循环氧化与蚀刻的设备及方法技术

在此描述了用于制造适用于窄间距应用的半导体器件的设备及该半导体器件的制造方法。公开了各种单一腔室，该单一腔室配置以通过氧化材料层表面来形成氧化物层而形成和/或塑形材料层；通过蚀刻工艺来移除至少一些该氧化物层；以及循环地重复该氧化以及移除工艺直到该材料层成为所期望的形状。在一些实施例中，该材料层可为半导体器件的浮置栅极。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年3月10日申请的申请号为201180013229.3，并且专利技术名称为“循环氧化与蚀刻的设备及方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术的实施例大体涉及半导体制造工艺以及半导体器件的领域，更特定而言，是涉及制造适用于窄间距应用的器件的设备及方法。
技术介绍
通过简单地收缩器件结构来缩小半导体器件通常无法产生可被接受的小尺寸结构。举例来说，在NAND闪存器件中，当浮置栅极被缩小时，浮置栅极的电容性耦合(例如，侧壁电容)也因此随浮置栅极的表面积而被缩小。如此，浮置栅极的表面积越小时，介于浮置栅极以及例如，控制栅极之间的电容性耦合也会越小。一般来说，只要NAND存储器件仍可维持运作，则为了缩小尺寸而牺牲电容性耦合的抉择是可接受的。遗憾的是，当器件节点变得足够小，以致介于浮置栅极与控制栅极之间的电容性耦合变得太小而无法有效地在可允许的操作电压下操作该器件时，缩小尺寸受到限制。此外，介于相邻浮置栅极之间的寄生电容(即，噪声)增加，超出NAND存储器件中系统控制器读取误差的极限。因此，在此条件下不可能有具功能性的NAND器件。在此提供用于制造具有较小表面积的器件，例如，NAND器件及其它器件的方法以及设备。
技术实现思路
在此描述用于制造适用于窄间距应用的半导体器件的设备及方法。在此所描述的各种器件以及方法并非意图去限制为制造特定种类的器件，然而在此所描述的设备及方法特别适用于制造包括浮置栅极的半导体器件，该浮置栅极在接近浮置栅极底面具有一第一宽度，该第一宽度比接近浮置栅极顶部的一第二宽度大。在一些实施例中，浮置栅极的宽度从第一宽度非线性地减小至第二宽度。在一些实施例中，用于处理基板的设备可包括：工艺腔室，该工艺腔室中设置有基板支撑件，且该基板支撑件配置为支撑基板，该基板支撑件进一步具有与该基板支撑件耦接的温度控制系统，该温度控制系统用于将基板支撑件的温度控制在接近一第一温度；气体源，用以至少提供含氧气体、不活跃气体以及蚀刻气体；等离子体源，该等离子体源耦接至该工艺腔室，用以向该气体源所提供的气体提供能量而形成氧化等离子体或蚀刻等离子体中的至少之一；以及热源，该热源耦接至该工艺腔室，用以向该基板提供能量而选择性地升高基板的温度至高于该第一温度的一第二温度。下文将描述本专利技术的其它以及进一步的实施例。根据一个或多个实施例，可在少于约3分钟内于腔室中完成氧化(和/或氮化)以及蚀刻步骤的完整工艺程序。在特定实施例中，可在少于约2分钟内于腔室中完成氧化和/或氮化与蚀刻步骤的完整工艺程序，以及在更特定实施例中，可在少于约1分钟内，例如45秒或30秒，于腔室中完成氧化和/或氮化与蚀刻步骤的完整工艺程序。附图简要说明为了可以更具体地了解本专利技术的上述特征，可参考实施例，对上面概述的本专利技术进行更具体的描述，所述实施例中的一些示出于附图中。然而，应指出的是附图仅仅图示本专利技术的典型实施例，故不因此被视为对本专利技术范围的限制，对于本专利技术而言，可容许其它等效实施例。图1绘示一半导体结构，该半导体结构具有利用本专利技术的一些实施例的方法与设备所制造的浮置栅极。图2绘示根据本专利技术的一些实施例的形成浮置栅极的方法流程图。图3A-3C绘示根据图2的方法的一些实施例的浮置栅极的制造阶段。图4绘示根据本专利技术的一些实施例的形成浮置栅极的方法流程图。图5A-E绘示根据图4的方法的一些实施例的浮置栅极的制造阶段。图6绘示根据本专利技术的一些实施例的形成浮置栅极的方法流程图。图7A-D绘示根据图6的方法的一些实施例的浮置栅极的制造阶段。图8A-B绘示根据图6的方法的一些实施例的浮置栅极的制造阶段。图9绘示根据本专利技术的一些实施例，氧化物厚度与时间的关系的示意图。图10A-D绘示根据本专利技术的一些实施例的浮置栅极的制造阶段。图11A-C绘示根据本专利技术的一些实施例的结构的制造阶段。图12绘示根据本专利技术的一些实施例的示例性工艺腔室。图13A绘示根据本专利技术的一些实施例的第一示例性改良等离子体工艺腔室。图13B绘示根据数个实施例，可使用在腔室中的基板支撑件冷却系统的示例性实施例。图14绘示根据本专利技术的一些实施例的第二示例性改良等离子体工艺腔室。图15绘示根据本专利技术的一些实施例的第三示例性改良等离子体工艺腔室。图16绘示根据一个或多个实施例的腔室，可以用于加热材料表面的光源系统。图17更详细地绘示根据一个或多个实施例，图16的可以用于加热材料表面的光源系统。图18绘示根据本专利技术的一实施例的经改良的腔室，该腔室用于执行循环的氧化与蚀刻。图19绘示图18的腔室顶部。图20绘示图18的腔室底部。图21绘示根据一个或多个实施例的改良的快速热工艺腔室。图22绘示在图21腔室中使用的气体分配板。为了清楚，简化这些附图，并且未按比例来绘示这些附图。为了帮助理解，尽可能使用相同的附图标记来描述附图中共有的相同元件。应理解，一个实施例中的相同元件可有利地并入其它实施例中。具体实施方式在此描述一种设备以及方法，用于在单一腔室中氧化半导体器件的材料层表面以形成氧化层，以及通过蚀刻来移除该氧化层的至少一部分。本专利技术并未限制为特定器件，然而所描述的设备以及方法可用于制造适用于窄间距应用的半导体器件以及结构。如在此所使用，窄间距应用包括32nm或更小的半间距(例如，32nm或更小的器件节点)。如在此所使用的用语「间距」是指在半导体器件的平行结构或相邻结构之间的测量值。可在相邻结构或基本上平行结构的相同侧由一侧至另一侧来测量该间距。当然，也可将该半导体器件以及结构使用在具有较大间距的应用中。该半导体器件可为，例如，NAND或NOR闪存，或其它适合的器件。在一些实施例中，该半导体器件维持或改善介于器件的浮置栅极与例如，控制栅极之间的侧壁电容，由此降低在相邻器件中介于相邻浮置栅极之间的干扰(也即，噪声)。在此所揭露的本专利技术的设备以及方法有效地限制非期望的作用，例如氧扩散，该氧扩散，例如在工艺期间会使穿隧氧化层变厚。进一步地，可有益地提供本专利技术的设备与方法来制造其它器件或结构，例如鳍式场效晶体管(FinFET)器件、硬掩模结构或其它结构，以克服在传统微影图案化所施加的临界尺度的尺寸限制。除非另有解释，否则应理解在此所揭露的关于形成一个结构的特定氧化与蚀刻设备及工艺可用于形成在此所揭露的任何其它结构。因此，本专利技术实施例提供用于在单一腔室或工具中执行一层接着一层的循环氧化与蚀刻的设备与方法，该设备与方法能够具有比在分离的腔室或工具中执行该些工艺更高的产出量。当需要在分离的腔室中执行多个重复的循环氧化与蚀刻时，因腔室内部的传输时间而使产出量受影响。假如提供能够执行多个工艺的腔室或工具，则可提升产出量。然而，仍无法相信可获得能够执行需要非常不同温度的多个蚀刻以及氧化工艺的腔室。根据一个或多个实施例，提供数种腔室或工具，所述腔室或工具可在单一腔室中快速地加热及冷却基板，因此允许执行循环氧化和/或氮化与蚀刻工艺。在一个或多个实施例中，在此所揭露的工艺腔室可在少于5分钟内、少于4分钟内、少于3分钟内、少于2分钟内、少于1分钟内或少于30秒内执行如在此所描述的一个氧化以及蚀刻循环。在一个或多个实施例中，可在约200℃至800℃之间的温度下执行该氧化工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在材料层上执行循环氧化与蚀刻工艺的设备，该设备包括：工艺腔室，具有多个壁，该多个壁于该工艺腔室中界定一处理区域，该工艺腔室包括基板支撑件，该基板支撑件用以将具有材料层的基板固定在该处理区域中；含氧气体供应器、不活跃气体供应器以及蚀刻气体供应器，该含氧气体供应器、不活跃气体供应器以及蚀刻气体供应器与该工艺腔室流体连通，以输送该含氧气体、该不活跃气体与该蚀刻气体至该工艺腔室中；等离子体源，用以在位于该腔室内部的等离子体产生区中形成等离子体，且激发该含氧气体与该蚀刻气体的至少之一，以形成氧化等离子体以及蚀刻等离子体中的至少一种来接触该材料层；加热系统，用以将该腔室中的该基板加热至500℃或更高的第一温度；冷却系统，用以将该腔室中的该基板冷却至低于该第一温度的第二温度；以及控制系统，用以将该腔室中的该基板在该第一温度与该第二温度之间循环。

【技术特征摘要】
2010.03.10 US 12/720,9261.一种用于在材料层上执行循环氧化与蚀刻工艺的设备，该设备包括：工艺腔室，具有多个壁，该多个壁于该工艺腔室中界定一处理区域，该工艺腔室包括基板支撑件，该基板支撑件用以将具有材料层的基板固定在该处理区域中；含氧气体供应器、不活跃气体供应器以及蚀刻气体供应器，该含氧气体供应器、不活跃气体供应器以及蚀刻气体供应器与该工艺腔室流体连通...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌陀衍·甘古利，横田义孝，克里斯托弗·S·奥尔森，马修·D·斯科特奈伊卡斯特，维基·阮，斯瓦米纳坦·斯里尼瓦桑，刘伟，约翰内斯·F·斯温伯格，乔斯·A·马林，阿吉特·巴拉克里斯南，雅各布·纽曼，斯特芬·C·希克森，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US