CN102468188B

CN102468188B - 一种半导体蚀刻方法

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Publication number: CN102468188B
Application number: CN201010555328.1A
Authority: CN
Inventors: 陈育钟; 洪士平; 吴明宗
Original assignee: Macronix International Co Ltd
Current assignee: Macronix International Co Ltd
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: CN102468188A

Abstract

本发明是有关于一种半导体蚀刻方法，可以在上层幕罩层的微影工艺完成后，在后续的蚀刻工艺中再次调整所欲蚀刻材料的最终临界尺寸。其中该幕罩层包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特征其具有一初始宽度。该方法包含导入包含碳和氟的一第一等离子体于一反应室中，其中碳和氟的残留物至少沉积于该反应室的内壁；此方法更包含使用一搭配该碳和氟的第二等离子体以移除该幕罩层的一部分，其中剩余的硬式幕罩材料形成一特征图案在该至少一突出特征处具有一个与该初始宽度不同的最终宽度；此方法还包含使用由该剩余的硬式幕罩材料提供的具有该最终宽度的该至少一突出特征作为一蚀刻幕罩来转移该特征图案至该半导体基板。

Description

一种半导体蚀刻方法

技术领域

本发明涉及一种半导体基板制作工艺中微影工艺的光阻层蚀刻方法，特别是涉及一种可以微调光罩图案的临界尺寸的半导体蚀刻方法。

背景技术

半导体装置及其特征的临界尺寸(CD)和几何形状相比较于数十年前最初导入时已经在尺寸上大幅减小。

因此半导体装置制作工艺的一个重要部分是如何准确地在此装置基板之上的薄膜进行图案化。在传统的技术中，这样的薄膜图案化是使用气体的化学反应在一半导体晶圆上进行。当图案化此薄膜时，希望能够尽量减少宽度及其他重要尺寸的变动。这些临界尺寸变动的错误会产生装置特性的变动或是造成电路装置不必要的断路或短路，从而会对装置良率产生负面的影响。因此，当特征尺寸降低时，结构必须被精准的制造，因而在制作工艺中通常需要在图案化操作时仅能有非常小的尺寸准确性变动。

然而，传统方式的一个主要缺点是欲被蚀刻材料(例如多晶硅栅极或是金属线)的最终临界尺寸完全受限于微影工艺完成后的上层幕罩层的临界尺寸。在这情况下，最终临界尺寸无法在微影工艺完成后的蚀刻工艺中再次调整。

由此可见，上述现有的半导体装置的制作方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的半导体蚀刻方法，以在微影工艺完成后的蚀刻工艺中再次调整被蚀刻材料的最终临界尺寸，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的半导体装置的制作方法存在的缺陷，而一种新的半导体蚀刻方法，所要解决的技术问题是使其藉由在后续蚀刻过程中搭配先前沉积于反应室的内壁的碳和氟残留物，从而可以在上层幕罩层的微影工艺完成后，在后续的蚀刻工艺中再次调整所欲蚀刻材料的最终临界尺寸，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种半导体蚀刻方法，其提供一幕罩层于该半导体基板上，该幕罩层包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特征，其具有一初始宽度。该方法包含导入包含碳和氟的一第一等离子体于一反应室中，其中碳和氟的残留物至少沉积于该反应室的内壁。此方法更包含使用一搭配该碳和氟的第二等离子体以移除该幕罩层的一部分，其中剩余的硬式幕罩材料形成一特征图案在该至少一突出特征处具有一个与该初始宽度不同的最终宽度。此方法还包含使用由该剩余的硬式幕罩材料提供的具有该最终宽度的该至少一突出特征作为一蚀刻幕罩来转移该特征图案至该半导体基板。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的幕罩层也包含一光阻层及形成于该光阻层之下的一底部抗反射层。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的硬式幕罩材料包含一介电抗反射层形成于该底部抗反射层之下。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的半导体基板包含一含碳材料。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的第一等离子体包含碳和氟，且进行一蚀刻工艺的温度为20-80℃、压力为20-70torr及所包含气体CH₂F₂/CF₄进行10-70秒。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的第一等离子体包含碳和氟，且在该反应室中更包含堆积碳和氟于该至少一突出特征的侧壁。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的第二等离子体包含氩和氧，以产生小于该初始宽度的最终宽度。

前述的半导体蚀刻方法，更包含在转移该特征图案至该半导体基板步骤之前，使用一等离子体气体进行清洁该反应室，以大致除去该反应室中所有的碳和氟粒子，而产生大于该初始宽度的最终宽度。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的使用一等离子体气体进行清洁该反应室的步骤包含使用氧气。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种半导体蚀刻方法，其提供一幕罩层于该半导体基板上，该幕罩层包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特征，其具有一初始宽度。，该方法包含导入包含碳和氟的一第一等离子体于一反应室中，其中碳和氟的残留物至少沉积于该反应室的内壁及堆积在该至少一突出特征的侧壁。此方法更包含使用一搭配该碳和氟的第二等离子体以移除该幕罩层的一部分，其中剩余的硬式幕罩材料形成一特征图案在该至少一突出特征处具有一个与该初始宽度不同的最终宽度。此方法还包含使用包含该剩余的硬式幕罩材料的剩余的该幕罩层作为一蚀刻幕罩来转移该特征图案至该半导体基板。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的幕罩层包含一光阻层，该硬式幕罩材料包含一介电抗反射层，及该半导体基板包含一含碳材料。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的第二等离子体包含氩和氧。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的最终宽度是小于该初始宽度。

前述的半导体蚀刻方法，更包含在转移该特征图案至该半导体基板步骤之前，使用一等离子体气体进行清洁该反应室，以除去该反应室中所有的碳和氟粒子。

前述的半导体蚀刻方法，其中所述的最终宽度是大于该初始宽度。

本发明的目的及解决其技术问题另外再采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种半导体蚀刻方法，其提供一幕罩层于一半导体基板上。该幕罩层包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特征，其具有一初始宽度，该方法包含使用一具有包含碳和氟的一第一蚀刻等离子体的蚀刻工具于一反应室中以形成一具有一第一线宽的幕罩特征于该幕罩层。此方法更包含使用具有一第二蚀刻等离子体的该蚀刻工具以调整该幕罩层至与该第一线宽不同的一第二线宽，且形成具有该第二线宽的幕罩特征于该硬式幕罩材料。；此方法之后还包含使用由该具有该第二线宽的幕罩特征的该硬式幕罩材料作为一蚀刻幕罩来转移该幕罩特征至该半导体基板。

前述的半导体蚀刻方法，更包含在转移该幕罩特征至该半导体基板步骤之前，使用一等离子体气体进行清洁该反应室，以除去该反应室中所有的碳和氟粒子。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明的半导体蚀刻方法至少具有下列优点及有益效果：本发明藉由在后续蚀刻过程中搭配先前沉积于反应室的内壁的碳和氟残留物，从而可以实现在上层幕罩层的微影工艺完成后，在后续的蚀刻工艺中再次调整所欲蚀刻材料的最终临界尺寸。

综上所述，本发明是有关于一种半导体蚀刻方法，可以在上层幕罩层的微影工艺完成后，在后续的蚀刻工艺中再次调整所欲蚀刻材料的最终临界尺寸。其中该幕罩层包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特征其具有一初始宽度。该方法包含导入包含碳和氟的一第一等离子体于一反应室中，其中碳和氟的残留物至少沉积于该反应室的内壁；此方法更包含使用一搭配该碳和氟的第二等离子体以移除该幕罩层的一部分，其中剩余的硬式幕罩材料形成一特征图案在该至少一突出特征处具有一个与该初始宽度不同的最终宽度；此方法还包含使用由该剩余的硬式幕罩材料提供的具有该最终宽度的该至少一突出特征作为一蚀刻幕罩来转移该特征图案至该半导体基板。本发明在技术上有显著的进步，具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是根据本发明实施例的一蚀刻流程图。

图2A-图2E是显示根据本发明一实施例的制造一图案化硬式幕罩的例示工艺的基板剖面示意图。

图3A-图3D是显示根据本发明另一实施例的制造一图案化硬式幕罩的例示工艺的基板剖面示意图。

图4A-图4E是显示根据本发明又一实施例的制造一图案化硬式幕罩的例示工艺的基板剖面示意图。

图4F和图4G是显示根据图4A-图4E的范例的实施例的实验结果的示意图。

图5A-图5E是显示根据本发明再一实施例的制造一图案化硬式幕罩的例示工艺的基板剖面示意图。

图5F-图5I是显示根据图5A-图5E的范例的实施例的实验结果的示意图。

200、300、400、500：多层硬式幕罩

210、310、410、510：光阻层(PR)

220、320、420、520：底部抗反射层(BARC)

230、330、430、530：介电抗反射层(DARC)

240、340、440、540：先进图案薄膜(APF)

250、350、450、550：反应室

260：C-F副产物粒子

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种半导体蚀刻方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

请参阅图1所示，是根据本发明实施例的一蚀刻流程图。本发明揭露了一种使用一幕罩层图案化一半导体基板的方法，该幕罩层包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特征，其具有一初始宽度D1。在步骤10，导入包含碳和氟的一第一等离子体于一反应室中，其中碳和氟的残留物至少沉积于该反应室的内壁以创造适合后续蚀刻步骤的环境。在步骤20，使用一搭配该碳和氟的第二等离子体以移除该幕罩层的一部分，其中剩余的硬式幕罩材料形成一特征图案在该至少一突出特征处具有一个与该初始宽度不同的最终宽度D2。最后在步骤30，使用由该剩余的硬式幕罩材料提供的具有该最终宽度的该至少一突出特征作为一蚀刻幕罩来转移该特征图案至该半导体基板。

假如希望转移至半导体基板的特征图案的最终宽度D2小于该初始宽度D1的话，则在步骤20所使用的第二等离子体必须包含氩和氧；否则如果第二等离子体没有包含氩和氧的话，转移至半导体基板的特征图案最终宽度D2会大于该初始宽度D1。

以下将会更详细地进行描述，本发明所揭露的主要特征之一是提供一种进一步在蚀刻过程中调整欲蚀刻材料的最终临界尺寸CD的方法。其可以藉由搭配残留于反应室内壁上的碳和氟粒子而在后续的蚀刻过程中达成。因此，本发明所揭露的技术可以应用在等离子体蚀刻室或是类似地可以对半导体晶圆进行离子反应蚀刻或等离子体蚀刻工艺的设备中。在这样的反应室中所进行的蚀刻包括将一半导体晶圆安置在此蚀刻反应室中。在此蚀刻过程中，通入反应气体于此蚀刻反应室内，且分布在基板需要被蚀刻的区域。当然，此蚀刻反应气体的选择是由将要被蚀刻的材料而决定。基板通常是放置在一阳极上，然后将反应气体通入此蚀刻反应室内，且等离子体由此反应气体产生以选择性地蚀刻基板上的层次。反应后气体则经由此反应室的排气管排出。

此外，本发明所揭露的另一个主要特征之一是提供一种进一步在第二等离子体蚀刻过程中调整欲蚀刻材料的最终临界尺寸CD的方法，若是在第二等离子体中包含氩和氧搭配所残留的碳和氟粒子，则此蚀刻过程会将最终临界尺寸CD修剪为较光阻显影之后的初始尺寸更小。另一方面，若是在第二等离子体中没有包含氩和氧的话，则此蚀刻过程会使用倾斜的幕罩轮廓进行蚀刻而使最终临界尺寸CD为较光阻显影之后的初始尺寸更大。因此，本发明所揭露的原理可以在蚀刻过程中进一步调整欲蚀刻材料的最终临界尺寸CD，这是传统方式所无法达成的。

第一实施例

请参阅图2A所示，是显示根据本发明一实施例的一具有多层硬式幕罩200的基板的剖面示意图。更具体而言，一先进图案薄膜(APF)240形成于一底基板之上，一介电抗反射层(DARC)230形成于先进图案薄膜(APF)240之上，一底部抗反射层(BARC)220形成于介电抗反射层(DARC)230之上，及一光阻层210形成于底部抗反射层(BARC)220之上。在例示的实施例中，此先进图案薄膜(APF)240约3000埃厚，介电抗反射层(DARC)230约500埃厚，底部抗反射层(BARC)220约600埃厚，光阻层210约3000埃厚。当然，也可以使用其他的尺寸。此外，虽然此处是使用先进图案薄膜(APF)，必须注意的是也可以使用其他的材料例如是多晶硅层搭配本发明所揭露的原理以获得所预期的线宽。

此先进图案薄膜240的开口，是为了创造装置下层图案化的幕罩200而生成，需要满足以上所讨论的许多不同条件。其必须在先进图案薄膜(APF)240上产生一垂直轮廓以维持由光阻图案所建立的临界尺寸(CD)。举例而言，对100纳米的特征尺寸，在先进图案薄膜(APF)240底部开口的临界尺寸(CD)变动必须是与顶部相比较是小于10纳米。然而，当使用传统的反应气体对光阻层210和底部抗反射层(BARC)220进行修剪时，例如使用Cl₂O₂或是HBr/O₂，在此修改过程中会除去过多的光阻层210。其结果是，当进行先进图案薄膜(APF)240和介电抗反射层(DARC)230蚀刻时，修剪光阻层210的多余损失会导致最终图案化幕罩200自顶部到底部临界尺寸(CD)的严重变动。

然而，在此实施例的原理中，调整光阻层和底部抗反射层的临界尺寸(CD)并不会导致使用传统修剪过程的过多的光阻层损失。此外，利用此实施例的原理来调整临界尺寸(CD)，藉由之前的蚀刻工艺或是等离子体沉积工艺所遗留的副产物，仅需要较少的工艺步骤，因此，可以减少工艺时间及成本。特别是，如同图2A中所示，光阻层210和底部抗反射层(BARC)220是使用与类似于传统的图案化及蚀刻工艺来形成一图案化底部装置层的幕罩200。假如有需要的话，光阻层210和底部抗反射层(BARC)220的宽度可以使用本发明所揭露的原理被调整至所需的临界尺寸(CD)。如同图2A中所示，光阻层210和底部抗反射层(BARC)220在显影之后具有至少一突出特征，其具有一初始宽度D1。其中进行蚀刻工艺的温度为20-80℃、压力为20-70torr及所包含气体CH₂F₂/CF₄进行10-70秒。

因此，请参阅图2B所示，是一种先前半导体制作工艺，举例而言，是在一蚀刻工艺或是等离子体沉积工艺之前进行以用来导致碳(C)和氟(F)残留物保留于工艺反应室的内壁。更具体而言，先前的半导体工艺可以包括含有碳(C)和氟(F)分子的反应气体流动，例如等离子体蚀刻工艺。在这样的蚀刻工艺完成之后，碳(C)和氟(F)残留物可以如图中所示保留于工艺反应室的内壁表面。

在一特定的例示实施例中，此蚀刻工艺可以包含CH₂F₂的气体流动，且会导致碳(C)和氟(F)残留物保留于工艺反应室的内壁表面。当然也可以使用以其他的碳(C)和氟(F)为基础的蚀刻工艺。而使用包含CH₂F₂的蚀刻气体较一般使用CHF₃或CF₄的蚀刻更佳。此外，以下为本发明的原理在一半导体晶圆进行制作工艺的一范例，但并非局限于此范例，包括举例而言，搭配高气压的CH₂F₂和CF₄的蚀刻气体，及使用高源能量低偏压能量以达成调整反应室环境的目的。此外，在蚀刻器具中的静电吸附盘(ESC，Electric staticchuck)低温也是有帮助的。在此情况下，一范例的工艺条件为：气压30mT/400W源能量/35W偏压能量及50sccm CF₄/85sccm CH₂F₂/250sccm He、ESC 50℃。

如图2B所示，在进行此工艺(或其他类似的C-F为基础的工艺)之后，碳(C)和氟(F)残留物260保留于工艺反应室250的内壁表面，同时碳(C)和氟(F)副产物也会堆积在光阻层210和底部抗反射层(BARC)220的侧壁，因此虽然有少量的蚀刻但仍会在此工艺中增加的整体光阻层210和底部抗反射层(BARC)220堆叠的宽度。

之后，如图2C所示，进行介电抗反射层(DARC)230蚀刻。然而，在此实施例中，此蚀刻工艺不仅使用之前工艺的碳(C)和氟(F)残留物，即如之前所描述的堆积在反应室250的内壁的碳(C)和氟(F)残留物，及堆积于光阻层210和底部抗反射层(BARC)220的侧壁的碳(C)和氟(F)残留物，同时还会使用额外的碳(C)和氟(F)等离子体(如图中箭头所示)。因此，可以进一步藉由搭配使用碳(C)和氟(F)残留物以及此蚀刻工艺中的碳(C)和氟(F)等离子体，而调整介电抗反射层(DARC)230的临界尺寸。如图2C所示，此时高分子产物会在此蚀刻工艺中堆积在介电抗反射层(DARC)230的侧壁。因此，如图2C所示，导致介电抗反射层(DARC)230具有一个倾斜的轮廓。

之后，如图2D所示，藉由使用包含氩和氧的第二等离子体并搭配反应室中的碳(C)和氟(F)残留物进行先进图案薄膜(APF)240蚀刻。其会导致修剪最终临界尺寸CD较光阻显影之后的初始尺寸更小。

因此，此处所揭露的实施例中消除了传统工艺中自工艺反应室250的内壁清洁或除去碳(C)和氟(F)残留物的步骤，及因为增加额外的清洁步骤而增加工艺时间的问题。此外，因为临界尺寸的修剪，假如需要的话，可藉由搭配碳(C)和氟(F)残留物在原本没有碳(C)和氟(F)的介电抗反射层(DARC)230蚀刻工艺中而达成，其也不需要一个单独的修剪步骤(例如传统工艺中使用氯/氧、溴/氧或是其他修剪气体)，不仅可以减少工艺时间也可以因此而降低工艺成本。此外，当本案发明人使用此范例蚀刻及修剪技术时，利用扫描式电子显微镜(SEM)量测到一特定的中间临界尺寸偏斜。然而，在使用之前所描述的搭配碳(C)和氟(F)残留物的蚀刻工艺以在修剪中间幕罩结构之后，额外的扫描式电子显微镜(SEM)会量测显示最终临界尺寸偏斜较中间临界尺寸偏斜更大。因此，可以得出以图2A到图2E描述的工艺与光阻层210和底部抗反射层(BARC)220反应而缩减了幕罩200图案化特征的临界尺寸。在此实施例中，一旦中间结构需要被修剪时，如图2D所示，可以使用一般的氦气和氧气蚀刻工艺来进行先进图案薄膜(APF)240蚀刻。然而，本案发明人发现搭配碳(C)和氟(F)残留物与氩和氧等离子体进行蚀刻，此先进图案薄膜(APF)240会被蚀刻至上述的修剪(缩小)的临界尺寸。最后，请参阅图2E所示，使用由该剩余的硬式幕罩材料提供的具有该最终宽度D2的该至少一突出特征作为一蚀刻幕罩来转移该特征图案至该半导体基板。特别是，此修剪结构是作为先进图案薄膜(APF)240的蚀刻幕罩，从而导致先进图案薄膜(APF)240会被蚀刻至如图2E所示的此堆叠的修剪临界尺寸D2，其中D2＜D1。因此，蚀刻完成的先进图案薄膜(APF)240会得到所预期的较小的临界尺寸。

第二实施例

本发明所揭露原理的一相关的实施例，是显示于图3A到图3D中，自先前工艺或是其他使用C-F气体的类似工艺中的残余C-F分子再次搭配使用于以有机材料为基础的多层硬式幕罩300蚀刻工艺中。更特定的是，在图3A中，光阻层310、底部抗反射层(BARC)320和介电抗反射层(DARC)330均在先前工艺中产生至少一突出特征，其具有一初始宽度D1。在光阻层310、底部抗反射层(BARC)320和介电抗反射层(DARC)330蚀刻之后，此工艺或是类似工艺，可以在反应室350中进行，如图3B所示。举例而言，如此的以C-F气体为基础的工艺可以使用在蚀刻此装置中的某些其他层。在C-F气体为基础的工艺之后的某些时点，碳(C)和氟(F)残留粒子会再度残留在工艺反应室350内壁，而达成本发明原理的调整反应室中的环境。其中进行蚀刻工艺的温度为20-80℃、压力为20-70torr及所包含气体CH₂F₂/CF₄进行10-70秒。

请参阅图3C所示，根据本发明所揭露的原理，在工艺反应室350内壁及光阻层310、底部抗反射层(BARC)320和介电抗反射层(DARC)330侧壁的碳(C)和氟(F)残留粒子会同位应用。更特定的是，如图3C所示，蚀刻先进图案薄膜(APF)340的工艺实际上搭配反应室350中的碳(C)和氟(F)残留粒子。在这样的例示工艺中，是使用一般的氦和氧气蚀刻工艺来蚀刻先进图案薄膜(APF)340。然而，于此同时，残留在反应室350中的碳(C)和氟(F)残留粒子会搭配同位应用于先进图案薄膜(APF)340的蚀刻工艺以提供将先前蚀刻的光阻层310、底部抗反射层(BARC)320和介电抗反射层(DARC)330修剪或缩小。因此，如图3C所示，先进图案薄膜(APF)340是使用氦和氧气及使用光阻层310、底部抗反射层(BARC)320和介电抗反射层(DARC)330为蚀刻幕罩来蚀刻，此碳(C)和氟(F)残留粒子帮助在先进图案薄膜(APF)340蚀刻工艺中将此堆叠层修剪，其因此导致先进图案薄膜(APF)340被蚀刻至如同幕罩堆叠一般的修剪后的临界尺寸D2，其中D2＜D1，如图3D所示。

因此，在此处所揭露的实施例中，如图3D所示的最终图案化幕罩结构300的临界尺寸在蚀刻先进图案薄膜340时被调整或是偏斜。此方案的优点还在于消除了传统工艺中修剪气体(例如氯/氧、溴/氧)的使用，并可以减少工艺时间，也可以因此而降低工艺成本。此外，也不需要反应室清洁的步骤，例如一氧气等离子体冲洗工艺，以将碳(C)和氟(F)残留物除去，其因此消去了一传统工艺所需的步骤，使得本发明的原理进一步改善了整体的工艺成本及效率。

第三实施例

请参阅图4A到图4E所示，是显示类似于图2A到图2E所讨论的蚀刻一有机幕罩400的另一替代实施例。如同在先前的实施例所描述的一般，将光阻层410和底部抗反射层(BARC)420先蚀刻至一预定尺寸。之后，在此工艺步骤的某些时点，一等离子体沉积工艺或是类似工艺，再次搭配C-F分子执行于晶圆中。之后，如图4B所示，此介电抗反射层(DARC)430可以被蚀刻。然而，在此实施例中，此介电抗反射层(DARC)430蚀刻工艺不只是搭配等离子体沉积工艺的残留C-F分子，即包括会残留在工艺反应室450内壁及堆积在光阻层40和底部抗反射层(BARC)420的侧壁的残留C-F分子，也包括以C-F等离子体(图中的箭头部分)为基础的蚀刻工艺来蚀刻介电抗反射层(DARC)430。因此，如同之前所述，此介电抗反射层(DARC)430的临界尺寸调整可以藉由搭配残留的C-F分子于此介电抗反射层(DARC)430蚀刻工艺中，同时也搭配此介电抗反射层(DARC)430蚀刻所使用的C-F为基础蚀刻工艺，生成高分子堆积在介电抗反射层(DARC)430的侧壁。如图4C所示，如此完成的介电抗反射层(DARC)430具有一倾斜的轮廓。在产生倾斜轮廓的介电抗反射层(DARC)430之后，进行一等离子体清洁步骤以将该反应室中以及晶圆上所有的碳和氟粒子大致除去。其中进行蚀刻工艺的温度为20-80℃、压力为20-70torr及所包含气体CH₂F₂/CF₄进行10-70秒。

之后，如图4D所示，此具有一倾斜的轮廓的完成的介电抗反射层(DARC)430可以作为一蚀刻幕罩藉由氩和氧的等离子体(图中的箭头部分)来蚀刻底层的先进图案薄膜(APF)440。然而，本实施例所揭露的原理与之前的实施例略有不同，因为高分子堆积在已蚀刻的介电抗反射层(DARC)430侧壁提供此蚀刻的先进图案薄膜(APF)440一个较大的临界尺寸宽度，因此允许此最终幕罩结构400的临界尺寸的进一步调整。特别是，此被蚀刻介电抗反射层(DARC)430的倾斜轮廓是作为先进图案薄膜(APF)340的蚀刻幕罩，导致先进图案薄膜(APF)340会被蚀刻至如图4D所示的此堆叠的修剪临界尺寸D2，其中D2＞D1。因此，蚀刻完成的先进图案薄膜(APF)240得到所预期的较大的临界尺寸。

在此处所揭露的此实施例的变形技术中，先进图案薄膜(APF)440蚀刻没有在介电抗反射层(DARC)430蚀刻之后立刻进行。而是，重新回到图4C，使用氧气选择性地将反应室450冲洗清洁。在此例示实施例中，氧气冲洗可以同位于反应室450中使用385sccm的流量进行约70秒。其结果是，碳(C)和氟(F)残留粒子不但自反应室450内壁移除，且也自晶圆表面及晶圆上特征的侧壁移除。藉由进行此氧气清洁在介电抗反射层(DARC)430蚀刻之后且在先进图案薄膜(APF)440蚀刻之前，因此可以自先进图案薄膜(APF)440蚀刻工艺中除去碳(C)和氟(F)残留粒子，可以防止在先进图案薄膜(APF)440蚀刻工艺中额外地消耗介电抗反射层(DARC)430。特别是，在如图3A到图3D所描述的某些情况下，C-F残留物粒子可以在先进图案薄膜(APF)440的同位蚀刻工艺中继续消耗介电抗反射层(DARC)430。如同之前所描述过的，其是选取会与碳(C)和氟(F)粒子反应的气体而可以在先进图案薄膜(APF)440蚀刻工艺中近一步降低临界尺寸。因为被蚀刻的介电抗反射层(DARC)430在先进图案薄膜(APF)440蚀刻工艺中是作为一幕罩之用，额外的介电抗反射层(DARC)430消耗会改变此介电抗反射层(DARC)430幕罩的临界尺寸，且因此改变被蚀刻先进图案薄膜(APF)440的临界尺寸。然而，在此实施例中，为了防止额外地介电抗反射层(DARC)430消耗，使用氧气冲洗被用来除去碳(C)和氟(F)残留粒子。其结果是，此幕罩的临界尺寸可以进一步微调，因为不只是反应室450内壁的碳(C)和氟(F)残留粒子在蚀刻先进图案薄膜(APF)440时可以修剪介电抗反射层(DARC)430，同时藉由氧气冲洗被用来除去碳(C)和氟(F)残留粒子可以使得蚀刻先进图案薄膜(APF)440时，其临界尺寸可以较传统工艺中略为更宽。因为如同之前讨论过的，先前等离子体沉积工艺或是其他使用C-F气体的类似工艺中的残余C-F粒子会留在光阻层410、底部抗反射层(BARC)420的侧壁，其随后会导致介电抗反射层(DARC)430如同之前所描述的被残余C-F粒子蚀刻。但是，在此实施例中，不是藉由将残余C-F分子搭配使用于先进图案薄膜(APF)440蚀刻工艺中而进一步修剪其临界尺寸，而是用氧气冲洗来除去反应室450中的碳(C)和氟(F)残留粒子以允许选取较残余C-F分子存在时更宽的先进图案薄膜(APF)440临界尺寸。更进一步而言，请再次参阅图4D所示，倾斜的轮廓完成的介电抗反射层(DARC)430可以作为一蚀刻幕罩来蚀刻底层的先进图案薄膜(APF)440，且因为高分子堆积在已蚀刻的介电抗反射层(DARC)430侧壁提供此蚀刻的先进图案薄膜(APF)440一个较大的临界尺寸宽度，因此允许此最终幕罩结构400的临界尺寸的进一步调整。

在由本案发明人进行的实验中，由蚀刻先进图案薄膜(APF)440所形成最终幕罩400自顶部至底部的量测临界尺寸偏斜为-19.5纳米。此实验结果重制的扫描电子显微镜影像显示于图4F中。然而，根据本发明实施例的原理，在先进图案薄膜(APF)440蚀刻之前进行氧气冲洗，所量测的临界尺寸偏斜改变为+45纳米。其实验结果重制的电子显微镜影像显示于图4G中。

第四实施例

请参阅图5A到图5D所示，在根据本发明原理的其他实施例中，另一等离子体清洁工艺被用来在最后图案化幕罩工艺中清洁此反应室。特别是，请参阅图5A，将光阻层510和底部抗反射层(BARC)520先蚀刻至一预定尺寸。之后，再在此工艺步骤的某些时点，以一等离子体沉积工艺或是类似工艺，搭配C-F分子执行于晶圆中。之后，如图5B所示，此介电抗反射层(DARC)530可以被蚀刻。如同之前所描述的，此介电抗反射层(DARC)530蚀刻工艺搭配等离子体沉积工艺中及堆积在光阻层510和底部抗反射层(BARC)520侧壁的残留的C-F分子。因此，如同之前所描述的，此介电抗反射层(DARC)530的临界尺寸调整可以藉由搭配残留的C-F分子于此介电抗反射层(DARC)530蚀刻工艺中。如同之前在图4A到图4E中所描述的，此介电抗反射层(DARC)530蚀刻也可以包括使用C-F为基础的蚀刻工艺。因此，如同之前所描述的，介电抗反射层(DARC)530的临界尺寸调整可以藉由搭配残留的C-F分子于此介电抗反射层(DARC)530蚀刻工艺中，也可以是使用包括C-F为基础的蚀刻工艺，而生成高分子堆积在介电抗反射层(DARC)530的侧壁，如图5D所示，如此完成的介电抗反射层(DARC)530再次具有一倾斜的轮廓。

请参阅图5C所示，在此处所揭露的此实施例的变形技术中，先进图案薄膜(APF)540蚀刻再度没有于介电抗反射层(DARC)530蚀刻之后立刻进行。而是，在此替代实施例中，一等离子体清洁工艺(而不是氧气冲洗)被用来于一异位(ex-situ)工艺中将反应室550清洁。在此一例示实施例中，此反应室清洁工艺可以使用氢氧化物等离子体或是替代地使用例如是六氟化硫(SF₆)的氟化物进行。此等离子体清洁过程的结果是，碳(C)和氟(F)残留粒子自反应室550内壁移除。此外，此等离子体清洁工艺或是其他类似的工艺，可以用来除去某些或全部的光阻层510和底部抗反射层(BARC)520，但是也可以施加额外的工艺步骤来进行。藉由进行此等离子体清洁工艺于介电抗反射层(DARC)530蚀刻之后且在先进图案薄膜(APF)540蚀刻之前，以自先进图案薄膜(APF)540蚀刻工艺中除去碳(C)和氟(F)残留粒子，可以防止在先进图案薄膜(APF)540蚀刻工艺中额外地消耗介电抗反射层(DARC)530。

之后，晶圆可以重新移回反应室550，且先进图案薄膜(APF)540被蚀刻如图5D所示，也可以根据本发明所描述的其他实施例进行。因此，类似于使用氧气清洗的实施例，此幕罩的临界尺寸可以进一步微调，因为介电抗反射层(DARC)530的临界尺寸调整不但可以藉由搭配残留的C-F分子于此介电抗反射层(DARC)530蚀刻工艺中，且此调整后的临界尺寸宽度可以藉由等离子体清洁工艺防止在先进图案薄膜(APF)540蚀刻时被进一步修剪。在先进图案薄膜(APF)540蚀刻之后，如图5E所示，是显示如此完成的图案化幕罩500具有一最终临界尺寸D2，其中D2＞D1。因此，蚀刻完成的先进图案薄膜(APF)540得到所预期的较大的临界尺寸。

在实际操作中，在如图5A到图5E中所描述的蚀刻工艺也可以导致一个最终幕罩特征图案自顶部至底部的量测临界尺寸偏斜为-20.5纳米。此-20.5纳米实验结果由重制的扫描电子显微镜影像显示于图5F中。归纳而言，此-20.5纳米的临界尺寸偏斜相比较于传统幕罩蚀刻技术已经有所改进，但是提供正差异的临界尺寸偏斜是更有帮助的。此处所提供某些实施例的幕罩蚀刻技术或许可以达成正差异的临界尺寸偏斜，如同以下会更详细描述，藉由将此工艺转换成非同位的工艺。特别是，在进行等离子体沉积工艺用来调整堆叠中某些层的临界尺寸(CD)之后，加上一WAC清洁工艺。然而，此等离子体清洁工艺可以视所揭露实施例的需要在整个幕罩蚀刻的不同的步骤中加入。图5G中显示此实施例的实验结果重制的扫描电子显微镜影像，图中显示了一个+44.2纳米的临界尺寸偏斜。

然而，在整体幕罩蚀刻工艺中搭配等离子体清洁工艺的一替代实施例中，此在反应室550中进行的等离子体清洁工艺可以在等离子体沉积工艺中的某些层工艺后进行，或是在用来调整光阻层510和底部抗反射层(BARC)520堆叠的临界尺寸(CD)的等离子体沉积工艺之后进行，但是在图5B所示的介电抗反射层(DARC)530蚀刻工艺之前进行。而先进图案薄膜(APF)540蚀刻可以在介电抗反射层(DARC)530蚀刻工艺之后立刻进行。图5H中显示了此实施例的实验结果重制的电子显微镜影像，图中显示一个+23.4纳米的临界尺寸偏斜。

在搭配等离子体清洁工艺的另例一代实施例中，可以在反应室550中进行多次的等离子体清洁工艺。举例而言，第一次的等离子体清洁工艺可以在用来调整光阻层510和底部抗反射层(BARC)520堆叠的临界尺寸(CD)的等离子体沉积工艺之后进行，但是在图5B所示的介电抗反射层(DARC)530蚀刻工艺之前进行。之后，进行介电抗反射层(DARC)530蚀刻工艺。然而，第二次的WAC清洁工艺可以在介电抗反射层(DARC)530蚀刻工艺之后立刻进行，且在先进图案薄膜(APF)540蚀刻之前进行。而先进图案薄膜(APF)540蚀刻可以在第二次的等离子体清洁工艺之后立刻进行，如图5D中所示。图5I中显示了此实验结果重制的扫描电子显微镜影像，图中显示了一个+28.5纳米的临界尺寸偏斜。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种半导体蚀刻方法，其特征在于其提供一幕罩层于一半导体基板上，该幕罩层包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特征，该突出特征具有一初始宽度，该方法包括以下步骤：

导入包含碳和氟的一第一等离子体于一反应室中，其中碳和氟的残留物至少沉积于该反应室的内壁；

使用一搭配该碳和氟的第二等离子体移除该幕罩层的一部分，以利用之前的蚀刻工艺或是等离子体沉积工艺所遗留的该碳和氟来调整临界尺寸，使剩余的硬式幕罩材料形成一特征图案在该至少一突出特征处，其中该特征图案具有一个小于该初始宽度的最终宽度，所述的第二等离子体包含氩和氧；以及

使用由该剩余的硬式幕罩材料提供的具有该最终宽度的该至少一突出特征作为一蚀刻幕罩来转移该特征图案至该半导体基板。

2.根据权利要求1所述的半导体蚀刻方法，其特征在于其中所述的幕罩层还包含一光阻层及形成于该光阻层之下的一底部抗反射层。

3.根据权利要求2所述的半导体蚀刻方法，其特征在于其中所述的硬式幕罩材料包含一介电抗反射层形成于该底部抗反射层之下。

4.根据权利要求1所述的半导体蚀刻方法，其特征在于其中所述的半导体基板包含一含碳材料。

5.根据权利要求1所述的半导体蚀刻方法，其特征在于其中所述的第一等离子体包含碳和氟，且进行一蚀刻工艺的温度为20-80℃、压力为20-70torr及所包含气体CH₂F₂/CF₄进行10-70秒。

6.根据权利要求1所述的半导体蚀刻方法，其特征在于其中所述的第一等离子体包含碳和氟，且在该反应室中更包含堆积碳和氟于该至少一突出特征的侧壁。

7.一种半导体蚀刻方法，其特征在于其提供一幕罩层于一半导体基板上，该幕罩层包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特征，该突出特征具有一初始宽度，该方法包括以下步骤：

导入包含碳和氟的一第一等离子体于一具有该半导体基板的反应室中，其中碳和氟的残留物至少沉积于该反应室的内壁及堆积在该至少一突出特征的侧壁；

使用包含该剩余的硬式幕罩材料的剩余的该幕罩层作为一蚀刻幕罩来转移该特征图案至该半导体基板。

8.根据权利要求7所述的半导体蚀刻方法，其特征在于其中所述的幕罩层包含一光阻层，该硬式幕罩材料包含一介电抗反射层，及该半导体基板包含一含碳材料。

9.一种半导体蚀刻方法，其特征在于其提供一幕罩层于一半导体基板上，该幕罩层包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特征，该突出特征具有一初始宽度，该方法包括以下步骤：

使用一具有包含碳和氟的一第一蚀刻等离子体的蚀刻工具于一反应室中以形成一具有一第一线宽的幕罩特征于该幕罩层，其中碳和氟的残留物至少沉积于该反应室的内壁；

使用具有一第二蚀刻等离子体的蚀刻工具并利用之前的蚀刻工艺或是等离子体沉积工艺所遗留的该碳和氟来调整该幕罩层至小于该第一线宽的一第二线宽，且形成具有该第二线宽的幕罩特征于该硬式幕罩材料，所述的第二蚀刻等离子体包含氩和氧；以及

使用由该具有该第二线宽的幕罩特征的该硬式幕罩材料作为一蚀刻幕罩来转移该幕罩特征至该半导体基板。