[发明专利]具有高产量的超高选择比的多晶硅蚀刻

说明书

本发明涉及具有高产量的超高选择比的多晶硅蚀刻。提供了用于去除晶片上的多晶硅层的方法和装置，其中晶片可以包括氮化物层、低k介电层、氧化物层和其他膜。在远程等离子体源中产生氢基物质和氟基物质的等离子体，并且在相对低的温度下将晶片暴露于等离子体以限制固体副产物的形成。在一些实现方案中，晶片保持在低于约60℃的温度。以非常高的蚀刻速率去除多晶硅层，并且多晶硅相对于氮化物层和氧化物层的选择比非常高。在一些实现方案中，晶片被支撑在具有多个热区的晶片支撑件上，所述多个热区被配置为限定整个晶片上的多个不同温度。

技术领域

本公开总体上涉及晶片上的多晶硅的蚀刻，更具体地，涉及以高选择比对晶片上的多晶硅进行基于等离子体的蚀刻。

背景技术

基于等离子体的蚀刻可以是半导体器件和集成电路的制造中的重要的加工步骤。

通常，可以使用湿法或干法反应性离子蚀刻(RIE)工艺来执行多晶硅的去除。然而，用于去除多晶硅的湿法蚀刻工艺可能导致多晶硅的低蚀刻速率，这导致低的产量。此外，用于去除多晶硅的湿法蚀刻工艺可能不能实现像干法蚀刻工艺那样高的相对于其他材料的选择比。干法RIE工艺至少部分地由于使用外部偏置来控制离子方向和能量的复杂硬件而导致更高的成本。此外，使用干法RIE工艺可能由于暴露于离子和光子通量而损坏周围结构。周围结构可以是由例如暴露的氮化物和/或氧化物制成的侧壁。这种周围结构可以包括低k介电材料、氮化硅(Si₃N₄)、氮化钛(TiN)和包括热氧化硅的氧化硅(SiO₂)。

此外，在许多材料(包括含有硅和金属的半导体晶片)的表面上存在自然氧化层可能不利地影响这种材料的图案化。这可以是在半导体芯片、存储器器件或逻辑器件的制造中的重要部分。例如，多晶硅上的自然氧化层可以基本上抑制和降低多晶硅蚀刻的均匀性。当含硅表面暴露于环境条件或氧气时，可以形成自然氧化层。

通常，可以使用湿法工艺进行自然氧化物的去除，例如用稀氢氟酸(HF)处理自然氧化物。然而，使用这种湿法蚀刻工艺去除自然氧化物可能是昂贵的，可能引起严重的安全问题，可能不能实现相对于其他材料的高选择比，并且可能导致额外的暴露于环境条件以允许自然氧化物在蚀刻多晶硅前重新生长。湿法工艺对于涉及高纵横比特征的器件也可能是有问题的。

发明内容

本公开涉及一种从晶片去除多晶硅层的方法。所述方法包括：提供具有多晶硅层的晶片；使包含氢基物质和氟基物质的蚀刻剂流入远程等离子体源中，其中所述氢基物质的浓度大于所述氟基物质的浓度；在所述远程等离子体源中产生远程等离子体，其中所述远程等离子体包含所述氢基物质和所述氟基物质的自由基；以及将所述晶片暴露于所述远程等离子体以去除所述多晶硅层，其中所述晶片维持在一定的温度范围内，使得所述晶片在暴露于所述远程等离子体期间基本上不含固体副产品残余物。