TW558768B - Unique process chemistry for etching organic low-k materials - Google Patents
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Description
558768 A7 B7 經濟部智慈財產局8工消費合作社印製 五、發明説明（1) 發明範圍 本發明係關於半導體製備。更特別地，本發明係關於 半導體晶圓中之有機低k介電物之蝕刻。 發明背景 積體電路使用介電層，其基本上由二氧化矽si〇2形成 以隔絕在各種半導體結構層上的導電線。隨著半導體電路 越來越迅速且更緊密，操作頻率提高且在半導體裝置中之 導電線之間的距離降低。此提高電路偶合電容量，有著半 導體裝置操作緩慢的缺點。因此，使用能夠有效隔離導 線，以防止偶合電容量提高的介電層變得重要。 通常，積體電路中的電容與用以形成介電層之材料的 介電吊數k成正比。如則述者，傳統積體電路的介電層基 本上由Si 〇2形成，其介電常數約4·〇。隨著半導體裝置的線 密度和操作頻率的提高，S i 0 2形成的介電層無法有效地將 導電線隔絕至防止偶合電容提高所須的程度。 欲降低積體電路中的偶合電容量，半導體工業致力於 開發介電常數比S i 02來得低的材料，這樣的材料適用以形 成積體電路中的介電層。目前，已發展出多種有希望的材 料（有時稱爲μ低k材料”）。這些新介電物中的多者是有機化 合物。此說明書和申請專利範圍中，所謂的低k材料是指 介電常數低於3的材料。 低k材料包括’但不限於：苯並環丁烯或BCB; F1a 1 e ’ 新 澤 西 州 Morristown 的 Allied 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再填寫本頁) r 1:- i I 1! 1 Is-ί I - -i --- - -- i — --^裝---- 訂 d -4- 558768 A7 _ B7_ 五、發明説明（2) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
Signal®(Honeywel]，Inc.，Minneapolis，MN 的分公司）製造；一 或多種 Parylene 二 聚 物 ， 得 自 Union Cai_bide®Corporation，Danbury CT ;聚四氟乙燒或 PTFE ;及 SiLK®。一種適用於1C介電應用的PTFE是SPEEDFILMTM， 其得自 W.L.Gore & Associate，Inc，Newark，DE。SiLK®得自 Dow® Chemical Company，Midland，Michigan，是一種無石夕的 BCB 〇 使用習知形成圖樣和蝕刻方法，半導體晶圓加工期間 內，半導體裝置的特性結構受限於晶圓。這些方法中，光 阻（PR)材料澱積於晶圓上，之後暴於藉網線過濾的光。此網 線通常是玻璃板，其以特性結構（feature)幾何圖案（其阻斷 光以使其不會傳播通過網線）形成圖樣。 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 通過網線之後，光與光阻材料表面接觸。光改變光阻 材料的化學組成，使得顯影劑能夠移除一部分的光阻材 料。以正型光阻材料爲例，移除暴光區域，負型光阻材料 的例子中，移除非暴光區域。之後，晶圓經蝕刻以自不再 受到光阻材料保護的區域移除位於下方的材料，並藉此定 義出晶圓所欲特性結構位置。低k有機聚合物通常可藉氧 化（如：以氧爲基礎）或還原（如：以氫爲基礎）化學法移除。 介電物之蝕刻可以有利地於雙頻電容偶合（DFC)介電蝕 刻系統。其中的一者是 Lam® Research model Exelan Η P TM ’ 其得自 L a m ® R e s e a ι· c h C o r p ο ι· a t i ο η，F r e m ο n t C A 〇 Exelan HPTM系統在一個系統中進行範圍極廣泛的介電蝕刻 處理。程序包括形成接點和通道，二重（bilevel)接點、無邊 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x 297公釐） " " 558768 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（3) 界接點、氮化物和氧化物區隔及鈍化。 先進的鈾刻系統（如：4520XLETM)在相同系統中進行數 種程序。藉由在單一系統中進行許多不同的半導體製造步 驟，可提高晶圓輸出量。更進步的系統在相同設備內完成 額外步驟。其非限制例有：Lam® Research Corporation的 ExelanTM系統，其爲能夠在單一設備中實施許多處理步驟的 乾蝕系統。ExelanTM有助於以單一槽使硬質光罩具開口、無 機和有機ARC蝕刻及於原處剝除光阻。此系統的延伸工作 包括在次0.1 8微米環境中所須之摻雜或未摻雜的氧化物和 低k介電物中之所有雙重刻花結構、接點、鑽通道、間隔 和鈍化蝕刻。當然，此處列舉的主要工作可以用於多種半 導體製造系統，特定言之，這些工作含括所有的這樣的替 代方案。 此處所謂的"於原處”是指在同一半導體製造設備中，未 自設備移出底質地於選定的底質（如：矽晶圓）上進行一或多 個程序。 許多目前的積體電路製造技術使用光阻剝除步驟，其 接續一或多個用以在晶圓上形成特性結構狀態之形成圖樣 的步驟。因爲許多光阻物之低k介電物（特別是有機低k介 電物，如：SiLK)的化學組成類似，以確保在晶圓蝕刻特性 結構的期間內，能夠良好控制輪廓，光阻物下方常使用硬 質光罩。 一個摻有硬質光罩層的晶圓積層例示於附圖1 a。此晶 圓1具已有圖樣的光阻層1 0。此實例中，晶圓1包括矽底 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X：29*7公釐） -6 - 558768 五、發明説明（4) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 質22，其有碳化矽阻擋層20澱積於其上。澱積於阻擋層 20上的是低k介電物層14，如：Dow Corning的SiLKTM。 可以在阻擋層上形成一個金屬化的構造（未示）。一個硬質光 罩層澱積於有機層1 4上，構成晶圓積層例。硬質光罩可製 自Si〇2、ShN4或其他硬質光罩材料。已有圖樣的光阻層 1 〇，如前文所討論者，用於硬質光罩1 2上。當然，嫻於此 技術者知道此晶圓僅爲例子而已。嫻於此技藝者知道的替 代構造和膜可用以完成替代的積體電路設計。 現參考附圖1 b，作爲蝕刻程序，特別是有機低k介電 層（如：SiLK)之蝕刻，如示於附圖lb者，光阻層10被蝕 去，使得位於下方的部分硬質光罩層1 2外露。持續蝕刻， 硬質光罩層之離子轟擊也會將一部分的硬質光罩層1 2蝕 去’此如30處。一些被蝕去的硬質光罩材料重新澱積於反 應槽表面上。蝕刻期間內，至少一些此材料32進一步澱積 於經蝕刻特性結構位置底部，此如36處及”A”區域。微遮 量隨著蝕刻期間內RF電力的提高而提高。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 區域υΑ”放大圖示於附圖ic中。參考此附圖，特性結構 處（如：26)蝕穿有機低k介電層14(如：SiLK)。由顯微照片 看出硬質光罩材料重新澱積於36，形成硬質光罩材料針狀 物34。此材料的肉眼可見外觀源自於所謂的”草（grass)”，其 爲噴濺的硬質光罩，其稍遮蔽SiLK且形成”草”。此微光罩 當然不僅會減緩特性結構處的蝕刻速率，同時也會使得特 性結構處不穩定且不規則，造成輪廓控制欠佳和產率降低 的極端情況。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -7- 558768 κι __ Β7 五、發明説明（5) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 希望有方法能夠緩和（消除更佳）在蝕刻期間內於積體電 路特性結構處形成草的情況，並維持蝕刻期間內的CD(嚴格 尺寸）控制。 也希望方法能夠藉由側壁鈍化作用、減少有機低k材 料的側邊蝕刻地提供蝕刻期間內的良好輪廓控制。此方法 將有助於在有機低k材料中形成直立的特性結構輪廓。 另希望此方法能夠減少蝕刻期間內所不欲的光阻物腐 蝕情況。 另希望此方法能夠在硬質光罩暴於電漿（潔淨光阻物所 致）時立刻保護硬質光罩。 也希望此方法能夠於較寬的蝕刻電漿密度範圍作用。 爲有利於進一步晶圓加工和裝置總品質，希望此方法 提供無殘渣的表面。 爲了要維持晶圓高輸出率，也希望此方法能夠於用以 形成晶圓的製造設備內於原處實施。 最後，非常希望能夠使用已有的積體電路製造設備獲 致這些優點。 經濟部智慈財產局員工消费合作社印製 以較佳實施例的詳述部分和附圖更詳細地說明本發明 的這些和其他特徵。 發明槪述 本發明在蝕刻期間內添加氟化碳，以降低無機硬質光 罩材料的噴濺速率及光阻光罩的蝕刻速率。本發明亦提供 側壁保護作用，其可提供CD和輪廓控制並可以避免形成殘 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 558768 A7 B7 五、發明説明（6) 澄，甚至於在使用高無線頻率電力時亦然。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 已經辨認出數種適當的氟化碳來源適合用以實施本發 明。這些包括，但不限於：甲基氟CH3F、二氟甲烷ch2F2 和三氟甲烷chf3。 附圖簡述 爲了要更瞭解本發明，下文中之較佳實施例之詳述參 考附圖。附圖中： 附圖la是在蝕刻之前，有具圖樣的光阻層施用於其上 的試驗用晶圓的截面圖。 附圖1 b是以前的技術中，蝕刻步驟之後，試驗用晶圓 的截面圖。 附圖1 c是附圖1 b中所示晶圓的部分放大截面圖。 附圖2是用以蝕刻有機低k介電層（作爲積體電路裝置 一部分）之方法的槪略流程除。 附圖3a是本發明的一個較佳實施例中，有具圖案之光 阻層施用於其上之試驗用晶圓在蝕刻之前的截面圖。 經濟部智慧財產局S工消费合作社印製 附圖3b是使用本發明作爲最終蝕刻劑以形成特性結構 形態的第三個步驟之後，試驗用晶圓的截面圖。 幾個附圖中，以相同編號代表本發明的相同或對等組 件。 元件對照表 1 晶圓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -9- 558768 A7 B7 五、發明説明（7) 10 已有圖樣的光阻層 硬質光罩 有機低k介電物層 阻擋層 底質 特性結構處 特性結構處 12 14 20 22 24 26 經濟部智慧財產局B工消費合作社印紫 30 被蝕去的一部分硬質光罩層 32 被蝕去的硬質光罩材料 34 針狀物 36 有硬質光罩材料澱積之經蝕刻的特性結構處 底部 A 區域 . 1〇〇 來自先前處理步驟 102 將晶圓置於反應槽中 104 電漿撞擊 106 將包括氟化碳的蝕刻用流體引至槽中 108 蝕刻完成 no 至進一步加工步驟 較佳實施例之詳述 本發明提出一種新穎的蝕刻化學法，其摻有氟化碳以 在摻有低k介電物（特別是有機材料介電物，如：SiLK)的晶 圓中蝕刻各式各樣的特性結構尺寸和形狀。此處提出的方 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再填寫本頁) i裝- 訂 d -10- 558768 A7 B7 _ 五、發明説明（8) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 法使得蝕刻期間內噴濺的硬質光罩組份不會形成微遮物。 此方法另使得RIE減退較小，蝕刻法形成的溝槽和通道的 彎曲較小，蝕刻輪廓良好，阻抗選擇性良好，蝕刻速率良 好，CD控制良好且晶圓整體的蝕刻均勻度良好。 爲了要在包括有機低k介電層（如·· SiLK)的晶圓中鈾刻 各式各樣特性結構形態（包括，但不限於，溝槽和通道），本 發明的層使用氟化碳（如：甲基氟CH3F)作爲蝕刻期間內的 輔助物。本發明可以使用CH3F/H2/N2蝕刻氣體或CH3F/NH3 蝕刻氣體或CH3F/〇2/N2鈾刻氣體。 參考附圖2，爲實施本發明之方法1 00，晶圓置於能夠 形成蝕刻電漿的反應槽中。此反應槽或室可以是單一用途 蝕刻設備或者可以是多用途晶圓加工系統。一個特別適用 以實施本發明的設備是鈾系統，其由Lam R e a s e a ι· c h C 〇 r ρ 〇 r a t i ο η，F r e m ο n t，C A 提供。E X e 1 a η TM 能夠在單 一槽中使硬質光罩具開口，無機和有機ARC蝕刻和於原處 剝除光阻物。當然也可以使用其他設備。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 已有已形成圖樣的光阻層施用於其上表面上的晶圓置 於槽中102，蝕刻氣流引至槽中104，以蝕刻電漿撞擊 1 06。此蝕刻劑包括至少一種氟化碳，包括，但不限定於， 甲基氟CH3F、二氟甲烷CHaF2和三氟甲烷CHF3。此活性蝕 刻劑可以包含氧、氫、氮、氨或有效用於特別欲蝕刻之介 電物的其他蝕刻劑。 完成所欲特性結構形態，1 08，晶圓視需要地用於進一 步處理。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X 297公釐） -11 - 558768 A7 __ B7 _ 五、發明説明（9) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 後續以單一蝕刻步驟爲中心地討論某些較佳實施例， 嫻於此技藝者知道本發明可以便利地作爲多步驟蝕刻程序 中的一部分。特定言之，本發明含括所有包括此處列舉之 介電物蝕刻程序的多步驟蝕刻程序。 參考附圖3a，所示者是有具圖樣的光阻層之晶圓1。 此實例中，晶圓1包括矽底質22，其有碳化矽阻擋層20澱 積於其上。澱積於阻擋層20上的是有機低k介電物層14， 如：D 〇 w C h e m i c a 1 C 〇 m p a n y 的 S i L K TM。可以在阻擋層 2〇(如：碳化矽或氮化矽）上形成一個金屬化的構造（未示）。 Si〇2硬質光罩層12澱積於有機低k層14上，構成晶圓積層 例。已有圖樣的光阻層1 〇，如前文所討論者，用於硬質光 罩1 2上。當然，嫻於此技術者知道此晶圓積層僅爲例子而 已。嫻於此技藝者知道的替代構造和膜可用以完成替代的 積體電路設計。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於102 ’晶圓置於反應槽中。於1 〇4，以蝕刻電漿撞 擊。於1 0 6，包括氟化碳的蝕刻氣流引至先前討論的雙頻蝕 刻設備，以自蝕刻氣體形成電漿。根據一個實施例，此蝕 刻氣體是包括氮N2 '氫H2和甲基氟CH^F之混合物。此混 合物當然非常適用於特定且交替的蝕刻步驟，可以在根據 本發明的N Η3蝕刻步驟之前或之後使用替代蝕刻劑和稀釋 劑。 根據本發明的一個實施例，進行蝕刻步驟的槽壓介於〇 和500毫托耳之間，以介於1〇和25〇毫托耳之間爲佳，介 於20和160毫托耳之間更佳，約13〇毫托耳最佳。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -12- 558768 A7 _ B7 _____ 五、發明説明（$ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於電力約100瓦至約2500瓦形成電漿的上限頻率。以 於電力約250瓦至約1500瓦形成電漿的上限頻率爲佳。此 電力設定於約500瓦至約1 500瓦之間更佳。上限頻率電力 設定於約1000瓦最佳。此實施例中，使用27MHz電源提供 上限頻率電力。 下限頻率電力由約0瓦至約2500瓦。以於電力約0瓦 至約1 000瓦形成電漿的下限頻率爲佳。此電力設定於約0 瓦至約100瓦之間更佳。下限頻率電力設定於約0瓦最 佳。此實施例中，使用2MHz電源提供下限頻率電力。 蝕刻氣體之混合物以由蝕刻氣體構份流構成爲佳。此 包括氫Η 2，其流率由約3 s c c m至約1 0 0 0 s c c m，約2 5 s c c m至 約 5 0 0 s c c m 較佳，約 5 0 s c c m 至約 3 5 0 s c c m 更佳，約 2 5 0 s c c m 最佳。 第一種蝕刻氣體亦包含氮N2作爲稀釋劑，其流率約 0 s c c m 至約 2 5 0 0 s c c m，約 5 0 s c c m 至約 1 2 5 0 s c c m 較佳，約 1 0 0 s c c m 至約 1 0 0 0 s c c m 更佳，約 7 5 0 s c c m 最佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此蝕刻劑另包括甲基氟CH3F，其流率約0.5 seem至約 5 0 s c c in，約 1 s c c m 至約 3 0 s c c m 較佳，約 2 s c c m 至約 1 0 s c c in 更佳，約3 s c c m最佳。 蝕刻程序於控制溫度進行特定時間。所討論的例子 中，第一次蝕刻可於介於0°C和60°C之間的溫度進行。約5 至約50°C較佳，約10°C至約40°C更佳，約40°C最佳。 爲達成前述溫度控制，以冷卻流體通過將晶圓留置於 反應槽中的支架（有時稱爲ESC)或靜電支架，以維持晶圓溫 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 558768 A7 B7 五、發明説明（1) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 度。此冷卻劑氣流（如：氨）的流率由約isccm至約 lOOsccm，以約2sccm至約50sccm爲佳，約lOsccm至約 4〇sCcm更佳，約3〇sccm最佳。進行蝕刻程序直到獲致所欲 蝕刻結果。此實例中，鈾刻步驟進行直到阻擋層20，此如 附圖3b所示者。 此處’鈾刻樣品中，特性結構位置（如··光阻層10定義 的24和26)現被蝕穿通過硬質光罩層1 2、有機低k介電層 14。達阻擋層20時，此特性結構位置蝕刻完成，此如附圖 3b所示者。附圖3b亦顯示移除光阻物丨〇之後的蝕刻完全 情況。此晶圓積層現可用以視完成積體電路裝置所須地進 一步進行形成圖樣、摻雜或澱積步驟（步驟110)。 嫻於此技藝者知道先前討論的電力、壓力、流率和溫 度僅爲例子。以不同厚度置於晶圓積層中的不同介電材料 須要不同的電力、壓力、流率和溫度組合。特定言之，本 發明之本質含括所有的這些組合。 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 一個這樣的組合構成本發明的一個實施例。根據本發 明之實施例，進行此蝕刻步驟的槽壓介於〇和500毫托耳 之間，介於10和250毫托耳之間較佳，介於20和160毫托 耳之間更佳，約50毫托耳最佳。 於電力約250瓦至約2500瓦形成電漿的上限頻率。以 於電力約250瓦至約1 500瓦形成電漿的上限頻率爲佳。此 電力設定於約300瓦至約7 50瓦之間更佳。上限頻率電力 設定於約500瓦最佳。 下限頻率電力由約250瓦至約2500瓦。以於電力約 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14- 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 558768 A7 _B7 五、發明説明（1爹 250瓦至約1 500瓦形成電漿的下限頻率爲佳。此電力設定 於約300瓦至約750瓦之間更佳。下限頻率電力設定於約 500瓦最佳。 蝕刻氣體之混合物以由蝕刻氣體構份流構成爲佳。此 包括氫Η 2 ’其流率由約3 s c c m至約5 0 0 s c c m，約2 5 s c c m至 約 500sccm 較佳，約 50sccm 至約 500sccm 更佳，約 lOOsccm 最佳。 此蝕刻氣體亦包含氮N2作爲稀釋劑，其流率約Osccm 至約 2 5 0 0 s c c m，約 5 0 s c c m 至約 1 2 5 0 s c c m 較佳，約 1 0 0 s c c m 至約5 0 0 s c c ιώ更佳，約3 0 0 s c c m最佳。 此蝕刻劑另包括甲基氟CH3F，其流率約0.5sccm至約 5 0 s c c m，約 1 s c c m 至約 1 0 s c c m 較佳，約 2 s c c m 至約 7 s c c m 更佳，約5 s c c m最佳。 蝕刻程序於控制溫度進行特定時間。所討論的例子 中，第一次蝕刻可於介於和60°C之間的溫度進行。約5 至約50°C較佳，約10°C至約40°C更佳，約40°C最佳。 蝕刻時間可由數分之一秒至約1 0分鐘，此視情況而 定。此處所示的例子中，於最佳電力設定、氣流和溫度進 行蝕刻，約60秒鐘完成鈾刻。 同樣地，爲達成前述溫度控制，以冷卻流體通過支 架，以維持晶圓溫度。此冷卻劑氣流（如：氦）的流率由約 1 s c c m至約10 0 s c c m，以約2 s c c m至約5 0 s c c m爲佳’約 lOsccm 至約 40sccm 更佳，約 31.1sccm 最佳。 另一實施例中，進行此蝕刻步驟的槽壓介於0和500 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） --------裝--- · (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、y" d -15- 558768 五、發明説明（7 毫托耳之間，介於100和300毫托耳之間較佳，介於150和 25〇毫托耳之間更佳，約200毫托耳最佳。 於電力約1 0 0瓦至約1 5 0 0瓦形成電漿的上限頻率。以 於電力約300瓦至約1 000瓦形成電漿的上限頻率爲佳。此 電力設定於約600瓦至約800瓦之間更佳。上限頻率電力 設定於約700瓦最佳。 下限頻率電力由約0瓦至約500瓦。以於電力約〇瓦 至約2 5 0瓦形成電漿的下限頻率爲佳。此電力設定於約〇 瓦至約1 00瓦之間更佳。下限頻率電力設定於約〇瓦最 佳。 蝕刻氣體之混合物以由蝕刻氣體構份流構成爲佳。此 包括氨NH3，其流率由約lOOsccm至約3000sccm，約500 seem 至約 2000sccni 較佳’約 75〇Sccm 至約 1 500sccm 更佳， 約1 0 0 0 s c c m最佳。 蝕刻氣體亦包含甲基氟CH3F流，其流率約〇.5seem至 約5 0 s c c m，約1 s c c m至約1 0 s c c m較佳，約2 s c c m至約7 seem更佳，約5sccm最佳。 蝕刻程序於控制溫度進行特定時間。所討論的例子 中’第一次鈾刻可於介於〇°C和60°C之間的溫度進行。約5 至約50°C較佳，約10°C至約4(TC更佳，約2CTC最佳。 另一實施例中，進行此蝕刻步驟的槽壓介於〇和300 毫托耳之間，介於20和200毫托耳之間較佳，介於50和 150毫托耳之間更佳，約90毫托耳最佳。 於電力約100瓦至約1 500瓦形成電漿的上限頻率。以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --------0^ — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局8工消资合作社印製 -16- 558768 A7 B7 五、發明説明（1户 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於電力約300瓦至約1 000瓦形成電漿的上限頻率爲佳。此 電力設定於約400瓦至約600瓦之間更佳。上限頻率電力 設定於約500瓦最佳。 下限頻率電力由約0瓦至約500瓦。以於電力約100 瓦至約300瓦形成電漿的下限頻率爲佳。此電力設定於約 150瓦至約250瓦之間更佳。下限頻率電力設定於約200瓦 最佳。 蝕刻氣體之混合物以由蝕刻氣體構份流構成爲佳。此 包括氨NH3，其流率由約lOOsccm至約2000SCC1H，約200 s c c m 至約 1 0 0 0 s c c m 較佳，約 4 0 0 s c c m 至約 6 0 0 s c c m 更佳， 約5 0 0 s c c m最佳。 此蝕刻劑另包括甲基氟CH3F，其流率約0.5sccm至約 7 0 s c c m，約 3 s c c m 至約 3 0 s c c m 較佳，約 6 s c c m 至約 1 5 s c c m 更佳，約lOsccm最佳。 鈾刻程序於控制溫度進行特定時間。所討論的例子 中，第一次蝕刻可於介於〇°C和60t之間的溫度進行。約5 至約50°C較佳，約i〇°c至約4(TC更佳，約20°C最佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明的另一實施例中，進行此蝕刻步驟的槽壓介於〇 和3 00毫托耳之間，介於50和200毫托耳之間較佳，介於 100和150毫托耳之間更佳，約120毫托耳最佳。 於電力約100瓦至約1500瓦形成電漿的上限頻率。以 於電力約300瓦至約1〇〇〇瓦形成電漿的上限頻率爲佳。此 電力設定於約400瓦至約600瓦之間更佳。上限頻率電力 設定於約5 0 0瓦最佳。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- 558768 A7 B7 五、發明説明（1戶 --------裝--„ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 下限頻率電力由約1 00瓦至約1 500瓦。以於電力約 3 00瓦至約1 000瓦形成電漿的下限頻率爲佳。此電力設定 於約400瓦至約600瓦之間更佳。下限頻率電力設定於約 500瓦最佳。 此鈾刻氣體亦包括氬Ar作爲稀釋劑，其流率由約 Osccm 至約 800sccm，約 200sccm 至約 600sccm 較佳，約 3 0 0 s c c m 至約 5 0 0 s c c m 更佳，約 4 0 0 s c c m 最佳。 蝕刻氣體亦包含氮N2作爲稀釋劑，其流率約Osccm至 約 3 0 0 s c c m，約 5 0 s c c m 至約 2 0 0 s c c ιή 較佳，約 7 5 s c c m 至約 1 5 0 s c c m 更佳，約 1 0 0 s c c m 最佳。 蝕刻氣體之混合物以由蝕刻氣體構份流構成爲佳。此 包括氧0 2，其流率由約〇 s c c m至約1 0 0 s c c m，約2 s c c m至 約5 0 s c c m較佳，約3 s c c m至約1 5 s c c m更佳，約6 s c c m最 佳。 此蝕刻劑另包括甲基氟CH3F，其流率約〇.5sccm至約 50sccm，約 lsccm 至約 lOsccni 較佳，約 2sccm 至約 7sccm 更佳，約5 s c c m最佳。 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 蝕刻程序於控制溫度進行特定時間。所討論的例子 中’第一次鈾刻可於介於〇 °C和6 0 °C之間的溫度進行。約5 至約50°C較佳，約i〇°c至約40°C更佳，約20°C最佳。 本發明的另一實施例中，此鈾刻步驟的槽壓介於Q和 400毫托耳之間，介於1〇〇和300毫托耳之間較佳，介於 150和250毫托耳之間更佳，約200毫托耳最佳。 於電力約100瓦至約3000瓦形成電漿的上限頻率。以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -18- 558768 A7 B7 五、發明説明（$ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於電力約500瓦至約2000瓦形成電漿的上限頻率爲佳。此 電力設定於約750瓦至約1500瓦之間更佳。上限頻率電力 設定於約1 000瓦最佳。 下限頻率電力由約0瓦至約300瓦。以於電力約0瓦 至約200瓦形成電漿的下限頻率爲佳。此電力設定於約0 瓦至約100瓦之間更佳。下限頻率電力設定於約0瓦最 佳。 此蝕刻氣體亦包含氦He作爲稀釋劑，其流率約Osccm 至約 3000sccm，約 600sccm 至約 2000sccm 較佳，約 900 s c c m 至約 1 5 0 0 s c c m 更佳，約 1 2 0 0 s c c m 最佳。 蝕刻氣體之混合物以由鈾刻氣體構份流構成爲佳。此 包括氧〇2，其流率由約0 s c c ill至約1 0 0 s c c m，約2 s c c m至 約5 0 s c c m較佳，約3 s c c m至約1 5 s c c m更佳，約6 s c c m最 佳。 此鈾刻劑另包括甲基氟CH3F，其流率約0.5sccm至約 3 0 s c c m，約 1 s c c m 至約 3 0 s c c m 較佳，約 2 s c c m 至約 7 s c c m 更佳’約3 s c c m最佳。 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 蝕刻程序於控制溫度進行特定時間。所討論的例子 中’第一次蝕刻可於介於0°C和60°C之間的溫度進行。約5 至約50°C較佳，約l〇°C至約40°C更佳，約2(TC最佳。 方法1 00提供數個新的優點。其中的第一者是蝕刻迅 $進行，沒有先前討論之微遮使得蝕刻變慢的情況。先前 討的貫施例中之各者的触刻速率超過3000埃/分鐘。當 然’操作厚度不同之不同材料的不同實施例或以不同處理 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -19- 558768 A7 B7 五、發明説明（ 參數進行的實施例，所得蝕刻速率會較高或較低。 第二個優點是本發明之方法控制輪廓的控制效果顯 著。 本發明之試驗期間內注意到的一個優點是未摻有氟化 碳之蝕刻形成彎曲情況。認爲氟化碳會在鈾刻期間內解離 成氟和烴。另認爲在離子轟擊不足（如：在通道和溝槽的側 壁上者）時，解離的=CH-物種會與SiLK反應並形成含括（ = CH-N) =基團的聚合物以3-維基質形式排列。所得的HCN 聚合物和CFx聚合物（CH3F直接解離而得者）會鈍化側壁及 防止輪廓彎曲。此聚合物之澱積也會形成於硬質光罩上， 此降低被噴濺的硬質光罩量。氟物種與噴濺的硬質光罩組 份倂成揮發性化合物（被抽除），藉此消除或至少大幅降低微 遮效應。 本發明的一個特定特徵在於：藉由蝕刻法，同時形成 尺寸變化很大的特性結構位置的新能力及輪廓控制極佳且 儘可能克制RIE減退情況，通道儘可能不彎曲，蝕刻輪廓 良好，阻抗選擇性良好及晶圓整體的蝕刻均勻度良好。 嫻於此技藝者知道先前討論的電力、壓力、流率和溫 度僅爲例子。以不同厚度置於晶圓積層中的不同介電材料 須要不同的電力、壓力、流率和溫度組合。特定言之，本 發明之本質含括所有的這些組合。 已經以本發明之特徵的某些較佳實施例展現及描述本 發明。但嫻於此技藝者瞭解能夠在不違背本發明之精神和 範圍（如：所附申請專利範圍所示者）的情況下，作出各式各 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再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印紫 -20- A7
558768 五、發明説明（1戶 樣的改變和修飾。特別地，特定3 a θ 5： ’本發明之本質含括 將此處所述的一或多個特徵和優點& 1 m μ加諸於由多個不同層定 義之具不同晶圓積層構造而形成的多種積體電路裝置。嫻 於此技藝者虽然Α夠修飾先前討論的處理變數，以用於不 同的積體電路裝置。特定言之，這些替代方案中的各者屬 本發明本質範圍內。 --------I-, (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X 297公釐） -21 -
Claims (1)
- 558768 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1. 一種用於在積體電路晶圓中蝕刻特性結構的方法，該 晶圓中帶有至少一個低k値介電層係部份置於硬質光罩 下，此方法包括： 將該晶圓置於反應槽中； 將含有氟化碳與活性蝕刻劑的蝕刻氣體流送入該反應 槽中； 於反應槽中，由蝕刻氣體形成電漿； 以該活性蝕刻劑在至少一部份低k値介電層中蝕刻特 性結構； · 以該活性蝕刻劑噴濺部份硬質光罩；及 由噴濺之硬質光罩與氟形成揮發性化合物，因而減少 微遮情形。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該活性蝕刻劑係 選自氫及氨。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中該氟化碳係選 自 CH3F、CH2F2、及 chf3。 4.如申請專利範圍第3項之方法，其中該活性蝕刻劑爲 氨，流率爲約100 seem至約3000 seem，而該氟化碳爲 CH3F，流率爲約1 seem至約1〇 seem。 5 .如申請專利範圍第3項之方法，其中該低k値介電層 係不含矽之低k値介電層。 6. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該低k値介電層 係不含矽之苯並環丁烯低k値介電層。 7. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該活性蝕刻劑爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事 項再填寫. 裝-- 本頁} 、π 4 -22- 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 558768 A8 B8 C8 D8___ 六、申請專利範圍 氮與氫。 8 .如申請專利範圍第7項之方法，其中該氮之流率爲約 50 seem至約1250 seem，而該氫的流率爲約25 seem至約 5 0 0 seem 0 9.如申請專利範圍第8項之方法，其中該氟化碳爲 CH3F，其流率爲約2 sccm至約1〇 seem。 1 0.如申請專利範圍第7項之方法，其中該氟化碳爲 CH3F。 1 1 ·如申請專利範圍第3項之方法，進一步包括把來自 氟化碳的聚合物澱積於硬質光罩上以減少硬質光罩噴濺。 1 2 .如申請專利範圍第1 1項之方法，進一步包括把來自 氟化碳的聚合物澱積於特性結構的側壁上以減少輪廓彎 曲。 1 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該氟化碳係選. 自 CH3F、CH2F2、及 chf3。 1 4 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該低k値介電 層係不含砂之低k値介電層。 I 5 ·如申請專利範圍第i項之方法，其中該低k値介電 層係不含矽之苯並環丁烯低k値介電層。 1 6.如申請專利範圍第1項之方法，其中該活性蝕刻劑 爲氮及氫。 1 7 .如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括把來自 氟化碳的聚合物澱積於硬質光罩上以減少硬質光罩噴職。 ]8.如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括把來自 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公瘦Ί - ' 一 •23- 裝-H . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 558768 8 8 8 8 ABCD 六、申請專利範圍 氟化碳的聚合物澱積於特性結構的側壁上以減少輪廓彎 曲。 1 9 .如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括以該活 性蝕刻劑在該硬質光罩內蝕刻出一開口，其中噴濺部份硬 質光罩係於在該硬質光罩中蝕刻出開口之期間發生的，且 其中揮發性化合物的形成係於在該硬質光罩中蝕刻出開口 之期間發生的，其中該活性鈾刻劑蝕刻出硬質光罩開口， 且其中該活性蝕刻劑係選自氫及氨。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Ad規格（210 X 297公釐） -24 -
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