利用H*添加物对具有高介电常数的膜的选择性蚀刻制造技术

提供一种相对于硅基材料选择性蚀刻高ｋ层的方法。该高ｋ层设在蚀刻室内。将蚀刻剂气体提供入该蚀刻室，其中该蚀刻剂气体包括Ｈ↓［２］。由该蚀刻剂气体生成等离子体以相对于硅基材料选择性蚀刻高ｋ层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件。更具体地，本专利技术涉及具有高介电常 数材料层的半导体器件。
技术介绍
由于闪存广泛地使用在移动电子设备中，如Y更携式计算机、移动电话、PDA等，所以，减少运行电压以减小能耗的要求越来越强烈。ONO (oxide nitride oxide，氧化物-氮化物-氧化物)层已经用 于存储器的闪存器件栅叠层(gate stack )。然而，ONO的介电常数 不足以满足运行电压的不断增加的要求，因此引入高介电常数材料 (或者称为高k材料)以取代ONO。Si02的介电常数大约为3.9。如果像Ab03的高k材料用来取代 Si02，介电常数将增加到9.0左右。除了 A1203， Hf02、 丁3203也被 考虑作为闪存栅叠层中取代ONO的候选高k材料。在它们中，已 经使用了 A1203、 Hf02和Al2(VHf02/Al203层状结构。已经发现与蚀刻ONO相比高k材冲十的蚀刻更加困难，因为其 蚀刻副产物具有较低的挥发性。正因为如此，已发现其蚀刻率、对多晶硅膜的选择性比ONO膜低很多。已经做了 一些努力来增加高 k材料对多晶硅的蚀刻率和选择性。
技术实现思路
为了实现前述和根据本专利技术的目的，提供了 一种相对于硅基材 料选择性蚀刻高k层的方法。将在硅基层之上的该高k层设在蚀刻 室内。将蚀刻剂气体提供入该蚀刻室，其中该蚀刻剂气体包括H2。 由该蚀刻剂气体生成等离子体以相对于该硅基材料选冲奪性蚀刻该 南k层。在本专利技术的另一种表现形式中，提供了一种用于蚀刻在硅基层之上具有高k层的叠层(stack)的方法。该叠层i殳在蚀刻室中。相 对于该石圭基层选l奪性蚀刻该高k层。该选4奪性蚀刻包括将高k层蚀 刻剂气体^是供入该蚀刻室，其中该高k层蚀刻剂气体包括H2,以及 由该高k层蚀刻剂气体生成等离子体，以相对于该硅基层选择性蚀 刻i亥高k层。在本专利技术的另 一种表现形式中，提供了 一种利用在硅基材料之 上的高k介电层形成闪存的装置。其提供了等离子体处理室，包括 形成等离子体处理室腔的室壁，用于在该等离子体处理室腔中支撑 基片的基片支撑件，用于调节该等离子体处理室腔中压力的压力调 节器，至少一个用于向该等离子体处理室腔提供功率以维持等离子 体的电极，用于将气体提供入该等离子体处理室腔中的气体入口 ， 以及用于从该等离子体处理室腔排出气体的气体出口。气体源与该 气体入口流动连接并且包括H2气体源、BC13气体源和Cl2气体源。 控制器与该气体源和该至少 一 个电极可控制地连接，并且包括至少 一个处理器和计算4几可读介质。该计算才几可读介质包4舌用于相对 于该石圭基层选4奪性蚀刻该高k层的计算才几可读代码，停止相对于该 石圭基层选4奪性蚀刻该高k层的计算才几可读代j码，以及用于相对于该高k层选4奪性蚀刻该石圭基层的计算才几可读代码。该用于相对于该石圭 基层选择性蚀刻该高k层的计算机可读代码包括用于从该H2气 体源提供H2的计算机可读代码，用于从该BC13气体源提供BC13的 计算机可读代码，用于从该Cl2气体源提供Cl2的计算机可读代码， 以及由该H2、 BCl3和Cl2生成等离子体以相对于该娃基层选择性蚀 刻该高k层的计算才几可读^f戈码。本专利技术的这些和其它特征将在下面本专利技术的详细描述中结合 附图更i羊细的i兌明。附图说明本专利技术将在附图的图形中作为例子说明，而不是作为限制，其 中相同的参考标号表示相同的元件，并且其中图1是可使用本专利技术的一个实施方式形成的场效应晶体管的示 意图；图2是用在本专利技术的一个实施方式中的处理工艺的流程图；图3A-3D是根据本专利技术形成的高介电常数层的示意性横截面 视图；图4是可用在本专利技术的优选实施方式中的处理室的示意图；图5A和5B说明了适于实现控制器的计算机系统。图6是用在本专利技术的另一个实施方式中以形成闪存的处理工艺 的流程图；图7A-7G是根据本专利技术形成的闪存器件的构成的示意性横截 面视图。具体实施方式现在将才艮据如在附图中i兌明的 一 些优选实施方式来详细描述 本专利技术。在下面的描述中，阐述了许多具体的细节以提供对本专利技术 的彻底的理解。然而，对于本领域的^支术人员来i兌，显然，没有这 些具体细节中的某些或者全部也可以实施本专利技术。在其它的情况 下，公知的工艺步骤和/或结构没有详细描述以避免不必要的混淆本 专利技术。为了便于理解，图1是场效应晶体管100的示意图。场效应晶 体管100包括基片104，源才及108和漏才及112 4参杂在该基片中。在 该基片上形成才册才及氧化物116。在冲册才及氧化物116上形成片册才及电才及 120， /人而栅才及氧化物116在该4册才及电4及120和该栅4及氧化物116 下方基片104内的沟道之间形成绝缘体。隔离物124位于栅极电极 120和栅极氧化物116的末端。本专利技术提供了一种选择性的蚀刻， 其允许由高介电常数材料形成4册极氧化物116。在本说明书和权利要求书中，高介电常数材料的介电常数至少 为8 (K>8)。图2是用于形成具有高介电常数层的半导体器件的高层流程 图。在基片上提供高介电常数(高k)材料层(步骤204)。可使用 原子层沉积、溅射或化学气相沉积来沉积该高介电常l史材料层。图 3A是已沉积在基片308上的高介电常数层304的示意性横截面视 图。该基片是硅基材料。优选地，该硅基材料基本上是多晶硅，其 可以是硅晶片的 一部分，或者如果该半导体器件是该晶片上方的多 个层，则该硅晶片可以是多晶石圭。然后在高k层304上形成多晶硅层312 (步骤208)。在多晶硅 层312上设置图案化掩模316 (如光刻胶掩模)(步骤212 )。抗反 射涂层314可位于该图案化掩模316和该多晶硅层312之间，以利 于该图案化掩才莫316的形成。然后穿过该掩才莫蚀刻多晶珪层312(步 骤216 )。图3B是在多晶硅层312被蚀刻后的示意性的横截面视图。然后使用H2添加物蚀刻高k层304(步骤220 ),如图3C所示。 希望得到的是高介电常数层304的蚀刻是高选择性的，以便最小化 下层基片308和多晶硅层312的蚀刻。在该优选实施方式中，该蚀 刻是如此高选择性的以至于在高介电常数层304的蚀刻期间去除少 于5A的基片。执行离子注入以形成源极区域和漏极区域(步骤224)。图3D 是源极区域324和漏极区域328形成后的示意图。由于离子注入高 度依赖于基片的特性，为了提供纵贯该晶片均一的源极区域和漏极 区域，必须最小化该基片的蚀刻。由Donnelly, Jr.等人申i青的美国专矛J 6， 511, 872 ( 2003年1 月28日颁证)公开了一种在基片上蚀刻高介电常凄t层的方法。其 公开了蚀刻化学制剂BCb和Cl2。然而，没有公开具有高k介电层 对基片高蚀刻选择性的处理工艺。KPelhos等人的文章Etching of high-k dielectric Zr^AlxOy films in chlorine-containing plasmas，发表 于Journal of Vacuum Science Technology A 19 ( 4 ), 2001年7/8月， 1361-1366页，其讨论了相同的蚀刻化学制剂并且也没有公开具有 高蚀刻选择性的处理工艺。在Jour本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于相对于硅基材料选择性蚀刻高ｋ层的方法，包括：将所述高ｋ层设在蚀刻室中；将蚀刻剂气体提供入所述蚀刻室，其中所述蚀刻剂气体包括Ｈ↓［２］；以及由所述蚀刻剂气体生成等离子体，以相对于所述硅基材料选择性蚀刻所述高ｋ层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-9-9 11/223,7801. 一种用于相对于硅基材料选择性蚀刻高k层的方法，包括将所述高k层设在蚀刻室中；将蚀刻剂气体提供入所述蚀刻室，其中所述蚀刻剂气体包括H2；以及由所述蚀刻剂气体生成等离子体，以相对于所述硅基材料选择性蚀刻所述高k层。2. 根据权利要求l所述的方法，其中所述高k介电层是氧化物层。3. 根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述蚀刻剂气体 进一步包4舌含由素组分。4. 根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述蚀刻剂气体 进一步包括稀有气体。5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻剂气体进一步包括 BCl3和惰性气体。6. 根据权利要求5所述的方法，其中所述蚀刻剂气体具有在 0.2-5:1之间的H2与BCl3体积流量比。7. 根据权利要求5-6中任一项所述的方法，其中所述蚀刻剂气体 具有小于500 sccm的惰性气体的体积流量。8. 根据权利要求5-7中任一项所述的方法，其中所述蚀刻剂气体进一步包括Cl2。9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述蚀刻剂气体具有在 0-0.5:1之间的Cl2与BCl3的体积流量比。10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述蚀刻剂气体进一步包括 BCl3和Cl2。11. 根据权利要求10所述的方法，其中所述蚀刻剂气体具有在 0.2-5:1之间的H2与BC13的体积流量比。12. 根据权利要求10-11中任一项所述的方法，其中所述蚀刻剂气 体具有在0-0.5:1之间的Cl2与BCl3的体积流量比。13. 根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述硅基材料 是硅和氮化硅中的至少一种，以及其中所述高k层是Hf硅酸 盐、Hf02、 Zr硅酸盐、Zr02、 A1203、 La203、 SrTi03、 SrZr03、 Ti02和Y203中的至少 一种。14. 根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述硅基材料 形成层，进一步包括在选纟奪性蚀刻所述高k层之后蚀刻所述硅 基材料层。15. —种由权利要求1-14中任一项所述的方法形成的半导体器件。16. —种用于蚀刻在硅基层之上具...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘身健，琳达凤鸣李，安东尼陈，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]