[发明专利]利用H2添加物对具有高介电常数的膜的选择性蚀刻

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件。更具体地，本发明涉及具有高介电常数材料层的半导体器件。

背景技术

由于闪存广泛地使用在移动电子设备中，如便携式计算机、移动电话、PDA等，所以，减少运行电压以减小能耗的要求越来越强烈。

ONO(oxide nitride oxide，氧化物-氮化物-氧化物)层已经用于存储器的闪存器件栅叠层(gate stack)。然而，ONO的介电常数不足以满足运行电压的不断增加的要求，因此引入高介电常数材料(或者称为高k材料)以取代ONO。

SiO₂的介电常数大约为3.9。如果像Al₂O₃的高k材料用来取代SiO₂，介电常数将增加到9.0左右。除了Al₂O₃，HfO₂、Ta₂O₃也被考虑作为闪存栅叠层中取代ONO的候选高k材料。在它们中，已经使用了Al₂O₃、HfO₂和Al₂O₃/HfO₂/Al₂O₃层状结构。

已经发现与蚀刻ONO相比高k材料的蚀刻更加困难，因为其蚀刻副产物具有较低的挥发性。正因为如此，已发现其蚀刻率、对多晶硅膜的选择性比ONO膜低很多。已经做了一些努力来增加高k材料对多晶硅的蚀刻率和选择性。

发明内容

为了实现前述和根据本发明的目的，提供了一种相对于硅基材料选择性蚀刻高k层的方法。将在硅基层之上的该高k层设在蚀刻室内。将蚀刻剂气体提供入该蚀刻室，其中该蚀刻剂气体包括H₂。由该蚀刻剂气体生成等离子体以相对于该硅基材料选择性蚀刻该高k层。

在本发明的另一种表现形式中，提供了一种用于蚀刻在硅基层之上具有高k层的叠层(stack)的方法。该叠层设在蚀刻室中。相对于该硅基层选择性蚀刻该高k层。该选择性蚀刻包括将高k层蚀刻剂气体提供入该蚀刻室，其中该高k层蚀刻剂气体包括H₂，以及由该高k层蚀刻剂气体生成等离子体，以相对于该硅基层选择性蚀刻该高k层。

在本发明的另一种表现形式中，提供了一种利用在硅基材料之上的高k介电层形成闪存的装置。其提供了等离子体处理室，包括形成等离子体处理室腔的室壁，用于在该等离子体处理室腔中支撑基片的基片支撑件，用于调节该等离子体处理室腔中压力的压力调节器，至少一个用于向该等离子体处理室腔提供功率以维持等离子体的电极，用于将气体提供入该等离子体处理室腔中的气体入口，以及用于从该等离子体处理室腔排出气体的气体出口。气体源与该气体入口流动连接并且包括H₂气体源、BCl₃气体源和Cl₂气体源。控制器与该气体源和该至少一个电极可控制地连接，并且包括至少一个处理器和计算机可读介质。该计算机可读介质包括：用于相对于该硅基层选择性蚀刻该高k层的计算机可读代码，停止相对于该硅基层选择性蚀刻该高k层的计算机可读代码，以及用于相对于该高k层选择性蚀刻该硅基层的计算机可读代码。该用于相对于该硅基层选择性蚀刻该高k层的计算机可读代码包括：用于从该H₂气体源提供H₂的计算机可读代码，用于从该BCl₃气体源提供BCl₃的计算机可读代码，用于从该Cl₂气体源提供Cl₂的计算机可读代码，以及由该H₂、BCl₃和Cl₂生成等离子体以相对于该硅基层选择性蚀刻该高k层的计算机可读代码。

本发明的这些和其它特征将在下面本发明的详细描述中结合附图更详细的说明。

附图说明

本发明将在附图的图形中作为例子说明，而不是作为限制，其中相同的参考标号表示相同的元件，并且其中：

图1是可使用本发明的一个实施方式形成的场效应晶体管的示意图；

图2是用在本发明的一个实施方式中的处理工艺的流程图；

图3A-3D是根据本发明形成的高介电常数层的示意性横截面视图；

图4是可用在本发明的优选实施方式中的处理室的示意图；