半导体制造技术的制作方法

1.本发明实施例涉及半导体制造技术。


背景技术：

2.在干式蚀刻中，等离子体或蚀刻剂气体移除衬底上的材料。可利用粒子束的高动能、化学反应或两者的组合完成发生的反应。
3.干式蚀刻可包含物理组件及化学成分。物理组件需要高动能粒子或离子束以轰击表面原子。在高能粒子从表面击落原子时，材料变成气相且在离开表面之后蒸发。相比之下，化学成分使用蚀刻剂气体与表面材料之间的化学反应。随后可从蚀刻腔室移除化学反应的产物。


技术实现要素：

4.本发明的实施例涉及一种半导体制造技术，其包括：接纳具有第一材料及第二材料的半导体结构，所述第一材料对第一蚀刻化学物具有第一孕育时间(incubation time)，所述第二材料对所述第一蚀刻化学物具有第二孕育时间，且所述第一孕育时间比所述第二孕育时间短；及由所述第一蚀刻化学物对所述半导体结构执行第一主蚀刻达第一持续时间；其中所述第一持续时间大于所述第一孕育时间且比所述第二孕育时间短。
5.本发明的实施例涉及一种半导体制造技术，其包括：接纳具有第一材料及第二材料的半导体结构，在第一蚀刻化学物下，所述第一材料具剖面图有第一孕育时间且所述第二材料具有大于所述第一孕育时间的第二孕育时间；预处理所述半导体结构；及在预处理所述半导体结构之后，在所述第一蚀刻化学物下对所述半导体结构执行第一主蚀刻达一持续时间。
6.本发明的实施例涉及一种半导体制造技术，其包括：接纳具有第一材料的半导体结构；在第一蚀刻化学物下对所述半导体结构执行多个第一主蚀刻达多个第一持续时间；及执行多个泵取操作达多个泵取持续时间，所述泵取操作中的每一者在所述第一主蚀刻中的每一者之前；其中所述第一持续时间中的每一者在从约1秒到约2.5秒的范围中。
附图说明
7.当结合附图阅读时从以下详细描述最佳理解本揭露的方面。应注意，根据行业中的标准实践，各种结构未按比例绘制。事实上，为了清楚论述起见，可任意增大或减小各种结构的尺寸。
8.图1说明根据本发明的一些实施例的半导体制造技术的流程图。
9.图2a说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
10.图2b说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
11.图2c说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
12.图2d说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
13.图2e说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
14.图3说明根据本发明的一些实施例的展示不同材料物种的相对于蚀刻持续时间的蚀刻量的图式。
15.图4a说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
16.图4b说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
17.图4c说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
18.图4d说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
19.图5说明根据本发明的一些实施例的展示不同材料物种的相对于蚀刻持续时间的蚀刻量的图式。
20.图6说明根据本发明的一些实施例的半导体制造技术的流程图。
21.图7a说明根据本发明的一些实施例的展示相对于蚀刻持续时间及泵取持续时间的蚀刻压力的图式。
22.图7b说明根据本发明的一些实施例的展示相对于蚀刻持续时间及泵取持续时间的蚀刻压力的图式。
23.图8说明根据本发明的一些实施例的半导体制造技术的流程图。
24.图9a说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
25.图9b说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
26.图9c说明根据本发明的一些比较实施例的不使用所述技术的中间半导体结构的剖面图。
27.图10a说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
28.图10b说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
29.图10c说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
30.图11a说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结构的剖面图。
31.图11b说明根据本发明的一些实施例的在执行半导体制造技术时的中间半导体结
构的剖面图。
具体实施方式
32.下列揭露内容提供用于实施所提供标的物的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述元件及布置的特定实例以简化本揭露。当然，这些仅为实例且不希望具限制性。例如，在下列描述中的第一构件形成于第二构件上方或上可包含其中所述第一构件及所述第二构件经形成直接接触的实施例，且还可包含其中额外构件可形成在所述第一构件与所述第二构件之间，使得所述第一构件及所述第二构件可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复出于简化及清楚的目的，且本身不指示所论述的各个实施例及/或配置之间的关系。
33.此外，为便于描述，可在本文中使用例如“在
…
下面”、“在
…
下方”、“下”、“在
…
上面”、“在
…
上方”、“上”及类似者的空间相对术语来描述一个元件或构件与另一(些)元件或构件的关系，如图中说明。空间相对术语希望涵盖除在图中描绘的定向以外的使用或操作中的装置的不同定向。装置可以其它方式定向(旋转90度或按其它定向)且本文中使用的空间相对描述词同样可相应地解释。
34.如本文中使用，例如“第一”、“第二”及“第三”的术语描述各种元件、组件、区、层及/或区段，此类元件、组件、区、层及/或区段不应受此类术语限制。此类术语可仅用于将一个元件、组件、区、层或区段彼此区分。例如“第一”、“第二”及“第三”的术语当在本文中使用时不暗示序列或顺序，除非上下文清楚指示。
35.当半导体结构的临界尺寸减小时，越来越多的应用需要选择性、各向异性及几乎无损害蚀刻。随着架构从finfet改变到纳米片，例如，针对对硅(si)具有选择性的横向硅锗(sige)蚀刻发生两个额外操作。来自基于等离子体的工艺的高能离子轰击可经受包含以下若干问题：(1)低蚀刻选择性；(2)有限横向蚀刻能力；及(3)使结构的质量降级的缺陷。即使一些湿式蚀刻技术可缓解此类问题，有限晶片内均匀性调谐、轮廓修饰及窄间隙蚀刻能力仍限制其应用。
36.替代策略是通过气态或自由基物种的化学干式蚀刻(cde)。自由基通量可由远程等离子体源(rps)产生，其中流动距离或栅格的使用大大消除离子通量且将中性自由基递送到其中放置晶片的工艺腔室中。一般来说，通过考虑均匀化学吸附及等离子体稳定性，cde中的蚀刻循环/周期中的每一者不小于3秒。
37.一般来说，可针对适合蚀刻结果实施四个种类的参数或调谐旋钮，即，化学物(例如，自由基或气体物种、远程等离子体源的功率)、温度(例如，用于气相反应的盖/壁温度、用于气态/固体表面反应的晶片温度)、压力(例如，吸附/解吸)及循环操作，其中每一循环不小于3秒。然而，归因于不可避免的非均匀副产物积累及不同材料物种的不同蚀刻孕育时间，前述四个调谐旋钮无法满足高及可逆蚀刻选择性的需求，且无法产生精细特征轮廓修饰。
38.因此，本揭露提供一种用于通过使用快速评估循环切换(facs)技术而制造半导体结构的新技术。可基于cde操作执行facs。在一些实施例中，facs可将每循环/周期的最小可接受蚀刻持续时间缩短到1秒。此新颖技术通过孕育时间工程设计实现高及可逆蚀刻选择性。另外，facs可在开发轮廓修饰(例如去微笑、深度变化及表面粗糙度)方面获得显著进
展。
39.图1说明根据本发明的一些实施例的制造半导体结构的流程图。在一些实施例中，制造技术包含：操作101：接纳具有第一材料及第二材料的半导体结构；及操作102：由第一蚀刻化学物对半导体结构执行第一主蚀刻达第一持续时间，其中在第一蚀刻化学物下，第一持续时间大于第一材料的第一孕育时间且比第二材料的第二孕育时间短。例如，在以下境况下实施制造技术：第一材料对第一蚀刻化学物具有第一孕育时间，第二材料对第一蚀刻化学物具有第二孕育时间，且第一孕育时间比第二孕育时间短。第一主蚀刻持续的第一持续时间大于第一孕育时间且比第二孕育时间短，使得可实现第一材料与第二材料之间的高蚀刻选择性。
40.在一些实施例中，第一材料包含硅或硅化合物，例如氮化硅(sin)、碳氮化硅(sicn)、二氧化硅(sio2)、碳氮氧化硅(siocn)、碳化硅(sic)或sige。在一些实施例中，第一材料包含在形成半导体结构时使用的其它氧化物、氮化物或导电材料。在一些实施例中，第二材料包含硅或硅化合物，例如sin、sicn、sio2、siocn、sic或sige。在一些实施例中，第二材料包含在形成半导体结构时使用的其它氧化物、氮化物或导电材料。在一些实施例中，第一材料不同于第二材料。
41.在预定蚀刻化学物下，当主蚀刻的持续时间大于第一材料的第一孕育时间及第二材料的第二孕育时间两者时，不同材料(例如，用作待蚀刻的材料的第一材料及用作蚀刻停止的第二材料)不需要展示充分蚀刻选择性。本揭露提供用于半导体制造的蚀刻技术以缩短主蚀刻的持续时间，使得主蚀刻的持续时间可比第二孕育时间短且比第一孕育时间长。此孕育时间工程设计可有效地增加第一材料与第二材料之间的蚀刻选择性。图2a到图2e展示实施本蚀刻技术的浅沟槽隔离(sti)凹槽蚀刻操作。在图2a中，在硅衬底201上方形成垫氧化物204b及垫sin 204a。接着，通过适合图案化操作在硅衬底201上方形成多个鳍片201a。在图案化操作之后，垫氧化物204b及垫sin 204a的未移除部分保留在每一鳍片201a上。在图2b中，例如，通过sin选择性沉积操作在鳍片201a的侧壁上选择性地生长sti衬层203。在图2c中，可形成sti氧化物202以覆盖硅衬底201且填充鳍片201a之间的空间。在图2d中，例如，可通过h3po4移除垫sin 204a及sti衬层203的一部分。在图2e中，通过回蚀操作使sti氧化物202凹陷且借此界定鳍片高度h
fin
。鳍片高度h
fin
以及鳍片201a的形状是待控制的重要尺寸，这是因为其可影响晶体管的电性质，例如，阈值电压(v
th
)及接通功率等。在一些实施例中，在回蚀sti氧化物202之后可移除垫氧化物204b。
42.为了蚀刻由二氧化硅制成的sti氧化物202，使用基于氟化氢(hf)的化学物(例如，使用hf/nh3混合物)进行sio2蚀刻。应注意，前述hf/nh3化学物在执行sti氧化物202回蚀时还可移除sti衬层203(例如，sin)。在鳍片201a的材料包含硅而sti氧化物202的材料包含sio2的境况下，如果sio2与si之间的蚀刻选择性不够高，那么在sti氧化物202的蚀刻操作期间，鳍片201a的蚀刻后轮廓可受影响。因此，本揭露降低主蚀刻的持续时间，使得所述持续时间比不希望被蚀刻的材料的孕育时间短。因此，可显著增加待蚀刻的材料与不希望被蚀刻的材料之间的蚀刻选择性。
43.本揭露中提及的材料的孕育时间意味着在所述特定材料发生可观察蚀刻结果之前需要的时间。换句话来说，如果蚀刻持续时间比对应孕育时间短，那么可不发生可观察蚀刻结果。一般来说，在孕育时间期间可发生四个阶段：(a)气相扩散；(b)吸附(物理吸附)；
(c)表面扩散；及(d)表面反应(化学吸附)。经物理吸附反应物在其通过范德华(van der waals)力(其是弱的且容易解吸)附着时在表面周围移动，且接着其一些通过偶极矩力经陷留。如果其在被解吸之前发现悬键，那么化学吸附开始。一旦发生化学吸附且形成副产物(例如氟硅酸铵)，副产物就归因于较大表面积而增加捕获反应物的概率，接着反应继续。例如，通过在sio2蚀刻中使用hf/nh3混合物，可将气态hf及nh3施加到蚀刻腔室。随后，气态hf及nh3可物理吸附在sio2的表面上。接着，经吸收气态hf及nh3可结合在sio2的表面上且在如下那样形成接口副产物(nh4)2sif6之前可仅在两个维度上移动：
44.6hf 2nh3 sio2→
(nh4)2sif6 2h2o
45.即，hf/nh3下的sio2未发生可观察蚀刻结果直到形成(nh4)2sif6及水，且在步骤(a)到步骤(d)期间耗费的时间可称为sio2与对应蚀刻化学物hf/nh3的孕育时间。
46.图3说明根据本发明的一些实施例的展示不同材料物种的相对于蚀刻持续时间的蚀刻量的图式。应注意，图3中证实的全部材料物种在相同蚀刻化学物下，例如，在本文中提及的第一蚀刻化学物下。在图3中，第一材料m1具有第一孕育时间t1，且第二材料m2具有第二孕育时间t2，同时第一孕育时间t1比第二孕育时间t2短。同样地，可进一步包含第三材料m3、第四材料m4及第五材料m5且其每一者分别具有第三孕育时间t3、第四孕育时间t4及第五孕育时间t5。如图3中展示的实例，材料m1、m2、m3、m4、m5的孕育时间t1、t2、t3、t4、t5全部不同。应注意，对于特定蚀刻化学物的材料的数目可不限于图3中展示的实例，此图用于说明不同材料可具有不同孕育时间，且本揭露利用此特征以建立用于获取极高且可逆蚀刻选择性的facs技术。
47.不同蚀刻化学物导致蚀刻量、孕育时间及材料物种的不同组合，如图3中说明。例如，在产生氟自由基(f
‑
)、氢自由基(h

)及氯自由基(cl
‑
)的蚀刻化学物下，可使用例如nf3、cf4、sf6、h2、sicl4、bcl3或cl2的蚀刻气体。在其它实施例中，在产生碳氟自由基或氧自由基的蚀刻化学物下，可使用例如cf4、cf2h2、cf3h、cfh3、o2或co2的蚀刻气体。通过实施适合蚀刻化学物且将主蚀刻的持续时间控制为对应材料物种的孕育时间的两者之间，可实现本文中描述的facs技术。
48.参考图2a到图2e及图3，在化学物hf/nh3下，图3中的材料物种m1可为具有第一孕育时间t1的sio2，且图3中的材料物种m2、m3、m4或m5中的任一者可为具有相应孕育时间t2、t3、t4或t5的si。一旦主蚀刻操作的持续时间在从t1到t2、t3、t4或t5中的任一者的范围内，sio2(材料物种m1)就可证实可观察蚀刻结果，而si(材料物种m2、m3、m4或m5)不展示任何可观察蚀刻结果。因此，si可用作sio2的蚀刻停止层且证实高蚀刻选择性。
49.在一些实施例中，在包含蚀刻气体nf3、cf4、sf6、h2、sicl4、bcl3或cl2的蚀刻化学物下，图3中的材料物种m1可为具有约1.0秒的孕育时间t1的sin，且图3中的材料物种m2可为具有约1.5秒的孕育时间t2的sicn。作为实例，一旦主蚀刻操作的持续时间在从t1(例如，约1.0秒)到t2(例如，约1.5秒)的范围内或在时间跨度a内，sin(材料物种m1)就证实可观察蚀刻结果，而sicn(材料物种m2)不展示任何可观察蚀刻结果。因此，一旦将主蚀刻操作的持续时间控制为从1.0秒到约1.5秒，sicn就可用作sin的蚀刻停止层且证实高蚀刻选择性。类似地，具有高于sin(材料物种m1)的孕育时间的孕育时间的材料物种m3、m4、m5可全部用作在前述蚀刻条件下的具有甚至更高蚀刻选择性的蚀刻停止层。
50.进一步在此实例中，图3中的材料物种m3可为具有约2.0秒的孕育时间t3的siocn，
图3中的材料物种m4可为具有约2.5秒的孕育时间t4的si，且图3中的材料物种m5可为具有大于3秒的孕育时间t5的sio2。类似地，如果主蚀刻操作的持续时间小于约2.0秒(即，涵盖时间跨度a及时间跨度b)，那么可蚀刻sin及sicn两者而不消耗siocn或影响siocn的轮廓。类似地，在如图3中展示的时间跨度a、b及c期间，可蚀刻sin、sicn及siocn而si及sio2两者可用作蚀刻停止材料。换句话来说，本揭露通过控制主蚀刻操作的持续时间以便增强蚀刻选择性而执行孕育时间工程设计。在其中不实施facs技术的一些常规方法中，主蚀刻的持续时间大于3秒。sin与siocn之间或sin与sicn之间的蚀刻选择性通常小于约2:1。然而，在实施facs技术时，将主蚀刻的持续时间控制为1.0秒到1.5秒之间，且sin与sicn之间的蚀刻选择性高于约40:1到约50:1；类似地，sin与siocn之间的蚀刻选择性高于约100:1。
51.图4a到图4d说明可使用图3中展示的时间跨度a以蚀刻sin而sicn及siocn用作蚀刻停止材料的实施例。如图4a中展示，半导体结构可包含在硅衬底80中的多个源极/漏极区801。硅化物802(例如tisi)放置于一些源极/漏极区801上方。由w、co或ru制成的金属层803放置于硅化物802上方。金属层803由通过较高温度peald生长的sin制成的底部接触蚀刻停止层(bcesl)804、由siocn或sio2制成的抛弃式层805及由siocn制成的间隔件806横向包围。此外，包含高介电常数材料及金属栅极堆叠的多个金属栅极结构807邻近间隔件806放置。在一些实施例中，金属栅极结构807中的每一者在其下方具有电介质层808且在其上方具有接触层809。在一些实施例中，抛弃式层805的顶部、间隔件806的顶部及接触层809由自对准接点(sac)810(其由(例如)较低温度peald生长的sin构成)覆盖。在一些实施例中，一些源极/漏极区801由通过电介质材料制成的多个切割金属栅极结构811覆盖。
52.在此类实施例中，如图4b中展示，sac 810可经回蚀成接触层809上方的薄层。通过使用如前述的facs技术，例如，通过将主蚀刻操作的持续时间控制为大于sac 810的材料(即，sin)的孕育时间且比附近材料(例如抛弃式层805(即，siocn或sio2)、间隔件806的材料(即，siocn)及金属层803(即，w、co或ru))的孕育时间短，此类附近材料可因此用作蚀刻停止层。在一些实施例中，sac 810与间隔件806之间的蚀刻选择性高于约20:1。在一些实施例中，sac 810与金属层803之间的蚀刻选择性高于约20:1。在一些实施例中，sac 810(即，较低温度peald生长的sin)与bcesl 804(较高温度peald生长的sin)之间的蚀刻选择性高于约10:1。
53.虽然bcesl 804由sin构成，但由于bcesl 804可通过使用高于形成sac 810的沉积温度的沉积温度的等离子体增强型原子层沉积(peald)形成，所以bcesl 804对蚀刻化学物的孕育时间大于sac 810对相同蚀刻化学物的孕育时间。在一些实施例中，sac 810是通过使用在从约摄氏400度到约摄氏500度的范围中的温度的peald形成，而bcesl 804是通过使用高于约摄氏500度(例如，约摄氏550度)的温度的peald形成。如图4b中展示，通过回蚀sac 810而形成的凹槽812可具有在从约8nm到约10nm的范围中(例如，约9nm)的深度。
54.如图4c中展示，在一些实施例中，可在抛弃式层移除操作中进一步移除抛弃式层805，且可在bcesl 804与间隔件806之间形成多个气隙814。如图4d中展示，在一些实施例中，旋涂可流动sti层813以密封气隙814且在结构中提供极低介电常数层(即，气隙814)。
55.如图5中展示，可通过使用第二蚀刻化学物替换第一蚀刻化学物而改变图3中先前展示的材料物种m1、m2、m3的孕育时间。即，可通过更改蚀刻化学物而改变材料物种m1、m2、m3的孕育时间的顺序。在一些实施例中，第二蚀刻化学物可产生氮自由基、氢自由基及氧自
由基，且可使用例如n2或nh3、h2、o2或co2的蚀刻气体。
56.如图5中展示，通过使用第二蚀刻化学物而改变材料物种m1、材料物种m2及材料物种m3的孕育时间的顺序。例如，如图3中先前描述，材料物种m2可为sicn，且材料物种m3可为siocn。在第二蚀刻化学物下，sicn具比siocn的孕育时间t7短的孕育时间t6。例如，孕育时间t6及t7分别是约1.0秒及1.5秒，而材料物种m1(sin)具有约2.0秒的更长孕育时间t8。因此，当主蚀刻的持续时间落在时间跨度d内时，sicn经蚀刻而siocn及sin可用作蚀刻停止材料。同样地，当主蚀刻的持续时间落在时间跨度e内时，sicn及siocn两者经蚀刻而sin可用作蚀刻停止材料。
57.如先前论述，当前，通过考虑均匀化学吸附及等离子体稳定性，cde中的蚀刻循环/周期中的每一者不小于约3秒。参考图3，在第一化学物案例下，当主蚀刻的持续时间大于约3秒时，仅第五材料m5(即，sio2)可用作具有高选择性的蚀刻停止材料，这是因为主蚀刻的此长持续时间超过图3中展示的大多数材料物种的孕育时间。同样地，参考图5，在第二化学物案例下，当主蚀刻的持续时间大于约3秒时，无材料可用作具有高蚀刻选择性的蚀刻停止材料，这是因为主蚀刻的此长持续时间超过图5中展示的全部材料物种的孕育时间。本揭露提供用于cde的替代技术，其能够采用较短主蚀刻持续时间(例如，小于约1秒)，使得图3及图5中列举的全部材料物种可用作具有高蚀刻选择性的蚀刻停止层。
58.换句话来说，每一材料对特定蚀刻化学物具有特定孕育时间，且因此，本揭露可利用孕育时间的顺序来实现高蚀刻选择性及可逆蚀刻技术。即，在单个蚀刻设备可因此用于提供多个蚀刻模式的事实下，本揭露可扩大蚀刻设备的适用性。
59.例如，当可将各种蚀刻化学物集成到一个蚀刻设备时，在沿着制造操作改变希望被蚀刻的材料时，不再需要将经处理晶片从提供一个或少数蚀刻化学物的一个蚀刻腔室转移到提供另一个或其它少数蚀刻化学物的另一蚀刻腔室。一般来说，单个蚀刻设备仅可用于实施一个或少数蚀刻操作(例如，蚀刻第一材料且第二材料用作蚀刻停止)且必须将晶片移动到另一蚀刻设备以实施另一个或另外少数蚀刻操作(例如，蚀刻第二材料且第三材料用作蚀刻停止)。如图3及图5中展示的图表，希望被蚀刻的每一材料可由具有不同孕育时间的不同蚀刻化学物蚀刻，且因此可执行可逆蚀刻选择性操作而无需将晶片从一个蚀刻设备转移到另一蚀刻设备。例如，在图3的第一蚀刻化学物下，当执行具有落在时间跨度a内的持续时间的主蚀刻时，材料物种m1(例如，sin)经蚀刻而材料物种m2(例如，sicn)及材料物种m3(例如，siocn)用作具有高蚀刻选择性的蚀刻停止。在不将晶片转移到另一腔室的情况下，执行材料物种m1的蚀刻的蚀刻腔室可改变到图5的第二蚀刻化学物，当执行具有落在时间跨度d或e内的持续时间的主蚀刻时，材料物种m2(例如，sicn)及材料物种m3(例如，siocn)经蚀刻而材料物种m1(例如，sin)可逆地用作具有高蚀刻选择性的蚀刻停止。
60.为了将主蚀刻的持续时间自常规方法的大于3秒缩短到(例如)本文中描述的facs技术中的1秒，可在主蚀刻操作之前对半导体结构实施预处理。在一些实施例中，如图6中展示，制造技术可包含：操作301：接纳具有第一材料及第二材料的半导体结构；操作302：预处理半导体结构；及操作303：在预处理半导体结构之后，在第一蚀刻化学物下对半导体结构执行第一主蚀刻达一持续时间。在此类实施例中，在第一蚀刻化学物下，第一材料及第二材料具有不同孕育时间。此外，在第一主蚀刻之前对半导体结构的预处理允许主蚀刻的持续时间缩短，使得主蚀刻的持续时间可比将高蚀刻选择性提供给第一材料及第二材料的孕育
时间中的一者短。
61.如图7a中展示，在一些实施例中，本揭露中揭示的facs技术可以循环蚀刻方式包含多个第一主蚀刻401。在第一主蚀刻401中的每一者之前，可将蚀刻化学物施加到蚀刻腔室且因此，增加压力以达到适合蚀刻压力p
e
。在一些实施例中，执行第一主蚀刻401的蚀刻压力p
e
大于约10托。一般来说，更高蚀刻压力可增强蚀刻选择性，例如，当蚀刻压力从低于3托增加到大于10托时，可将sio2/sin的蚀刻选择性从约20增强到约140。另一方面，蚀刻压力的增加可增加蚀刻气体的流速，且可在孕育时间(即，气相扩散)上加速如前述的步骤(a)。此外，蚀刻气体的更高流速可通过加速反应物的吸附/解吸过程而增加蚀刻速率。通过增加蚀刻压力p
e
或蚀刻气体的流速，可减少在本发明的实施例中实施的主蚀刻的持续时间。另外，所施加的蚀刻压力p
e
还可导致对应材料物种的孕育时间的减少。
62.如图7a中展示，在一些实施例中，制造技术可进一步包含呈循序顺序的第一主蚀刻401之间的泵取周期403。在泵取周期403期间，可将蚀刻化学物从蚀刻腔室泵取出且因此蚀刻腔室中的压力可降低到约零。
63.仍参考图7a，在一些实施例中，制造技术可进一步包含在每一第一主蚀刻401之前对蚀刻表面的多个预处理404。应用到蚀刻表面的预处理404可包含催化操作、表面清洁操作或钝化操作中的一者。触媒(例如，氢自由基)的施加可影响原子表面扩散的活化能，且因此可缩短孕育时间且允许对应主蚀刻快速地实现稳定蚀刻状态。另一方面，在预处理404期间将表面清洁应用到蚀刻表面可在后续主蚀刻之前从蚀刻表面有效地移除未反应化学物或未解吸产物。例如，可在预处理404期间移除吸附在蚀刻表面的表面上的蚀刻副产物(例如氟或氯)。在一些实施例中，预处理404可包含取决于蚀刻化学物及蚀刻表面的材料物种将气体源(例如hf、nh3、f2、nf3、h2o、h2、ch4、cl2、sicl4、fcl3、ch3f、o2、bcl3、n2及类似者)施加到蚀刻表面。另一方面，在预处理404期间将钝化气体(例如，聚合物气体)施加到蚀刻表面可用于一些蚀刻表面形态的接缝填充的目的。
64.再次参考图7a，蚀刻压力p
e
的增加及预处理404的实施可有效地减少主蚀刻的持续时间，借此允许导致高及可逆选择性蚀刻结果的孕育时间工程设计。如图3中先前描述，通过使用第一蚀刻化学物，本揭露中的主蚀刻的持续时间可控制在时间跨度a内，因此可仅蚀刻半导体结构中的预定材料而不消耗或影响对第一蚀刻化学物具有更长孕育时间的其它材料的轮廓。在一些实施例中，第一持续时间t51(即，第一主蚀刻的持续时间)中的每一者小于约3.0秒。在一些实施例中，第一持续时间t51中的每一者在从约1秒到约2.5秒的范围中。相较于其中主蚀刻的持续时间大于约3秒的常规cde方法，对应泵取周期可在从约5秒到约180秒的范围内。然而，当应用如本文中描述的facs技术时，由于第一持续时间t51减少，所以可将泵取持续时间t51'(例如)从约5秒减少到约60秒。更短泵取持续时间t51'及更频繁泵取周期403可导致蚀刻轮廓修饰的优点，如在本揭露的图9a到图9b中及图10a到图10c中将论述。
65.如图7b中展示，在一些实施例中，可在执行第一主蚀刻401之后执行对蚀刻表面的至少一个第二主蚀刻402达第二持续时间t52(即，第二主蚀刻402的持续时间)。在一些实施例中，第二持续时间t52大于第一孕育时间(例如，图3中的时间跨度a)但比第二孕育时间(例如，图3中的时间跨度b)短。在一些实施例中，第二持续时间t52中的每一者小于约3.0秒。在一些实施例中，第二持续时间t52中的每一者在从约1秒到约2.5秒的范围中。在一些
实施例中，第二持续时间t52与第一持续时间t51基本上相同。换句话来说，在一些实施例中，第二主蚀刻402可与第一主蚀刻401基本上相同且因此，基本上重复地实施第一主蚀刻401。在其它实施例中，在例如图3或图5中先前提及的相同蚀刻化学物下，第一主蚀刻401及第二主蚀刻402可落在不同时间跨度内。因此，希望在第一主蚀刻401及第二主蚀刻402期间加以蚀刻的材料可为不同的，且第一主蚀刻401及第二主蚀刻402两者证实高蚀刻选择性。
66.在一些实施例中，将蚀刻化学物从第一蚀刻化学物更改到第二蚀刻化学物，且因此可执行如先前描述的扩大蚀刻设备的适用性的可逆蚀刻技术。在此类实施例中，第二材料在第一主蚀刻401期间用作对第一蚀刻化学物的蚀刻停止材料且可在第二主蚀刻402期间改变成希望被蚀刻的材料。在此类实施例中，可独立地确定第一持续时间t51及第二持续时间t52，这是因为第一主蚀刻401及第二主蚀刻402是在不同蚀刻化学物下实施且对应于相应材料物种的孕育时间可为不同的，如在图3及图5中先前展示。
67.在一些实施例中，facs技术可用于轮廓修饰，例如，去微笑、降低表面粗糙度及更大经蚀刻表面均匀性。如图8中展示，facs技术可包含：操作801：接纳具有第一材料的半导体结构；操作802：在第一蚀刻化学物下对半导体结构执行第一主蚀刻达第一持续时间；及操作803：在执行第一主蚀刻之前执行泵取操作达一泵取持续时间，其中第一持续时间在从约1秒到约2.5秒的范围中。
68.图9a到图9b展示用于通过移除周围氧化物材料602而形成经紧密布置氮化物硬掩模601的蚀刻操作。通过实施本文中描述的facs技术，主蚀刻的经减少持续时间允许更频繁泵取周期及每单位时间的更大数目个循环蚀刻，因此，可获得氮化物硬掩模601的更好的表面轮廓。如图9a中展示，在一些实施例中，形成多个氮化物硬掩模601且随后使用氧化物材料602填充其之间的间隙。氮化物硬掩模601的顶表面可高于多个氧化物材料602的顶表面。在图9b中，通过利用hf/nh3蚀刻化学物且将主蚀刻的持续时间控制为大于氧化物材料602的孕育时间且比氮化物硬掩模601的孕育时间短，仅氧化物材料602的材料可在蚀刻操作之后具有可观察蚀刻结果。即，通过在氮化物硬掩模601开始展示可观察蚀刻结果之前中断蚀刻，可维持氮化物硬掩模601的轮廓而无呈任何形式的可观察材料消耗宛如采用更长主蚀刻持续时间。例如，可尽可能维持接近氮化物硬掩模601的顶部的区603中的氮化物硬掩模601的轮廓。例如，在facs技术下的蚀刻之后，可基本上保持区603中的氮化物硬掩模601的平面轮廓及区604中的蚀刻后氧化物材料602的平面轮廓。相比之下，如图9c中展示，在采用常规cds方法的境况下，可观察到区603'中的氮化物硬掩模601'的修圆蚀刻后轮廓。同时，当利用常规cde方法时，可观察到区604'中的氧化物材料602'的蚀刻后表面的突出微笑轮廓。
69.图10a到图10c展示用于使sige层605从sige/si堆叠凹陷的蚀刻操作。通过实施本文中描述的facs技术，主蚀刻的经减少持续时间允许更频繁泵取周期及每单位时间的更大数目个循环蚀刻，因此，可获得sige层的更好的表面轮廓。如图10a中展示，在一些实施例中，形成经堆叠si层604及sige层605。在图10b中，通过多个sige凹槽606初步释放si纳米片604'。在此类实施例中，可将hf/f2用作蚀刻化学物且在facs技术下蚀刻sige层605的一部分以形成经部分蚀刻sige 605'及sige凹槽606。随后可使用内部间隔件607覆盖sige凹槽606。与通过常规cde方法获得的结构相比，通过使用facs技术，sige层605与si层604之间的蚀刻选择性高且sige凹槽606中的每一者的蚀刻前端可保持基本上垂直平面轮廓。例如，在
facs技术下形成的sige凹槽606的蚀刻前端606a可具有更低曲率(更大曲率半径)，而通过常规cde方法形成的sige凹槽606的蚀刻前端606b(虚线)可具有更大曲率(更小曲率半径)。换句话来说，可通过facs技术缓解关于在凹槽的拐角周围的减速蚀刻的现象。因此，可确保半导体结构的电及其它性能。在一些实施例中，内部间隔件607可沉积于sige凹槽606的轮廓上，且随后通过facs技术进一步修整。在一些实施例中，可在facs技术下尽可能维持si纳米片604'的基本上垂直侧壁轮廓。
70.更详细来说，通过使用facs技术，可缓解在蚀刻前端处的微笑轮廓(即，凹槽的程度在中心处较大且在拐角处较小)。由于蚀刻的副产物可在半导体结构的扭结或阶状部处簇，例如，如图9b及图10b中展示的实施例，所以副产物(例如由sio2蚀刻形成的(nh4)2sif6及由sige蚀刻形成的ge残余物)可分别接近sti凹槽及sige凹槽的拐角吸附在表面上。归因于形成于凹槽的拐角处的稳定簇，蚀刻化学物可不使希望被蚀刻的材料凹陷且因此，拐角处的蚀刻速率低于凹槽的中心周围的蚀刻速率。更详细来说，蚀刻速率的降低与蚀刻持续时间的长度高度相关，这是因为蚀刻持续时间越长，越多副产物簇在蚀刻表面的扭结或阶状部处。因此，通过使用facs技术，主蚀刻循环的持续时间限于比预定材料对蚀刻化学物的孕育时间短。因此，可通过图7a及图7b中展示的泵取周期403及预处理404在短时间内且重复地移除副产物。即，facs技术可循环地清洁半导体结构的扭结或阶状部处的副产物且因此缓解微笑曲线的形成。
71.此外，通过facs技术提供的更多泵取周期403还可有益于降低sige层605的蚀刻前端606b的粗糙度。与硅分量相比，更难以在蚀刻化学物下从sige层605移除锗分量。换句话来说，ge移除效率不良且ge岛状物可保留在经蚀刻sige 605'的蚀刻前端处，借此引起蚀刻前端处的不良表面粗糙度。因此，在一些实施例中，通过实施如图7a及图7b中描述的更频繁泵取周期403，可增加ge移除效率且因此降低表面粗糙度。在一些实施例中，如图10b中说明，蚀刻前端606a的粗糙度可小于约4nm，例如，大约或小于3.5nm。在一些实施例中，可通过增加泵取周期的频率及每单位时间的循环蚀刻的数目而降低蚀刻前端606a的粗糙度。
72.图11a及图11b展示用于使sige层605从sige/si堆叠凹陷的蚀刻操作。通过实施本文中描述的facs技术，主蚀刻的经减少持续时间允许更频繁泵取周期及每单位时间的更大数目个循环蚀刻，因此，可获得sige层的更好的表面轮廓。如图11a及图11b中展示，在一些实施例中，多个鳍片701通过低介电常数材料702(例如sicn或siocn)覆盖。在低介电常数材料702的形成期间，可凭借采用原子层沉积(ald)观察到接缝703。在此类实施例中，在低介电常数材料702的回蚀期间，可通过在图7a及图7b中展示的facs技术中应用的预处理404期间使用钝化操作而填充经埋藏接缝703。在预处理404的钝化操作中使用的材料可包含聚合物形成气体(包含ch4或sicl4的组分)使得副产物可尽可能填充接缝703。因此，可通过facs技术凭借防止接缝703附近的更大蚀刻速率而解决归因于ald操作的结构缺陷。
73.根据本揭露，揭示一种半导体制造方法或技术。所述方法包含快速评估循环切换(facs)技术，所述facs技术在蚀刻停止材料的孕育时间结束之前中断蚀刻操作，且因此在所述蚀刻停止材料开始具有可观察蚀刻结果之前终止蚀刻。因此，可使用通过以下项进行化学干式蚀刻(cde)的新方法以实现先进技术中的蚀刻要求：除用于cde的常规调谐旋钮(化学物、温度、循环方式，其中每一主蚀刻循环大于3秒)之外，还控制额外调谐旋钮，即，孕育时间工程设计。可对许多蚀刻应用实施facs技术，例如形成sti凹槽、形成sige凹槽、修整
sige凹槽中的内部间隔件、形成埋藏电源轨内部间隔件空气(即，以移除埋藏电源轨结构中的sicn内部间隔件以在其中形成气隙)、形成通孔背侧凹槽等。此外，通过在facs技术下改变特定蚀刻化学物，可切换待蚀刻材料及蚀刻停止材料而无需将处理晶片从一个蚀刻设备转移到另一蚀刻设备。换句话来说，通过将每循环的最小可接受主蚀刻持续时间缩短到小于约3秒，facs技术通过孕育时间工程设计及先进轮廓修饰技术(包含去微笑、深度变化及表面粗糙度控制)而实现极高且可逆选择性，且因此可改进半导体结构的良率及性能。
74.在一个示范性方面中，提供一种半导体制造技术。所述技术包含如下操作。接纳具有第一材料及第二材料的半导体结构。所述第一材料对第一蚀刻化学物具有第一孕育时间。所述第二材料对所述第一蚀刻化学物具有第二孕育时间。所述第一孕育时间比所述第二孕育时间短。由所述第一蚀刻化学物对所述半导体结构执行第一主蚀刻达第一持续时间。所述第一持续时间大于所述第一孕育时间且比所述第二孕育时间短。
75.在另一示范性方面中，提供一种半导体制造技术。所述技术包含如下操作。接纳具有第一材料及第二材料的半导体结构。在第一蚀刻化学物下，所述第一材料具有第一孕育时间且所述第二材料具有大于所述第一孕育时间的第二孕育时间。预处理所述半导体结构。在预处理所述半导体结构之后，在所述第一蚀刻化学物下对所述半导体结构执行第一主蚀刻达一持续时间。
76.在又一示范性方面中，提供一种半导体制造技术。所述技术包含如下操作。接纳具有第一材料的半导体结构。在第一蚀刻化学物下对所述半导体结构执行多个第一主蚀刻达多个第一持续时间。执行多个泵取操作达多个泵取持续时间，所述泵取操作中的每一者在所述第一主蚀刻中的每一者之前。所述第一持续时间中的每一者在从约1秒到约2.5秒的范围中。
77.上文概述若干实施例的结构，使得所属领域的技术人员可更好地理解本揭露的方面。所属领域的技术人员应了解，其可容易使用本揭露作为用于设计或修改用于实行相同目的及/或实现本文中介绍的实施例的相同优点的其它过程及结构的基础。所属领域的技术人员还应意识到此类等效构造不脱离本揭露的精神及范围且其可在本文中做出各种改变、替代及更改而不脱离本揭露的精神及范围。
78.符号说明
79.80:硅衬底
80.101:操作
81.102:操作
82.201:硅衬底
83.201a:鳍片
84.202:浅沟槽隔离(sti)氧化物
85.203:浅沟槽隔离(sti)衬层
86.204a:垫sin
87.204b:垫氧化物
88.301:操作
89.302:操作
90.303:操作
91.401:第一主蚀刻
92.402:第二主蚀刻
93.403:泵取周期
94.404:预处理
95.601:氮化物硬掩模
96.601':氮化物硬掩模
97.602:周围氧化物材料
98.602':氧化物材料
99.603:区
100.603':区
101.604:si层
102.604':区/si纳米片
103.605:sige层
104.605':经部分蚀刻sige
105.606:sige凹槽
106.606a:蚀刻前端
107.606b:蚀刻前端
108.607:内部间隔件
109.701:鳍片
110.702:低介电常数材料
111.703:接缝
112.801:源极/漏极区/操作
113.802:硅化物/操作
114.803:金属层/操作
115.804:底部接触蚀刻停止层(bcesl)
116.805:抛弃式层
117.806:间隔件
118.807:金属栅极结构
119.808:电介质层
120.809:接触层
121.810:自对准接点(sac)
122.811:切割金属栅极结构
123.812:凹槽
124.813:可流动浅沟槽隔离(sti)层
125.814:气隙
126.a:时间跨度
127.b:时间跨度
128.c:时间跨度
129.d:时间跨度
130.e:时间跨度
131.h
fin
:鳍片高度
132.m1:第一材料
133.m2:第二材料
134.m3:第三材料
135.m4:第四材料
136.m5:第五材料
137.t1:第一孕育时间
138.t2:第二孕育时间
139.t3:第三孕育时间
140.t4:第四孕育时间
141.t5:第五孕育时间
142.t6:孕育时间
143.t7:孕育时间
144.t8:孕育时间
145.t51:第一持续时间
146.t51':泵取持续时间
147.t52:第二持续时间。