用氯进行高深宽比电介质蚀刻的制作方法

用氯进行高深宽比电介质蚀刻
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1.pct申请表作为本技术的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的pct申请表中所标识的本技术要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。


背景技术：

2.在制造半导体器件期间经常采用的一种工艺是在介电材料中形成蚀刻圆筒体或者其他凹陷特征。通常介电材料包含交替/重复层，而在其中形成凹陷特征。可能发生此类工艺的一示例背景是例如3d nand的类的存储器应用。随着半导体工业的进步和器件尺寸变小，这种凹陷特征变得越来越难以以均匀的方式蚀刻，特别是对于具有窄宽度和/或深的深度的高深宽比特征。
3.这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。


技术实现要素：

4.本文的各个实施方案涉及在半导体衬底上蚀刻凹陷特征的方法和装置。例如，在公开的实施方案的一个方面中，提供了一种在衬底上蚀刻凹陷特征的方法，所述方法包含：(a)在反应室中的衬底支撑件上提供所述衬底，所述衬底在其上面具有堆叠件，所述堆叠件包含一或多个第一材料层以及与其交替出现的一或多个第二材料层，所述第一材料包含含硅材料，所述衬底还包含定位于所述堆叠件上方的图案化掩模层；(b)使处理气体流入所述反应室且从所述处理气体产生等离子体，其中所述处理气体包含：(i)氯源，其符合下列条件中的至少一个：(1)所述氯源包含氯气(cl2)，(2)所述氯源包含氯化氢(hcl)，(3)所述氯源包含仅含有碳和氯的分子，(4)所述氯源包含仅含有碳、氢和氯的分子，(5)所述氯源包含仅含有碳、氢、溴和氯的分子，以及/或者(6)所述氯源包含仅含有氯、碳和氮的分子，(ii)碳源；(iii)氟源，以及(iv)氢源；以及(c)将所述衬底暴露于所述等离子体，以蚀刻凹陷特征到所述衬底上的所述堆叠件中，所述凹陷特征被蚀刻穿过所述一或多个第一材料层以及穿过所述一或多个第二材料层，其中所述衬底支撑件在蚀刻期间维持在低温温度。
5.在一些实施方案中，所述第一材料包含硅氮化物，所述第二材料包含硅氧化物。在某些这样的实施方案中，所述堆叠件还包含一或多个第三材料层，其与所述一或多个第一材料层以及所述一或多个第二材料层交替出现，所述第一材料包含硅氮化物，而所述第二材料包含硅氧化物。所述第三材料包含多晶硅。在某些实现方案中，所述第一材料包含硅氮化物，而所述第二材料包含多晶硅。
6.在各个实现方案中，氯源可包含一或多种特定反应物。例如，氯源可包含cl2。在一些情况下，所述氯源包含ccl4以及/或者c2cl2。在一些情况下，所述氯源包含c
xhy
clz，其中x＞0，y＞0，且z＞0。例如，所述氯源可以包含ch2cl2以及/或者c2h2cl2。在一些实施方案中，所
述氯源包含选自由下列各项组成的群组中的至少一种物质：ccl4、ch2cl2、c2h2cl2、chcl3、ch3cl、c2h5cl、c2h4cl2、c2h3cl3、c2h3cl、c2cl2、clcn、ch2brcl、c2h2brcl、和c2h4brcl。
7.在一些实现方案中，所述氯源可以具有特定的特性。例如，所述氯源可以包含仅含有碳和氯的分子。在一些情况下，所述氯源可以包含仅含有碳、氢和氯的分子。在一些情况下，所述氯源可以包含仅含有碳、氢、溴和氯的分子。在某些情况下，所述氯源可以包含仅含有氯、碳和氮的分子。
8.在蚀刻期间可以控制某些处理条件。在一些实施方案中，在蚀刻期间，所述衬底支撑件被维持在介于-40℃到-10℃之间的低温温度。在这些或其它实施方案中，所述等离子体可以是在介于约10-100千瓦的rf功率下产生的电容耦合等离子体。
9.在处理气体中存在的其他物质可包含特定的反应物以及/或者特性。例如，在一些情况下，所述氢源包含选自由下列各项组成的群组中的至少一种材料：h2、ch
xfy
(其中1≤x≤4，且x y＝4)、c
xhyfz
(其中z＞0)、及其组合。在一些这样的实施方案中，所述氢源包含h2。在这些或其它实施方案中，所述氟源包含选自由下列各项组成的群组中的至少一种材料：nf3、ch
xfy
(其中0≤x≤3，且x y＝4)、c
xfy
(其中y≥x)、c
xhyfz
(其中z＞0)、及其组合。在这些或其它实施方案中，所述碳源可以包含选自由下列各项组成的群组中的至少一种材料：ch
xfy
(其中0≤x≤4，且x y＝4)、c
xfy
(其中y≥x)、c
xhyfz
(其中z＞0)、及其组合。在特定实施方案中，所述处理气体包含cl2、h2、nf3、ch2f2、cf4、以及hbr和cf3i两者中的至少一种。
10.在一些情况下，可以以实现某些结果的方式进行蚀刻。例如，所形成的凹陷特征可以具有约10nm或更小的3σ扭曲。在这些或其他实施方案中，形成的所述凹陷特征会具有至少约4000nm的深度。在这些或其他实施方案中，形成的所述凹陷特征会具有约1.15或更小的椭圆率。在这些或其他实施方案中，形成的所述凹陷特征会具有约115nm或更小的最大关键尺寸，以及/或者约40nm或更小的最大-底部cd。
11.在所公开的实施方案的另一方面，提供了一种在衬底上蚀刻凹陷特征的装置，所述装置包含：(a)反应室；(b)定位于所述反应室中的衬底支撑件；(c)等离子体产生器，其被配置成在所述反应室中产生等离子体；(d)通往所述反应室的一或多个入口；以及(e)控制器，其配置成引起：(i)在所述反应室中的所述衬底支撑件上提供所述衬底；(ii)使处理气体流入所述反应室且从所述处理气体产生所述等离子体，其中所述处理气体包含：(1)氯源，其符合下列条件中的至少一个：(a)所述氯源包含氯气(cl2)，(b)所述氯源包含氯化氢(hcl)，(c)所述氯源包含仅含有碳和氯的分子，(d)所述氯源包含仅含有碳、氢和氯的分子，(e)所述氯源包含仅含有碳、氢、溴和氯的分子，以及/或者(f)所述氯源包含仅含有氯、碳和氮的分子，(2)碳源；(3)氟源，以及(4)氢源；以及(iii)将所述衬底暴露于所述等离子体，以蚀刻所述凹陷特征到所述衬底上的所述堆叠件中，所述堆叠件包含一或多个第一材料层和与其交替的一或多个第二材料层，所述第一材料包含含硅材料，其中所述凹陷特征被蚀刻穿过所述一或多个第一材料层以及穿过所述一或多个第二材料层，并且其中所述衬底支撑件在蚀刻期间维持在低温温度。
12.在各个实施方案中，所述装置可以被配置成引起本文所主张或以其他方式描述的任何方法。
13.下面将参照附图进一步描述这些和其他方面。
附图说明
14.图1描绘了一流程图，其说明根据各个实施方案将凹陷特征蚀刻到包含介电材料的堆叠件中的方法。
15.图2a-2c示出了根据某些实施方案中可用于执行本文所述技术的反应室。
16.图3显示了根据某些实施方案中可用于执行本文所述的技术的半导体工艺集群架构。
17.图4为可用于执行实施方案的计算机系统的示意图。
具体实施方式
18.在下面的说明中，许多具体细节被阐述，以便提供对所呈现的实施方案的彻底理解。公开的实施方案可以在没有部分或全部这些具体细节下实施。在其它情况下，公知的工艺操作没有进行详细说明，以避免不必要地使本公开的实施方案难以理解。虽然所公开的实施方案将结合具体的实施例进行说明，但应理解，并不意在限制本公开的实施方案。
19.某些半导体设备的制造涉及使用基于等离子体的蚀刻工艺而将特征蚀刻到材料堆叠件中。在本文的各个实施方案中，材料堆叠件包含交替/重复的介电材料层。在许多情况下，堆叠件中的至少一层为硅氮化物、或者是包含硅氮化物。在一示例中，堆叠件包含交替的硅氧化物层和硅氮化物层。在另一示例中，堆叠件包含交替的硅氧化物层、硅氮化物层和多晶硅层。在另一示例中，堆叠件包含交替的硅氮化物层和多晶硅层。根据特定应用的需要，可以存在附加层。
20.蚀刻到介电材料中的特征可以是圆筒体、沟槽或其他凹陷特征。随着这些特征的深宽比不断增加，就出现了若干问题，包含(1)特征的扭曲(twist)，(2)特征的非圆形，(3)与深宽比相关的蚀刻速率，(4)弯曲的蚀刻轮廓，(5)掩模选择性不足，以及(6)蚀刻速率低。扭曲是指特征的预期底部位置与特征的实际最终底部位置之间的随机偏差(例如，特征的最终位置对应于特征被蚀刻后的特征底部的位置)。例如，在某些情况下，预期以一般的阵列方式蚀刻圆筒形特征。当一些或所有特征在底部随机偏离该阵列时，它们便被理解为已经扭曲。
21.特征的非圆形是指底部孔的形状偏离圆形孔形状的偏差。当蚀刻例如圆筒体之类的圆形特征时，也就是期望凹陷特征的底部为圆形时，这个问题就很有关系了。当底部孔形状偏离圆形时，其常常形成更接近椭圆形、三角形、或不规则的多边形。在许多情况下，这些非圆形的形状是不想要的。
22.深宽比相关的蚀刻速率是指随着特征的深宽比增加而蚀刻速率变慢的问题。换句话说，随着特征更进一步蚀刻到介电材料中，蚀刻处理便慢下来了。该结果(issue)是有问题的，因为它会导致低产量和相关联的高处理成本。
23.弯曲蚀刻轮廓是指特征倾向于在介电材料中横向蚀刻，从而使最终轮廓沿着特征深度的某处过度向外弯曲。换句话说，特征的实际最大关键尺寸超过特征的期望最大关键尺寸，如此会损害正在形成的结构的完整性以及/或者限制最终设备的电性能。
24.当蚀刻工艺移除过量的掩模时，掩模选择性不足是有问题的，如此在工艺终了时会没有掩模，或者剩下的掩模不足以将来自掩模的图案适当地转移到介电膜。掩模选择性不足的一种常见结果是凹陷特征顶部附近的特征轮廓劣化。
25.低蚀刻速率是指比特定应用所需的蚀刻速率慢的蚀刻速率。低蚀刻速率是有问题的，因为它会导致蚀刻时间长、产量降低以及处理成本高。
26.不幸的是，改善这些问题中的一些问题的技术常常使其他问题变得更糟。因此，在设计蚀刻操作时，这些问题须相互平衡。例如，传统商业实施的电介质蚀刻工艺通常会导致明显的弯曲。最近开发的低温蚀刻工艺就是为了解决与传统商业实施的电介质蚀刻工艺相关联的弯曲问题。这种低温工艺被定义为将衬底支撑件冷却至约25℃或更低，在一些情况下约0℃或更低的温度的工艺。有利地，低温工艺也会导致相对高的蚀刻速率和相对低的弯曲。然而，这种低温工艺却明显加剧与特征扭曲以及非圆形相关的问题。在之前，这种权衡已难以避免。
27.本文描述的技术可用于将凹陷特征蚀刻到介电材料中，而不会出现上述问题中的一些或全部。换句话说，所公开的技术可用于将凹陷特征蚀刻到介电材料中而几乎没有扭曲或完全没有扭曲、且有合理的圆形特征、可接受程度的深宽比相关蚀刻速率、可接受的弯曲、足够的掩模选择性和足够的蚀刻速率。
28.在本文的多个实施方案中使用成组特定的反应物。该反应物包含氯源、碳源、氟源和氢源。示例性的氯源包含但不限于cl2、hcl、ccl4、c
xhy
clz(其中z＞0)。c
xhy
clz材料的具体示例包含但不限于三氯甲烷(chcl3)以及二氯甲烷(ch2cl2)。在一些实施方案中，氯源可以是chyclz或c2hyclz。在多个实施方案中，氯源不包含氟或其他非氯卤素。
29.示例性碳源包含但不限于ch
xfy
(其中0≤x≤4，且x y＝4)、c
xfy
(其中y≥x)、c
xhyfz
(其中z＞0)、及其组合。示例性氟源包含但不限于ch
xfy
(其中0≤x≤3，且x y＝4)、c
xfy
(其中y≥x)、c
xhyfz
(其中z＞0)以及nf3。示例性氢源包含但不限于氢(h2)、ch
xfy
(其中1≤x≤4，且x y＝4)以及c
xhyfz
(其中z＞0)。在一些实施方案中，反应物还可进一步包含一或多种非氟和非氯卤源，其示例包含但不限于hbr、i2和cf3i。氯源是与产生大量h自由基和f自由基的反应物以及碳源一起组合作用，以产生本文所述的特殊蚀刻结果。
30.在一些实施方案中，该反应物包含c2、h2、nf3和ch
xfy
(其中0≤x≤4，且x y＝4)。在一些实施方案中，反应物包含cl2、h2、nf3、ch2f2、cf4以及hbr和cf3i中的至少一种。反应物的各个其他组合是可能的，且被认为落在所公开的实施方案的范围内。
31.在蚀刻期间可以将衬底保持在低温。这种温度控制可以通过在蚀刻处理中控制放置衬底的衬底支撑件的温度来实现。在某些实施方案中，衬底支撑件被保持在约25℃或更低、或约15℃或更低、或约0℃或更低的低温温度。在一些情况下，衬底支撑件可以保持在低至约-40℃、低至约-70℃、或在某些情况下甚至更低的低温温度。在一些实施方案中，衬底支撑件可以保持在大约-30℃和-10℃之间的低温。通过在相对低的蚀刻温度下操作，可以获得与低温蚀刻相关联的益处，例如低弯曲度、相对高蚀刻速率和低程度的深宽比相关蚀刻速率。有利地，将氯气包含进来作为反应物减少或消除了与低温蚀刻相关的问题，例如扭曲和非圆形。
32.虽然氯气通常用于蚀刻其他材料，例如多晶硅、铝和其他金属和含金属化合物，但它通常不用于蚀刻含硅介电材料(例如硅氧化物和硅氮化物)。先前，当用于蚀刻这些含硅介电材料时，氯气的蚀刻效果非常差。然而，发明人已经发现，当在某些温度下将氯气与某些反应物结合使用时，上述与扭曲和非圆形相关的问题会显著减少。出乎意料的是，这些问题减少了，也不会加剧与深宽比相关的蚀刻速率、弯曲、掩模选择性和蚀刻速率相关的其他
问题。
33.不受理论或作用机制的束缚，据信本文中的实施方案通过避免等离子体物质以及/或蚀刻副产物在高深宽比凹陷特征的侧壁上的过度沉积来减少通常与低温蚀刻相关的扭曲和非圆形问题。由于氯气先前在用于蚀刻含硅电介质时显示出较差的蚀刻结果，因此认为氯气的主要功能可能不是蚀刻含硅材料本身，而是控制反应室中存在的物质附着在生长特征的侧壁上的程度。这种表面-化学相互作用并非所期望的。
34.所公开的方法的一个应用是在形成dram器件的背景下。在这种情况下，可以主要在氧化硅中蚀刻该特征，以及一层、两层或更多层氮化硅。在一个示例中，衬底包含夹在两个硅氮化物层之间的硅氧化物层，其中硅氧化物层的厚度在约400-1800nm之间，并且一个或多个硅氮化物层的厚度在约20-600nm之间。蚀刻特征可以是圆筒体，其最终深度在约1-3μm之间，例如在约1.5-2μm之间。圆筒体的宽度可以在约10-50nm之间，例如在约15-30nm之间。在蚀刻圆筒体之后，可以在其中形成电容器存储单元。
35.所公开的方法的另一个应用是在形成竖直nand(vnand，也称为3d nand)设备的背景下。在这种情况下，特征蚀刻到其中的材料可以具有重复的分层结构。例如，该材料可包含交替的硅氧化物层和硅氮化物层。该重复的层状结构包含材料对或重复的材料组。在各个情况下，材料对或重复的材料组的数量可以在约10-500之间(例如在约20-1000个单独的层之间)。根据目前的设备尺寸，氧化物层可以具有约20-50nm之间的厚度，例如，在约30-40nm之间的厚度。氮化物或多晶硅层的厚度可以为约20-50nm，例如约30-40nm。蚀刻在层堆叠件中的特征可以有约2-15微米的深度，例如约5-9微米的深度。该特征的宽度可在20-450纳米之间，例如50-100纳米之间。
36.这里提供的尺寸/参数细节，如高度、深宽比、厚度、宽度和深度等，仅用于举例和说明。基于本文描述的公开内容，应该理解，不同的尺寸/参数也可以适用或使用。
37.图1是描述根据本文的各个实施方案中蚀刻包含介电材料的堆叠件的方法的流程图。该方法开始于操作101，其中衬底被接收在反应室中。反应室是被配置用于蚀刻半导体衬底的蚀刻室。在反应室中接收的衬底包含位于其上的材料堆叠件。该材料堆叠件包含一或多个硅氮化物层。除了硅氮化物之外，该材料堆叠件还可以包含一或多个硅氧化物层以及/或者一或多个多晶硅层。上面已提到了堆叠件材料的特定组合。在该堆叠件上方提供图案化掩模层。掩模层中所提供的图案限定了将在堆叠件中形成凹陷特征的位置。
38.接着，在操作103中，使处理气体(其可以是气体的混合物，在输送至反应室之前或之后混合)流入反应室，并从处理气体产生等离子体。该处理气体如上进一步描述地包含氯源、碳源、氟源、和氢源。处理气体还可包含一或多种惰性气体。
39.在某些实施方案中，可以使用特定条件来产生等离子体。在许多情况下，等离子体是电容耦合等离子体。等离子体可在介于约5-200千瓦之间(例如约10-100千瓦之间，或在一些实施方案中介于约10-65千瓦之间)的rf功率下生成。在某些情况下，可以使用双频rf来产生等离子体。因此，可以在两个或更多个频率分量(例如在约400千赫的第一频率分量以及在约60兆赫的第二频率分量)下提供rf功率。在每个频率分量下可以提供不同的功率。例如，可以在介于约10-40千瓦之间，例如约25千瓦的功率下提供第一频率分量(例如，约400千赫)，并且可以在不同的功率下，例如介于约0.5-8千瓦之间，例如约4千瓦的功率下提供第二频率分量(例如，约60兆赫)。这些功率电平假定射频功率被输送到单个300毫米的晶
片上。对于额外的衬底和/或其他尺寸的衬底，功率电平可以根据衬底面积进行线性缩放(从而保持输送到衬底的统一功率密度)。在其他情况下，可以使用三频rf功率来生成等离子体。在一些情况下，所应用的rf功率可以以1-50,000赫兹的重复率进行脉冲。rf功率可以在两个非零值之间(例如，在高功率和低功率状态之间)或在零和非零值之间(例如，在关断和开启状态之间)脉冲化。当rf功率在两个非零值之间脉冲化时，上面提到的功率可能与较高功率状态有关，而较低功率状态可能对应于约600w或更低的rf功率。衬底处的最大离子能量可以是相当高的，例如在大约1-10千伏之间。最大离子能量是由所施加的rf功率与rf激发频率、电极尺寸、电极放置、室几何形状和等离子体交互作用的细节相结合来决定。
40.反应室中的压力可以介于约5-100毫托之间，在一些情况下介于约15-50毫托之间。如上所述，通过将衬底支撑件保持在期望温度而将衬底保持在低温温度。上面讨论了示例温度。
41.在一些情况下，处理气体(或其中的一或多种物质)可以在特定流速下流入反应室。例如，在某些情况下，氯气(cl2)或其他氯源可以以约10-100sccm之间的流速提供到反应室。在使用氢气(h2)的情况下，其可以以约20-500sccm之间的流速提供至反应室。在使用nf3的情况下，其可以在约5-100sccm之间的流速提供到反应室。ch
xfy
物质的总流量可以是约10-300sccm之间。在使用ch2f2的情况下，其可以在约10-300sccm之间的流速提供给反应室。在使用cf4的情况下，其可以在约5-100sccm之间的流速提供到反应室。当使用hbr，其可以在约5-100sccm之间的流速提供到反应室。在使用cf3i的情况下，其可以在约5-50sccm之间的流速提供到反应室。
42.返回图1，该方法在操作105处继续，其中将衬底暴露于等离子体足够的持续时间，以将凹陷特征蚀刻到材料堆叠件中。该特征被蚀刻穿过堆叠件中的至少一层硅氮化物层。在一些情况下，可以将衬底暴露于等离子体持续约2000-3000秒之间的时间。在某些情况下，例如功率、压力和气体流量等处理参数会在一系列配方步骤中进行调整。图案化掩模层是在其所在的位置处保护下伏的堆叠件材料。这确保凹陷特征形成在图案化到掩模层中的开口处，也就是需要凹陷特征处。
43.在另一种表现形式中，提供了另一种在衬底上蚀刻凹陷特征的方法。在此实施方案中，衬底至少包含第一含硅层和位于堆叠件上方的图案化掩模层。处理气体流入反应室。该处理气体包含氯源，该氯源选自仅含有碳和氯的分子、或仅含有碳、氢、和氯的分子、或仅含有碳、氢、溴、和氯的分子、或仅含有氯、碳、和氮的分子。在一些实施方案中，该氯源包含选自由下列各项组成的群组中的至少一个氯源:四氯化碳(ccl4)、二氯乙炔(c2cl2)、氯化氰(clcn)、溴氯甲烷(ch2brcl)、1-溴-2-氯乙烷(c2h4brcl)、二氯甲烷(ch2cl2)、1,1-和反式-1,2-和顺式-1,2
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二氯乙烯的异构体(c2h2cl2)、三氯甲烷(chcl3)、氯甲烷(ch3cl)、氯乙烷(c2h5cl)、1,2-二氯乙烷或1,1-二氯乙烷(c2h4cl2)、1,1,1和1,1,2三氯乙烷异构体(c2h3cl3)、氯乙烯(c2h3cl)、溴氯甲烷(ch2brcl)、顺式和反式-1-溴-2-氯乙烯(c2h2brcl)、以及1-溴-1-氯乙烷(c2h4brcl)。处理气体还包含碳源、氟源和氢源。等离子体由处理气体产生。将衬底暴露于等离子体以将凹陷特征蚀刻到衬底上的堆叠件中，凹陷特征被蚀刻穿过至少第一含硅层，其中在蚀刻期间，衬底支撑件保持在约25℃或更低的低温。在一些实施方案中，作为氯源的分子也是碳源。在其它实施方案中，碳源的分子是无氯的，且与作为氯源的分子不同。在多个实施方案中，氯源、碳源、氟源和氢源都是不同的分子。
44.具有较低扭曲的蚀刻可以通过提供含氯源来实现，该含氯源包含以下至少一者：(1)仅含有碳和氯的分子，或(2)仅含有碳、氢和氯的分子，或(3)仅含有碳、氢、溴和氯的分子，或(4)仅含有氯、碳和氮的分子。为了提供具有多个cl原子和足够蒸气压的氯源，以能够简单地结合到典型的气体输送装置中，在一些实施方案中，氯源是c2cl2、ch2cl2和反式-1,2-c2h2cl2中的至少一种。装置
45.图2a-2c示出了可用于执行这里所描述的蚀刻操作的可调节间隙电容耦合约束rf等离子体反应器200的实施方案。如所描绘的，真空室202包含室壳体204，室壳体204围绕容纳下电极206的内部空间。在室202的上部，上电极208与下电极206竖直隔开。上电极208可以用来当作等离子体产生器。上电极208和下电极206的平坦表面基本平行并正交于电极间的竖直方向。优选地，上电极208和下电极206是圆形的，并且相对于竖直轴线同轴。上电极208的下表面朝向下电极206的上表面。相对电极间隔开的表面限定其间存在的可调节间隙210。在操作期间，下电极206由rf功率源(匹配)220供给rf功率。rf功率通过rf供应管道222、rf带224和rf功率构件226被供给到下电极206。接地屏蔽件236可以围绕rf功率构件226，以供应更均匀的rf场到下电极206。晶片穿过晶片端口282插入，晶片端口282提供用于晶片的入口。晶片被支撑在下电极206上的间隙210中以供处理，处理气体(例如包含氯气或其他氯源、以及本文所述的其他反应物)被供给到间隙210并由rf功率激发成等离子体状态。上电极208可被供电或接地。
46.在图2a-图2c中所示的实施方案中，下电极206被支撑在下电极支撑板216上。插在下电极206和下电极支撑板216之间的绝缘环214使下电极206与支撑板216绝缘。
47.rf偏置壳体230将下电极206支撑在rf偏置壳体盆232上。盆232穿过在室壁板218中的开口通过rf偏置壳体230的臂234连接到导管支撑板238。在优选实施方案中，rf偏置壳体盆232和rf偏置壳体臂234一体地形成为一个部件，但是，臂234和盆232也可以是栓接或接合在一起的两个单独的部件。
48.rf偏置壳体臂234包含一个或多个中空通路用于传递rf功率和设施，诸如气体冷却剂、液体冷却剂、rf能量、用于升降销控制的电缆、电气监测和启动从真空室202外到真空室202内在下电极206的背面上的空间的信号。rf供应导管222与rf偏置壳体臂234绝缘，该rf偏置壳体臂234提供rf功率到rf功率源220的返回路径。设施管道240提供了用于设施组件的通道。间隙210优选地由约束环组件或罩(未示出)包围。真空室202的内部经由通过真空端口280连接到真空泵而维持在低压下。
49.导管支撑板238被附接到致动机构242。致动机构242，例如伺服机械电机、步进电机或类似物，通过例如螺旋齿轮246(如滚珠丝杠)和用于转动滚珠丝杠的马达附接到竖直线性轴承244。在调整间隙210的大小的操作过程中，致动机构242沿着竖直线性轴承244行进。图2a示出了当致动机构242在线性轴承244上处于产生小的间隙210a的高的位置时的布置。图2b示出了当致动机构242处于在线性轴承244上中间的位置时的布置。如图所示，下电极206、rf偏置壳体230、导管支撑板238、rf功率源220均相对于室壳体204和上电极208向下移动，从而产生中等大小的间隙210b。
50.图2c示出了当致动机构242处于在线性轴承上的低的位置时的大的间隙210c。优选地，上电极208和下电极206在间隙调整期间保持同轴并且跨越间隙的上电极和下电极的
相对表面保持平行。
51.例如，为了保持跨越大直径衬底(例如300毫米晶片或平板显示器)的均匀蚀刻，本实施方案使得在多步骤蚀刻工艺配方(barc、harc、和strip等)期间在ccp室202中下电极206和上电极208之间的间隙210能进行调节。特别地，该室涉及一种机械装置，该机械装置使得能进行必要的直线运动以提供下电极206和上电极208之间可调节的间隙。
52.图2a示出了在导管支撑板238的近端并在室壁板218的阶梯式凸缘228的远端密封的横向偏转的波纹管250。阶梯式凸缘的内径限定室壁板218中的开口212，rf偏置壳体臂234通过开口212。波纹管250的远端被夹持环252夹持。
53.横向偏转的波纹管250提供真空密封，同时允许rf偏置壳体230、导管支撑板238和致动机构242的竖直移动。rf偏置壳体230、导管支撑板238和致动机构242可以被称为悬臂组件。优选地，rf功率源220与该悬臂组件一起移动并可以附接到导管支撑板238。图2b示出了当悬臂组件在中间位置时处于中间位置的波纹管250。图2c示出了当悬臂组件处于低的位置时横向偏转的波纹管250。
54.迷宫式密封件248提供了波纹管250和等离子体处理室壳体204的内部之间的颗粒屏障。固定屏蔽件256在室壁板218处不可移动地连接到室壳体204的内壁内，以便提供迷宫式槽260(缝隙)，其中可移动屏蔽板258竖直移动，以适应悬臂组件的竖直移动。可移动屏蔽板258的外部在下电极206的所有竖直位置保持在缝隙中。
55.在示出的实施方案中，迷宫式密封件248包含在限定迷宫式槽260的室壁板218的开口212的周边附接到室壁板218的内表面上的固定屏蔽件256。可移动屏蔽板258附接rf偏置壳体臂234并从该rf偏置壳体臂234穿过该室壁板218中的开口212之处径向延伸。可移动屏蔽板258延伸进入迷宫式槽260，同时与固定屏蔽件256间隔开第一间隙，并与室壁板218的内表面间隔开第二间隙，从而使得悬臂组件能竖直移动。迷宫式密封件248阻止从波纹管250剥落的颗粒迁移进入真空室内部205，并阻挡来自处理气体等离子体的自由基迁移到波纹管250，在波纹管250中自由基可以形成随后剥落的沉积物。
56.图2a示出了当悬臂组件处于高位置(小的间隙210a)时在rf偏置壳体臂234上方的迷宫式槽260中较高的位置的可移动屏蔽板258。图2c示出了当悬臂组件处于低位置(大的间隙210c)时在rf偏置壳体臂234上方的迷宫式槽260中较低位置的可移动屏蔽板258。图2b示出了当悬臂组件处于中间位置(中等的间隙210b)时在迷宫式槽260内中等或中间位置的可移动屏蔽板258。尽管迷宫式密封件248被示出为相对于rf偏置壳体臂234是对称的，但在其他实施方案中迷宫式密封件248相对于rf偏置壳体臂234可以是不对称的。
57.图3描绘了具有各种与真空传送模块338(vtm)界面的模块的半导体处理群集架构。在多个存储设备和处理模块之间“传送”衬底的传送模块装置可以被称为“集群工具架构”系统。气密室330(也被称为加载锁或传送模块)在vtm 338示出具有四个处理模块320a-320d，其可以被单独优化以执行各种制造工艺。例如，处理模块320a-320d可以被实现以执行衬底蚀刻、沉积、离子注入、晶片清洁、溅射和/或其它半导体工艺，以及激光测量和其他缺陷检测和缺陷识别方法。处理模块中的一个或多个(320a-320d中的任意一个)可以如本文所公开的被实施，即，用于将凹陷特征蚀刻到衬底中。气密室330和处理模块320a-320d可以被称为“站”。每个站具有将站与vtm 338连接的小面336(facet 336)。在小面内部，传感器1-18被用于在衬底326在各站之间移动通过时检测衬底326。
58.机械手322将衬底在站之间传输。在一实现方案中，机械手可以具有一个臂，而在另一实现方案中，机械手可以具有两个臂，其中每个臂具有端部执行器324以拾取衬底用于运输。在大气传送模块(atm)340中，前端机械手332可以用于从在负载端口模块(lpm)342中的晶片盒或前开式晶片盒(foup)334传送衬底到气密室330。处理模块320a-320d内的模块中心328可以是用于放置衬底的一个位置。在atm 340中的对准器344可以用于对齐衬底。
59.在一示例性的处理方法中，衬底被放置在lpm 342中的多个foup 334中的一个中。前端机械手332将衬底从foup 334传送到对准器344，其允许衬底326在被蚀刻或上面被沉积或其它处理之前适当地居中。对准后，衬底由前端机械手332移动到气密室330。由于气密室模块具有匹配atm和vtm之间的环境的能力，因此衬底能够在两个压强环境之间移动而不被破坏。从气密室模块330，衬底通过机械手322移动通过vtm 338并进入处理模块320a-320d中的一个，例如处理模块320a。为了实现这种衬底移动，机械手322在其每一个臂上使用端部执行器324。在处理模块320a中，衬底经历如所述的蚀刻。接下来，机械手322将衬底移出处理模块320a，进入下一期望的站。
60.应当注意的是，控制衬底运动的计算机对于集群架构可以是本地的，或者它可以位于在制造工厂中的集群架构的外部，或在远程位置并通过网络连接到集群架构。
61.在一些实现方案中，控制器是装置或系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包含半导体处理设备，半导体处理设备包含一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包含处理气体的输送、温度设置(例如加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(rf)产生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
62.从广义上讲，控制器可以定义为电子器件，电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包含存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片、和/或执行程序指令(例如，软件)的一个或多个微处理器或微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的制造期间完成一个或多个处理步骤。
63.在一些实现方案中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到该计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视制造操作的当前进展、检查过去制造操作的历史、检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数、设置处理步骤以跟随当前的处理、或者开始新的工艺。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包含本地网络或因特
网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包含使得能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将该参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与该工具接口或控制该工具。因此，如上所述，控制器可以是例如通过包含联网在一起并朝着共同目的(例如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例是在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
64.示例性系统可以包含但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(pvd)室或模块、化学气相沉积(cvd)室或模块、原子层沉积(ald)室或模块、原子层蚀刻(ale)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及可以与半导体晶片的制造和/或制备相关联或用于半导体晶片的制造和/或制备的任何其它半导体处理系统。
65.如上所述，根据将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与一个或多个其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具通信。
66.上述各种硬件和方法实施方案可以与光刻图案化工具或工艺结合使用，例如，用于半导体器件、显示器、led、光伏面板等的制备或制造。通常，尽管不是必须的，这样的工具/工艺将在共同的制造设施中一起使用或进行。
67.膜的光刻图案化通常包含以下步骤中的一些或所有，每个步骤启用多个可行的工具：(1)使用旋涂或喷涂工具在工件，即，上面形成有氮化硅膜的衬底上涂覆光致抗蚀剂；(2)使用热板或加热炉或其他合适的固化工具固化光致抗蚀剂；(3)使用例如晶片步进曝光机之类的工具使光致抗蚀剂暴露于可见光或紫外线或x射线；(4)使抗蚀剂显影以便选择性地去除抗蚀剂并且从而使用例如湿式清洗台或喷涂显影器之类的工具将其图案化；(5)通过使用干式或等离子体辅助蚀刻工具将抗蚀剂图案转移到下方的膜或工件上；并且(6)使用诸如射频或微波等离子体抗蚀剂剥离器之类的工具去除抗蚀剂。在一些实施方案中，可灰化硬掩模层(例如无定形碳层)和另一种合适的硬掩模(例如抗反射层)可以在施加光致抗蚀剂之前沉积。
68.在本技术中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”和“部分制造的集成电路”可互换使用。本领域的普通技术人员应理解，术语“部分制造的集成电路”可以指在其上面进行集成电路制造的许多阶段中的任何阶段期间的硅晶片。在半导体器件工业中使用的晶片或衬底典型地具有200毫米或300毫米或450毫米的直径。上面的详细描述假设本发明是在晶片上实现的。然而，本发明并不受限于此。工件可以具有各种形状、尺寸和材料。除半导体晶片外，可利用本发明的优点的其它工件还包含诸如印刷电路板、磁记录介质、磁记录传感器、镜子、光学元件、微型机械设备等各种制品。
69.除非对特定参数另有定义，否则本文所用的术语“约”和“大约”旨在表示与相关值相差
±
10％内。
70.应当理解的是，本文所述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些具体实施
方案或示例不应被认为是限制性的，因为许多变化是可能的。本文中所描述的具体例程或方法可表示任何数量的处理策略中的一种或多种。因此，如图所示的各种操作可以按图示的顺序、以其它顺序、并行、或在某些情况下省略执行。类似地，上述工艺的顺序可以改变。某些参考文献已通过引用并入本文。应当理解，在这些参考文献中作出的任何免责声明或否认并不一定适用于这里描述的实施方案。类似地，在本文的实施方案中可以省略在这些参考文献中描述的任何必要特征。本公开内容的主题包含各种工艺、系统和配置以及其它特征、功能、操作和/或本文公开的性质以及任何和所有的等同方案的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。实验
71.实验结果已经证明，与先前的蚀刻方法相比，所公开的方法可以用于蚀刻衬底上的包含电介质的材料堆叠件且具有较佳结果。具体而言，所公开的方法可用于实现与低温蚀刻相关的益处(例如，很少或没有弯曲、低程度的深宽比相关蚀刻速率、以及高蚀刻速率)而没有通常与低温蚀刻相关的问题(例如所得特征的扭曲和非圆形)。这些结果是在成功的3d nand应用(例如在可接受的规格/容差范围内的3d nand应用，下面将进一步讨论)的背景下实现的。这些结果代表了对传统商业实施的蚀刻方法和较新的低温蚀刻方法的显著的改进。
72.下面的表1显示了与三种不同蚀刻工艺相关的实验结果。工艺a和b是未使用氯气或其他氯源的低温蚀刻工艺，而工艺c则是根据本文实施方案的确实使用氯气的低温蚀刻工艺。表1表1
73.如本文所使用的，cd是指特征内特定位置处的特征的关键尺寸(例如在平行于衬底表面的方向上的宽度)。“最大-底部cd”是指特征的最大关键尺寸与特征底部的关键尺寸的差异。选择性是指要移除的目标材料的蚀刻速率与掩模材料的蚀刻速率之间的比率。例如，如果目标材料以200nm/分钟的速率蚀刻而掩模以50nm/分钟的速率蚀刻，则选择性计算为200/50，而可能描述为4:1或更简单的4。扭曲是指特征偏离期望阵列图案的程度。本文描述的扭曲为“3σ扭曲”(例如三倍标准偏差扭曲(three sigma twist))，其计算方式为在特征底部处的孔与孔之间距离的标准偏差，乘以三。因为扭曲不是一个理想的特征，所以3σ扭
曲越低越好。椭圆率描述了圆筒特征的底部从正圆形向椭圆形状偏离的程度，计算方法是将椭圆拟合到底部孔形状的长轴长度与短轴长度的比。完美圆形特征的椭圆率为1.0。因为通常需要圆形特征(例如当蚀刻圆筒体时)，椭圆率最好接近1.0。
74.表1中的结果表明，所公开的技术可用于显著改善与蚀刻特征的扭曲和非圆形相关的问题。在低蚀刻温度下包含氯气实现了低温蚀刻方案的好处，而没有这种低温蚀刻通常会观察到的扭曲和非圆形问题。这些结果表明与以前获得的结果相比有了显著的改进。
75.在本文的某些实施方案中，形成的特征可以符合定义用于3dnand应用的成功工艺的某些标准。例如，特征可以具有约20nm或更小、或约15nm或更小、或约10nm或更小、或约8nm或更小的3σ扭曲。这种低程度的扭曲可以在至少约3500nm、或至少约4000nm、或至少约8000nm的蚀刻深度上实现。特征可以具有约1.15或更小、或约1.05或更小的椭圆率。特征可以在至少约125nm/分钟、或至少约175nm/分钟的速率下蚀刻。特征可以具有约70nm或更小、在一些情况下约50nm或更小、或约40nm或更小的最大-底部cd。可以以约3或更大的选择性来蚀刻特征。在特定实施方案中可以存在任何或所有这些特性。
76.图4是示出适用于实现在各种实施方案中使用的控制器的计算机系统400的高级框图。计算机系统400也可以用于控制图2a-2c的rf等离子体反应器200。计算机系统可以具有从集成电路、印刷电路板和小型手持设备到大型超计算机的许多物理形式。计算机系统400包含一个或多个处理器402，并且还可以包含电子显示设备404(例如，用于显示图形、文本和其他数据)、主存储器406(例如随机存取存储器(ram))、存储设备408(例如，硬盘驱动器)、可移动存储设备410(例如，光盘驱动器)、用户接口设备412(例如，键盘、触摸屏、小键盘、鼠标或其他指点设备等)和通信接口414(例如，无线网络接口)。通信接口414允许通过链路在计算机系统400和外部设备之间传送软件和数据。系统还可以包含与上述设备/模块连接的通信基础设施416(例如，通信总线、交叉连接杆或网络)。
77.经由通信接口414传送的信息可以呈信号的形式，例如电子信号、电磁信号、光学信号或能够经由通信链路由通信接口414接收的其它信号，通信链路携带信号并可以使用导线或电缆、光纤、电话线、蜂窝电话链路、射频链路和/或其他通信信道实现。利用这样的通信接口，可以预期一个或多个处理器402可以在执行上述方法步骤的过程中从网络接收信息，或者可以向网络输出信息。此外，方法实施方案可以仅在处理器上执行，或者可以通过诸如因特网之类的网络与共享处理的一部分的远程处理器结合执行。
78.术语“非瞬态计算机可读介质”通常用于指代介质，诸如主存储器、辅助存储器、可移动存储设备、和存储设备，诸如硬盘、闪存存储器、磁盘驱动存储器、cd-rom以及用于储存计算机代码或计算机可执行指令的其他形式的持久性存储器，并且不应当被解释为涵盖瞬态标的物，如载波或信号。计算机代码的示例包含机器代码以及可储存在计算机可读介质上的计算机可执行指令(诸如由编译器产生的)和含有由计算机使用解释器执行的较高级代码的文档。计算机可读介质也可以是通过包含在载波中的计算机数据信号来传送并代表由处理器所执行的指令序列的计算机代码。
79.计算机可读介质可以包含计算机可执行指令，其用于在衬底支撑件上提供衬底并使处理气体流入反应室，从处理气体产生等离子体，以及将衬底暴露于等离子体。结论
80.虽然已为了清楚理解的目的而对前述实施方案进行了一些详细的说明，但显而易
见，可以在随附权利要求的范围内实施某些改变和修饰。应注意可以有许多实施本文实施方案的处理、系统和装置的替代方式。因此，本文的实施方案应视为示例性且非限制性的，且实施方案不应限制于在此处提出的细节。