專利名稱：用硫基蝕刻劑等離子體蝕刻含碳層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實施例涉及電子制造產(chǎn)業(yè)，更特別地是涉及在含碳層中等離子 體蝕刻特征的處理。
背景技術(shù)：
由于裝置圖案的特征尺寸變得小于100nm，為了穩(wěn)定和可重復(fù)的裝置 性能，特征的臨界尺寸(CD)要求成為一項更加重要的基準(zhǔn)。橫跨襯底允 許的CD變化量也隨特征CD的定標(biāo)而比例變化。例如，橫跨300mm直徑 的襯底，為了達(dá)到大約80nm的平均目標(biāo)CD—些應(yīng)用可能需要小于10nm 的3-西格瑪。
同樣，由于現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)中流行諸如裝置容量、高深寬比(HAR)的觀 點，橫向尺寸的定標(biāo)要快于垂直尺寸的定標(biāo)。當(dāng)這種深寬比和CD控制的 需求結(jié)合高蝕刻選擇性、側(cè)壁光滑性和高的工具生產(chǎn)能力時，對于任何硬 件配置而言處理窗口變得非常小。許多情況下，僅在許多處理氣體混合成 復(fù)合的蝕刻劑氣體混合物并結(jié)合極端的硬件設(shè)定時可以發(fā)現(xiàn)小的處理窗 口，例如非常高的RF偏置功率，才能在側(cè)壁鈍化、蝕刻速率和掩膜選擇 性間達(dá)到脆弱的平衡。然而，這種小的處理窗口典型遭受性能限制，而不 能與已知方法的蝕刻處理相諧調(diào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例中，描述了一種使用蝕刻劑氣體混合物蝕刻例如無定形 碳的含碳層，蝕刻劑氣體混合物包含氧分子(02)和包含碳硫末端配位體 的氣體。某些實施例中，蝕刻劑氣體混合物是無鹵素的，以及在具體實施 例中，蝕刻劑氣體混合物僅包括兩種成分，例如COS和02。其它實施例 中，還可以進一步使02和該含硫氣體與附加氣體結(jié)合來蝕刻含碳層，例如氮分子(N2)、 一氧化碳(CO) 、 二氧化碳(C02)、臭氧(03)、水 (H20)、過氧化氫(H202)或碳氟化合物中的至少一種。
實施例中，在大約0.25和大約1.0之間的COS:02體積流率由具有大 約100MHz以上頻率的電容耦合高頻RP發(fā)生器發(fā)生器激勵，以便在掩蓋 無機電介質(zhì)保護層上用大于30:1、優(yōu)選大于50:1的選擇性蝕刻含碳層，同 時在例如接觸圖案的HAR特征的側(cè)壁中獲得最小的弓形。進一步用一個 或多個具有大約60MHz以下頻率的低頻RF發(fā)生器來激勵COS:02蝕刻劑 氣體混合物可能有利于進一步諧調(diào)特征CD的均勻性。
仍然在其它實施例中，包含有碳硫末端配位體氣體的蝕刻劑氣體混合 物，釋放到等離子體蝕刻室中接近襯底中心的第一氣體入口處的氣體流量 速率不同于接近襯底周邊的第二開口處的氣體流量速率，同時等離子體暴 露于接近襯底中心處的磁場強度不同于接近襯底周邊處的磁場強度，從而 進一步改善含碳層蝕刻的均勻性。
一個示范實施例中，多層掩膜包含設(shè)置在襯底層上的無定形碳層、 設(shè)置在無定形碳層上的無機電介質(zhì)蓋層，以及設(shè)置在無機電介質(zhì)蓋層上的 已構(gòu)圖光阻層，首先用包含氟碳化合物的蝕刻劑氣體混合物蝕刻無機電介 質(zhì)蓋層，然后清除蝕刻處理室的鹵素，以及用包含02和具有碳硫末端配 位體的蝕刻劑氣體混合物蝕刻無定形碳層。
本發(fā)明的其它方面提供了一種等離子體蝕刻裝置，其配置為用包含混 合有02的具有碳硫末端配位體氣體的蝕刻劑氣體混合物執(zhí)行含碳層的蝕 刻。本發(fā)明的其它方面還提供了一種計算機可讀媒體，其包含用于在電容 耦合高頻等離子體蝕刻裝置上執(zhí)行這種蝕刻方法的指令。


圖1是根據(jù)具體實施例的流程圖，其描述了用多層掩膜蝕刻特征的方 法，該多層掩膜的無定形碳層是用混合有02的COS蝕刻。
圖2A、 2B、 2C、 2D、 2E和2F是根據(jù)一個實施例的斷面示意圖，其 描述了圖1方法的示例性實施例，特征是使用包含COS禾B 02的蝕刻劑氣 體混合物蝕刻進多層掩膜。
圖3是根據(jù)實施例配置為執(zhí)行蝕刻方法的等離子體蝕刻裝置的斷面示意圖。
圖4描述了根據(jù)具體實施例使用包含COS和02的蝕刻劑混合物蝕刻 無定形碳層的方法的處理走向總結(jié)。
圖5描述了根據(jù)具體實施例一組具有碳硫末端配位體的分子基。
具體實施例方式
下面的描述中，闡明了許多具體的細(xì)節(jié)以便使本發(fā)明得到透徹的理 解。顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下 實現(xiàn)本發(fā)明。另外，為了不給本發(fā)明帶來不必要的晦澀，熟知的特征不進 行詳細(xì)的描述，例如具體的光刻構(gòu)圖和蝕刻技術(shù)。貫穿本說明書的涉及 "實施例"表示與實施例描述聯(lián)系的具體的特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性，是至 少包含在本發(fā)明的一個實施例中。因此，在貫穿本說明書的不同位置出現(xiàn) 的措辭"實施例中"不必涉及本發(fā)明的同一個實施例。此外，具體的特征、 結(jié)構(gòu)、材料或特性也可以任何適合的方式結(jié)合在一個或多個實施例中。同 樣，可以明白的是圖中示出的不同示例性實施例僅僅是示意性的表述而不 必按比例繪制。
這里使用的術(shù)語"在...之上"、"在...之下"、"在...之間"和"在...上"涉及
一層與其它層的相對位置。即，例如， 一層沉積或設(shè)置在另外一層之上或 之下可以直接與其它層接觸，或可以具有一個或多個間隔層。此外， 一層 沉積或設(shè)置在層之間可以直接與層接觸，或可以具有一個或多個間隔層。 相反，第一層在第二層"上"是與第二層接觸。此外，所提供的一層與其它 層的相對位置是沒有考慮襯底的絕對方向，而假定相對起始時的襯底操 作、沉積、更改和移動膜。
圖1說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施例用于蝕刻特征的方法100的流程 圖。在形成處理期間在襯底上執(zhí)行方法100。圖2A-2F說明了具有根據(jù)圖 1中所示流程的具體實施例制造的特征的示例性襯底的斷面圖。
圖1的方法100從工件開始，如圖2A所描述的包含在支持體210上 的襯底層220。在一個實施例中，支持體210是半導(dǎo)體晶片，例如，但不 限定于硅、鍺或公知的III-V (族)化合物半導(dǎo)體材料。在另外一個實施例
7中，支持體210是玻璃或藍(lán)寶石材料。襯底層220通常包括電介質(zhì)層，例 如具有大約2.5介電常數(shù)的二氧化硅。在其它實施例中，襯底層220包括 具有大約2.4或以下介電常數(shù)的低-k材料，例如，但不限定于碳摻雜的氧 化硅。也需要明白的是襯底層220可以包括本領(lǐng)域公知的各種材料的多種 電介質(zhì)、半導(dǎo)體或?qū)w層。圖2A所描述的具體實施例中，襯底層220在 蝕刻停止層215上，蝕刻停止層215包括已知的對于蝕刻襯底層220的處 理具有良好選擇性的材料。在一個實施例中，襯底層220包括二氧化硅， 蝕刻停止層215包括氮化硅。
如進一步描述的，例如無定形碳層225的含碳層形成在襯底層220之 上。如這里使用的，含碳層包含的無機層包括至少20wtM的碳。包括于這 類的材料是典型包括大于50wtM碳的無定形碳，以及包括至少20wt。/。碳含 量的低-k電介質(zhì)。排除在"含碳"類外的是具有全部碳含量小于20wt。/。的有 機材料，例如通常用作底部抗反射涂層(BARC)的那些材料，典型的為 聚酰胺和聚砜并且具有小于5wt。/。的碳。
可以用噴涂/旋涂方法、熱沉積處理(CVD)、或等離子增強沉積處理 (PECVD)形成含碳層。圖2A描述的實施例中，無定形碳層225是用 CVD或PECVD中任一個沉積來形成碳材料，該碳材料包括至少50wtM具 有spl、 sp2和sp3鍵合狀態(tài)的碳，該鍵合狀態(tài)使膜具有那些典型的 pyrolylic、石墨和類金剛石碳的混合物的特性。由于已沉積的碳材料可以 包含多個不同特性的鍵合狀態(tài)，因此其缺乏長程有序，因此通常稱為"無 定形碳"。在具體實施例中，無定形碳層225可以使用碳?xì)浠衔锏那膀?qū)體 用PECVD處理形成，例如，但不限定于，甲烷(CH4)、丙烯 (C3H6)、丙炔(C3H4)、丙垸(C3H8) 、 丁垸(C4H1Q) 、 丁烯 (C4H8) 、 丁二烯(C4H6)、乙炔(C2H2)、甲苯(C7H8 (C6H5CH3)) 及其混合物。無定形碳層225也可以包含氮或其它添加劑。示例性無定形 碳材料是從美國加州應(yīng)用材料公司(Applied Materials，Inc.,CA,U.S.A.)商 標(biāo)名為Advanced Patterning FilmTM(APF)可商業(yè)得到的。雖然沒有描述， 另外一個實施例中在碳wt。/。范圍的較低端處，含碳層是低-k電介質(zhì)，例如 是從應(yīng)用材料公司(Applied Materials,Inc.,)的商標(biāo)名為Black DiamondTM商業(yè)得到的。
無定形碳層225不是光敏的并且用等離子體蝕刻替換已構(gòu)圖以便高度 保真的再現(xiàn)光敏層上的圖案。同時有利的是無定形碳層225提供到掩膜的 附加厚度非常像傳統(tǒng)的硬掩膜(采用硅的氮化物或氧化物)，因為無定形 碳層225能用與去除光敏層相同的方法輕易去除，例如使用高頻02等離子 體剝離。
無定形碳層225形成的厚度依賴于隨后用來構(gòu)圖襯底層220的處理的 材料的電阻和碳材料的結(jié)構(gòu)整體性(限定無定形碳層的深寬比)。 一個實 施例中，無定形碳層225具有比用于5:1深寬比的蝕刻進層的特征的臨界 尺寸大約大5倍的厚度。在進一步的實施例中，無定形碳層的厚度與特征 尺寸的比率是在1:1和5:1之間。這種比例范圍將提供足夠的結(jié)構(gòu)整體 性，從而使已構(gòu)圖的無定形碳特征不會在隨后的處理期間倒塌。在一個這 種實施例中，無定形碳層225在大約100nm和大約1000nm之間。在具體 實施例中包含二氧化硅的襯底大約1.5-2/mi厚，無定形碳層的厚度在大約 700nm到900nm之間。
同樣如圖2A描述的，無定形碳層225覆蓋有無機電介質(zhì)蓋層230。無 機電介質(zhì)蓋層230可以作為電介質(zhì)抗反射層(DARC)和/或改善隨后通過 旋涂技術(shù)施加的有機膜的粘結(jié)，不然的話有機膜不能很好的粘結(jié)到無定形 碳層225。無機電介質(zhì)蓋層230可以是單層膜或包括以二氧化硅、氮化硅 或氮氧化硅(SiON)形式中的硅、氮、氧的膜的多層堆疊。也可以調(diào)整成 分和厚度以便對在特征光刻構(gòu)圖期間采用的具體波長提供最小的反射和高 對比度。在示例性實施例中，無機電介質(zhì)蓋層230形成在大約25nm和 100nm之間的厚度。
如圖2A進一步描述的，多層堆疊掩膜250包含在光刻操作后已構(gòu)圖 的光阻層240。 一些光阻實施例中，有機BARC施加在無機電介質(zhì)蓋層 230上以便進一步減小光敏層構(gòu)圖期間光的反射。BARC典型包括聚酰胺 和聚砜。同時經(jīng)常不必要在無定形碳層225之上同時具有有機BARC (未 示出)和無機電介質(zhì)蓋層230，但是這種多層掩膜也可實行。
在無定形碳層225之上的已構(gòu)圖光阻240可以用任何傳統(tǒng)的方法構(gòu)圖，例如，使用193nm光刻和適合的已知光阻成分。 一個實施例中，已構(gòu) 圖光阻240包含具有大約80nm以下臨界尺寸的接觸開口 241。在具體實 施例中，已構(gòu)圖光阻240形成具有在大約60nm和80nm之間臨界尺寸的 接觸開口。
回到圖1，在操作120，如圖2進一步描述的蝕刻無機電介質(zhì)蓋層 230。 一個有利的實施例中，無機電介質(zhì)蓋層230是用包含氣體的傳統(tǒng)鹵 素基的化學(xué)成分進行等離子體蝕刻，例如其，但不限定于像CF4和CHF3 的氟碳化合物。包含這些化合物中一個或兩個的混合物可以與或不與N2 結(jié)合。在進一步的實施例中，氟碳化合物蝕刻劑氣體是由具有大約50MHz 以下頻率的低頻"偏置功率"RF發(fā)生器激勵，例如13.56MHz和2MHz波 段。在進一步實施例中，具有大約lOOMHz以上頻率的高頻"源功率"RF發(fā) 生器，優(yōu)選在無機電介質(zhì)蓋層230開口期間避開以便使蝕刻偏置最小。如 果存在BARC層也可以使用基本類似的等離子體蝕刻處理進行等離子體蝕 刻，從而使有機層和無機電介質(zhì)蓋層230 二者可以在一個蝕刻步驟中蝕 刻。操作120的持續(xù)時間依賴于蓋層的厚度，但是，在一個實施例中， 100nm無機電介質(zhì)蓋層 230是明顯小于100秒。
圖1描述的實施例中，在操作125，在無定形碳層225蝕刻前，從蝕刻 處理室清除在操作125中用于蝕刻無機抗反射蓋的氟碳化合物基的化學(xué)成 分。在具體實施例中，在無定形碳層225蝕刻處理前，將高容積流量例如 氬氣的惰性氣體引入蝕刻室以便從蝕刻室清除任何鹵素基的氣體，從而防 止殘留的鹵素轉(zhuǎn)移到隨后在蝕刻室中執(zhí)行的處理。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在某些條件 下，在無定形碳層225蝕刻期間存在的氟會損害無定形碳層225，并且潛 在地造成已形成裝置的參數(shù)漂移。
在操作130，無定形碳層225是用包含02和包括碳硫末端配位體氣體 的蝕刻劑氣體混合物進行等離子體蝕刻。包括碳硫末端配位體的分子是與 那些具有中心硫例如SF6的化合物有區(qū)別的。具有碳硫末端配位體的分子 包含鍵合到碳原子的末端硫原子。然后碳原子還可以進一步鍵合到其它作 為主鏈部分的原子。圖5描述了許多包含碳硫末端配位體的分子，碳硫末 端配位體用虛線圈起來。圖5所描述的R,R',R",R"'基分別表示烴基、芳
10基或氫原子。圖5所描述的那些分子包含導(dǎo)致非極性分子的非對稱碳硫末 端配位體。然而，其它具有對稱碳硫末端配位體的分子，例如二硫化碳
(CS2)，為了蝕刻含碳層的目的也可能是相當(dāng)好的。在具體實施例中， 包含碳硫末端配位體的氣體具有化學(xué)通式(COS) x，以及在優(yōu)選實施例 中，包括碳硫末端配位體的氣體是硫化羰、COS。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包括碳硫末端配位體例如COS的氣體與02混合時，對于蝕 刻無定形碳膜提供了有利的寬處理窗口。也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特別是在用大約 100MHz以上高頻電容耦合蝕刻裝置操作來激勵等離子體的情況下。結(jié)合 有高頻激勵的COS:02蝕刻劑氣體的寬處理窗口允許橫跨襯底大范圍調(diào)整 蝕刻率和CD均勻性。同時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多其它無鹵素的含硫氣體例如二氧 化硫(S02)和硫化氫(H2S)，包括碳硫末端配位體的氣體，具體是那些 低沸點的例如COS的氣體，對于含碳層的蝕刻是有利的。
當(dāng)用高頻RF源功率(大約100MHz以上)激勵時，02能夠以遠(yuǎn)高于 l;mi/min的極高速率蝕刻無定形碳層225，然而產(chǎn)生了高的弓形側(cè)壁并且 對于大多數(shù)的掩膜例如無機電介質(zhì)蓋層230具有低選擇性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用具 有碳硫末端配位體例如COS的附加氣體，可以極大地改善這些缺點，因為 在缺少02下用高頻RF源激勵時，不會以可察覺的速度蝕刻無定形碳。因 此，在具體實施例中，蝕刻劑氣體混合物主要由02和COS組成，相當(dāng)精 妙的兩種成分(氧化劑和鈍化劑)混合物也提供了具有大處理窗口堅固的 無定形碳蝕刻處理。相反，沒有發(fā)現(xiàn)可選擇的例如S02和H2S的含硫氣體 提供了類似的寬工藝窗口。因此，不能期待諸如S02和H2S的氣體橫跨襯 底直徑取得接觸底部CD相同的無定形碳蝕刻速度、選擇性或均勻性。
己經(jīng)發(fā)現(xiàn)包含COS:02蝕刻劑混合物的高頻RF激勵的實施例提供了特 別高的無定形碳蝕刻速率并且對例如無機電介質(zhì)蓋層230的材料的高選擇 性。如這里使用的，高頻RF是指在大約100MHz以上RF頻率工作的"源" 功率。在大約60MHz以下RF頻率工作的低頻"源"功率通常提供了比用高 頻源工作時顯著低的使用02的無定形碳層蝕刻速率。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)電容耦合 和電感耦合相類似的情況。例如，與這些低RF頻率相聯(lián)系的較低蝕刻速 率依次要求高02流和高RF功率的補償。如已經(jīng)在別處討論的，在低RF頻率時的高02流和高RF功率都是對維持例如無機電介質(zhì)蓋層230的材料 的高選擇性有害的并且也對好的CD控制有害。例如，對于可比較的RF 功率水平，采用50MHz源的蝕刻裝置用02提供的無定形碳蝕刻速率，例 如應(yīng)用材料公司(Applied Materials,Inc)的eMax系統(tǒng)，比用應(yīng)用材料公 司(Applied Materials Corp)的Enabler系統(tǒng)的162MHz電容源用02提供 的無定形碳蝕刻速率低大約2.5到3倍。同時在低RF頻率處較高的02流 和2.5倍高的RF功率能對較低效率和無定形碳蝕刻速率消弱的結(jié)果進行部 分補償，在選擇性(對要求11:1 HAR接觸蝕刻的無機電介質(zhì)蓋層230的 選擇性遠(yuǎn)低于30:1)的顯著損失和橫跨襯底的底部CD均勻性(從中心到 邊緣至少13nm的3西格瑪)的顯著損失的代價上也是如此。因此，這里 描述的COS:02蝕刻劑氣體混合物通常可應(yīng)用于任何頻率系統(tǒng)，以及可以 相對例如02與CO或02與S02的其它氣體混合物提供改善，結(jié)合高頻RF 的COS:02蝕刻劑氣體混合物的實施例提供了優(yōu)異的處理窗口。
在具體實施例中，蝕刻操作130包含引入蝕刻室的COS:02的體積氣 體流比例是在大約0.25:1和1:1之間。圖4中描述出依賴于混合物比例的 處理趨勢。這個當(dāng)用高頻源功率激勵時的COS和02的混合比例提供的無 定形碳蝕刻速率高達(dá)從800nm/秒到大約1.2/xm/秒。由于沒有限定COS到 例如低于大約10%的非常低的濃度，蝕刻劑混合物中相對高百分比的 COS能夠大范圍諧調(diào)。因此，COS:02混合物是對可能導(dǎo)致橫跨襯底均勻 性的影響相對不敏感，例如局部種類損耗等。也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在大約0.25:1和 1:1之間的COS: 02氣體比例對在二氧化硅、氮化硅或SiON上的無定形碳 提供了非常高的選擇性，遠(yuǎn)高于30:1，典型至少50:1和接近100:1。沒有 發(fā)現(xiàn)可替換的含硫氣體，例如S02具有如此高的選擇性。雖然不必局限于 任何特殊的理論，碳硫末端配位體的存在可能有利于在例如二氧化硅、氮 化硅或SiON的那些非含碳層表面上提供鈍化種類，而在缺少碳硫末端配 位體的例如S02的蝕刻劑混合物中是得不到的。用大約100MHz以上高頻 激勵COS: 02蝕刻劑也可以提供足夠量的種類，從而在高偏置電壓缺乏的 情況下在襯底上進行鈍化。高蝕刻速率、高選擇性和減小側(cè)壁弓形的這個 混合比例的結(jié)合比例提供了用于寬處理窗口的基礎(chǔ)，然后寬工藝窗口可以
12裁剪來達(dá)到良好的均勻性和蝕刻裝置的高生產(chǎn)量。
如圖4進一步描述的，當(dāng)增加無定形碳蝕刻速率時，COS/02蝕刻劑氣 體混合物的總流率趨向減少HAR接觸BCD。依賴于蝕刻室的配置，總流 量也可以在大約25sccm至1000sccm之間的任何地方，或更高。具體實施 例中具有大約0.30:1的COS:02流率比例時總流量大約是150sccm。理想 的COS:02流率比例不是與總流率成線性的。在任何蝕刻裝置中非常高的 COS/02蝕刻氣體的總流量趨向減小處理窗口，因為在較高的02流量時 COS:02比例是增加的以便維持特征輪廓和CD。例如，當(dāng)采用較高的02 流率時，也需要高的COS流率來防止特征側(cè)壁的過量弓形。在非常高的總 流率，橫跨襯底直徑的非均勻性增加了，以及因此為了維持較大的處理窗 口，如果通過其它處理參數(shù)的方法在較低的總cos/o2流量時能得到足夠 高的無定形碳蝕刻速率，渴望相對低的總流量。
當(dāng)兩種成分的COS:02蝕刻劑混合物實施例提供了在無定形碳層中顯 著減小的HAR接觸的側(cè)壁弓形，通過將其它種類引入到蝕刻劑混合物中 可以得到側(cè)壁輪廓的進一步改善。在具體實施例中，蝕刻劑氣體混合物還 包括N2、 CO、 C02、 03、 H20、 11202中的至少一種。也需要說明的是在 可選實施例中，N2源也可以用其它氮源代替，例如，但不限定于氧化氮 (NO、 N20等)或氨氣(NH3)。蝕刻劑氣體混合物還可以包含惰性氣 體，例如Ar、 He或Xe。
在某些其它實施例中，包含COS和02二者的第一蝕刻劑氣體混合物 用于無定形碳層蝕刻的第一部分，以及然后缺少COS的第二蝕刻劑氣體混 合物使用在無定形碳層蝕刻的第二部分。在一個具體實施例中，02和COS 的兩種成分蝕刻劑混合物用于無定形碳層蝕刻的第一部分，然后第二種兩 種成分的02和N2的蝕刻劑氣體混合物使用在無定形碳層蝕刻的第二部 分。由于第一部分期間深寬比達(dá)到大約5:1到7:1，然后轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙g刻劑 氣體混合物繼續(xù)蝕刻第二部分以便達(dá)到8:1或更高的深寬比，因此這樣的 工藝可以特別有利于非常HAR蝕刻以便裁剪側(cè)壁輪廓。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這樣的 多步驟工藝對于大約10:1的深寬比制造出基本垂直的接觸側(cè)壁的同時在大 于30:1的無機電介質(zhì)材料上仍然提供連續(xù)的選擇性。應(yīng)該認(rèn)識到其它實施例在這個主題上包含變化，因此有或沒有可選成分例如N2、 C0或C02的 脈沖，蝕刻處理無定形碳層的同時COS氣體成分是脈沖的。
如圖4所描述的，當(dāng)處理壓強增加時，發(fā)現(xiàn)增加無定形碳蝕刻速率的 同時減小了 HAR接觸的底部臨界尺寸(BCD)。如其它地方描述的，依 賴于實施例，當(dāng)COS:02氣體比例是在0.25:1至"1:1之間具有適度的大約 500sccm以下的低總COS/02氣體混合物流量并且用高頻電容系統(tǒng)激勵 時，處理壓強可以在大約8mT到50mT之間的寬范圍變化，優(yōu)選處理壓強 大約是20mT。
由高頻RF源功率激勵的包括碳硫末端配位體的蝕刻劑氣體混合物的 寬處理窗口能夠進一步附加至少一個大約60MHz以下的低頻偏置功率， 從而進一步增強無定形碳層蝕刻的性能。如圖4描述的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)HAR 接觸具有的BCD依賴于在低RF頻率時期的功率水平和頻率。在 13.56MHz頻率處增加功率趨向減小BCD,然而在2MHz頻率處增加功率 趨向增加BCD，然而增加它們中任何一個具有對弓形影響很小的同時增加 無定形碳蝕刻速率的效果。以此方式，當(dāng)與提供的高頻RF源相結(jié)合時， 等離子體蝕刻裝置能夠以獨立控制的功率水平提供的2MHz和13.56MHz 頻率RF功率可以有利于提供非常協(xié)調(diào)的BCD。在某些實施例中，低頻偏 置功率與高頻源功率的比例是在大約0.25和大約1:1之間。在具體實施例 中，用來激勵蝕刻劑氣體而提供的低頻偏置功率的功率水平低于高頻源功 率的大約一半。在一個實施例中，在大約0.25:1和大約1:1之間的比例、 適度低的總流量和大約20mT的處理壓強處采用COS:02，依賴于室配置和 襯底尺寸總功率在2000W和4000W之間時低頻偏置功率與高頻偏置源功 率的比例是在大約0.25和大約0.5之間，對于容納200mm襯底的室具有 至少2000W的總功率。
COS:02的寬處理窗口允許進一步處理調(diào)整硬件配置，該硬件配置橫跨 襯底直徑調(diào)整中性和帶電等離子體種類密度中的任一個或二者。例如，等 離子體蝕刻裝置中包含帶電種類調(diào)整單元(CSTU)橫跨襯底直徑施加變 化強度的磁場，可以調(diào)整BCD的均勻性以便減少橫跨襯底直徑的"W"或 "M"特性。"W"或"M"是指橫跨襯底直徑的無定形碳蝕刻性能中的變化量，例如，與襯底半徑的一半處相比，在襯底中心和邊緣處的BCD比率可能 高或低。中性種類的調(diào)整單元(NSTU)，其允許橫跨晶片直徑以不同的 體積流率將氣體引入蝕刻室，可以進一步在無定形碳層蝕刻期間采用從而 擴大HAR接觸的BCD。當(dāng)二者結(jié)合使用時，CTSU的具體設(shè)定與NSTU 的具體設(shè)定執(zhí)行很好，從而使高的內(nèi)部對外部直徑的氣體流量比例可以從 相對較高的內(nèi)部對外部磁場比例中受益。例如，在一個實施例中，COS:02 蝕刻劑氣體混合物是僅在NSTU設(shè)定的內(nèi)部執(zhí)行的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有混合的 大約12G內(nèi)部:8G外部的內(nèi)部對外部直徑的磁通量比例的CSTU提供了改 善了的橫跨晶片的蝕刻均勻性，減少了"W"或"M"無定形碳層蝕刻特性。
需要進一步說明的是關(guān)于襯底溫度處理窗口也是寬的，甚至可能在室 溫下在無機電介質(zhì)材料上具有好的無定形碳蝕刻速率和選擇性。如圖4所 示，無定形碳層的蝕刻速率可以通過操縱襯底溫度而增加。此外，也可能 在蝕刻裝置中提供多個溫度控制區(qū)域，以便進一步調(diào)整橫跨襯底直徑的無 定形碳蝕刻速率從而改善均勻性。在具體實施例中，例如在接近襯底中心 點處的襯底溫度控制為第一設(shè)定點，例如20'C，同時在接近襯底周邊點處 的襯底溫度控制為第二設(shè)定點，例如25'C，從而改善橫跨襯底的無定形碳 層蝕刻的均勻性。
同樣有利的是，COS:02蝕刻劑氣體混合物的相對傾斜的化學(xué)減小了由 非均勻聚合物沉積在已蝕刻特征的側(cè)壁上引起的粗糙度。類似的，即使混 入附加的氣體，例如N2，發(fā)現(xiàn)COS:02蝕刻氣體提供了非常小的室污染 物。已發(fā)現(xiàn)在等離子體蝕刻室包含碳化硅(SiC)或釔材料涂層時特別如 此。采用COS:02混合物具體的無定形碳蝕刻處理執(zhí)行大約三十RF小時。 接下來的擴展處理進行粒子計數(shù)，剩余的低和非常少的蝕刻殘留是在等離 子體蝕刻室檢查期間可見的。期望傾斜的化學(xué)能減少室清潔的頻率，增加 設(shè)備生產(chǎn)率。
返回圖1，在操作140，主蝕刻是使用通過本發(fā)明實施例構(gòu)圖的多層 掩膜執(zhí)行的。如圖2E進一步所示，主蝕刻使用多層掩膜以便如實的將形 成在無定形碳層225中的特征轉(zhuǎn)送到襯底層220。依賴于膜，可以在主蝕 刻中采用各種己知的蝕刻技術(shù)和化學(xué)，例如，但不限定于，氮化物或氧化物襯底膜的氟碳化合物基的等離子體蝕刻。在實施例中，襯底膜是用使用
多層掩膜的80rnn以下的特征定義的。
在操作150，使用灰化或剝離處理來去除殘留的多層掩膜。在一個實 施例中，原位剝離處理是在與用于操作120、 125、 130和140相同的蝕刻 室中進行的。在進一步的實施例中，高02流量是用至少300W功率大約 lOOMHz以上的高頻源激勵的，同時低頻偏置功率小于150W。如在別處 討論過的，高頻源功率將以例如大約60MHz以下的低RF頻率不可能有的 速率侵蝕無定形碳層225。原位剝離也通過去除任何歷史影響來處理室以 便在隨后的襯底上重復(fù)方法100，該歷史影響是由襯底層220的氟碳化合 物主蝕刻造成的。
接下來進行無定形碳的剝離操作150，圖1的方法100是基本完成并 且得到可用于進一步處理的襯底，也許在同一蝕刻室中用于操作130、 140 和150。在具體實施例中，如圖2F所描述的，在無定形碳層225已經(jīng)去除 后，蝕刻停止層205是利用操作150在同一蝕刻室中蝕刻的，從而暴露下 面的層。在其它實施例中，圖1中的方法IOO完成后，也可以使用本領(lǐng)域 傳統(tǒng)的方法處理襯底。
可選實施例中，圖1和圖2A-2F所描述的實施例中，采用C0S:02蝕 刻劑氣體混合物來蝕刻包括比無定形碳層225低wt。/。碳的含碳層。這種含 碳層包含具有至少20wtM碳的低-k電介質(zhì)膜，可以通過CVD或噴涂/旋涂 方法中的任一個沉積。這里公開的無定形碳膜情況下的處理條件通?？墒?加于采用那些采用具有較低碳含量的含碳膜的可選實施例，然而氟碳化合 物到COS:02蝕刻劑混合物的添加變得有利，因為碳含量的下降以及硅或 氧原子占據(jù)了材料成分的大部分比例。當(dāng)層材料從含碳層轉(zhuǎn)變?yōu)閮H摻雜氧 化物時，例如那些在操作140情況下描述的傳統(tǒng)蝕刻處理變得可施加。
在一個實施例中，等離子體蝕刻裝置能夠用多個RF頻率激勵蝕刻劑 氣體混合物，例如由美國加州應(yīng)用材料(Applied Materials of CA,USA)制 造的EnablerTM蝕刻室。另外一個實施例中，方法100的等離子體蝕刻處 理是在磁場增強的反應(yīng)離子蝕刻器(MERIE)蝕刻室中執(zhí)行的，例如也是 由美國加州應(yīng)用材料(Applied Materials of CA，USA)制造的MxP(g)、MxP+TM、 Super-ETM或E-MAX(g)。也可以使用本領(lǐng)域已知的其它類型 的高性能蝕刻室，例如使用電感應(yīng)技術(shù)形成的等離子體室。
圖3說明了示例性多頻蝕刻系統(tǒng)300的斷面視圖。系統(tǒng)300包含接地 的室305。襯底310通過開口 315裝載并且夾緊到溫控的陰極320。在具 體實施例中，溫控的陰極320包含多個區(qū)域，每個區(qū)域可獨立控制溫度設(shè) 定點，例如接近襯底310中心的第一熱區(qū)域322和接近襯底310周邊的第 二熱區(qū)域321。處理氣體是通過各自的質(zhì)量流量控制器349從氣源345、 346、 347和348供應(yīng)到室305的內(nèi)部。在某些實施例中，NSTU 350提供 可控的內(nèi)部與外部直徑的氣體流量比例，因此，為了橫跨襯底310的直徑 調(diào)整中性種類的濃度，可在接近襯底310的中心處或接近襯底310的周邊 處以更高的流量速率提供處理氣體，例如C0S/02蝕刻劑氣體混合物。室 305是通過連接到高容量真空泵組355的排氣閥351抽真空到5mTorr和 500mTorr之間，真空泵組355包括渦輪分子泵。
當(dāng)施加RF功率時，等離子體形成在襯底310上方的室處理區(qū)域。偏 置功率RF發(fā)生器325耦接到陰極320。偏置功率RF發(fā)生器325提供偏置 功率，進一步供給等離子體能量。偏置功率RF發(fā)生器325典型具有大約 2MHz和60MHz之間的低頻，以及在具體實施例中，是13.56MHz波段。 在某些實施例中，等離子體蝕刻系統(tǒng)300包含在大約2MHz波段處頻率的 第三偏置功率RF發(fā)生器326，其與偏置功率RF發(fā)生器325 —樣連接到 RF匹配327。源功率RF發(fā)生器330通過匹配(未描述)耦接到等離子體 生成元件335，其相對于陰極320可以是陽極以便提供高頻源功率來激勵 等離子體。源RF發(fā)生器330典型具有比偏置RF發(fā)生器325更高例如在 100MHz和180MHz之間的頻率，以及在具體實施例中，是162MHz的波 段。偏置功率影響襯底310上的偏置電壓，控制襯底310的離子轟擊，同 時源功率相對于襯底310上的偏置獨立地影響等離子體的密度。需要說明 的是由已生成的等離子體的輸入氣體的指定設(shè)定的蝕刻性能隨著等離子 體的密度和晶片偏置顯著變化，因此激勵等離子體的總功率和頻率都是重 要的。由于襯底直徑隨時間而從150mm、 200mm、 300mm等發(fā)展，因此 本領(lǐng)域普遍使等離子體蝕刻系統(tǒng)的源和偏置功率相對襯底區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)化。在具體實施例中，等離子體蝕刻室包含用于控制內(nèi)部和外部直徑的磁
場強度比例的CSTU，從而控制橫跨襯底310直徑的等離子體中帶電種類 的密度。 一個示例性CSTU包含接近襯底310周邊的磁場線圈340和接近 襯底310中心的磁場線圈341，從而在室305的內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域的任 一個或二者中提供在0G和大約25G之間的磁場。
在本發(fā)明的實施例中，系統(tǒng)300是通過控制器370控制的計算機來控 制低頻偏置功率、高頻源功率、CSTU內(nèi)部對外部的磁場比例、蝕刻劑氣 體流量和NSTU內(nèi)部對外部的流量比例、處理壓強和陰極溫度，以及其它 處理參數(shù)。控制器370可以是任何形式的通用目的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的一個， 其可以為了控制各種子處理器和子控制器用于工業(yè)設(shè)定中。通常，控制器 370包含其它通用零件中的與存儲器373通訊的中央處理單元(CPU) 372 和輸入/輸出(I/O) 374。通過CPU372執(zhí)行軟件命令，造成系統(tǒng)300去， 例如將襯底裝載到等離子體蝕刻室，將蝕刻劑氣體混合物引入等離子體 蝕刻室，蝕刻劑氣體混合物包含02和包括碳硫末端配位體的氣體，例如 COS,以及用蝕刻劑氣體混合物的等離子體蝕刻含碳層。根據(jù)本發(fā)明，也 可以通過控制器370執(zhí)行其它處理例如蝕刻在無定形碳層上的無機電介 質(zhì)蓋層，以及蝕刻在無定形碳層下的二氧化硅電介質(zhì)。本發(fā)明的部分也可 以作為計算機程序產(chǎn)品提供，該計算機程序產(chǎn)品可以包含具有存儲在其中 指令的計算機可讀媒體，該計算機指令可以用來使計算機(或其它電子裝 置)程序化從而將襯底裝載進等離子體蝕刻室，將蝕刻劑氣體混合物引 入等離子體蝕刻室，蝕刻劑氣體混合物包含02和包括碳硫末端配位體的 氣體，例如例如COS，以及用蝕刻劑氣體混合物的等離子體蝕刻無定形碳 層。計算機可讀媒體可以包括但不限定于，軟磁盤、光盤、CD-ROMs
(緊縮磁盤可讀存儲器)，以及磁性一光盤、ROMs (只讀存儲器)、 RAMs (隨機訪問存儲器)、EPROMs (可擦除可編程只讀存儲器)、 EEPROMs (電可擦除可編程只讀存儲器)、磁或光卡、閃存、或其它公 知類型的適合存儲電子指令的計算機可讀存儲媒體。此外，本發(fā)明也可以 作為包含計算機程序產(chǎn)品的程序文件下載，程序文件可以從遠(yuǎn)程計算機傳 送到請求計算機。雖然以語言方式描述了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和/或方法動作，應(yīng)該明白在 附加的權(quán)利要求中定義的本發(fā)明不必局限于已描述的特定特征或動作。已 公開的特定特征和動作是作為己要求的發(fā)明的特別適度的實施例來說明 的，而不是限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種在包括至少20wt％碳的含碳層中蝕刻特征的方法，該方法包括提供一襯底，該襯底包含設(shè)置在含碳層上的已構(gòu)圖光阻層；將襯底裝載到等離子體蝕刻室；將蝕刻劑氣體混合物引入等離子體蝕刻室，蝕刻劑氣體混合物包含O2和包括碳硫末端配位體的氣體；用蝕刻劑氣體混合物的等離子體蝕刻含碳層。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻劑氣體混合物用具有100MHz以上 RF頻率的高頻RF源激勵。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中含碳層是包含至少50wt。/o碳的無定形碳層。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中包括碳硫末端配位體的氣體從以下組中選 擇COS、 SCOR2、 SCORNR2、 SCR2、 SCRNR2、 SC(NR)2 、 SCNR、 SC(OR)2，其中R是烴基、芳基或氫中的一個。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中包括碳硫末端配位體的氣體是硫化羰 (COS)，并且COS:02體積流率的比例在大約0.25和大約1.0之間。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻劑氣體混合物主要由COS和02組成。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻劑氣體混合物還包括N2、 03、 H20、 H202、 CO或C02中的至少一種。
8. 權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻劑氣體混合物用具有100MHz以上頻 率的高頻RF發(fā)生器和具有60MHz以下頻率的一個或多個低頻RF發(fā)生器 激勵，其中該一個或多個低頻發(fā)生器釋放到等離子體的功率不到高頻RF 發(fā)生器釋放到等離子體的功率的一半。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中等離子體暴露于接近襯底中心處的磁場要 高于接近襯底周邊處磁場的同時，等離子體蝕刻劑氣體混合物釋放到等離 子體蝕刻室中的在接近襯底中心第一氣體入口處的氣體流量速率要高于在接近襯底周邊第二氣體入口處的氣體流量速率，以便改善含碳層蝕刻的均 勻性。
10. 權(quán)利要求1的方法，還包括在控制接近襯底周邊點的第二設(shè)定點處的襯底溫度的同時，控制在接 近襯底中心點的第一設(shè)定點處的襯底溫度，其中第二設(shè)定點的溫度不同于 第一設(shè)定點的設(shè)定溫度以便改善含碳層蝕刻的均勻性。
11. 權(quán)利要求l的方法，還包括用包括含有碳硫末端配位體氣體的等離子體以第一蝕刻步驟蝕刻含碳 層；以及在第一蝕刻步驟后，以第二蝕刻步驟蝕刻含碳層，第二蝕刻步驟具有 蝕刻劑氣體混合物的等離子體，該蝕刻劑氣體混合物包括N2和02并且基 本上不含有包括碳硫末端配位體的氣體。
12. —種蝕刻包括至少50wtM碳的無定形碳層的方法，包括提供一襯底，該襯底包含在襯底層上的多層掩膜，該多層掩膜包括設(shè)置在襯底層上的無定形碳層；設(shè)置在無定形碳層上的無機電介質(zhì)蓋層；設(shè)置在無機電介質(zhì)蓋層上的已構(gòu)圖的光阻層；將襯底裝載進等離子體蝕刻室；將蝕刻劑氣體混合物引入等離子體蝕刻室，該蝕刻劑氣體混合物包含 02和包括碳硫末端配位體的氣體；用蝕刻劑氣體混合物蝕刻無定形碳層。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中蝕刻劑氣體混合物用具有100MHz以上 RF頻率的高頻RF源激勵。
14. 權(quán)利要求12的方法，其中包括碳硫末端配位體的氣體是硫化羰 (COS)，并且COS:02的體積流量速率的比例在大約0.25和大約1.0之間。
15. 權(quán)利要求12的方法，還包括-用氟碳化合物氣體蝕刻無機電介質(zhì)蓋層，該氟碳化合物氣體用具有大 約60MHz以下頻率的一個或多個低頻RF發(fā)生器激勵并且沒有向等離子體施加具有大約100MHz以上頻率的高頻RF能量； 清除等離子體蝕刻室的氟碳化合物氣體；以及使用蝕刻劑氣體混合物蝕刻無定形碳層，該蝕刻劑氣體混合物由具有 大約100MHz以上頻率的高頻RF發(fā)生器激勵。
16. 權(quán)利要求15的方法，其中由高頻RF發(fā)生器激勵的蝕刻劑氣體混 合物進一步由一個或多個低頻RF發(fā)生器激勵，其中該一個或多個低頻發(fā) 生器釋放到等離子體的功率小于高頻RF發(fā)生器釋放到等離子體功率的一 半。
17. 權(quán)利要求12的方法，還包括 用氟碳化合物氣體蝕刻襯底層；以及在蝕刻襯底層后，用由高頻RF發(fā)生器激勵的等離子體剝離無定形碳層。
18. —種具有存儲有一套機器可執(zhí)行指令的計算機可讀媒體，當(dāng)通過 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)執(zhí)行指令時，造成系統(tǒng)執(zhí)行的方法包括 提供一襯底，該襯底包含設(shè)置在無定形碳層上的已構(gòu)圖光阻層，該無 定形碳層包括至少50wty。的碳；將襯底裝載進等離子體蝕刻室；將蝕刻劑氣體混合物弓I入等離子體蝕刻室，該蝕刻劑氣體混合物包含 02和包括碳硫末端配位體的氣體；用蝕刻劑氣體混合物的等離子體蝕刻無定形碳層。
19. 權(quán)利要求18的計算機可讀媒體，其中蝕刻劑氣體混合物用具有 100MHz以上RF頻率的高頻RF源激勵。
20. 權(quán)利要求18的計算機可讀媒體，其中包括碳硫末端配位體的氣體 是硫化羰(COS)，以及其中指令造成系統(tǒng)以大約0.25和大約1.0之間的 體積流量速率將COS引入到等離子體蝕刻室。
全文摘要
本發(fā)明涉及用硫基蝕刻劑等離子體蝕刻含碳層，其用蝕刻劑氣體混合物蝕刻含碳層，該蝕刻劑氣體混合物包含氧分子(O₂)和包含碳硫末端配位體的氣體。在某些實施例中采用高RF頻率源以便得到對無機電介質(zhì)層具有高選擇性的高蝕刻率。在某些實施例中，蝕刻劑氣體混合物僅包含兩種成分COS和O₂，但在其它實施例中，也可以進一步采用附加氣體，例如氮分子(N₂)、一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO₂)中的至少一種，來蝕刻含碳層。
文檔編號H01L21/02GK101515542SQ20081012878
公開日2009年8月26日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日
發(fā)明者杰 周, 布賴恩·廖, 斯昌林, 王竹戌, 金漢相, 馬紹銘 申請人:應(yīng)用材料公司