阅读说明：本技术 氧化钇薄膜的形成方法及系统 (Method and system for forming yttrium oxide film ) 是由 周娜 高建峰 李俊杰 杨涛 李俊峰 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本申请涉及半导体技术领域,具体涉及一种氧化钇薄膜的形成方法及系统,氧化钇薄膜形成在衬底上,包括以下步骤：图形化氧化钇薄膜；至少进行一次刻蚀工艺；所述刻蚀工艺包括以下步骤：采用含氯气体对所述氧化钇薄膜进行各向异性干法刻蚀；进行湿法处理；干燥。(The application relates to the technical field of semiconductors, in particular to a method and a system for forming an yttrium oxide film, wherein the yttrium oxide film is formed on a substrate, and the method comprises the following steps: patterning the yttrium oxide film; carrying out at least one etching process; the etching process comprises the following steps: carrying out anisotropic dry etching on the yttrium oxide film by adopting chlorine-containing gas; carrying out wet processing; and (5) drying.)

氧化钇薄膜的形成方法及系统

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种氧化钇薄膜的形成方法及系统。

背景技术

铁电存储器(FRAM，ferroelectric RAM)是一种随机存取存储器，它将动态随机存取存储器(DRAM)的快速读取和写入访问性能与在电源关掉后保留数据能力(就像其他稳定的存储设备一样，如只读存储器和闪存)结合起来。由于它能在非常低的电能需求下快速地存储，它有望在消费者的小型设备中得到广泛地应用，比如个人数字助理(PDA)、手机、功率表、智能卡以及安全系统。

在铁电存储器中,作为绝缘层的氧化硅的介电常数较小(约3.9)目前已经不能满足器件的需求,因此采用更高介电常数的材料是现在器件研究的关键点。在众多高介电材料中,Y₂O₃材料具有很高的介电常数(约18),优良的化学稳定性以及对氧具有很好的亲和力。这些特性让Y₂O₃材料在铁电存储器的应用中具有极大的潜力。然而，Y₂O₃是一种极难刻蚀的薄膜材料，如何对其进行精确的各向异性刻蚀是目前面临的一大难题。

发明内容

本申请至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题。为此，本申请提出一种氧化钇薄膜的形成方法及系统，实现了氧化钇薄膜精确的各向异性刻蚀。

为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种氧化钇薄膜的形成方法，所述氧化钇薄膜形成在衬底上，包括以下步骤：

图形化氧化钇薄膜；

至少进行一次刻蚀工艺；所述刻蚀工艺包括以下步骤：

采用含氯气体对所述氧化钇薄膜进行各向异性干法刻蚀；进行湿法处理；干燥。

本申请第二方面提供了一种氧化钇薄膜刻蚀系统，包括:

第一预抽真空室，用于放置图形化氧化钇薄膜晶片；

校准器，用于对图形化的氧化钇薄膜晶片进行定位；

第一传输装置，用于将定位后的晶片传入干法刻蚀腔；

干法刻蚀腔，用于采用含氯气体对定位后的晶片进行各向异性干法刻蚀；

第二传输装置，用于将完成各向异性干法刻蚀的晶片传入湿法清洗甩干腔；

湿法清洗甩干腔，用于对氧化钇薄膜表面生成的氯化钇薄膜进行清除甩干；

第三传输装置，用于将清除甩干的晶片传入第二预抽真空室待取出。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本申请一个实施例中氧化钇薄膜的形成方法的流程图；

图2示出了在衬底上形成氧化钇薄膜后的结构示意图；

图3示出了在图2所示的结构上图形化氧化钇薄膜后的结构示意图；

图4示出了在图3所示的结构上进行各向异性干法刻蚀后的结构示意图；

图5示出了在图4所示的结构上洗掉氧化钇薄膜的刻蚀位置以及光刻胶的表面生成氯化钇薄膜后的结构示意图；

图6示出了在图5示出的结构上继续使用含氯气体刻蚀氧化钇薄膜后的结构示意图；

图7示出了在图6示出的结构上洗掉氧化钇薄膜的刻蚀位置以及光刻胶的表面生成氯化钇薄膜后的结构示意图；

图8示出了对图7的结构去除氧化钇薄膜上的光刻胶后的结构示意图；

图9示出了本申请一个实施例中氧化钇薄膜的刻蚀系统的结构示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

请参照图1-2，本申请的第一方面提供了一种氧化钇薄膜的形成方法，采用磁控溅射、原子层沉积或者电子束蒸发再氧化方式在衬底10上形成氧化钇薄膜11，具体地，衬底10可以为单晶硅，但是本实施例不因此为限制，衬底10还可以是体硅半导体衬底、绝缘体上硅(SOI)半导体衬底、锗半导体衬底、绝缘体上锗(GOI)半导体衬底、硅锗半导体衬底、III-V族化合物半导体半导体衬底或通过执行选择性外延生长(SEG)获得的外延薄膜半导体衬底。

在本实施例中，氧化钇薄膜的形成方法包括以下步骤：

使用直接光刻工艺或者电子束光刻的工艺图案化氧化钇薄膜11，具体地，如图3所示，在本实施例中，使用直接光刻的工艺图案化氧化钇薄膜11，即在氧化钇薄膜11表面形成光刻胶12，以暴露氧化钇薄膜11的刻蚀位置。

接着，如图4所示，采用含氯气体对氧化钇薄膜11进行各向异性干法刻蚀，具体地，含氯气体与氧化钇薄膜11反应，在氧化钇薄膜11的刻蚀位置以及光刻胶12的表面生成氯化钇薄膜13。

将待进行各向异性干法刻蚀的氧化钇薄膜放置在干法刻蚀腔内，其中，干法刻蚀腔内的压力为1-100mT，干法刻蚀腔内上电极功率范围100-5000W，干法刻蚀腔内下电极功率为0-1000W。

优选地，干法刻蚀装置的上电极功率范围500-2500W，过低的上电极功率不利于含氯气体的电离，而过高的功率并不能增加氯等离子体的浓度会造成能量上的浪费。

优选地，干法刻蚀装置的下电极功率为0-500W，过高的下电极功率会使反应粒子能量过高,造成衬底的损伤。

此外，含氯气体包括氯基气体和辅助气体，辅助气体可以改变干法刻蚀腔内刻蚀气体的浓度和分布，从而影响刻蚀速率和均匀性。具体地，辅助气体选自He、Ar、BCl₃或N₂，氯基气体选自Cl₂、CCl₄或SiCl₄，控制各向异性干法刻蚀氧化钇薄膜的速率在0.5-50nm/min。

接着，如图5所示，使用去离子水浸泡氧化钇薄膜11的刻蚀位置以及光刻胶12的表面生成的氯化钇薄膜,然后再使用去离子水清洗掉氧化钇薄膜11的刻蚀位置以及光刻胶12的表面生成氯化钇薄膜13，随后通过甩干对其进行干燥处理。

接着，如图6-7所示，多次循环如图4-5所示的刻蚀工艺，具体地，在本实施例中，执行2次如图4-5所示的刻蚀工艺，即继续使用含氯气体刻蚀氧化钇薄膜11，并使用去离子水清洗掉氧化钇薄膜11的刻蚀位置以及光刻胶12的表面生成氯化钇薄膜13,随后甩干，直到将氧化钇薄膜11刻蚀到目标深度。

需要说明的是，在本申请的一些实施例中，可以执行1次如图4-5所示的刻蚀工艺即可将氧化钇薄膜11刻蚀到目标深度，当然也可以执行2、3、4次等等来将氧化钇薄膜11刻蚀到目标深度，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。

接着，如图8所示，去除氧化钇薄膜11上的光刻胶12，即完成氧化钇薄膜11的刻蚀。

本申请的第二方面提供了一种氧化钇薄膜的刻蚀系统，氧化钇薄膜形成在衬底上，如图9所示，氧化钇薄膜的刻蚀系统200包括:

第一预抽真空室20，用于放置图形化氧化钇薄膜晶片；校准器21，用于对图形化的氧化钇薄膜晶片进行定位；第一真空/大气传输装置22，用于将定位后的晶片传入干法刻蚀腔；干法刻蚀腔23，用于采用含氯气体对定位后的晶片进行各向异性干法刻蚀；第二真空/大气传输装置24，用于将完成各向异性干法刻蚀的器件传入湿法清洗甩干腔；湿法清洗甩干腔25，用于对氧化钇薄膜表面生成的氯化钇薄膜进行清除甩干；第三真空/大气传输装置26，用于将清除甩干的晶片传回第二预抽真空室27待取出。机械手28，用于夹取第一预抽真空室20、校准器21、第二预抽真空室27内的晶片。

本实施例中的刻蚀系统将干法刻蚀腔23和湿法清洗甩干腔25集成在一个平台上，这样氧化钇薄膜可以循环进行干法刻蚀、湿法清洗甩干工艺，从而保证精确的各向异性刻蚀。

在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。