[发明专利]形成用于高孔径比应用的各向异性特征图形的蚀刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于形成用于高孔径比应用的各向异性特征图形的蚀刻方法。具体地，本发明主要涉及在半导体制造领域中通过蚀刻工艺形成用于高孔径比应用的各向异性特征图形的方法。

背景技术

可靠地制造深亚微米和较小尺寸的特征图形已经成为下一代大规模集成电路(VLSI)和超大规模集成电路(ULSI)半导体器件的关键技术。但是，由于受到电路技术的限制，在VLSI和ULSI技术中减小互连线的尺寸已经对处理能力提出了更多的要求。形成可靠的栅图案对于成功形成VLSI和ULSI并进而提高电路密度以及单独衬底和芯片块的质量来说至关重要。

随着特征尺寸变得越来越小，孔径比或者特征图形的深度以及特征图形的宽度之间的比例已经稳步提高，从而要求制造工艺将材料蚀刻到孔径比为约50：1到约100：1或者更大的特征图形。通常，通过将介电层各向异性地蚀刻为预定的深度和宽度而制造孔径比约为10：1的特征图形。但是，当形成更高孔径比的特征图形时，采用传统侧壁钝化技术的各向异性蚀刻已经很难实现，从而产生具有均匀间距和/或具有两个或者多个倾斜轮廓的特征图形，因此失去了特征图形的特征尺寸。

而且，在蚀刻工艺期间在特征图形的顶部或者侧壁产生的钝化层的重复沉积或者富集可能阻挡在掩模中限定的开口。由于累积的重复沉积层缩减或者密封了掩模的开口和/或蚀刻特征图形的开口，阻挡了反应剂进入该开口，从而限制了可能获得的孔径比。因此，不能充分蚀刻特征图形将导致无法获得所需孔径比的特征图形。

蚀刻具有高孔径比的特征图形的另一问题在于存在微负载效应，该微负载效应为在高低特征图形密度区域之间蚀刻尺寸变化的测量。由于低特征图形密度区域(例如，隔离区域)与高特征图形密度区域(例如，密集区域)相比具有更大的表面积开口而在单位表面积上接收更多的反应剂，从而产生更高的蚀刻速率。产生于蚀刻附产物的侧壁钝化由于在形成有更强钝化的区域中产生了更多的副产物而导致在该区域表现出类似的特征图形密度依赖性。在这两个区域之间单位表面积的蚀刻剂和钝化物的区别随着特征图形密度差异的增加而增加。如图8A所示，由于在高低特征图形密度区域中存在不同的蚀刻速率和不同的副产物，通常研究发现在以一定期望和控制的垂直尺寸蚀刻并限定低特征图形密度区域802的同时，由于不充分的侧壁钝化产生的横向攻击导致高特征图形密度区域出现弓形和/或底切806。在另一工艺中，如图8B所示，以更快的蚀刻速率蚀刻具有比高特征图形密度区域810更多钝化的低特征图形密度区域808，从而在蚀刻层814的侧壁上产生锥形顶部812。因此，与具有高孔径比的高低特征图形密度区域的不同蚀刻速率相关的不充分的侧壁保护通常导致不能保持蚀刻特征图形的特征尺寸并且产生质量较差的图案转移。

与具有高孔径比的蚀刻特征图形相关的再一挑战为控制由多层形成并具有不同特征图形密度的特征图形的蚀刻速率。这里，可以根据特征图形密度而以不同的速率蚀刻每一层。如图9所示，低特征图形密度区域902中的较快蚀刻速率经常导致对位于上蚀刻层906下部的层904产生过蚀刻，而在密集特征图形区域908中的较低蚀刻速率防止了层910的部分被完全蚀刻。随着特征图形向更高的孔径比发展，在低和高特征图形密度区域中保持有效的蚀刻速率而同时既不底切上层又不过蚀刻下层已经逐渐变得难于控制。不能在衬底上形成设计的特征图形或者图案会导致意想不到的缺陷，并且对随后的工艺步骤产生不利的影响，最终将降低或使产生的集成电路结构的性能失效。

因此，在该技术领域中需要一种用于蚀刻高孔径比特征图形的改进方法。

发明内容

本发明提供了一种用于形成用于高孔径比应用领域的各向异性特征图形的方法。这里所述的方法通过侧壁钝化物管理方案有助于促进特征图形轮廓和尺寸控制。在一实施方式中，通过在蚀刻层侧壁和/或底部选择性形成氧化钝化层来管理侧壁钝化物。在另一实施方式中，通过周期性清除过多的重复沉积层管理侧壁钝化物从而在其上保持平坦而均匀的钝化层。该平坦而均匀的钝化物允许以在衬底上的高和低特征图形密度区域保持所需深度和特征尺寸的垂直剖面的方式蚀刻具有高孔径比的特征图形，同时不产生缺陷和/或过蚀刻下层。

在一实施方式中，该方法包括在蚀刻腔室中设置其上具有层的衬底，采用第一气体混合物通过在掩模中形成的开口蚀刻该层以限定特征图形的第一部分，采用第二气体混合物通过原位蚀刻在蚀刻期间形成的重复沉积层清洁开口，并通过清洁后的开口蚀刻该层。