TWI786101B - 蝕刻後處理以預防圖案崩塌 - Google Patents
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Abstract
提供蝕刻堆疊中的特徵部的方法，該堆疊包含在基於碳的遮罩層上方的圖案化的硬遮罩。將一圖案從圖案化的硬遮罩轉移至基於碳的遮罩層，其包含：提供轉移氣體氣流，該轉移氣體包含含氧成份及SO2
或COS其中至少一者；使轉移氣體形成為電漿；提供超過10伏特的偏壓；及停止轉移氣體的流入。提供後處理，其包含：提供後處理氣體氣流，該後處理氣體包含He、Ar、N2
、H2
或NH3
其中至少一者，其中該氣流係提供以維持50毫托與500毫托之間（含兩端點）的處理壓力；使後處理氣體形成為電漿；提供超過20伏特的偏壓；及停止後處理氣體流入。
Description
本揭露內容關於在半導體晶圓上形成半導體元件的方法。更具體而言，本揭露內容關於使用在基於碳的遮罩層上方的經過圖案化的硬遮罩來蝕刻特徵部。
在形成半導體元件的過程中，可使用多層的遮罩對蝕刻層進行蝕刻，該等遮罩例如在基於碳的遮罩層上方的硬遮罩層。
為達成先前所述以及根據本揭露內容之目的，提供蝕刻堆疊中的特徵部的方法，該堆疊包含在蝕刻層上方的基於碳的遮罩層上方的圖案化的硬遮罩。將一圖案從圖案化的硬遮罩轉移至基於碳的遮罩層，該轉移步驟包含：提供轉移氣體的氣流，該轉移氣體包含SO2
或COS其中至少一者及含氧成份；使轉移氣體形成為電漿；提供超過10伏特的偏壓以加速來自電漿的離子至基於碳的遮罩層，將圖案轉移至基於碳的遮罩層；及停止轉移氣體的氣流。提供後處理，其包含：提供後處理氣體的氣流，該後處理氣體包含He、Ar、N2
、H2
或NH3
其中至少一者，其中該氣流係提供以維持50毫托與500毫托之間（含兩端點）的處理壓力；使後處理氣體形成為電漿；提供超過20伏特的偏壓以加速來自電漿的離子至基於碳的遮罩層；及停止後處理氣體的氣流。
本發明之此等及其他特徵將於以下「實施方式」中、並結合下列圖示而加以詳述。
本發明現將參照如隨附圖式中所說明的幾個較佳實施例詳細描述。在以下說明中，為了提供本發明的透徹理解，說明許多具體細節。然而，顯然地，對於熟習本項技術之人士而言，本發明可不具有某些或全部這些具體細節而實施。另一方面，為了不要不必要地模糊本發明，未詳細說明眾所周知的製程步驟及/或結構。
圖1為實施例的高階流程圖。在此實施例中，將一圖案從圖案化的硬遮罩轉移至含碳遮罩層（步驟104）。提供後處理（步驟108）。蝕刻層係透過含碳遮罩層而受到蝕刻（步驟112）。圖2為將圖案從圖案化的硬遮罩轉移至含碳遮罩層（步驟104）之步驟的更詳細的流程圖。提供轉移氣體，該轉移氣體包含至少一含氧成份，及SO2
或COS其中至少一者（步驟204）。使轉移氣體形成為電漿（步驟208）。提供一偏壓（步驟212）。停止轉移氣體流入（步驟216）。圖3為提供蝕刻後處理（步驟108）之步驟的更詳細的流程圖。在50毫托與500毫托之間（含兩端點）的壓力下提供後處理氣體（步驟304）。使後處理氣體形成為電漿（步驟308）。提供一偏壓（步驟312）。停止後處理氣體流入（步驟316）。範例
在本發明的較佳實施例中，將一圖案從圖案化的硬遮罩轉移至含碳遮罩層（步驟104）。圖4A為堆疊400的示意橫剖面圖，該堆疊400具有基板404以及設置在基於碳的遮罩層412之下的蝕刻層408，該遮罩層412設置在圖案化的硬遮罩416之下，該硬遮罩416設置在光阻遮罩420之下。在此範例中，蝕刻層408為Si。在其他實施例中，蝕刻層可為其他材料，例如Si、SiO2
、Si3
N4
、鎢、鎢氮化物、鈦、鈦氮化物、鋁氧化物或鉿氧化物。在此範例中，基於碳的硬遮罩（遮罩層）412為非晶形碳。圖案化的硬遮罩416為矽氮化物或矽氮氧化物。在此範例中，可將一或更多層設置在基板404與蝕刻層408之間，或在蝕刻層408與基於碳的遮罩層412之間，或在基於碳的遮罩層412與受到圖案化的硬遮罩416之間，或在圖案化的硬遮罩416與光阻遮罩420之間。光阻遮罩420係用以圖案化該圖案化的硬遮罩416。
將一圖案從圖案化的硬遮罩416轉移至基於碳的遮罩層412（步驟104）。為提供此圖案轉移，堆疊400係置放於電漿處理腔室中。圖5示意地說明電漿處理系統500的範例，該系統500可用以根據本發明的一實施例處理堆疊400。電漿處理系統500包含電漿反應器502，該電漿反應器502具有被腔室壁552包圍的電漿處理腔室504。由匹配網路508調諧的電漿電源供應器506將功率供應至位於電力窗512附近的TCP線圈510，以藉由提供感應耦合功率而在電漿處理腔室504中產生電漿514。TCP線圈（上功率源）510可配置成在電漿處理腔室504內產生均勻的擴散輪廓（diffusion profile）。例如，TCP線圈510可配置成在電漿514中產生環形功率分布。電力窗512係設置用以使TCP線圈510與電漿處理腔室504分開，並同時容許能量從TCP線圈510通至電漿處理腔室504。由匹配網路518調諧的晶圓偏電壓電源供應器516將功率提供至電極520以設定在堆疊400上的偏壓電壓，該堆疊400係支撐在電極520上方。控制器524針對電漿電源供應器506、及晶圓偏電壓電源供應器516設定數值。
電漿電源供應器506及晶圓偏電壓電源供應器516可配置成以特定射頻（例如，13.56 MHz、27 MHz、2 MHz、400 kHz、或其組合）運作。為了達到期望的製程效能，可適當地選擇電漿電源供應器506及晶圓偏電壓電源供應器516之大小以供應一範圍的功率。例如，在本發明的一實施例中，電漿電源供應器506可供應在50至5000瓦特之範圍內的功率，且晶圓偏電壓電源供應器516可供應在20至2000伏特之範圍內的偏壓電壓。此外，TCP線圈510及/或電極520可由二或更多子線圈或子電極所構成，該等子線圈或子電極可由單一電源供應器加以供電或由多個電源供應器加以供電。
如圖5中所示，電漿處理系統500更包含一氣體源/氣體供應機構530。該氣體源/氣體供應機構530提供氣體至氣體饋送部536，該氣體饋送部536係採取噴嘴之形式。製程氣體及副產物係經由壓力控制閥542及泵浦544而從電漿處理腔室504移除，該壓力控制閥542及泵浦544亦用以維持電漿處理腔室504中的特定壓力。氣體源/氣體供應機構530係由控制器524加以控制。由Fremont, CA之Lam Research Corp.生產之Kiyo可用以實行本發明的實施例。在不同的實施例中，製程腔室可為CCP（電容耦合式電漿）反應器或ICP（電感耦合式電漿）反應器。
圖6為顯示電腦系統600的高階方塊圖，該電腦系統600合適於實施在本發明的實施例中使用的控制器524。電腦系統可具有許多實體形式，其範圍從積體電路、印刷電路板與小型手持裝置上至大型超級電腦。電腦系統600包括一或更多處理器602，且進一步可包括電子顯示裝置604（用於顯示圖形、文字與其他數據）、主記憶體606（例如，隨機存取記憶體（RAM））、儲存裝置608（例如，硬碟裝置）、可移除式儲存裝置610（例如，光碟機）、使用者介面裝置612（例如，鍵盤、觸控螢幕、小鍵盤、滑鼠或其他指向裝置等等）、及通訊介面614（例如，無線網路介面）。通訊介面614容許軟體與數據在電腦系統600與外部裝置之間經由連線來轉移。系統亦可包括前述裝置/模組連接至其上的通訊基礎結構616（例如，通訊匯流排、縱橫條（cross-over bar）、或網路）。
經由通訊介面614傳輸的資訊可為訊號之形式，例如能夠經由通訊連結而被通訊介面614接收的電子、電磁、光學、或其他訊號，該通訊連結攜帶訊號且可藉由使用導線或纜線、光纖、電話線、行動電話連結、射頻連結、及/或其他通訊通道加以實現。在使用此種通訊介面之情況下，吾人預期該一或更多處理器602可於執行上述方法步驟期間內從網路接收資訊、或可將資訊輸出至網路。此外，本發明的方法實施例可僅在該等處理器上執行，或可透過網路（例如，網際網路）而結合遠端處理器（其分擔一部分的處理）執行。
術語「非暫態電腦可讀媒體」通常係用以意指媒體，例如主記憶體、輔助記憶體、可移除式儲存裝置及儲存裝置（例如硬碟）、快閃記憶體、磁碟機記憶體、CD-ROM、及其他形式的持續性記憶體，且不應被理解為涵蓋暫時性標的（例如，載波或訊號）。電腦碼之範例包含機器碼（例如藉由編譯器產生者）、及含有較高階碼的檔案，該較高階的碼係藉由使用解譯器的電腦而執行。電腦可讀媒體亦可為藉由電腦數據訊號而傳輸的電腦碼，該電腦數據訊號係包含在載波中且代表了可由處理器執行之指令的序列。
圖2為將圖案從圖案化的硬遮罩轉移至含碳遮罩層（步驟104）之步驟的更詳細的流程圖。提供轉移氣體，該轉移氣體包含至少一含氧成份，以及SO2
或COS其中至少一者（步驟204）。在此範例中，轉移氣體包含在8毫托的壓力下之80 sccm的O2
及90 sccm的SO2
。使轉移氣體形成為電漿（步驟208）。在此範例中，藉由TCP線圈510，以13.56 MHz來提供800瓦特。提供一偏壓（步驟212）。藉由偏電壓電源供應器516提供350伏特的偏壓。停止轉移氣體流入（步驟216）。在此範例中，製程在達到OES終點+30%過蝕刻之後終止。
圖4B為圖案已經轉移至基於碳的遮罩層412之後堆疊400的示意橫剖面圖。圖案轉移製程形成含硫側壁鈍化層424。
提供蝕刻後處理（步驟108）。圖3為提供蝕刻後處理（步驟108）之步驟的更詳細的流程圖。在50毫托與500毫托之間（含兩端點）的壓力下提供後處理氣體，該後處理氣體包含He、Ar、N2
、H2
或NH3
其中至少一者（步驟304）。在此範例中，後處理氣體為在250毫托的壓力下提供之400 sccm的He及10 sccm的N2
。使後處理氣體形成為電漿（步驟308）。在此範例中，在此範例中，藉由TCP線圈510在13.56 MHz下提供2500瓦特。提供一偏壓（步驟312）。藉由偏電壓電源供應器516提供20伏特的偏壓。停止後處理氣體流入（步驟316）。在此範例中，製程在20秒之後終止。
圖4C為蝕刻後處理之後堆疊400的示意橫剖面圖。該蝕刻後處理步驟移除含硫側壁鈍化層。
蝕刻層408係透過含碳遮罩層而受到蝕刻（步驟112）。圖4D為蝕刻層408受到蝕刻之後堆疊400的示意橫剖面圖。
吾人已經發現，在沒有蝕刻後處理的情況下，在圖案轉移之後且蝕刻該蝕刻層之前，經過顯著量的時間或者讓堆疊暴露於周遭環境將導致圖案崩塌。已經有不同的製程試圖防止圖案崩塌但未成功。然而，吾人出乎意料地發現，在提供適當壓力的同時移除含硫側壁防止了圖案崩塌。吾人相信，如果未完全地移除含硫側壁，則含硫側壁將吸收水分，水分與硫反應而造成圖案崩塌。不同的實施例或者完全地移除含硫側壁，或者改變含硫側壁，使得水分不會以導致圖案崩塌的方式被吸收。在不受到理論束縛的情況下，吾人相信較佳是，蝕刻後處理移除一些含硫側壁並改變餘留的含硫側壁，使得水分不會以導致圖案崩塌的方式被吸收。由於圖案係在基於碳的層中，後蝕刻處理必須不損壞如此的基於碳的層。較佳的是，在50毫托與500毫托之間（含兩端點）的壓力下提供後處理氣體。更佳的是，在100毫托與400毫托之間（含兩端點）的壓力下提供後處理氣體。最佳的是，在150毫托與300毫托之間（含兩端點）的壓力下提供後處理氣體。在不受到理論束縛的情況下，吾人相信，壓力範圍影響側壁的等向性處理。
在將圖案從圖案化的硬遮罩轉移至基於碳的遮罩層的期間，較佳的是偏壓超過10伏特。更佳的是偏壓在50伏特與400伏特的範圍中。最佳的是偏壓在100伏特與300伏特的範圍中。在提供後處理的期間，較佳的是偏壓超過20伏特。更佳的是偏壓在20伏特與80伏特的範圍中。最佳的是偏壓在25伏特與40伏特的範圍中。離子的能量應足以改變含硫層或/及從側壁上移除含硫層，但能量不宜過高而導致對層416及408濺射。
在不同的實施例中，圖案化的硬遮罩416較佳地為基於矽的，例如矽氮化物、矽氮氧化物、非晶形矽或多晶矽。含氟的乾式蝕刻可用以將圖案從光阻遮罩420轉移至受到圖案化的硬遮罩416。
在不同的實施例中，基於碳的遮罩層412可包含非晶形碳，故因此可為非晶形碳、氫化非晶形碳或旋塗有機富含碳的材料，該基於碳的遮罩層412係用作為多層光阻方案中的底層（under-layer）。在一些實施例中，抗反射塗覆（ARC）層可置放在光阻遮罩420之下。
在不同的實施例中，蝕刻層可為矽氧化物、矽氮化物、鎢氮化物、矽、鎢、鋁氧化物、鉿氧化物、鈦或鈦氮化物。
較佳的是，在基於碳的遮罩層412中蝕刻出的特徵部具有超過2.5：1的高度對寬度深寬比。較佳的是，在基於碳的遮罩層412中的特徵部具有低於100奈米的節段（period）或節距。較佳的是，在基於碳的遮罩層412中蝕刻出的特徵部以及最終在蝕刻層408中蝕刻出的特徵部是蝕刻的線或柱的二維陣列。
在不同的實施例中，後處理氣體包含He、Ar、N2
、H2
或NH3
其中至少一者。更佳的是，後處理氣體包含He、H2
及N2
。
本發明雖已透過少數較佳實施例加以說明，但仍有許多落於本發明的範疇內之替代、修改、置換及各種均等物。應注意，有許多本發明之方法及裝置的替代實施方式。因此欲使以下隨附申請專利範圍解釋為包含所有落於本發明之真正精神及範疇內的此替代、修改、置換及各種均等物。
104‧‧‧方塊108‧‧‧方塊112‧‧‧方塊204‧‧‧方塊208‧‧‧方塊212‧‧‧方塊216‧‧‧方塊304‧‧‧方塊308‧‧‧方塊312‧‧‧方塊316‧‧‧方塊400‧‧‧堆疊404‧‧‧基板408‧‧‧蝕刻層412‧‧‧含碳遮罩層/基於碳的遮罩層416‧‧‧硬遮罩420‧‧‧光阻遮罩424‧‧‧含硫側壁鈍化層500‧‧‧系統502‧‧‧電漿反應器504‧‧‧電漿處理腔室506‧‧‧電漿電源供應器508‧‧‧匹配網路510‧‧‧TCP線圈512‧‧‧電力窗514‧‧‧電漿516‧‧‧晶圓偏電壓電源供應器518‧‧‧匹配網路520‧‧‧電極524‧‧‧控制器530‧‧‧氣體源/氣體供應機構536‧‧‧氣體饋送部542‧‧‧壓力控制閥544‧‧‧泵浦552‧‧‧腔室壁600‧‧‧電腦系統602‧‧‧處理器604‧‧‧顯示裝置606‧‧‧記憶體608‧‧‧儲存裝置610‧‧‧可移除式儲存裝置612‧‧‧使用者介面裝置614‧‧‧通訊介面616‧‧‧通訊基礎結構
在隨附圖式的圖中，本揭露內容係以示例為目的而不是以限制為目的加以說明，且其中類似的參考數字係關於相似的元件，且其中：
圖1為實施例的高階流程圖。
圖2為將圖案從圖案化的硬遮罩轉移至含碳遮罩層之步驟的更詳細的流程圖。
圖3為提供後處理的步驟的更詳細的流程圖。
圖4A-D為根據實施例處理之堆疊的示意橫剖面圖。
圖5為可使用於實施例中之電漿處理腔室的示意圖。
圖6為可使用於實施一實施例之電腦系統的示意圖。
104‧‧‧方塊
108‧‧‧方塊
112‧‧‧方塊
Claims (18)
- 一種蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，該堆疊包含在一蝕刻層上方的一基於碳的遮罩層上方的一圖案化的硬遮罩，該方法包含：將一圖案從該圖案化的硬遮罩轉移至該基於碳的遮罩層，該轉移步驟包含：提供一轉移氣體的氣流，該轉移氣體包含SO2或COS其中至少一者及含氧成份；使該轉移氣體形成為電漿；提供超過10伏特的一偏壓以加速來自該電漿的離子至該基於碳的遮罩層，將該圖案轉移至該基於碳的遮罩層；及停止該轉移氣體的氣流；及提供一後處理，其包含：提供一後處理氣體的氣流，該後處理氣體包含He、Ar、N2、H2或NH3其中至少一者，其中該後處理氣體的氣流係提供以維持50毫托以上至500毫托以下的處理壓力；使該後處理氣體形成為電漿；提供範圍在20伏特及80伏特之間的一偏壓以加速來自該後處理氣體所形成的電漿的離子至該基於碳的遮罩層；及停止該後處理氣體流入。
- 如申請專利範圍第1項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，更包含透過該基於碳的遮罩層來蝕刻該蝕刻層。
- 如申請專利範圍第2項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該圖案化的硬遮罩由基於矽的材料構成。
- 如申請專利範圍第3項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該基於矽的材料為矽氮化物、矽氮氧化物、非晶形矽或多晶矽其中至少一者。
- 如申請專利範圍第4項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該基於碳的遮罩層包含非晶形碳。
- 如申請專利範圍第5項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該轉移該圖案之步驟形成一含硫側壁鈍化層。
- 如申請專利範圍第6項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該後處理步驟移除或改變該含硫側壁鈍化層。
- 如申請專利範圍第7項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該蝕刻層為矽氧化物、矽氮化物或鎢氮化物其中至少一者。
- 如申請專利範圍第8項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該將該圖案從該圖案化的硬遮罩轉移至該基於碳的遮罩層之步驟在該基於碳的遮罩層中形成遮罩特徵部，其中該遮罩特徵部為線或柱的二維陣列。
- 如申請專利範圍第9項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該遮罩特徵部具有超過2.5：1的高度對寬度深寬比。
- 如申請專利範圍第10項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該遮罩特徵部具有低於100奈米的節段(period)或節距。
- 如申請專利範圍第1項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該圖案化的硬遮罩由基於矽的材料構成。
- 如申請專利範圍第1項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該基於碳的遮罩層包含非晶形碳。
- 如申請專利範圍第1項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該轉移該圖案之步驟形成一含硫側壁鈍化層。
- 如申請專利範圍第14項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該後處理步驟移除或改變該含硫側壁鈍化層。
- 如申請專利範圍第1項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該將該圖案從該圖案化的硬遮罩轉移至該基於碳的遮罩層之步驟在該基於碳的遮罩層中形成遮罩特徵部，其中該遮罩特徵部為線或柱的二維陣列。
- 如申請專利範圍第1項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該遮罩特徵部具有超過2.5：1的高度對寬度深寬比。
- 如申請專利範圍第1項之蝕刻一堆疊中的特徵部的方法，其中該遮罩特徵部具有低於100奈米的節段(period)或節距。
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