[发明专利]蚀刻高纵横比接触的方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及气体化学物以及在氧化物层中等离子体蚀刻高纵横比接触(HARC)的方法。

背景技术

在半导体装置中，例如二氧化硅(SiO₂)的绝缘层、例如BPSG的经掺杂氧化物，和氮化硅用于电分离导电层，例如经掺杂多晶硅、金属、耐火金属硅化物等。高纵横比接触(HARC)蚀刻是用于在高密度集成装置中形成穿过绝缘层到活性装置区域或导电层的接触孔互连件的关键工艺。HARC需要产生垂直轮廓和经界定的临界尺寸(CD)的蚀刻工艺。HARC特征在电介质中的另一应是在堆叠电容器DRAM中形成电容器或容器结构。

在典型等离子体蚀刻中，将衬底定位于气体腔室中的夹盘上，将蚀刻剂气体引入到所述腔室中，且减小腔室压力。能量源/电源产生穿过定位于腔室内的电极的带电的电或电磁场，以将蚀刻剂气体激励为等离子体状态。所述蚀刻剂气体转变为不带电中子以及电子与正离子的经解离混合物。通常，正离子通过提供用于形成垂直接触孔轮廓的方向性的射频(RF)偏置电极外鞘而加速到衬底，且支撑衬底的夹盘充当底部电极且可由第二RF电源偏置。离子与衬底反应，借此从半导体装置移除暴露材料。

一般来说，用于蚀刻穿过二氧化硅(SiO₂)到下伏硅和/或氮化硅的标准工艺使用氟碳化合物气体等离子体。氟碳化合物分子通过等离子体作用的解离产生对SiO₂衬底起作用的活性自由基和/或离子。举例来说，在一些高密度等离子体中，从CF₃和其它C_xF_y自由基(其中x高达11且y高达15)产生的CF⁺、CF₂⁺和CF₃⁺离子为用于SiO₂的主要蚀刻离子，其中Ar⁺离子在氧化物上溅镀CF_X膜，且较少氟化自由基(例如，CF₂和CF)在蚀刻工艺期间吸附于SiO₂的接触孔中的侧壁和底部表面上，并聚合以形成抑制离子的蚀刻的非挥发性含氟聚合物层。对在SiO₂接触等离子体蚀刻期间的吸附自由基与蚀刻离子之间的平衡的精确控制是重要的，以同时钝化开口的侧壁且在开口的底部延伸蚀刻前端。然而，当使用常规的氟碳化合物化学物时，此控制是困难的。

包括开口的弯曲和/或扭转的问题常在HARC蚀刻期间出现。图1到图2说明整体标示为10的衬底片段(例如，晶片)，其展示通过现有技术蚀刻方法在电介质层14中形成到下伏衬底层16的接触孔12。图1中所说明的弯曲大体上由自由氟的反应形成，所述自由氟在蚀刻期间累积于接触开口12的侧壁18上(箭头↓↓↓)且横向侵蚀并蚀刻暴露的侧壁，从而产生特征性弯曲20。在典型HARC蚀刻期间，沿窄且深的开口的侧壁18积聚的电荷可使传入离子偏转，从而导致那些离子的轨迹改变。图2中所说明的扭转可在结合特征充电的蚀刻期间由沿侧壁18的不对称聚合物沉积物22引起，所述特征充电可导致传入的蚀刻离子的偏转和所述离子的改变轨迹(箭头)，从而导致接触孔12从完全垂直轮廓扭转或弯曲，其中所述孔朝向一侧或另一侧。接触孔的扭转可导致未对准和在随后沉积的导电金属与(例如)在下伏衬底16中的活性区域沉陷(landing)区24之间的不完全接触。例如弯曲和扭转的偏差还可导致非垂直接触孔以及所述接触与邻近接触或其它结构的短接。

提供一种用于在氧化硅层中蚀刻高纵横比开口的方法和蚀刻剂气体是有用的，其克服这些或其它问题。

附图说明

在下文参看以下附图来描述本发明的实施例，其仅出于说明的目的。在所有以下视图中，在所述图式中将使用参考数字，且在所有若干视图中且在描述中将使用相同的参考数字来指示相同或相似部分。

图1说明在蚀刻期间导致接触孔的弯曲的现有技术处理。

图2说明在蚀刻期间导致接触孔的扭转的现有技术处理。

图3说明根据本发明的一实施例的处于初步处理阶段的衬底的一部分的正视横截面图。

图4为处于后续处理阶段的图3中所描绘的衬底的横截面图。

具体实施方式

参看图式的以下描述提供根据本发明的实施例的装置和方法的说明性实例。此描述仅出于说明的目的且并非出于限制其的目的。