[发明专利]用于高纵横比氧化物蚀刻的氟碳分子

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2012年10月30日提交的美国申请No.61/720,139的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。

技术领域

公开了用于在基质上的含Si层中等离子体蚀刻高纵横比通道孔、栅槽、阶梯触点、电容器孔、接触孔等的蚀刻气体。还公开了使用它的等离子体蚀刻方法。

背景

在半导体工业中的存储应用如DRAM和2D NAND中，等离子体蚀刻从半导体基质上除去含硅层，例如SiO或SiN层。对于新型存储应用如3D NAND(US 2011/0180941，Hwang等人)，多个SiO/SiN或SiO/poly-Si层堆栈的高纵横比蚀刻是关键的。优选，蚀刻剂具有在掩模与待蚀刻层之间的高选择性。此外，蚀刻剂优选蚀刻结构，使得垂直剖面为直的而不具有卷曲。3D NAND堆栈可包含其它含硅层。

传统上，等离子体蚀刻使用由气体来源(例如含氢、含氧或含氟气体)产生活性物种的等离子体源进行。活性物种然后与含Si层反应以形成氟碳阻挡顶层(blocking overlayer)和挥发性物种。挥发性物种通过反应器中由真空泵保持的低压除去。优选，掩模材料不被活性物种蚀刻。掩模材料可包含以下中的一种：光致抗蚀剂、无定形碳、多晶硅、金属或不蚀刻的其它硬掩模。

传统的蚀刻气体包括cC₄F₈(八氟环丁烷)、C₄F₆(六氟-1,3-丁二烯)、CF₄、CH₂F₂、CH₃F和/或CHF₃。这些蚀刻气体在蚀刻期间也可形成聚合物。聚合物充当图案蚀刻结构侧壁上的保护层。该聚合物保护层防止可能导致非垂直结构、卷曲和尺寸变化的离子和自由基蚀刻侧壁。建立了F:C比、SiO:SiN选择性与聚合物沉积速率之间的关联(参见例如Lieberman and Lichtenberg，Principles of Plasma Discharges and Materials Processing，第2版，Wiley-Interscience，A John Wiley&Sons Publication，2005，第595-596页；和US6387287，Hung等人的图5，其显示出对较低的F/C比值而言，提高的对氮化物的覆盖层选择性)。

传统的干蚀刻方法如化学蚀刻不能提供必须的高纵横比(>20:1)，因为化学蚀刻期间需要的高压条件对形成的孔会具有有害影响。传统的化学品如C₄F₈和C₄F₆也可能不足以提供所需的高纵横比，因为蚀刻厂商快速地耗尽用于进行传统化学工作的有效参数如RF功、RF频率、脉冲方案和调整方案。传统化学在等离子体蚀刻方法期间不再提供在高纵横比侧壁上的足够聚合物沉积。另外，侧壁上的其中x和y各自独立地为1-4的C_xF_y聚合物对蚀刻敏感。因此，蚀刻的图案可能不是垂直的且结构可能显示出卷曲、尺寸变化和/或图案瓦解。

图案蚀刻的一个关键问题是卷曲。卷曲通常是由于通常为无定形碳材料的掩模层的侧壁蚀刻。无定形碳材料可通过等离子体中的氧自由基蚀刻，这可导致增加的掩模开口并产生弓状蚀刻结构。

US6569774，Trapp公开了用于形成通过氧化硅层的高纵横比接触开口的等离子体蚀刻方法。Trapp公开了含氮气体如NH₃包含在氟碳(C_xF_y)和氟烃(C_xF_yH_z)蚀刻化学中以改进抗蚀选择性并减少条痕。公开了一列35种氟碳和氟烃化学品，但没有提供结构式、CAS号或异构体信息。

WO2010/100254，Solvay Fluor GmbH公开了某些氢氟烯烃在多种方法中，包括作为用于半导体蚀刻或室清洗的蚀刻气体的用途。氢氟烯烃可包括至少一种选自以下各组a)和b)化合物的混合物：

a)(Z)-1,1,1,3-四氟丁-2-烯、(E)-1,1,1,3-四氟丁-2-烯或2,4,4,4-四氟丁-1-烯，和

b)1,1,1,4,4,4-六氟丁-2-烯、1,1,2,3,4,4-六氟丁-2-烯、1,1,1,3,4,4-六氟丁-2-烯和1,1,1,2,4,4-六氟丁-2-烯。