[发明专利]蚀刻金属氧化物和保护腔室部件

说明书

各种实施方案包括蚀刻金属氧化物膜的方法和化学物质。在一个实施方案中，一种蚀刻氧化锡(SnO₂)膜的方法包括使用亚硫酰氯(SOCl₂)化学物质产生与在相似的流量和处理条件下的Cl₂化学物质相比高出达10倍的SnO₂膜蚀刻速率，以及通过使用SOCl₂从SnO₂膜中吸收氧，由此形成挥发性SO₂和挥发性SnCl₄，以提供人身安全以及机器安全和操作。公开了其他方法、化学物质和技术。

优先权要求

本专利申请要求于2018年9月21日提交的标题为“ETCHING METAL-OXIDE FILMSAND PROTECTING CHAMBER COMPONENTS FROM HALOGEN(CHLORINE)CHEMISTRIES”的美国临时申请序列号62/734,648的优先权；通过引用将其公开内容整体并入本文。

技术领域

本文公开的主题涉及在半导体和相关工业中使用的各种膜的蚀刻。更具体地，公开的主题涉及从等离子体处理腔室和其他表面去除氧化锡膜。

背景技术

如本领域普通技术人员已知的，氧化锡(SnO₂)膜被用于多种应用，包含例如极紫外(EUV)硬掩模、图案化间隔物和用于双重和四重图案化的心轴、间隙填充金属氧化物、硬掩模和蚀刻停止层。因此，经由例如电容偶联等离子体(CCP)技术将氧化锡膜沉积在处理腔室中的各种衬底类型上。为了使氧化锡能够用于大批量生产(HVM)，应定期清除处理腔室中沉积态(as-deposited)的氧化锡膜，在处理腔室的壁和其他表面上几乎不留下氧化锡残留物。如本领域普通技术人员已知的，氧化锡残留物会在制造的器件上引起污染和缺陷。例如，如果氧化锡膜未刻蚀或以其他方式从处理腔室中清洁或去除，则未去除的氧化锡会由于氧化锡膜从腔室部件剥落(例如，由于膜内应力的积聚而产生的不良粘附力)而导致衬底上的缺陷。

通常，可以用本领域已知的各种化学物质来蚀刻金属氧化物膜，该化学物质例如氢气(H₂)、甲烷(CH₄)、氯(Cl₂)、盐酸(HCl)、溴化物(Br)、氢溴酸(HBr)、三氯化硼(BCl₃)、碘化氢(HI)和碘(I₂)。许多同时期的处理腔室包括铝(Al)或铝合金部件。上面列出的大多数化学物质(氢气和甲烷除外)不能在具有铝部件的处理腔室(例如CCP腔室)中使用，因为每种列出的化学物质都会侵蚀Al，从而形成一种或多种挥发性卤化铝副产物(例如氯化物、溴化物或碘化物)。挥发性副产物可在衬底(例如硅晶片)上产生严重的金属污染并导致腔室降解。因此，除非适当除去，否则氧化锡可能产生完全无法制造的溶液。在上面列出的卤化物化学物质中，由于产生的四氯化锡(SnCl₄)的蒸气压高，氯化学物质最利于蚀刻氧化锡。然而，使用氯蚀刻剂需要将用于生产处理腔室的材料从铝改变为例如昂贵的陶瓷零件或在处理腔室中包括钇涂层。

氯化学物质，特别是当在CCP腔室、基于反应离子蚀刻(RIE)等离子体的腔室或本领域已知的其他类型的基于等离子体的腔室中操作时，会导致氯离子的形成。氯离子通过形成挥发性氯化铝盐腐蚀铝部件。

本节中描述的信息是为了向技术人员提供以下公开的主题的上下文而提供，并且不应被视为公认的现有技术。

附图说明

图1是例示化学蚀刻测试的动机的图；

图2A至2F示出了来自用于确定公开的主题的各个实施方案的蚀刻速率和蚀刻选择性的各种实验设计(DOE)分析的表和相关图表；

图3示出了在图2A至2F的一些DOE分析中使用的化学物质的可能的化学反应；

图4A和4B示出了根据公开的主题的实施方案的其余膜厚度的横截面扫描电子显微镜图像；

图5A至5D示出了来自铝(Al)材料兼容性研究的试样；