TWI458011B

TWI458011B - 蝕刻多層硬式幕罩的方法

Info

Publication number: TWI458011B
Application number: TW099137275A
Authority: TW
Inventors: Yu Chung Chen; Shih Ping Hong; Ming Tsung Wu
Original assignee: Macronix Int Co Ltd
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2014-10-21
Also published as: TW201218268A

Description

蝕刻多層硬式幕罩的方法

本發明係關於半導體基板製程中微影製程的光阻層蝕刻，更特別的是關於一種多層微影硬式幕罩的蝕刻技術且同時微調光罩圖案的臨界尺寸。

半導體裝置和特徵的臨界尺寸(CD)及幾何形狀相較於數十年前最初導入時已經在尺寸上大幅減少。

如此半導體裝置製程的一個重要部份是包括準確地於此裝置基板之上的薄膜進行圖案化。在傳統的技術中，如此的薄膜圖案化是使用氣體的化學反應在一半導體晶圓上進行。當圖案化此薄膜時，希望能夠盡量減少寬度及其他重要尺寸的變動。這些臨界尺寸變動的錯誤會產生裝置特性的變動或是造成電路裝置不必要的斷路或短路，因此會對裝置良率產生負面的影響。因此，當特徵尺寸降低時，結構必須被精準的製造，且因此在製程中通常需要在圖案化操作時僅能有著非常小的尺寸準確性變動。

然而，傳統方式的一個主要缺點是欲被蝕刻材料(例如多晶矽閘極或是金屬線)的最終臨界尺寸完全受限於微影製程完成後的上層幕罩層的臨界尺寸。在此情況下，最終臨界尺寸無法於微影製程完成後的蝕刻製程中再次調整。在如此嚴重的問題下，希望能夠提出一種於微影製程完成後的蝕刻製程中再次調整被蝕刻材料最終臨界尺寸的技術方案。本發明即提供如此傳統技術無法達到的解決方案。

本發明係提供一種於微影製程完成後的蝕刻製程中再次調整被蝕刻材料最終臨界尺寸的技術方案。其係藉由在後續蝕刻過程中搭配先前沈積於反應室的內壁碳和氟殘留物而達成。因此，根據本發明所揭露的原理，可以於上層幕罩層的微影製程完成後，於後續的蝕刻製程中再次調整所欲蝕刻材料的最終臨界尺寸。

在一實施例中，本發明提供一種使用一幕罩層圖案化一半導體基板的方法。在一實施例中，該幕罩層包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特徵其具有一初始寬度。在如此的範例實施例中，該方法包含導入包含碳和氟的一第一電漿於一反應室中，其中碳和氟的殘留物至少沈積於該反應室的內壁。此方法更包含使用一搭配該碳和氟的第二電漿以移除該幕單層的一部份，其中剩餘的硬式幕罩材料形成一特徵圖案在該至少一突出特徵處具有一個與該初始寬度不同的最終寬度。如此的方法還包含使用由該剩餘的硬式幕罩材料提供之具有該最終寬度之該至少一突出特徵作為一蝕刻幕罩來轉移該特徵圖案至該半導體基板。

在一實施例中，該第二電漿包含氬和氧，以產生小於該初始寬度的最終寬度。

在某些實施例中，此方法更包含於該轉移該特徵圖案至該半導體基板步驟之前，使用一電漿氣體進行清潔該反應室，以大致除去該反應室中所有的碳和氟粒子，而產生大於該初始寬度的最終寬度。

在其他的實施例中，本發明提供一種使用一幕罩層圖案化一半導體基板的方法。在一實施例中，該幕單層包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特徵其具有一初始寬度。在如此的範例實施例中，該方法包含導入包含碳和氟的一第一電漿於一反應室中，其中碳和氟的殘留物至少沈積於該反應室的內壁及堆積在該至少一突出特徵的側壁。此方法更包含使用一搭配該碳和氟的第二電漿以移除該幕罩層的一部份，其中剩餘的硬式幕罩材料形成一特徵圖案在該至少一突出特徵處具有一個與該初始寬度不同的最終寬度。如此的方法還包含使用由該剩餘的硬式幕罩材料提供之具有該最終寬度之該至少一突出特徵作為一蝕刻幕罩來轉移該特徵圖案至該半導體基板。

在另一實施例中，本發明提供一種使用一幕罩層圖案化一半導體基板的方法。在一實施例中，使用一具有包含碳和氟的一第一蝕刻電漿之蝕刻工具以形成一具有一第一線寬之幕罩特徵於該幕罩層。在某些實施例中，此方法更包含使用具有一第二蝕刻電漿之該蝕刻工具以調整該幕罩層至與該第一線寬不同的一第二線寬，且形成具有該第二線寬之幕罩特徵於該硬式幕罩材料。在如此的實施例中，此方法之後還包含使用由該具有該第二線寬之幕罩特徵的該硬式幕罩材料作為一蝕刻幕罩來轉移該幕罩特徵至該半導體基板。

請參閱第1圖，其為根據本發明實施例之一蝕刻流程圖。所處係揭露一種使用一幕罩層圖案化一半導體基板的方法，該幕罩層包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特徵其具有一初始寬度D1。在步驟10，導入包含碳和氟的一第一電漿於一反應室中，其中碳和氟的殘留物至少沈積於該反應室的內壁以創造適合後續蝕刻步驟的環境。在步驟20，使用一搭配該碳和氟的第二電漿以移除該幕罩層的一部份，其中剩餘的硬式幕罩材料形成一特徵圖案在該至少一突出特徵處具有一個與該初始寬度不同的最終寬度D2。最後在步驟30，使用由該剩餘的硬式幕罩材料提供之具有該最終寬度之該至少一突出特徵作為一蝕刻幕罩來轉移該特徵圖案至該半導體基板。

假如希望轉移至半導體基板的特徵圖案最終寬度D2小於該初始寬度D1的話，則在步驟20所使用的第二電漿必須包含氬和氧；否則第二電漿沒有包含氬和氧的話，轉移至半導體基板的特徵圖案最終寬度D2會大於該初始寬度D1。

在以下會更詳細地描述，本發明所揭露的主要特徵之一是提供一種進一步於蝕刻過程中調整欲蝕刻材料之最終臨界尺寸CD的方法。如此可以藉由搭配殘留於反應室內壁上的碳和氟粒子而在後續的蝕刻過程中使用來達成。因此，本發明所揭露的技術可以在電漿蝕刻室或是類似地可以對半導體晶圓進行離子反應蝕刻或電漿蝕刻製程的設備中。在如此反應室中所進行的蝕刻包括將一半導體晶圓安置在此蝕刻反應室中。於此蝕刻過程中，通入反應氣體於此蝕刻反應室內，且分布在基板需要被蝕刻的區域。當然，此蝕刻反應氣體的選擇是由將要被蝕刻的材料而決定。基板通常是放置在一陽極上，然後將反應氣體通入此蝕刻反應室內，且電漿由此反應氣體產生以選擇性地蝕刻基板上的層次。反應後氣體則經由此反應室的排氣管排出。

此外，本發明所揭露的另一個主要特徵之一是提供一種進一步於第二電漿蝕刻過程中調整欲蝕刻材料之最終臨界尺寸CD的方法，若是在第二電漿中包含氬和氧搭配所殘留的碳和氟粒子，則此蝕刻過程會將最終臨界尺寸CD修剪為較光阻顯影之後的初始尺寸更小。另一方面，若是在第二電漿中沒有包含氬和氧的話，則此蝕刻過程會使用傾斜的幕罩輪廓進行蝕刻而使最終臨界尺寸CD為較光阻顯影之後的初始尺寸更大。因此，本發明所揭露的原理可以在蝕刻過程中進一步調整欲蝕刻材料之最終臨界尺寸CD，這是傳統方式所無法達成的。

第一實施例

參閱第2A圖顯示根據本發明一實施例之一具有多層硬式幕罩200的基板之剖面示意圖。更具體而言，一先進圖案薄膜(APF)240形成一底基板之上，一介電抗反射層(DARC)230形成於先進圖案薄膜(APF)240之上，一底部抗反射層(BARC)220形成於介電抗反射層(DARC)230之上，及一光阻層210形成於底部抗反射層(BARC)220之上。在例示的實施例中，此先進圖案薄膜(APF)240約3000埃厚，介電抗反射層(DARC)230約500埃厚，底部抗反射層(BARC)220約600埃厚，光阻層210約3000埃厚。當然，也可以使用其他的尺寸。此外，雖然此處是使用先進圖案薄膜(APF)，必須注意的是也可以使用其他的材料例如是多晶矽層搭配本發明所揭露的原理以獲得所預期的線寬。

此先進圖案薄膜240的開口，其為了創造裝置下層圖案化之多層硬式幕罩200而生成，需要滿足以上所討論的許多不同條件。其必須在先進圖案薄膜(APF)240上產生一垂直輪廓以維持由光阻圖案所建立的臨界尺寸(CD)。舉例而言，對100奈米之特徵尺寸，在先進圖案薄膜(APF)240底部開口的臨界尺寸(CD)變動必須自頂部相較是小於10奈米。然而，當使用傳統的反應氣體對光阻層210和底部抗反射層(BARC)220進行修剪時，例如使用Cl₂ O₂ 或是HBr/O₂ ，在此修改過程中會除去過多的光阻層210。其結果是，當進行先進圖案薄膜(APF)240和介電抗反射層(DARC)230蝕刻時，修剪光阻層210的多餘損失會導致最終圖案化的多層硬式幕罩200自頂部到底部臨界尺寸(CD)的嚴重變動。

然而，在此實施例的原理中，調整光阻層和底部抗反射層的臨界尺寸(CD)並不會導致使用傳統修剪過程之過多的光阻層損失。此外，利用此實施例的原理來調整臨界尺寸(CD)，藉由之前的蝕刻製程或是電漿沈積製程所遺留的副產物，僅需要較少的製程步驟，因此，可以減少製程時間及成本。特別是，如同第2A圖中所示，光阻層210和底部抗反射層(BARC)220是使用與類似於傳統的圖案化及蝕刻製程來形成一圖案化底部裝置層的多層硬式幕罩200。假如有需要的話，光阻層210和底部抗反射層(BARC)220的寬度可以使用本發明所揭露的原理被調整至所需的臨界尺寸(CD)。如同第2A圖中所示，光阻層210和底部抗反射層(BARC)220於顯影之後具有至少一突出特徵其具有一初始寬度D1。

因此，參閱第2B圖，一種先前半導體製程，舉例而言，一蝕刻製程或是電漿沈積製程，之前所進行是用來導致碳(C)和氟(F)殘留物保留於製程反應室的內壁。更具體而言，先前的半導體製程可以包括含有碳(C)和氟(F)分子的反應氣體流動，例如電漿蝕刻製程。於如此的蝕刻製程完成之後，碳(C)和氟(F)殘留物可以如圖中所示保留於製程反應室的內壁表面。

在一特定的例示實施例中，此蝕刻製程可以包含CH₂ F₂ 的氣體流動，且會導致碳(C)和氟(F)殘留物保留於製程反應室的內壁表面。當然也可以使用其他的碳(C)和氟(F)為基礎的蝕刻製程。所以，相信使用包含CH₂ F₂ 的蝕刻氣體較一般使用CHF₃ 或CF₄ 的蝕刻為佳。此外，以下為本發明原理於一半導體晶圓進行製程之一範例，但並非侷限於此範例，包括舉例而言，搭配高氣壓的CH₂ F₂ 和CF₄ 的蝕刻氣體，及使用高源能量低偏壓能量以達成調整反應室環境的目的。此外，在蝕刻器具中的ESC低溫也是有幫助的。在此情況下，一範例製程條件為氣壓30mT/400W源能量/35W偏壓能量及50 CF₄ /85 CH₂ F₂ /250 He、C/E ESC 50/50℃。

如第2B圖所示，於進行此製程(或其他類似的C-F為基礎製程)之後，碳(C)和氟(F)殘留物260保留於製程反應室250的內壁表面，同時碳(C)和氟(F)副產物也會堆積在光阻層210和底部抗反射層(BARC)220的側壁，因此雖然有少量的蝕刻但仍會在此製程中增加的整體光阻層210和底部抗反射層(BARC)220堆疊的寬度。

之後，如第2C圖所示，進行介電抗反射層(DARC)230蝕刻。然而，在此實施例中，此蝕刻製程不僅使用之前製程的碳(C)和氟(F)殘留物，其會如之前所描述的堆積在反應室250的內壁，也會堆積於光阻層210和底部抗反射層(BARC)220的側壁，同時還使用額外的碳(C)和氟(F)電漿(如圖中箭頭所示)。因此，可以進一步藉由搭配使用碳(C)和氟(F)殘留物以及此蝕刻製程中的碳(C)和氟(F)電漿，而調整介電抗反射層(DARC)230的臨界尺寸。如第2C圖所示，高分子產物會在此蝕刻製程中堆積在介電抗反射層(DARC)230的側壁。因此，如第2C圖所示，導致介電抗反射層(DARC)230具有一個傾斜的輪廓。

之後，如第2D圖所示，藉由使用包含氬和氧的第二電漿並搭配反應室中的碳(C)和氟(F)殘留物進行先進圖案薄膜(APF)240蝕刻。其會導致修剪最終臨界尺寸CD較光阻顯影之後的初始尺寸更小。

因此，此處所揭露的實施例中消除了傳統製程中自製程反應室250的內壁清潔或除去碳(C)和氟(F)殘留物之步驟，其會因為增加額外的清潔步驟而增加製程時間。此外，因為臨界尺寸的修剪，假如需要的話，是藉由搭配碳(C)和氟(F)殘留物於原本沒有碳(C)和氟(F)的介電抗反射層(DARC)230蝕刻製程中而達成，其也不需要一個單獨的修剪步驟(例如傳統製程中使用氯/氧、溴/氧或是其他修剪氣體)，不僅可以減少製程時間也可以因此而降低製程成本。此外，當本案發明人使用此範例蝕刻及修剪技術時，利用掃描式電子顯微鏡(SEM)量測到一特定之中間臨界尺寸偏斜。然而，於使用之前所描述之搭配碳(C)和氟(F)殘留物的蝕刻製程以修剪中間幕罩結構之後，額外的掃描式電子顯微鏡(SEM)量測顯示最終臨界尺寸偏斜較中間臨界尺寸偏斜更大。因此，決定出第2A到 2E圖描述的製程與光阻層210和底部抗反射層(BARC)220反應而縮減了多層硬式幕罩200圖案化特徵的臨界尺寸。在此實施例中，一旦中間結構需要被修剪時，如第2C圖所示，可以使用一般的氦氣和氧氣蝕刻製程來進行先進圖案薄膜(APF)240蝕刻。然而，本案發明人發現搭配碳(C)和氟(F)殘留物與氬和氧電漿進行蝕刻，此先進圖案薄膜(APF)240會被蝕刻至上述之修剪(縮小)的臨界尺寸。最後，請參閱第2E圖，使用由該剩餘的硬式幕罩材料提供之具有該最終寬度D2之該至少一突出特徵作為一蝕刻幕罩來轉移該特徵圖案至該半導體基板。特別是，此修剪結構係作為先進圖案薄膜(APF)240之蝕刻幕罩，導致先進圖案薄膜(APF)240會被蝕刻至如第2E圖所示的此堆疊之修剪臨界尺寸D2，其中D2<D1。因此，蝕刻完成之先進圖案薄膜(APF)240得到所預期之較小的臨界尺寸。

第二實施例

在此揭露原理的一相關的實施例中，其顯示於第3A到3D圖，自先前製程或是其他使用C-F氣體的類似製程中的殘餘C-F分子再次搭配使用於以有機材料為基礎的多層硬式幕罩300蝕刻製程中。更特定的是，顯示於第3A圖中，光阻層310、底部抗反射層(BARC)320和介電抗反射層(DARC)330均於先前製程中產生至少一突出特徵其具有一初始寬度D1。於光阻層310、底部抗反射層(BARC)320和介電抗反射層(DARC)330蝕刻之後，此製程或是類似製程，可以於反應室350中進行，如第3B圖所示。舉例而言，如此的C-F氣體為基礎的製程可以使用在蝕刻此裝置中的某些其他層。於C-F氣體為基礎的製程之後的某些時點，碳(C)和氟(F)殘留粒子會再度殘留在製程反應室350內壁，而達成本發明原理之調整反應室中的環境。

參閱第3C圖，根據本發明所揭露的原理，於製程反應室350內壁及光阻層310、底部抗反射層(BARC)320和介電抗反射層(DARC)330側壁的碳(C)和氟(F)殘留粒子會同位應用。更特定的是，如第3C圖所示，蝕刻先進圖案薄膜(APF)340的製程實際上搭配反應室350中的碳(C)和氟(F)殘留粒子。在如此的例示製程中，使用一般的氦和氧氣蝕刻製程來蝕刻先進圖案薄膜(APF)340。然而，在此同時，殘留在反應室350中的碳(C)和氟(F)殘留粒子會搭配同位應用於先進圖案薄膜(APF)340的蝕刻製程以提供將先前蝕刻之光阻層310、底部抗反射層(BARC)320和介電抗反射層(DARC)330修剪或縮小。因此，如第3C圖所示，先進圖案薄膜(APF)340係使用氦和氧氣及使用光阻層310、底部抗反射層(BARC)320和介電抗反射層(DARC)330為蝕刻幕罩來蝕刻，此碳(C)和氟(F)殘留粒子幫助於先進圖案薄膜(APF)340蝕刻製程中將此堆疊層修剪，其因此導致先進圖案薄膜(APF)340被蝕刻至如同幕罩堆疊一般之修剪後的臨界尺寸D2，其中D2<D1，如第3D圖所示。

因此，此處所揭露的實施例中，如第3D圖所示的最終圖案化的多層硬式幕罩300的臨界尺寸在蝕刻先進圖案薄膜(APF)340時被調整或是偏斜。此方案的優點還是消除了傳統製程中修剪氣體(例如氯/氧、溴/氧)的使用，其可以減少製程時間也可以因此而降低製程成本。此外，也不需要反應室清潔的步驟，例如一氧氣電漿沖洗製程，以將碳(C)和氟(F)殘留物除去，其因此消去了一傳統製程所需的步驟，使得本發明之原理進一步改善了整體的製程成本及效率。

第三實施例

請參閱第4A到4E圖，其顯示類似於第2A到2E圖所討論之蝕刻一多層硬式幕罩400的另一替代實施例中。如同在先前的實施例所描述的一般，將光阻層410和底部抗反射層(BARC)420先蝕刻至一預定尺寸。之後，於此製程步驟的某些時點，一電漿沈積製程或是類似製程，再次搭配C-F分子執行於晶圓中。之後，如第4B圖所示，此介電抗反射層(DARC)430可以被蝕刻。然而，在此實施例中，此介電抗反射層(DARC)430蝕刻製程不只是搭配電漿沈積製程的殘留C-F分子，其會殘留在製程反應室450內壁及堆積在光阻層410和底部抗反射層(BARC)420的側壁，也包括以C-F電漿(圖中的箭頭部份)為基礎的蝕刻製程來蝕刻介電抗反射層(DARC)430。因此，如同之前，此介電抗反射層(DARC)430的臨界尺寸調整可以藉由搭配殘留的C-F分子於此介電抗反射層(DARC)430蝕刻製程中，同時也搭配此介電抗反射層(DARC)430蝕刻所使用的C-F為基礎蝕刻製程，生成高分子堆積在介電抗反射層(DARC)430的側壁。如第4C圖所示，此完成之介電抗反射層(DARC)430具有一傾斜的輪廓。於產生傾斜輪廓的介電抗反射層(DARC)430之後，進行一電漿清潔步驟以將該反應室中以及晶圓上所有的碳和氟粒子大致除去。

之後，如第4D圖所示，此具有一傾斜的輪廓之完成介電抗反射層(DARC)430可以作為一蝕刻幕罩藉由氬和氧的電漿(圖中的箭頭部份)來蝕刻底層的先進圖案薄膜(APF)440。然而，本實施例所揭露的原理與之前的實施例略有不同，因為高分子堆積在已蝕刻的介電抗反射層(DARC)430側壁提供此蝕刻的先進圖案薄膜(APF)440一個較大的臨界尺寸寬度，因此允許此最終的多層硬式幕罩結構400之臨界尺寸的進一步調整。特別是，此被蝕刻介電抗反射層(DARC)430之傾斜輪廓係作為先進圖案薄膜(APF)340之蝕刻幕罩，導致先進圖案薄膜(APF)340會被蝕刻至如第4D圖所示的此堆疊之修剪臨界尺寸D2，其中D2>D1。因此，蝕刻完成之先進圖案薄膜(APF)240得到所預期之較大的臨界尺寸。

在此處所揭露的此實施例之變形技術中，先進圖案薄膜(APF)440蝕刻沒有於介電抗反射層(DARC)430蝕刻之後立刻進行。而是，請重新回到第4C圖，可以使用氧氣選擇性地將反應室450沖洗清潔。在此例示實施例中，氧氣沖洗可以同位於反應室450中使用385sccm的流量進行約70秒。其結果是，碳(C)和氟(F)殘留粒子不但自反應室450內壁移除，且也自晶圓表面及晶圓上特徵的側壁移除。藉由進行此氧氣清潔於介電抗反射層(DARC)430蝕刻之後且在先進圖案薄膜(APF)440蝕刻之前，及因此自先進圖案薄膜(APF)440蝕刻製程中除去碳(C)和氟(F)殘留粒子，可以防止在先進圖案薄膜(APF)440蝕刻製程中額外地消耗介電抗反射層(DARC)430。特別是，在如第3A到3D圖所描述的某些情況下，C-F殘留物粒子可以在先進圖案薄膜(APF)440的同位蝕刻製程中繼續消耗介電抗反射層(DARC)430。如同之前所描述過的，其是選取會與碳(C)和氟(F)粒子存反應的氣體而可以在先進圖案薄膜(APF)440蝕刻製程中近一步降低臨界尺寸。因為被蝕刻的介電抗反射層(DARC)430在先進圖案薄膜(APF)440蝕刻製程中是作為一幕罩之用，額外的介電抗反射層(DARC)430消耗會改變此介電抗反射層(DARC)430幕罩的臨界尺寸，且因此改變被蝕刻先進圖案薄膜(APF)440的臨界尺寸。然而，在此實施例中，為了防止額外地介電抗反射層(DARC)430消耗，氧氣沖洗被用來除去碳(C)和氟(F)殘留粒子。其結果是，此幕罩的臨界尺寸可以進一步微調，因為不只是反應室450內壁的碳(C)和氟(F)殘留粒子在蝕刻先進圖案薄膜(APF)440時可以修剪介電抗反射層(DARC)430，同時藉由氧氣沖洗被用來除去碳(C)和氟(F)殘留粒子可以使得蝕刻先進圖案薄膜(APF)440時，其臨界尺寸可以較傳統製程中略為更寬。因為如同之前討論過的，先前電漿沈積製程或是其他使用C-F 氣體的類似製程中的殘餘C-F粒子會留在光阻層410、底部抗反射層(BARC)420的側壁，其隨後會導致介電抗反射層(DARC)430如同之前所描述的被殘餘C-F粒子蝕刻。但是，在此實施例中，不是藉由將殘餘C-F分子搭配使用於先進圖案薄膜(APF)440蝕刻製程中而進一步修剪其臨界尺寸，而是用氧氣沖洗來除去反應室450中的碳(C)和氟(F)殘留粒子以允許選取較殘餘C-F分子存在時更寬的先進圖案薄膜(APF)440臨界尺寸。更進一步而言，請再次參閱第4D圖，傾斜的輪廓之完成介電抗反射層(DARC)430可以作為一蝕刻幕罩來蝕刻底層的先進圖案薄膜(APF)440，且因為高分子堆積在已蝕刻的介電抗反射層(DARC)430側壁提供此蝕刻的先進圖案薄膜(APF)440一個較大的臨界尺寸寬度，因此允許此最終的多層硬式幕罩結構400之臨界尺寸的進一步調整。

在由本案發明人進行的實驗中，由蝕刻先進圖案薄膜(APF)440所形成最終的多層硬式幕罩400自頂部至底部的量測臨界尺寸偏斜為-19.5奈米。此實驗結果重製之掃描電子顯微鏡影像顯示於第4F圖中。然而，根據本發明實施例之原理，於先進圖案薄膜(APF)440蝕刻之前進行氧氣沖洗，所量測的臨界尺寸偏斜改變為+45奈米。其實驗結果重製之電子顯微鏡影像顯示於第4G圖中。

第四實施例

請參閱第5A到5D圖，在根據本發明原理的其他實施例中，另一電漿清潔製程被用來在最後圖案化幕罩製程中清潔此反應室。特別是，參閱第5A圖，將光阻層510和底部抗反射層(BARC)520先蝕刻至一預定尺寸。之後，再於此製程步驟的某些時點，一電漿沈積製程或是類似製程，搭配C-F分子執行於晶圓中。之後，如第5B圖所示，此介電抗反射層(DARC)530可以被蝕刻。如同之前所描述的，此介電抗反射層(DARC)530蝕刻製程搭配電漿沈積製程中及堆積在光阻層510和底部抗反射層(BARC)520側壁之殘留的C-F分子。因此，如同之前所描述的，此介電抗反射層(DARC)530的臨界尺寸調整可以藉由搭配殘留的C-F分子於此介電抗反射層(DARC)530蝕刻製程中。如同之前於第4A到4E圖中所描述的，此介電抗反射層(DARC)530蝕刻也可以包括使用C-F為基礎的蝕刻製程。因此，如同之前所描述的，介電抗反射層(DARC)530的臨界尺寸調整可以藉由搭配殘留的C-F分子於此介電抗反射層(DARC)530蝕刻製程中，也可以是使用包括C-F為基礎的蝕刻製程，而生成高分子堆積在介電抗反射層(DARC)530的側壁，如第5D圖所示，此完成之介電抗反射層(DARC)530再次具有一傾斜的輪廓。

請參閱第5C圖，在此處所揭露的此實施例之變形技術中，先進圖案薄膜(APF)540蝕刻再度沒有於介電抗反射層(DARC)530蝕刻之後立刻進行。而是，在此替代實施例中，一電漿清潔製程(而不是氧氣沖洗)被用來於一異位(ex-situ)製程中將反應室550清潔。在此一例示實施例中，此反應室清潔製程可以使用氫氧化物電漿或是替代地使用例如是六氟化硫(SF₆ )的氟化物進行。此電漿清潔過程的結果是，碳(C)和氟(F)殘留粒子自反應室550內壁移除。此外，此電漿清潔製程或是其他類似的製程，可以用來除去某些或全部的光阻層510和底部抗反射層(BARC)520，但是也可以施加額外的製程步驟來進行。藉由進行此電漿清潔製程於介電抗反射層(DARC)530蝕刻之後且在先進圖案薄膜(APF)540蝕刻之前，及因此自先進圖案薄膜(APF)540蝕刻製程中除去碳(C)和氟(F)殘留粒子，可以防止在先進圖案薄膜(APF)540蝕刻製程中額外地消耗介電抗反射層(DARC)530。

之後，晶圓可以重新移回反應室550，且先進圖案薄膜(APF)540被蝕刻如第5D圖所示，也可以根據本發明所描述之其他實施例進行。因此，類似於使用氧氣清洗的實施例，此幕罩的臨界尺寸可以進一步微調，因為介電抗反射層(DARC)530的臨界尺寸調整不但可以藉由搭配殘留的C-F分子於此介電抗反射層(DARC)530蝕刻製程中，且此調整後之臨界尺寸寬度可以藉由電漿清潔製程防止在先進圖案薄膜(APF)540蝕刻時被進一步修剪。於先進圖案薄膜(APF)540蝕刻之後，如第5E圖所示，顯示此完成之圖案化幕罩500具有一最終臨界尺寸D2，其中D2>D1。因此，蝕刻完成之先進圖案薄膜(APF)540得到所預期之較大的臨界尺寸。

在實際操作中，如第5A到5E圖中所描述的時刻製程也可以導致一個最終幕罩特徵圖案自頂部至底部的量測臨界尺寸偏斜為-20奈米。此-20.5奈米實驗結果重製之掃描電子顯微鏡影像顯示於第5F圖中。歸納而言，此-20.5奈米的臨界尺寸偏斜相較於傳統幕罩蝕刻技術已經有所改進，但是提供正差異的臨界尺寸偏斜是更有幫助的。此處所提供某些實施例的幕罩蝕刻技術或許可以達成正差異的臨界尺寸偏斜，如同以下會更詳細描述，藉由將此製程轉換成非同位的製程。特別是，在進行電漿沈積製程用來調整堆疊中某些層的臨界尺寸(CD)之後，加上一電漿清潔製程。然而，此電漿清潔製程可以視所揭露實施例的需要在整個幕罩蝕刻之不同的步驟中加入。第5G圖中顯示如此實施例的實驗結果重製之掃描電子顯微鏡影像，圖中顯示一個+44.2奈米之臨界尺寸偏斜。

然而，在整體幕罩蝕刻製程中搭配電漿清潔製程的一替代實施例中，此在反應室550中進行的電漿清潔製程可以在電漿沈積製程中的某些層製程後進行，或是在用來調整光阻層510和底部抗反射層(BARC)520堆疊的臨界尺寸(CD)的電漿沈積製程之後進行，但是在第5B圖所示的介電抗反射層(DARC)530蝕刻製程之前進行。而先進圖案薄膜(APF)540蝕刻可以在介電抗反射層 (DARC)530蝕刻製程之後立刻進行。第5H圖中顯示如此實施例的實驗結果重製之電子顯微鏡影像，圖中顯示一個+23.4奈米之臨界尺寸偏斜。

在搭配電漿清潔製程的另例一代實施例中，可以在反應室550中進行多次的電漿清潔製程。舉例而言，第一次的電漿清潔製程可以在用來調整光阻層510和底部抗反射層(BARC)520堆疊的臨界尺寸(CD)的電漿沈積製程之後進行，但是在第5B圖所示的介電抗反射層(DARC)530蝕刻製程之前進行。之後，進行介電抗反射層(DARC)530蝕刻製程。然而，第二次的電漿清潔製程可以在介電抗反射層(DARC)530蝕刻製程之後立刻進行，且在先進圖案薄膜(APF)540蝕刻之前。而先進圖案薄膜(APF)540蝕刻可以在第二次的電漿清潔製程之後立刻進行，如第5D圖中所示。第5I圖圖中顯示如此實驗結果重製之掃描電子顯微鏡影像，圖中顯示一個+28.5奈米之臨界尺寸偏斜。

雖然本發明係已參照實施例來加以描述，然本發明創作並未受限於其詳細描述內容。替換方式及修改樣式係已於先前描述中所建議，且其他替換方式及修改樣式將為熟習此項技藝之人士所思及。特別是，所有具有實質上相同於本發明之構件結合而達成與本發明實質上相同結果者，皆不脫離本發明之精神範疇。因此，所有此等替換方式及修改樣式係意欲落在本發明

於隨附申請專利範圍及其均等物所界定的範疇之中。

200、300、400、500‧‧‧多層硬式幕罩

210、310、410、510‧‧‧光阻層(PR)

220、320、420、520‧‧‧底部抗反射層(BARC)

230、330、430、530‧‧‧介電抗反射層(DARC)

240、340、440、540‧‧‧先進圖案薄膜(APF)

250、350、450、550‧‧‧反應室

260‧‧‧C-F副產物粒子

本發明係由申請專利範圍所界定。這些和其它目的，特徵，和實施例，會在下列實施方式的章節中搭配圖式被描述，其中：第1圖為根據本發明實施例之一蝕刻流程圖。

第2A~2E圖顯示根據本發明一實施例之製造一圖案化硬式幕罩的例示製程之基板剖面示意圖。

第3A~3D圖顯示根據本發明另一實施例之製造一圖案化硬式幕罩的例示製程之基板剖面示意圖。

第4A~4E圖顯示根據本發明又一實施例之製造一圖案化硬式幕罩的例示製程之基板剖面示意圖。

第4F和4G圖顯示根據第4A~4E圖之範例實施例的實驗結果。

第5A~5E圖顯示根據本發明再一實施例之製造一圖案化硬式幕罩的例示製程之基板剖面示意圖。

第5F~5I圖顯示根據第5A~5E圖之範例實施例的實驗結果。

200．．．多層硬式幕罩

210．．．光阻層(PR)

220．．．底部抗反射層(BARC)

230．．．介電抗反射層(DARC)

240．．．先進圖案薄膜(APF)

250．．．反應室

260．．．C-F副產物粒子

Claims

一種使用一幕罩層圖案化一半導體基板的方法，該幕罩層包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特徵其具有一初始寬度，該方法包含：導入包含碳和氟的一第一電漿於一反應室中，其中碳和氟的殘留物至少沈積於該至少一突出特徵的側壁；使用一搭配該碳和氟的第二電漿以移除該幕罩層的一部份，其中剩餘的硬式幕罩材料形成一特徵圖案在該至少一突出特徵處的一剩餘部分具有一個錐形輪廓與一個與該初始寬度不同的最終寬度；以及使用由該剩餘的硬式幕罩材料提供之具有該最終寬度之該至少一突出特徵作為一蝕刻幕罩來轉移該特徵圖案至該半導體基板。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該幕罩層也包含一光阻層及形成於該光阻層之下的一底部抗反射塗佈。
如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該硬式幕罩材料包含一介電抗反射塗佈形成於該底部抗反射塗佈之下。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該半導體基板包含一含碳材料。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一電漿包含碳和氟包含進行一蝕刻製程於溫度20~80℃、壓力20~70torr及包含氣體CH₂ F₂ /CF₄ 進行約10~70秒。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一電漿包含碳和氟於一反應室中更包含堆積碳和氟於該反應室的內壁。
如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二電漿包含氬和氧。
如申請專利範圍第7項所述之方法，其中該最終寬度係小於該初始寬度。
如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含於該轉移該特徵圖案至該半導體基板步驟之前，使用一電漿氣體進行清潔該反應室，以大致除去該反應室中所有的碳和氟粒子。
如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該最終寬度係大於該初始寬度。
如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該使用一電漿氣體進行清潔該反應室的步驟包含使用氧氣。
一種使用一幕罩層圖案化一半導體基板的方法，該幕罩層包含一硬式幕罩材料且具有至少一突出特徵其具有一初始寬度，該方法包含：導入包含碳和氟的一第一電漿於一具有一半導體基板的反應室中，其中碳和氟的殘留物至少沈積於該至少一突出特徵的側壁；使用一搭配該碳和氟的第二電漿以移除該幕罩層的一部份，其中剩餘的硬式幕罩材料形成一特徵圖案在該至少一突出特徵處的一剩餘部分具有一個錐形輪廓與一個與該初始寬度不同的最終寬度；以及使用由該幕罩層及該剩餘的硬式幕罩材料作為一蝕刻幕罩來轉移該特徵圖案至該半導體基板。
如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該幕罩層包含一光阻層，該硬式幕罩材料包含一抗反射塗佈及該半導體基板包含一含碳材料。
如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該第二電漿包含氬和氧。
如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該最終寬度係小於該初始寬度。
如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含於蝕刻至該半導體基板步驟之前，使用一電漿氣體進行清潔該反應室，以大致除去該反應室中所有的碳和氟粒子。
如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該最終寬度係大於該初始寬度。
一種使用一幕罩層圖案化一半導體基板的方法，該幕罩層包含一硬式幕罩材料，該方法包含：使用一具有包含碳和氟的一第一蝕刻電漿之蝕刻工具以形成一具有一第一線寬之幕罩特徵於該幕罩層；使用具有一第二蝕刻電漿並結合該第一蝕刻電漿殘留的該碳和氟之該蝕刻工具以調整該幕罩層至與該第一線寬不同的一第二線寬，且形成具有該第二線寬之具有錐形輪廓的幕罩特徵及該第二線寬於該硬式幕罩材料；以及使用由該具有該第二線寬之幕罩特徵的該硬式幕罩材料作為一蝕刻幕罩來轉移該幕罩特徵至該半導體基板。
如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該第二電漿包含氬和氧。
如申請專利範圍第18項所述之方法，更包含於該轉移該幕罩特徵至該半導體基板步驟之前，使用一電漿氣體進行清潔該反應室，以大致除去該反應室中所有的碳和氟粒子。