專利名稱：蝕刻到含氧化硅材料中的方法、形成容器電容器的方法和形成動態隨機存取存儲器(dram ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及蝕刻到含氧化硅材料中的方法、形成容器電容器的方法和形成DRAM 陣列的方法
背景技術：
半導體處理常可包括蝕刻到含氧化硅材料中或蝕刻穿含氧化硅材料。含氧化硅材料 可以是未經摻雜的(且因此可由二氧化硅(Si02)組成)，或可以是經摻雜的(且因此 可包含(例如)硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、磷硅酸鹽玻璃(PSG)和氟硅酸鹽玻璃(FSG) 中的一者或一者以上)。
蝕刻含氧化硅材料的一實例應用是電容器容器開口的形成。圖1到圖3說明用于在 含氧化硅材料內形成電容器容器開口的常規方法。
參看圖1,其展示處于初步處理階段的半導體構造10。構造IO包含基底半導體材 料12，所述基底半導體材料12具有由此支撐的多個晶體管14、 16和18。所述基底半 導體材料可包含任何合適的半導體組合物或組合物的組合；且可(例如)包含輕微地背 景摻雜有適當的摻雜劑的單晶硅、基本上由所述單晶硅組成，或由所述單晶硅組成。所 述基底可為單晶硅晶片的一部分。
可將基底12視為半導體襯底或半導體襯底的一部分。為輔助解釋所附權利要求書， 將術語"半導電襯底"和"半導體襯底"定義為表示包含半導電材料的任何構造，包括 (但不限于)大塊半導電材料(例如，半導電晶片(單獨或以上面包含其它材料的組合 件的形式))和半導電材料層(單獨或以包含其它材料的組合件的形式)。術語"襯底" 指代任何支撐結構，包括(但不限于)上文所描述的半導電襯底。
晶體管14、 16和18分別包含柵極24、 26和28。這些柵極包括堆疊，所述堆疊包 含柵極電介質30、導電柵極材料32和電絕緣蓋34。導電柵極材料可包含金屬(例如， 鈦或鉤)、金屬化合物(例如，金屬硅化物或金屬氮化物)以及經導電摻雜的半導體材 料(例如，經導電摻雜的硅)中的一者或一者以上。柵極電介質可包含二氧化硅。絕緣 蓋可包含氮化硅、二氧化硅和氮氧化硅中的一者或一者以上。
電絕緣側壁間隔物36是沿柵極的側壁的。這些側壁間隔物可為二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的一者或一者以上。
晶體管14、 16和18包含源極/漏極區40、 42、 44、 46和48。晶體管14和16是成 對的，且共用一共同源極/漏極區42。晶體管18可為另一成對晶體管組的一部分，使得 源極/漏極區48也是共用的源極/漏極區。源極/漏極區44和46由于其間所提供的隔離區 45而彼此電隔離。所述隔離區被填充有絕緣材料，例如二氧化硅和氮化硅中的一者或兩 者；且可對應于淺溝槽隔離區。
最終，共用的源極/漏極區42和48可連接到位線，且其余的源極/漏極區40、 44和 46可連接到電容器。因此，晶體管14、 16和18可并入動態隨機存取存儲器(DRAM) 陣列中。
含氧化硅材料50可位于晶體管14、 16和18之上。含氧化硅材料可包含如圖所示 的單個均質體，或可包含多個層。含氧化硅材料的主要部分可由經摻雜的氧化物(例如 BPSG、 PSG或FSG)中的一者或一者以上組成；且在某些應用中，含氧化硅材料50全 部可由一種或一種以上經摻雜的氧化物組成。在某些應用中，含氧化硅材料50的至少 一部分可由二氧化硅組成。舉例來說，含氧化硅材料50的下部可為二氧化硅層，且含 氧化硅材料50的其余部分可為一種或一種以上經摻雜的氧化物。
經圖案化的掩模52形成于材料50上。經圖案化的掩模具有延伸穿過其中的多個開 口 54、 56和58。經圖案化的掩模可包含含碳材料、基本上由含碳材料組成，或由含碳 材料組成，所述含碳材料例如是透明碳、非晶碳和/或光致抗蝕劑。
參看圖2，開口 54、 56和58延伸穿過含氧化硅材料50，分別到達源極/漏極區40、 44和46。通過利用C4F8 (以約60標準立方厘米/分鐘(sccm)流動)、氬(以約1100 sccm 流動)、氧(以約25sccm流動)和C4Fe (以約2sccm流動)的蝕刻，來使開口延伸穿 過含氧化硅材料。可在約30毫托的壓力下，利用處于約60兆赫的約2100瓦特的等離 子體功率以及處于約2兆赫的約3500瓦特的襯底偏壓來進行此蝕刻。
如上文所描述的蝕刻的問題在于，其可能在開口 56和58內產生所示的彎曲，所述 彎曲產生加寬的區60和62。此加寬的區使其間的側壁變薄，使得開口56和68在位置 63處接觸或幾乎接觸。而且，所述蝕刻可導致開口內的所謂的"扭曲"，使得開口的內 部周邊看似沿著開口的垂直長度而扭曲。
參看圖3，遮蔽材料52 (圖2)被移除，且電容器材料70、 72和74形成于開口 54、 56和58內。電容器材料70是第一電極材料，電容器材料72是電介質材料，且電容器 材料74是第二電極材料。材料70和74是導電的，且可包含金屬、金屬化合物和經導 電摻雜的半導體材料中的一者或一者以上。材料72是電絕緣的，且可包含二氧化硅、
6氮化硅和各種高k材料中的一者或一者以上。
材料70、 72和74既定在開口 54、 56和58內形成電容器構造80、 82和84。遺憾 的是，開口 56和58內的彎曲可能導致電容器82與電容器84彼此短路
發明內容
圖1到圖3說明用于形成DRAM陣列的電容器的各個常規處理階段處的半導體晶 片片段。
圖4到圖7說明根據本發明的一實施例的用于形成穿過含氧化硅材料的開口且用于 在這些開口內形成電容器的各個處理階段處的半導體晶片片段。
圖8圖示可用于本發明的實施例中的蝕刻腔室的一部分。
具體實施例方式
本發明的實施例可利用新的蝕刻化學物質來避免與使用常規處理形成高縱橫比開 口相關聯的彎曲和其它問題。使用這些新的蝕刻化學物質形成的開口可用于制造容器電 容器，且此類電容器可并入DRAM中。
圖4到圖7說明本發明的一實施例。參看圖4到圖7，在適當的情況下，將使用與 描述圖1到圖3的常規過程中所利用的編號類似的編號
最初參看圖4，其展示半導體構造10，其類似于上文參看圖1而論述的半導體構造。 圖4的構造IO包含上文參看圖1而論述的半導體基底12;晶體管14、 16和18;隔離 區45:含氧化硅材料50和經圖案化的遮蔽材料52。
間隙(或開口) 54、 56和58延伸穿過經圖案化的遮蔽材料52。圖4的構造與圖1 的構造之間的差異可能在于間隙54、 56和58在圖4中具有不同于在圖1中的尺寸。此 尺寸差異可用于在不同于用于處理圖1的構造的常規條件的蝕刻條件下優化圖4的構 造。
參看圖5，構造10經受使開口 54、 56和58延伸穿過含氧化硅材料分別到達源極/ 漏極區40、 44和46的蝕刻。所述蝕刻在含氧化硅材料50內形成比通過常規蝕刻條件 形成的開口 (圖2的開口)更尖削的開口，且還避免與彎曲和扭曲相關聯的問題。在某 些實施例中，可消除彎曲和扭曲。即使彎曲和扭曲未被消除，隨著開口越來越深地穿透 到含氧化硅材料50中，開口的逐漸變細可在開口之間形成額外間隔，其可避免鄰近開 口的重疊。在某些實施例中，可將蝕刻條件選擇為使得逐漸變細相對于圖5中所示的逐漸變細而減輕；且在某些實施例中，蝕刻條件可形成大致與通過常規工藝形成的側壁一 樣垂直的側壁。
用于使開口 54、 56和58延伸穿過含氧化硅材料50的蝕刻可為利用高濃度的氦的 等離子體蝕刻。等離子體蝕刻可具有基于化學的部分和基于物理的部分。所述蝕刻的基 于化學的部分歸因于蝕刻成分與材料的引起移除材料的反應的化學相互作用。所述蝕刻 的基于物理的部分歸因于高能蝕刻成分對材料的影響以使材料的多個部分移位(在某些 方面類似于噴砂)。氦是比圖1到圖3的常規處理中所使用的氬輕的元素，且這可導致 與氦相關聯的物理蝕刻成分少于與氬相關聯的物理蝕刻成分。
可在蝕刻腔室(例如，圖8中繪示的腔室200)中進行蝕刻。此腔室具有提供于其 中的襯底固持器202，所述襯底固持器202保持半導體襯底10。腔室在襯底上方具有一 區，在所述區內保存等離子體204。蝕刻成分流入腔室中，如箭頭206所圖示，且產物 和未反應的蝕刻成分流出腔室，如箭頭208所圖示。在蝕刻過程期間，可存在穿過蝕刻 腔室的材料流。在蝕刻過程期間，蝕刻腔室內的材料可被稱作蝕刻環境。蝕刻腔室內的 材料可呈氣體狀態或等離子體狀態，且因此可被稱作蝕刻流體。
在蝕刻穿透圖5的含氧化硅材料50期間所利用的蝕刻環境可包含至少約75體積％ 的氦。另外，此蝕刻環境可包含02和一種或一種以上碳氟化合物；其中碳氟化合物和 02用于化學蝕刻部分。碳氟化合物可包括C4Fs和C4F6。
如果蝕刻環境僅包含氦、碳氟化合物和02，那么發現對含氧化硅材料的蝕刻選擇性 比遮蔽材料52差。這可歸因于在蝕刻過程和侵蝕遮蔽材料期間所釋放的氟。還發現， 蝕刻環境內包括CO (—氧化碳)可使對含氧化硅材料的蝕刻選擇性高于遮蔽材料的蝕 刻選擇性。這可歸因于CO清除了所釋放的氟。在遮蔽材料52包含碳(例如，當遮蔽材 料52基本上由非晶碳或透明碳組成時，或由非晶碳或透明碳組成時)的應用中，利用 CO可能尤其有用。可在蝕刻環境內提供達至少約5體積％濃度的CO。
用于蝕刻穿透含氧化硅材料50的蝕刻的實施例利用以下物質流穿過反應腔室
從約6 sccm到約100 sccm的一種或一種以上碳氟化合物(其可為約60 sccm的C4F8 和約2 sccm的C4F6);
從約100 sccm到約1500 sccm的氦(其可為約1000 sccm的He);
從約1 sccm到約500 sccm的CO (其可為約300 sccm的CO);以及
從約2 sccm到約40 sccm的02 (其可為約25 sccm的02)。
可使用從約10毫托到約30毫托(例如，約30毫托)的環境壓力(換句話說，反 應腔室內的壓力)、從約1500瓦特到約3000瓦特(例如，約2100瓦特)的等離子體功
8率、以及從約2000瓦特到約5000瓦特(例如，約3500瓦特)的襯底偏壓來進行蝕刻；
在某些實施例中，對于蝕刻的至少一部分，蝕刻環境可基本上由氦、 一種或一種以 上碳氟化合物、CO和02組成。氦、 一種或一種以上碳氟化合物、CO和02是在蝕刻期 間流入腔室中的材料，但蝕刻環境的組成可隨著產物在蝕刻過程期間釋放而改變。在某 些實施例中，氦、 一種或一種以上碳氟化合物、CO和02是流入腔室中的僅有材料；且 因此可將流入腔室中的蝕刻材料視為由氦、一種或一種以上碳氟化合物、CO和02組成。
如上文參看圖1所論述，含氧化硅材料50可包含經摻雜的含氧化硅材料(例如， BPSG、 PSG或FSG)和/或未經摻雜的二氧化硅。在某些實施例中，材料50可由經摻 雜的含氧化硅材料組成，且在其它實施例中，材料50可由Si02組成。在其它實施例中， 材料50可包含位于由Si02組成的層之上的經摻雜的含氧化硅材料的厚塊。
盡管將圖5的蝕刻展示為一直延伸到源極/漏極區，但將理解，在其它實施例中，導 電支座可形成于源極/漏極區上，且隨后可進行蝕刻以延伸到這些導電支座的上表面。
含氧化硅材料50內所形成的開口可為高縱橫比開口，且因此可具有至少20:1的縱 橫比，且在某些實施例中可具有24:1或更高的縱橫比。
參看圖6，遮蔽材料52被移除。可使用任一合適的蝕刻或多種蝕刻組合來實現此移 除，且可(例如)使用干式剝離工藝(例如，利用02的剝離)來實現。
參看圖7，開口54、 56和58被用作容器電容器的容器。具體來說，第一電容器電 極材料70、電介質材料72和第二電容器電極材料74形成于所述開口內，以形成容器電 容器80、 82和84。這些容器電容器分別位于源極/漏極區40、 44和46正上方。在某些 實施例中，含氧化硅材料50可為至少約1微米厚，且因此容器電容器的容器可為至少 約1微米深。因此，可在高縱橫比開口54、 56和58內形成較高、較薄的電容器。可利 用參看圖5而論述的上文蝕刻條件來避免鄰近電容器彼此短路的問題。
可將電容器80、 82和84并入DRAM陣列中。具體來說，共用的源極/漏極區42和 48可連接到位線100和102 (圖7中圖示)，且晶體管柵極24、 26和28可由字線構成。 可將個別晶體管14、 16和18中的每一者視為包含成對的源極/漏極區(例如，晶體管 14包含成對的源極/漏極區40和42)。此外，個別晶體管中的每一者具有成對的源極/ 漏極區中與一電容器電耦合的一個源極/漏極區(例如，電容器80與源極/漏極區40電 耦合)，且具有成對的源極/漏極區中與一位線電耦合的另一源極/漏極區(例如，源極/ 漏極區42與位線100電耦合)。
權利要求
1.一種蝕刻到含氧化硅材料中的方法，其包含利用包括至少約75體積％的氦的蝕刻環境。
2. 根據權利要求1所述的方法，其進一步包含將所述蝕刻環境配制成包含一種或一種 以上碳氟化合物。
3. 根據權利要求2所述的方法，其進一步包含將所述蝕刻環境配制成包含一氧化碳。
4. 根據權利要求3所述的方法，其進一步包含在包含以下各項的流動速率下提供所述 蝕刻環境從約6 sccm到約100 sccm的所述一種或一種以上碳氟化合物； 從約100 sccm到約1500 sccm的所述氦；以及 從約1 sccm到約500 sccm的所述一氧化碳。
5. 根據權利要求4所述的方法，其進一步包含將所述蝕刻環境配制成包含從約2 sccm 到約40 sccm的流動速率下的02。
6. 根據權利要求5所述的方法，其進一步包含將所述蝕刻環境配制成基本上由所述氦、 一種或一種以上碳氟化合物、 一氧化碳和02組成。
7. 根據權利要求2所述的方法，其進一步包含將所述一種或一種以上碳氟化合物選擇 為包含QF8和C4F6。
8. 根據權利要求l所述的方法，其中所述含氧化硅材料包含經摻雜的二氧化硅。
9. 根據權利要求1所述的方法，其中所述含氧化硅材料由經摻雜的二氧化硅組成。
10. 根據權利要求1所述的方法，其中所述含氧化硅材料由Si02組成。
11. 一種在含氧化硅材料中形成開口的方法，其包含在蝕刻腔室內提供半導體構造，所述半導體構造包含位于半導體襯底之上的所述 含氧化硅材料，且包含位于所述含氧化硅材料之上的經圖案化的含碳掩模；所述經 圖案化的含碳掩模具有延伸穿過其中的多個開口；使蝕刻流體流入所述腔室中，所述蝕刻流體包含至少約75體積％的氦，且包含 至少約5體積9fc的CO;以及在蝕刻中利用所述蝕刻流體以使所述開口延伸到所述含氧化硅材料中，以在所述 含氧化硅材料中形成具有至少約20:1的縱橫比的容器。
12. 根據權利要求11所述的方法，其進一步包含將所述蝕刻流體配制成包含一種或一 種以上碳氟化合物。
13. 根據權利要求12所述的方法，其進一步包含將所述蝕刻流體配制成包含02。
14. 根據權利要求11所述的方法，其中所述含二氧化硅的材料包含經摻雜的二氧化硅。
15. 根據權利要求11所述的方法，其中所述含二氧化硅的材料由經摻雜的二氧化硅組 成。
16. —種形成容器電容器的方法，其包含提供半導體構造，所述半導體構造包括位于半導體襯底之上的經摻雜的氧化硅， 所述經摻雜的氧化硅為至少約1微米厚使用包含至少約75體積％的氦的蝕刻流體在所述經摻雜的氧化硅中形成開口， 以在所述經摻雜的氧化硅中形成具有至少約20:1的縱橫比的容器；在所述開口內形成第一電容器電極材料；在所述開口內在所述第一 電容器電極材料上形成電介質材料；以及 在所述開口內在所述電介質材料上形成第二電容器電極材料。
17. 根據權利要求16所述的方法，其進一步包含在所述經摻雜的氧化硅上形成經圖案化的掩模，所述掩模具有延伸穿過其中的間 隙，以界定所述開口的位置；且其中所述形成所述開口包含使所述間隙延伸。
18. 根據權利要求17所述的方法，其中所述形成所述經圖案化的掩模包含將所述掩模 形成為包含碳；且進一步包含在所述蝕刻流體中包括CO。
19. 根據權利要求18所述的方法，其進一步包含在包含以下各項的流動速率下提供所 述蝕刻流體從約6 sccm到約100 sccm的一種或一種以上碳氟化合物； 從約100 sccm到約1500 sccm的所述氦以及 從約1 sccm到約500 sccm的所述CO。
20. 根據權利要求19所述的方法，其進一步包含將所述蝕刻流體提供為包含從約2 sccm到約40 sccm的流動速率下的02。
21. —種形成動態隨機存取存儲器(DRAM)陣列的方法，其包含在蝕刻腔室內提供半導體構造，所述半導體構造包含位于半導體襯底之上的多個 晶體管；所述晶體管中的個別晶體管包含成對的源極/漏極區； 在所述晶體管上形成含氧化硅材料；在所述含氧化硅材料上形成經圖案化的含碳掩模；所述經圖案化的含碳掩模具有 延伸穿過其中的多個開口；使蝕刻材料流入所述腔室中，所述蝕刻材料由氦、 一氧化碳、氧、 一種或一種以 上碳氟化合物和02組成；利用所述蝕刻材料以使所述開口延伸到所述含氧化硅材料中，以在所述含氧化硅 材料中形成具有至少約20:1的縱橫比的容器；所述容器位于所述晶體管的源極/漏 極區的正上方；在所述開口內形成第一電容器電極材料；在所述開口內并在所述第一電容器電極材料上形成電介質材料； 在所述開口內并在所述電介質材料上形成第二電容器電極材料；所述第一電容器 電極材料和第二電容器電極材料與所述電介質材料一起在所述多個所述開口內形 成多個電容器；個別電容器與所述晶體管的所述個別源極/漏極區電耦合；以及形成與所述晶體管的源極/漏極區電連接的位線；個別晶體管的所述成對的源極/ 漏極區中的 一 個源極/漏極區與所述多個位線中的 一 條位線電耦合，且所述成對的 源極/漏極區中的另一源極/漏極區與所述多個電容器中的一個電容器電耦合。
22. 根據權利要求21所述的方法，其進一步包含將所述經圖案化的含碳掩模形成為包 含透明碳。
23. 根據權利要求21所述的方法，其進一步包含將所述一種或一種以上碳氟化合物配制成由C4Fs和C4F6組成。
全文摘要
本發明提供在具有至少75體積％的氦的蝕刻環境下蝕刻到含氧化硅材料中的方法。所述蝕刻環境還可包括一氧化碳、O<sub>2</sub>以及一種或一種以上碳氟化合物。可利用形成于所述含氧化硅材料中的開口來制造容器電容器，且可將這些電容器并入動態隨機存取存儲器(DRAM)中。
文檔編號H01L21/8242GK101553916SQ200780045300
公開日2009年10月7日 申請日期2007年11月8日 優先權日2006年12月11日
發明者拉塞爾·A·本森 申請人:美光科技公司