高深宽比结构中的触点清洁的制作方法
【技术领域】
[0002] 本公开总体上设及清洁在衬底的高深宽比开口中的触点和狭缝，并且更具体地设 及干法蚀刻在高深宽比开口中的氧化层、氧化娃、受损的娃和其它污染物，该高深宽比开口 由具有交替的氧化物层和氮化物层或氧化物层和多晶娃层的结构限定。
【背景技术】
[0003] 在半导体器件和集成电路的制造中，基于等离子体的蚀刻可能是重要的处理步 骤。然而，基于等离子体的蚀刻会导致污染物，该污染物包括氧化物和受损的或非晶娃。材 料（包括含有娃和金属的半导体衬底）的表面上氧化物和受损的娃的存在会不利地影响随 后的制造过程，从而影响半导体器件的性能。特别是，当氧化物和其它污染物在娃上形成 时，所述氧化物或其它污染物可能是电绝缘的，并且对半导体器件或集成电路的触点的电 通路会是有害的。
[0004] 存储器设备（例如3维垂直NAND (V-NAND)存储器设备）可包括具有在娃衬底上 的交替的氧化物层和氮化物层（ONON)的垂直结构。在一些实施方案中，设备可具有交替的 氧化物层和多晶娃层（OPOP)。高深宽比开口可W在垂直结构中的每个之间形成。高深宽比 开口随后可W用作在存储器设备的电触点。如本文所用，高深宽比开口也可被称为高深宽 比触点。在一些实施方案中，高深宽比开口可W呈现孔形、狭缝形、或沟槽形。高深宽比开 口可W使用基于等离子体的蚀刻来形成。基于等离子体的蚀刻可W使用显著浓度的氧气和 高电离能，运可导致在高深宽比开口的底部形成氧化物（例如，氧化娃）、受损的娃W及其 它污染物（例如，碳）。开口可W用金属填充或基本上用金属填充W创建在存储器设备的电 触点。然而，在高深宽比开口内形成电触点时，不希望有的氧化物、受损的娃和其它污染物 的存在对于存储器设备的性能可能是有害的。
【发明内容】
阳0化]本发明设及清洁具有多个高深宽比开口的衬底的方法。该方法包括：提供具有多 个高深宽比开口的衬底到等离子体处理室中，所述开口中的每一个都具有大于约10:1的 高度比横向尺寸的深宽比。该方法还包括：使包括基于氣的物质的第一蚀刻剂朝向所述衬 底流动；W及施加第一偏置功率到所述等离子体处理室，W产生所述基于氣的物质的等离 子体，从而去除高深宽比开口中的氧化娃。该方法还包括：使包括基于氨的物质的第二蚀刻 剂朝向所述衬底流动；W及施加源功率和第二偏置功率到所述等离子体处理室，W产生所 述基于氨的物质的等离子体，从而去除所述高深宽比开口中的娃。
[0006] 在一些实施方案中，所述第二蚀刻剂仅包括氨。在一些实施方案中，所述第二蚀刻 剂包括氨和=氣化氮，所述氨的浓度大于所述=氣化氮的浓度。在一些实施方案中，所述第 一蚀刻剂仅包括=氣化氮。在一些实施方案中，所述衬底包括限定所述高深宽比开口中的 每一个开口的多个垂直结构，所述垂直结构中的每一个包括交替的氧化物层和氮化物层。 在一些实施方案中，用W去除所述娃的所述源功率和第二偏置功率之间的比为约等于或大 于约2:1。
[0007] 本发明还设及一种清洁具有多个高深宽比开口的衬底的装置。所述装置包括等离 子体处理室，所述等离子体处理室包括：远程等离子体源；和用于支撑具有多个高深宽比 开口的衬底的衬底支撑件，所述开口中的每一个都具有大于约10:1的高度比横向尺寸的 深宽比，并且所述衬底具有在所述高深宽比开口内的在娃层上的氧化娃层。所述装置还包 括控制器，该控制器被构造成提供用于执行W下操作的指令：(a)使包括基于氣的物质的 第一蚀刻剂朝向所述衬底流动；化）施加第一偏置功率到所述等离子体处理室内的所述衬 底支撑件，W产生所述基于氣的物质的等离子体，从而去除所述氧化娃层；（C)使包括基于 氨的物质的第二蚀刻剂朝向所述衬底流动；W及（d)施加源功率到所述远程等离子体源W 及施加第二偏置功率到所述等离子体处理室内的所述衬底支撑件，W产生所述基于氨的物 质的等离子体，从而去除所述娃层。
[0008] 在一些实施方案中，所述第二蚀刻剂仅包括氨。在一些实施方案中，所述第二蚀刻 剂包括氨和=氣化氮，其中氨的浓度大于=氣化氮的浓度。在一些实施方案中，所述第一 蚀刻剂仅包含=氣化氮。在一些实施方案中，所述衬底包括限定所述高深宽比开口中的每 一个的多个垂直结构，所述垂直结构中的每一个包括交替的氧化物层和氮化物层。在一些 实施方案中，用W去除所述娃层的所述源功率和第二偏置功率之间的比为约等于或大于约 2:1。
[0009] 本发明还设及一种清洁具有多个高深宽比开口的衬底的方法。该方法包括：提 供具有多个高深宽比开口的衬底到等离子体处理室中，所述开口中的每一个都具有大于约 10:1的高度比横向尺寸的深宽比。该方法还包括：使包括基于氣的物质或基于氨的物质的 第一蚀刻剂朝向所述衬底流动；W及施加第一偏置功率到所述等离子体处理室，W产生所 述第一蚀刻剂的等离子体，从而去除所述高深宽比开口中的氧化娃。该方法还包括：使包括 基于氨的物质的第二蚀刻剂朝向所述衬底流动；W及施加源功率和第二偏置功率到所述等 离子体处理室，W产生所述第二蚀刻剂的等离子体，从而去除所述高深宽比开口中的娃。在 一些实施方案中，所述第一蚀刻剂包括基于氨的物质，且所去除的所述氧化娃包括去除本 征的氧化娃。
【附图说明】
[0010] 图1根据一些实施方案示出了包括等离子体处理室的实施例的示意图，等离子体 处理室被配备来提供源功率和偏置功率。
[0011] 图2根据一些实施方案示出了下游等离子体装置的实施例的示意图。
[0012] 图3根据一些实施方案示出了多站式处理工具的实施例的示意图。
[0013] 图4A示出了器件结构的一个实施例的横截面示意图，该器件结构具有由多个垂 直结构限定的多个高深宽比开口。
[0014] 图4B示出图4A中的横截面示意图的放大图，其示出了在高深宽比开口的其中之 一中的娃层上方的氧化物层。
[0015] 图5示出了一种清洁具有多个高深宽比开口的衬底的方法的示范性流程图。
[0016] 图6A-6C示出了图解纯&等离子体的多晶娃蚀刻速率与溫度、压强W及源功率的 函数关系的曲线图。
[0017] 图7A-7B示出了图解H2/NF3等离子体的多晶娃蚀刻速率与溫度W及压强的函数关 系的曲线图。
[001引图8示出了具有交替的氧化娃层和氮化娃层的垂直结构的TEM图像。
[0019] 图9A示出了具有娃层上方的氧化物层的高深宽比开口的TEM图像。
[0020] 图9B示出了氧化物层和娃层被去除的高深宽比开口的TEM图像。 阳02U 图10A-10C示出了在娃层去除期间，针对不同的源功率：偏置功率比，具有不同的 蚀刻轮廓的高深宽比开口的TEM图像。
[0022] 图11示出了图解当使用源功率和偏压功率两者时，多晶娃蚀刻速率与溫度的函 数关系的曲线图。
[002引图12A-12B示出了在娃层去除期间，针对不同的溫度，具有不同的蚀刻轮廓的高 深宽比开口的TEM图像。
【具体实施方式】 引言
[0024] 在W下描述中，阐述了许多具体细节W便提供对本发明的透彻理解。然而，本发明 的构思可W在没有运些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其它情况下，未详细描 述公知的工艺W免不必要地使本发明的构思难W理解。尽管将会结合具体的详细实施方式 描述一些构思，但是应当理解，运些实施方式并不旨在进行限制。
[0025] 清洁高深宽比触点的常规方法可能是高度复杂和昂贵的。一种运样的常规方法可 能设及湿法蚀刻工艺。然而，使用湿蚀刻剂去除触点底部的氧化物可W是昂贵的，可能会造 成严重的安全问题，有可能无法相对于其它材料获得高的选择性，可能会导致额外暴露于 环境条件而使本征氧化物再生长，并且对于设及高深宽比特征的设备可能是有问题的。 [00%] 例如，对于具有高深宽比特征的设备的湿法方法可W设及一系列的湿法蚀刻工 艺。高深宽比特征可能包括形成在触点底部的具有氧化物和受损的娃的高深宽比触点，高 深宽比触点在ONON叠层的垂直结构之间。触点底部的氧化物可W首先用稀HF溶液去除， 接着通过另一个湿法蚀刻步骤来去除受损的娃。然而，由于湿法蚀刻工艺缺乏方向性，因此 稀释HF的暴露自然损害了通过横向凹进到氧化物层中的ONON叠层的氧化物侧壁。运个步 骤是有问题的，因为它沿ONON叠层的侧壁形成"波状起伏"。由于运种波状起伏，衬底会经 受另一湿法蚀刻步骤，该湿法蚀刻步骤使ONON叠层的氮化物层横向凹进，W试图拉直ONON 侧壁。氧化物和氮化物修整步骤可能要重复多次，W完全拉直ONON侧壁。该系列的湿法蚀 刻步骤可能是复杂的、耗时的和昂贵的。
[0027] 一种替代湿法蚀刻工艺的方案可W是干法蚀刻工艺。干法蚀刻工艺可W包括基于 等离子体的方法来去除氧化物，并去除在触点底部的受损/非晶娃。一种基于等离子体的 方法可W使用基于氣的蚀刻剂，如S氣化氮（NFs)、氨和S氣化氮的混合物（NH3/NF3)、或氨 和=氣化氮的混合物（H2/NF3)。但是，干法蚀刻工艺会面临不同的挑战，其中的一些描述如 下。
[0028] 触点的高深宽比的性质可能会对等离子体中产生的到达触点底部的活性物质造 成耐迁移性的问题。根据活性物质的大小的不同，接近触点的底部，活性物质的浓度更可能 耗尽。其结果是，在触点底部的氧化物、受损/非晶娃和其它污染物的去除效率可能会更 低，并且完全从触点底部去除它们可能是极具挑战性的。
[0029] 基于等离子体的方法可使用基于氣的蚀刻剂W去除在高深宽比开口的底部的氧 化物和受损/非晶娃。通常情况下，基于氣的蚀刻剂有效地去除氧化娃。然而，由于基于氣 的蚀刻剂缺乏选择性，因此它可W容易地与ONON叠层中的氧化娃层和氮化娃层反应。运 意味着，当氧化娃在触点底部被去除时，基于氣的蚀刻剂造成损坏ONON侧壁的高风险。基 于氣的蚀刻剂可W W不同的蚀刻速率攻击ONON叠层中的娃氧化物层和娃氮化物层，从而 导致沿ONON侧壁的波状起伏。此外，基于氣的蚀刻剂在进一步向下穿过所述高深宽比开口 时，其浓度可能会降低。运意味着，基于氣的蚀刻剂在靠近开口的顶部比在开口的底部耗尽 更快，运意味着作为进入高深宽比开口的深度的函数的横向凹进氧化物层和氮化物层的量 会减少。运种现象在ONON侧壁产生锥形，运是不希望有的。此外，基于氣的蚀刻剂在开口 底部的低浓度意味着工艺必须运行相对长的时间段来清洁触点底部。较长时间会进一步提 高破坏ONON侧壁的可能性。目前可用的干法蚀刻剂可W依赖于某些化学物质（NH3/NF3和 H2/NF3)和产生六氣娃酸锭（(NH4)2SiFe)的盐副产物，W便去除在触点底部的氧化物。然而， 如果副产物未完全去除，那么将残余物遗留在高深宽比触点内和周围会损害器件的性能。 遮
[0030] 本公开描述清洁高深宽比触点的方法。该方法包括氧化物击穿步骤和受损/非晶 娃去除步骤。氧化物击穿步骤可使用基于氣的物质，例如NFs等离子体，其中仅使用偏置功 率产生等离子体。在一些实施方案中，其中氧化物击穿步骤包括去除本征氧化娃，等离子体 可包括纯&等离子体。在一些实施方案中，等离子体是在低压条件下。偏置功率和低压提 供等离子体的方向性，使得高深宽比触点的侧壁不被损坏。受损/非晶娃去除步骤使用基 于氨的物质，等离子体诸如纯&等离子体或H 2/NF3等离子体，其中使用源功率和偏置功率 两者产生等离子体。纯&等离子体或H 2/NF3等离子