專利名稱：線邊緣粗糙度控制的制作方法
相關申請本申請是2002年6月14日提交的、作為US2003/0232504 A1公告的、Eppler等人的題目為″Process For Etching Dielectric FilmWith Improved Resist And/Or Etch Profile Characteristics(過程蝕刻電介質(zhì)薄膜，改善抗蝕劑和/或蝕刻輪廓特性)″、申請?zhí)枮?0/170,424(代理人檔案號為P0930)的美國專利申請的部分繼續(xù)，通過引用將該專利結(jié)合在此以用于所有目的。
背景技術：
1.本發(fā)明的領域本發(fā)明涉及半導體器件。更具體地說，本發(fā)明涉及降低了線邊緣粗糙度的半導體器件的生產(chǎn)。
2.相關技術描述在半導體器件的形成中，線邊緣粗糙化使該器件的關鍵尺寸增大。另外，不均勻蝕刻的結(jié)果是在整個晶片表面上可能進一步增大關鍵尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
為了達到上述目的和按照本發(fā)明的目的，提供一種通過光刻膠掩模蝕刻層的方法，在要蝕刻的層和襯底上面的光刻膠掩模之間帶有ARC層。把該襯底放入處理室。向該處理室提供ARC打開氣體混合物。該ARC打開氣體混合物包括蝕刻劑氣體以及包含CO和CH3F的聚合氣體。從該ARC打開氣體混合物形成ARC打開等離子體。用ARC打開等離子體蝕刻該ARC層，直到該ARC層被打開為止。在要蝕刻的層完全被蝕刻以前，停止該ARC打開氣體混合物。
在本發(fā)明的另一個表現(xiàn)形式中，提供一種形成半導體器件的方法。把要蝕刻的層放置在襯底上面。在該要蝕刻的層上形成有機ARC層。在該ARC層上面形成光刻膠掩模。把該襯底放入處理室。
向該處理室內(nèi)提供ARC打開氣體混合物。ARC打開氣體混合物包括蝕刻劑氣體以及包含CO和CH3F的聚合氣體。從該ARC打開氣體混合物形成ARC打開等離子體。用ARC打開等離子體蝕刻ARC層直到ARC層被打開為止。停止ARC打開氣體混合物，使得要蝕刻的層不被該ARC打開等離子體蝕刻。提供一種不同于ARC打開等離子體的蝕刻等離子體。用蝕刻等離子體蝕刻該要蝕刻的層。
下面在本發(fā)明的詳細說明中和結(jié)合以下附圖更詳細地描述本發(fā)明的這些及其他特征。


在附圖中，以舉例方式而不是以限制的方式舉例說明本發(fā)明，而且其中相同的附圖標記是指類似的元件，附圖中圖1是在電介質(zhì)層中形成特征用的高級流程圖，它使用發(fā)明的抗反射涂層(ARC)打開過程；圖2A-C是在利用發(fā)明的ARC打開過程的特征形成期間在襯底上面蝕刻層的剖面視圖；圖3是打開該ARC層的一個步驟的更詳細的流程圖；圖4是可以在本發(fā)明優(yōu)選的實施例中使用的處理室的概略視圖；圖5A和5B舉例說明適宜于實現(xiàn)控制器的計算機系統(tǒng)；圖6A-B是執(zhí)行ARC打開之后在襯底上面的蝕刻層的剖面視圖；圖7A-B是特征已經(jīng)蝕刻入該蝕刻層之后襯底上面的蝕刻層的剖面視圖；圖8A-B是利用現(xiàn)有技術ARC打開過程執(zhí)行ARC打開之后在襯底上面的蝕刻層的剖面視圖；和圖9A-B是已經(jīng)使用先有技術ARC打開過程之后在特征已經(jīng)蝕刻入蝕刻層之后襯底上面的蝕刻層的剖面視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將參照幾個優(yōu)選的實施例詳細描述本發(fā)明，正如附圖中舉例說明的。在以下描述中，提出許多具體細節(jié)以便對本發(fā)明提供一個透徹理解。但顯然，對于本專業(yè)技術人員，不用這些具體細節(jié)中的一些或全部，也可以實施本發(fā)明。在其他實例中，為了避免不必要地使本發(fā)明模糊不清，眾所周知的過程步驟和/或結(jié)構(gòu)將不予以詳細描述。
為了便于理解，圖1是一個在電介質(zhì)層中形成特征用的高級流程圖，它們使用發(fā)明的抗反射涂層(ARC)打開過程。在作為要蝕刻的層的蝕刻層上面形成ARC層(步驟104)。圖2A是襯底208上面的蝕刻層204的剖面視圖。ARC層216已經(jīng)在該蝕刻層204上面形成。在ARC層216上面形成光刻膠掩模220(步驟108)。打開ARC層(步驟112)。圖2B是ARC層216打開之后它的剖面視圖。然后通過光刻膠掩模220和ARC層216把特征228蝕刻入蝕刻層212，如圖2C所示。光刻膠掩模220和ARC層216可以在后續(xù)光刻膠剝離過程期間完全除去。
盡管該蝕刻層204表示為在襯底208頂部，但是可以有一個或多個層在蝕刻層204和襯底208之間。作為另一方案，該襯底可以是蝕刻層。
圖3是打開ARC層(步驟112)的步驟的更詳細的流程圖。把該襯底放入處理室(步驟304)。這個步驟可以出現(xiàn)在打開該ARC層的步驟以前(步驟112)。向該處理室提供ARC打開氣體混合物(步驟308)。該步驟包括向該處理室提供蝕刻劑氣體(步驟312)，向該處理室提供聚合氣體(步驟316)，以及向該處理室提供蝕刻速率增強劑(步驟320)。聚合氣體是CO和CH3F。蝕刻速率增強劑是O2。
示例在本發(fā)明的一個示例中，蝕刻層204是硅晶片襯底208上面的氧化硅電介質(zhì)層。ARC層是底部抗反射涂層(BARC)，它是一種有機ARC材料。BARC最好類似于光刻膠，使得BARC具有類似的剝離特性。在其他實施例中，ARC層可以由其它的有機材料制成，以便形成有機ARC層。光刻膠掩模220由193光刻膠制成。在其它的示例中光刻膠掩?？梢允?93和更高代的光刻膠掩模。這樣的掩模材料可以是軟的，因此造成線邊緣粗糙化或不均勻的蝕刻。本發(fā)明能夠補償這樣的軟光刻膠材料。
圖4是在該示例中可以用來打開ARC層并蝕刻特征的等離子體處理室400的概略視圖。等離子體處理室400包括限制環(huán)402、上電極404、下電極408、氣體源410和排氣泵420。對于ARC打開步驟，若這些特征在同一處理室中蝕刻，則氣體源410包括ARC打開蝕刻劑氣體源412、ARC打開蝕刻增強劑源418、ARC打開聚合氣體源418和在該蝕刻層419中蝕刻特征用的氣體源。氣體源410可以包括附加的氣體源。在等離子體處理室400內(nèi)，襯底208定位在下電極408上。下電極408包括一個適當?shù)囊r底卡盤機構(gòu)(例如，靜電的、機械的夾緊等)，用以支持襯底208。反應器頂部428包括上電極404，設置得剛好與下電極408相反。上電極404、下電極408和限制環(huán)402定義所圍成的等離子體容積。通過氣體源410把氣體提供給受限的等離子體容積，并通過限制環(huán)402和排氣口用排氣泵420從該受限的等離子體容積排出。RF源448電連接到下電極408。上電極404接地。室壁452包圍限制環(huán)402、上電極404和下電極408。RF源448可以包括一個27MHz電源和2MHz電源。由美國加里福尼亞州的Fremont的LAMResearch CorporationTM制造的Exela2300TM可用于本發(fā)明的這個示例。在其他實施例中，RF功率連接到該電極的不同的組合是可能的，諸如使RF源連接到上電極404。
圖5A和5B舉例說明計算機系統(tǒng)500，它適宜于實現(xiàn)本發(fā)明的實施例用的控制器435。圖5A表示該計算機系統(tǒng)的一個可能的物理形式。當然，該計算機系統(tǒng)可以有許多物理形式，范圍從集成電路、印刷電路板和小的手持式裝置直至大型超級計算機。計算機系統(tǒng)500包括監(jiān)視器502、顯示器504、外殼506、磁盤驅(qū)動器508、鍵盤510和鼠標512。磁盤514是計算機可讀介質(zhì)，用來使往來于計算機系統(tǒng)500的數(shù)據(jù)傳輸。
圖5B是計算機系統(tǒng)500的框圖一個示例。附在系統(tǒng)總線520上的是各種各樣的子系統(tǒng)。處理器522(又稱中央處理單元或CPU)耦合到存儲裝置，包括存儲器524。存儲器524包括隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。正如現(xiàn)有技術眾所周知的，ROM用來單向地向CPU傳輸數(shù)據(jù)和指令，而RAM一般以雙向方式用來傳輸數(shù)據(jù)和指令。這兩種類型的存儲器都可以包括下面描述的任何適當?shù)挠嬎銠C可讀介質(zhì)。固定式硬盤526也雙向地耦合到CPU 522；它提供額外的數(shù)據(jù)儲存容量并且還可以包括下面描述的計算機可讀介質(zhì)中的任何一種。固定式硬盤526可以用來存儲程序、數(shù)據(jù)等等，而且一般是次級存貯器介質(zhì)(諸如硬盤)，比主存貯器慢。會認識到，保存在固定式硬盤526內(nèi)的信息可以，在適當?shù)那闆r下，以標準方式作為虛擬存儲器被包含在存儲器524中?？尚侗P514可以采取下面描述的計算機可讀介質(zhì)中的任何一個的形式。
CPU 522還耦合到各種各樣輸入/輸出裝置，諸如顯示器504、鍵盤510、鼠標512和揚聲器530。一般，輸入/輸出裝置可以是下面的任何一個視頻顯示器、軌跡球、鼠標、鍵盤、麥克風、對觸摸敏感的顯示器、換能器讀卡器、磁帶或紙帶閱讀器、圖形輸入裝置、鐵筆、語音或手寫識別器、生物特征閱讀器或其它的計算機。CPU 522任選地可以利用網(wǎng)絡接口540耦合到另一個計算機或無線電通訊網(wǎng)絡。帶有這樣的網(wǎng)絡接口，打算該CPU可以從網(wǎng)絡接收信息或者可以在執(zhí)行上面描述的方法步驟的過程中向該網(wǎng)絡輸出信息。另外，本發(fā)明的方法實施例可以僅僅在CPU 522上執(zhí)行，或者可以通過網(wǎng)絡諸如互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合共享該處理的一部分的遠程CPU執(zhí)行。
另外，本發(fā)明的實施例還涉及計算機存貯器產(chǎn)品，其上具有用以執(zhí)行不同的計算機實現(xiàn)的操作的計算機代碼的計算機可讀介質(zhì)。該介質(zhì)和計算機代碼可以是為本發(fā)明的目的專門設計和構(gòu)造的，或者它們可以是眾所周知的類型并對計算機軟件技術專業(yè)技術人員可用的。計算機可讀介質(zhì)的示例包括，但不限于磁介質(zhì)，諸如硬盤、軟盤和磁帶；光學介質(zhì)，諸如CD-ROM和全息器件；磁光介質(zhì)，諸如軟磁光盤；和專門配置成存儲和執(zhí)行程序代碼的硬件器件，諸如專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)以及ROM和RAM器件。計算機代碼的示例包括機器碼，諸如編譯器產(chǎn)生的，以及包含較高層次代碼的文件，它由計算機利用解釋器執(zhí)行。計算機可讀介質(zhì)也可以是由體現(xiàn)在載波上的計算機數(shù)據(jù)信號發(fā)送的計算機代碼，并代表可以由處理器執(zhí)行的指令序列。
在該示例中，為了打開ARC，蝕刻劑氣體包括75sccm N2和50sccmH2。ARC打開聚合氣體包括200sccm CO和6sccm CH3F。ARC打開蝕刻增強劑氣體包括3sccm O2。該室壓力設定為260mTorr。由下電極提供的功率是在27MHz下為0瓦和在2MHz下為600瓦。在該步驟過程中提供的功率保持低，以減少光刻膠掩模220中的任何一個的去除。使用H2和N2作為ARC打開蝕刻劑氣體的ARC打開氣體混合物對相對于氧化硅蝕刻BARC是高度地選擇性的。這個高度的選擇性定義為大于20∶1。對氧化硅的ARC打開蝕刻選擇性大于50∶1更好。最好ARC打開選擇性大于無窮大，使得在ARC打開過程中沒有氧化硅被蝕刻。下電極最好保持在-20°和40℃之間的溫度。
圖6A是利用該示例執(zhí)行ARC打開之后晶片中心附近蝕刻層的一部分的示意剖面視圖。圖6B是利用該示例完成ARC打開之后晶片的中心附近該蝕刻層的一部分的示意剖面視圖。保護光刻膠掩模620，以便把對該晶片中心和邊沿兩者附近的光刻膠掩模620的損傷減到最小，以便提高均勻性。
利用圖6A和圖6B所示的結(jié)構(gòu)，可以把特征蝕刻入該蝕刻層，它可能造成特征704，正如在圖7A和圖7B舉例說明的，其中圖7A是在該層中蝕刻特征之后晶片中心附近的蝕刻層的一部分的示意剖面視圖，而圖7B是晶片邊沿附近蝕刻層的一部分的示意剖面視圖。發(fā)明的ARC打開允許形成更均勻的特征和減少線邊緣粗糙度。
圖8A是利用現(xiàn)有技術過程執(zhí)行ARC打開之后晶片中心附近在襯底808上面蝕刻層804的一部分的示意剖面視圖。圖8B是利用現(xiàn)有技術過程執(zhí)行ARC打開之后晶片邊沿附近蝕刻層的一部分的示意剖面視圖。ARC層816上面的光刻膠掩模820的一部分已經(jīng)在該ARC打開處理過程中被除去。這是通過該晶片中心和邊沿用的光刻膠掩模820的部分的非矩形剖面視圖舉例說明的，如圖8A和圖8B所示。另外，在現(xiàn)有技術的該示例的ARC打開處理過程中，晶片中心和晶片邊沿之間光刻膠的腐蝕是不均勻的。這是通過該晶片的中心，如圖8A所示，和該晶片的邊沿，圖8B所示的之間光刻膠掩模820的剖面視圖中的差異舉例說明的。在該現(xiàn)有技術的示例中，在晶片該邊沿附近比該晶片的中心腐蝕更多的光刻膠掩模。
利用圖8A和圖8B所示的結(jié)構(gòu)，特征可以蝕刻入該蝕刻層，該可能造成特征904，正如在圖9A和圖9B中舉例說明的，在哪里圖9A是蝕刻該蝕刻層中的特征之后，晶片中心附近的蝕刻層的一部分的示意剖面視圖，而圖9B是晶片邊沿附近蝕刻層的一部分的示意剖面視圖。該晶片中心附近光刻膠的腐蝕使特征904兩側(cè)某些線邊緣粗糙化908，如圖9A所示。增大該晶片邊沿附近光刻膠的腐蝕，會使特征904兩側(cè)線邊緣粗糙度912增大，導致該晶片表面上的均勻較差的蝕刻結(jié)果。
ARC層最好是有機材料，因為優(yōu)選的ARC打開處方，對有機材料的打開層是已知的。因此，BARC，作為一種有機ARC，被用于本發(fā)明的優(yōu)選實施例。發(fā)明的ARC打開能夠緩慢蝕刻有機ARC，諸如BARC，但是因為ARC薄，緩慢的蝕刻是足夠的。發(fā)明的ARC打開處方不能夠蝕刻無機層或蝕刻基于無機硅的層，所以比有機層慢得多，試圖蝕刻薄的ARC無機層可能太費時間。能夠蝕刻有機層，但是不能以希望的速度蝕刻無機層的蝕刻允許用來以高的蝕刻選擇性蝕刻無機電介質(zhì)層上面的有機ARC。
表1提供優(yōu)選的、更優(yōu)選的和最優(yōu)選的穿透蝕刻的范圍。
表1

盡管本發(fā)明已經(jīng)就幾個優(yōu)選的實施例進行了描述，但是有一些落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的變化、置換、修改和不同的替換等效。還應指出，有許多實現(xiàn)本發(fā)明的方法和設備的替換物方法。因此，以下后附的權(quán)利要求書希望被解釋為包括所有這樣的變化、置換、修改和不同的替換等效，因為它們落在本發(fā)明的真實的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通過光刻膠掩模蝕刻層的方法，在要蝕刻的層和襯底上面的光刻膠掩模之間帶有ARC層，所述方法包括把該襯底置入處理室；向該處理室提供ARC打開氣體混合物，其中該ARC打開氣體混合物包括蝕刻劑氣體；和聚合氣體，包括CO和CH3F；從ARC打開氣體混合物形成ARC打開等離子體；用ARC打開等離子體蝕刻該ARC層，直到ARC層打開為止；和在完全蝕刻要蝕刻的層以前停止ARC打開氣體混合物。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中ARC打開等離子體相對于該要蝕刻的層高度選擇性地蝕刻ARC。
3.權(quán)利要求1-2中任何一項所述的方法，其中CO的流速至少為150sccm。
4.權(quán)利要求1-3中任何一項所述的方法，其中該ARC打開氣體混合物還包括蝕刻速率增強劑，其中該蝕刻速率增強劑是O2。
5.權(quán)利要求1-4中任何一項所述的方法，其中該要蝕刻的層是電介質(zhì)層和其中蝕刻劑氣體包括N2和H2混合物以及CF4中的至少一個。
6.權(quán)利要求1-5中任何一項所述的方法，還包括在疊層上面設置光刻膠掩模。
7.權(quán)利要求1-6中任何一項所述的方法，其中該光刻膠掩模是193或更高代的光刻膠。
8.權(quán)利要求1-7中任何一項所述的方法，其中該ARC層是有機材料。
9.權(quán)利要求1-8中任何一項所述的方法，其中該ARC層是有機材料，以及其中該光刻膠掩模是193或更高代的光刻膠。
10.權(quán)利要求1-9中任何一項所述的方法，其中該ARC打開等離子體以大于50∶1的選擇性相對于要蝕刻的層蝕刻ARC。
11.權(quán)利要求1-10中任何一項所述的方法，其中該要蝕刻的層是氧化硅。
12.權(quán)利要求1-11中任何一項所述的方法，其中該ARC打開等離子體不蝕刻該要蝕刻的層。
13.一種通過權(quán)利要求1-12中任何一項的方法形成的半導體器件。
14.一種帶有計算機可讀介質(zhì)的設備，用以執(zhí)行權(quán)利要求1-12中任何一項的方法。
15.一種用于形成半導體器件的方法，包括把要蝕刻的層設置在襯底上面；在該要蝕刻的層的上面形成有機ARC層；在該ARC層的上面形成光刻膠掩模；把該襯底放入處理室；向該處理室提供ARC打開氣體混合物，其中該ARC打開氣體混合物包括蝕刻劑氣體；和聚合氣體，包括CO和CH3F；從該ARC打開氣體混合物形成ARC打開等離子體；用該ARC打開等離子體蝕刻該ARC層，直到該ARC層被打開為止；停止該ARC打開氣體混合物，使得該ARC打開等離子體不蝕刻任何要蝕刻的層；提供不同于ARC打開等離子體的蝕刻等離子體；和用該蝕刻等離子體蝕刻該要蝕刻的層。
16.權(quán)利要求15所所述的方法，其中該ARC打開氣體混合物還包括蝕刻速率增強劑，其中該蝕刻速率增強劑是O2。
17.權(quán)利要求15-16中任何一項所述的方法，其中該要蝕刻的層是電介質(zhì)層，以及其中用以提供ARC打開的蝕刻劑氣體包括N2和H2的混合物以及CF4中的至少一個。
全文摘要
提供一種通過在該要蝕刻的層和襯底上面的光刻膠掩模之間帶有ARC層的光刻膠掩模蝕刻一個層用的方法。把該襯底放入處理室。向該處理室提供ARC打開氣體混合物。該ARC打開氣體混合物包括蝕刻劑氣體以及包括CO和CH
文檔編號H01L21/027GK101027759SQ200580013946
公開日2007年8月29日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月10日
發(fā)明者Y·蔡, H·H·朱, S·李, S·S·康 申請人:蘭姆研究有限公司