用于蚀刻用于半导体应用的材料层的方法与流程

用于蚀刻用于半导体应用的材料层的方法
1.背景
2.领域
3.本公开内容的多个实施方式一般涉及用于蚀刻材料层的方法，并且更具体地涉及在半导体应用中使用循环蚀刻和沉积处理在基板中蚀刻材料层的方法。
4.相关技术描述
5.对于半导体装置的下一代超大规模集成电路(vlsi)和极大规模集成电路(ulsi)而言，可靠地产生半亚微米和更小的特征是关键的技术挑战之一。然而，随着电路技术的极限推进，vlsi和ulsi互连技术的不断缩小尺寸已对处理能力提出了额外的要求。在基板上可靠地形成栅极结构对于vlsi和ulsi的成功和对于提高电路密度和单个基板和晶粒(die)的质量的持续努力很重要。
6.图案化掩模(诸如光刻胶层)通常用于通过蚀刻处理在基板上形成结构(诸如栅极结构、浅槽隔离(sti)、咬合线(bite line)和类似结构)。常规地，通过使用平板印刷处理将具有期望的临界尺寸的图案光学转移到光刻胶层上来制造图案化的掩模。接着显影光刻胶层以移除不期望的光刻胶部分，因而在剩余的光刻胶中创建开口。
7.为了使得能够制造下一代装置和结构，经常利用半导体晶片的三维(3d)堆叠物来提高晶体管的效能。通过以三维尺寸代替传统的二维尺寸布置晶体管，可将多个晶体管彼此非常靠近地放置在集成电路(ic)中。半导体晶片的三维(3d)堆叠物可缩短导线(wire)长度并保持较低的布线延迟(wiring delay)。然而，半导体晶片的三维(3d)堆叠物的设计经常进一步将结构的几何极限推向技术极限，对于制造具有高深宽比的小临界尺寸结构的精确处理控制的需求变得越来越重要。蚀刻处理期间的不良处理控制将导致不规则的结构轮廓和线边缘粗糙度，因而导致形成的结构的不良线完整性。另外，在蚀刻期间形成的蚀刻副产物的不规则轮廓和生长可能逐渐堵塞用来制造小的临界尺寸结构的小开口，从而导致蚀刻结构的弯曲(bowed)、畸变(distorted)、倾斜(toppled)或扭曲(twisted)的轮廓。
8.因此，存在有可通过精确的处理和轮廓控制来蚀刻具有高深宽比的材料层的改进的方法和设备的需求。


技术实现要素：

9.本公开内容的多个实施方式提供了一种用于通过循环蚀刻和沉积处理来蚀刻材料层的设备和方法。一种用于在基板上蚀刻材料层的方法包括以下步骤：(a)在蚀刻腔室中蚀刻基板上的材料层的至少一部分，以在材料层中形成具有底表面和侧壁的开口特征，(b)由包含至少一种含碳氟气体的保护层气体混合物在开口特征的侧壁和底表面上形成保护层，(c)选择性地从包含含碳氟气体的底表面开口气体混合物移除在开口特征的底表面上形成的保护层，和(d)从开口特征的底表面连续蚀刻材料层，直到达到开口特征的期望深度。
10.在另一个实施方式中，一种用于在基板上蚀刻材料层的方法包括一种用于在基板上蚀刻材料层的方法包括以下步骤：(a)供应初步蚀刻气体混合物以蚀刻设置在处理腔室
中的基板上的材料层的一部分，以在材料层中形成开口特征，(b)供应保护层沉积气体混合物，以在开口特征的侧壁和底表面上形成保护层，其中保护层沉积气体混合物包含含碳氟气体，(c)供应底表面开口气体混合物以选择性地移除形成在开口特征的底表面上的保护层，其中底表面开口气体混合物包含含碳氟气体和含卤素气体，和(d)供应主要蚀刻气体混合物，以继续从开口特征的底表面蚀刻材料层，直到达到开口特征的期望深度，其中主要气体混合物包含含碳氟气体和含卤素气体。
11.在又一个实施方式中，一种用于在基板上蚀刻材料层的方法包括以下步骤：(a)施加第一rf偏压功率以蚀刻在蚀刻腔室中的基板上的材料层的至少一部分，以在材料层中形成具有底表面和侧壁的开口特征，(b)在包含含碳氟气体的第一气体混合物中施加第二rf偏压功率，以在开口特征的侧壁和底表面上形成保护层，其中第二rf偏压功率大于第一rf偏压功率，(c)在包含含碳氟气体的第二气体混合物中施加第三rf偏压功率，以选择性地移除形成在开口特征的底表面上的保护层，其中第三rf偏压功率大于第二rf偏压功率，和(d)从开口特征的底表面连续蚀刻材料层，直到达到开口特征的期望深度。
附图说明
12.因此，为了可详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可通过参考多个实施方式来获得上面简要概述的本公开内容的更详细的描述，其中一些实施方式显示在附图中。然而，应当注意，附图仅显示了本公开内容的多个典型实施方式，并且因此不应被认为是对本公开内容范围的限制，因为本公开内容可允许其他多个等效的实施方式。
13.图1描绘了根据本公开内容的一个实施方式的用来执行蚀刻处理的设备；
14.图2描绘了根据本公开内容的一个实施方式的用于使用循环蚀刻处理执行蚀刻处理的方法的流程图；和
15.图3a-图3f描绘了根据本公开内容的一个实施方式的用于蚀刻在图2的方法上形成的材料层的顺序的一个实施方式。
16.为了便于理解，在可能的情况下使用了相同的附图标记来表示图中共有的相同元件。可预期的是，一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他多个实施方式中，而无需进一步叙述。
17.然而，应注意的是，附图仅显示了本公开内容的多个示例性实施方式，并且因此不应被认为是对本公开内容范围的限制，因为本公开内容可允许多个其他等效的实施方式。
具体实施方式
18.本公开内容提供了用于蚀刻在用于半导体装置的基板上或基板中形成的用于高深宽比特征的材料层的方法。在一个实施方式中，蚀刻处理可使用循环蚀刻和沉积处理来蚀刻基板，同时根据需要形成保护层。可利用蚀刻和沉积处理的多个循环来控制蚀刻轮廓并且将特征转移到基板或设置在基板上的材料层。
19.图1是处理腔室100的一个实施方式的截面图，处理腔室100适用于执行蚀刻处理，以使用循环蚀刻和沉积处理来蚀刻基板上的材料层。可适于与本文公开的教示一起使用的合适的处理腔室包括(例如)可从加州圣克拉拉市的应用材料公司获得的改进的处理腔室。尽管处理腔室100显示为包括能够实现优异的蚀刻和沉积效能的
多个特征，然而可想到，其他处理腔室可适于从本文公开的一个或多个特征受益。
20.处理腔室100包括封闭内部空间106的腔室主体102和盖104。腔室主体102由铝、不锈钢或其他合适的材料制成。腔室主体102一般包括侧壁108和底部110。基板支撑基座进出(access)端口(未显示)一般界定在侧壁108中，并且通过狭缝阀选择性地密封，以促进基板101从处理腔室100进出。排气端口126界定在腔室主体102中并将内部空间106耦接到泵系统128。泵系统128一般包括一个或多个泵和节流阀，用来抽空(evacuate)和调节处理腔室100的内部空间106的压强。在一个实施方式中，泵系统128将内部空间106内侧的压强维持在通常在约10mtorr至约500torr之间的操作压强下。
21.盖104被密封地支撑在腔室主体102的侧壁108上。盖104可被打开以允许超过(excess)处理腔室100的内部空间106。盖104包括有助于光学处理监视的窗142。在一个实施方式中，窗142由石英或其他合适的材料构成，合适的材料可透射(transmissive)安装在处理腔室100外侧的光学监视系统140所利用的信号。
22.光学监视系统140定位成通过窗142观察腔室主体102的内部空间106和/或位于基板支撑基座组件148上的基板101的至少一个。在一个实施方式中，光学监视系统140耦合到盖104，并促进使用光学计量学(metrology)的整合沉积处理，以根据需要提供使得能够进行处理调整以补偿传入的基板图案特征不一致(诸如厚度和类似特征)的信息、提供处理状态监视(诸如等离子体监视、温度监视和类似监视)。可适于从本公开内容受益的一种光学监视系统是可从加州圣克拉拉市的应用材料公司获得的全光谱干涉计量模块。
23.气体面板158耦接到处理腔室100，以向内部空间106提供处理和/或清洁气体。在图1所描绘的实施方式中，入口端口132’、132”设置在盖104中，以允许气体从气体面板158输送到处理腔室100的内部空间106。在一个实施方式中，气体面板158适于通过入口端口132’、132”提供氟化的处理气体并进入处理腔室100的内部空间106中。在一个实施方式中，从气体面板158提供的处理气体至少包括氟化气体、氯气和含碳气体、氧气、含氮气体和含氯气体。氟化气体和含碳气体的示例包括chf3、ch2f2和cf4。其他氟化气体可包括c2f、c4f6、c3f8和c5f8的一种或多种。含氧气体的示例包括o2、co2、co、n2o、no2、o3、h2o和类似物质。含氮气体的示例包括n2、nh3、n2o、no2和类似物质。含氯气体的示例包括hcl、cl2、ccl4、chcl3、ch2cl2、ch3cl和类似物质。含碳气体的合适示例包括甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)、乙烯(c2h4)和类似物质。
24.喷头组件130耦接至盖104的内表面114。喷头组件130包括多个孔，多个孔允许气体以正在处理腔室100中处理的基板101的整个表面上的预定分布方式，从入口端口132’、132”流经喷头组件130进入处理腔室100的内部空间106中。
25.远程等离子体源177可任选地耦合到气体面板158，以促进气体混合物在进入内部空间106进行处理之前与远程等离子体分离。rf源功率143通过匹配网络141耦合至喷头组件130。rf源功率143通常能够以从约50khz至约200mhz范围中的可调谐的频率产生高达约3000w。
26.喷头组件130还包括可透射光学计量信号的区域。光学透射区域或通道138适合于允许光学监视系统140查看内部空间106和/或定位在基板支撑基座组件148上的基板101。通道138可以是材料、孔或在喷头组件130中形成或设置的多个孔，通道138基本上透射由光学监视系统140产生并反射回光学监视系统140的能量的波长。在一个实施方式中，通道138
包括窗142，以防止气体通过通道138泄漏。窗142可以是蓝宝石板、石英板或其他合适的材料。窗142可替代地设置在盖104中。
27.在一个实施方式中，喷头组件130构造有多个区，多个区允许单独控制流入处理腔室100的内部空间106中的气体。在图1的实施方式中，喷头组件130作为通过分开的入口端口132’、132”分别耦接到气体面板158的内部区域134和外部区域136。
28.基板支撑基座组件148设置在处理腔室100的内部空间106中，在气体分配(喷头)组件130下方。基板支撑基座组件148在处理期间保持基板101。基板支撑基座组件148通常包括穿过基板支撑基座组件148设置的多个升降杆((lift pin)未显示)，升降杆构造为从基板支撑基座组件148提升基板101，并便于以常规方式与机器人(未显示)交换基板101。内衬(inner liner)118可紧密地包围基板支撑基座组件148的外围。
29.在一个实施方式中，基板支撑基座组件148包括安装板162、底座164和静电吸盘166。安装板162耦接到腔室主体102的底部110，包括用于将设施(诸如流体(fluid)、功率线和传感器引线等)布线(route)到底座164和静电吸盘166的通道。静电吸盘166包含至少一个夹持电极180，夹持电极180用于将基板101保持在喷头组件130下方。静电吸盘166由吸附功率源182驱动，以产生将基板101保持到吸附表面的静电力，如常规已知的那样。替代地，可通过夹持、真空或重力而将基板101保持到基板支撑基座组件148。
30.底座164或静电吸盘166的至少一个可包括至少一个任选的嵌入式加热器176、至少一个任选的嵌入式隔离器174和多个导管168、170，以控制基板支撑基座组件148的横向温度轮廓(lateral temperature profile)。导管168、170流体地耦合到流体源172，流体源172使温度调节流体循环通过流体源172。加热器176由功率源178调节。利用导管168、170和加热器176控制底座164的温度，从而加热和/或冷却静电吸盘166，并最终加热和/或冷却设置在静电吸盘166上的基板101的温度轮廓。可使用多个温度传感器190、192来监视静电吸盘166和底座164的温度。静电吸盘166可进一步包含形成在吸盘166的基板支撑基座支撑表面中并且流体地耦合到热传送(或背侧)气体(诸如he)源的多个气体通道(未显示)，诸如槽。在操作中，将背侧气体以受控的压强提供到气体通道中，以增强在静电吸盘166与基板101之间的热传送。
31.在一个实施方式中，基板支撑基座组件148构造为阴极，并包括耦合到多个rf功率偏压源184、186的电极180。rf偏压功率源184、186耦合在电极180和另一个电极(诸如喷头组件130或腔室主体102的顶板(ceiling)(盖104))之间，电极180设置在基板支撑基座组件148中。rf偏压功率激发并维持由设置在腔室主体102的处理区域中的气体所形成的等离子体放电。
32.在图1所描绘的实施方式中，双rf偏压功率源184、186通过匹配电路188耦合到设置在基板支撑基座组件148中的电极180。rf偏压功率184、186产生的信号经过单次馈送通过匹配电路188输送到基板支撑基座组件148，以离子化提供在等离子体处理腔室100中的气体混合物，从而提供执行沉积或其他等离子体增强处理所需的离子能量。rf偏压功率源184、186一般能够产生具有从约50khz到约200mhz的频率和在约0瓦与约5000瓦之间的功率的rf信号。附加的偏压功率源189可耦合到电极180以控制等离子体的特性。
33.在一种操作模式中，将基板101设置在等离子体处理腔室100中的基板支撑基座组件148上。将处理气体和/或气体混合物从气体面板158通过喷头组件130引入腔室主体102
中。真空泵系统128维持腔室主体102内侧的压强，同时移除沉积副产物。
34.控制器150耦合到处理腔室100以控制处理腔室100的操作。控制器150包括用来控制处理顺序并调节来自气体面板158的气流的中央处理单元(cpu)152、存储器154和支持电路156。cpu 152可以是可在工业环境中使用的任何形式的通用计算机处理器。软件例程可储存在存储器154中，诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘驱动器，或其他形式的数字储存器。支持电路156常规地耦合到cpu 152，并且可包括缓存、时钟电路、输入/输出系统、功率供应器和类似电路。在控制器150与处理系统100的各个部件之间的双向通信通过许多信号缆线来处理。
35.图2是可在腔室100或其他合适的处理腔室中实施的蚀刻处理200的一个实施方式的流程图。图3a-图3f是对应于处理200的各个阶段的复合基板101的一部分的示意横截面图。处理200可用来形成用于半导体装置的结构的高深宽比的特征，如，大于10：1，诸如大于20：1。替代地，可根据需要有利地利用处理200来蚀刻其他类型的结构。
36.处理200在操作202处通过将基板(诸如基板101)传送(即，提供)到蚀刻处理腔室(诸如图1中所描绘的蚀刻腔室100)而开始。基板101可具有基本上平坦表面、不平坦表面或具有在表面上形成的结构的基本上平坦的表面。在图3a所描绘的实施方式中，基板101具有设置在材料层302上的图案化的掩模层304。在一个实施方式中，材料层302可用来形成栅极结构、浅槽隔离(sti)结构、前端或后端处理中的接触结构或互连结构。在一个实施方式中，方法200可在材料层302上执行，以在材料层302中形成特征和/或沟道。在一些实施方式中，材料层302可以是基板101的一部分，使得所执行的蚀刻处理根据需要形成沟道/特征到基板101中。基板101可以是诸如结晶硅(如，si《100》或si《111》)、氧化硅、应变硅、硅锗、掺杂或未掺杂的多晶硅、掺杂或未掺杂的硅晶片和图案化或非图案化晶片绝缘体上硅(soi)、碳掺杂的氧化硅、氮化硅、掺杂的硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石的材料。基板102可具有各种尺寸，诸如200mm、300mm、450mm或其他直径的晶片，以及矩形或正方形面板。除非另有说明，否则本文描述的多个实施方式和示例在具有200mm直径、300mm直径或450mm直径的基板的基板上进行。在其中soi结构用于基板101的实施方式中，基板101可包括设置在硅晶体基板上的包埋(buried)介电层。在本文描绘的实施方式中，基板101可以是晶体硅基板。
37.在一个实施方式中，材料层302是含硅材料层。图案化的掩模层304具有开口特征306，开口特征306暴露材料层302的部分308以进行蚀刻。在一个实施方式中，掩模层304可以是硬模、光刻胶掩模或它们的组合。掩模层304中的开口特征306用作蚀刻掩模，以在材料层302中形成具有期望的深宽比的开口特征360(如图3b所示)。本文描述的开口特征360可包括沟道、过孔(via)、开口和类似特征。在一个实施方式中，掩模层304可以是选自由硅、氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、碳化硅、非晶碳和它们的组合所组成的群组的材料。在本文描绘的示例性实施方式中，掩模层304是氧化硅层。在一些实施方式中，掩模层304可以是图案化的光刻胶层(诸如平板印刷图案化的掩模)或由其他材料制成。光刻胶层可以是正性光刻胶、负性光刻胶、uv平板印刷光刻胶、i线光刻胶、电子束阻剂(例如，化学放大阻剂(car))或其他合适的光刻胶。在又一个实施方式中，掩模层304可以是设置在硬掩模层上的光刻胶层的组合。
38.材料层302可以是含硅材料。材料层302可包括多层、复合层或单层。用于含硅材料的合适材料包括未掺杂的晶体硅、非晶硅、多晶硅、微晶硅、掺杂的晶体硅材料和它们的组
合。材料层302也可以是包括氧化硅/氮化硅和多晶硅的复合层。在本文描绘的示例性实施方式中，材料层302是硅材料。在一些实施方式中，材料层302可根据需要是基板101的一部分。
39.在操作204处，如图3b所示，供应初步蚀刻气体混合物以将材料层302蚀刻到预定深度310，以暴露材料层302的一部分312。可通过将初步蚀刻气体混合物与rf源一起供应到处理腔室中，并且在有或没有施加偏压功率到处理腔室的情况下，蚀刻材料层302。因为在这个阶段蚀刻材料层302而没有大量蚀刻副产物累积(如，蚀刻副产物经常随着蚀刻时间的增加而累积)，所以与方法200处的其他蚀刻操作相比，在操作204处供应的初步蚀刻气体混合物将材料层302蚀刻至相对较深的深度。
40.在一个示例中，初步蚀刻气体混合物包括适合于蚀刻含硅材料的任何气体。在一个实施方式中，初步蚀刻气体混合物可包括(但不限于)含卤素气体和含碳氟气体。
41.用于含卤素气体的合适示例包括hbr、氯气(cl2)、三氟化氮(nf3)、六氟化硫气体(sf6)和类似物质。含碳氟气体的合适示例包括四氟化碳(cf4)、c2f4、c4f8、c4f6、chf3、ch2f2、ch3f和类似物质。
42.在一个示例中，初步蚀刻气体混合物包括含卤素气体和含碳氟气体和任选地惰性气体。在一个示例中，初步蚀刻气体混合物包括六氟化物气体(sf6)和c4f8气体。
43.在初步蚀刻气体混合物供应到蚀刻腔室中的同时，调节几个处理参数。在一个实施方式中，在存在初步蚀刻气体混合物的情况下调节腔室压强。在一个示例性实施方式中，蚀刻腔室中的处理压强被调节在约2mtorr至约200mtorr之间，例如，在约40mtorr与约100mtorr之间。可施加rf源和/或偏压功率以维持由第一蚀刻气体混合物形成的等离子体。在一个示例中，在初步蚀刻处理期间可能不提供偏压功率，以便根据需要主要蚀刻处理各向同性。例如，可将在约100瓦至约1500瓦之间的rf源功率施加到电感耦合天线源(antenna source)，以在蚀刻腔室内侧维持等离子体。在供应初步蚀刻气体混合物的同时，施加约小于100瓦的rf偏压功率(当使用时)。初步蚀刻气体混合物可以在约50sccm至约1000sccm之间的流率流入腔室中。基板温度维持在约-20摄氏度至约80摄氏度之间。
44.在一个示例中，连续供应初步蚀刻气体混合物，直到达到预定深度310，从而形成具有深宽比大于10：1，诸如在约15：1与约20：1之间的开口特征360(如，开口、沟道、过孔或孔)。在一个示例中，预定深度310是约15000nm和约25000nm。预定深度310可在要从材料层302蚀刻掉的总深度324(如图3f所示)的约30％与约60％之间，诸如在约40％与约50％之间。
45.在操作206处，在达到预定深度310之后，接着供应保护层沉积气体混合物。接着终止初步蚀刻气体混合物并切换到保护层沉积气体混合物。保护层沉积气体混合物有助于在材料层302上沉积保护层314，从而覆盖开口特征360的侧壁313和底表面312以及掩模层304的顶表面315，如图3c所示。保护层沉积气体混合物至少包括含碳氟气体。来自含碳氟气体的氟元素与来自基板的硅元素反应，同时供应碳元素以与悬空(dangling)硅元素反应，从而在材料层302的暴露表面处形成硅碳材料作为保护层314在整个基板101上。来自含碳氟气体的碳元素也可形成聚合物结构，以与由开口特征360暴露的暴露材料层302的部分(如，多晶硅层)黏附或反应，以形成保护层314。因此保护层314可以是碳聚合物材料、含硅碳材料或它们的组合。保护层314用作钝化层，以在从基板101移除材料层302的剩余部分的同时
保护下面的材料层302不受侵蚀。
46.含碳氟气体的合适示例包括四氟化碳(cf4)、c2f4、c4f8、c4f6、chf3、ch2f2、ch3f和类似物质。在一个特定示例中，保护层沉积气体混合物包括c4f8。根据需要，也可在保护层沉积气体混合物中任选地供应惰性气体(诸如he和ar)。含碳氟气体可以在约50sccm至约2000sccm之间的流率流动。
47.当保护层沉积气体混合物供应到蚀刻腔室中时，调节几个处理参数。在一个实施方式中，在蚀刻腔室内侧存在保护层沉积气体混合物的情况下调节腔室压强。在一个示例性实施方式中，蚀刻腔室中的含氧气体的压强被调节在约2mtorr至约150mtorr之间，例如，在约40mtorr至约100mtorr之间。可施加rf源功率以维持等离子体。例如，可将约200瓦至约1500瓦的rf源功率施加到电感耦合天线源，以在蚀刻腔室内侧维持等离子体。以大于100瓦(诸如大于10瓦，诸如在约5瓦与约50瓦之间)供应rf偏压功率。在操作206处所供应以形成保护层314的rf偏压功率与在操作204处所供应以蚀刻材料层302的rf偏压功率相似或更大。在一个示例中，当供应保护层沉积气体混合物时，rf偏压功率比当在操作204处蚀刻材料层302时所供应的rf偏压功率大了在约10％与约300％之间。
48.所形成的保护层314可在随后的蚀刻处理期间用作保护/钝化层，以便保护膜层的某些位置，诸如开口特征360的侧壁313，因而在蚀刻处理期间改善和增强接口保护，从而允许来自以下操作的活性蚀刻物种向下传播到开口特征360的底表面312，以进行进一步蚀刻，而没有材料层302的侧壁313上的不期望的侵蚀。
49.在操作208处，执行底表面穿透处理以移除开口特征360的底表面312上的保护层314，如图3d所示。底表面穿透处理提供了可向下到达保护层314的底表面的反应性物种，直到基本上移除了开口特征360的底表面312上的保护层314为止。在操作208处执行底表面穿透处理的同时，位于开口特征360的侧壁313上的保护层314基本上维持完整。因此，维持在侧壁313上的保护层314可帮助保护开口特征360的侧壁完整性，同时在随后的蚀刻处理期间增加形成在材料层302中的开口特征360的深宽比。
50.应注意，这种底表面穿透处理也可解释为执行底表面开口处理以蚀刻保护层314的底表面，从而暴露准备被蚀刻的新鲜的下层材料层302，以便保持形成开口特征360，直到达到具有期望深宽比的期望深度为止。
51.在一个实施方式中，通过供应包括含卤素气体和含碳氟气体的一种或多种的底表面蚀刻气体混合物来执行底表面穿透处理。含卤素气体和含碳氟气体可从底表面312和缓地移除保护层314。在一个实施方式中，含碳氟气体的合适示例包括四氟化碳(cf4)、c2f4、c4f8、c4f6、chf3、ch2f2和ch3f。含卤素气体的合适示例包括hbr、氯气(cl2)、三氟化氮(nf3)、六氟化硫气体(sf6)和类似物质。在一个示例中，还可在底表面蚀刻气体混合物中供应惰性气体(诸如he、ar和类似物质)。在一个特定示例中，底表面蚀刻气体混合物包括c4f8气体、sf6和任选地ar气体。
52.在供应底表面蚀刻气体混合物以从底表面312移除保护层314的同时，还可控制几个处理参数。可将处理腔室的压强控制在约20毫托与约200毫托之间，诸如在约40毫托与约100毫托之间。基板温度维持在约-20摄氏度至约100摄氏度之间。可施加rf源功率以维持等离子体。例如，可将约200瓦至约1500瓦的rf源功率施加到电感耦合天线源，以在蚀刻腔室内侧维持等离子体。以大于100瓦供应rf偏压功率。在操作208处所供应以执行的底表面穿
透处理的rf偏压功率大于在操作206所供应以形成保护层314和在操作204处所供应以蚀刻材料层302的rf偏压功率。在一个示例中，当供应底表面穿透处理时的rf偏压功率比在操作206处进行保护层沉积处理和在操作204处蚀刻材料层302的同时所供应的rf偏压功率大了在约5％与约100％之间。
53.可认为，所施加用于rf偏压功率的较大功率级可增加来自底表面蚀刻气体混合物的反应性物种的方向性，并有助于将反应性物种朝底表面312拉引(pull)并加速。因此，反应性物种可到达底部，以从底表面312移除保护层314，而基本上不侵蚀和损坏形成在侧壁313上的保护层314。
54.在操作210处，通过供应主蚀刻气体混合物以继续蚀刻材料层302至第二深度320来执行主蚀刻处理，如图3e所示。主蚀刻气体混合物可与操作204处的初步蚀刻气体混合物相似或相同，以在侧壁由保护层314保护的同时继续蚀刻材料层302。在一个示例中，主蚀刻气体混合物可连续地供应，直到保护层314被消耗并需要补充为止。在另一个示例中，主蚀刻气体混合物可以是用于蚀刻硅层的任何合适的气体。
55.在一个实施方式中，主蚀刻气体混合物可包括(但不限于)含卤素气体和含碳氟气体。含卤素气体的合适示例包括hbr、氯气(cl2)、三氟化氮(nf3)、六氟化硫气体(sf6)和类似物质。含碳氟气体的合适示例包括四氟化碳(cf4)、c2f4、c4f8、c4f6、chf3、ch2f2、ch3f和类似物质。
56.在一个示例中，主蚀刻气体混合物包括含卤素气体和含碳氟气体和任选地惰性气体。在一个示例中，初步蚀刻气体混合物包括六氟化物气体(sf6)和c4f8气体。
57.类似地，在供应主要蚀刻气体混合物时调节的处理参数可与在操作204处供应初步蚀刻气体混合物时调节的处理参数相似或相同。在一个实施方式中，蚀刻腔室中的处理压强在约2mtorr至约100mtorr之间调节。可施加rf源功率以维持由主蚀刻气体混合物形成的等离子体，以蚀刻基板101上的材料层302。例如，可将约150瓦至约1500瓦的rf源功率施加到电感耦合天线源，以在蚀刻腔室内侧维持等离子体。在供应用于蚀刻材料层302的主蚀刻气体混合物的同时，可施加或可不施加rf偏压功率。在一个示例中，在主蚀刻处理期间不施加rf偏压功率。在另一个示例中，可在供应主蚀刻气体混合物以和缓地蚀刻材料层102的同时维持小于100瓦的rf偏压功率。主蚀刻气体混合物可以在约50sccm至约1000sccm之间的流率流动。基板温度维持在约-20摄氏度至约100摄氏度的温度范围内。
58.可连续地供应主蚀刻气体混合物，直到达到预定的处理时间段或者直到保护层314被消耗并且需要补充为止。因此，处理可循环回到操作206，使得可重复执行操作206至操作210，直到达到期望的总/最终深度324，如图3f所示。
59.如图2中的循环212所示，可重复地(即，循环地)执行操作206至210，直到在材料层302中形成特征364的期望目标深度324，如图3f所示。操作206至操作210的每个循环可蚀刻掉材料层302的在7000nm与约10000nm之间的深度。在一个实施方式中，期望的目标深度324可在约30000nm与约45000nm之间，具有大于20：1，诸如在于约30：1与约45：1之间的深宽比。重复的处理可循环地且递增地蚀刻材料层302，而不会过度侵蚀材料层302，同时具有来自保护层314的适当侧壁保护。具有重复沉积和移除材料层302的递增蚀刻改善了特征垂直度并提高了在掩模304与材料层302之间的掩模与特征cd转移的准确度。在一个实施方式中，开口特征364可具有小于1000nm的宽度364。在一个实施方式中，操作204至210可根据需要
重复执行任何次数，诸如根据需要在约3次与约10次之间。
60.因此，通过循环沉积和蚀刻处理提供了用于形成具有高深宽比和小尺寸的特征的方法。循环沉积和蚀刻处理在蚀刻处理期间提供了足够的侧壁沉积/保护。通过这样做，获得了改进的蚀刻处理以获得具有高深宽比和小尺寸的特征。
61.尽管前述内容涉及本公开内容的实施方式，然而在不背离本公开内容的基本范围的情况下，可设计本公开内容的多个其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由所附的的权利要求决定。