腐蚀半导体晶片的方法和装置制造方法及图纸

一种腐蚀晶片的方法，包括步骤： 物理地腐蚀然后化学地腐蚀晶片，以便得到带有至少基本上垂直的侧壁外形的晶片结构。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进的等离子体腐蚀反应器装置和方法。
技术介绍
在如高密度动态随机存取存储器(“DRAM”)和铁电随机存取存储器(“FRAM”)等的高密度半导体芯片的开发中使用一组新的形成膜(emergingfilm)非常有用。这些材料通过减少存储器衬底上各结构(feature)的尺寸提供更高容量的器件。因此，需要增强的外形控制技术。过去，已使用了大量的技术来得到需要的半导体结构壁外形。一个技术是被归为物理腐蚀方法的离子研磨。采用该技术，离子研磨束用于物理地溅射掉不需要的半导体器件层的那些部分，在半导体器件上留下限定不同部件和导电条的需要的结构。虽然这种技术已产生了需要的外形，但使用离子研磨技术的缺点是过程较慢，并且这种技术往往会从需要的结构向上形成遮盖物(veil)或围墙(fence)。光刻胶材料保护并限定由离子研磨技术产生的需要的结构。一旦光刻胶材料被剥离掉，那么遮盖物或围墙将变为不需要并且很难除去的结构。化学腐蚀是另一技术，能除去光刻胶材料未保护的那部分半导体晶片层。这些方法虽然提供了比例如离子研磨更快的腐蚀，但这些方法不需要具有由离子研磨提供的相同的外形控制。因此，需要提供一种腐蚀工艺和装置，能快速并准确地处理在最先进的半导体产品中使用的新出现的膜。专利技术概述本专利技术包括设计用于处理存在特有腐蚀问题的新出现的膜的方法和装置。这种新膜包括当前在高密度DRAM器件的开发中使用的例如铂和钛酸锶钡(BST)，和当前在非易失性FRAM器件的开发中使用的铂和锆钛酸铅(PZT)或钛酸锶钽(Y-1)。在这些新膜中，BST、PZT和Y-1具有例如允许开发较高的电路密度、细线几何图形需要的高介电常数。随着结构密度的增加，需要更精确的垂直外形。本专利技术涉及进行关键性的腐蚀，产生各向异性的外形(即，直的，垂直的侧壁)，具有高度选择性并对下层或其它晶片材料造成最小的损伤，并能在非均匀的区域上均匀地进行。因此，本专利技术提供一种装置和方法，允许物理腐蚀然后化学腐蚀晶片，以便得到具有非常有用的垂直侧壁外形的晶片结构。本专利技术提供一种能在连续区域上进行的方法和装置，首先侧重如借助离子研磨的物理腐蚀，然后侧重化学腐蚀。这种技术特有的不直观之处在于工艺的离子研磨部分产生需要的垂直外形，但附加地产生不希望的遮盖物。然而，有利的是，本专利技术提供一种在连续区域内进行化学腐蚀，化学腐蚀能满意地除去遮盖物。因此，此后，这种半导体晶片可以用如以上U.S.专利申请No.08/438,261中出现的独一的漂洗-剥离-漂洗方法等的其它方法进行，以得到需要的结构、构形、密度和外形。由此，进行化学腐蚀工艺之后，漂洗晶片以便在剥离或灰化步骤中剥离掉光刻胶材料之前除去任何可溶的残留物，随后进行半导体晶片的后剥离漂洗以除去残留物。本方法在具有与放置半导体晶片之处相邻的电极的室中进行。电极提供有在兆赫范围内工作的第一电源和在千赫范围内工作的第二电源。在本方法的第一部分期间，两个电源都工作以增强离子研磨技术。在化学腐蚀为主的本方法的第二部分期间，工作在千赫范围内的第二电源关闭，极大地降低了离子研磨的影响。在本专利技术的另一特征中，使用了三电极室，其中下电极放置在靠近晶片处，并如上所述用两个电源供电。侧面外围电极接地或不浮置，与晶片间隔放置并固定其上的上电极接地或允许不浮动。本专利技术的其它特征、目的和优点可以通过研究说明书、权利要求书和附图中得到。附图说明图1是使用离子研磨技术的半导体晶片结构的显微图，示出在原位的遮盖物或围墙与光刻胶。图2是另一半导体结构的显微照片，详细地示出了离子研磨工艺并且除去光刻胶之后仍保留的遮盖物或围墙。图3是如图2中发现的光刻胶仍在原位的结构的示意性表示。图4是典型的化学腐蚀操作之后包括光刻胶的半导体结构的显微照片。图5是如图4中发现的光刻胶仍在原位的结构的示意性表示。图6是本专利技术腐蚀装置实施例的示意性表示。图7是已进行了本专利技术创造性的物理和化学腐蚀步骤之后半导体芯片结构的显微照片。图8是进行灰化或剥离步骤以便除去光刻胶材料和残留物之后图7结构的显微照片。图9为进行漂洗步骤以便限定出具有适当垂直外形的最终需要的结构之后图8的半导体结构的显微照片。图10是图7示出的光刻胶仍在原位的半导体结构的示意性表示。图11是与用于化学腐蚀工艺的氯气流速相比，残留的遮盖物高度的示意性曲线。图12示出了与提供电源的RF频率相比离子能量和离子密度的曲线。图13是晶片处理装置的俯视平面图。最佳实施例说明如上所述，对于具有细线几何图形带致密结构形貌的新的形成(emerging)高密度DRAM和FRAM改进的外形很重要。通过节距可以测量结构的密度，节距定义为结构的宽度和结构之间空间间隔宽度之和。一般来说，高密度结构具有约2.0微米以下，优选约0.5微米以下的节距。使用本专利技术可以制成具有这种节距的结构，也可以使用高介质的新出现的膜，例如锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶钡(BST)和钛酸锶钽(Y-1)，介质膜的介电常数在200以上的范围内，一般在200和1,400之间。这种高密度、形成的半导体结构使用如铂(Pt)、铱(Ir)、二氧化铱(IrO2)、锆钛酸铅(PZT)、钌(Ru)、二氧化钌(RuO2)、钛酸锶钡(BST)、钛酸锶钽(Y-1)和其它新出现的膜等的材料。对于高密度结构，电极可以包括例如PZT(介电常数约1,400)或BST或Y-1溅射其间的铂，以便产生要求的高电容值。要在较小的空间最大程度地产生这种高电容结构，该结构具有在70°到85°范围的外形很重要，优选尽可能地接近法线的外形，并且在侧壁上没有残留物很重要。参考图1、2和3，图示出了半导体晶片的结构的显微照片和示意图，说明垂直侧壁具有沿其向上延伸的侧壁遮盖物或围墙。通过腐蚀工艺以溅射为主的离子研磨工艺产生这些遮盖物20(图3)。溅射到光刻胶22未保护的区域的材料淀积为所述遮盖物20。从图3中可以看出，这些遮盖物20往往覆盖了光刻胶材料22。当光刻胶材料被剥离掉时，留下的遮盖物如图2所示。这些遮盖物由来自图3所示已淀积在钛26层上的铂层24的铂组成。这些遮盖物为溅射的铂的重新淀积，可以包括如二氧化硅、碳、卤族元素等的的其它材料，以及与腐蚀工艺有关的其它材料。这些遮盖物也可以包括来自包含半导体晶片中的其它膜和层的材料，例如仅举例来说有Ir、IrO2、PZT、Ru、RuO2、BST和Y-1。应该明白对于节距小于0.5微米的小节距图形，由离子研磨引起的遮盖物最普遍，由此以上工艺对于形成高密度DRAM和FRAM器件最有用。这种操作的优点是产生的侧壁竖立在70°到85°的范围内并且更高。图4和5示出了通过化学腐蚀工艺产生的半导体结构的外形。从图5中可以看出，铂结构30的侧壁28有较差的外形，不适合于以上提到的先进的半导体器件要求的致密图形。化学腐蚀产生40°到50°的侧壁外形。在图4和5中，光刻胶材料32在铂层30上，层还没有被剥离掉。本专利技术提供一种连续的腐蚀操作，使用物理腐蚀(离子研磨)和化学腐蚀的优点，以便产生具有如图10所示外形的半导体结构。本专利技术包括如图6所示的腐蚀装置(三电极反应器)34。腐蚀装置34包括外壳36和腐蚀室38。晶片40定位在下电极42上。室38还包括侧面外围电极44和上电极46。在优选实施例中，侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1．一种腐蚀晶片的方法，包括步骤物理地腐蚀然后化学地腐蚀晶片，以便得到带有至少基本上垂直的侧壁外形的晶片结构。2．根据权利要求1的方法，包括步骤其中物理地腐蚀然后化学地腐蚀的所述步骤提供了最少残留物的基本上垂直的侧壁外形。3．根据权利要求1的方法，其中物理地腐蚀晶片的步骤使用约10SCCM到约50SCCM的氩气和约2SCCM到约50SCCM的氯气。4．根据权利要求1的方法，其中物理地腐蚀晶片的步骤发生在约2毫乇到约10毫乇。5．根据权利要求1的方法，其中物理地腐蚀的所述步骤发生在晶片设置在靠近电极的室内，电极提供有约450KHz和约13.56MHZ的功率。6．根据权利要求1的方法，其中物理地腐蚀的所述步骤发生在晶片设置在靠近电极的室内，电极提供有约或500KHz以下的第一电源和约一个MHZ或以上的第二电源。7．根据权利要求1的方法，其中物理地腐蚀的所述步骤发生在晶片设置在靠近电极的室内，电极提供有在千赫范围内工作的第一电源和在兆赫范围内工作的第二电源。8．根据权利要求7的方法，其中所述第一电源提供了在约50瓦到约200瓦的范围内的功率，所述第二电源提供了在约500瓦到约1100瓦的范围内的功率。9．根据权利要求7的方法，其中所述电极是下电极，所述方法在同样有与下电极的边缘靠近设置的侧面外围电极，和在上电极上面并隔开的上电极，其中所述侧面外围电极为电接地或电浮置中的一个，所述上电极为电接地或电浮置中的一个的室中进行。10．根据权利要求1的方法，其中所述物理的腐蚀步骤在约80℃下进行。11．根据权利要求1的方法，其中所述物理的腐蚀步骤在约终点检测时间的三分之二和约终点检测时间之间进行。12．根据权利要求3的方法，其中腐蚀晶片的步骤使用约零SCCM到约50SCCM的氩气和约5SCCM到约100SCCM范围内的氯气。13．根据权利要求4的方法，其中化学地腐蚀晶片的步骤发生在约2毫乇到约10毫乇。14．根据权利要求7的方法，其中发生化学腐蚀的步骤的电极由工作在千赫范围内的第一电源提供从约没有功率到约50瓦的功率和工作在兆赫范围内的第二电源的功率。15．根据权利要求14的方法，其中化学腐蚀步骤期间，第二电源提供有从约500瓦到约1100瓦范围内的功率。16．根据权利要求7的方法，其中化学腐蚀步骤期间关断在千赫范围内工作的第一电源以便减少来自物理腐蚀的影响。17．根据权利要求1的方法，其中对于约1000埃厚的铂层，物理腐蚀步骤需要约70秒，化学腐蚀步骤需要约60秒到约120秒，对于约2000埃厚的铂层，物理腐蚀步骤需要约150秒，化学腐蚀步骤需要约60秒到约120秒。18．根据权利要求1的方法，其中对于金属层，物理腐蚀和化学腐蚀使用(1)氩气和氯气、(2)氩气、氯气和溴化氢(HBr)、或(3)氩气、氯气和羰基气体、(4)以上任何化学物质和氧气(O2)、(5)SF6自己或与以上任何化学物质、(6)NF3自己或与以上任何化学物质、(7)碳氟化合物(CxFy)自己或与其它化学物质中的一个。19．根据权利要求1的方法，其中对于介质层，物理腐蚀和化学腐蚀使用(1)氩气和CF4、(2)氩气、CF4和氯气、(3)氩气、CHF3和氯气、(4)以上任何组合与溴化氢(HBr)、(5)SF6自己或与以上任何化学物质、(6)NF3自己或与以上任何化学物质、(7)碳氟化合物(CxFy)自己或与其它化学物质的化学物质和(8)氩气和氯气中的一个。20．根据权利要求1的方法，其中在物理腐蚀期间提供电极的有在千赫范围内的第一电源和兆赫范围内的第二电源，在化学腐蚀期间提供有在兆赫范围内的电源。21．一种腐蚀晶片的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·P·德奥尼拉斯，艾尔弗德·科弗，帕里托什·雷乔拉，
申请(专利权)人：泰格尔公司，
类型：发明
国别省市：