[发明专利]用于含碳膜的硅选择性干式蚀刻方法

说明书

发明领域

本发明关于涉及沉积、图案化及处理薄膜与涂层时所使用的设备、工艺及材料的制造技术解决方案，具有包括涉及以下应用(但不以此为限)的代表性示例：半导体与介电材料及器件、基于硅的晶片与平板显示器(如TFT)。

发明背景

通过在基板表面上复杂地产生图案化材料层基板的工艺，可制造集成电路。在基板上产生图案化材料基板需要受到控制的移除暴露材料的方法。化学蚀刻用于各种目的中，这些目的包括将光刻胶中的图案转移到下面的层，使层薄化或使既存于表面上的特征结构的横向尺寸薄化。经常期望拥有蚀刻第一材料比蚀刻第二材料快的蚀刻工艺，以助于例如图案转移工艺进行。可以说此类蚀刻工艺对第一材料具有选择性。材料、电路与工艺多样化的结果造成蚀刻工艺已经发展至对多种材料具有选择性。

SiConi^TM蚀刻涉及将基板同时暴露至NF₃与NH₃等离子体副产物，并且SiConi^TM蚀刻对含硅层(例如硅、多晶硅与二氧化硅)具有高共形度与选择性。SiConi^TM蚀刻能够显现其他与藉以在基板表面上处理材料的机制相关的有利性质。当基板材料移除时，SiConi^TM蚀刻产生生长于基板表面的固体副产物。这些固体副产物随后在基板温度升高时通过升华移除。一项SiConi^TM蚀刻的应用是在进一步处理前移除形成在含硅层上的薄的原生氧化物(SiO_x，x＜2)。另一个应用涉及清洁含硅工艺残余物的处理腔室。

固体副产物的累积会逐渐减缓工艺穿透进入层中，从而得到准确控制处理深度或蚀刻速率的能力。在使蚀刻得以停顿下，SiConi^TM蚀刻成为一种“自限制”工艺。通过改变一些工艺参数，能够仰赖暴露与退火的每一自限制循环以移除可调且可估测的材料量。

现有的SiConi^TM工艺的选择性已经在硅、多晶硅与二氧化硅方面建立。在硅氧化物中将碳并入含硅层的结果已被证实有利于减少介电常数。通过暂时增加膜的流动性，碳含量亦改善了沟槽的间隙填充。现有的SiConi^TM蚀刻工艺不会以足以用于生产环境的高蚀刻速率蚀刻一些此类含硅及碳层。

发明概要

在此描述一种蚀刻含硅及碳的材料的方法，所述方法包括结合反应性氧流的SiConi^TM蚀刻。反应性氧可在SiConi^TM蚀刻之前导入，从而减少接近表面区域处的碳含量，并且使SiConi^TM蚀刻得以更快速进行。或者，反应性氧可在SiConi^TM蚀刻期间导入，以进一步改善有效的蚀刻速率。

在一个实施例中，在基板处理腔室的基板处理区域中蚀刻基板表面上的含硅及碳层的方法包括以下步骤：将含氟前体与含氢前体流入第一远端等离子体区域，同时在第一远端等离子体区域中形成等离子体以产生等离子体流出物，其中第一远端等离子体区域流体连通式耦接基板处理区域；藉由将等离子体流出物与反应性氧流入基板处理区域而蚀刻含硅及碳层，同时在基板表面上形成固体副产物；以及，藉由将基板温度增加至固体副产物的升华温度之上而升华固体副产物。

在另一实施例中，在基板处理系统内与基板处理区域相接的内部表面上蚀刻含硅及碳层的方法包括以下步骤：将含氟前体与含氢前体流入远端等离子体区域，同时在远端等离子体区域中形成等离子体以产生等离子体流出物，其中远端等离子体区域流体连通式耦接基板处理区域；藉由将等离子体流出物与反应性氧流入基板处理区域而蚀刻含硅及碳层，同时在内部表面上形成固体副产物；以及藉由将内部表面温度增加至固体副产物的升华温度之上而升华固体副产物。

在又一实施例中，一种在基板处理区域中蚀刻基板表面上的含硅及碳层的方法包括以下依序的步骤：将反应性氧流入基板处理区域，以减少含硅及碳层的接近表面区域中的碳浓度；通过将含氟前体与含氢前体流入远端等离子体区域，同时在远端等离子体区域中形成等离子体以产生流入基板处理区域的等离子体流出物，而蚀刻含硅及碳层，远端等离子体区域流体连通式耦接基板处理区域；以及在蚀刻步骤后，藉由将基板温度上升至留在所述表面上的固体副产物的升华温度之上而升华这些固体副产物。