用於含碳膜的矽選擇性乾式蝕刻方法
2023-10-22 19:42:52 2
專利名稱：用於含碳膜的矽選擇性乾式蝕刻方法
技術領域：
本發明關於涉及沉積、圖案化及處理薄膜與塗層時所使用的設備、工藝及材料的製造技術解決方案，具有包括涉及以下應用(但不以此為限)的代表性示例半導體與介電材料及器件、基於矽的晶片與平板顯示器(如TFT)。
背景技術：
通過在基板表面上複雜地產生圖案化材料層基板的工藝，可製造集成電路。在基板上產生圖案化材料基板需要受到控制的移除暴露材料的方法。化學蝕刻用於各種目的中，這些目的包括將光刻膠中的圖案轉移到下面的層，使層薄化或使既存於表面上的特徵結構的橫向尺寸薄化。經常期望擁有蝕刻第一材料比蝕刻第二材料快的蝕刻工藝，以助於例如圖案轉移工藝進行。可以說此類蝕刻工藝對第一材料具有選擇性。材料、電路與工藝多樣化的結果造成蝕刻工藝已經發展至對多種材料具有選擇性。SiConi 蝕刻涉及將基板同時暴露至NF3與NH3等離子體副產物，並且SiConi 蝕刻對含矽層(例如矽、多晶矽與二氧化矽)具有高共形度與選擇性。SiConi 蝕刻能夠顯現其他與藉以在基板表面上處理材料的機制相關的有利性質。當基板材料移除時，SiConi 蝕刻產生生長於基板表面的固體副產物。這些固體副產物隨後在基板溫度升高時通過升華移除。一項SiConi 蝕刻的應用是在進一步處理前移除形成在含矽層上的薄的原生氧化物 (SiOx, χ <幻。另一個應用涉及清潔含矽工藝殘餘物的處理腔室。固體副產物的累積會逐漸減緩工藝穿透進入層中，從而得到準確控制處理深度或蝕刻速率的能力。在使蝕刻得以停頓下，SiConi 蝕刻成為一種「自限制」工藝。通過改變一些工藝參數，能夠仰賴暴露與退火的每一自限制循環以移除可調且可估測的材料量。現有的SiConi 工藝的選擇性已經在矽、多晶矽與二氧化矽方面建立。在矽氧化物中將碳併入含矽層的結果已被證實有利於減少介電常數。通過暫時增加膜的流動性，碳含量亦改善了溝槽的間隙填充。現有的SiConi 蝕刻工藝不會以足以用於生產環境的高蝕刻速率蝕刻一些此類含矽及碳層。
發明概要在此描述一種蝕刻含矽及碳的材料的方法，所述方法包括結合反應性氧流的 SiConi 蝕刻。反應性氧可在SiConi 蝕刻之前導入，從而減少接近表面區域處的碳含量， 並且使SiConi 蝕刻得以更快速進行。或者，反應性氧可在SiConi 蝕刻期間導入，以進一步改善有效的蝕刻速率。在一個實施例中，在基板處理腔室的基板處理區域中蝕刻基板表面上的含矽及碳層的方法包括以下步驟將含氟前體與含氫前體流入第一遠端等離子體區域，同時在第一遠端等離子體區域中形成等離子體以產生等離子體流出物，其中第一遠端等離子體區域流體連通式耦接基板處理區域；藉由將等離子體流出物與反應性氧流入基板處理區域而蝕刻含矽及碳層，同時在基板表面上形成固體副產物；以及，藉由將基板溫度增加至固體副產物的升華溫度之上而升華固體副產物。
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在另一實施例中，在基板處理系統內與基板處理區域相接的內部表面上蝕刻含矽及碳層的方法包括以下步驟將含氟前體與含氫前體流入遠端等離子體區域，同時在遠端等離子體區域中形成等離子體以產生等離子體流出物，其中遠端等離子體區域流體連通式耦接基板處理區域；藉由將等離子體流出物與反應性氧流入基板處理區域而蝕刻含矽及碳層，同時在內部表面上形成固體副產物；以及藉由將內部表面溫度增加至固體副產物的升華溫度之上而升華固體副產物。在又一實施例中，一種在基板處理區域中蝕刻基板表面上的含矽及碳層的方法包括以下依序的步驟將反應性氧流入基板處理區域，以減少含矽及碳層的接近表面區域中的碳濃度；通過將含氟前體與含氫前體流入遠端等離子體區域，同時在遠端等離子體區域中形成等離子體以產生流入基板處理區域的等離子體流出物，而蝕刻含矽及碳層，遠端等離子體區域流體連通式耦接基板處理區域；以及在蝕刻步驟後，藉由將基板溫度上升至留在所述表面上的固體副產物的升華溫度之上而升華這些固體副產物。附加實施例與特徵在隨後的說明書中被部分地描述，而部分對於本領域技術人員而言在詳閱此說明書後可易於了解，或者本領域技術人員通過實施所公開的實施例可以了解這些附加實施例與特徵。通過在說明書中描述的設備、結合物與方法，可了解與獲得所揭露的實施例的特徵與優點。附圖
簡述通過參考說明書的其餘部份及附圖，可進一步了解所揭露的實施例的本質與優
點ο第1圖是根據所揭露的實施例的含矽及碳材料蝕刻工藝的流程圖。第2圖是根據所揭露的實施例的含矽及碳材料蝕刻工藝的流程圖。第3圖是根據所揭露的實施例的處理腔室的剖面視圖。第4圖是根據所揭露的實施例的處理系統。在這些附圖中，相似的部件和/或特徵可具有相同的參考標記。另外，各種相同類型的部件可通過在參考標記後加上破折號以及區分類似部件的第二標記而彼此區分開。倘若在說明書中僅使用第一參考標記，則此描述應用至任何具有相同第一參考標記但具個別第二元件符號的任何一個類似部件。發明詳述在此描述一種蝕刻含矽及碳的材料的方法，所述方法包括結合反應性氧流的 SiConi 蝕刻。反應性氧可在SiConi 蝕刻之前導入，從而減少接近表面區域處的碳含量， 並且使SiConi 蝕刻得以更快速進行。或者，反應性氧可在SiConi 蝕刻期間導入，以進一步改善有效的蝕刻速率。本發明的實施例涉及蝕刻基板上的含矽及碳膜的方法。高度反應性形式的氧(例如，包括0和/或O3)用於從接近表面區域移除碳，使得矽選擇性蝕刻工藝SiConi 得以在更高蝕刻速率下進行。氧處理可與SiConi 蝕刻同時發生，或兩個步驟可交替進行。倘若兩個步驟交替進行，相鄰的步驟可具有或者可不具有一些重迭。在此所用的反應性氧通常將包括臭氧、分子氧以及原子氧，而比例可通過硬體或工藝修改而改變。在此呈現的示例可指示臭氧氣流，但應了解到此氣流可含有其他含氧物料，諸如原子氧和分子氧。為了更好地了解及熟知本發明，現在請參考第1圖，第1圖是根據所揭露的實施例的同時進行的臭氧與SiConi 蝕刻工藝的流程圖。工藝起始於基板傳送進入處理腔室中(操作110)。含矽及碳層存在於基板表面上。氨氣與三氟化氮氣流受到啟動而進入與處理區域分隔的等離子體區域(操作115與120)。分隔的等離子體區域在此可指遠端等離子體區域，且可為有別於處理腔室的模塊，或者是在處理腔室內的分隔空間。來自遠端等離子體的遠端等離子體流出物或產物流進處理區域並且得以與基板表面互相作用(操作122)。大體而言，SiConi 蝕刻涉及含氟前體及含氫前體的並流。在不同實施例中，含氟前體包括三氟化氮、氟化氫、雙原子氟、單元子氟及氟取代的碳氫化合物或上述前體的組合。在不同實施例中，含氫前體包括原子氫、雙原子氫、氨、碳氫化合物、滷素取代不完全的碳氫化合物、或上述前體的組合。為了簡化，在此所包含的某些論述可指使用氨與三氟化氮的結合的示例性SiConi 蝕刻。同時，包括臭氧的反應性氧流進處理區域(操作125)以減少含矽及碳層的表面上與接近次表面的碳濃度。減少的碳濃度使得遠端等離子體流出物得以從含矽及碳層更快速地移除材料(比無法獲得臭氧時快)。所述層受到蝕刻(操作130)且停止氣體的流入(操作13 。加熱基板以升華由蝕刻工藝留下的固體副產物(操作140)，且將基板從處理區域移出(操作145)。反應性氧可在各種類型的臭氧產生器中生成，且反應性氧一般包括臭氧與分子氧 (O2)。許多臭氧產生器使用放電和/或光學激發(例如來自氙弧燈)施加於含氧氣體(通常是分子氧)。成份的比例隨著反應性氧流動遠離臭氧產生單元改變，相較於臭氧，分子氧的比例趨於增加。一旦氣體抵達處理區域，臭氧比分子氧在減低碳濃度上更有效。分子氧對接近表面的碳濃度僅有較小的影響。其他氧的同素異形體較不穩定，但仍可存在於反應性氧混合物中，且一些甚至可比臭氧在減低接近表面處的碳濃度上更有效。反應性氧亦可在遠端等離子體系統的遠端等離子體區域內產生。在此實例中，反應性氧可包括臭氧、分子氧及原子氧。原子氧甚至可比臭氧對減低碳濃度更有效。一個適合的遠端等離子體系統是ASTR0N 產生器，它可從美國麻州Woburn的Applied Science and Technology, Inc.購得。所述ASTRON·產生器利用低場環狀等離子體以解離工藝氣體。在一個示例中，等離子體解離包括分子氧的工藝氣體以及解離諸如氬之類的載氣，以生成反應性氧。亦可使用整合至基板處理系統的遠端等離子體區域，只要系統能夠產生與ASTR0N 產生器類似的高等離子體密度。與遠端等離子體區域的位置無關，通過使分子氧流進遠端等離子體區域，使反應性氧可在遠端等離子體區域內生成。其他含氧源可流進包括含氮及氧的前體(例如&O、no2)的區域。在第2圖中顯示依序的工藝。所述工藝類似於第1圖所示的工藝，起始於基板傳送進入處理腔室時(操作210)。含矽及碳層存在於基板表面上。臭氧氣流受到啟動而進入處理區域(操作21 以減少含矽及碳層的接近次表面中以及表面處的碳濃度。在終結臭氧氣流後(操作220)，氨氣與三氟化氮氣流受到啟動而進入與處理區域分隔的等離子體區域(操作222與22 。遠端等離子體流出物流進處理區域，在此處遠端等離子體流出物能與基板表面交互作用。由先前對臭氧的暴露所導致的減少的碳濃度使遠端等離子體流出物得以更加迅速地從含矽及碳層移除材料，該速度比未使臭氧氣體可用於與所述層反應時還快。所述層受到蝕刻(操作230)，而停止氣體與遠端等離子體流出物的氣流流進處理區域 (操作23幻。隨後加熱基板以升華由蝕刻工藝留下的固體副產物(操作M0)，且基板從處理區域移出(操作M5)。
在序列式工藝中，如同並行的工藝一樣，臭氧產生器、ASTR0N 產生器或集成的遠端等離子體區域可用於產生反應性氧流。用於激發氨氣與三氟化氮氣流的相同的遠端等離子體區域亦可用於產生反應性氧流，同樣，只要這些遠端等離子體區域擁有製造類似於 ASTR0N 產生器的高等離子體密度的能力。操作215-240的順序可在從腔室移出基板之前重複兩次或更多次，以比單次循環移除更多材料。使用在下一節中所述的工藝與硬體，在不同實施例中，每一循環可移除約 50 A至約300A、約75A至約200A、或約100 A至約150A。額外的氧化-SiConi 蝕刻工藝參數與工藝細節在描述示例性處理系統的章節中揭露。示例性處理系統第3圖是部份剖面視圖，顯示說明性處理腔室300，其中，可執行本發明的實施例。 大體而言，氨氣與三氟化氮可通過一個或多個的穿孔351導入遠端等離子體區域361-363， 並且由等離子體功率源346激發。反應性氧可通過穿孔352導入，繞過遠端等離子體區域 361-363。反應性氧可在臭氧產生器或另一遠端等離子體源(圖中未示)中形成。在一個實施例中，處理腔室300包括腔室主體312、蓋組件302以及支撐組件310。 蓋組件302配置在腔室主體312上端，而支撐組件310至少部份配置在腔室主體312內。處理腔室300與相關聯的硬體較佳為由一種或多種工藝相容材料(例如鋁、不鏽鋼等)形成。腔室主體312包括狹縫閥開口 360，狹縫閥開口 360形成於主體側壁中，以供進出處理腔室300內部。狹縫閥開口 360選擇性開啟與關閉，而得以藉助於晶片操縱機器人(圖中未示)進出腔室主體312的內部。在一個實施例中，晶片能穿過狹縫閥開口 360運輸進出處理腔室300至相鄰的傳送腔室和/或負載鎖定腔室，或群集工具中的另一腔室。第4 圖中顯示可包括處理腔室300的示例性群集工具。在一個或多個的實施例中，腔室主體312包括腔室主體通道313，以供熱傳遞流體流過腔室主體312。熱傳遞流體可為加熱流體或冷卻劑，且用於在處理與基板傳送期間控制腔室主體312的溫度。腔室主體312的溫度是重要的，以防止氣體或副產物在腔室壁上非期望地冷凝。示例性熱傳遞流體包括水、乙二醇或上述流體的混合物。示例性熱傳遞流體也可包括氮氣。支撐組件310可具有支撐組件通道304以供熱傳遞流體流過支撐組件310 從而影響基板溫度。腔室主體312可進一步包含襯墊333，襯墊333環繞支撐組件310。襯墊333較佳為可移動，以供維修與清潔。襯墊333可由諸如鋁之類的金屬或陶瓷材料製成。然而，襯墊 333可為任何工藝相容的材料。襯墊333可受噴砂，以增加任何沉積於襯墊333上的材料的附著力，因而防止材料剝落造成處理腔室300的汙染。在一個或多個實施例中，襯墊333包括形成於襯墊333中的一個或多個穿孔335以及泵取通道329，泵取通道3 與真空系統流體連通。穿孔335提供流體路徑以供氣體進入泵取通道329，泵取通道3 為處理腔室300 內的氣體提供出口。真空系統可包括真空泵325與節流閥327，以調節氣體通過處理腔室300的流量。 真空泵325耦接配置在腔室主體312上的真空通口 311，且因此與形成在襯墊333內的泵取通道3 流體連通。除非以其他方式註明，否則「氣體」一詞指一種或多種反應物、催化劑、 載氣、衝淨氣體、清潔氣體、上述氣體的組合，以及任何其他導入腔室主體312的流體。「前體」一詞用於指任何參與在表面上移除或沉積材料的反應的工藝氣體。
穿孔335使泵取通道得以與腔室主體312內的處理區域340流體連通。處理區域 340由蓋組件302的下表面與支撐組件310的上表面界定，且由襯墊333環繞。穿孔335尺寸可為一致且繞襯墊333均等地隔開。然而，可使用任何數目、位置、尺寸或形狀的穿孔，且這些設計參數中的每一個可取決於橫跨基板接收表面的期望氣體流態而改變，如下文中詳細論述。此外，穿孔335的尺寸、數目與位置是經設置以達成離開處理腔室300氣體的均勻流動。進一步言之，穿孔尺寸與位置可裝設成提供快速或高容量的泵取，以助於快速地從腔室排出氣體。舉例而言，穿孔335的數目與尺寸在相當接近真空通口 331處可小於位在遠離真空通口 331處的穿孔335尺寸。氣體供給平板(圖中未示)一般用於提供工藝氣體穿過一個或多個穿孔351予以處理腔室300。所使用的特殊的氣體取決於在腔室300內所執行的工藝。說明性的氣體可包括(但不限於)一種或多種前體、還原劑、催化劑、載氣、衝淨氣體、清潔氣體或者上述氣體的任何混合物或組合。一般而言，導至處理腔室300的一種或多種氣體穿過頂板350中的穿孔351流進等離子體空間361。處理氣體可以交替式或結合式更直接地穿過穿孔352 導入處理區域340。穿孔352繞過遠端等離子體區域並且用於涉及氣體不需要等離子體激發的工藝，或者不會因氣體的額外激發而受益的工藝。在臭氧產生器中生成的反應性氧可穿過穿孔導入處理區域340而無須通過區域361、362與363。電子式操作的閥及/或流量控制機構(圖中未示)可用於控制來自氣體供應源進入處理腔室300的氣體流量。視工藝而定，任何數量的氣體可傳遞至處理腔室300，並且可在處理腔室300中混合或者在氣體傳遞至處理腔室300之前混合。蓋組件302可進一步包括電極345，以在蓋組件302內生成反應性物料的等離子體。在一個實施例中，電極；345由頂板350支撐，且通過插入電絕緣環347與頂板電絕緣， 電絕緣環347由氧化鋁或任何其他絕緣且具工藝相容性的材料製成。在一個或多個實施例中，電極345耦接功率源346，同時蓋組件302的其餘部份接地。據此，一種或多種工藝氣體的等離子體可在由空間361、362及/或363構成的遠端等離子體區域中生成，所述區域位在電極345與環狀安裝凸緣322之間。在實施例中，環狀安裝凸緣包含或支撐氣體傳遞板320。舉例而言，等離子體可在電極345與阻擋組件330的一個或二個阻擋板之間啟動並且維持。或者，在不存在阻擋組件330的情況下，可在電極345與氣體傳遞板320之間點燃且保持等離子體。在另一實施例中，等離子體良好地局限或保持在蓋組件302內。據此， 等離子體為「遠端等離子體」，因為沒有活性等離子體直接與腔室主體312內配置的基板接觸。於是，可避免等離子體對基板的損害，因為等離子體與基板表面隔離。各種功率源346能夠將氨氣與三氟化氮氣體活化成反應性物料。舉例而言，可使用射頻(RF)、直流電(DC)或微波(MW)類的電源放電技術。所述活化亦可通過熱能類型的技術、氣體斷裂技術、高強度光源(例如UV能量)或暴露至X射線源生成。或者，可使用遠端活化源(諸如遠端等離子體產生器)以生成反應性物料等離子體，隨後傳遞進入腔室300。示例性遠端等離子體產生器可從諸如MKS Instrument, Inc.與Advanced Energy Industries, Inc.等販售商購得。在示例性處理系統中，RF功率供應器耦接電極345。更高功率微波功率源346在使用功率源346產生反應性氧的事件中是有利的。通過將熱傳遞介質個別流過腔室主體通道313與支撐組件通道304而控制工藝腔室主體312與基板每一者的溫度。支撐組件通道304可形成於支撐組件310內，以助傳送熱能。腔室主體312與支撐組件310可獨立冷卻或加熱。例如，加熱流體可流過腔室主體 312與支撐組件310中的一個，而冷卻流體流過另一個。可使用其他方法控制基板溫度。可通過以電阻式加熱器加熱支撐組件310(或支撐組件310的一部份，例如底座)或通過其他方式來加熱基板。另一配置中，氣體傳遞板 320可維持在高於基板的溫度，而基板可上升，以升高基板溫度。在此實例中，以輻射式加熱基板，或者通過使用氣體以從氣體傳遞板320將熱導至基板而加熱基板。可通過升高基板支撐組件310或通過使用舉升銷而上升基板。在不同實施例中，在此述的蝕刻工藝期間，可將腔室主體312維持在介於50°C至 80V之間、55°C至75°C之間、或60V至70°C之間的大約溫度範圍內。暴露至等離子體流出物及/或氧化劑期間，在不同實施例中，可將基板維持在低於約100°c、低於65°C、介於約 15°C至約50°C之間或介於約22°C至約40°C之間。等離子體流出物包括各種分子、分子片段及離子化物料。現用SiConi 蝕刻的挾帶理論機制可能完全正確也可能不完全正確，但認為等離子體流出物包括易於與此處所述的低溫基板反應的NH4F以及NH4F. HF基板。等離子體流出物可與矽氧化物表面反應，以形成(NH4)力丨&力氏及H2O產物。NH3及H2O在此述處理條件下為蒸氣，且可通過真空泵325從處理區域340移除。(NH4)2SiF6固體副產物的不連續薄層留在基板表面上。暴露至等離子體流出物後及固體副產物的相關累積後，可加熱基板以移除副產物。在實施例中，通過將加熱元件370結合於氣體傳遞板320內或結合於所述板320附近， 而可加熱氣體傳遞板320。通過減少基板與受熱的氣體傳遞板之間的距離而可加熱基板。 不同實施例中，可將氣體傳遞板320加熱到約100°C至150°C之間，介於約100°C至140°C 之間，或介於約120°C至130°C之間。通過減少基板與受熱的氣體傳遞板之間的間隔，在不同實施例中，可將基板加熱到大於約75°C，大於約90°C，大於約100°C，或介於約115°C至 150°C之間。應將從氣體傳遞板320輻射到基板的的熱量製造得足夠充分以將基板上的固體(NH4) 2SiF6解離或升華成揮發性SiF4、NH3及HF產物，這些產物可從處理區域340泵取抽
1 O不同實施例中，氨(或大體而言含氫前體)可以約50sccm至約300sccm、約75sccm 至約250sccm、約IOOsccm至約200sccm或約120sccm至約170sccm之間的速率流入遠端等離子體空間361。不同實施例中，三氟化氮(或大體而言，含氟前體)可以約25sCCm至約 150sccm、約 40sccm 至約 175sccm、約 50sccm 至約 IOOsccm 或約 60sccm 至約 90sccm 之間的速率流入遠端等離子體空間361。結合的含氫與含氟前體進入遠端等離子體區域的流率可佔總氣體混合物體積的0.05%至約20% ；其餘氣體為載氣。在一個實施例中，在這些反應性氣體之前，首先啟動衝淨氣體或載氣進入遠端等離子體區域，以穩定遠端等離子體區域內的壓力。等離子體流出物的產生是發生在空間361、362和/或363內，通過相對於蓋組件 302的其餘部份施加等離子體功率給電極345而達成。等離子體功率可為各種頻率或多重頻率的組合。在示例性處理系統中，藉由將RF功率傳遞給電極345而提供等離子體。不同實施例中，RF功率可介於約IW至約1000W、約5W至約600W、約IOW至約300W、或約20W至約100W之間。不同實施例中，施加在示例性處理系統中的RF頻率可少於約200kHz、少於約 150kHz、少於約120kHz、或介於約50kHz至約90kHz之間。
當使用臭氧產生器形成反應性氧時，可使用各種類型的臭氧產生器。臭氧產生器可接近處理系統或與處理系統隔離。臭氧產生器可置於清潔室外側或容置處理系統的灰色地帶。臭氧一般是與更穩定的分子氧(O2)流動，在數個實施例中，在此所述結合是指反應性氧。不同實施例中，反應性氧的流率可介於約Islm至約50slm、約klm至約30slm、或約 klm至約IOslm之間。在反應性氧通過穿孔352流進處理區域340之前，可與相對惰性的額外氣體流結合。可納入相對惰性的載氣以獲得各種益處，包括增加等離子體密度。在將臭氧、氧、載氣和/或等離子體流出物流進處理區域340期間，可將處理區域 340維持在各種壓力下。不同實施例中，可將所述壓力維持在約500mTorr至約30Torr、約 ITorr至約lOTorr、或約3Torr至約6Torr之間。處理區域340內亦可使用較低的壓力。不同實施例中，壓力可維持在低於或約500mTorr、低於或約250mTorr、低於或約IOOmTorrJg 於或約50mTorr、或者低於或約20mTorr。在一個或多個實施例中，可將處理腔室300整合成多種多重處理平臺，包括 Producer GT、Centura AP 以及 Endura 平臺，可購自美國加州 Santa Clara 的 Applied Materials, Inc.。此類處理平臺能夠執行數種處理操作而無須破真空。第4圖是說明性多重腔室處理系統400的概略頂視圖。系統400可包括一個或多個負載鎖定腔室402、404，以將基板傳送進出系統400。一般而言，因為系統400是在真空下，負載鎖定腔室402、404可向下抽吸導進系統400的基板。第一機器人410可將基板傳送於負載鎖定腔室402、404與第一組一個或多個基板處理腔室412、414、416、418(圖中顯示四個)之間。可配備每一處理腔室412、414、416、418以執行許多基板處理操作，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、去氣、定位及其他基板工藝之外，還包括此述的乾式蝕刻工藝。第一機器人410亦可將基板傳送至一個或多個傳送腔室422、似4或將基板送出這些腔室。傳送腔室422、似4可用於維持超高真空條件，同時使基板在系統400內傳送。第二機器人430可在傳送腔室422、似4與第二組一個或多個處理腔室432、434、436、438之間傳送基板。類似於處理腔室412、414、416、418，可配備每一處理腔室432、4；34、436、438以執行許多基板處理操作，除了例如循環層沉積(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、去氣及定位之外，還包括此述的乾式蝕刻工藝。如果由系統400執行的特殊工藝非必要，則任何基板處理腔室412、414、416、418、432、434、436、 438可從系統400移除。臭氧產生器451可位於清潔室外側，而供給線路將工藝氣體從臭氧器451搭載到用於此述的氧化-SiConi 工藝的處理腔室434。遠端等離子體系統(RPQ453可定位在遠端，或者與SiConi 處理腔室434 —起整合(如圖所示)。或者，RPS453可為個別獨立形式，但相當接近或甚至在實體上附接處理腔室434。於RPS453內激發的反應性氧可更直接 (例如通過穿孔35 導入處理區域340，然而其他來自氣體作業系統455的處理氣體通過穿孔351導入，由工藝空間361、362和/或363內的遠端等離子體激發。系統控制器457用於控制馬達、閥、流量控制器、電源供應器及其他操作此述工藝配方所需的功能。系統控制器457可仰賴來自光學感測器的反饋，以確定並且調整可移動的機械組件的位置。機械組件可包括機器人、節流閥及感受器，前述部件在系統控制器457 的控制下通過馬達移動。
在示例性實施例中，系統控制器457包括硬碟驅動器(存儲器),USB埠、軟盤驅動器及處理器。系統控制器457包括模擬和數字輸入/輸出板、接口板及步進馬達控制板。 含有處理腔室300的多重腔室處理系統400的各部分受到系統控制器457控制。系統控制器執行系統控制軟體，所述軟體以電腦程式的形式儲存在計算機可讀介質上，這些介質諸如硬碟、軟盤或快閃記憶體拇指驅動器。亦可使用其他種類的存儲器。電腦程式包括指令集， 這些指令集指示時間、氣體混合、腔室壓力、腔室溫度、RF功率層級、感受器位置及其他特殊工藝參數。可使用由控制器執行的電腦程式實施用於在基板上沉積膜的工藝或者用於清潔腔室的工藝。電腦程式編碼可以任何傳統計算機可讀程式語言撰寫，例如68000彙編語言、C、C++、Pascal, Fortran或其他的語言。使用傳統文本編輯器將適合的程序編碼輸入單個文件或多個文件，並且儲存或包含於計算機可用介質中(如計算機的存儲器系統)。倘若輸入的編碼文本是高階語言，則編譯編碼，而所得的編譯編碼隨後與預先編譯的 Microsoft Windows 庫存程序的目標代碼連結。為了執行連結的、編譯的目標代碼，系統使用者調用此目標代碼，使計算機系統載入存儲器中的編碼。CPU隨後讀取並且執行此編碼， 以執行在程序中標識的任務。使用者與控制器之間的界面可通過觸摸感測顯示器，亦可包括滑鼠及鍵盤。在一個實施例中，使用兩個監視器，一個安裝在清潔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。兩個監視器可同時顯示相同信息，該實例中，一次僅有一個被設置成接受輸入。為了選擇特殊的屏幕或功能，操作者以手指或滑鼠觸摸顯示器屏幕上的設計區域。觸摸區域改變所述區域的強調色彩，呈現新的菜單或屏幕，確認操作者的選擇。在此所使用的「基板」可為具有(或不具有)形成於此基板上的膜層的支撐基板。 支撐基板可為有各種摻雜濃度及摻雜輪廓的絕緣體或半導體，可例如為用在集成電路製造上的類型的半導體基板。處於「激發態」的氣體是描述這樣的氣體其中至少有一些氣體分子處于振動型式的激發、解離和/或離子化的狀態。氣體可為兩種以上氣體的結合。全文中所用的溝槽(trencn) —詞毫無暗指意味地是指蝕刻過的地形具有大的水平深寬比。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。通過上述數個實施例的說明，本領域技術人員應知多種修飾例、替代架構與等效例皆不脫離本發明的精神。此外，說明書中不對多種傳統處理與元件做說明，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的限制。當提供數值範圍時，除非文字中另外清楚指明，應知亦同時揭露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的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。這些較小範圍的上限值與下限值可獨立地包含或排除於所述範圍中，且在較小範圍中包括這兩個限值中的一個、兩個或不包括這兩個限值的各個範圍均由本發明所涵蓋，除非有特別排除的限制。當所陳述的範圍包括限值中的一個或兩個時，所陳述的範圍也涵蓋排除了這些所包括的限值中的一個或兩個時的範圍。說明書與所附權利要求書中所使用的單數形式「一」、「一個」與「所述」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，「一種工藝」包括複數個此類工藝，而「所述介電材料」包括一種或多種介電材料以及本領域技術人員所熟知的介電材料的等效例。 同樣，本說明書與所附權利要求書中「包括」、「包含」、「含有」、「含」以及「具有」
等用語是指存在所陳述的特徵、組件、構件或步驟，但所述用語並不排除一種或多種其他特徵、物體、構件、步驟、動作或群組的存在或增加。
權利要求
1.一種在基板處理腔室的基板處理區域中蝕刻基板的表面上的含矽及碳層的方法，所述方法包括以下步驟將含氟前體與含氫前體流入第一遠端等離子體區域，同時在所述第一遠端等離子體區域中形成等離子體以產生等離子體流出物，其中所述第一遠端等離子體區域流體連通式耦接至所述基板處理區域；藉由將所述等離子體流出物與反應性氧流入所述基板處理區域來蝕刻所述含矽及碳層，同時在所述基板的所述表面上形成固體副產物；以及藉由將所述基板的溫度增加至所述固體副產物的升華溫度之上來升華所述固體副產物。
2.一種在基板處理區域中蝕刻基板的表面上的含矽及碳層的方法，所述方法依序包括以下步驟將反應性氧流入所述基板處理區域，以減少所述含矽及碳層的接近表面的區域中的碳濃度；通過將含氟前體與含氫前體流入第一遠端等離子體區域，同時在所述第一遠端等離子體區域中形成等離子體以產生流入所述基板處理區域的等離子體流出物，來蝕刻所述含矽及碳層，其中所述第一遠端等離子體區域流體連通式耦接至所述基板處理區域；以及在所述蝕刻步驟後，藉由將所述基板的溫度上升至留在所述表面上的固體副產物的升華溫度之上來升華所述固體副產物。
3.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中所述含氟前體包含選自由三氟化氮、氟化氫、雙原子氟、單原子氟及氟取代的碳氫化合物所構成的群組中的至少一種前體。
4.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中所述含氫前體包含選由原子氫、分子氫、 氨、碳氫化合物及滷素取代不完全的碳氫化合物所構成的群組中的至少一種前體。
5.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中將所述基板的溫度較所述蝕刻操作期間所述基板的溫度增加至少20°C，以升華所述固體副產物。
6.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中所述基板在所述蝕刻操作期間的溫度少於100°C或大約100°C。
7.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中所述反應性氧包含臭氧。
8.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中所述反應性氧包含原子氧(0)。
9.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中從所述含矽及碳層被移除大約150A或少於150 A的厚度。
10.如上述權利要求中任一項所述的方法，其中重複所述步驟以從所述含矽及碳層移除額外的材料。
11.如權利要求10所述的方法，其中每一重複程序從所述含矽及碳層移除大約150A 或少於150 A的厚度。
12.如權利要求1所述的方法，其中所述反應性氧不流經所述第一遠端等離子體區域。
13.如權利要求2所述的方法，其中所述反應性氧包含臭氧，所述臭氧是通過將分子氧 (O2)流進第二遠端等離子區域而生成的。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述第一遠端等離子體區域是所述第二遠端等離子體區域。
15. 一種在基板處理系統內與基板處理區域相接的內部表面上蝕刻含矽及碳層的方法，所述方法包括以下步驟將含氟前體與含氫前體流入遠端等離子體區域，同時在所述遠端等離子體區域中形成等離子體以產生等離子體流出物，其中所述遠端等離子體區域流體連通式耦接至所述基板處理區域；藉由將所述等離子體流出物與反應性氧流入所述基板處理區域來蝕刻所述含矽及碳層，同時在所述內部表面上形成固體副產物；以及藉由將所述內部表面的溫度增加至所述固體副產物的升華溫度之上來升華所述固體副產物。
全文摘要
在此描述一種蝕刻含矽及碳的材料的方法，所述方法包括結合反應性氧流的SiConiTM蝕刻。反應性氧可在SiConiTM蝕刻之前導入，從而減少接近表面區域處的碳含量，並且使SiConiTM蝕刻得以更快速進行。或者，反應性氧可在SiConiTM蝕刻期間導入，以進一步改善有效的蝕刻速率。
文檔編號G03F7/42GK102598222SQ201080047977
公開日2012年7月18日 申請日期2010年8月10日 優先權日2009年8月31日
發明者A·B·馬利克, J·唐, K·薩普瑞, L·王, N·英格爾 申請人:應用材料公司