用于介电材料的蚀刻的预清洁制造技术

提供了一种蚀刻方法，其包括用以去除介电材料的表面氧化物的预清洁过程。所述氧化物的去除可以在所述蚀刻方法之前通过热反应和/或等离子体方法来执行。在一些实施例中，所述氧化物的去除提高了对蚀刻方法的控制和再现性，并且能够改善相对于氧化物的选择性。

Pre cleaning for etching of dielectric materials

【技术实现步骤摘要】
用于介电材料的蚀刻的预清洁
本申请涉及介电材料的干法蚀刻处理。
技术介绍
要从材料顶部，例如介电层，蚀刻或去除材料，存在多种方式。一种这样的方法是原子层蚀刻，其可以包括干法层蚀刻和湿法层蚀刻。
技术实现思路
在一些实施例中，提供一种蚀刻方法，其包括预清洁介电材料以去除表面氧化物，得到预清洁后的介电表面，并且然后对预清洁后的表面进行一轮或多轮蚀刻。在一些实施例中，可以通过增加预清洁过程以去除介电材料的表面氧化物，通过循环蚀刻来进行高度均匀且选择性的循环干法蚀刻方法。氧化物的去除可以在干法蚀刻方法之前通过热反应和/或等离子体方法来执行。氧化物的去除提高了对循环蚀刻方法的控制和再现性，并且能够改善含有氧化物的表面相对于不含氧化物的表面的蚀刻选择性。在预清洁过程之后，可以在预清洁后的介电表面上发生干法蚀刻方法。所述方法可以重复任何轮数。在一些实施例中，预清洁过程与干法蚀刻过程之间不存在真空中断。在一些实施例中，干法蚀刻方法包括循环干法蚀刻。在一些实施例中，预清洁包括含氟或含氯等离子体处理以去除表面氧化物，并且干法蚀刻包括至少一轮H2等离子体处理和含氟或含氯自由基处理。在一些实施例中，预清洁过程足够(例如，进行足够久的时间或重复足够的次数)实现以下至少一个：(a)优异的蚀刻轮廓控制；(b)在不同介电材料与氧化物之间增强的蚀刻选择性；(c)循环干法蚀刻的每个循环一致的蚀刻厚度；(d)SiN、SiC和SiCOH的循环蚀刻，各自之间存在蚀刻选择性；或(e)减小的表面和侧壁粗糙度。在一些实施例中，通过包括一个或多个循环的循环蚀刻在反应室中蚀刻衬底上的膜。在一些实施例中，蚀刻是涉及至少一轮干法蚀刻的干法蚀刻。在一些实施例中，干法蚀刻包括一轮或多轮提供H2等离子体和提供含氟或含氯等离子体。在一些实施例中，循环干法蚀刻方法包括：用第一反应气体进行的氟化或氯化和配体交换的重复循环；和通过与第二反应气体热反应实现的改性和通过与含氟或含氯气体热反应实现的蚀刻的重复循环。在一些实施例中，第一反应气体可以是含氟气体。例如，含氟气体可以包括HF或XeF2。在一些实施例中，第二反应气体也可以是含氟气体。例如，含氟气体可以包括HF或XeF2，并且含氯气体可以包括BCl3、CCl4或SOCl2。在一些实施例中，第一反应气体可以与第二反应气体相同。在一些实施例中，第一反应气体可以与第二反应气体不同。反应物可以从反应室去除，如通过用惰性气体吹扫而去除。在获得所期望的蚀刻水平之前，循环干法蚀刻可以一直重复。在一些实施例中，HF表面氧化物去除也可以在系统外部以化学方式湿法进行。在一些实施例中，要在预清洁期间去除的表面氧化物可以包括氧化硅或金属氧化物。在一些实施例中，循环干法蚀刻可以包括以下重复循环：含氟膜(CxFy)沉积和通过Ar离子和/或例如He等其它惰性离子辐照。在一些实施例中，表面氧化物可以包括金属氧化物。例如，金属氧化物可以包括由氧化钛、氧化铪、氧化钨、氧化钼、氧化铝以及氧化锆中的至少一种组成的组。在一些实施例中，预清洁包括与反应气体的热反应。在一些实施例中，预清洁还包括包含氟或氯离子或自由基的等离子体辅助方法。在一些实施例中，预清洁还包括包含能量足以溅射表面氧化物的离子的等离子体辅助方法。在一些实施例中，介电材料的温度几乎等于介电材料的沉积温度或更低，其中预清洁在同一个用于介电材料沉积的反应器中进行。在一些实施例中，气氛压力几乎等于介电材料的沉积压力或更低，其中预清洁在同一个用于介电材料沉积的反应器中进行。在一些实施例中，循环干法蚀刻方法还包括在预清洁过程之前提供介电膜。在一些实施例中，介电材料包括硅。例如，介电材料可以包括SiN、SiON、SiC、SiCN、SiCO、SiCOH或SiCON中的至少一种。在一些实施例中，介电材料包括金属。例如，介电材料可以包括TiN、TiC、HfN、HfC、WC、WN、MoC、MoN、AlN、AlC、ZrN或ZiC中的至少一种。在一些实施例中，介电材料可以存在于凹槽图案上。凹槽图案可以包括具有5nm到1000nm的宽度和1到100的纵横比的沟槽。在一些实施例中，介电膜的厚度是100nm或更小。附图说明图1示出了循环干法蚀刻方法之前的预清洁过程。图2示出了SiN的Si键合模式的XPS能谱。它显示了表面氧化物的存在。图3A示出了使用H2和SF6等离子体进行的SiN的循环干法蚀刻方法的预清洁过程。图3B示出了使用H2和SF6自由基(等离子体)进行的SiN的循环干法蚀刻方法的干法蚀刻方法，其可以重复任何次数(“n次”)。图4是示出了有预清洁过程时SiN的蚀刻厚度与没有预清洁过程时SiN的蚀刻厚度之间的对比的图。图5是示出了不同介电材料的蚀刻厚度的差异的图。图6A是示出了Si3N4衬底在没有预清洁时的均匀性和表面粗糙度的图像。图6B是示出了Si3N4衬底在有预清洁时的均匀性和表面粗糙度的图像。图7是示出了衬底处理的一些实施例的流程图。图8A到图8C示出了根据本文提供的一些实施例的衬底的截面视图。图9A到图9D示出了根据所公开技术的一些实施例的衬底的截面视图。图10是用于本文提供的各种方法的设备的示意性图示。具体实施方式介电材料的循环蚀刻常常因为在这些材料的顶部存在表面氧化物而受阻。表面氧化物层会因为空气暴露于含氧气氛以及难以控制的其它条件而形成。在一些实施例中，当介电材料是硅和金属的氮化物或碳化物时，表面氧化物涉及氮或碳。表面氧化物的存在会减小每个循环的蚀刻厚度(etchedthicknesspercycle，EPC)并降低尤其是在介电材料与氧化物之间的蚀刻选择性。本文提供了用于循环干法蚀刻方法的方法，其可以包括预清洁过程和至少一个蚀刻过程。预清洁过程包括从介电材料去除表面氧化物，得到预清洁后的介电材料。在一些实施例中，预清洁过程可以通过热反应或等离子体方法或热反应和等离子体方法的组合来实现。在一些实施例中，预清洁过程包括与反应气体的热反应。例如，反应气体可以是含氟气体。例如，含氟气体可以是HF、XeF2或HF和XeF2的组合。在一些实施例中，HF反应物表示在将晶片传输到反应器之前对氧化物的湿法化学蚀刻。在一些实施例中，热反应包括用反应气体进行的氟化和配体交换的重复循环。在一些实施例中，预清洁过程包括等离子体方法，并且可以是等离子体辅助方法。例如，等离子体辅助方法可以是SF6等离子体处理。在一些实施例中，等离子体辅助方法包括氟离子和自由基。在一些实施例中，反应气体可以是含氯气体。在一些实施例中，预清洁过程足以实现以下至少一个：a)优异的蚀刻轮廓控制；b)在不同介电材料与氧化物之间增强的蚀刻选择性；c)循环干法蚀刻的每个循环一致的蚀刻厚度；d)SiN、SiC和SiCOH的循环蚀刻，各自之间存在蚀刻选择性；或e)减小的表面和侧壁粗糙度。在一些实施例中，与图6A相比，优异的蚀刻轮廓至少与图6B中所示的一样光滑。表面粗糙度的减小通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种循环蚀刻方法，所述方法包括：/n预清洁介电材料以去除表面氧化物，得到预清洁后的介电表面；和/n蚀刻所述预清洁后的介电表面。/n

【技术特征摘要】
20180720 US 16/040,8591.一种循环蚀刻方法，所述方法包括：
预清洁介电材料以去除表面氧化物，得到预清洁后的介电表面；和
蚀刻所述预清洁后的介电表面。


2.根据权利要求1所述的方法，其中在预清洁与蚀刻之间不存在真空中断。


3.根据权利要求2所述的方法，其中蚀刻包括循环干法蚀刻。


4.根据权利要求3所述的方法，其中预清洁通过热反应和/或等离子体方法来实现。


5.根据权利要求4所述的方法，其中预清洁足以实现以下至少一个：a)优异的蚀刻轮廓控制；b)在不同介电材料与氧化物之间增强的蚀刻选择性；c)循环干法蚀刻的每个循环一致的蚀刻厚度；d)SiN、SiC和SiCOH的循环蚀刻，各自之间存在蚀刻选择性；或e)减小的表面和侧壁粗糙度。


6.根据权利要求4所述的方法，其中循环蚀刻包括至少两轮干法蚀刻。


7.根据权利要求4所述的方法，其中循环干法蚀刻包括一轮或多轮：
提供H2等离子体；和
提供含氟或含氯等离子体。


8.根据权利要求4所述的方法，其中循环干法蚀刻包括：
用反应气体进行的氟化和配体交换的重复循环；和
通过与反应气体热反应实现的改性和通过与含氟或含氯气体热反应实现的蚀刻的重复循环。


9.根据权利要求4所述的方法，其中所述表面氧化物包括氧化硅或金属氧化物。


10.根据权利要求4所述的方法，其中循环干法蚀刻包括通过等离子体方法进行的含氟膜(CxFy)沉积和使用惰性离子和自由基(Ar、He)进行的等离子体辐照的重复循环。


11.根据权利要求4所述的方法，其中预清洁包括与反应气体的热反应。


12.根据权利要求4所述的方法，其中预清洁包括包含氟或氯离子或自由基的等离子体辅助方法。


13.根据权利要求12所述的方法，其中所述预清洁包括包含能量足以溅射所述表面氧化物的离子的等离子体辅助方法。


14.根据权利要求4所述的方法，其中所述介电材料的温度是50℃或更低。


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【专利技术属性】
技术研发人员：R·H·J·沃乌尔特，小林伸好，堤隆嘉，堀胜，
申请(专利权)人：ASMIP控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL