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【WO2019178030A1】电介质中的高纵横比特征的等离子体蚀刻化学品【专利】

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(51)InternationalPatentClassification:(74)Agent:LEE,Michael;BEYERLAWGROUPLLP,P.O.

H01L21/3065(2006.01)H01L21/033(2006.01)Box51887,PaloAlto,California94303-1887(US).

H01L21/311(2006.01)H01L21/02(2006.01)

H01L21/3213(2006.01)H01L21/67(2006.01)(81)DesignatedStates(unlessotherwiseindicated,forevery

H01L21/324(2006.01)kindofnationalprotectionavailable).AE,AG,AL,AM,

AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,

(21)InternationalApplicationNumber:CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,

PCT/US2019/021761DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,

HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,(22)InternationalFilingDate:KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,12March2019(12.03.2019)MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,

(25)FilingLanguage:EnglishOM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,

SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,(26)PublicationLanguage:EnglishTR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC,VN,ZA,ZM,ZW.

(30)PriorityData:(84)DesignatedStates(unlessotherwiseindicated,forevery62/644,09516March2018(16.03.2018)USkindofregionalprotectionavailable).ARIPO(BW,GH,

(71)Applicant:LAMRESEARCHCORPORATIONGM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,

[US/US];4650CushingParkway,M/SCA-1,Fremont,Cal¬UG,ZM,ZW),Eurasian(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,

ifornia94538(US).TM),European(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,

EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,(72)Inventors:KANARIK,KerenJ.;24481SummerhillAv¬MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,enue,LosAltos,California94024(US).TAN,Saman¬TR),OAPI(BF,BJ,CF,CG,Cl,CM,GA,GN,GQ,GW,thaSiam-Hwa;5853TanOakDrive,Fremont,CaliforniaKM,ML,MR,NE,SN,TD,TG).94555(US).PAN,Yang;1598MortonAvenue,LosAltos,

California94024(US).MARKS,Jeffrey;14578CamelianPublished:GlenCourt,Saratoga,California95070(US).—withinternationalsearchreport(Art.21(3))

(54)Title:PLASMAETCHINGCHEMISTRIESOFHIGHASPECTRATIOFEATURESINDIELECTRICS

(57)Abstract:Amethodforetchingfeaturesinastackbelowapatternedmaskinanetch

w

ch

PLASMAETCHINGCHEMISTRIESOFHIGHASPECTRATIO

FEATURESINDIELECTRICS

CROSSREFERENCETORELATEDAPPLICATION

[0001]ThisapplicationclaimsthebenefitofU.S.ProvisionalApplicationNo.

62/644,095,filedMarch16,2018,whichisincorporatedhereinbyreferenceforall

purposes.

BACKGROUND

[0002]Thedisclosurerelatestoamethodofformingsemiconductordevicesona

semiconductorwafer.

[0003]Forexample,informingsemiconductordevices,etchlayersmaybe

etchedtoformmemoryholesorlinesorothersemiconductorfeatures.Some

semiconductordevicesmaybeformedbyetchingasinglestackofsilicondioxide

(SiO),forexample,toformacapacitorindynamicaccessrandommemory(DRAM).

Othersemiconductordevicesmaybeformedbyetchingstacksofbilayersof

alternatingsilicondioxide(oxide)andsiliconnitride(nitride)(ONON),oralternating

silicondioxideandpolysilicon.Suchstacksmaybeusedinmemoryapplicationsand

threedimensional“notand”gates(3DNAND).Thebackgrounddescriptionprovided

hereinisforthepurposesofgenerallypresentingthecontextofthedisclosure.These

stackstendtorequirerelativelyhighaspectratio(HAR)etchingofthedielectrics.For

highaspectratioetches,examplesofdesiredetchcharacteristicsarehighetch

selectivitytothemask(suchasanamorphouscarbonmask),lowsidewalletching

withstraightprofiles,andhighetchrateattheetchfront.Workofthepresently

namedinventors,totheextentitisdescribedinthisbackgroundsection,aswellas

aspectsofthedescriptionthatmaynototherwisequalifyaspriorartatthetimeof

filing,areneitherexpresslynorimpliedlyadmittedaspriorartagainstthepresent

disclosure.

SUMMARY

[0004]Toachievetheforegoingandinaccordancewiththepurposeofthepresent

disclosure,amethodforetchingfeaturesinastackbelowapatternedmaskinanetch

chamberisprovided.Thestackiscooledwithacoolantwithacoolanttemperature

below-20°C.Anetchgasisflowedintotheetchchamber.Aplasmaisgenerated

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等离子体刻蚀工艺的研究现状和发展趋势 (2)

等离子体刻蚀工艺的研究现状和发展趋势 (2)

等离子体刻蚀工艺的研究现状和发展趋势

摘要：目前等离子体刻蚀工艺已广泛应用于国防工业和民办企业，本文归纳了在实际应用方面的内容，介绍了从湿法刻蚀到干法刻蚀的发展历程，综述了等离子体刻蚀的研究现状，总结了等离子体刻蚀的机理，并对未来发展趋势做出了分析。

关键词：等离子体刻蚀工艺，湿法刻蚀，干法刻蚀

Abstract: At present, the technique of plasma etching has been widely used in national defense industry

and private enterprises, this paper sums up the content in practical application, introduces the development from

wet etching to the dry etching, reviews the current situation of the study of plasma etching , summarizes

the mechanism of plasma etching and has made the analysis on the trend of future development.

Keyword: plasma etching technology ,wet etching ,dry etching

0 前言

自19世纪四十年代至六十年代，人类发明了晶体管，随后出现集成电路，湿法刻蚀工艺逐渐应用于各种半导体器件的加工过程。湿法刻蚀是将刻蚀材料浸泡在腐蚀液内进行腐蚀的技术。简单来说，就是中学化学课中化学溶液腐蚀的概念，它是一种纯化学刻蚀，具有优良的选择性，刻蚀完当前薄膜就会停止，而不会损坏下面一层其他材料的薄膜。由于所有的半导体湿法刻蚀都具有各向同性，所以无论是氧化层还是金属层的刻蚀，横向刻蚀的宽度都接近于垂直刻蚀的深度。这样一来，上层光刻胶的图案与下层材料上被刻蚀出的图案就会存在一定的偏差，也就无法高质量地完成图形转移和复制的工作，因此随着特征尺寸的减小，在图形转移过程中基本不再使用。

等离子刻蚀工艺

等离子刻蚀工艺

等离子刻蚀工艺

干法刻蚀技术是一个非常广泛的概念。所有不涉及化学腐蚀液体的刻蚀技术或者材料加工技术都是干法，刻蚀则代表材料的加工是从表面通过逐层剥离的方法形成事先设计的图形或结构。在所有的干法加工技术中，等离子刻蚀技术是应用最广泛的，也是微纳米加工能力最强的技术。它是在等离子体中发生的，等离子体是在电场作用下产生的。对气体通电，使气体被电离，随着气体分子的大量电离，气体由最初的绝缘状态变为导电状态，有电流通过，形成电场。同时空间的自由电子也会不断与气体离子碰撞复合，恢复为气体原子。最终电离与复合达到平衡态，在空间形成等离子体。气体离子恢复到原子态会以光子形式释放能量，产生辉光，所以产生等离子体的过程又称为辉光放电过程。

如上所诉，等离子刻蚀过程是一个非常复杂的物理与化学过程，有多种可调控的参数，例如气体流量，压力与放电功率等。每一个参数都会在某种程度上影响最后的刻蚀效果。一次成功的刻蚀取决于如何调整上述参数以实现所需的抗蚀比，刻蚀速率和均匀性。

1. 实验方案

本实验利用等离子体干法刻蚀机对硅的氧化物进行刻蚀，以志圣刻蚀机为实验平台，刻蚀机参数变化范围如表1所示，以CF4，O2作为刻蚀气体进行了刻蚀实验。实验目的是研究射频功率W，自偏压和气体流量等参数对刻蚀速率的影响，验证刻蚀结果的好坏主要考察选择比（抗蚀比），刻蚀速率和均匀性。我们以加工相应的二氧化

硅为样片来进行实验。

表1 设备稳定运行工艺参数

压力 CF4 O2 功率

55PA 360 60 800W

2. 实验结果分析

2.1 气体流量

被刻蚀材料表面的原子与反应气体离子或自由基相互反应生成气体产物是反应离子刻蚀的主导过程，因此刻蚀速率直接与反应气体供给的速率有关。在压强不变的条件下，流速台快，将导致反应气体分子在反应腔体停留时间缩短，因为维持压强不变意味着必须增加抽速度。如果等离子体放电功率不变，则能够产生的反应气体活性离子减少，导致刻蚀速率下降。反之，如果流速台低，被消耗掉的反应气体得不到及时供给，也会导致刻蚀速率降低。

等离子体刻蚀工作原理

等离子体刻蚀工作原理

等离子体刻蚀工作原理

等离子体刻蚀是一种常见的微纳加工技术，广泛应用于集成电路制造、纳米材料制备等领域。本文将介绍等离子体刻蚀的工作原理，帮助读者更好地了解这一技术。

一、简介

等离子体刻蚀是通过将气体激发成等离子体状态，利用高能离子或自由基的化学反应以及物理轰击来去除材料表面的一种技术。它具有高精度、高速率和高选择性等特点，是制备微结构和纳米结构的重要手段。

二、等离子体刻蚀过程

等离子体刻蚀过程主要分为物理刻蚀和化学刻蚀两个阶段。

1. 物理刻蚀：当气体被加热并加高电压或电磁场时，气体中的原子和分子受到激发，形成等离子体。等离子体中的离子和自由基具有高能量，它们会以高速运动并撞击目标表面。这种物理轰击会破坏表面原子的结构，使材料从表面脱落。

2. 化学刻蚀：等离子体中的气体离子和自由基还能与目标表面发生化学反应。例如，在氟化氢等离子体刻蚀工艺中，氟离子会与目标材料表面的金属或氧化物发生反应，形成易溶于气体的化合物。这种化学反应能够加速材料去除的速度。

三、刻蚀选择性控制 在等离子体刻蚀中，选择性控制是非常重要的。选择性控制指的是在多层结构中只刻蚀特定层或材料，而不会对其他层或材料产生明显影响。以下几种机制可以实现选择性控制：

1. 材料本身的选择性：不同材料在等离子体刻蚀过程中会有不同的反应速率，这是由材料的化学性质和结构特征决定的。利用材料本身的选择性，我们可以控制特定材料的刻蚀速率，实现选择性刻蚀。

2. 掩膜层：在需要保护的区域上覆盖一层掩膜，掩膜层可以阻挡离子和自由基的轰击，从而实现对底层材料的保护。掩膜层通常采用高耐腐蚀性和高厚度的材料。

3. 循环刻蚀：在刻蚀过程中，通过循环切换刻蚀和保护气体，可以控制刻蚀速率和选择性。例如，在两个不同材料的刻蚀中交替使用两种不同刻蚀气体，可以实现对这两种材料的选择性刻蚀。

四、应用领域和发展趋势

等离子体刻蚀技术在集成电路制造中起着至关重要的作用。它被用于去除、修复、改变芯片表面的材料，以实现电子器件的制备和功能优化。除此之外，等离子体刻蚀还可以制备纳米材料、微结构、光学薄膜等。随着纳米技术和微纳加工领域的不断发展，等离子体刻蚀的研究和应用也在不断拓展，未来有望在更多领域得到应用。

等离子刻蚀原理

等离子刻蚀原理

等离子刻蚀原理

等离子刻蚀是一种常用的微纳加工技术，用于在半导体制造中去除杂质、形成纳米结构以及精确地刻蚀表面。其原理基于等离子体（即带正电荷的高能离子和自由电子）与被刻蚀材料表面发生相互作用。

在等离子刻蚀过程中，首先需要产生等离子体。这通常是通过将高纯度的气体（如氯气、氟气、苦味气等）引入到封闭的真空室中，并在高能电场和电弧场下对气体进行激发。这种激发将气体分解成离子和电子，并形成带电的等离子体。

然后，这些带电的等离子体会被加速，并通过电场和磁场的调控，使其定向地撞击到待刻蚀材料表面。撞击过程中，离子会传递给待刻蚀材料表面一部分能量，并激发该材料表面原子或分子的束缚电子。这些激发的表面原子或分子可能会离开其原子或分子固定位置，形成反应产物，然后通过扩散和抛射的方式迁移到其他位置。

与此同时，撞击后的原子或分子释放出来的电子也会在等离子体中传递，并参与到一系列的电子和离子反应中。这些反应将控制刻蚀速度、形状、深度和表面粗糙度等参数。此外，通过调节激发条件、等离子体密度、控制气体的种类和流量等因素，可以对刻蚀过程进行精确控制，实现不同的刻蚀效果和图形。

总的来说，等离子刻蚀原理是利用带电的等离子体与待刻蚀材料表面相互作用，通过离子和电子的传递和相互反应，实现对材料表面的精确刻蚀。这种技术在半导体制造、光学器件制造和微纳加工领域具有广泛的应用。