CN103227108B - 一种有机物层刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
一种有机物层如底层光刻胶材料层的刻蚀方法，所述刻蚀方法包括：将待刻蚀基片放入等离子反应腔，所述基片上包括刻蚀目标有机物材料层；通入反应气体到等离子反应腔；向反应气体施加射频电能点燃等离子体，对所述基片进行刻蚀；其中所述反应气体包括主刻蚀气体，稀释气体，其中主刻蚀气体选自CO2，稀释气体选自Ar、N2、CO之一或者其混合物，其中稀释气体流量小于所述主刻蚀气体流量。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机物层的等离子刻蚀方法，，特别涉及一种在低临界尺寸(criticaldimensionCD)要求下的有机物层的刻蚀方法。
背景技术
在半导体器件制造领域内，利用等离子来进行加工的各种反应腔普遍存在。随着加工精度越来越高，临界尺寸(criticaldimension)越来越小，现在业界的临界尺寸已经达到了45nm以下，如22nm的CPU已经面世。而现有的通过光学方法对光刻胶进行照射来获得加工图形的方法最小临界尺寸仅能达到45nm左右，要获得更高精度的图形要付出巨大代价，不具有经济价值。为了在现有光刻技术条件下获得更小临界尺寸的加工能力，现有技术广泛采用了临界尺寸缩小技术，即在较大掩膜的基础上通过刻蚀形成具有梯形剖面的孔洞或沟槽，最终获得具有较小临界尺寸的掩膜。采用这一技术的关键是获得可以精确控制刻蚀结果的方法，使得刻蚀过程中图形尺寸能够均匀的缩小，且不会变形造成最终图形转换失真。采用这样的临界尺寸缩小技术可以应用到多种材料层的刻蚀，如绝缘材料层，通常是含硅的无机物如APL、SiO2，SiN等。这些材料层相对比较坚硬比较容易控制刻蚀形成的沟道形状。但是为了减少加工步骤直接获得高精度的图形化掩膜，现在也有在传统光刻胶下方添加一层较厚有机物材料层，通过刻蚀直接形成低临界尺寸掩膜的方法。在这样的材料层上刻蚀难度就要大的多，因为这些材料层与光刻胶类似，是较软的有机物材料层，所以也叫底层光刻胶(bottomphotoresistBPR)。在刻蚀中这些材料层的侧壁很容易被破坏形成缺口造成图形失真。现有刻蚀方法往往采用HBr/O2，CO/O2，N2/H2等刻蚀气体来对这些BPR层进行刻蚀，但是用这些气体以及配套的刻蚀工艺很难获得精确的刻蚀图形。所以业界需要一种能够对这种有机物材料层进行精确刻蚀以形成低临界尺寸图形的刻蚀方法。
发明内容
本发明的发明内容只提供一个对本发明部分方面和特点的基本理解，其不是对本发明的广泛的概述，也不是用来特别指出本发明关键的要素或者勾画发明的范围。其唯一的目的是简化地呈现本发明的一些概念，为后续详细的描述本发明作一些铺垫。
本发明提供一种有机物层刻蚀方法，所述刻蚀方法包括：将待刻蚀基片放入等离子反应腔，所述基片上包括刻蚀目标有机物材料层；通入反应气体到等离子反应腔；向反应气体施加射频电能点燃等离子体，对所述基片进行刻蚀；其中所述反应气体包括主刻蚀气体，稀释气体，其中主刻蚀气体选自CO2，稀释气体选自Ar、N2、CO之一或者其混合物，稀释气体流量小于所述主刻蚀气体流量。其中所述刻蚀目标材料层包括一层有机物掩膜材料层，以及位于该有机物掩膜材料层上方图形化的无机材料层，所述图形化无机材料层具有第一临界尺寸。其中所述图形化无机材料层的图形通过位于其上方的具有第一临界尺寸图形的光刻胶为掩膜刻蚀获得。其中所述有机物掩膜材料层通过刻蚀在材料层底部形成具有第二临界尺寸的图形，其中第二临界尺寸小于第一临界尺寸。本发明进一步以具有第二临界尺寸图形的所述有机物掩膜材料层为掩膜刻蚀下方的第二无机材料层。
根据本发明特征其中所述有机物掩膜材料层厚度大于100nm。
根据本发明一实施例所述主刻蚀气体的流量与稀释气体流量比大于3∶2小于等于3∶1，或者大于5∶3小于等于5∶2。
根据本发明一实施例其特征在于所述反应气体还包括侧壁钝化气体COS，COS的其它流量小于稀释气体的气体流量。所述COS气体流量与主刻蚀气体的流量比例小于1∶10。根据本发明特征所述反应腔中通入反应气体后的气压为10-20mt。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：如下附图构成了本说明书的一部分，和说明书一起列举了不同的实施例，以解释和阐明本发明的宗旨。以下附图并没有描绘出具体实施例的所有技术特征，也没有描绘出部件的实际大小和真实比例。
图1显示了本发明一个等离子反应腔图示。
图2显示了根据本发明一个实施例的刻蚀材料层结构示意图
图3显示了本发明一个实施例通过光刻形成图形化掩膜层后的材料层结构示意图
图4显示了本发明一个实施例的通过掩膜层刻蚀有机物材料层后的材料层刻蚀结构示意图。
图5a-5d显示了利用本发明第一到第四个实施例刻蚀方法刻蚀有机物材料层后材料层的截面图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种对施加到等离子处理腔的射频功率进行控制的系统和方法，以实现最小化反射功率并有效地将射频功率施加到等离子中。各种实施例都在不需要修改验证过的工艺菜单的情况下实现自动调节射频功率。这一自动调节可以用调节频率匹配的和射频匹配网络参数的方式来实现。
图1显示了一个本发明刻蚀进行的等离子反应腔1。该反应腔1包括基座33，基座上连接有射频电源。其中基座33也作为下电极连接有低频的射频功率，在等离子点燃后通过调节该低频射频电源的功率来调节等离子的能量大小。基座33上包括基片固定装置34，该基片固定装置可以是静电夹盘或者机械夹盘等装置。待加工基片30固定在基片固定装置34上方。基片外围还包括一个边缘环36，以实现对基片边缘位置温度，电场分布等的控制，还能保护下方器件不被反应腔中点燃的等离子腐蚀。反应腔顶部与基座相对的位置还包括一气体扩散装置40，该气体扩散装置可以是常用的气体喷淋头也可以是其它气体喷头。除了图1中所示的电容耦合型(CCP)等离子反应腔，本发明刻蚀方法也可以用于电感耦合型(ICP)等离子反应腔。与电容耦合型相比主要的区别是：ICP是通过围绕反应腔的线圈将射频功率穿透反应空间外围的绝缘材料窗进入反应空间实现对反应气体的电离。其它能够对反应气体电离的反应腔结构都能用于本发明的刻蚀方法，由于与本发明方法主要特征点影响不大，所以在此不再赘述。
图2显示了本发明一个实施例的刻蚀材料层结构示意图。其中本发明刻蚀目标层20通常是绝缘材料层，如SiO2，low-K材料等，在刻蚀目标层上分别覆盖有厚的底层光刻胶层13(BPR)，中间掩膜层如TEOS材料层12，以及最上方的光刻胶层10(PR)和光刻胶紧邻下方的防反射层11(BARC)。
在加工开始时首先通过传统方法利用光刻技术获得放大后的目标图形。并形成孔洞或沟槽，在利用这一图形刻蚀下方的防反射层11和中间掩膜层12，形成第一图形如图3所示的100。最后利用该中间掩膜层为掩膜将图形100刻蚀转换到下方的有机物材料层13中去。BPR材料层13的厚度选择根据临界尺寸缩小的需要来定。通常比传统的光刻胶层要厚很多，可以达到100nm以上，如150nm，甚至200nm。底层光刻胶层(BPR)虽然也叫光刻胶层但是其材料并不完全与上方的光刻胶层10相同，比如底层光刻胶层(BPR)不需要添加光敏材料。两者都叫光刻胶仅说明所用材料类似，都是比较柔软的有机物材料并不代表两者相同。在利用中间掩膜层刻蚀有机物材料层13时，如图3所示，在有机物材料层中形成梯形的剖面结构最终形成需要的临界尺寸的图形101。
本发明第一实施例在利用中间掩膜层12刻蚀有机物材料层13时向反应腔内通入反应气体。该反应气体包括主要刻蚀气体如CO2用于被射频电场作用解离出氧离子或氧的自由基与有机物层反应，氧化后形成气体被抽走。为了保护侧壁还要提供侧壁钝化气体，如COS。COS能与有机物层侧壁的碳原子结合形成稳固的化学键，防止其被主要刻蚀气体氧化，从而防止侧壁被刻蚀形成弧形结构。钝化气体也可以起到减缓刻蚀速率的作用。除了钝化气体外还可以添加稀释气体如N2，通过调整稀释气体的量可以调节整体的刻蚀速率和气体的浓度。通过注入上述处理气体在反应腔内达到气压20mt或者更低，施加射频功率的大小取决于刻蚀的有机物层的厚度和上面中间掩膜层的材料。100-1000W，60Mhz的射频功率是一种典型应用。连接到下电极33的低频(2/13Mhz)功率小于250W。下面以具体实施例来说明本发明的刻蚀工艺和效果。本发明第一实施例在通入主刻蚀气体CO2气体流量为250sccm，稀释气体N2的气体流量为100sccm以及侧壁钝化气体COS的流量25sccm一定时间，使得气压达到15mt，以600W功率的60Mhz射频电场施加到等离子反应腔，使的反应气体产生并维持等离子体并且持续75秒。利用本发明第一个实施例揭露的方法进行刻蚀后获得的刻蚀效果图如图5a所示，可以很明显看到在采用本发明方法刻蚀对侧壁进行保护后，刻蚀形成的孔洞具有轻微梯形的截面图。得到了对底层有机物材料层理想的刻蚀效果：不仅侧壁没有出现弧形，而且使得下方通孔尺寸相对上方通过上方光刻技术形成的通孔均匀的按比例缩小。通过这样对有机物材料层13的刻蚀，使得其上方开口的45nm的临界尺寸在开口底部变成了30nm或者更小的22nm，或者两者之间的任何尺寸，具体数据可以根据设计需要来选择。
本发明另有一个实施例，其中通入的处理气体，也可以是主要刻蚀CO2气体250sccm，稀释气体氩气(Ar)150sccm以及侧壁钝化COS气体25scm使反应腔内气压达到气压20mt。以600W功率的60Mhz射频电场施加到等离子反应腔，使的反应气体产生并维持等离子体持续30秒。在经过本发明这个实施例的方式刻蚀后获得如图5b所示的刻蚀结果。从图5b可看到下方BPR有机物材料层通过刻蚀形成的孔洞也具有轻微的梯形侧壁，而且侧壁被很好保护没有被侧向刻蚀。
本发明第三个实施例，其中通入的处理气体，也可以是主刻蚀气体CO2气体250sccm，稀释气体CO流量约150sccm以及COS气体20scm，使反应腔内气压达到10mt，以600W功率的60Mhz射频电场施加到等离子反应腔，持续90秒。经过本发明第三实施例揭露的方法刻蚀后获得如图5c所示的刻蚀结果。从图5c可看到下方BPR有机物材料层通过刻蚀形成的孔洞也具有轻微的梯形侧壁，而且侧壁被很好保护没有被侧向刻蚀。
本发明第四个实施例，其中通入的处理气体，包括主刻蚀CO2气体流量400sccm，稀释气体N2气体200sccm达到气压20mt，以600W功率的60Mhz射频电场施加到等离子反应腔持续30秒。经过本发明第四实施例揭露的方法刻蚀后获得如图5d所示的刻蚀结果。从图5d可看到下方BPR有机物材料层通过刻蚀形成的孔洞也具有轻微的梯形侧壁，而且侧壁被很好保护没有被侧向刻蚀。相对前述几个实施例由于主刻蚀气体流量和稀释气体流量都大大增加了，但是由于主刻蚀气体与稀释气体两者的比例仍然与前述实施例接近为2∶1，所以，即使没有COS侧壁保护仍然能基本实现本发明的刻蚀目的。由于主刻蚀气体是CO2所以本身对有机物材料的刻蚀效果不是很强烈，再经过大量稀释气体的稀释，即使不通入侧壁钝化气体如COS也能获得相对较好的侧壁形状。这不仅减小了刻蚀工艺调试的难度，而且减少了气体使用的成本，CO2和N2都是常用气体，而COS则成本远高于前两者。所以本发明不仅刻蚀效果相对现有技术更好而且简化了工艺，节约了成本。
综上所述，本发明刻蚀方法只要刻蚀气体与稀释气体流量的整体比例在5∶3～5∶2范围内均能实现本发明刻蚀目的。上述气体流量比例只是给出具体的最佳实施例，经实验验证，即使上述气体的流量比在3∶2～3∶1的范围仍然能基本达到上述刻蚀目的，获得相对现有技术更好的侧壁形状。
上述刻蚀所用的气体流量气压和功率参数都是以电容耦合型反应腔为基础获得的，本发明也可以用于电压耦合型反应腔(ICP)其参数将会有很大不同，但是基本的发明思想相同，所用其气体流量的比例将是与本发明上述实施例中叙述的相近。即使同样是电容耦合型(CCP)等离子反应腔也会略有不同，同样只要符合本发明思想的，只要气体的用途和流量比与本发明在权利要求中定义相同都属于本发明内容。
本说明书实施例中所用的术语和表达方式是用来描述发明而不是限制，所以这些表达都不应排除任何等同物或者可替换物。此外，本领域技术人员通过对本发明说明书的理解和对本发明的实践，能够容易地想到其它实现方式。本文所描述的多个实施例中各个方面和/或部件可以被单独采用或者组合采用。需要强调的是，说明书和实施例仅作为举例，本发明实际的范围和思路通过下面的权利要求来定义。
Claims (11)
1.一种有机物层刻蚀方法，所述刻蚀方法包括：
将待刻蚀基片放入等离子反应腔，所述基片上形成有刻蚀目标层(20)与位于刻蚀目标层(20)上方、由有机物材料构成的底层光刻胶层(13)；
通入反应气体到等离子反应腔；
向反应气体施加射频电能点燃等离子体，对所述基片的底层光刻胶层(13)进行刻蚀，以在所述底层光刻胶层(13)内形成梯形的剖面结构；
其中所述反应气体包括主刻蚀气体，稀释气体，其中主刻蚀气体选自CO2，稀释气体选自Ar、N2、CO之一或者其混合物，其中稀释气体流量小于所述主刻蚀气体流量，所述主刻蚀气体的流量与稀释气体的流量比大于3∶2小于等于3∶1。
2.根据权利要求1所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于，所述底层光刻胶层(13)的上方形成有图形化的无机材料层，所述图形化无机材料层具有第一临界尺寸。
3.根据权利要求2所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于，所述图形化无机材料层的图形通过位于其上方的具有第一临界尺寸图形的光刻胶为掩膜刻蚀获得。
4.根据权利要求2所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于，所述底层光刻胶层(13)通过刻蚀在其底部形成具有第二临界尺寸的图形，其中第二临界尺寸小于第一临界尺寸。
5.根据权利要求4所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于，以具有第二临界尺寸图形的所述底层光刻胶层(13)为掩膜刻蚀下方的第二无机材料层。
6.根据权利要求2所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于，所述底层光刻胶层(13)的厚度大于100nm。
7.根据权利要求1所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于，所述主刻蚀气体的流量与稀释气体的流量比为2:1。
8.根据权利要求1所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于，所述主刻蚀气体的流量与稀释气体流量比大于5∶3小于等于5∶2。
9.根据权利要求1所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于，所述反应气体还包括侧壁钝化气体COS，COS的气体流量小于稀释气体的气体流量。
10.根据权利要求9所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于，所述COS气体流量与主刻蚀气体的流量比例小于1∶10。
11.根据权利要求1所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于，所述反应腔中通入反应气体后的气压为10-20mt。
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Citations (3)
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101131928A (zh) * | 2006-08-21 | 2008-02-27 | 兰姆研究有限公司 | 三层抗蚀剂有机层蚀刻 |
| CN101866848A (zh) * | 2010-04-29 | 2010-10-20 | 中微半导体设备(上海)有限公司 | 一种刻蚀有机物层的等离子刻蚀方法 |
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