超高选择性的氮化物蚀刻以形成FinFET器件制造技术

本发明专利技术涉及超高选择性的氮化物蚀刻以形成FinFET器件。用于选择性地蚀刻衬底上的层的衬底处理系统包括上室区域、围绕上室区域布置的感应线圈和包括衬底支撑件以支撑衬底的下室区域。气体分配装置布置在上室区域和下室区域之间并且包括具有多个孔的板。冷却充气室冷却气体分配装置，并且吹扫气体充气室将吹扫气体引导到下室中。孔的表面积与体积之比大于或等于4。控制器选择性地将蚀刻气体混合物供应到上室并将吹扫气体供应到吹扫气体充气室，并且在上室中激励等离子体以相对于衬底的至少一个其他暴露层选择性地蚀刻衬底的层。一个其他暴露层选择性地蚀刻衬底的层。

【技术实现步骤摘要】
超高选择性的氮化物蚀刻以形成FinFET器件
本申请是申请号为201810208164.1，申请日为2018年3月14日，申请人为朗姆研究公司，专利技术创造名称为“超高选择性的氮化物蚀刻以形成FinFET器件”的专利技术专利申请的分案申请。


[0001]本公开涉及衬底处理装置，并且更具体地涉及氮化硅的选择性蚀刻。

技术介绍

[0002]这里提供的背景描述是为了一般地呈现本公开的背景的目的。在该
技术介绍
部分以及在提交时不会以其他方式认为是现有技术的描述的方面中描述的程度上，目前署名的专利技术人的工作既不明确地也不隐含地被承认为针对本公开的现有技术。
[0003]衬底处理系统可以用于在诸如半导体晶片之类的衬底上蚀刻膜。衬底处理系统通常包括处理室、气体分配装置和衬底支撑件。在处理期间，衬底布置在衬底支撑件上。可以将不同的气体混合物引入到处理室中并且可以使用射频(RF)等离子体来激活化学反应。
[0004]当集成诸如鳍式场效应晶体管(FinFET)器件之类的一些半导体衬底时，氮化硅膜需要相对于其他暴露的膜材料以非常高的选择性进行蚀刻。例如，在FinFET器件集成期间使用的伪氮化物膜(dummy nitride film)需要被选择性蚀刻。
[0005]热磷酸是用于在这些器件中蚀刻氮化硅膜的主要化学物质。热磷酸有几个局限性，包括满足超过10nm节点的外延硅(epi
‑
Si)、硅磷(SiP)和硅锗(SiGe)的选择性要求、颗粒和缺陷控制、表面张力引起的图案崩溃、和来自碳氮氧化硅(SiOCN)膜的碳(C)的表面损耗。

技术实现思路

[0006]用于选择性地蚀刻衬底上的层的衬底处理系统包括：上室区域、围绕上室区域布置的感应线圈和包括衬底支撑件以支撑衬底的下室区域。气体分配装置设置在上室区域和下室区域之间并且包括具有与上室区域和下室区域流体连通的多个孔的板。孔的表面积与体积之比大于或等于4。RF发生器向感应线圈供应RF功率。气体输送系统选择性地供应气体混合物。控制器被配置为使得气体输送系统选择性地将蚀刻气体混合物供应到上室并且在上室中激励等离子体以相对于衬底的至少一个其他暴露层选择性蚀刻衬底的层。
[0007]在其他特征中，气体分配装置包括使气体分配装置中的流体循环以控制气体分配装置的温度的冷却充气室(plenum)以及将吹扫气体引导通过气体分配装置进入下室的吹扫气体充气室。
[0008]在其他特征中，控制器进一步被配置为在预定的蚀刻时间段之后将等离子体转变为蚀刻后气体混合物。蚀刻后气体混合物包含氢物质和氧化物物质。控制器被配置为在不熄灭等离子体的情况下将来自蚀刻气体混合物的等离子体转变成蚀刻后气体混合物。
[0009]在其他特征中，所述板的厚度在5mm至25mm的范围内，所述孔的直径在1mm至5mm的
范围内，所述多个孔的数量在100至5000的范围内，并且所述板的直径在6”(英寸)至20”的范围内。
[0010]在其他特征中，衬底的层包括相对于至少一个其他暴露层被选择性蚀刻的氮化硅。所述至少一个其他暴露层选自由二氧化硅(SiO2)、碳氧氮化硅(SiOCN)、硅锗(SiGe)、非晶硅(a
‑
Si)和外延硅(epi
‑
Si)组成的组。在其他特征中，蚀刻气体混合物包括促进氮化物蚀刻和硅(Si)、硅锗(SiGe)和氧化物中的至少一种的钝化的气体。促进氮化物蚀刻的所述气体包括选自由三氟化氮(NF3)，二氟甲烷(CH2F2)，四氟甲烷(CF4)，氟代甲烷(CH3F)，分子氧、分子氮和一氧化二氮(O2/N2/N2O)的组合以及这些的组合组成的组中的一种或多种气体。促进钝化的所述气体包括选自由氟代甲烷(CH3F)，二氟甲烷(CH2F2)，甲烷(CH4)，硫化羰(COS)，硫化氢(H2S)，分子氧、分子氮和一氧化二氮(O2/N2/N2O)的组合及这些的组合组成的组中的一种或多种气体。
[0011]用于选择性地蚀刻衬底上的层的衬底处理系统包括衬底处理室，所述衬底处理室包括上室区域和下室区域，所述下室区域包括用于支撑衬底的衬底支撑件。气体分配装置布置在上室区域和下室区域之间并且包括与上室区域和下室区域流体连通的多个孔。孔的表面积与体积之比大于或等于4。等离子体供应源在所述上室区域中产生等离子体或向所述上室区域供应等离子体中的至少一种，以相对于所述衬底的至少一个其他暴露层选择性地蚀刻所述衬底的层。
[0012]在其他特征中，气体分配装置包括冷却充气室，所述冷却充气室用于使气体分配装置的一部分中的流体循环以控制气体分配装置的温度。气体分配装置还包括吹扫气体充气室，以将吹扫气体从所述气体分配装置沿进入所述下室的方向朝向所述衬底支撑件引导。该气体分配装置包括：冷却充气室，其使流体循环以控制气体分配装置的温度；以及吹扫气体充气室，其将吹扫气体从气体分配装置引导到下室中。
[0013]在其他特征中，气体分配装置的厚度在5mm到25mm的范围内，并且孔的直径在1mm到5mm的范围内。孔的数量的范围从100到5000，气体分配装置的直径在6”至20”的范围内。衬底的层包括相对于至少一个其他暴露层被选择性蚀刻的氮化硅。所述至少一个其他暴露层选自由二氧化硅(SiO2)、碳氧氮化碳(SiOCN)、硅锗(SiGe)、非晶硅(a
‑
Si)和外延硅(epi
‑
Si)组成的组。
[0014]在其他特征中，所述等离子体供应源使用等离子体气体混合物产生等离子体，所述等离子体气体混合物包括促进氮化物蚀刻以及促进硅(Si)、硅锗(SiGe)和氧化物中的至少一种的钝化的气体。促进氮化物蚀刻的所述气体包括选自由三氟化氮(NF3)，二氟甲烷(CH2F2)，四氟甲烷(CF4)，氟代甲烷(CH3F)，分子氧、分子氮和一氧化二氮(O2/N2/N2O)的组合以及这些的组合组成的组中的一种或多种气体。促进钝化的所述气体包括选自由氟代甲烷(CH3F)，二氟甲烷(CH2F2)，甲烷(CH4)，硫化羰(COS)，硫化氢(H2S)，分子氧、分子氮和一氧化二氮(O2/N2/N2O)的组合以及这些的组合组成的组中的一种或多种气体
[0015]用于选择性地蚀刻衬底上的层的方法包括提供衬底处理室，该衬底处理室包括布置在上室区域和下室区域之间的气体分配装置。下室区域包括用于支撑衬底的衬底支撑件。气体分配装置包括板，该板包括与上室区域和下室区域流体连通的多个孔。这些孔的表面积与体积之比大于或等于4。该方法还包括将蚀刻气体混合物供应到上室区域。该方法进一步包括在上室区域中激励等离子体以相对于衬底的至少一个其他暴露层选择性地蚀刻
衬底的层。
[0016]在其他特征中，该方法包括将流体供应到气体分配装置中的冷却充气室以控制气体分配装置的温度以及向所述气体分配装置中的吹扫气体充气室供应吹扫气体。吹扫气体充气室将吹扫气体从气体分配装置朝向所述衬底支撑件引导。
[0017]在其他特征中，该方法包括在预定蚀刻时间段之后将所述等离子体转变成蚀刻后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于选择性地蚀刻衬底上的层的衬底处理系统，其包括：RF发生器，其用于向设置在所述气体分配装置上方的第一室区域周围的感应线圈提供RF功率，其包括包括将所述第一室区域与第二室区域流体连接的多个孔的板，其中所述孔的表面积与所述孔的体积之比大于或等于4(cm
‑1)；以及控制器，其用于：选择性地将蚀刻气体混合物供应至所述第一室区域；并且通过所述感应线圈，在所述第一室区域中激励等离子体并且相对于衬底的外延硅(epi
‑
Si)层选择性地蚀刻所述衬底的氮化硅层，所述衬底设置在所述第二室区域中。2.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述板包括用于使所述气体分配装置中的流体循环以控制所述气体分配装置的温度的冷却充气室。3.根据权利要求2所述的衬底处理系统，其中所述板还包括用于将吹扫气体引导通过所述气体分配装置进入所述第二室区域的吹扫气体充气室。4.根据权利要求2所述的衬底处理系统，其中所述控制器进一步用于在预定蚀刻时间段后将所述等离子体转变成蚀刻后气体混合物，且其中所述蚀刻后气体混合物包括氢物质和氧化物物质。5.根据权利要求4所述的衬底处理系统，其中所述控制器被配置成在不熄灭所述等离子体的情况下将来自所述蚀刻气体混合物的所述等离子体转变成所述蚀刻后气体混合物。6.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中，所述板的厚度介于5毫米(mm)和25mm之间，所述孔的直径介于1mm和5mm之间，所述孔的数量介于100到5000之间，并且所述板的直径介于6英寸和20英寸之间。7.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其中所述蚀刻气体混合物包括促进氮化物蚀刻和硅(Si)、硅锗(SiGe)和氧化物中的至少一种的钝化的气体。8.根据权利要求7所述的衬底处理系统，其中促进氮化物蚀刻的所述气体包括选自由三氟化氮(NF3)，二氟甲烷(CH2F2)，四氟甲烷(CF4)，氟代甲烷(CH3F)，分子氧、分子氮和一氧化二氮(O2/N2/N2O)的组合以及这些的组合组成的组中的一种或多种气体。9.根据权利要求7所述的衬底处理系统，其中促进钝化的所述气体包括选自由氟代甲烷(CH3F)，二氟甲烷(CH2F2)，分子氧、分子氮和一氧化二氮(O2/N2/N2O)的组合，甲烷(CH4)，硫化羰(COS)，硫化氢(H2S)及这些的组合组成的组中的一种或多种气体。10.一种气体分配装置，其设置在衬底处理室的上室区域和所述衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：夸梅，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：