[发明专利]利用NH3－NF3化学物质的氧化蚀刻

说明书

技术领域

本发明实施例一般涉及用于加工半导体基片的方法和装置。更加明确地，本发明实施例涉及用于在半导体制备中选择性氧化蚀刻的方法和装置。

背景技术

在半导体制备中，氧化物制备是决定性的，特别是对于作为MOS(金属氧化物半导体)技术栅极结构的基本部分的薄氧化物。通过适当制备控制，氧化物层具有高的质量、稳定性和优良的介电性能。为了获得用于不同功能的不同性能氧化物，在整合组件制造(IDM)中使用多种氧化物制备工艺。热氧化物和沉积氧化物主要用于半导体器件中。另外，在加工期间可能产生本征氧化物。不同氧化物还可能区别地响应后续加工并且可能需要用于相同目的的不同处理。

在氧气氛中通过高温退火热生长热氧化物。热氧化物可能用于多硅表面的介电材料、器件隔离、注入屏蔽、应力消除(衬垫氧化物)、再氧化氮化物、以及光致抗蚀剂粘附和应力降低。

通过在加工室中使硅源与氧反应制备沉积氧化硅。还可以通过诸如臭氧/硅酸乙酯(TEOS)化学或碳基化学的组合沉积氧化物。沉积氧化物的示例可能是通过单一工艺产生的HARP(高纵深比工艺)氧化物。HARP，也称为亚常压化学气相沉积(SACVD)，是用于在诸如浅槽隔离(STI)和前金属介电质(PMD)的高纵深比间隙中沉积氧化物的使用臭氧/TEOS化学的非等离子体基化学气相沉积(CVD)方法。

当将基片表面暴露于氧时通常形成本征氧化物。当在常压条件的加工室之间移动基片时，或当少量的氧残余在真空室中时，发生氧暴露。还可能由蚀刻期间的污染导致本征氧化物。本征氧化物通常是不需要的，在后续工艺之前需要去除。

在半导体制备期间，可能以过量材料形成结构，并且随后将其蚀刻和/或抛光到预期尺寸。对于氧化物特征，为了达到预期尺寸，一般在其形成之后使用抛光和蚀刻。某些氧化物特征可能具有区别响应相同工艺的两种或多种氧化物，因此在加工中引起困难，特别是当特征尺寸较小时。

STI(浅槽隔离)是具有几种形式氧化物的氧化物结构中的一种。STI是用于亚0.25微米制备的器件隔离技术的初始形式。氧化物填充沟槽用于隔离在半导体基片上形成的器件。首先在半导体基片上蚀刻沟槽，随后热生长氧化物层。该高温氧化物层的目的是将适当转角变圆，以便初期避免栅极介电质断裂并且在CVD氧化物沉积之后消除应力。热氧化物层还钝化硅表面，并且作为硅和沉积氧化物层之间的阻挡层。随后以高密度等离子体(HDP)或HARP氧化物填充沟槽，抛光并逆蚀刻。为了将基片上的沟槽和其它结构准备用于诸如多种阱注入、栅极氧化以及最终的多硅沉积和定形的后续工艺，在沉积之后可能对氧化物填充沟槽执行化学机械抛光(CMP)工艺，以及随后的蚀刻工艺。

溅射蚀刻工艺和湿法蚀刻工艺是用于STI蚀刻的常规氧化物蚀刻工艺。然而，溅射蚀刻工艺一般不能完全去除氧化物，并且可能通过物理轰击损伤精密硅层。湿法蚀刻使用用于去除氧化物的化学溶液，例如氢氟酸(HF)和去离子水。然而，稀HF具有氧化物蚀刻速率不定的缺点。与非氮化氧化物相比，氮化氧化物蚀刻非常慢。热氧化物以与沉积氧化物不同的速率蚀刻。另外，退火氧化物具有与沉积氧化物不同的蚀刻速率。这在工艺流程中导致明显的可变性和集成度问题。

在浅槽隔离中，例如，使用三种不同氧化物填充沟槽。为了在抛光和多种清洗之后保持氧化物的可平面性，需要以相同速率蚀刻全部氧化物的蚀刻化学。事实上，多种工艺可变性导致明显的多余泄漏，其促成从源极到漏极的主要电流。这种多余泄漏的一个示例是围绕在SRI转角附近的多硅罩层。通常在STI蚀刻/清洗之后，在用于填充沟槽的氧化物沉积之前生长高温STI氧化物衬垫。在不同HF逆蚀刻期间，沟槽中的不同氧化物以不同速率蚀刻。随后，沉积多硅挤入到氧化物中的过蚀刻空洞内部。围绕在沟槽内部的多硅罩层导致多余泄漏和收得率损失。

因此，需要用于以相同速率蚀刻全部氧化物的装置和方法。

发明内容

本发明一般提供用于选择性去除半导体基片上的多种氧化物的装置和方法。

本发明的一个实施例提供用于以预期去除速率选择性去除基片上氧化物的方法，包括：将基片放置在真空室内，其中基片表面具有包括氧化物的结构，将基片冷却到第一温度，在真空室内产生蚀刻气体混合物的活性物种，其中蚀刻气体混合物包括第一气体和第二气体，并且第一气体和第二气体的比值由预期去除速率确定，为了在结构上形成薄膜将基片表面上的结构暴露于活性物种，加热基片以蒸发在结构上形成的薄膜以及从真空室去除蒸发的薄膜。