無限選擇性的光刻膠掩膜蝕刻的制作方法
【專利說明】無限選擇性的光刻膠掩膜蝕刻 本申請是申請?zhí)枮?00780013713.X、申請日為2007年1月30日、發(fā)明名稱為"無限選 擇性的光刻膠掩膜蝕刻統(tǒng)"的發(fā)明專利申請的分案申請。
【背景技術(shù)】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體器件的形成。更具體地，本發(fā)明設(shè)及通過在蝕刻層中蝕刻特征 形成半導(dǎo)體器件。
[0002] 在半導(dǎo)體晶片處理過程中，使用公知的圖案化和蝕刻工藝在晶片中形成半導(dǎo)體器 件的特征。在運(yùn)些工藝中，光刻膠（PR)材料沉積在晶片上并且之后暴露于由中間掩模過濾 的光線。該中間掩?？蒞是圖案化為具有模板特征幾何形狀的玻璃板，該幾何形狀阻止光 線透過該中間掩模。
[0003] 穿過中間掩模之后，光線接觸光刻膠材料的表面。光線改變光刻膠材料的化學(xué)成 分，從而顯影劑可W去除一部分光刻膠材料。對于正光刻膠材料，暴露部分被去除，而對于 負(fù)光刻膠材料，未暴露部分被去除。其后該晶片被蝕刻，運(yùn)樣，下層材料被從不再受該光刻 膠材料保護(hù)的區(qū)域去除，并由此在該晶片中形成所需的特征。
[0004] 在基于半導(dǎo)體的設(shè)備（例如，集成電路或平面顯示器）制造中，雙鑲嵌結(jié)構(gòu)可連同 銅導(dǎo)體材料一起使用，用W減小與用于前一代技術(shù)的侶基材料中的信號傳播有關(guān)的RC延 遲。在雙鑲嵌中，蝕刻該介電材料，而非該導(dǎo)體材料，從而形成過孔和溝槽，并且用銅填充該 過孔和溝槽。
[0005] 通常，在蝕刻下層材料過程中，一些光刻膠材料被去除。被蝕刻的下層材料的量相 對被蝕刻的光刻膠材料的比用來確定蝕刻選擇性（selectivity)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了實(shí)現(xiàn)前述和按照本發(fā)明的目的，提供一種將特征蝕刻入蝕刻層的方法，該蝕 刻層設(shè)在光刻膠掩模下方而沒有中間硬掩模。提供多個蝕刻循環(huán)。每個蝕刻循環(huán)包括提供 沉積蝕刻階段，其將特征蝕刻入該蝕刻層并且將聚合物沉積在運(yùn)些特征的側(cè)壁上和該光刻 膠上，W及提供清理階段，其去除沉積在該側(cè)壁上的聚合物。
[0007] 在本發(fā)明的另一表現(xiàn)形式中，提供一種將特征蝕刻入蝕刻層的方法，該蝕刻層 設(shè)在光刻膠掩模下方而沒有中間硬掩模。提供15到50個具有無限選擇性（infinitely selective)的蝕刻循環(huán)蝕刻。每個蝕刻循環(huán)包括提供沉積蝕刻階段，其將特征蝕刻入該蝕 刻層并且將聚合物沉積在運(yùn)些特征的側(cè)壁上和該光刻膠上，W及提供清理階段，其去除沉 積在運(yùn)些側(cè)壁上的聚合物。
[0008] 本發(fā)明的另一表現(xiàn)形式中，提供一種用于在蝕刻層中形成特征的裝置，其中該蝕 刻層由基片支撐，W及其中該蝕刻層由光刻膠掩模覆蓋而沒有中間硬掩模。等離子處理室 提供有形成等離子處理室外殼的室壁?；渭谠摰入x子處理室外殼內(nèi)支撐基片。壓 力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)該等離子處理室外殼中的壓力。至少一個電極向該等離子處理室外殼提供能 源，用W維持等離子。氣體入口提供氣體進(jìn)入該等離子處理室外殼。氣體出口從該等離子 處理室外殼排出氣體。氣體源與該氣體入口流體連接，并包括蝕刻氣體源、沉積氣體源和清 理階段氣體源。控制器可控制地連接到該氣體源和該至少一個電極。該控制器包括至少一 個處理器和計算機(jī)可讀介質(zhì)。該計算機(jī)可讀介質(zhì)包括用于提供15到50個蝕刻循環(huán)的計算 機(jī)可讀代碼，該計算機(jī)可讀代碼包括用于提供沉積蝕刻階段的計算機(jī)可讀代碼（該階段將 特征蝕刻入該蝕刻層W及將聚合物沉積在運(yùn)些特征的側(cè)壁上和該光刻膠之上），該用于提 供沉積蝕刻階段的計算機(jī)可讀代碼包括用于從該蝕刻氣體源提供蝕刻氣體的計算機(jī)可讀 代碼、用于由該蝕刻氣體生成等離子的計算機(jī)可讀代碼、用于從該沉積氣體源提供沉積氣 體的計算機(jī)可讀代碼、用于由該沉積氣體生成等離子的計算機(jī)可讀代碼和用于停止該沉積 和蝕刻階段的計算機(jī)可讀代碼；W及用于提供清理階段的計算機(jī)可讀代碼（該階段去除沉 積在運(yùn)些側(cè)壁上的聚合物），該用于提供清理階段的計算機(jī)可讀代碼包括用于從該清理階 段氣體源提供清理階段氣體的計算機(jī)可讀代碼、用于從該清理階段氣體生成等離子的計算 機(jī)可讀代碼和用于停止該清理階段的計算機(jī)可讀代碼。
[0009] 本發(fā)明的運(yùn)些和其他特征將在下面的具體描述中結(jié)合附圖更詳細(xì)地說明。
【附圖說明】
[0010] 在附圖中，本發(fā)明作為示例而不是作為限制來說明，其中相似的參考標(biāo)號表示類 似的要素，并且其中：
[0011] 圖1是在本發(fā)明實(shí)施方式中使用的、在蝕刻層中形成特征的高級流程圖。
[0012] 圖2A-D按照圖1所示的實(shí)施方式的形成特征的示意圖。
[0013] 圖3是兩步驟沉積蝕刻階段的更詳細(xì)的流程圖。
[0014] 圖4是可用來蝕刻和剝離的等離子處理室的示意圖。
[0015]圖5A-B說明適于實(shí)現(xiàn)用于本發(fā)明實(shí)施方式的控制器的計算機(jī)系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 現(xiàn)在將根據(jù)其幾個優(yōu)選實(shí)施方式更詳細(xì)地描述本發(fā)明在下面的描述中，闡述許多 具體細(xì)節(jié)W提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，顯然，本發(fā)明可不利用 運(yùn)些具體細(xì)節(jié)的一些或者全部而實(shí)施。在有的情況下，公知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)沒有說 明，W避免不必要的混淆本發(fā)明。
[0017] 為了便于理解，圖1是本發(fā)明實(shí)施方式中使用的工藝的高級流程圖。在蝕刻層之 上提供過孔掩模（步驟104)。圖2是堆找200的剖視圖，其具有形成在阻擋層212之上的 蝕刻層220,該阻擋層形成在晶片210之上。在運(yùn)個例子中，層208設(shè)置在該阻擋層212和 該晶片210之間。盡管該層208示為形成在該晶片210上，在該蝕刻層220和該晶片210之 間可W形成任意數(shù)目的層。在運(yùn)個例子中，該阻擋層212可W是碳化娃（SiC)層或其也可W 是SiN。該蝕刻層220可W是低k電介質(zhì)，如有機(jī)娃酸鹽電介質(zhì)和多孔電介質(zhì)，包括CORAL?， 來自 San Jose，California 的 Novellus ；Black DiamondTM，來自 Santa Clara，California 的 Applied Materials ;AuroraTM，可從 Ne化erlands 的 ASM International N. V.得到； Sumika FilmK，可從 Santa Clara，California 的 Sumitomo Chemical America，Inc.得 至Ij ;H0SPTM，來自 Morristown, New Jersey 的 AlliedSignal ;SiLKTM或高級多孔 SiLK，來自 DOW Qiemical Company ;0rionK FlowfiIiTM，來自 Trikon ;和 L邸TM,來自 JSR Co:rpD
[0018] 該過孔圖案的形成可通過在該蝕刻層220上形成抗反射層（A化)216來進(jìn)行。該 A化216可W通過旋涂沉積來形成。
[0019] 光刻膠掩模232形成在該A化216之上（步驟104)。該光刻膠掩?？赏ㄟ^將光刻 膠層暴露于圖案化的光線，然后顯影該光刻膠層232 W在該光刻膠層中獲得過孔224。
[0020] 將特征有選擇地蝕刻入該蝕刻層220 (步驟108)。該選擇性蝕刻包括多個循環(huán)，其 中每個循環(huán)包括沉積蝕刻階段（步驟112)和聚合物清理階段（步驟116)。
[0021] 該沉積蝕刻階段（步驟112)相對該光刻膠掩模232有選擇地蝕刻該蝕刻層220， 并且將聚合物沉積在該特征的側(cè)壁上W及該光刻膠上。圖2B是該堆找200在沉積蝕刻階 段（步驟112)之后的剖視圖。已經(jīng)執(zhí)行了一個或多個蝕刻循環(huán)。該沉積蝕刻階段蝕刻特 征234的一部分，同時將聚合物層236沉積在運(yùn)些特征234的側(cè)壁上W及該光刻膠掩模232 之上。運(yùn)樣一個沉積蝕刻階段優(yōu)選為無限選擇性，因為運(yùn)樣一個階段蝕刻該蝕刻層220而 沒有蝕刻該光刻膠掩模232,而是在該光刻膠掩模232上形成聚合物層236。
[0022] 該聚合物清理階段（步驟116)去除該沉積的聚合物。圖2C是該堆找200在聚合 物清理階段之后的剖視圖。已經(jīng)執(zhí)行了一個或多個蝕刻循環(huán)。該聚合物清理階段去除該特 征的側(cè)壁上沉積的聚合物。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，該蝕刻層在該聚合物清理階段期間沒有 蝕刻。在其他實(shí)施方式中，該聚合物清理階段可蝕刻在運(yùn)些特征底部的蝕刻層。
[0023] 該蝕刻循環(huán)優(yōu)選地執(zhí)行10到100個循環(huán)。更優(yōu)選地，該蝕刻循環(huán)執(zhí)行15到50個 循環(huán)。最優(yōu)選地，該蝕刻循環(huán)執(zhí)行大約20個循環(huán)。
[0024] 圖2D是在該選擇性蝕刻（步驟108)完成之后該堆找200的剖視圖。在運(yùn)個例子 中，運(yùn)些特征234被蝕刻為完全穿過該蝕刻層220。該光刻膠掩模232沒有被蝕刻，提供無 限選擇性。
[0025] 然后剝離該光刻膠掩模232 (步驟120)。
[0026] 優(yōu)選地，運(yùn)些特征234的側(cè)壁是垂直的。優(yōu)選地，該垂直的側(cè)壁是從底部到頂部與 運(yùn)些特征的底部成88°到90°之間角度的側(cè)壁。
[0027] 優(yōu)選地，該蝕刻層是介電層。更優(yōu)選地，該蝕刻層是低k介電層。最優(yōu)選地，該介 電層是二氧化娃基低k介電層。
[002引在沒有該聚合物清理階段（步驟116)的情況下，連續(xù)的沉積蝕刻階段將持續(xù)在運(yùn) 些特征的側(cè)壁上增加更多的聚合物。結(jié)果，運(yùn)些特征的寬度將降低，產(chǎn)生錐形的而不是垂直 的側(cè)壁。運(yùn)樣的過程會導(dǎo)致蝕刻停止，運(yùn)將限制蝕刻的寬度。 單個巧驟沉巧蝕刻階段的示例
[0029] 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的示例中，該基片210是娃晶片化及該介電蝕刻層220是 OSG(有機(jī)娃酸鹽玻璃）或珊瑚（Coral)。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，該阻擋層由SiC形成。使 用ArF (193nmPR)光刻膠形成該掩模（步驟104)。在該優(yōu)選實(shí)施方式中，該ARC層是底部抗 反射層度ARC)。該基片210設(shè)在等離子處理室中。
[0030] 圖4是可用于蝕刻和剝離的等離子處理室400的示意圖。該等離子處理室400包 括限制環(huán)402、上部電極404、下部電極408、氣體源410和排氣累420。該氣體源410可包 括蝕刻氣體源、沉積氣體源和清理階段氣體源。在等離子處理室400內(nèi)，該基片210設(shè)在該 下部電極408上。該下部電極408結(jié)合合適的基片卡緊機(jī)構(gòu)（例如靜電、機(jī)械夾緊等），用 于把持該基片210。該反應(yīng)器頂部428結(jié)合正對著該下部電極408設(shè)置的該上部電極404。 該上部電極404、下部電極408和限制環(huán)402形成該受限制的等離子容積440。氣體由該氣 體源410提供到該受限制的等離子容積，并且由該排氣累420通過運(yùn)些限制環(huán)402和排氣 口排出該受限制的等離子容積。第一 RF源444電連接到該上部電極404。第二RF源448 電連接到該下部電極408。室壁452圍繞運(yùn)些限制環(huán)402、該上部電極404和該下部電極 408。該第一 RF源444和該第二RF源448兩者都可包括27MHz電源、60MHz電源和2MHz電 源。將RF功率連接到該電極的不同組合是可能的。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，該27MHz、 60MHz和2MHz電源構(gòu)成該第二RF電源448,其連接到該下部電極，并且該上部電極接地?？?制器435可控地連接到該RF源444、448、排氣累420和該氣體源