[发明专利]用于超高选择性的氮化物蚀刻的系统和方法

说明书

本发明涉及用于超高选择性的氮化物蚀刻的系统和方法。一种用于选择性蚀刻衬底上的氮化硅层的方法包括将衬底布置在衬底处理室的衬底支撑件上。衬底处理室包括上室区、布置在上室区的外部的感应线圈、包括衬底支撑件的下室区和气体分配装置。气体分配装置包括与上室区和下室区流体连通的多个孔。该方法包括供应蚀刻气体混合物到上室区并且通过供给电力到感应线圈以在上室区中引燃感应耦合等离子体。该蚀刻气体混合物蚀刻氮化硅、促进二氧化硅钝化以及促进多晶硅钝化。该方法包括选择性蚀刻衬底上的氮化硅层并在预定时间段后熄灭感应耦合等离子体。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年10月15日提交的美国临时申请No.62/241,827的权益。上述所引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及衬底处理系统，并且更具体地涉及用于选择性地蚀刻氮化硅的系统和方法。

背景技术

本文提供的背景描述的目的是总体上呈现本公开的背景。本发明署名的发明人的工作，就其在该背景技术部分以及说明书的一些方面中所描述的、可能不符合作为提交时的现有技术的范围而言，既不明确也不暗示地承认其作为本公开的现有技术。

衬底处理系统可以被用于蚀刻诸如半导体晶片之类的衬底上的膜。衬底处理系统通常包括处理室、气体分配装置以及衬底支撑件。在处理过程中，将衬底布置在衬底支撑件上。可以将不同的气体混合物引入处理室并且可以使用射频(RF)等离子体激活化学反应。

现在参考图1，当整合一些诸如垂直NAND器件之类的半导体衬底时，需要相对于其他暴露的材料以非常高的选择性蚀刻氮化硅。热磷酸是用于蚀刻这些器件中的氮化硅膜的主要化学物质。这种蚀刻工艺有需要解决的、包括规模在36层以上的能力、减少缺陷和点蚀、以及增强对蚀刻速率的控制的一些限制。例如，在图1中，单个缺陷颗粒10可以引起存储装置14中的写入线串的损失。

发明内容

一种用于选择性蚀刻在衬底上的氮化硅层的方法包括将衬底布置在衬底处理室的衬底支撑件上。衬底处理室包括上室区、布置在上室区的外部的感应线圈、包括衬底支撑件的下室区和布置在上室区和下室区之间的气体分配装置。气体分配装置包括与上室区和下室区流体连通的多个孔。该方法包括供应蚀刻气体混合物到上室区并且通过供给电力到感应线圈以在上室区中引燃感应耦合等离子体。该方法包括选择蚀刻气体混合物以蚀刻氮化硅、促进二氧化硅钝化以及促进多晶硅钝化。该方法包括选择性蚀刻在衬底上的氮化硅层并在预定时间段后熄灭感应耦合等离子体。

在其他特征中，该蚀刻气体混合物包括氮化硅蚀刻促进剂，该氮化硅蚀刻促进剂包括选自由三氟化氮(NF₃)、二氟甲烷(CH₂F₂)、四氟甲烷(CF₄)、和氟甲烷(CH₃F)组成的组中的至少一种气体。

在其他特征中，该氮化硅蚀刻促进剂包括选自由分子氧(O₂)、分子氮(N₂)、和一氧化二氮(N₂O)组成的组中的至少一种气体。

在其他特征中，该蚀刻气体混合物包括二氧化硅钝化促进剂，该二氧化硅钝化促进剂包括选自由氟甲烷(CH₃F)和二氟甲烷(CH₂F₂)组成的组中的至少一种气体。

在其他特征中，该二氧化硅钝化促进剂还包括选自由分子氧(O₂)、分子氮(N₂)、和一氧化二氮(N₂O)组成的组中的至少一种气体。

在其他特征中，该蚀刻气体混合物包括多晶硅钝化促进剂，该多晶硅钝化促进剂包括选自由分子氧(O₂)、分子氮(N₂)、和一氧化二氮(N₂O)组成的组中的至少一种气体。