[发明专利]高K介电材料的选择性蚀刻

说明书

背景技术

本发明涉及半导体器件制作过程中的蚀刻工艺。更具体 地，本发明涉及用于具有高k介电常数材料层的半导体器件的蚀刻 工艺。

传统上，ONO(氧化矽)层已经用于存储装置的闪存栅 极堆栈。然而，ONO的介电常数不足以满足日益增加的工作电压要 求。因此，引入高介电常数材料(也称为高k介电材料)以替代ONO。

SiO2的介电常数大约为3.9。如果用高k材料(像Al₂O₃， 氧化铝)替代SiO₂，介电常数将增加到大约9.0。除了Al₂O₃，HfO₂和Ta₂O₃也认为是闪存栅极堆栈中替换ONO的高k材料的候选。其 中，使用Al₂O₃、HfO₂和Al₂O₃/HfO₂/Al₂O₃夹层结构。

然而，发现蚀刻高k介电材料相比于蚀刻ONO更加困难， 因为其蚀刻副产物不易挥发。因为这一点，所以发现高k介电材料 的蚀刻速率和对多晶硅膜的蚀刻比相比于ONO膜低得多。为了增加 高k材料对多晶硅的蚀刻速率和选择比，人们已经进行了许多努力。 为了实现对多晶硅的良好的蚀刻比，传统的BCl₃基蚀刻化学制剂要 求低偏置电压。然而，这种低偏压BCl₃工艺有严重的微负载问题。

发明内容

为了实现前面所述以及按照本发明的目的，提供一种相 对多晶硅材料选择性蚀刻高k电介质层的方法。该高k电介质层由Ar 溅射部分去除，然后使用包含BCl₃的蚀刻气体蚀刻该高k电介质层。 该高k电介质层和该多晶硅材料可形成在基片。为了部分去除该高k 电介质层，将含有Ar的溅射气体提供进设置该基片的蚀刻室，由该 溅射气体生成等离子，然后停止该溅射气体。为了蚀刻该高k电介 质层，将该蚀刻气体提供进该蚀刻室，由该蚀刻气体生成等离子， 然后停止该蚀刻气体。

在本发明另一表现形式中，提供一种相对多晶硅材料选 择性蚀刻多层堆栈中的高k电介质层的方法。该堆栈包括形成在基 片上的图案化的第一多晶硅层，该高k电介质层形成在该第一多晶 硅层上，第二多晶硅层形成在该高k电介质层之上。穿过具有密集 区域和稀疏区域的掩模特征的掩模蚀刻该第二多晶硅层。穿过该掩 模相对该图案化多晶硅层选择性蚀刻该高k电介质层。该高k电介质 层的选择性蚀刻包括(a)通过Ar溅射部分去除该高k电介质层，以 及(b)使用包含BCl₃的蚀刻气体进一步蚀刻该高k电介质层。通过 Ar溅射的部分去除与使用该蚀刻气体的进一步蚀刻的结合减小关 于该密集区域和该稀疏区域的微负载。

在本发明的另一表现形式中，提供一种相对多晶硅材料 选择性蚀刻高k电介质层的设备。该设备包括等离子处理室。该等 离子处理室包括形成等离子处理室外壳的室壁，用于在该等离子处 理室外壳内支撑基片的基片支撑件，调节该等离子处理室外壳中压 力的压力调节器，至少一个用于提供功率至该等离子处理室外壳以 维持等离子的电极，用于提供气体进入该等离子处理室外壳的气体 入口，和用于从该等离子处理室外壳排出气体的气体出口。该等离 子处理室进一步包括与该气体入口流体连通的气体源。该气体源包 括溅射气体源和高k电介质蚀刻气体源。控制器以可控制地方式连 接到该气体源和该至少一个电极。该控制器包括至少一个处理器， 以及具有用于相对该多晶硅材料选择性蚀刻该高k电介质层的计算 机可读代码的计算机可读介质。该计算机可读代码包括用于从该溅 射气体源提供Ar溅射气体的计算机可读代码，用于由该溅射气体生 成等离子以部分去除该高k电介质层的计算机可读代码，用于停止 该溅射气体的计算机可读代码，用于从该高k电介质蚀刻气体源提 供蚀刻气体的计算机可读代码，用于由该蚀刻气体生成等离子以蚀 刻该高k电介质层的计算机可读代码和用于停止该蚀刻气体的计算 机可读代码。

本发明的这些和其他特征将在下面的具体描述中结合附 图更详细地说明。

附图说明

在附图中，本发明作为示例而不是作为限制来说明，其 中类似的参考标号指出相似的元件，其中：