TW550661B - Method of etching organic antireflection coating (ARC) layers - Google Patents
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Description
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550661 五、發明説明（） 發明領域： 本發明係關於一種有機反反射鍍層（ARC)，特別是底 部反反射鍍層（BARC)，的蝕刻方法。有機反反射鍍層，如 其名稱所顯示的，包括碳及含氫物質，且典型地其本質上 為聚合物。該反反射鍍層為一蝕刻堆疊（stack)的一部分， 該姓刻堆疊係被用來產生半導體元件，且它們被圖案蝕刻 至次微米的尺寸。本發明的方法能夠控制被蝕刻的特徵結 構在關键尺寸上的移位，同時提供均勻的Arc蚀刻於一半 導體基材的整個表面上，而不受在基材表面上之特徵結構 間的間距上的變化所影響。 發明背景： 在半導體元件的製造領域中，業界共同體認的是，元 件的特徵尺寸被降至0· 1 8微米或更小時，經由光阻物質所 實施的罩幕構圖即需要使用到深紫外線波長（DUV)成像幅 射。反反射鍍層與D UV光阻一起被使用，用來降低駐波及 反向散射光，使得在光阻上的構圖可受到更佳的控制。 通常，該光阻被施加於一其它層的堆疊上，該等其它 層被形成圖案，其為該半導元件製造處理中的一部分。在 該堆疊中的某些層於底下層的構圖處理期間被消耗掉，该 等被構圖之底下層變成為該功能性元件的一部分。—arc 層可存在該層堆疊内的數個不同的位置，其端視該應用而 定。當該ARC層被提供於一層堆疊的頂端之上時，其被稱 為一上反反射鍍層（TAR)。當該ARC層躺在該光阻層底下 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) -------—I:裝丨- (請先閱讀背面之注意事項^^寫本頁) 、=口 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7
550661 五、發明説明（） 時’其一般被稱為一下反反射鍍層（BARC)。TAR鍍層通常 於該光阻構圖（顯影）處理期間被去除掉，而BARC層則大部 分需要一乾蝕刻去除步驟。 有機ARC之乾蝕刻處理通常是在一電漿蚀刻系統中 實施的。ARC蝕刻電漿來源氣體在成分上變化相當大。電 漿來源氣體組合的某些例子包括了 CHF3/CF4/Ar-〇2 ; CF4/He-02 ; 02/N2 ; HBr/02 ;及 HBr/C〇2/02-Ar。 在蚀刻覆蓋在一含梦的基材上之有機反反射鍍層的 一處理中，該基材被置於一處理室中且用一電漿來加以處 理。該電漿是從一處理氣體產生的，該處理氣體包含氧及 一化合物，該化合物選自於由氫及含溴化合物，氫及含琪 化合物，及它們的混合物所構成的化合物組群中。處理變 數被加以調整用以提供該有機反反射鍍層的非等方向性 蚀刻。 在另一蝕刻處理中，一覆蓋在半導體基材上之反反射 鍍層係藉由使用一從氧，氮，及至少一鈍氣的混合物所形 成的電漿而被蝕刻的。在另一方法中，該反反射鍍層可藉 由使用一氮氣電漿來加以蚀刻，該電漿可包含一鈍氣但在 該電漿中並不包含氧，其蚀刻率據稱會被降低。 另一種電漿蝕刻覆蓋在一半導體基材上的B ARC層的 方法利用由一電漿處理氣體所提供的蚀刻化學物，該電漿 處理氣體包括溴化氫（HBr)，C02，及02加上氬或其它鈍 氣。 關於上述處理的種類之更多的資訊可在授予Zhao等 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項^4^、寫本頁) -訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A7 B7 五、發明説明（） ......^---*>---丨 (請先閲讀背面之注意事項^^寫本頁} 人於1998年一月21日公告之歐洲專利公報第EP0820093 號；授予Gupta等人於1999年六月8日頒發之美國專利第 5,910,453號；及授予Yang等人於1998年八月19日公告之歐 洲專利公報第ΕΡ0 8 5 9400號，等專利中找到。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在整片.晶圓上之蝕刻的均勻性長久以來即是一項备 要的考量，且關於有機反反射鍍層的#刻之參考資料其重 點大都擺在將被蝕刻之特徵結構的關鍵尺寸的保持，如、線 寬，接觸墊尺寸，閘大小，等等。其它的亦有將重點放在 蚀刻處理的選擇性上，即一 ARC層的蚀刻率相較於一相鄰 的物質層之蝕刻率的比例。一項非常重要的變數為，對於 在一基材，如一半導體晶圓，上之被蚀刻的特徵結構的關 键尺寸均句性的控制’其隨著將被蚀刻的特徵結構的關鍵 尺寸的縮小而變得更加重要。例如，當將被蝕刻於一 ARC 層上的圖案為一連_的線及間距，且介於線之間的間距會 因在基材表面的不同位置而有所不同時，該ARC的蝕刻率 在該基材表面的不同位置上會有所不同。這將會影響到餘 刻深度且會影響到將被姓刻的特徵結構的輪靡。其亦會影 響到在該基材上之關鍵尺寸的均句性。在一基材上之整體 蝕刻性能上的改變為介於被蝕刻特徵的之間的間距的函 數的此一現象有時被稱為一，，微負荷（micr〇1〇ading),，效 應。在蝕刻率及/或被蚀刻特徵結構輪廓上的差異部分是因 為在基材表面上的一已知位置處之蝕刻物的可獲得性會 改變’及蚀刻副產物的數量亦會改變而引起的。在晶圓表 面上之蝕刻物的可獲得性及副產物會改變的一個原因為 第7頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） 550661 A7 B7 發明説明（） 處理氣體的輸入及分布及處理氣體及蝕刻副產物從處理 至的移除通常是不均勻的。另一個原因為，在基材表面的 ’、同位置上之圖案特徵結構之間的間距並不一樣。餘刻副 產物是由兩個不同的機制所產生的：丨）包含大量鈍態氣體 之蝕刻氣體成分的使用（如，氮，或產生聚合物的氣體， 如含碳氣體），及/或2)被蝕刻物質於蝕刻期間之反向濺射 於特徵結構的側壁上。蝕刻氣體產生的鈍態層（υ會相當均 句地累積在基材表面上之特徵結構的側壁上。被反向濺射 的純態層（2)在基材上之寬鬆的特徵結構區域上會沉積的 比較多’該處會有較多之反向濺射是因為被蝕刻的物質的 數量大於在基材上特徵結構緻密的區域。 同為本案受讓人所擁有之共同係屬中的美國專利申 請案第09/61 1，085號揭示一種ARC.層的電漿蝕刻方法，其 可提供均勻的關鍵尺寸於整個基材表面上。該arc蝕刻處 理利用CF4，HBr，及〇2化學物。然而，雖然此方法在15〇〇 埃厚的B ARC層的蝕刻期間可提供絕佳的關鍵尺寸均勻性 於整個基材表面上，但在該方法被應用在較厚（如，2〇〇〇 埃）的B ARC層的蝕刻上時，關鍵尺寸均勻性的保持即不再 良好。一般咸認這是因為蝕刻一較厚的BARC層需要較長 的蝕刻時間的關係。因此，對於一種在姓刻較厚（> 丨5 〇 〇埃） 的B A R C層時能夠挺供絕佳的關鍵尺寸均勻性於整片基材 表面上的BARC層的蝕刻處理仍存在需求。 第8頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) ·(請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、 發明説明（ 發明目的 本發明包拉· _ # ,、 種餘刻有機鍍層，特別是反反射鍍層， 的方法。該方法；^也士 疋供在整片基材表面上之被蝕刻的特徵結 構一改良的關鍵尺—^ ~ κ寸均勻性，同時提供該反反射鍍層相對 於底下t。矽層之選擇性偏好蝕刻。本發明的方法已顯 示在蝕刀輕厚（> 1 5 〇 〇埃）的有機鍍層期間可提供絕佳的關 鍵尺寸均勻性。 _δ- 已 IEJ 口 了 一種蚀刻一有機鍍層的方法，其對於被 蝕刻的特徵、、。構關鍵尺寸，以及在整個基材表面（⑶移位 範圍)上的關鍵尺寸均勻性可提供令人意想不到的控制， 即使疋介於基材表面上的被蝕刻特徵結構之間的間距有 所不同亦然。 一種兩步驟方法被用來蝕刻一有機鍍層。該方法的第 一步驟為一主餘刻步驟，在該步驟期間該有機鍍層的整個 厚度被蚀刻至終點。該主蝕刻利用一從一第一來源氣體所 產生的電漿，該第一來源氣體包含一氟化碳氣體及一不含 碳之含_素氣體。 遠方法的第二步驟為一過度蚀刻（overetch)步驟，在 該步驟期間該主蝕刻步驟之後仍留在特徵結構表面上之 殘留的鍍層物質會被去除掉。該過度蝕刻步驟利用一從一 第二來源氣體所產生的電漿，該第二來源氣體包含一含氯 氣體，一含氧氧體，及一純氣（即，一稀有氣體）。此化學 物對於該有機鍍層相對於一底下的含矽層的蝕刻可提供 絕佳的的選擇性（>20 : 1)。在過度蝕刻期間所施加用來偏 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ·(請先閲讀背面之注意事項^^寫本頁} 裝· 、一呑 #! 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 B7 五、發明説明（ 壓該基材的功率小於产、 ;在王蝕刻步驟期間所施加用來偏廢 孩基材的功率。 關於線及間距的圖妥，、二 σ 圖衣（泛/、疋作為舉例並不是用來限 制）’在主姓刻步砰加 ▲ 4間所使用的該蝕刻化學物及處埋條 件在緻密的區域「膝激 、 ^ -〜構可靠得較近）製造出之被蝕刻的 線寬度小於在宽载^τ , A、（ sol a ted)區域（特徵結構可離得較遠） 被蝕刻的線寬度。血沏 士— 一孓也，在緻送、及在寬鬆兩區域中被蝕 刻的線寬度都小於用夹縣古祕减a ^ 干J术將有機鍍層形成圖案的光阻的線 寬J於目“、，泉的此一在線寬上的縮小被稱為，，負⑶移位,，
或CD損《因此，在主蚀刻期間在緻密區域上的負CD
移位大於在寬鬆區域上的CD移位。在整片基材上的負cD 移位被稱為”CD移位範圍，，。如上所述的，在寬鬆所產生的 負CD移位大於在區域被蝕刻掉的物質的數量大於在緻密 區域，因此，在蝕刻期間會有較多的聚合物質沉積及累積 在孤互的特徵結構的侧壁上。此聚合物質累積形成鈍態層 其會阻礙側壁蚀刻及減緩在孤立的特徵結構的蝕刻率。 又’使用在主蝕刻步驟中的化學物包括Cf4，其在會形成 聚合物，而該聚合物會在蝕刻期間讓鈍態層累積在孤立的 特徵結構的側壁上。 在過度蚀刻步驟中所使用的蝕刻化學物及處理條件 會在寬鬆的區域上產生一負CD移位其大於在緻密區域中 的負C D移位。這與在主蚀刻步驟期間觀察到的效果相反。 因為大部分的有機鍍層物質已於主蝕刻步驟中被去除 掉’在寬送區域上之導因於聚合物沉積的的鈍態層的累積 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐)
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五、發明説明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
在過度蝕刻步驟中已不再像在主蝕刻步驟中般是一重要 的因子了。又，使用在過度蝕刻步驟中之蝕刻化學物姐不 包括一產生聚合物的（鈍態的）電漿來源氣體。 另一項重要的處理變數為使用在主蝕刻步騾與過度 蝕刻步驟中之基材偏壓功率的比較。在過度蝕刻步驟中所 施加至基材的功率小於在主蝕刻步驟中所施加者。其結果 為，在過度蝕刻步驟期間將蝕刻物朝向基材表面導引之驅 動力較小，而這將會造成蝕刻率減慢。此效應在緻密區域 上的影響遠大於在寬鬆區域，因為在緻密區域上之特徵結 構間的較窄的間距（深寬比較大）會保護裸露出來之被蝕刻 的側壁特徵使其不.會與反應物質相碰撞。因此，在過度蝕 刻步驟中之姓刻化學物與施加較少的基材偏壓的組合使 得在過度蝕刻步驟期間其在寬鬆區域所產生的蚀刻速率 大於在緻密區域的蝕刻率。因此，當主蝕刻步驟與過度蝕 刻步驟相組合時即會有-平衡的效果。此平衡的效過可降 低C D移位範圍。 本發明運用了彼此互補且利用不同的機制來達成在 一基材表面上的蚀刻的均句性之多蝕刻步驟。因此，本文 中所揭示之蝕刻在一半導體基材上的有機鍍層的方法^ 用了使用在主蝕刻步驟及過度蝕刻步驟中的蝕刻化學物 及基材偏壓來平衡在一半導體基材的緻密區域與寬鬆區 域上的蚀刻。 W 第11頁 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 緣 裝· 550661 A7 B7 五、發明説明（） 圖式簡單說明：_ 第1 A圖示意地顯示了可用來實施本發明的蚀刻處理之電 漿處理設備的一較佳實施例。 第1B圖顯示一基材表面的示意圖，其標示了 一基材相對於 第1A圖中的處理設備之底部，左，中央，右，及上 部位置。 第2A圖顯示一蝕刻堆疊200其代表本發明可實施於其上之 一啟始結構。該蝕刻堆疊2〇〇由上到下包括一被形 成圖案的光阻層210, 一有機反反射鍍層（ARC) 208，一多晶矽層206，及一氧化矽閘極介電質層 204，它們都是被沉積在一矽基材2〇2上。該膜對疊 層的相對厚度並未以比例繪製。 第2B圖顯示該蝕刻堆疊200在實施依據本發明的方法的主 蚀刻步驟之後的情形。該A R C的整個厚度已藉由使 用一第一電漿來源氣體而被姓刻至終點，且多晶碎 層206的一上表面207已被裸露出來。殘留的ARC物 質覆蓋在該基材表面的某些區域的多晶矽層表面 207 上。 第2 C圖顯示該蝕刻堆疊2 0 〇在實施依據本發明的方法的過 度蝕刻步驟之後的情形。殘留的ARC物質已從該多 晶矽層表面207上被去除掉，且該多晶矽層未受到 任何明顯的蝕刻。 弟j圖顯示當一 C F4，Η B r，及Ο2的電漿來源氣體被用來蚀 刻該有機ARC層時，在一基材表面的不同位置處之 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A7 B7 - -—_______ 五、發明説明（） 在被蚀刻的特徵結構的關鍵尺寸上的移位 302(即，在被蚀刻的ARC的線寬度與用來對arc形 成圖案的光阻上的線寬之間的差異）為介於被蚀刻 的特徵結構之間的間距304的一個函數的圖表 3 00 ° 第4圖顯示當一 CF4，HBr，及〇2的電漿來源氣體被用來蚀 刻該有機ARC層時’（在基材的緻密與寬鬆區域上 所量得之）被蚀刻的特徵結構的關鍵尺寸上的移位 402為該BARC層的厚度404的函數的圖表4〇〇。 第5圖顯示當一 CF4，Ch，及％的電漿來源氣體被用來蝕 刻該有機ARC層時，在一基材表面的不同位置處之 在被蚀刻的特徵結構的關鍵尺寸上的移位502為介 於被蚀刻的特徵結構之間的間距5 〇 4的一個函數的 圖表500。 第6圖顯示當一 Ar ’ Ch ’及〇2的電漿來源氣體被用來蝕刻 該有機ARC層時，在一基材表面的不同位置處之在 被蝕刻的特徵結構的關鍵尺寸上的移位602為介於 被蚀刻的特徵結構之間的間距6 〇 4的一個函數的圖 表 600。 第7圖顯示當一 CF4，Ch的主蝕刻化學物及一 Ar, Ci2，及 〇2的過度蚀刻化學物被用來蚀刻該有機ARC層 時，在一基材表面的不同位置處之在被蝕刻的特徵 結構的關鍵尺寸上的移位7 0 2為介於被蝕刻的特徵 結構之間的間距7 0 4的一個函數的圖表7 〇 〇。 第 131" 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 難 装- 經濟部智慧財產局員X消費合作社印製 550661 A7 B7 五 _I_I__ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 100 多 晶 矽蝕 刻 室 1 10 靜 電 夾 陰 極 104 上 室 108 下 室 114 氣 體 注入 噴 嘴 106 陶 瓷 圓 頂 118 /r/r 即 流 閥 120 基 材 122 入 124 晶 圓 升 降 件 126 電 漿 來源 功 率 128 配 接 網 絡 130 RF源 (基材偏壓機構） 132 配 接 網 絡 134 感 應 線圈 140 表 面 142 下 表 面位 152 溝 槽 144 左 表 面位 置 146 中 央 位 置 148 右 表 面位 置 150 上 表 面 位 置 154 箭 頭 156 箭 頭 158 上 表 面 800 多 晶 矽 蚀 刻 室 802 氣 體 分布 板 804 鋁 質 室 襯 理 806 聚 焦 環 808 陰 極 810 靜 電 夾托 盤 812 托 盤 溫 度 探 針 200 蚀 刻 堆疊 210 光 阻 層 208 有 機 反反 射 鍍層 206 含 矽 層 204 閘 極 介電 質 層 202 基 材 裝_ 發明説明（） (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 第8圖為Applied Material公司的MXP +多晶梦蚀刻室的示 意圖，其為可用來實施本發明的蝕刻處理之電漿處 理設備的另一例子。 圖號對照說明： 第u頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 550661 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 207 上表面 發明詳細說明： 本發明提供一種蝕刻一有機鍍層，如一有機反反射鍍 層（ARC)的兩步驟方法。該方法提供絕佳的關键尺寸（CD) 均句性於整個基材表面上，即使是在整個基材表面上介於 特徵結構之間的間距會變化亦然。 該方法的第一步驟為一主蚀刻步驟，在該步騾期間該 有機鍍層的整個厚度都被蝕刻掉到達一終點。該主蝕刻利 用一從一第一來源氣體所產生的電漿，該第一來源氣體包 含一氟化碳氣體及一不含碳之含自素氣體。該氟化碳氣體 典型地為CF4，但可亦可以是CHF3，ch2f2 , c2f6，c4f8 或它們的組合。該不含碳之含函素氣體典型地為C12，但 亦可以是HBr，HC1，或Cl2，HBr及/或HC1的任何組合。 包含CF4及Ch之第一來源氣體特別合用。典型地，在 第一來源氣體中之CF4: Cl2的比例其範圍約從1 : 1至約6 : 1 ’最好是從約2 : 1至約5 : 1之間。如果需要的話一小量 的魏態氣體，如N 2或Η B r，可被包括在該C F 4 / C12來源氣體 組合中。 在本發明的一非較佳的另一實施例中，一包含CJ74， Η B r及02的第一來源氣體可被用來實施該主蚀刻步驟。此 特殊的主蝕刻電漿來源氣體的組合與CFVCh來源氣體組 合比較起來可產生一較大的CD移位。 在約30W至約90W範圍之内的一基材偏壓功率典型地 第15頁 (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· 、言 繞 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 550661 A7 B7 五、發明説明（） 於主蝕刻步驟期間被使用。 在主蝕刻步驟期間所使用的蝕刻化學物及處理條件 在一半導體基材之緻密的特徵結構區域中提供的蝕刻率 高於在寬鬆的特徵結構區域中的姓刻率。 該方法的第二步驟為一過度蝕刻步驟，在該步驟期間 該主蚀刻步驟之後仍留在特徵結構表面上之殘留的鍍層 物質會被去除掉。 該過度蚀刻步驟利用一從一第二來源氣體所產生的 電漿’該第二來源氣體包含一含氯氣體，一含氧氣體，及 一鈍氣（即，一稀有氣體）。該含氯氣體典型地為cl2。該含 氯氣體典型地為Ch，但亦可以是其它HC1。該含氧氣體典 型地為〇2 ’其可以He/〇2(其中〇2約為該He/〇2混合物的30 體積％)。該鈍氣典型地為氬，但亦可以是一不同的稀有氣 體，如氦，氖，氬，氪，或該鈍氣可以是稀有氣體的組合。， 典型地，在第二來源氣體中之Ch : 〇2的體積比的範圍約 為2 : 3至約3 : 1，最好是在約1 : 1至約3 : }，的範圍内。 此外’在第二來源氣體中的氬其範圍典型地在約2 〇體積0/〇 至約8 0體積％，最好是從約3 0體積°/〇至約5 〇體積％，之間。 使用在該過度蝕刻步驟中的基材偏壓功率比使用在 主蚀刻步驟中的低。一低於比使用在主蝕刻步驟中之基材 偏壓功率的80%，最好是低於70%，的過度蚀刻基材偏壓 功率特別合用。 一有機反反射鍍層（ARC)經常是一半導體結構的一部 分’其中ARC屠覆蓋在一含碎物質層之上，而該含碎物質 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項！^寫本頁) 裝. 、νΰ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A7 B7 五、發明説明（） 層則覆蓋在一閘極介電質層之上。為了要避免ARC層之明 顯的過度蝕刻且在底下的多晶矽層上形成凹坑，該第二來 源氣體最好是提供至少1 0 : 1之蝕刻有機鍍層：蝕刻多晶 矽的蚀刻選擇性。選擇性”一詞典型地係被用來表是兩種 物質之蚀刻率的比例）避免在多晶矽層上形成凹坑是很 重要的’因為此凹坑將會在後續的多晶矽層蝕刻期間直接 地傳遞至底下（薄的）介電質層且會造成該薄的介電質層的 擊穿（punch through)。 在主蚀刻步驟期間所使用的該蝕刻化學物及處理條 件在緻密的區域會產生一負C D移位其比在寬鬆的特徵結 構區域中的負CD移位大。該過度蝕刻化學物及處理條件會 在基材的寬鬆特徵結構區中產生一負CD移位，其大於在緻 密的特徵結構區中的負C D移位。因此，主蝕刻及過度蝕刻 彼此相反，其結果為在整個基材表面上的CD移位範圍變小 並可在整個基材表面上提供改良的關键尺寸均句性。 應被注意的是，在以下的說明書内容及申請專利範圍 中，單數用字” 一 π及π該”包括了複數的含意，除非内容清 楚地表示相反的含意。 I.實施本發明的設備· 本文中所述之本發明的蝕刻處理的實施例可在由設 在美國加州Santa Clara市的Applied Materials公司所製造 的 CENTRURA® Integrated Processing System室中實施。 此系統被顯示及描述於美國專利第5,5 83，737號中，該案藉 由此參照而被併於本文中。雖然被用來處理本文中所舉的 (請先閲讀背面之注意事項^%寫本頁} 裝· -訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第17頁
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 550661 A7 B7 五、發明説明（） 例子的基材之蚀刻處理室被示於第1圖中，但在業界中任 何的蝕刻處理器只要對處理參數稍加調整即可利用本文 所述的蝕刻化學物。 示於第1圖中之設備包括一描述於Yan Ye等人在1996 年五月 7 日所舉辦的 Proceedings of the Eleventh
International Symposium of Plasma Processing 中所發表且 在期子丨】£1〇“1：〇〇]^111^13〇(^{}^1*〇〇66(1_3，\^〇1謂6 96_12· pp.222-23 3 (1 996)中刊出的解耦合電漿源（DPS)。第1圖所 示的為使用在Applied Materials公司的CENTRURA®多晶 矽蝕刻系統中的一單獨的CENTURA®TM DPS多晶碎蚀刻室 1 02。該CENTRURA®多晶碎蚀刻室1〇〇被建構成可安裝在 一標準的CENTRURA®蝕刻機架上。 該CENTRURA®多晶矽蝕刻室1〇〇是由一上室1〇4其具 有一陶瓷圓頂106’及一下室108所構成。下室log包括一 單極性的靜電夾（E S C)陰極1 1 〇。氣體經由氣體注入噴嘴 114導入該室中用以將氣體均勻地分布。室壓是由一具有 節流閥11 8之閉迴路壓力控制系統（未示出）來控制。在處理 期間，一基材120經由入口 122被置入該下室1〇8中。基材 120係藉由產生於靜電夾（ESC)陰極表面上的靜電而被固 定在位置上，該靜電是藉由施加一 DC電壓於一位在該爽子 表面上的一介電膜底下的導電層而產生的。該陰極11〇及 基材1 2 0然後被一晶圓升降件1 2 4所舉起且在頂抵該上室 1 04的一處理位置時一密封被產生。蝕刻氣體經由陶竞氣 體注入喷嘴114而被導入上疏1〇4中。該多晶梦蚀刻室1〇〇 第18頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· -口 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A7 B7 五、發明説明（） 使用一操作頻率為12.56MHZ之電感耦合的電漿源功率126 及配接網絡1 2 8，其被連接至電感線圈} 3 4用以產生及維持 一南密度電漿。該晶圓係用一操作頻率為13 ·56ΜΗΖ的RF 源130及配接網絡132來施加偏壓。施加至該電漿源126及 基材偏塵機構130之功率是由不同的控制器（未示出）所控 制的。 在蝕刻室壁的表面上的溫度係使用内含液體的導管 (未示出）來控制的，該等管子係位在該蝕刻室1〇〇的壁内。 該半導體基材的溫度是藉由穩定其上放置了該基材之靜 電夾陰極1 1 0的溫度來加以控制。氦氣被用來促進基材與 托盤之間的熱傳遞。在蝕刻處理期間，基材1 2 〇表面被電 漿逐漸地加熱至一高於基材支撐平台的溫度之穩態溫 度，該溫度約10至40。(：，這需視處理條件而定。一般評估， 基材表面溫度典型地約在4〇。(：至85 °C之間。蝕刻室100的 室壁表面藉由使用冷卻導管而被保持在約6 5 t。該陶瓷圓 頂1 0 6則被保持在約8 〇 C的溫度。 當蚀刻到一與不同物質的界面而到達一蝕刻的終點 時’ 一終點次系統（未示出）藉由監視在該蝕刻室中之電漿 所發出的光的改變而感應到該蝕刻的終端。資料然後被顯 示在一 PC監視器上。操作原設定控制該終點系統的程序。 第1B圖顯示一基材12〇的表面14〇，其包括在基材 12 0(在此例子中為一矽晶圓）上相對於基材ι2〇的底面位置 142上的一溝槽152之下表面位置142，左表面位置144，中 央位置146’右表面位置148，及上表面位置15〇。這些表 第19頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· -一口 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A7 B7 五、發明説明（） 面位置係以相對於第1 B圖所示的處理設備1 〇 〇來顯示，其 中箭頭1 5 4表示朝向真空節流閥1 1 8的方向，箭頭1 5 6表.示 朝向入口 122的方向，及基材120則是躺在靜電夹110的上 表面1 5 8上。 或者，本發明的方法可在一蚀刻處理室内被實施，其 中送至一電漿產生源的功率及送至一基材偏壓機構的功 率是由單一的功率控制器所控制的，如，如Applied Materials公司的MXP或MXP+多晶矽蝕刻室。第8圖顯示 Applied Materials公司的MXP+多晶矽蝕刻室8〇〇，其為此 技藝中習知之平行板電漿姓刻室’其包括一簡化的，二維 的氣體分布板802，其可讓氣體更均勻地分布於該室内。 另一項修改為一可取下的鋁質室襯理804,其可在每一次 的室清潔期間被快速地取下及更換，以允許一更快捷的清 洗循環。又一項修改為一改良的聚焦環806，其與該陰極 8 0 8 —起移動（而非獨立移動），其結果為粒子的產生會因為 該設備内之活動件的減少而被減少。該高溫度的陰極8 〇 8 具有獨互的溫度控制（未示出），其回應來自於托盤溫度探 針的溫度讀數而作動，該探針可在一超過該處理室溫度的 度下澡作。該將被處理的基材（未示出）躺在一靜電夾托 盤810上，該托盤結合至該陰極808上。 II·本發明之蝕刻有機反反射鍍層（ARC)的方法 在實施本發明的方法之前，吾人必需先提供一啟始的 蝕刻堆疊。一典型的蝕刻堆疊被示於底下。 第2A圖顯示一蝕刻堆疊2〇〇其代表本發明的方法可在 第20頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印集 550661 A7 B7 五、發明説明（） 其上實施的一啟始結構。圖案為線及間距所構成，且第2A 圖顯示這些線與間距的示意剖面圖。 蝕刻堆疊200從上到下包括以下諸層：一有圖案的光 阻層210 ; —有機反反射鍍層（ARC)208 ; —含矽層206 ; — 閘極介電質層204，所有這些層都被沉積在一基材202上。 該光阻層2 1 0的厚度及構圖方法將視所使用之特定的 光阻物質及將被成像於該光阻上的圖案而定。典型地，該 光阻為一有機，含碳物質。通常，一深紫外線（DUV)光阻 被用來將一圖案傳遞至一基材上。一典型的DUV光阻的膜 層厚度約4 0 0 0埃至約6 0 0 0埃之間。D U V光阻可從例如， JSR®或SHIP LEY®公司購得。 一 ARC層在一 DUV光阻被使用時經常會被需要，用以 在光阻成像期間減少駐波及反向散射的光線。有機ARC在 某些情形中是較佳的，因為它們與光阻更為相容。有機 ARC層208可用此技藝中所習知的任何有機ARC物質藉由 此技藝中所習知的傳統方法，如旋施技術，來製成。該有 機ARC層208典型地具有範圍在約300埃至約3〇〇〇埃内的 厚度。在該啟始蝕刻堆疊中，該有機ARC層208具有約2000 埃的厚度。 該含矽層206為典型的多晶矽或非晶型矽。如果需要 的話（如提供一低阻值的閘極結構），該含硬層2 〇 6可被摻 雜。該含碎層206典型地被形成為具有一約1500埃至約 3 000埃的厚度。在該啟始蚀刻都疊中，該含梦層2〇6為多 晶碎’其係使用此技藝中所習知的化學氣相沉積（C v D)沉 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝- 、\u口 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A7 B7 五、發明説明（） 積的。該多晶矽層206具有約2000埃的厚度。 在該多晶硬層2 0 6底下的是一薄的閘極介電質層 204’其典型地為一無機氧化物，如氧化碎，氮氧化碎， 或五氧化包。或者，該閘極介電質層可以是一有機介電 負’如聚（务稀）酸，聚（芳錦·）醚今唾，聚對苯二甲基_ N， 聚酿亞胺’聚蕃-N ’聚苯基-喳呤琳，聚苯并噚唑，聚茚 滿’聚原冰片烯，聚苯撐氧化物，或α C。 一氧化矽閘極介電質層2〇4典型地被形成為具有一約 1 5埃至約1 〇 〇埃的厚度。具有不同的電子特性之其它的材 為可以不同的厚度來使用。例如，在該啟始蚀刻堆疊中， 該閘極介電質層204為氧化梦，其具有约埃的厚度。當 五氧化包被使用時，該閘極介電質層的厚度可小於氧化碎 之閘極介電層的厚度。此閘極介電質層典型地係使用此技 藝中習知之傳統的方法，如熱氧化或電衆強化的化學氣相 沉積（PECVD)，來形成或沉積的。 基材2 0 2典型地為碎’但亦可為玻璃或絕緣體上的碎 (SOI)。當該基材為梦時，該含梦層206可以是多晶碎或非 晶型矽。然而，當一玻璃基材被使用時，該含矽層2 〇 6則 必需是非晶型梦，因為，為了要形成多晶珍，一底下的梦 基材係如一晶種層般地被需要。非晶型矽可使用傳統的物 理氣相沉積（PVD)或化學氣相沉積（CVD)技術來沉積。 依據本發明的方法’一主蝕刻步驟被實施用以蚀刻穿 透整個有機ARC層208的厚度，露出多晶矽層206的一上表 面207，如第2B圖所示。該主蝕刻步驟最好是應用一從包 第22貰 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 含了 C F4及C12的來源氣體所產生的電漿。如果需要的話一 小量的鈍態氣體，如N2，可被包括在該第一電漿來源氣體 中。 在本發明的一非較佳的另一實施例中，一包含CF4， HBr及〇2的第一來源氣體可被用來實施該主姓刻步驟。可 以與此化學物一起使用之相容的處理條件被描述在由本 案申請人所擁有之共同係屬中由Shen等人所發明的美國 專利申請案第0 9/6 1 1，〇 8 5號中，該案藉由此參照而被併於 本文中。 該主蝕刻步驟的終點係使用一波長為4 3 9 0埃之光學 發射光譜（OES)終點偵測系統來偵測。 參照第2C圖，一過度蝕刻步驟接著被實施用以將主蝕 刻步驟完成之後仍留在多晶矽表面207上的殘餘ARC物質 去除掉。使用在此過度蝕刻步驟中之電漿來源氣體最好是 提供至少10: 1之有機ARC層208 :多晶矽206的蝕刻選擇 性，用以避免明顯的過度蚀刻而在多晶矽層206的表面上 形成凹坑。如果該多晶矽層206的表面207上被形成凹坑的 話，此凹坑將會被傳遞至底下閘極介電質層204。吾人發 現’由一含氯氣體，‘一含氧氣體，及一鈍氣（即，稀有氣 體）所產生的電漿可提供至少20 : 1之有機ARC物質：多晶 矽之蝕刻選擇性。 主蚀刻步驟及過度蚀刻步驟之典型的處理條件範圍 被提供在底下的表一中。 (請先閲讀背面之注意事項袁、寫本頁) a·、. 裝· -訂. 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 550661 A7 B7 五、發明説明（） _ 處理條件 主蚀刻 的興型處理鉻杜 過度蝕刻 座氣體流（s c c m) 100-200 50-200 CF4 (seem) 50-150 CI2 (seem) 10-100 10-100 N2 (seem) 0-50 〇2 (seem) -- 10-50 氬（seem) 一 20-100 電漿源功率（W) 200-600 200-600 基材偏壓功率（w) 30-90* 20-60* 處理室壓力（mTorr) 3-10 3-10 基材溫度（°c ) 30-65 30-65 蝕刻時間（sec) 30-120 5-40 電漿密度（e_/cm3) ^ lxlO11 > lxlO11 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 *在過度蝕刻步驟中被施加的基材偏屡功率低於在主蚀刻 步驟中所施加的基材偏壓功率。 ΠΙ.實例 在下面實例中所描述的實驗係使用第2 A圖所示的蝕 刻堆疊200在以下的條件下來實施的：一 6〇〇〇埃的duv光 阻層210(已被形成圖案）；一 2〇〇〇埃的有機arc層208 ; — 2 0 0埃的多晶矽層2 0 6 ;及一 6 0埃的氧化矽閘極層2 〇 4，所 有這些層都被沉積在一碎基材202上。該蝕刻堆疊係使用 此技藝中傳統的技術來製備的。 第24頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 550661 A7 B7 五、發明説明（） 對照例一： 該ARC層208細使用一包含CF4，ΗΒγ及02的電漿來源 氣體。處理條件，如氣體流量及偏壓r功率，每一次實驗都 不同。在第3次實驗中被使用的電漿來源氣體亦包括N2 ; 使用在第4次實驗中的電漿來源氣體包括氬（而非氮）。 表二提供實驗處理條件及在蚀刻該ARC層期間所產 生的關鍵尺寸資料。 (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表二··使用CF4，HBr及02的BARC蝕刻 次數編號 1 2 3 4 、5 6 CF4 (seem) 60 60 60 30 60 80 HBr (seem) 20 20 20 10 20 20 〇2 (seem) 40 40 40 20 20 20 N2 (seem) — -- 30 — —膚 — 氬(seem) — — — 60 —— -- 電漿源功率〇λ〇 300 300 300 300 300 300 基材偏壓功率(W) 90 75 90 90 90 90 處理室壓力(mTorr) 4 4 4 4 4 4 終點* (sec) 38.0 43.1 42.8 45.6 47.2 41.6 過度姓刻(sec) 7.6 8.6 8.5 9.1 9.4 8.3 平均CD移位(nm) -44.4 -51.9 -45.6 -37.8 -22.5 -39.9 CD移位範圍(nm) 14.8 13.3 13.6 15.8 20,8 14 *終點是由光學發射光譜（OES)來決定的。 第25頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A7 ------B7 、發明説明（ 參照以上的表二，"CD移位，，一詞為被蝕刻的ARC上線 寬度與用來對ARC形成圖案的光阻上的線寬之間的差 異。因此，正CD移位表是被蝕刻的CD大於蝕刻之前的圖 案CD。—負CD移位（亦稱·為” CD損失”）表示被蝕刻的CD小 於蚀刻之前的圖案CD。”平均CD移位”係指在基材上的不 同位置（如，上，中及下）及不同的特徵結構間距（緻密的對 寬鬆的）所量取的C D移位測量值的平均值。 CD移位範圍’’係指測量到的cd移位最大值與最小值 之間的差異’且其為在基材表面上之C D均句性的一個指 標。在CD移位上的變化（以CD移位範圍來表示）可歸因於地 形的因素（即，在基材表面上的位置）或綢密度上的因素 (即，被蝕刻的線之間的間距）。雖然具有一最小的CD移位 疋被極想要的，但在不同的基材位置與不同的特徵結構間 距之間的CD移位保持一致則是極關鍵的。如果CD移位 (即，被蝕刻的ARC上線寬度與用來對ARC形成圖案的光阻 上的線寬之間的差異）相對大，而在CD移位上的變化（cd 移位範圍）相對小的話，這表示在整個基材表面上的蝕刻 相當一致，且蝕刻處理可被加以調整用以補償該cd移位。 然而，一大的CD移位則非常難以補償，這表示該蝕刻處理 在整個基材表面上非常不一致。 第3圖顯示實驗編號丨中，被蝕刻的特徵結構在關鍵尺 寸上的移位為被蚀刻的特徵結構之間的間距的函數的圖 形3 00。對於在一由線及間距所形成 M禾τ又—被蝕刻 的線而言，在關键尺寸上的移位（單位^m)被示於標為 第26頁 (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· 訂· 550661 A7 B7 五、發明説明（） 的轴上。在關鍵尺寸上的移位被顯示為介於線之間的間距 (單位//m)的函數，示於被標為304的軸上。在該圖上有四 條曲線：曲線3 0 6代表在該基材的下面位置，曲線3 〇 8代表 在基材左側上的位置，曲線3 1 0代表在該基材上的一中央 位置，曲線312代表在該基材上的一上位置，該等位置如 第1 B圖所示。 圖形300可看出歸因於在基材表面上的位置之關鍵尺 寸移位上的變化及歸因於被蝕刻的線之間的間距差異之 關鍵尺寸移位上的變化。參照第3圖，其可輕易地看出導 因於間距差異的CD移位比導因於基材表面位置之CD移位 要大得多。對於約0.01 5/zm(測得的值為：14 8nm)的—cD 移位範圍而言，最大的CD移位約-〇·〇5 # m，而最小的cd 移位約為-0.03 5 // m。平均關鍵尺寸移位為_44.4nm。在基 材的緻密的區域中（即，間距寬度較小的區域），有c d損失 較大的趨勢。 因為在半導體元件結構尺寸的縮小，所以元件製造者 在找尋可提供一約10nm(0.01 #⑷或更小的關鍵尺寸移位 變化（CD移位範圍）於整個基材表面上（CD均勻性）的方 法。一 3〇nm(0.03 # m)或更小的平均CD移位亦是所想要 的。如表二中所示的，在實驗第丨_6編號中沒有任何一種 電漿來源氣體成分及處理條件的組合可提供所想要（：〇移 位範圍及可被接受的平均CD移位。事實上，在平均cd移 位與CD移位範圍之間似有一權衡（trade_〇ff)存在。當平均 CD移位降低時，在整個基材上的CD均勻性（以〇〇移位範圍 第27頁 本紙張尺度朝巾關家標準(CNS)A4規格(21GX297公爱)---- (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· 、^1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661
五、發明説明( Λ表丁）P曰心化（參照實驗編號5)。當CD移位範圍相對小 (代表可接受的均句性)時’平均⑶移位即會變成無法接受 的大（參照實驗編號2)。 第4圖顯不實驗編號1中，被蚀刻的特徵結構在關鍵尺 寸上的移位為BARC層的厚度的函數的圖形4〇〇。對於在一 由、·泉及間距所形成的圖案中之一被蝕刻的線而言，在關鍵 尺寸上的移位（單位β m)被示於標為4〇2的軸上。在關鍵尺 寸上的移位被顯不為8八11(：層的厚度（單位埃）的函數，示於 被柃為404的軸上。在該圖中有兩條曲線：曲線4⑽代表基 材上離較遠的線，曲線4〇8代表一緻密的線陣列。如第4圖 所示的，在BARC層被蝕刻時CD移位是可接受的（$〇 〇3以 m)。然而，在基材的緻密及寬鬆區域上的移位將會隨 著BARC層增加至1 500埃而變大。這被認為是因為蝕刻穿 透一較厚的BARC層所需要的時間較長的關係。應被注意 的是，當BARC層的厚度增加時，在寬鬆的曲線4〇6與緻密 的曲線408間逐漸發散，這意謂著cd移位範圍惡化。 實例二： 在檢視了使用一包含CF4, HBr及〇2的電漿來源氣體蝕 刻B ARC所獲得的關鍵尺寸資料之後，吾人發現需要一種 新的BARC蝕刻處理其在蝕刻一較厚的（大於ι5〇〇埃）的 BARC層時可提供可被接受的CD移位及CD均勻性。 示於第2A圖中及在上文中所述之蚀刻堆叠的arc層 208使用一包含CF4，Ch及N2的電漿來源氣體加以蝕刻。 第28頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項¾填寫本頁) 裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A7 B7 五、發明説明（） 處理條件，如電漿來源功率及偏壓功率，在實驗之間會加 以變化。使用在實驗編號第1 3中的電漿來源氣體包含氬； 使用在實驗編號第12中的電漿來源氣體不包含氮。 表三提供提供實驗處理條件及在蝕刻該ARC層期間 所產生的關键尺寸資料。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表三：使用CF4，（:12及N2的B ARC蝕刻 次數編號 7 8 9 10 11 12 13 14 CF4 (seem) 100 100 100 100 100 100 100 100 CI2 (seem) 20 20 20 10 20 20 20 20 N2 (seem) 20 20 20 10 20 0 20 20 氬(seem) -- — — -- -- —— 10 -- 電漿源功率(W) 315 315 315 315 315 315 315 315 基材偏壓功率 50 50 50 90 40 50 50 50 (W) 處理室壓力 4 4 4 4 4 4 4 4 (mTorr) 終點* (sec) 62 64.8 52 49.3 78.2 52 59 76.6 過度姓刻(sec) 18 12.9 11 9.8 15.6 20 8 15.3 平均CD移位(nm) -19.2 -16.2 -22.2 -4.5 -16.4 -18.5 -21.8 -25.8 CD移位範圍(nm) 17.2 18 23.3 44.7 18.3 15.9 18.9 15.7 終點是由光學發射光譜（OES)來決定的。 如在表三中所示的，在實驗第7 -1 4編號中沒有任何一 第29頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項¾填寫本頁) 裝· 、可· 550661 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明說明（） %及來源氣體成分及處理條件的組合可提供所想要C D 多位範圍（$ l〇nm)及可被接受的平均CD移位（$ 3〇nm)。如 實驗第1 - 6編號中所觀察到的，在平均c d移位與c D移位 範圍之間似有一權衡（trade_〇ff)存在。當平均CD移位降低 寺在整個基材上的CD均勻性（以CD移位範圍來表示）即會 惡化（參照實驗編號10)。當CD移位範圍相對小（代表可接 又的均勾性）時，平均CD移位即會變成無法接受的大（參照 實驗編號1 4)。 第5圖顯不實驗編號丨4中，被蝕刻的特徵結構在關鍵 尺寸上的移位為被蝕刻的特徵結構之間的間距的函數的 圖形500。對於在一由線及間距所形成的圖案中之—、 、 刻的線而言，在關鍵尺寸上的移位（單位#m)被示於榡、、、 )02的軸上。在關鍵尺寸上的移位被顯示為介於線之門為 間距（單位# m)的函數，示於被標為5 〇4 勺 有五條曲線：曲線506代表在該基材的下面位 ， 田線5 〇只 代表在基材左側上的位置，曲線5丨〇代表在該基材上 中央位置’曲線5 1 2代表在基材右侧上的位置， 、 、 且久珣線5 14 代表在該基材上的一上位置。 再次地，歸因於在基材表面上的位置之關鍵尺寸 上的麦化及知因於被蚀刻的線之間的間距、、 、、 寸移位上的變化。CD移位範圍為15.7nm， K 卞均CD移位 2 5.8。再次地，在基材上的緻密區域（即，在士 、 于徵、4構之 的間距寬度較小）的CD損失較大。 同 第30頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇Χ 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項巧填寫本頁} 裝 、一叮· m 550661 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 實例三： 吾人決定使用一氯及氧基的電漿來蝕刻有機BARC 層。該實驗總結於表四中，其使用Ch，〇2及氬的電漿來 源氣體。
表四：#用，0,及氬來蝕釗BARC 實驗編號 15 Cl! (seem) 18 〇2 (seem) 18 氬（seem) 20 來源功率（W) 210 偏壓功率（W) 33 處理室壓力（mTorr) 3 終點*(sec) 74.7 過度蚀刻（sec) 15 平均CD移位（nm) -26.6 CD移位範圍（nm) 18.6 :終點是由光學發射光譜（OES)來決定的。 第6圖顯示實驗編號1 5中，被蚀刻的特徵結構在關鍵 t寸上的移位為被蝕刻的特徵結構之間的間距的函數的 固形6 0 0。對於在一由線及間距所形成的圖案中之一被蚀 糾的線而言，在關鍵尺寸上的移位（單位V m)被示於標為 ;02的軸上。在關键尺寸上的移位被顯示為被蝕刻的特徵 第31頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) .................. (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 觀 550661 A7 B7 五、發明説明（） 結構之間的間距（單位// m)的函數，示於被標為604的軸 上。在該圖上有五條曲線：曲線606代表在該基材的下面 位置，曲線6 0 8代表在基材左側上的位置，曲線6 1 〇代表在 該基材上的一中央位置，曲線612代表在基材右側上的位 置’及曲線614代表在該基材上的一上位置。 CD移位範圍為18.6 nm，平均CD移位- 26.6。然而，在 實驗編號第15中使用Ch/O2/氬蝕刻化學物所得到的結果 為在基材上的寬鬆區域（即，在特徵結構之間的間距寬度 較大）的CD損失較大，這與使用CFJHBr/OA編號第1-6)或 使用〇?4/012川2(編號第7-14)作為蝕刻化學物所得到之在 基材上的緻密區域的CD損失較大的結果相反。
Ch/O2/氬蝕刻化學物對於BARC層208相對於底下的 多晶矽層206的蝕刻提供絕佳的蝕刻選擇性（>2〇 : 1)。 實例四： 下一組實驗涉及了使用一第一蚀刻化學物的BARC主 蚀刻’其後接著使用第二蚀刻化學物的過度蚀刻。該主 BARC蝕刻使用（：!：4及<：12的電將來源氣體，及選擇性地加 上NW編號第16-18)。該過度蝕刻使用Ch，〇2及氬電聚來 源氣體。處理條件，如氣體流量，電漿來源功率，及偏壓 功率，在實驗之間都會加以改變。 表五提供主B A R C姓刻及過度蚀刻的處理條件，以及 在ARC層的姓刻期間所產生的關鍵尺寸資料。 第32頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A7 B7 五、發明説明（） 表五：使用CFj/CkS蚀刻及CiyoyAr過度蝕刻 之BARC蝕刻 實驗編號 16 17 18 19 20 21 22 主蝕刻化學物 100 cf4 100 cf4 100 cf4 100 cf4 100 cf4 100 cf4 100 cf4 (seem) 20 Cl2 20 Cl2 20 Cl2 20 Cl2 20 Cl2 20 Cl2 20 Cl2 20 N2 20 N2 10 n2 來源功率(W) 315 315 315 315 315 315 315 偏壓功率(W) 30 30 50 50 60 50 50 室壓力(mTorr) 4 4 4 4 4 4 4 終點(sec) 77.7 74.6 56.8 50.8 47.6 51.8 50.8 過度蝕刻化學物 18C12 18C12 18C12 18C12 18C12 18C12 I8CI2 (seem) 18 〇2 18 02 18 〇2 18 〇2 18 02 18 02 18 02 20Ax 20Ar 20Ar 20Ar 20Ar 20Ar 20Ar 來源功率(W) 210 300 300 300 300 300 300 偏壓功率(W) 33 30 30 30 30 30 30 室壓力(mTorr) 3 3 3 3 3 3 3 終點(sec) 15 10 7 10 10 10 10 平均CD移位(nm) -34.0 -35.3 -22.8 -26.2 -24.3 -29.2 -28.2 CD移位範圍(nm) 13.8 13.1 14.7 8.5 11.9 11.2 9.5 (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上文所討論的，使用CF4/C12作為蚀刻化學物所在基 材上的緻密區域的CD損失較大，而使用Cl2/〇2/氬蚀刻化 學物在基材上的寬鬆區域的CD損失較大。如表五中所示， 主蚀刻及過度蚀刻化合物的微負荷（m i c r ο 1 〇 a d i n g)趨勢顯 第33頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 550661 五 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印1 發明説明（） 然彼此互補，因而獲得改良的CD均勻性的結果。標號第b 及22實驗（其使用電漿來源氣體成分及處理條件）提供:於9 30nm的CD移位及小於i〇nm&CD移位範圍。 第7圖顯示實驗編號19中，被蝕刻的特徵結構在關鍵 尺寸上的移位為被蝕刻的特徵結構之間的間距的函數的 圖形700。對於在一由線及間距所形成的圖案中之一被蝕 刻的線而言，在關鍵尺寸上的移位（單位A m)被示於標為 702的軸上。在關鍵尺寸上的移位被顯示為被蝕刻的特徵 結構之間的間距（單位# m)的函數，示於被標為7 〇4的轴 上。在該圖上有五條曲線：曲線706代表在該基材的下面 位置’曲線7 0 8代表在基材左侧上的位置，曲線7丨〇代表在 該基材上的一中央位置，曲線712代表在基材右側上的位 置’及曲線714代表在該基材上的一上位置。 當與第3，4，5及6圖相比較時，即可在第7圖中清楚 地看出使用本發明的ARC蝕刻方法所獲得之改良的CD均 勻性。 以上所述之本發明的較佳實施例並不是要用來限制 本發明的範圍，熟悉此技藝者在上述的揭示教導下可將這 些實施例擴展為以下申請專利範圍所請的實質發明範 圍。 第34·頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公楚) (請先閲讀背面之注意事項¾填寫本頁) 裝· -訂·
Claims (1)
- 550661 A8 B8種蝕刻有機鍍層的方、法’該方法至少包含以下的步 驟 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 a) —主蝕刻步驟，其中該有機鍍層的整個厚度係利 用一從一第一來源氣體所產生的電漿來加以蝕刻，該第 一來源氣體包含一氟化碳氣體及一不含碳之含自素？ 體；及 “乳 b) -過度蚀刻（Qvereteh)步驟，纟中在該主触刻步驟 之後仍殘留的有機鍍層物質係利用一 Λ 秘^ 攸罘一來源氣 '斤產生的電漿來將其去除掉，該第二來源氣體包含一 含氯氣體，一含氧氣體，及一鈍氣。 2.如申請專利範圍第i項所述之方法，其中該氟化碳氣體係 選自於由cf4，CHF3，CH2F2，C2f6，π及它們的=合 物所組成的組群中。 . ϋ 3 ·如申請專利範圍第2項所述之方法，其 丁邊鼠化碳氣體為 C F 4。 4.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該 μ个。碳之含鹵 素氧體係選自於由Cl?，HBr，及HC1所構成的$ , 5 ·如申請專利範圍第4項所述之方法，其中兮 τ邊不含碳之含鹵 素氣體係選自於由C12 ^ 第35頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項_、寫本頁} 裝. .訂· 550661 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 \ 、\\ A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該第一來源氣體 包含CF4及Cl〗。 7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中在該第一來源氣 體中之CF4 : Ch的體積比例的範圍是從1 : 1至6 : 1。 8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該第一來源氣體 更包含一鈍氣，其係選自於由N2及NBr所構成的組群 中 〇 9. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該第一來源氣體 包含 CF4，HBr及 〇2。 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該含氯氣體係 選自於由Cl2及HC1所構成的組群中。 1 1.如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該含氯氣體為 Cl2。 12.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該含氧氣體為 〇2。 1 3 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該鈍氣係選自 於由氦，氖，氬，氪及它們的組合所構成的組群中。 第36頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項1填寫本頁) 550661 A8 BS C8 D8 申請專利範圍 1 4 .如申請專利範圍第丨3項所述之方法’其中該鈍氣為氬。 1 5 .如申請專利範圍第1 1項所述之方法，其中該第二氣體來 源包含Cl2，〇2，及氬。 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之方法’其中在該第二來源 氣體中之Cl2，02的體積比例的範圍是從2 : 3至3 ·· 1。 1 7.如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該氬氣佔該第 二來源氣體的20體積％至8〇體積％。 1 8 ·如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該氬氣佔該第 二來源氣體的3 0體積％至5 0體積％。 1 9.如申請專利範圍第1項所述之方法，其中使用在過度蚀 刻步驟中的基材偏壓功率小於在主蝕刻步驟中的基材 偏壓功率。 20 ·如申請專利範圍第19項所述之方法，其中使用在過度蚀 刻步驟中的基材偏壓功率為在主蚀刻步驟中的基材偏 壓功率的80%或更小。 2 i·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該有機鍍層為 一反反射鍍層（ARC)。 第37頁 (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 as C8 ------ 六、申請專利範圍 2 2.如申請專利範圍第2 i項所述之方法，其中該第一來源氣 體可提供至少20: 1之ARC層相對於底下的含梦層的蚀 刻選擇性。 2 3 .如申請專利範圍第2 2項所述之方法’其中該底下的含梦 層為多晶碎。 2 4 ·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該有機鍍層具 有至少1500埃的厚度。 25·—種蝕刻在一半導體基材上的有機鍍層的方法，該方法 至少包含以下的步驟： a) —主蝕刻步驟，其中該有機鍍層的整個厚度係利 用一從一第一來源氣體所產生的電漿來加以蝕刻，其中 該蝕刻係使用一第一基材偏壓來實施，及其’中該主蝕刻 步驟在該基材的緻密特徵結構區域中提供的蝕刻率高 於其在該基材的寬鬆特徵結構區域上的蝕刻率；及 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 b) —過度蚀刻（overetch)步驟，其中在該主蚀刻步驟 之後仍殘留的有機鍍層物質係利用一從一第二來源氣 體所產生的電聚來將其去除掉，其中該蚀刻係使用/比 第一基材偏壓低的第二基材偏壓^來實施，及其中該過度 蝕刻步驟在該基材的寬鬆特徵結構區域中提供的蝕刻 率咼於其在該基材的緻密特徵結構區域上的蝕刻率。 第38| 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇x 297公爱) ABCD 550661 六、申請專利範圍 26. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該第二基材偏 壓功率為第一基材偏壓功率的8 0%或更小。 27. 如申請專利範圍第26項所述之方法，其中該第二基材偏 壓功率為第一基材偏壓功率的70%或更小。 2 8.如申請專利範圍第2 5項所述之方法’其中該第—來源氣 體包含一氟化碳氣體及一不含碳之含画素氣體。 2 9 .如申請專利範圍第2 8項所述之方法，其中該第一來源氣 體包含CF4及Cl2。 3 0 ·如申請專利範圍第2 9項所述之方法’其中該第—來源氣 體更包含一鈍氣，其係選自於由N2及NBr所構成的組群 中 。 3 1 ·如申請專利範圍第2 5項所述之方法，其中該第二來源氣 體包含一含氯氣體，一含氧氣體，及一鈍氣。 3 2.如申請專利範圍第3 1項所述之方法’其中該第二氣體來 源包含C^2’ 〇2，及氮。 33.如申請專利範圍第25項所述之方法’其中該有機鍍層為 一反反射鍍層（ARC)。 第39貫 _ _____^-—--^ -- " '1— 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇><297公愛） (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· •、一*ΰ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 550661 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 4 .如申請專利範圍第3 3項所述之方法，其中該第二來源氣 體可提供至少20: 1之ARC層相對於底下的含矽層的蚀 刻選擇性。 3 5 .如申請專利範圍第3 4項所述之方法，其中該底下的含矽 層為多晶矽。 3 6.如申請專利範圍第35項所述之方法，其中該有機鍍層具 有至少1 500埃的厚度。 (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第40頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)
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