[发明专利]使用化学气相沉积钝化的硅蚀刻

说明书

背景技术

本发明涉及半导体装置的形成。更具体地说，本发明涉及蚀刻特征到硅材料。

使用通过在特征的侧壁上形成钝化层保护特征的侧壁免于蚀刻反应影响的各向异性蚀刻，在硅衬底中形成通孔和沟槽等特征。蚀刻气体通常包含用于化学蚀刻的卤素气体(如SF₆)和用于钝化的氧气(O₂)。钝化层通常为特征侧壁氧化形成的含氧化硅(SiO_x型膜)的氧化膜。钝化层的成分可被蚀刻化学和掩模材料影响。过多侧壁钝化可导致夹断，过少侧壁钝化可导致弓起、底切以及临界尺寸退化。

还可通过使用“快速交替”等离子体蚀刻处理(气体调制处理)，采用等离子蚀刻周期和沉积(钝化)周期的快速重复交替，在硅衬底中形成深层特征。通常，SF₆和C₄F₈气体分别为蚀刻和沉积周期的主要处理气体。在C₄F₈钝化周期中沉积侧壁保护聚合物层从而达到定向蚀刻。在SF₆蚀刻周期中，通过离子增强蚀刻从水平面(如通孔底部)去除钝化聚合物，然后通过游离氟从暴露表面各向同性蚀刻硅。

在气体调制处理中，供应给等离子体处理反应器的处理气体快速开启和关闭，导致处理从去除晶片上硅的蚀刻条件快速变化到沉积材料到晶片上而不去除硅的沉积条件，然后再次回到蚀刻条件。交替周期的持续时间通常相对较短，在硅衬底中达到预期深度通常需要多个周期。

发明内容

为了实现上述并按照本发明的目的，在一个实施方式中，提供了通过在硅层上形成的图案化掩模蚀刻该硅层的方法。该硅层放置于蚀刻室中。在该蚀刻室中提供含氟(F)蚀刻气体和含硅(Si)化学气相沉积气体。该含氟(F)蚀刻气体用于蚀刻特征到硅层，该含硅(Si)化学气相沉积气体用于在特征的侧壁上形成含硅沉积层。由该蚀刻气体和该化学气相沉积气体产生等离子体，并提供偏压。使用该等离子体蚀刻特征到硅层，在蚀刻的特征的侧壁上沉积含硅钝化层。该钝化层中的硅主要来自化学气相沉积气体。然后停止该蚀刻气体和化学气相沉积气体。

在本发明的另一体现中，提供了使用下游等离子体通过在硅层上形成的图案化掩模蚀刻该硅层的方法。该硅层放置于蚀刻室中。提供含氟(F)蚀刻气体以蚀刻特征到上游等离子体室中的硅层。由该上游等离子体室中的蚀刻气体产生等离子体。使来自该等离子体的反应介质流入蚀刻室。提供含硅(Si)化学气相沉积气体进入蚀刻室使得该反应介质包括含硅化学蒸汽。提供偏压，使用该反应介质蚀刻特征到硅层，同时在蚀刻的特征的侧壁上沉积含硅钝化层。该钝化层中的硅主要来自化学气相沉积气体。然后停止流动反应介质和化学气相沉积气体。

在本发明的另一体现中，提供了通过图案化掩模蚀刻特征到硅层的装置。该装置包括等离子体处理室、气体源以及控制器。该等离子体处理室包括形成等离子体处理室外壳的室壁，在该等离子体处理室外壳内支撑衬底的衬底支撑件，调节该等离子体处理室外壳中压强的压强调节器，为该等离子体处理室外壳提供维持等离子体的电源的至少一个电极，电连接到该至少一个电极的至少一个射频电源，提供气体进入该等离子体处理室外壳的进气口，以及从该等离子体处理室外壳排放气体的出气口。与该进气口流体连接的气体源包括蚀刻气体源以及化学气相沉积气体源。控制器可控连接到气体源、射频偏压源以及至少一个射频电源，以及控制器包括至少一个处理器和具有蚀刻硅层的计算机可读代码的计算机可读介质。该蚀刻硅层的计算机可读代码包括(a)从该蚀刻气体源流动含氟(F)蚀刻气体进入该等离子体室的计算机可读代码，(b)从该化学气相沉积气体源流动含硅(Si)化学气相沉积气体进入等离子体室的计算机可读代码，(c)由该蚀刻气体和化学气相沉积气体形成等离子体的计算机可读代码，(d)提供偏压的计算机可读代码，(e)蚀刻特征到硅层的计算机可读代码，(f)在蚀刻的特征的侧壁上沉积含硅钝化层使得钝化层中的硅主要来自化学气相沉积气体的计算机可读代码，以及(f)停止该蚀刻气体和化学气相沉积气体的计算机可读代码。

在以下本发明的详细描述中将结合以下附图更具体地描述本发明这些和其他特征。

附图说明

本发明以附图中实施例的方式阐述，但并非以限定的方式，其中相似标识指代相似元素，其中：

图1为按照本发明的实施方式蚀刻硅层处理的高级流程图。

图2图示出按照本发明的实施方式蚀刻的特征的硅层横截面的实施例。

图3为可用于进行本发明的实施方式的等离子体处理系统的实施例示意图。