本申请涉及半导体,特别涉及一种金属氧化物材料刻蚀方法。
背景技术:
1、随着存储器器件关键尺寸的缩小,high-k(高k)材料特别是金属氧化物材料的精细加工需求逐渐增加,如hfo2、al2o3、zro2、ta2o5、tio2等。
2、目前业界干法刻蚀high-k金属氧化物材料常用的icp(感应耦合等离子体,inductively coupled plasma)和ibe(离子束刻蚀,ion beam etching)两种刻蚀方法通常都需要较高的功率,容易造成等离子损伤。
3、high-k金属氧化物主要是用作绝缘栅,防止电流泄漏。在新型磁存储等领域,high-k金属氧化物的厚度可以低至几纳米,因此干法刻蚀过程中产生的微小的刻蚀损伤可能对器件的性能和使用寿命产生深远的影响。
4、因此,如何降低金属氧化物材料的损伤,实现精准可控的刻蚀,是本领域需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、有鉴于此,提供该
技术实现要素:
部分以便以简要的形式介绍构思,这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。该发明内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征,也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
2、本申请的目的在于提供一种金属氧化物材料刻蚀方法,可以降低金属氧化物材料的损伤,实现精准可控的刻蚀。
3、为实现上述目的,本申请有如下技术方案:
4、第一方面,本申请实施例提供了一种金属氧化物材料刻蚀方法,包括:
5、在反应腔室内提供待刻蚀金属氧化物材料;
6、利用还原性气体电离产生的第一等离子体,处理所述待刻蚀金属氧化物材料,以形成金属改性层;
7、利用原子层沉积蚀刻气体电离产生的第二等离子体,刻蚀所述金属改性层,以得到刻蚀后结构。
8、在一种可能的实现方式中,所述待刻蚀金属氧化物材料包括一层金属氧化物材料或多层金属氧化物材料。
9、在一种可能的实现方式中,所述多层金属氧化物材料,包括:不同金属类型的金属氧化物的叠层和/或不同金属含量的金属氧化物的叠层。
10、在一种可能的实现方式中,所述待刻蚀金属氧化物材料包括hfo2、al2o3、zro2、ta2o5和/或tio2。
11、在一种可能的实现方式中,所述还原性气体包括:nh3、ch4和/或h2。
12、在一种可能的实现方式中,所述蚀刻气体包括:氯基气体和/或氟基气体。
13、在一种可能的实现方式中,所述氯基气体包括:cl2、bcl3和/或sicl4。
14、在一种可能的实现方式中,所述氟基气体包括:chf3、cf4、sf6和/或nf3。
15、在一种可能的实现方式中,在所述利用还原性气体电离产生的第一等离子体,处理所述待刻蚀金属氧化物材料,以形成金属改性层之后,所述利用原子层沉积蚀刻气体电离产生的第二等离子体,刻蚀所述金属改性层,以得到刻蚀后结构之前,还包括:
16、通入惰性气体以吹扫所述反应腔室,去除残留的所述还原性气体。
17、在一种可能的实现方式中,在所述利用原子层沉积蚀刻气体电离产生的第二等离子体,刻蚀所述金属改性层,以得到刻蚀后结构之后,还包括:
18、通入惰性气体以吹扫所述反应腔室,去除残留的所述蚀刻气体。
19、在一种可能的实现方式中,所述惰性气体的进气量占总进气量的(0%,80%]。
20、在一种可能的实现方式中,所述反应腔室的压力大于或等于5mt,且小于或等于80mt。
21、在一种可能的实现方式中,在所述利用还原性气体电离产生的第一等离子体之前,还包括:
22、利用电感耦合等离子体机台的激励射频电源,将所述还原性气体电离为所述第一等离子体;将所述还原性气体电离为所述第一等离子体时的所述电感耦合等离子体机台的上射频功率使用范围为[50w,800w],所述电感耦合等离子体机台的下射频功率为0w。
23、在一种可能的实现方式中,在所述形成金属改性层之后,所述利用原子层沉积蚀刻气体电离产生的第二等离子体之前,还包括:
24、利用电感耦合等离子体机台的激励射频电源,将所述蚀刻气体电离为所述第二等离子体;将所述蚀刻气体电离为所述第二等离子体时的所述电感耦合等离子体机台的上射频功率使用范围为[200w,1200w],所述电感耦合等离子体机台的下射频功率使用范围为[0w,500w]。
25、在一种可能的实现方式中,在得到所述刻蚀后结构后,还包括:
26、对所述刻蚀后结构进行平坦化以得到平坦化结构;所述平坦化结构粗糙度小于0.5nm。
27、在一种可能的实现方式中,所述还原性气体和所述蚀刻气体的气体流量大小为100sccm。
28、在一种可能的实现方式中,所述一层金属氧化物材料的厚度为大于或等于1nm,且小于或等于2nm。
29、在一种可能的实现方式中,所述待刻蚀金属氧化物材料包括:高k金属氧化物材料。
30、在一种可能的实现方式中,所述待刻蚀金属氧化物材料表面存在图案化的掩膜层。
31、在一种可能的实现方式中,所述掩膜层材料包括光刻胶、氧化硅、氮化硅和/或金属。
32、与现有技术相比,本申请实施例具有以下有益效果:
33、本申请实施例提供了一种金属氧化物材料刻蚀方法,该方法包括:在反应腔室内提供待刻蚀金属氧化物材料;利用还原性气体电离产生的第一等离子体,处理待刻蚀金属氧化物材料,以形成金属改性层;利用原子层沉积蚀刻气体电离产生的第二等离子体,刻蚀金属改性层和待刻蚀金属氧化物材料,以得到刻蚀后结构。从而本申请通过形成还原金属改性层,原子层刻蚀金属改性层,能够将刻蚀精确控制到数个原子层的厚度,仅对改性层进行选择性的去除,并将下面延迟未经改性的材料暴露出来,以此达到了刻蚀暴露表面的损伤控制,及电学性能的大幅提升。
1.一种金属氧化物材料刻蚀方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述待刻蚀金属氧化物材料包括一层金属氧化物材料或多层金属氧化物材料。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述多层金属氧化物材料,包括:不同金属类型的金属氧化物的叠层和/或不同金属含量的金属氧化物的叠层。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述待刻蚀金属氧化物材料包括hfo2、al2o3、zro2、ta2o5和/或tio2。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述还原性气体包括:nh3、ch4和/或h2。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述蚀刻气体包括:氯基气体和/或氟基气体。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述氯基气体包括:cl2、bcl3和/或sicl4。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述氟基气体包括:chf3、cf4、sf6和/或nf3。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述利用还原性气体电离产生的第一等离子体,处理所述待刻蚀金属氧化物材料,以形成金属改性层之后,所述利用原子层沉积蚀刻气体电离产生的第二等离子体,刻蚀所述金属改性层,以得到刻蚀后结构之前,还包括:
10.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,在所述利用原子层沉积蚀刻气体电离产生的第二等离子体,刻蚀所述金属改性层,以得到刻蚀后结构之后,还包括:
11.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述惰性气体的进气量占总进气量的(0%,80%]。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述反应腔室的压力大于或等于5mt,且小于或等于80mt。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述利用还原性气体电离产生的第一等离子体之前,还包括:
14.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述形成金属改性层之后,所述利用原子层沉积蚀刻气体电离产生的第二等离子体之前,还包括:
15.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在得到所述刻蚀后结构后,还包括:
16.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述还原性气体和所述蚀刻气体的气体流量大小为100sccm。
17.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述一层金属氧化物材料的厚度为大于或等于1nm,且小于或等于2nm。
18.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述待刻蚀金属氧化物材料包括:高k金属氧化物材料。
19.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述待刻蚀金属氧化物材料表面存在图案化的掩膜层。
20.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述掩膜层材料包括光刻胶、氧化硅、氮化硅和/或金属。