專利名稱：使用碳氫化合物添加劑來消除在蝕刻有機低k電介質(zhì)期間的微掩蔽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體的制造。更具體地，本發(fā)明涉及半導體晶片處理期間消除在蝕刻低k電介質(zhì)期間的微掩蔽。
背景技術(shù)：
集成電路利用電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層典型由二氧化硅SiO2形成以便使半導體結(jié)構(gòu)的各種層上的各導線絕緣。隨著半導體電路變得更快更緊湊，工作頻率不斷提高，半導體器件內(nèi)的各導線之間的距離不斷降低。這樣就導致了電路的耦合電容量的增加，耦合電容的增加具有使半導體器件的工作減慢的缺點。因此，利用能夠使各導線有效地絕緣而避免增加耦合電容量的電介質(zhì)層是很重要的。
通常，集成電路中的耦合電容與用于形成電介質(zhì)層的材料的介電常數(shù)成正比。如上所述，在常規(guī)集成電路中的電介質(zhì)層傳統(tǒng)地由SiO2形成，其介電常數(shù)為大約4.0。隨著半導體器件中的線密度和工作頻率的增加，由SiO2形成的電介質(zhì)層就不能使各導線有效地絕緣至防止耦合電容量的增加所要求的程度。
在減少集成電路中的耦合電容量的努力中，半導體工業(yè)致力于研究開發(fā)具有介電常數(shù)低于SiO2的介電常數(shù)的材料，這種材料適合于在集成電路中形成為電介質(zhì)層。目前，已經(jīng)開發(fā)出了有時稱為“低k材料”的所期望的多種材料。這些新電介質(zhì)材料的大多數(shù)是有機化合物。在說明書和權(quán)利要求書中，低k材料定義為介電常數(shù)“k”小于4的材料。
低k材料包括，但并不特別限定為苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene)或BCB；由Allied Signalof Morristown，NJ，a division of Honeywell，Inc.，Minneapolis，MN制造的FlareTM；從Union CarbideCorporation，Danbury CT可獲取的一種或多種聚對亞苯基二甲基二聚體(parylene dimers)；聚四氟乙烯或PTFE；以及SiLK。適合于IC電介質(zhì)應用的一種PTFE是從W.L.Gore& Associates，Inc，Newark，DE可獲取的SPEEDFILMTM。從DowChemical Company，Midland，Michigan可獲取的SiLK是無硅BCB。
在半導體晶片處理期間，利用公知的構(gòu)圖和蝕刻工藝在晶片中限定出半導體器件的特征。在這些工藝中，在晶片上淀積光刻膠(PR)材料，然后通過掩模板過濾的光對光刻膠進行曝光。掩模板通常為構(gòu)圖有典型特征的幾何圖形的玻璃板，該典型特征的幾何圖形阻擋光穿過掩模板傳播。
在光穿過掩模板之后，光就接觸光刻膠材料的表面。光改變光刻膠材料的化學組分，以致顯影機可以去除光刻膠材料的一部分。在正性光刻膠材料的情況下，去除曝光區(qū)；在負性光刻膠材料的情況下，去除非曝光區(qū)。此后，蝕刻晶片以去除不再受光刻膠材料保護的區(qū)域下面的材料，由此在晶片中確定出所需的特征。通常，通過氧化(例如，基于氧的氧化)或還原(例如，基于氫的還原)化學工藝就可以蝕刻低k有機聚合物。
雙頻電容耦合(DFC)電介質(zhì)腐蝕系統(tǒng)有利于實現(xiàn)電介質(zhì)的蝕刻。這樣的一種系統(tǒng)是從LamResearch Corporation，F(xiàn)remont CA可獲取LamResearch model 4520XLBTM和Exelan-HPTM系統(tǒng)。在一個系統(tǒng)中，4520XLETM系統(tǒng)處理一種非常復雜的電介質(zhì)腐蝕組合(portfolio)。處理包括接觸、通孔、雙層(bilevel)接觸、無邊界接觸、氮化物和氧化物隔離物以及鈍化物。
在同一系統(tǒng)中，先進的蝕刻系統(tǒng)如4520XLETM可以進行幾種處理。通過在單一系統(tǒng)中進行多種不同的半導體制造步驟，就可以提高晶片的生產(chǎn)量。甚至期望更加先進的系統(tǒng)在同一設備中具有其它步驟的性能。再次舉例，但不限于，LamResearch公司的ExelanTM系統(tǒng)是一種能夠在單一設備中進行多種處理步驟的干法腐蝕系統(tǒng)。ExelanTM能夠用單一反應室原位進行硬掩模開口、無機和有機ARC蝕刻以及光刻膠剝除。這種系統(tǒng)的大量工藝組合包括在亞0.18微米環(huán)境下所需的摻雜的和未摻雜的氧化物以及低k電介質(zhì)中的所有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)、接觸、通孔、隔離物和鈍化物的蝕刻。當然，各種各樣的半導體制造系統(tǒng)中可以采用在此列舉的原理，并且這些原理特別適用進行所有的這些替換。
在此使用的術(shù)語“原位”指在半導體制造設備的相同部分中不用從設備中移出襯底的情況下在給定的襯底例如硅晶片上執(zhí)行的一種工藝或多種工藝。
許多集成電路制造技術(shù)在一個或多個用于在晶片上形成特征的構(gòu)圖步驟之后采用光刻膠剝除步驟。因為許多光刻膠相對于低k電介質(zhì)，特別是有機低k電介質(zhì)，例如SiLK，具有相似的化學組分，為了在晶片內(nèi)部的特征蝕刻期間確保有良好的尺寸控制，通常在光刻膠的下面使用硬掩模。
圖1A中示出了結(jié)合有硬掩模層的晶片疊層的實例。示出了具有構(gòu)圖的光刻膠層10的晶片1。在本實例中，晶片1包括其上淀積有碳化硅或氮化硅阻擋層20的一個硅襯底22。在阻擋層20上淀積有機硅酸鹽電介質(zhì)例如Novellus CoralTM的第一層18?？梢栽谟袡C硅酸鹽電介質(zhì)的第一層的下面形成未示出的金屬化結(jié)構(gòu)。在第一間隔層18之間設置一個薄的碳化硅溝槽停止層16以便形成未示出的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。在溝槽停止層16之上淀積第二間隔層14，例如CoralTM。在第二有機硅酸鹽層14之上淀積硬掩模層12，在晶片疊層內(nèi)完成該實例。硬掩模可以由SiO2、Si3N4或其它硬掩模材料，特別是無機硬掩模材料形成。在硬掩模12之上提供上述的被構(gòu)圖的光刻膠層10。當然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當理解，這種晶片疊層僅僅作為一個實例。可以采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的可替換的結(jié)構(gòu)和薄膜以便實現(xiàn)可替換的集成電路的設計。
現(xiàn)在參照圖1B，如圖1B所示，當進行蝕刻，特別是蝕刻低k的OSG電介質(zhì)層14和18時，去除掉光刻膠層10，暴露出下面的硬掩模12的部分。隨著蝕刻的進行，硬掩模層的離子轟擊還使到硬掩模層12的一部分濺射。一些濺射的硬掩模材料就會再次淀積在晶片的表面上并再次淀積在整個反應室中。圖1C中放大了部分“A”。如圖1C中的36所示，在蝕刻期間，至少某些這種濺射的材料進一步淀積在被蝕刻的特征的底部。微掩蔽量就隨著離子密度和離子能量的增加而增加。在大的特征尺寸和在開口區(qū)域中微掩蔽更加明顯。
參照圖1C，示出了通過有機低k電介質(zhì)層14和18，例如SiLK，并通過蝕刻停止層20蝕刻的特征。在光學顯微鏡下可以看見在36處再次淀積的硬掩模材料，其形成硬掩模材料的針狀體34。這種材料的外貌引起了一種稱為“草地(grass)”的綽號，它就是微掩蔽SiLK、形成“草地”的濺射的硬掩模。產(chǎn)生的微掩蔽(micromasking)不僅減慢了特征的腐蝕速度，而且它還導致了特征蝕刻的不穩(wěn)定和不規(guī)則，最終導致了較差的輪廓控制和產(chǎn)量的降低。
在蝕刻期間可以將氟F添加到蝕刻劑氣體中以便削弱草地效應。使用氟又出現(xiàn)了問題。首先，在蝕刻期間使用氟對臨界尺寸CD的控制產(chǎn)生負面影響。這是因為氟可以產(chǎn)生硬掩模材料和有機低k材料的橫向蝕刻。
因此，就需要一種方法，該方法在蝕刻集成電路內(nèi)的特征期間削弱、優(yōu)選消除了草地的形成，同時在蝕刻期間維持良好的CD控制。
最后，期望利用現(xiàn)有的集成電路制造設備也能夠?qū)崿F(xiàn)這些優(yōu)點。
將在優(yōu)選實施例的部分中并結(jié)合附圖更加詳細地描述本發(fā)明的這些和其它特征。

發(fā)明內(nèi)容
為了獲得根據(jù)本發(fā)明的用于在集成電路晶片中蝕刻特征的上述目的和其它目的，通常在反應室中設置結(jié)合有至少一個電介質(zhì)層的晶片。將包括碳氫化合物添加劑和活性蝕刻劑的蝕刻劑氣體引入反應室。在反應室中由蝕刻劑氣體形成等離子體。在電介質(zhì)層的至少一部分處蝕刻特征。
已經(jīng)證實，幾種適合的碳氫化合物源適合于實施本發(fā)明。這些碳氫化合物包括，但并不特別限于乙烯、C2H4；乙烷，C2H6；和甲烷，CH4。


為了更加完整地理解本發(fā)明，在以下優(yōu)選實施例的詳細說明中，將附圖作為參考。在附圖中圖1A是蝕刻前的晶片的示意性剖面圖。
圖1B利用現(xiàn)有技術(shù)的蝕刻方法在蝕刻期間的圖1A中所示的晶片的示意性剖面圖。
圖1C是圖1B的部分A的放大的剖面圖。
圖2是本發(fā)明實施例的高水平的流程圖。
圖3A是蝕刻前的晶片的示意性剖面圖。
圖3B利用本發(fā)明的優(yōu)選實施例在蝕刻期間的圖3A中所示的晶片的示意性剖面圖。
圖3C是圖3B的部分B的放大的剖面圖。
圖4A是在測試蝕刻中采用的晶片的示意性剖面圖。
圖4B是在已經(jīng)蝕刻抗反射涂層之后圖4A的晶片的示意性剖面圖。
圖4C是在已經(jīng)蝕刻硬掩模層之后的圖4B的晶片的示意性剖面圖。
圖4D是在蝕刻電介質(zhì)層之后的圖4C的晶片的示意性剖面圖。
圖5是在三個實驗例中使用的工藝流程圖。
在附圖的幾個圖中，參考數(shù)字表明本發(fā)明的相同或相等部分。
具體實施例方式
本發(fā)明講授一種新穎的結(jié)合碳氫化合物添加劑的化學蝕刻，用于在組合晶片中蝕刻各種各樣的特征尺寸和形狀。這種晶片可以結(jié)合有低k電介質(zhì)，特別是有機材料例如SiLK的電介質(zhì)，但本發(fā)明也可以用于蝕刻其它電介質(zhì)。在此講授的一套方法消除了在蝕刻期間由濺射的硬掩模成分形成的微掩蔽。在此講授的一套方法進一步獲得了最小的RIE滯后、通過蝕刻工藝形成的通孔和溝槽的最小弧形、優(yōu)良的蝕刻剖面、優(yōu)良的抗蝕劑選擇性、優(yōu)良的蝕刻速度、優(yōu)良的CD控制和優(yōu)良的晶片上的蝕刻均勻性。
為了蝕刻各種特征，包括但不具體限于包含有機低k電介質(zhì)例如SiLK層的晶片中的溝槽和通孔，本發(fā)明利用碳氫化合物，例如C2H4、C2H6和CH4作為蝕刻期間的添加劑。本發(fā)明可以提供C2H4/H2/N2蝕刻劑氣體，或C2H4/NH3蝕刻劑氣體，或C2H4/O2/N2蝕刻劑氣體。
參照圖2，為了實施本發(fā)明的工藝100，晶片被放置在一種能夠形成蝕刻等離子體(步驟102)的反應容器中。這種反應容器或反應室可以是一種專用的蝕刻設備，或者可以是多用途的晶片處理系統(tǒng)。一種特別適合于實施本發(fā)明的設備是從LamResearch Corporation，F(xiàn)remont，CA獲得的ExelanTM干法腐蝕系統(tǒng)。ExelanTM能夠在單一室中原位進行硬掩模開口、無機和有機ARC蝕刻以及光刻膠剝除。當然，可以采用替換設備。
在室中放置晶片(步驟102)，預先在該晶片的上表面提供有構(gòu)圖的光刻膠層，在(步驟104)觸發(fā)蝕刻等離子體。將蝕刻劑氣體流引入室(步驟106)。蝕刻劑包括至少一種碳氫化合物，碳氫化合物包括但不特別限于從由乙烯C2H4、乙烷C2H6和甲烷CH4以及活性蝕刻劑組成的組中選擇出的那些材料。活性蝕刻劑可以包括氧、氫、氨或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的用于有效蝕刻特定電介質(zhì)而選擇的其它蝕刻劑。如果在電介質(zhì)蝕刻之前進行其它等離子體處理，那么在引入蝕刻劑氣體之前可以觸發(fā)等離子體。然而，在其它實施例中，可以在等離子體觸發(fā)之前就引入蝕刻劑氣體，由此利用蝕刻劑氣體進行等離子體觸發(fā)。
一旦完成所需特征(步驟108)，晶片就用于進一步的所需處理(步驟110)。
雖然以單一蝕刻步驟為中心的某些優(yōu)選實施例進行了討論，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當理解，本發(fā)明方便執(zhí)行作為多步驟的蝕刻方式的一部分。本發(fā)明特別期望適合所有的這些多步驟的蝕刻方式，包括在此結(jié)合列舉的原理的電介質(zhì)蝕刻方式。
現(xiàn)在參照圖3A，示出了具有構(gòu)圖的光刻膠層310的一個例子的晶片301。在本實施例中，晶片301包括其上淀積有碳化硅或氮化硅阻擋層320的硅襯底322。在阻擋層320上淀積電介質(zhì)層318，其可以是一種有機低k電介質(zhì)，例如DowChemical Company的SiLKTM。在阻擋層320的下面形成未示出的金屬化結(jié)構(gòu)。在電介質(zhì)層318之上淀積SiO2的硬掩模層316，由此完成晶片疊層的實例。在硬掩模316之上提供上述有構(gòu)圖的光刻膠層310。當然，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應當清楚，這種晶片疊層僅僅是一個實例。可以采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的替換結(jié)構(gòu)和薄膜以便實施可替換的集成電路設計。
在反應室中放置晶片301(步驟102)。觸發(fā)蝕刻等離子體(步驟104)。將包括碳氫化合物添加劑的蝕刻劑氣體流引入室(步驟106)。根據(jù)一個實施例，這種蝕刻劑氣體是包含氮氣N2、氫氣H2和乙烯C2H4的混合氣體。當然這種混合氣體是完全特定的應用，根據(jù)本發(fā)明可以在結(jié)合碳氫化合物的蝕刻步驟之前或之后采用可替換的蝕刻劑和稀釋劑來進行可替換的蝕刻步驟。
現(xiàn)在參照圖3B，當蝕刻處理時，特別是蝕刻圖3B中所示的電介質(zhì)層318時，蝕刻去除光刻膠層310，暴露出下面的硬掩模層316的部分。圖3C放大了部分“A”。碳氫化合物添加劑在硬掩模層316和光刻膠層310之上形成薄層340，薄層340有助于防止硬掩模層316的濺射。如圖3C所示，通過防止或顯著地減少硬掩模層316的濺射，本發(fā)明的方法就在特征的底部處防止或顯著地減少了微掩蔽和“草地”，提供一種更加均勻和規(guī)則的蝕刻。
通常，用大約10MHz-大約60MHz頻率的功率源提供較高頻率功率電平。較高頻率功率電平更加優(yōu)選為20MHz-35MHz之間的頻率。較高頻率功率電平最好為25MHz-30MHz之間的頻率。在本優(yōu)選實施例中，較高頻率功率電平具有大約27MHz的頻率。用于電介質(zhì)蝕刻的較高頻率功率為大約250W-大約2500W。更加優(yōu)選地，較高頻率功率電平形成為大約250W-大約1500W。更加優(yōu)選地，較高頻率功率電平設置為大約500W-大約900W。較高頻率功率電平最好設置為大約700W。
通常，大約0.25MHz-大約7MHz頻率的功率源可以提供為較低頻率功率電平。更加優(yōu)選地，較低頻率功率電平具有0.5MHz-4MHz之間的頻率。更加優(yōu)選地，較低頻率功率電平具有1MHz-3MHz之間的頻率。在本優(yōu)選實施例中，較低頻率功率電平為大約2MHz。較低頻率功率電平設置為大約0W-大約100W。更加優(yōu)選地，較低頻率功率電平為大約0W-大約50W。更加優(yōu)選地，較低頻率功率電平設置為大約0W-大約25W。較低頻率功率電平最好設置為大約0W。
蝕刻劑氣體包括活性蝕刻劑和碳氫化合物添加劑。碳氫化合物可以是從由甲烷CH4、乙烷C2H6和乙烯C2H4組成的組中選擇出的碳氫化合物?；钚晕g刻劑的sccm流速與碳氫化合物添加劑的sccm流速之比為10000∶1-100∶50。更加優(yōu)選地，活性蝕刻劑的sccm流速與碳氫化合物添加劑的sccm流速之比為1000∶1-500∶25。更加優(yōu)選地，活性蝕刻劑的sccm流速與碳氫化合物添加劑的sccm流速之比為1000∶2-1000∶15。優(yōu)選地，提供至少1sccm的碳氫化合物添加劑。更加優(yōu)選地，提供3-300sccm之間的碳氫化合物添加劑。最好提供5-10sccm之間的碳氫化合物添加劑。
在受控溫度下進行蝕刻至一段具體的時間周期。在以下討論的實例中，在0℃-60℃之間的溫度下進行第一蝕刻。更加優(yōu)選為大約5℃-大約50℃。還更加優(yōu)選為大約7℃-大約40℃。此外，為了進行溫度控制，利用冷卻氣體穿過吸盤的流動來熱維持晶片的溫度，吸盤有時稱為靜電吸盤(ESC)，在反應容器中支撐晶片。這種冷卻氣體流例如氦為大約1sccm-大約100sccm的流速，更加優(yōu)選為大約2sccm-大約50sccm，更加優(yōu)選為大約10sccm-大約40sccm，最好為大約31sccm。
蝕刻時間可以進一步從1秒至大約10分鐘的小范圍內(nèi)變化，并且依情況而定。在本介紹的實例中，在最好的功率設置、氣體流速和溫度下進行蝕刻，在大約60秒內(nèi)完成蝕刻。
實施例進行測試以便證實本發(fā)明的工作。圖4A是測試蝕刻中采用的晶片的示意性剖面圖。圖4A中的晶片400包括在襯底408上面放置的電介質(zhì)層404。在本實施例中，電介質(zhì)層404是FlareTM。在本實施例中，在電介質(zhì)層404上面放置硬掩模層412。在硬掩模層412上面放置底部抗反射涂層(BARC)416。在硬掩模層412上面放置光刻膠掩模420。
圖5是在三個實施例中采用的流程圖。在所有三個實施例中，蝕刻第一抗反射涂層(ARC)，在本實施例中為BARC 416(步驟504)。圖4B是在已經(jīng)蝕刻抗反射涂層416之后的圖4A的晶片的示意性剖面圖。隨后，蝕刻硬掩模層412(步驟508)。圖4C是在已經(jīng)蝕刻蝕刻硬掩模層412之后的圖4B的晶片的示意性剖面圖。隨后，進行電介質(zhì)層404上的第一電介質(zhì)蝕刻(步驟512)。最后，進行電介質(zhì)層404上的第二電介質(zhì)蝕刻(516)，由此完成電介質(zhì)層404的蝕刻。在第一和第二電介質(zhì)蝕刻期間，由于光刻膠層420和電介質(zhì)層404之間的相似性導致了光刻膠層420和電介質(zhì)層404之間的低選擇性，可能蝕刻去除光刻膠層420。圖4D是已經(jīng)蝕刻電介質(zhì)層404之后的圖4C的晶片的示意性剖面圖。
在所有三個實施例中，在70毫乇的壓力下進行抗反射涂層的蝕刻(步驟504)。采用連接到上電極和下電極的任何一個電極或兩個電極的27MHz的功率源來提供較高頻率功率。提供500W的較高頻率功率電平。采用連接到上電極和下電極的任何一個電極或兩個電極的2MHz的功率源來提供較低頻率功率。提供1000W的較低頻率功率電平。蝕刻劑氣體包括氬氣Ar的稀釋劑、以及氧氣O2、C4F8和CF4的活性蝕刻劑。Ar的流速提供為大約160sccm。O2提供為15sccm。C4F8提供為5sccm。CF4提供為40sccm。ESC維持在大約0℃。繼續(xù)該步驟直到蝕刻穿透抗反射涂層416。
在所有三個實施例中，在55毫乇的壓力下進行硬掩模涂層的蝕刻(步驟504)。提供1400W的較高頻率功率電平。較低頻率功率電平為1000W。蝕刻劑氣體包括氬氣Ar的稀釋劑、以及氧氣O2和C4F8的活性蝕刻劑。Ar的流速提供為大約140sccm。O2提供為9sccm。C4F8提供為15sccm。ESC維持在大約0℃。繼續(xù)該步驟直到蝕刻穿透硬掩模層412。
實施例1-沒有碳氫化合物添加劑下控制測試在第一實施例中，在160毫乇的壓力下進行第一電介質(zhì)層蝕刻(步驟512)。提供700W的較高頻率功率電平。較低頻率功率電平為0W。蝕刻劑氣體包括氬氣Ar的稀釋劑、以及氮氣N2和氫氣H2的活性蝕刻劑。Ar的流速提供為大約100sccm。N2提供為750sccm。H2提供為250sccm。ESC維持在大約0℃。繼續(xù)該步驟直到部分蝕刻穿透電介質(zhì)層404。
在160毫乇的壓力下進行第二電介質(zhì)蝕刻(步驟516)。提供700W的較高頻率功率電平。較低頻率功率電平為0W。蝕刻劑氣體包括氮氣N2和氫氣H2的活性蝕刻劑。N2提供為750sccm。H2提供為250sccm。ESC維持在大約0℃。繼續(xù)該步驟直到完全蝕刻穿透電介質(zhì)層404。
在本實施例中，電介質(zhì)的蝕刻速度為2128埃/分鐘。蝕刻速度的均勻性小于2.4％。RIE滯后大于-4.4％。如圖1C所示，本實施例產(chǎn)生大量的微掩蔽并產(chǎn)生草地。
實施例2-具有碳氫化合物添加劑的測試在第二實施例中，在160毫乇的壓力下進行第一電介質(zhì)蝕刻(步驟512)。提供700W的較高頻率功率電平。較低頻率功率電平為0W。蝕刻劑氣體包括氬氣Ar的稀釋劑、氮氣N2和氫氣H2的活性蝕刻劑、以及C2H4的碳氫化合物添加劑。Ar的流速提供為大約100sccm。N2提供為750sccm。H2提供為250sccm。提供5sccm流速的C2H4。ESC維持在大約0℃。繼續(xù)該步驟直到部分蝕刻穿透電介質(zhì)層404。
在160毫乇的壓力下進行第二電介質(zhì)蝕刻(步驟516)。提供700W的較高頻率功率電平。較低頻率功率電平為0W。蝕刻劑氣體包括氮氣N2和氫氣H2的活性蝕刻劑以及C2H4的碳氫化合物添加劑組成。N2提供為750sccm。H2提供為250sccm。C2H4提供為5sccm。ESC維持在大約0℃。繼續(xù)該步驟直到完全蝕刻穿透電介質(zhì)層404。
在本實施例中，電介質(zhì)的蝕刻速度為1797埃/分鐘。蝕刻速度的均勻性小于3.6％。RIE滯后大于-9.4％。如圖3C所示，本實施例顯著地減少或消除了微掩蔽的數(shù)量以及產(chǎn)生的草地，提供了沒有草地的特征。
實施例3-具有碳氫化合物添加劑的測試在第三實施例中，在160毫乇的壓力下進行第一電介質(zhì)蝕刻(步驟512)。提供700W的較高頻率功率電平。較低頻率功率電平為0W。蝕刻劑氣體包括氬氣Ar的稀釋劑、氮氣N2和氫氣H2的活性蝕刻劑、以及C2H4的碳氫化合物添加劑。Ar的流速提供為大約100sccm。N2提供為750sccm。H2提供為250sccm。提供10sccm流速的C2H4。ESC維持在大約0℃。繼續(xù)該步驟直到部分蝕刻穿透電介質(zhì)層404。
在160毫乇的壓力下進行第二電介質(zhì)蝕刻(步驟516)。提供700W的較高頻率功率電平。較低頻率功率電平為0W。蝕刻劑氣體包括氮氣N2和氫氣H2的活性蝕刻劑以及C2H4的碳氫化合物添加劑。N2提供為750sccm。H2提供為250sccm。C2H4提供為10sccm。ESC維持在大約0℃。繼續(xù)該步驟直到完全蝕刻穿透電介質(zhì)層404。
在本實施例中，電介質(zhì)的蝕刻速度為1590埃/分鐘。蝕刻速度的均勻性小于4.2％。RIE滯后大于-17.6％。如圖3C所示，本實施例顯著地減少或消除了微掩蔽的數(shù)量以及產(chǎn)生的草地，提供了沒有草地的特征。
本發(fā)明的工藝提供幾種新穎的優(yōu)點。首先，清楚地表明，執(zhí)行蝕刻但沒有上述討論的使蝕刻減慢的微掩蔽的效應。當然，具有不同厚度的不同材料或使用不同的工藝參數(shù)的可替換實施例會出現(xiàn)較大或較低的蝕刻速度。
第二個優(yōu)點是通過本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)非常好的輪廓控制的控制水平。
不受理論約束，應當相信，碳氫化合物添加劑形成一種聚合物，該聚合物同時并連續(xù)地由碳氫化合物添加劑形成并且淀積在光刻膠掩模和/或硬掩模層的表面上以及在蝕刻期間蝕刻去除該聚合物。這種聚合物減少了到達硬掩模層的入射離子的有效能量，由此消除或至少嚴重地降低了硬掩模的濺射，因此，消除或至少顯著地降低了微掩蔽效應。
本發(fā)明非常適合于蝕刻低k電介質(zhì)層，因為這種低k電介質(zhì)層與光刻膠具有相似的特性，因此在低k電介質(zhì)層和光刻膠層之間的蝕刻選擇性彼此非常接近。結(jié)果，在蝕刻期間就可以蝕刻去除光刻膠層。由于這個原因，采用硬掩模層來提供構(gòu)圖以便在已經(jīng)蝕刻去除光刻膠層之后仍能維持臨界尺寸。一旦在沒有碳氫化合物添加劑的情況下蝕刻光刻膠層直至硬掩模，那么就會濺射硬掩模。碳氫化合物添加劑形成有助于顯著降低硬掩模濺射的層。在其它實施例中，在蝕刻掩模是單獨的硬掩模的情況時，即使電介質(zhì)層不是低k或是無機材料，也需要采用碳氫化合物添加劑。
通過在足夠低的水平下維持離子密度和離子能量，就不需要用氟消除草地。在高的離子密度下，需要用氟來和濺射材料形成易揮發(fā)的副產(chǎn)物，由此可以沒有再次淀積的情況下從室中去除易揮發(fā)的副產(chǎn)物。但是，在低離子密度條件下，單獨的碳氫化合物足以防止濺射。通過將較低的功率提供給等離子體就可以獲得低離子密度。通過僅提供高頻(大約27MHz)的功率并不提供低頻(大約2MHz)的功率，就可以保持低的離子能量，因為離子能量是隨低頻功率而增加。等離子體密度的減少就會導致蝕刻速度的降低，但仍然能夠提供滿意的蝕刻速度。較低的蝕刻速度令人滿意的，部分原因是低k電介質(zhì)層較薄。
由于在本發(fā)明中不采用氟，所以可以改善臨界尺寸的控制并可以減少弧形。
本發(fā)明的特征是它的新穎能力，能夠形成各種各樣尺寸的特征，同時具有優(yōu)秀的輪廓控制并具有最小化的RIE滯后、由蝕刻工藝形成的通孔的最小化弧形、優(yōu)良的蝕刻剖面、優(yōu)良的抗蝕劑選擇性、以及優(yōu)良的晶片上的蝕刻均勻性，從而消除或顯著地減少了微掩蔽和草地。
雖然根據(jù)幾個優(yōu)選實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但仍有變化、置換和等同的替換將落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。還應當注意，實施本發(fā)明的方法和設備還存在許多可替換的方式。因此，希望以下附屬的權(quán)利要求書解釋為包括了落入本發(fā)明的實質(zhì)精神和范圍之內(nèi)的所有這些變化、置換和等同替換。
權(quán)利要求
1.一種用于蝕刻晶片的電介質(zhì)層中的特征的方法，該方法包括在反應室中設置該晶片；將包括碳氫化合物添加劑和活性蝕刻劑的蝕刻劑氣體的氣流引入到該反應室中；在該反應室中由該蝕刻劑氣體形成等離子體；以及在該電介質(zhì)層的至少一部分中蝕刻特征。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中電介質(zhì)層位于硬掩模層之下。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中碳氫化合物選自由CH4、C2H4和C2H6組成的組。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中碳氫化合物的流速至少為1sccm。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括同時由碳氫化合物形成并蝕刻去除位于硬掩模層之上的聚合物層，由此減少硬掩模濺射。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中碳氫化合物的流速在3和30sccm之間。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中在光刻膠掩模的下面設置硬掩模，并且電介質(zhì)層是有機電介質(zhì)層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括進行硬掩模蝕刻。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括進行硬掩模蝕刻。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括同時形成并蝕刻去除位于硬掩模層之上的聚合物層，由此減少硬掩模濺射。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中碳氫化合物的流速至少為1sccm。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中硬掩模設置在光刻膠掩模之下，并且電介質(zhì)層是有機電介質(zhì)層。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中硬掩模設置在光刻膠掩模之下，并且電介質(zhì)層是有機電介質(zhì)層。
14.一種晶片上的集成電路，其中該集成電路具有在一個晶片上的至少一個電介質(zhì)層中形成的一特征，其中通過一方法蝕刻該特征，該方法包括在反應室中設置該晶片；將包括碳氫化合物添加劑和活性蝕刻劑的蝕刻劑氣體的氣流引入到該反應室中；在該反應室中由該蝕刻劑氣體形成等離子體；以及在該電介質(zhì)層的至少一部分中蝕刻特征。
15.如權(quán)利要求14所述的集成電路，其中電介質(zhì)層位于硬掩模層之下。
16.如權(quán)利要求15所述的集成電路，還包括同時形成并蝕刻去除位于硬掩模層之上的聚合物層，由此減少硬掩模濺射。
17.如權(quán)利要求16所述的集成電路，其中硬掩模設置在光刻膠掩模之下，并且電介質(zhì)層是有機電介質(zhì)層。
18.如權(quán)利要求17所述的集成電路，還包括進行硬掩模蝕刻。
全文摘要
提供一種用于蝕刻集成電路晶片中的特征的方法，該晶片結(jié)合有至少一個電介質(zhì)層。通常，晶片設置在反應室中。包括碳氫化合物添加劑和活性蝕刻劑的蝕刻劑氣體流入反應室。由反應室中的蝕刻劑氣體形成等離子體。在電介質(zhì)層的至少一部分中蝕刻特征。適合的幾種碳氫化合物源適合于實施本發(fā)明。這些碳氫化合物包括，但并不具體地限于乙烯C
文檔編號H01L29/02GK1502119SQ02808152
公開日2004年6月2日 申請日期2002年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月12日
發(fā)明者C·W·何, C W 何 申請人:蘭姆研究有限公司