域。接觸區域改變該區域的強調色彩，或呈現新的選單或螢幕，以確認操作者和接觸感應顯示器之間的溝通。取代接觸感應顯示器，或者是除了接觸感應顯示器之外，可使用其他裝置，例如鍵盤、滑鼠或其他指示或溝通裝置，以讓使用者與系統控制器溝通。

腔室電漿區域或RPS中的區域可稱為遠端電漿區域。在一些實施例中，自由基前驅物(例如自由基氟前驅物)在遠端電漿區域中生成並且行進至基材處理區域中以與水蒸氣結合。一些實施例中，水蒸氣僅由自由基氟前驅物激發。電漿功率可基本上僅被施加至遠端電漿區域，在一些實施例中，此舉確保自由基氟前驅物提供水蒸氣主要的激發。

在利用腔室電漿區域的實施例中，被激發的電漿流出物是在與沉積區域分隔的基材處理區域的區段中生成。該沉積區域(亦已知在此稱之為基材處理區域)是電漿流出物與水蒸氣混合並且反應以蝕刻圖案化基材(例如半導體晶圓)之處。受激發的電漿流出物亦可伴隨惰氣，在該示範性實例中，該惰氣為氬氣。一些實施例中，水蒸氣在進入基材電漿區域之前不穿過電漿。在此可將基材處理區域描述為在蝕刻圖案化基材期間為「無電漿」。「無電漿」不必然意味著該區域缺乏電漿。本發明一些實施例中，在電漿區域內生成的離子化物種與自由電子確實行進穿過隔件(噴頭)中的孔洞(口孔)，但水蒸氣 並不實質上被施加至電漿區域的電漿功率所激發。腔室電漿區域中電漿的邊界是難以界定的，且可能透過噴頭中的口孔侵入基材處理區域上。在感應耦合電漿(ICP)的實例中，可直接在基材處理區域內執行少量的離子化。再者，低強度的電漿可在基材處理區域中生成，而不至於消滅形成的膜的期望特徵。激發的電漿流出物生成期間電漿的離子密度遠比腔室電漿區域的強度離子密度低(就此而言，或者是遠比遠端電漿區域的強度離子密度低)的所有原因不背離在此所用的「無電漿」之範疇。

三氟化氮(或另一含氟前驅物)可以一速率流進腔室電漿區域420，該速率在不同實施例中介於約25sccm至約200sccm之間、約50sccm至約150sccm之間或約75sccm至約125sccm之間。水蒸氣可以一速率流進基材處理區域470，該速率在不同實施例中介於約25sccm至約200sccm之間、約50sccm至約150sccm之間或約75sccm至約125sccm之間。乙醇(或其他醇類)可以一速率流進基材處理區域470，該速率在不同實施例中低於100sccm或為約100sccm、低於50sccm或為約50sccm或者是低於25sccm或為約25sccm。

水蒸氣、含氟前驅物與醇類進入腔室的結合流速可佔總氣體混合物的體積的0.05%至約20%；剩餘的部分是載氣。在一些實施例中，含氟前驅物流進遠端電漿區域但電漿流出物具有相同的體積流量比率。在含氟前驅物的實例中，可在含氟氣體之前先啟動淨化氣體或載氣進 入遠端電漿區域，以穩定遠端電漿區域內的壓力。

電漿功率可以是各種頻率或多重頻率的組合。在示範性處理系統中，由相對噴頭453遞送至蓋421的RF功率電漿提供電漿。不同實施例中，RF功率可介於約100W至約2000W之間、約200W至約1500W之間，或約500W至約1000W之間。示範性處理系統中所施加的RF頻率在不同實施例中可以是低於約200kHz的低RF頻率、約10MHz至約15MHz之間的高RF頻率，或大於1GHz或約1GHz的微波頻率。

將水蒸氣、任何載氣與電漿流出物流進基材處理區域470期間，基材處理區域470可被維持在各種壓力下。該壓力在不同實施例中可被維持在約500mTorr至約30Torr之間、約1Torr至約20Torr之間，或約5Torr至約15Torr之間。

在一或多個實施例中，基材處理腔室400可整合至各種多處理平台，該等平台包括可購自美國加州聖克拉拉市的應用材料公司的Producer^TM GT、Centura^TM AP及Endura^TM平台。此類處理平台能夠執行數種處理操作而不破真空。除了其他類型的腔室之外，可實施本發明實施例的處理腔室還特別可包括介電蝕刻腔室或各種化學氣相沉積腔室。

沉積系統的實施例可結合至較大型的生產積體電路晶片的製造系統。第5圖圖示根據所揭示之實施例之一個此類沉積、烘烤及固化腔室之系統500。在該圖中，一 對FOUP(前開式晶圓盒)502供應基材(例如300mm直徑的晶圓)，在該等基材放進基材處理腔室508a-f之一前，基材是由機械手臂504接收並且放置到低壓固持區域506。第二機械手臂510可用於從固持區域506傳輸基材晶圓至處理腔室508a-f並且往回傳輸。每一基材處理腔室508a-f可被裝備成執行多個基材處理操作，該等操作除了循環層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預清潔、脫氣、定向及其他基材製程之外，還包括此述的乾式蝕刻製程。

基材處理腔室508a-f可包括一或多個系統部件，以在基材晶圓上沉積、退火、固化及/或蝕刻可流動介電膜。在一種配置方式中，兩對處理腔室(例如，508c-d及508e-f)可用於沉積介電材料於基材上，而第三對處理腔室(例如，508a-b)可用於蝕刻沉積的介電質。在另一配置方式中，所有三對腔室(例如508a-f)可設以蝕刻於基材上的介電膜。任一或多個此述的製程可在與不同實施例中所示的製造系統分開的腔室上執行。

系統控制器557用於控制馬達、閥、流量控制器、電源供應器以及其他需要執行此述製程配方的功能。氣體操縱系統555也可由系統控制器557控制，以將氣體導至基材處理腔室508a-f的其中一個或全部。系統控制器557可仰賴來自光學感測器的反饋，以確定並且調整氣體操縱系統555及/或基材處理腔室508a-f中的可移動的 機械組件之位置。機械組件可包括機器人、節流閥及基座，前述部件在系統控制器557控制下透過馬達移動。

在示範性實施例中，系統控制器557包括硬碟機(記憶體)、USB埠、軟碟機及處理器。系統控制器557包括類比數位輸入/輸出板、介面板及步進馬達控制板。含有處理腔室400的多重腔室處理系統500之各部件受到系統控制器557控制。系統控制器執行系統控制軟體，該軟體以電腦程式之形式儲存在電腦可讀媒體上，該等媒體諸如硬碟、軟碟或快閃記憶體隨身碟。亦可使用其他種類的記憶體。電腦程式包括指令集，該等指令集指示時間、氣體混合、腔室壓力、腔室溫度、RF功率層級、基座位置及其他特殊製程參數。

可使用由控制器執行的電腦程式產品實施用於在基材上沉積或其他方式處理膜的製程或者用於清潔腔室的製程。電腦程式編碼可以習知電腦可讀的程式語言撰寫，例如68000組語、C、C++、Pascal、Fortran或其他者。使用習知的文件編輯器將適合的程式編碼編入單一檔案或多重檔案，並且儲存於電腦可使用媒體(如電腦的記憶體系統)或由該媒體實施。倘若編入的編碼內文是高階語言，則編譯編碼，而所得的編譯編碼隨後與預先編譯的Microsoft Windows®函式庫常式之目的碼連結。為了執行該連結、編譯的目的碼，系統使用者援用該目的碼，使電腦系統載入記憶體中的編碼。CPU隨後讀取並且執行該編碼，以執行系統中辨識的任務。

使用者與控制器之間的介面可透過接觸感應顯示器，亦可包括滑鼠及鍵盤。在一實施例中，使用兩個顯示器，一個安裝在潔淨室壁以供操作者使用，另一個在壁後以供維修技術人員使用。兩個顯示器可同時顯示相同資訊，該實例中，一次僅有一個被設置成接受輸入。為了選擇特殊的螢幕或功能，操作者以手指或滑鼠接觸顯示器螢幕上的指定的區域。接觸區域改變該區域的強調色彩，或顯示新的選單或螢幕，確認操作者的選擇。

在此所使用的「基材」可為具有(或不具有)形成在上面的多個層的支撐基材。該圖案化基材可為有各種摻雜濃度及摻雜輪廓的絕緣體或半導體，可例如為用在積體電路製造上的類型的半導體基材。圖案化基材的暴露的「氧化矽」主要是SiO₂但可包括多種濃度的其他元素組份(諸如氮、氫及碳等)。一些實施例中，使用在此揭示的方法蝕刻的氧化矽膜基本上由矽與氧構成。「前驅物」之用語是指任何參與反應從表面移除材料或沉積材料在表面上的製程氣體。「電漿流出物」是描述從腔室電漿區域離開並且進入基材處理區域的氣體。電漿流出物是處於「激發態」，其中至少有一些氣體分子處於振動型式的激發、解離及/或離子化的狀態。「自由基前驅物」是用於描述參與反應從表面移除材料或沉積材料在表面上的電漿流出物(離開電漿、處於激發態的氣體)。「自由基氟前驅物」是一種含有氟但可含有其他元素組份的自由基前驅物。「惰氣」一詞是指在蝕刻或被併入膜中時 不形成化學鍵結的任何氣體。示範性的惰氣包括稀有氣體，但可包括其他氣體，只要當(一般而言)在膜中捕捉到痕量的該氣體時不形成化學鍵結即可。

全文中所用之「間隙」(gap)與「溝槽」(trench)之用語非暗指蝕刻過的幾何形狀具有大的水平長寬比。由表面上方所視，溝槽可顯現圓形、卵形、多邊形、矩形或各種其他形狀。溝槽可以呈現材料島狀物(例如實質上圓柱狀的TiN柱狀物)周圍的壕溝形狀。「貫孔」(via)一詞是指低深寬比溝槽(由上方觀看)，該貫孔可或可不被金屬填充而形成垂直的電連接。如在此所用，共形蝕刻製程指的是以與表面相同的形狀大體上均勻地移除表面上的材料，即蝕刻過的層的表面與蝕刻前的表面大體上平行。發明所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解蝕刻過的介面可能不會100%共形，因此「大體上」之用語容許可接受的容忍度。

已在此揭示數個實施例，發明所屬技術領域中具有通常知識者應知可使用多種修飾例、替代架構與等效例而不背離所揭示之實施例的精神。此外，說明書中不對多種習知處理與元件做說明，以避免不必要地混淆了本發明。故，上述說明不應被視為對本發明範疇之限制。

當提供一範圍的數值時，除非文本中另外清楚指明，應知亦具體揭示介於該範圍的上下限值之間各個區間值至下限值單位的十分之一。亦涵蓋了所陳述數值或陳述範圍中之區間值以及與陳述範圍中任何另一陳述數值或 區間值之間的每個較小範圍。該等較小範圍的上限值與下限值可獨立包含或排除於該範圍中，且各範圍(其中，在該較小範圍內包含任一個極限值、包含兩個極限值，或不含極限值)皆被本發明內所陳述之範圍涵蓋，除非在該陳述的範圍中有特別排除之限制。在所陳述之範圍包括極限值的一者或兩者之處，該範圍也包括該些排除其中任一者或兩者被包括的極限值的範圍。

在此與如附申請專利範圍中所使用之單數形式「一」與「該」等用語也包括複數形式，除非文字中另外清楚指明。因此，舉例而言，「一種製程」所指的製程包括複數個此類製程，而「該介電材料」所指的包括一或多種介電材料以及該領域技術人士所熟知的該等材料之等效例等。

同樣，申請人希望此說明書與下述申請專利範圍中所用的「包括」與「包含」等用語是指存在所陳述之特徵、整體、部件或步驟，但該等用語不排除存在或增加一或多種其他特徵、整體、部件、步驟、動作或群組。

100-145‧‧‧處理步驟

400‧‧‧基材處理腔室

410‧‧‧遠端電漿系統

411‧‧‧氣體入口組件

412、413‧‧‧通道

420‧‧‧腔室電漿區域

421‧‧‧蓋

424‧‧‧絕緣環

450‧‧‧直徑

451‧‧‧中空空間

453‧‧‧穿孔隔件

455‧‧‧小孔洞

456‧‧‧通孔

470‧‧‧基材處理區域

500‧‧‧處理區域

502‧‧‧FOUP

504、510‧‧‧機械手臂

506‧‧‧固持區域

508‧‧‧處理腔室

555‧‧‧氣體操縱系統

557‧‧‧控制器

透過參考說明書之其餘部份及圖式，可進一步瞭解所揭示之實施例的本質與優點。

第1圖是根據所揭示的實施例的氧化矽選擇性蝕刻製程的流程圖。

第2A圖至第2B圖是蝕刻速率之圖表，該等圖表是針對根據所揭示之實施例的氧化矽選擇性蝕刻製程，該蝕刻速率取決於基材溫度以及腔室壓力。

第3圖是相較於氮化矽與矽的氧化矽選擇性之圖表，該圖表是針對根據所揭示的實施例的氧化矽選擇性蝕刻製程。

第4A圖圖示根據本發明實施例的基材處理腔室。

第4B圖圖示根據本發明實施例的基材處理腔室之噴頭。

第5圖圖示根據本發明實施例的基材處理系統。

在該等附圖中，相似的部件及/或特徵結構可具有相同的元件符號。進一步而言，同類的各部件可透過在元件符號後加上一破折號以及第二符號(該符號區別類似部件)加以區別。倘若在說明書中僅用第一元件符號，該敘述內容可應用至具有相同第一元件符號(無論第二元件符號為何)的類似部件之任一者。

100-145‧‧‧處理步驟

Claims (13)

1. 一種在一基材處理腔室的一基材處理區域中蝕刻一圖案化基材的方法，其中該圖案化基材具有一暴露的氧化矽區域，該方法包含以下步驟：將一含氟前驅物流進一遠端電漿區域，同時在該遠端電漿區域中形成一遠端電漿以產生電漿流出物，該遠端電漿區域透過一噴頭中的多個孔隙以流體連通式耦接該基材處理區域；將水蒸氣流進該基材處理區域而不先使該水蒸氣穿過該遠端電漿區域，其中該基材處理區域無電漿；以及透過使該等電漿流出物透過該噴頭中的該等孔隙流進該基材處理區域而蝕刻該暴露的氧化矽區域，其中該等電漿流出物與該水蒸氣混合且反應，且該水蒸氣僅藉由與該等電漿流出物的交互作用而激發。
2. 如請求項1所述之方法，其中在蝕刻該暴露的氧化矽區域之該操作之前，該暴露的氧化矽區域環繞一導電柱，該導電柱包含導電材料。
3. 如請求項2所述之方法，其中在蝕刻該暴露的氧化矽區域之該操作之後，該導電柱不因為該暴露的氧化矽 區域的移除而導致實質上往外彎曲(bow out)。
4. 如請求項2所述之方法，其中該導電材料包含鈦。
5. 如請求項4所述之方法，其中該導電材料包含氮化鈦。
6. 如請求項2所述之方法，其中該導電柱是圓柱狀。
7. 如請求項6所述之方法，其中該導電柱的一直徑低於70nm或約70nm。
8. 如請求項1所述之方法，其中將水蒸氣流進該基材處理區域之操作進一步包括以下步驟：將一醇類流進該基材處理區域，亦不先將該醇類穿過該遠端電漿區域。
9. 如請求項1所述之方法，其中該水蒸氣不被在該基材處理區域外形成的任何遠端電漿激發。
10. 如請求項8所述之方法，其中該醇類不被在該基材處理區域外形成的任何遠端電漿激發。
11. 如請求項8所述之方法，其中該醇類選自由甲醇、乙醇與異丙醇所構成的群組。
12. 如請求項1所述之方法，其中該含氟前驅物包含一前驅物，該前驅物選自由原子氟、雙原子氟、三氟化氮、四氟化碳、氟化氫與二氟化氙所構成之群組。
13. 如請求項1所述之方法，其中該含氟前驅物與該等電漿流出物基本上缺乏氫。