用于蝕刻含有二氧化硅的層的方法

專利名稱：用于蝕刻含有二氧化硅的層的方法
技術領域：
本發明涉及集成電路的制造，尤其涉及集成電路制造過程中用于蝕刻含有二氧化硅的層的改進的方法。
在集成電路制造中，一個含有二氧化硅的層，例如硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層，可以使兩個導電層相互絕緣。如果在兩個導電層的某個特定地方需要電接觸，只需在含有二氧化硅的層上形成一個接觸孔，并在其內沉積一種導電材料以促使兩個導電層之間的電連接。
為了便于討論，

圖1顯出了一個包括一個硅基底102的晶片100。在硅基片102上毯覆沉積(blanket deposit)一個多晶硅層104、一個硅化鎢層106、以及一個氮化硅層109。圖1顯示出基底102暴露了一個穿過多晶硅層104、硅化鎢層106、和氮化硅層109的接觸孔108。該接觸孔通過下列方法形成，用一種現有的光致抗蝕劑掩模技術掩屏晶片100，并且用合適的蝕刻劑蝕刻透硅化鎢層106和多晶硅層104。
如圖2所示，在氮化硅層109之上和沿接觸孔108側壁再沉積另一個氮化硅介電層，從而形成氮化硅層110。在接觸孔108底部的氮化硅材料已經蝕刻掉，從而暴露基底102于接觸孔108。
如圖3所示，在所述氮化硅層110之上和接觸孔108之內毯覆沉積一個含有二氧化硅的層302。
如圖4所示，用一個合適的光致抗蝕劑層或硬掩模掩屏含有二氧化硅的層302，并蝕刻，以去除接觸孔108內的二氧化硅材料。掩模404具有一個稍大于接觸孔108截面積的開孔，以產生穿過含有二氧化硅的層302和接觸孔108的本領域中所謂的自對準接觸。自對準接觸(self-aligned contact)確保后序沉積于接觸孔108的導電材料與硅基底102形成電接觸，即使含有二氧化硅的層302上的開孔由于譬如掩模錯位而稍有錯位。
圖4中，蝕刻含有二氧化硅的層302之后，再去除掩模404和在含有二氧化硅的層302之上和接觸孔108之內沉積一種導電材料，例如，金屬材料或摻雜多晶硅，以與下層硅基底102形成電接觸。在這種方法中，通過接觸孔108形成一個穿過含有二氧化硅的層302的導電通道。
在含有二氧化硅的層302的蝕刻過程中，從經濟的角度考慮選擇一個高的穿透含有二氧化硅的層302的蝕刻速率的蝕刻工藝非常重要。但是，選擇一個對氮化硅具有較高的選擇性的蝕刻工藝同樣很重要，這樣可以使得在蝕刻掉接觸孔108內的玻璃材料的同時不會嚴重地刻除氮化硅層110。這是因為肩區410(a)和410(b)以及接觸孔108側壁氮化硅層110的不適當的量的蝕刻會引起接觸孔108內后序沉積的導電材料和硅化鎢層106之間嚴重的電短路。本領域技術人員知道，這種嚴重的電短路是不期望的，因為這將使所制造的IC成為廢品。
在現有技術中，當有BPSG作為絕緣層時，典型地，用CHF3作為主蝕刻源氣體在一個等離子體處理室內進行蝕刻。盡管CHF3提供了滿意的BPSG蝕刻速率，但是它對氮化硅的選擇性典型地小于理想值。作為一個例子，用CHF3作為蝕刻源氣體的典型的BPSG蝕刻產生5∶1的BPSG對氮化硅選擇性(即，BPSG的蝕刻速率約為氮化硅蝕刻速率的5倍)或者更低。對于某些IC，由CHF3蝕刻源氣體提供BPSG對氮化硅的選擇性令人不太滿意。
對氮化硅的選擇性可以通過使用C4F8和CO作為蝕刻源氣體得到改進，然而，改進的選擇性又被C4F8/CO化學物質的其它缺點所抵消。例如，高純度CO氣體比較昂貴，從而增加了工藝成本。更重要的是，已經發現在等離子處理室內使用CO氣體能夠典型地導致BPSG蝕刻過程中晶片的金屬污染。已經發現這種金屬污染是由CO氣體和室金屬組分之間的化學反應引起的。例如，CO將與室組件中的鎳結合形成Ni(CO)4，這種化合物隨后又分解，在晶片上形成鎳原子，并向晶片器件內擴散，可能改變器件的電學性能。CO添加氣體還可能與室的鐵或其它金屬組分結合形成，例如Fe(CO)5和/或其它化合物，導致類似的晶片金屬污染問題。
綜上所述，需要改進用于在集成電路制造中蝕刻含有二氧化硅的層的技術。這種改進的含有二氧化硅的層的蝕刻技術優選使用所述CO以外的添加氣體以降低成本和減少和/或消除所述金屬污染問題。這種改進的蝕刻方法還使用一種蝕刻源氣體，提供經濟性好的含有二氧化硅的層的蝕刻速率同時保持對下面的氮化硅層的高的選擇性，以防止接觸孔內嚴重的電短路的形成。
在一個實施例中，本發明涉及一種在一個等離子體處理室內蝕刻一個半導體基片上的一個含有二氧化硅的層的方法。該含有二氧化硅的層布置在一個SiN層上。此方法包括把基片放置在等離子處理室內，和使一種蝕刻源氣體流進該等離子處理室內。蝕刻源氣體包括C4F8和一種非一氧化碳(CO)添加氣體。添加氣體包括含有氧原子和碳原子的分子。所述方法還包括從蝕刻源氣體觸發(striking)等離子，以蝕刻穿過至少部分含有二氧化硅的層。
在另一個實施例中，本發明涉及一種在一個等離子處理室用于改進蝕刻一種含有硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)的層時氧化物對氮化物的選擇性以在一個半導體基片上形成一個自對準接觸的方法。該含BPSG的層布置在一個SiN層之上和形成于該SiN層之內的一個通孔之內。該方法還包括把基片放置在所述等離子處理室內，和使蝕刻源氣體流進該等離子處理室內。蝕刻源氣體包括C4F8和一種非一氧化碳(CO)添加氣體。該添加氣體包括含有1∶1氧原子和碳原子的分子。該方法還包括用具有13.56MHz頻率的射頻(RF)電源激發蝕刻源氣體，以便從蝕刻源氣體產生等離子體，從而蝕刻穿過至少部分所述含有BPSG的層。
根據本發明的一個方面，所述添加氣體可以是選自于下列一組氣體中的任意氣體，醛類(aldehydes)、酮類(ketons)、氧化鹵(oxohalides)、碳酸鹽(carbonates)、碳酸(carbonic acids)、二醛類(dialdehydes)、和羥基醛類(hydroxyaldehyds)。例如，所述替代添加氣體可以是HCHO(甲醛，methanal)、CH3CHO(乙醛，ethanal)、CFH2CHO(2-氟乙醛)、CF2HCHO(2,2-二氟乙醛)、CF3CHO(2,2,2-三氟乙醛)、COF2、CH3COCH3(丙酮，aceton)或它的氟代衍生物(CHxFyCOCuFv，其中x+y=3,u+v=3)的任意一種。其它示例性的替代添加氣體包括HCOOH(甲酸)、CH3OH(甲醇)、CH3CH2OH(乙醇)、OHC-CHO(乙二醛)、HOOC-COOH(乙二酸)以及HOCH2-CHO(羥基乙醛)。在一個實施例中，添加氣體分子中的碳氧原子比優選但并非必須為1∶1。
下面將參照附圖對本發明的所述和其它的一些特征進行詳細描述。
本發明通過舉例及其附圖進行描述，但該例及其附圖并不是限定性的，而是說明性的，其中相同的數字代表相似的組件，其中圖1示出了一個晶片，它包括一個沉積在一個硅基片上的多晶硅層和一個硅化鎢層；圖2表示在所述圖1的硅化鎢層之上沉積一個氮化硅介電層；圖3表示在所述氮化硅層之上和圖2的接觸孔之內覆蓋沉積一個含有二氧化硅的層；
圖4表示用一個合適的光致抗蝕劑或硬掩模掩屏含有二氧化硅的層并蝕刻之以去除圖3所示的接觸孔內的二氧化硅材料，形成一個自對準接觸孔；圖5示出了根據本發明的一個實施例，用于改進含有二氧化硅的層蝕刻技術的步驟。
下面參照本發明的幾個優選實施例及其附圖對其進行詳細描述。為了提供對本發明的全面理解，在下面的描述中提出了一些具體的細節。然而，本領域的技術人員非常清楚，不用這些細節的某部分或全部也可以實現本發明。在某些情況下，為了簡明，沒有詳細描述現有技術的工藝步驟和/或結構。
根據本發明的一個方面，提供了一種改進的在一個等離子處理室用于蝕刻一個半導體基底上的含有二氧化硅的層的方法。該含有二氧化硅的層可以為任意含有二氧化硅的介電層，包括，例如BPSG或PSG。為了消除金屬污染問題及其造成的后果，所述改進方法優選使用一種能提供高的含有二氧化硅的層的蝕刻速度同時選擇性地保留氮化硅的替代一氧化碳(CO)的添加氣體。該替代添加氣體優選選用成本低廉和能夠降低和/或基本消除以前一氧化碳(CO)添加氣體所具有的金屬污染問題。
在一個優選實施例中，所述替代添加氣體優選是一種同時含有氧原子和碳原子的分子的氣體。盡管現代科學技術還沒有弄清等離子蝕刻的準確機理，但是確信使用一個分子中同時含有氧原子和碳原子的添加氣體能夠最優化地平衡氧化速度(由于氧活性成分的存在)和聚合物的形成(由于碳活性成分的存在)。正是這種由于分子中碳氧原子同時存在造成的平衡，促使含有二氧化硅的層的蝕刻具有理想的蝕刻速度、理想的均勻性、顯微負荷(microloading)、以及選擇性水平。
根據本發明的一個方面，所述替代添加氣體可以是選自于下列一組氣體中的任意非CO氣體，包括醛類(aldehydes)、酮類(ketons)、氧化鹵(oxohalides)、碳酸鹽(carbonates)、碳酸(carbonic acids)、二醛類(dialdehydes)、和羥基醛類(hydroxyaldehyds)。例如，所述替代添加氣體可以是HCHO(甲醛，methanal)、CH3CHO(乙醛，ethanal)、CFH2CHO(2-氟乙醛)、CF2HCHO(2,2-二氟乙醛)、CF3CHO(2,2,2-三氟乙醛)、COF2、CH3COCH3(丙酮，aceton)或它的氟代衍生物(CHxFyCOCuFv，其中x+y=3,u+v=3)的任意一種。其它示例性的替代添加氣體包括HCOOH(甲酸)、CH3OH(甲醇)、CH3CH2OH(乙醇)、OHC-CHO(乙二醛)、HOOC-COOH(乙二酸)以及HOCH2-CHO(羥基乙醛)。在一個實施例中，替代添加氣體分子中碳氧原子比優選但非必須為l∶1。
還應該指出，所述改進了的含有二氧化硅的層的蝕刻技術可以在任何合適的等離子處理室內實現，包括日本東京的東京電子公司(Tokyo ElectronicsCompany of Tokyo,Japan)的TEL88DRM反應離子蝕刻(RIE)蝕刻系統、或者加利弗尼亞桑他克拉拉的應用材料公司(Applied Materials,Inc.of Santa Clara,California)的MXP+等離子處理系統。
使用一種分子中同時含有氧、碳原子的非CO替代添加氣體的優點是它允許有效地蝕刻含有二氧化硅的層，如BPSG，同時降低前述的金屬污染問題并提供一個高的對氮化物的選擇性。還應該指出，所發明的含有二氧化硅的層的蝕刻技術尤其適合于制造動態隨機存取存儲器電路(DRAM)。
根據本發明的一個優選實施例，圖5給出了改進含有二氧化硅的層的蝕刻技術的步驟。在步驟502中，把一個上面具有含有二氧化硅的層的基底放在等離子處理室中。在一個實施例中，該含有二氧化硅的層為一個BPSG層。如前所述，還可在這個含有二氧化硅的層之下布置一個氮化硅層。在步驟504中，加入一種包括C4F8和改進了的非CO添加氣體的蝕刻源氣體。如前所述，這種改進了的添加氣體優選為一種分子中含有碳原子和氧原子的氣體。如果需要可以加入其它添加氣體如氬氣，或其它惰性氣體。添加氣體分子中碳和氧原子比優選但并非必須為1∶1。在步驟506中，在蝕刻源氣體中產生等離子體，以蝕刻至少部分地穿過含有二氧化硅的層。當未被掩模保護的含有二氧化硅的層部分被蝕刻透時可以停止蝕刻。
例子應該指出，下列近似工藝參數適合于在前面所述的TEL85DRM RIE蝕刻系統中蝕刻布置在一個200mm晶片上的一個BPSG。
盡管本發明已經參照幾個實施例進行了描述，但是在不超出本發明范圍的情況下還可以對其進行修正、變更或替代。因此所附的權利要求書包括了在不超出本發明范圍和不背離本發明精神下的所有替代、互換、及其等同物。
權利要求
1．一種在等離子處理室內用于蝕刻在半導體基片上的含有二氧化硅的層的方法，所述的含有二氧化硅的層布置在一個氮化硅(SiN)層上，該方法包括把所述基片放在所述的等離子體處理室內；使一種蝕刻源氣體流進所述的等離子處理室內，所述的蝕刻源氣體包括C4F8和一種非一氧化碳(CO)的添加氣體，所述添加氣體包括具有氧原子和碳原子的分子；以及由所述蝕刻源氣體觸發等離子體，以蝕刻穿過至少部分所述的含有二氧化硅的層。
2．根據權利要求1所述的方法，其中，所述的含有二氧化硅的層為硼磷硅酸鹽玻璃。
3．根據權利要求1所述的方法，其中，所述添加氣體選自于由下列物質構成的組CH3CHO、CFH2CHO、CF2HCHO和CF3CHO。
4．根據權利要求1所述的方法，其中，所述的添加氣體選自于由下列物質構成的組CH3COCH3及其氟代衍生物。
5．根據權利要求1所述的方法，其中，所述的添加氣體為HCOOH。
6．根據權利要求1所述的方法，其中，所述的添加氣體選自于由下列物質構成的組OHC-CHO、HOOC-COOH和HOCH2-CHO。
7．根據權利要求1所述的方法，其中，所述添加氣體分子所含的碳氧原子比為1∶1。
8．根據權利要求7所述的方法，其中，所述的添加氣體為COF2。
9．根據權利要求7所述的方法，其中，所述的添加氣體為HCHO。
10．根據權利要求7所述的方法，其中，所述的添加氣體為CH3OH。
11．根據權利要求1所述的方法，其中，所述的添加氣體為CH3CH2OH。
12．一種在等離子處理室內用于改進在蝕刻含有硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)的層時的氧化物/氮化物選擇性，以便在半導體基片上產生自對準接觸孔的方法，所述的含有BPSG的層布置在一個氮化硅(SiN)層之上和一個穿過該氮化硅層的通孔之內，該方法包括把所述基片放在所述的等離子處理室內；使一種蝕刻源氣體流進所述的等離子處理室內，所述的蝕刻源氣體包括C4F8和一個非一氧化碳(CO)的添加氣體，所述的添加氣體包括同時含有氧原子和碳原子且原子比為1∶1的分子；以及用一個頻率為13.56MHz的射頻電源激發所述的蝕刻源氣體，以產生等離子體，從而蝕刻穿過至少部分所述的含有BPSG的層。
13．根據權利要求12所述的方法，其中，所述的蝕刻源氣體包括氬氣。
14．一種在等離子處理室內用于在半導體基片上制造動態隨機存取存儲器的方法，包括蝕刻一個布置在一個氮化硅(SiN)層上的含有硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)的層，該方法包括把所述基片放在所述等離子處理室內；使一種蝕刻源氣體流進所述的等離子處理室內，所述蝕刻源氣體包括C4F8和一種非一氧化碳(CO)的第一添加氣體，所述第一添加氣體包括含有氧原子和碳原子的分子；以及在蝕刻源氣體中產生等離子體，以蝕刻穿過至少部分所述含有BPSG的層。
15．根據權利要求14所述的制造動態隨機存取存儲器的方法，其中，所述的第一添加氣體所含分子的碳氧原子比為1∶1。
16．根據權利要求15所述的制造動態隨機存取存儲器的方法，其中，所述的第一添加氣體為COF2。
17．根據權利要求15所述的制造動態隨機存取存儲器的方法，其中，所述的第一添加氣體為HCHO。
18．根據權利要求15所述的制造動態隨機存取存儲器的方法，其中，所述的第一添加氣體為CH3OH。
19．根據權利要求15所述的制造動態隨機存取存儲器的方法，其中，所述的第一添加氣體為CH3CH2OH。
20．根據權利要求14所述的制造動態隨機存取存儲器的方法，其中，所述的蝕刻源氣體包括氬氣。
21．根據權利要求20所述的制造動態隨機存取存儲器的方法，其中，所述的第一添加氣體選自于由下列物質構成的組CH3CHO、CFH2CHO、CF2HCHO和CF3CHO。
22．根據權利要求20所述的制造動態隨機存取存儲器的方法，其中，所述的第一添加氣體選自于由下列物質構成的組CH3COCH3及其氟化衍生物。
23．根據權利要求20所述的制造動態隨機存取存儲器的方法，其中，所述的第一添加氣體為HCOOH。
24．根據權利要求20所述的制造動態隨機存取存儲器的方法，其中，所述的第一添加氣體選自于由下列物質構成的組OHC-CHO、HOOC-COOH和HOCH2-CHO。
全文摘要
一種在等離子處理室內用于蝕刻在半導體基片上的含有二氧化硅的層的方法,所述的含有二氧化硅的層布置在一個氮化硅(SiN)層上,該方法包括:把所述基片放在所述的等離子體處理室內;使一種蝕刻源氣體流進所述的等離子處理室內,所述的蝕刻源氣體包括C
文檔編號H01L21/02GK1213161SQ9811880
公開日1999年4月7日 申請日期1998年8月28日 優先權日1997年9月29日
發明者馬庫斯·M·柯克霍夫, 約基恩·哈尼貝克 申請人:西門子公司