[發(fā)明專利]一種刻蝕有機(jī)物層的等離子刻蝕方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010166393.5
• 申請(qǐng)日: 2010-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101866848A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高山星一;陶錚;倪圖強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/311
• 分類號(hào): H01L21/311
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種有機(jī)物層的等離子刻蝕方法。

背景技術(shù)

刻蝕工藝是指在制造半導(dǎo)體器件過(guò)程中采用化學(xué)溶液或腐蝕性氣體或等離子體除去基片內(nèi)或基片表面膜層中不需要的部分的工藝。通常主要用化學(xué)溶液進(jìn)行刻蝕的方法為濕法刻蝕，采用腐蝕性氣體或等離子體進(jìn)行刻蝕的方法為干法刻蝕。目前，可以使電路圖形變得更精細(xì)的干法刻蝕得到越來(lái)越廣泛的使用。

濕法刻蝕中，用強(qiáng)酸的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行各向同性刻蝕，即使被掩膜覆蓋的部分也可以被刻蝕。相反，干法刻蝕用反應(yīng)離子刻蝕，其中，用例如等離子態(tài)的鹵素的腐蝕性化學(xué)氣體和等離子態(tài)離子進(jìn)行刻蝕。因此，干法刻蝕可以實(shí)現(xiàn)只在基片上按垂直方向進(jìn)行刻蝕的各向異性刻蝕，所以，干法刻蝕適用于要求高精度的精細(xì)工藝，例如，適用于甚大規(guī)模集成電路(VLSI)工藝。

傳統(tǒng)的等離子處理裝置包含導(dǎo)入處理氣體的反應(yīng)腔室，所述反應(yīng)腔室內(nèi)配置有由一對(duì)上部電極和下部電極組成的平行平板電極也稱電容耦合型反應(yīng)腔(CCP)。在將處理氣體導(dǎo)入反應(yīng)腔室內(nèi)的同時(shí)，在上下部電極間施加高頻電壓，在電極間形成高頻電場(chǎng)，在高頻電場(chǎng)的作用下形成處理氣體的等離子體。等離子處理裝置也可以是電感耦合型的(ICP)，射頻電源施加到電感線圈，線圈中的電磁場(chǎng)擴(kuò)散到反應(yīng)腔中產(chǎn)生等離子。

現(xiàn)有工藝在刻蝕以現(xiàn)有工藝在刻蝕絕緣層或低k介電層(主要成份為SiO2，或SiOC)時(shí)，形成通孔圖形的過(guò)程中，現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)要求絕緣層上刻蝕的過(guò)孔或溝槽越來(lái)越深，深寬比(aspect?ratio)越來(lái)越大。在這種情況下絕緣層上的掩膜層要求就越來(lái)越高，原有光阻層由于不夠堅(jiān)固在向下刻蝕中會(huì)損壞，所以現(xiàn)在大量采用無(wú)定型碳作為刻蝕絕緣層時(shí)的硬掩膜層。在正式刻蝕絕緣層前要先利用圖形化的光阻刻蝕形成用于刻蝕無(wú)定型碳層的掩膜層，通常該掩膜層是含硅的無(wú)機(jī)物層。然后利用該掩膜層刻蝕無(wú)定型碳層。在刻蝕含碳層時(shí)通常用含氧氣體來(lái)與碳反應(yīng)，再添加側(cè)壁保護(hù)氣體比如含硫氣體或聚合物形成氣體以保護(hù)側(cè)壁防止被刻蝕。

現(xiàn)有技術(shù)中在刻蝕有機(jī)物層時(shí)，通常將含氧的刻蝕氣體(比如，O2)和其他可以改善弓形形貌的反應(yīng)氣體(比如，COS)在進(jìn)入反應(yīng)腔的反應(yīng)區(qū)域之前混合，混合后再輸入至反應(yīng)區(qū)域?qū)骺涛g處理。但是在實(shí)際的刻蝕過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，利用這樣的氣體成分混合后通入反應(yīng)腔刻蝕會(huì)出現(xiàn)基片中間區(qū)域獲得較佳刻蝕效果，而基片邊緣區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重的弓形(bowing)情況。而且，這種情況很難被改善，因?yàn)楹醯目涛g氣體和可以改善弓形形貌的反應(yīng)氣體在進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域之前就已經(jīng)被混合，所以二者的氣體比例相對(duì)于基片的中間區(qū)域和邊緣區(qū)域是相同的、并且是固定不可調(diào)節(jié)的，因而即使調(diào)整中間和邊緣的混合氣體進(jìn)氣量比率仍然不能有效改善這一情況，最終出現(xiàn)基片的中間區(qū)域和邊緣區(qū)域出現(xiàn)不均一的刻蝕形貌。

所以業(yè)界需要一個(gè)全面解決有機(jī)物層等離子刻蝕中實(shí)現(xiàn)在整個(gè)基片表面實(shí)現(xiàn)高均一性刻蝕形貌的刻蝕方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種有機(jī)物層的等離子刻蝕方法，在保證刻蝕速率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)在整個(gè)基片平面上獲得均一的刻蝕形貌效果，提高良品率。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種刻蝕有機(jī)物層的等離子刻蝕方法，包括以下步驟：放置待處理基片到一等離子反應(yīng)腔的基座上，其中所述基片上包括待刻蝕的有機(jī)物層，該有機(jī)物層上方有圖形化的掩膜層；通過(guò)一供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片中心區(qū)域?qū)?yīng)的第一反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一含氧刻蝕氣體，并通過(guò)所述供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的第二反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一側(cè)壁保護(hù)氣體，所述含氧刻蝕氣體與側(cè)壁保護(hù)氣體在通入反應(yīng)腔后擴(kuò)散混合并在所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域分別形成不同混合比的反應(yīng)氣體，從而沿所述掩膜層上的圖形刻蝕有機(jī)物層直到達(dá)到目標(biāo)深度。

其中側(cè)壁保護(hù)氣體成份可以是聚合物形成氣體，其分子式為CxHy或CxHyFz，其中x、y與z均為大于或等于1的自然數(shù)。比如CH4或C2H4或C3H6或C3H8或CHF3或CH2F2或CH3F或所列反應(yīng)氣體中的至少兩種的混合氣體。側(cè)壁保護(hù)其它也可以是含硫氣體比如COS，H2S，SO2中的一種。其中刻蝕氣體是含氧刻蝕氣體，含氧氣體包括O2，CO2，CO中的一種。