[發明專利]用于多層抗蝕劑等離子體蝕刻的方法

無效

• 申請號: 200710187512.3
• 申請日: 2007-11-21
• 公開（公告）號: CN101197258A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 山口陽子;克里斯·李
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/027
• 分類號: H01L21/027;H01L21/311;G03F7/36;G03F7/26
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 余剛;尚志峰

技術領域

本發明涉及一種用于在半導體器件的制造中等離子體蝕刻多層抗蝕劑的改進的方法。

背景技術

如今集成電路芯片的性能與集成電路內晶體管和線路互連(wiring?interconnect)的尺度有關。由于晶體管和線路互連的尺度持續縮小，使用光刻技術以圖案化更小特征的能力已成為促使集成電路產業成功的主要因素。

光刻處理包括使用光刻成像工具和光刻膠材料。使用光刻成像可達到的最小分辨率由曝光波長的最小分辨率以及該光刻成像工具所使用的透鏡系統的分辨能力或數值孔徑所約束。用于較大數值孔徑的較短的曝光波長通常得到高分辨率，以在抗蝕劑膜中印刷更小的圖案。然而，減少波長或者增加數值孔徑通常會導致焦深(DOF)的減小，因此要求減少該光刻膠膜的厚度。

直到一個確定的點，簡單地減少抗蝕劑膜的厚度以增加分辨率是有效的。當該抗蝕劑變得太薄而不能耐受隨后的蝕刻處理時，就達到這個點，該蝕刻處理將抗蝕劑圖案傳送至該抗蝕劑膜之下的一層或多層。為了克服這些問題，開發出雙層抗蝕劑以擴展光刻技術。雙層抗蝕劑膜典型地包括：相對較厚的下部抗蝕劑層(也稱為掩模層或平面化層)，其設置在晶片或基片上；以及相對薄的上部抗蝕劑層，或成像層，其設置在該下部抗蝕劑層的頂部。該上部抗蝕劑層通過光線曝光和隨后的顯影而圖案化。所產生的上部層圖案用作蝕刻下部抗蝕劑層的掩模。通過該方法，可在該雙層抗蝕劑膜中形成高縱橫比的抗蝕劑圖案。

當該雙層抗蝕劑進行下部抗蝕劑層蝕刻處理時，為了為該上部抗蝕劑層提供足夠的蝕刻抗性(resistance)，通常在上部抗蝕劑層結合入硅。由于下部抗蝕劑層通常由有機聚合物制成，通常氧基等離子體用于蝕刻下部抗蝕劑層，而使用圖案化的頂部抗蝕劑層作為掩模。因此，當在氧基等離子體中蝕刻下部抗蝕劑層時，在上部抗蝕劑層中的硅前體(silicon?precursors)在蝕刻處理過程中被氧化而形成耐高溫氧化物。耐高溫氧化物作為蝕刻阻隔物(barrier)，導致上部抗蝕劑層的增強的蝕刻抗性。然而，已發現以這種方式實現的增強在很多應用中是不夠的。

下部抗蝕劑蝕刻處理不僅要求該上部抗蝕劑層和該下部抗蝕劑層之間良好的蝕刻對比度，而且需要各向異性以實現良好的臨界尺寸(CD)控制。然而，使用純氧等離子體，只有在蝕刻處理過程中抗蝕劑層溫度保持在或低于大約-100℃時才能實現各向異性蝕刻。否則，通常會觀測到橫向的蝕刻或鉆蝕(undercutting)，其表示CD損失。包括兩層以上的多層抗蝕劑是可用的，并且普遍存在一些上述提及的問題。

鑒于以上所述，需要一種方法和裝置，以在蝕刻多層抗蝕劑時提供可選的各向異性蝕刻條件。

發明內容

概括地說，通過引入用于為蝕刻多層抗蝕劑提供各向異性蝕刻條件的方案，本發明滿足了這些需求。應當理解的是，本發明可以許多方式實施，包括作為一種處理，或一種方法。以下將描述本發明的多個創新的實施例。

提供了一種用于在等離子體蝕刻室中蝕刻限定在基片上的多層抗蝕劑的方法。該方法從引入基片到蝕刻室中開始，基片具有限定于多層抗蝕劑的第一層上的圖案。SO₂氣體流入蝕刻室，并且當流入SO₂氣體時，等離子體在蝕刻室中被激發(struck)。然后多層抗蝕劑被蝕刻。

提供了一種用于在蝕刻室中多層抗蝕劑蝕刻期間控制臨界尺寸偏差的方法。該方法從當SO₂氣體流入室時，在室中激發氧基等離子體開始。等離子體密度保持在約1×10⁹/cm³至約1×10¹²/cm³之間。然后多層抗蝕劑的每一層被蝕刻。

可以理解的是，前面的概述和接下來的詳細描述對所請求保護的本發明僅是示例性的及解釋性的，而不是限制性的。

附圖說明

這些附圖，其并入并且構成該說明書的一部分，示出了本發明的示例性的實施例，并且與描述一起用于解釋本發明的原理。

圖1是在形成淺溝槽隔離特征之前，硅基片上堆疊層的示意圖。

圖2是淺溝槽蝕刻處理的示意圖，其中光刻膠和BARC層已經被去除并且氮化硅和襯墊(pad)氧化物層已經被蝕刻透。

圖3是蝕刻入硅基片中的淺溝槽隔離特征的示意圖。

圖4是具有彎曲形貌和亞溝槽化(subtrenched)底部的淺溝槽隔離特征的顯微照片。

圖5是用含硅氣體蝕刻的淺溝槽隔離特征的顯微照片。