用于除去薄膜层的预蚀刻注入损伤制造技术

一种制造微电子结构的方法，包括：　　　　在衬底层附近形成薄膜；　　　　在该薄膜附近形成掩模结构，使该薄膜的掩蔽部分位于掩模结构与衬底层之间，该薄膜的暴露部分保持暴露；　　　　将离子注入到暴露部分中，从而在结构上改变该暴露部分，掩模结构保护掩蔽部分免受注入；　　　　湿蚀刻暴露的部分；　　　　基本上除去所有的暴露部分。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于除去薄膜层的预蚀刻注入损伤
技术介绍
薄膜蚀刻是许多构建微电子结构如半导体结构用方法的一个关键方 面。两种常规方法是流行的，而各方法都有相关的缺点。湿化学蚀刻， 或更简单地湿蚀刻通常与待蚀刻介电材料所用蚀刻剂和下面的衬底 材料之间的高选择性相联系。根据溶剂对固体的相对蚀刻速率使用术语 高选择性。例如，有效蚀刻许多薄膜材料，但对蚀刻共衬底材料相对无效的理想湿蚀刻剂是可得到的；认为这种蚀刻剂是高度选择的， 因为它们对待蚀刻的薄膜有效或蚀刻靶，而对衬底相对无效，在有 关处理阶段中不需要蚀刻进入衬底。虽然某些湿蚀刻剂对衬底和靶材的配对有高选择性的优势，但这些湿 蚀刻剂中的许多在固体材料暴露的所有方向也以相同的速率蚀刻，这被 称为各向同性蚀刻。诸如栅电极这样的结构附近的各向同性蚀刻会 导致不合需要的钻蚀问题，正如以下进一步描述的。附图说明图1A-1C描述了说 明这样一种钻蚀问题的蚀刻情景。参考图1A,描述了布置在掩模结构(101)与衬底层(100)之间的 非常薄的材料层或薄膜(103)。在这幅图中，掩模结构(101)含 栅电极(104)和掩模层(106)，薄膜(103)含介电层(102)。术语 掩模结构指的是这种结构基本上不为施加的蚀刻或注入处理如湿蚀 刻、干蚀刻或离子注入渗透。正如在与相似结构有关的许多常规微电子 结构加工情景中一样，此说明性的情景中的目的是除去未直接在栅电极 下面的介电层部分，同时使直接位于栅电极与村底层之间的整个介电层 部分完好。参考图1B，已经施加了具有各向同性蚀刻性能的湿蚀刻剂(未 示出)，并且该湿蚀刻剂已经开始蚀刻介电材料。湿蚀刻剂的各向同性 性质在栅电极(104)附近的介电层(102)的表面中产生弯曲(108)。 参考图1C，已经蚀刻并除去未紧邻栅电极的介电层的整个厚度。在栅电 极(104)附近，钻蚀问题是明显的。在该区域中，蚀刻剂不但朝着衬底 层(100)垂直向下蚀刻，而且正如插图所示，沿着横向方向蚀刻到位于 栅电极与衬底之间的介电材料的掩模部分(118)中，这在栅电极(104) 与衬底层(100)之间导致无支撑且不绝缘的钻蚀区域(110， 112)，以及可能与说明性器件有关的基本问题。由于靶材基本上受到羊向轰击，所以使用常规工具如等离子体电极的 干蚀刻提供明显更各向异性的蚀刻方案。干蚀刻方法的一个缺点是这种 方法可能缺乏选择性。换句话说，干蚀刻工具常常不但对靶介电材料的 蚀刻贯穿十分有效，而且对贯穿下面的衬底部分也十分有效的。取决于 要去除的材料，也许难以完全干蚀刻靶薄膜材料而不损坏下面的衬底。参考图2A-2C，说明了干蚀刻情景，与用于相似微电子结构的情况一样， 其中掩模结构(101)含栅电极(104)和掩模(106)，其中薄膜(103) 是介电层(102)。图2A描述了与图1A所示相似的结构。图2B描述了 部分完全干蚀刻来除去部分介电材料后的图2A的结构。如图2B所示， 干蚀刻的各向异性使被称为相对直的侧壁(114， 116)的情况容易。 然而，正如图2C中说明的，该描述的例子中的干蚀刻缺乏选择性导致对 衬底层(100)不合需要的过蚀刻或腐蚀(120)。鉴于常规方法的缺点，需要一种方法来准确并有效地从掩模结构如栅 附近的衬底中除去薄膜材料而不产生钻蚀或不合需要的衬底腐蚀。附图简述通过实施例说明了本专利技术，然而本专利技术并不限制在附图的图中，在附 图中相同的符号表示相似的元件。图中所示的特征没有按比例描绘，而 且也没有按照精确的位置关系显示它们。图1A - 1C描述了当使用常规的湿蚀刻方法来除去一部分介电薄膜时 产生的结构的剖面图。图2A - 2C描述了当使用常规的干蚀刻方法来除去一部分介电薄膜时 产生的结构的剖面图。图3A-3D描述了本专利技术一个实施方案的剖面图，其中使用离子注入 来以便于除去一部分薄膜。图4A-4D描述了本专利技术另一个实施方案的剖面图，其中使用离子注 入以便于除去一部分薄膜。图5描述了离子注入能量与注入深度之间的计算关系的图示。专利技术详述在下面本专利技术实施方案的详细说明中，参考附图，在附图中相同的符 号表示相似的元件。足够详细地公开了本文中描述的说明性实施方案以 使本领域普通技术人员能够实践本专利技术。因此，以下的详细说明不是限制意义上的，本专利技术的范围仅仅由附加的权利要求书限定。参考图3A，描绘了具有衬底层(100 )、掩模结构(101 )和薄膜(103 ) 的微电子结构。在该描绘的实施方案中，掩模结构(101)含栅电极(104) 和掩模层(106 )，薄膜(103 )含介电层(102 )。掩模层(106 )优选 含这样的材料和厚度，即在注入(122)的过程中，它保护它下面的其它 层不受朝衬底层(100)加速的离子的轰击，正如下面进一步讨论的。对 于本领域普通技术人员，可以将图3A的结构识别为潜在的晶体管前体， 图3A中描绘的各种层的形成包括使用随选择的材料而变化的常规方法。参考图3B，描绘了图3A的结构，不同之处在于其暴露于离子注入 (122)下，目的是在结构上改变介电层的暴露部分(124， 126)，并随 后除去它而不除去介电层的被掩蔽部分(118)，掩蔽部分(118)布置 在栅电极(104)与衬底层(100)之间，并通过掩模结构(101)掩蔽或 防护该注入。使薄膜精确暴露于高度方向性的离子注入或使薄膜精确经 受高度方向性的离子注入在薄膜材料内产生各向异性结构变化，这使其 对湿蚀刻更敏感，增加的敏感性使得能够进行相对快速的湿蚀刻，其中 优选的与湿蚀刻有关的选择性可以至少部分脱离钻蚀缺点，而正如上面 说明的，钻蚀缺点是与掩模结构附近的湿蚀刻相联系的。可以将使用离 子注入改变固体如靶薄膜的蚀刻敏感性的方法称为结构改性或改变的方 法，其中靶材结构的致密化或结晶性质，典型的是由于众多有组织的强 键而高度耐外部化学作用如蚀刻剂的性质通过嵌入离子而无定形化或改 性，这导致靶材的结构破坏或变化如鍵断裂和/或在化学上或物理上诱发 晶体无序，而这与降低的抗外部化学作用性相联系。换句话说，注入造 成薄膜靶的暴露部分的结构变化。高度各向异性的结构变化图案、 改变的材料内增加的对湿蚀刻剂的敏感性和一些蚀刻剂对薄膜材料的高 选择性的组合导致合乎需要的混合材料除去方案(schema)，其中可以 形成相对直的且平行的侧壁而不产生与干蚀刻相联系的过蚀刻或衬底腐 蚀问题。再参考图3B，掩模(106 )和栅电极(104 )材料在注入(I)的过 程中保护介电材料的掩蔽部分(118)，同时暴露部分(124， 126 )在结 构上产生改变，形成改变的介电材料(128)。配置常规的离子注入部件 如从Applied Materials Corporation获得的Quantum Leap 离子注 入机以提供精密入射角调节，这能够使离子轰击基本上垂直于暴露部分(124， 126 )的表面，且基本上不使掩蔽部分(118 )暴露于离子注入(122 ) 下。也可以使用常规的等离子体浸入(immersion)设备来提供离子注入(122)，其中在施加触发电压后，使来自局部等离子体的加速离子轰击 薄膜靶。而且，与一次较大的单独注入相反，可以顺序地实施若干此注 入(122)步骤以提供需要量的结构变化，正如对本领域普本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造微电子结构的方法，包括在衬底层附近形成薄膜；在该薄膜附近形成掩模结构，使该薄膜的掩蔽部分位于掩模结构与衬底层之间，该薄膜的暴露部分保持暴露；将离子注入到暴露部分中，从而在结构上改变该暴露部分，掩模结构保护掩蔽部分免受注入；湿蚀刻暴露的部分；基本上除去所有的暴露部分。2. 权利要求l的方法，其中注入包括将离子注入通过部分暴露部分 并进入衬底层，造成衬底层改变。3. 权利要求2的方法，还包括退火衬底层，并使其再结晶，从而使 村底层改变的效应最小。4. 权利要求1的方法，其中形成薄膜包括沉积厚度为约1 -约20纳 米的薄膜。5. 权利要求l的方法，其中薄膜包括选自包括硅、氮化硅、二氣化 硅、氮氧化硅、ST0、 BST、 PZT、 PLZT、隨、HfON、 Hf-Si-0-N、 Ti0 Y203、 Ta205、 Ah0 Zr0 ZrON、 Zr-Si-0-N和A1N中的材料。6. 权利要求l的方法，其中掩模结构包括选自多晶硅、氮化硅、二 氧化硅、掺杂碳的氧化物、铝硅酸盐、氟化的硅玻璃、硅氧烷基聚合物、 铝、铜、钛、鴒、钌、钽和铱中的材料。7. 权利要求l的方法，其中衬底层和离子包含相同的元素。8. 权利要求7的方法，其中衬底层和离子包含硅。9. 权利要求l的方法，其中注入离子包括注入来自由衬底层所含元 素定义的组中的离子。10. 权利要求9的方法，其中衬底层包括硅锗，并且其中注入离子包 括注入硅离子和锗离子。11. 权利要求9的方法，其中注入离子包括以由村底的化学计量比定 义的相对数量注入来自由村底所含元素定义的组中的离子。12. 权利要求l的方法，其中注入离子包括注入电学上不活泼物质的 离子。13. 权利要求12的方法，其中电学上不活泼的物质包括氮、氟和氯 中的一种。14. 权利要求l的方法，其中注入离子包括用离子注入机加速的离子 轰击暴露的部分。15. 权利要求l的方法，其中注入离子包括用来自使用等离子体浸入 的局部...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·哈雷兰德，N·林德尔特，R·阿哈瓦尼，R·仇，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：