本发明涉及一种等离子体蚀刻方法，特别参考一种等离子体蚀刻含添加剂的氮化铝薄膜的方法，所述含添加剂的氮化铝薄膜含有选自钪(sc)、钇(y)或铒(er)的添加剂元素。本发明还涉及一种用于等离子体蚀刻此种类的含添加剂的氮化铝薄膜的相关联设备。
背景技术：
1、氮化铝(aln)及氮化铝钪(alscn)压电装置广泛用于一系列rf技术中，例如体声波(baw)装置、压电微机械超声换能器(pmut)、兰姆(lamb)波轮廓模式谐振器(cmr)、麦克风及传感器。移动电话通常并入有若干个aln及alscn baw装置且更高操作频率的产生需要使用更薄的baw装置。随着公差变得越来越严格且这些装置在电路板上的集成变得越来越复杂，改进更薄装置的压电性能是重大挑战。已知sc的添加改进了baw装置的压电性质。然而，存在与蚀刻alscn相关联的若干个问题，所述问题在高钪含量的情况下尤其麻烦。
2、随着经掺杂aln中的sc百分比增加，当使用标准基于氯(cl2)/氩(ar)的化学物质时，蚀刻速率通常降低。此降低导致alscn对掩模(例如光致抗蚀剂或sio2掩模)的选择性较低，这增加了临界尺寸(cd)并因此导致alscn沟槽内较浅的侧壁角度。控制侧壁轮廓的常见方法包含调整预蚀刻掩模的斜率、改变台板偏置、蚀刻剂气体流量或工艺压力。这些方法通常对较低sc含量的alscn有效，但在较高sc百分比下，蚀刻变得越来越具物理性，从而降低这些方法的整体有效性。对于alyn及alern薄膜观察到类似的效果。
3、alscn蚀刻速率的降低也降低了对金属底层的选择性，从而导致底层损失增加，这可损害例如baw滤波器等一些装置的性能。baw装置的下部电触点通常是钼(mo)、钨(w)或铂(pt)且如果去除过量的金属，那么由于alscn的蚀刻速率降低，触点的电阻将增加，从而导致装置性能降级。增加alscn蚀刻速率的典型改变(例如增加台板偏置或增加cl2流量)最终可对侧壁角度或底层选择性几乎没有影响，或者在一些情形中甚至可加剧所述问题。
4、alscn蚀刻工艺通常包括两个蚀刻步骤。第一步骤是具有高蚀刻速率、对掩模材料的良好选择性、陡峭的侧壁轮廓及最小底脚的主要块体蚀刻工艺。通常80％到85％的材料通过主要蚀刻来蚀刻。第二步骤是软着陆蚀刻步骤，其应对下伏电极具有良好选择性。这通常是低蚀刻速率工艺。由于此工艺通常仅蚀刻15％到20％的材料，因此为了良好选择性，可牺牲蚀刻速率及蚀刻轮廓。
5、为避免疑问，底脚是指在经蚀刻特征的基底处与理想平坦底部表面的不合意偏离。这通常使用经蚀刻特征的sem横截面来测量。底脚是由在经蚀刻特征的基底处接近掩模的区域与远离掩模的区域之间的蚀刻速率差异造成的。图2展示具有及不具有底脚的蚀刻特征的产生。更具体来说，图2(a)展示蚀刻之前的工件。工件包括上面沉积有alscn层201的硅晶片200。在alscn层201上形成掩模202以留下开口203，通过所述开口可蚀刻alscn层。图2(b)展示在蚀刻alscn层201以产生沟槽204之后的工件，所述沟槽具有无底脚的平坦底部基底。图2(c)展示在蚀刻alscn层201以产生沟槽205之后的工件，所述沟槽展现出呈凹形基底轮廓形式的底脚。
技术实现思路
1、本发明在其实施例中的至少一些实施例中寻求解决上述问题中的至少一些问题。
2、根据本发明的第一方面，提供一种等离子体蚀刻含添加剂的氮化铝薄膜的方法，所述含添加剂的氮化铝薄膜含有选自钪(sc)、钇(y)或铒(er)的添加剂元素，所述方法包括以下步骤：
3、将工件放置于等离子体腔室内的衬底支撑件上，所述工件包括上面沉积有含添加剂的氮化铝薄膜的衬底以及安置在所述含添加剂的氮化铝薄膜上的掩模，所述掩模界定至少一个沟槽；
4、用以sccm为单位的bcl3流动速率将bcl3气体引入到所述腔室中；
5、用以sccm为单位的cl2流动速率将cl2气体引入到所述腔室中；
6、用以sccm为单位的惰性稀释气体流动速率将惰性稀释气体引入到所述腔室中；及
7、在所述腔室内建立等离子体以等离子体蚀刻被暴露在所述沟槽内的所述含添加剂的氮化铝薄膜；
8、其中所述惰性稀释气体流动速率和所述bcl3流动速率与所述cl2流动速率的和的比率在0.45:1到0.75:1的范围内，且所述bcl3流动速率与所述cl2流动速率的比率在0.75:1到1.25:1的范围内。
9、以此方式，可减少底脚的问题。
10、所述惰性稀释气体流动速率和所述bcl3流动速率与所述cl2流动速率的所述和的所述比率可在0.48:1到0.6:1的范围内。
11、所述bcl3流动速率与所述cl2流动速率的所述比率可在0.9:1到1.1:1的范围内，任选地在0.95:1到1.05:1的范围内，任选地约1.0:1。
12、所述bcl3流动速率及所述cl2流动速率各自可在20sccm到30sccm的范围内，任选地约25sccm。
13、所述惰性稀释气体流动速率可在20sccm到30sccm的范围内，任选地约25sccm。
14、等离子体蚀刻可在不大于5毫托的腔室内气体压力下执行。
15、可使用在750w到1500w范围内的功率在腔室内建立感应耦合等离子体(icp)。
16、在于腔室内建立等离子体的步骤期间，可将功率在1000w到1500w范围内的rf偏置信号施加到衬底支撑件。
17、本发明的第一方面的方法可作为第一主要等离子体蚀刻步骤执行以蚀刻被暴露在所述沟槽内的所述含添加剂的氮化铝薄膜的大部分，且然后后续接着第二等离子体蚀刻步骤以蚀刻被暴露在所述沟槽内的剩余含添加剂的氮化铝薄膜。本发明的第二方面描述可与本发明的第一方面结合使用的第二等离子体蚀刻步骤。原则上，本发明的第一方面不需要执行此种类的第二等离子体蚀刻步骤。
18、根据本发明的第二方面，提供一种等离子体蚀刻含添加剂的氮化铝薄膜的方法，所述含添加剂的氮化铝薄膜含有选自钪(sc)、钇(y)或铒(er)的添加剂元素，所述方法包括以下步骤：
19、将工件放置于等离子体腔室内的衬底支撑件上，所述工件包括上面安置有金属薄膜的衬底、沉积在所述金属薄膜上的含添加剂的氮化铝薄膜以及安置在所述含添加剂的氮化铝薄膜上的掩模，所述掩模界定至少一个沟槽；
20、执行第一主要等离子体蚀刻步骤，其中将bcl3气体、cl2气体及惰性稀释气体引入到所述腔室中并在所述腔室内建立等离子体以等离子体蚀刻被暴露在所述沟槽内的所述含添加剂的氮化铝薄膜的大部分；及
21、执行第二等离子体蚀刻步骤，其中将bcl3气体及惰性稀释气体引入到所述腔室中但不将cl2气体引入到所述腔室中，且在所述腔室内建立等离子体以等离子体蚀刻被暴露在所述沟槽内的剩余含添加剂的氮化铝薄膜，从而露出所述金属薄膜。
22、以此方式，可实现对金属底层的经改进选择性。选择性可定义为含添加剂的氮化铝薄膜的蚀刻速率/金属薄膜的蚀刻速率。
23、在所述执行第二等离子体蚀刻步骤的步骤期间，可以在50sccm到100sccm范围内、任选地在75sccm到95sccm范围内的bcl3流动速率将所述bcl3气体引入到所述腔室中。
24、在所述第二等离子体蚀刻步骤期间，可以在10sccm到20sccm范围内的惰性稀释气体流动速率将所述惰性稀释气体引入到所述腔室中。
25、在所述第二等离子体蚀刻步骤中，可使用400w至700w范围内的功率在腔室内建立感应耦合等离子体(icp)。
26、在所述第二等离子体蚀刻步骤期间，可将功率在500w到700w范围内的rf偏置信号施加到所述衬底支撑件。
27、所述金属薄膜是钼薄膜。替代地，所述金属薄膜可为钨、钌或铂薄膜。
28、第一等离子体蚀刻步骤及/或第二等离子体蚀刻步骤可在不大于5毫托的腔室内气体压力下执行。
29、本发明的第一方面可用作第一等离子体蚀刻步骤。
30、惰性稀释气体可为氩气。可考虑其它惰性气体，例如其它稀有气体。
31、衬底可为半导体衬底，任选地为硅衬底，例如硅晶片。硅晶片可具有任何适合的直径，例如150mm或200mm直径。
32、所述含添加剂的氮化铝薄膜可为由化学式alxscyn定义的氮化铝钪薄膜，其中x+y＝1。为了避免疑问，此化学式中的金属含量x及y是原子含量。将了解，al的at％是100x且sc的at％是100y。钪含量y可为0.30或更高。钪含量y可为0.35或更高，任选地约0.4。钪含量y可为0.50或更低，任选地0.45或更低。本发明的所有方面在蚀刻高sc含量的alscn薄膜中尤其有效。
33、掩模可为光致抗蚀剂掩模。掩模可为氧化硅掩模。
34、等离子体可为感应耦合等离子体(icp)。
35、根据本发明的第三方面，提供一种用于通过掩模而等离子体蚀刻含有添加剂的氮化铝薄膜的设备，所述含有添加剂的氮化铝薄膜含有选自钪(sc)、钇(y)或铒(er)的添加剂元素，所述设备包括：
36、腔室；
37、衬底支撑件，其安置于所述腔室内；
38、气体递送系统，其用于用以sccm为单位的bcl3流动速率将bcl3气体引入到所述腔室中、用以sccm为单位的cl2流动速率将cl2气体引入到所述腔室中以及用以sccm为单位的惰性稀释流动速率将惰性稀释气体引入到所述腔室中；
39、等离子体产生装置，其用于在所述腔室内维持等离子体以蚀刻工件，所述工件包括上面沉积有含添加剂的氮化铝薄膜的衬底以及安置在所述含添加剂的氮化铝薄膜上的掩模，所述掩模界定至少一个沟槽；及
40、控制器，其经配置以控制所述设备执行等离子体蚀刻以蚀刻被暴露在所述沟槽内的所述含添加剂的氮化铝薄膜，其中所述控制器控制所述气体递送系统来将所述惰性稀释气体流动速率和所述bcl3流动速率与所述cl2流动速率的和的比率维持在0.45:1到0.75:1的范围内，且将所述bcl3流动速率与所述cl2流动速率的比率维持在0.75:1到1.25:1的范围内。
41、根据本发明的第四方面，提供一种用于通过掩模而等离子体蚀刻含有添加剂的氮化铝薄膜的设备，所述含有添加剂的氮化铝薄膜含有选自钪(sc)、钇(y)或铒(er)的添加剂元素，所述设备包括：
42、腔室；
43、衬底支撑件，其安置于所述腔室内；
44、气体递送系统，其用于将bcl3气体、cl2气体及惰性稀释气体引入到所述腔室中；
45、等离子体产生装置，其用于在所述腔室内维持等离子体以蚀刻工件，所述工件包括上面安置有金属薄膜的衬底、沉积在所述金属薄膜上的含添加剂的氮化铝薄膜以及安置在所述含添加剂的氮化铝薄膜上的掩模，所述掩模界定至少一个沟槽；及
46、控制器，其经配置以控制所述设备执行第一主要等离子体蚀刻步骤及第二等离子体蚀刻步骤，在所述第一主要等离子体蚀刻步骤中将bcl3气体、cl2气体及惰性稀释气体引入到所述腔室中并在所述腔室内建立等离子体以蚀刻被暴露在所述沟槽内的所述含添加剂的氮化铝薄膜的大部分，在所述第二等离子体蚀刻步骤中将bcl3气体及惰性稀释气体引入到所述腔室中但不将cl2气体引入到所述腔室中，且在所述腔室内建立等离子体以蚀刻被暴露在所述沟槽内的剩余含添加剂的氮化铝薄膜，从而露出所述金属薄膜。
47、等离子体产生装置可为感应耦合等离子体(icp)装置。
48、为了避免疑问，无论何时提及‘包括’或‘包含’及类似术语，本发明也被理解为包含更多限制性术语，例如‘由…组成’及‘基本上由…组成’。
49、虽然上文已描述了本发明，但本发明扩展到上文或者在以下描述、图式或权利要求书中陈述的特征的任何发明性组合。举例来说，关于本发明的一个方面公开的任何特征可与关于本发明的任何其它方面公开的任何特征组合。
1.一种等离子体蚀刻含添加剂的氮化铝薄膜的方法，所述含添加剂的氮化铝薄膜含有选自钪(sc)、钇(y)或铒(er)的添加剂元素，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述惰性稀释气体流动速率和所述bcl3流动速率与所述cl2流动速率的所述和的所述比率在0.48:1到0.6:1的范围内。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述bcl3流动速率与所述cl2流动速率的所述比率在0.9:1到1.1:1的范围内。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述bcl3流动速率及所述cl2流动速率各自在20sccm到30sccm的范围内。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述惰性稀释气体流动速率在20sccm到30sccm的范围内。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述惰性稀释气体是氩气。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其作为第一主要等离子体蚀刻步骤执行以蚀刻被暴露在所述沟槽内的所述含添加剂的氮化铝薄膜的大部分，且后续接着第二等离子体蚀刻步骤以蚀刻被暴露在所述沟槽内的剩余含添加剂的氮化铝薄膜。
8.一种等离子体蚀刻含添加剂的氮化铝薄膜的方法，所述含添加剂的氮化铝薄膜含有选自钪(sc)、钇(y)或铒(er)的添加剂元素，所述方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的方法，其中在所述执行第二等离子体蚀刻步骤的步骤期间，以在50sccm到100sccm范围内的bcl3流动速率将所述bcl3气体引入到所述腔室中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述执行第二等离子体蚀刻步骤的步骤期间，以在75sccm到95sccm范围内的bcl3流动速率将所述bcl3气体引入到所述腔室中。
11.根据权利要求8到9中任一权利要求所述的方法，其中在所述第二等离子体蚀刻步骤期间，以在10sccm到20sccm范围内的惰性稀释气体流动速率将所述惰性稀释气体引入到所述腔室中。
12.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中在所述第二等离子体蚀刻步骤期间，将功率在500w到700w范围内的rf偏置信号施加到所述衬底支撑件。
13.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中所述惰性稀释气体是氩气。
14.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中所述金属薄膜是钼薄膜。
15.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中所述掩模是光致抗蚀剂掩模。
16.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中所述等离子体是感应耦合等离子体icp。
17.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中衬底是半导体衬底，任选地是硅衬底。
18.根据权利要求8到10中任一权利要求所述的方法，其中所述含添加剂的氮化铝薄膜是由化学式alxscyn定义的氮化铝钪薄膜，其中x+y＝1；且其中钪含量y是0.35或更高，任选地约0.4。
19.一种用于通过掩模而等离子体蚀刻含有添加剂的氮化铝薄膜的设备，所述含有添加剂的氮化铝薄膜含有选自钪(sc)、钇(y)或铒(er)的添加剂元素，所述设备包括：
20.一种用于通过掩模而等离子体蚀刻含有添加剂的氮化铝薄膜的设备，所述含有添加剂的氮化铝薄膜含有选自钪(sc)、钇(y)或铒(er)的添加剂元素，所述设备包括：
