[发明专利]一种刻蚀方法、空气隙型介电层及动态随机存取存储器

说明书

本发明提供了一种刻蚀方法，用于在形成于晶圆表面上的氮化硅膜区和氧化硅膜区之间选择性地蚀刻氧化硅膜区。刻蚀方法包括：表面去除步骤：以第一刻蚀速率刻蚀所述氧化硅膜区，并清除覆于氮化硅膜区表面上的表面变性层；以及刻蚀步骤：以第二刻蚀速率选择性地刻蚀氧化硅膜区，其中，第一刻蚀速率小于第二刻蚀速率。从而在对氧化硅膜区选择性地蚀刻时，避免了由于晶圆表面的氧化变性层的存在导致的选择比大大降低的问题。特别的，第一刻蚀速率小于第二刻蚀速率可以在保证刻蚀步骤高效刻蚀的同时，避免在表面去除步骤中的过度刻蚀，进一步保障了高选择比。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种用于选择性地刻蚀氧化硅膜的刻蚀方法、空气隙型介电层及动态随机存取存储器。

背景技术

随着集成电路制造工艺特征尺寸的不断缩小，工艺复杂程度急剧增加。线宽尺寸的微缩，需要开发更精准的、更高选择比的薄膜去除工艺。如在动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)芯片制程的空气隙(AirGap)工艺中，如图1所示，需要将深宽比为20：1的深槽结构内的氧化硅层(SiO₂)完全去除，且不能对槽侧壁的氮化硅(SiN)造成刻蚀，要求SiO₂/SiN去除选择比在100：1以上，最好能达到500：1，甚至1000：1的水平。

其中，干法刻蚀(Dry clean)是从传统的湿法清洗(Wet clean)分离出来的，干法刻蚀是使用化学反应气体和催化剂直接与薄膜发生化学反应，通过工艺集成控制达到精确的，高效率孔洞底部去除、无衬底损伤(无等离子体)、无再氧化的刻蚀技术。对于氧化硅的刻蚀，通常采用氟化氢(HF)气体辅以醇类(如甲醇)或碱性气体(如NH₃)进行催化刻蚀，俗称甲醇催化工艺或氨气催化工艺。但HF也会刻蚀氮化硅，上述两种工艺也通常用来刻蚀氮化硅。

以热氧化生长的SiO₂相对于退火处理的化学气相沉积(CVD)方式生长SiN的刻选择性刻蚀为例，本发明经过大量的工艺实验测试刻蚀选择比，发现甲醇催化工艺基本处于30：1的水平。而常规的氨气催化工艺，选择比也不会高于20：1。现有两种工艺均无法满足选择比的需求，需要进行工艺改进。

发明内容

经本发明研究发现，SiO₂/SiN去除选择比低的其中一个重要原因在于，在实际的制程中，SiN表面往往由于接触大气或SiO₂生长工艺对SiN表层造成影响，造成SiN表面存在被氧化的变性层(以氮氧化硅SiON为主)。变性层的存在，往往会对刻蚀工艺造成影响，导致选择比大大降低。而现有技术中均未发现该问题原因对刻蚀工艺造成的影响，从而造成现有技术中的选择比无法大幅度提高。

为解决上述问题，本发明提供一种用于选择性地刻蚀氧化硅膜区的刻蚀方法和蚀刻装置，旨在改善现有氨气催化工艺SiO₂/SiN刻蚀选择比不足的问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种刻蚀方法，用于在形成于晶圆表面上间隔分布的氮化硅膜区和氧化硅膜区之间选择性地蚀刻所述氧化硅膜区，所述方法包括：表面去除步骤：以第一刻蚀速率刻蚀所述氧化硅膜区，并清除覆于所述氮化硅膜区表面上的表面变性层；以及刻蚀步骤：在清除所述表面变性层后，以第二刻蚀速率多次处理所述晶圆表面，以选择性地刻蚀所述氧化硅膜区，其中，所述第一刻蚀速率小于所述第二刻蚀速率。

优选的，所述表面去除步骤包括：第一刻蚀步：在第一预定压力下以及第一刻蚀时长内，以刻蚀气体刻蚀所述晶圆表面，以及第一吹扫步：保持所述第一预定压力，在第一吹扫时长内，以吹扫气体吹扫所述晶圆，并且重复循环所述第一刻蚀步和所述第一吹扫步，直至清除所述表面变性层为止。