[發明專利]一種有機物層刻蝕方法

有效

• 申請號: 201210022073.1
• 申請日: 2012-01-31
• 公開（公告）號: CN103227109A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 凱文·佩爾斯
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311;H01L21/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 王潔

技術領域

本發明涉及一種有機物層的等離子刻蝕方法，特別涉及一種在低臨界尺寸(critical?dimension?CD)要求下的有機物層的刻蝕方法。

背景技術

在半導體器件制造領域內，利用等離子來進行加工的各種反應腔普遍存在。隨著加工精度越來越高，臨界尺寸(critical?dimension)越來越小，現在業界的臨界尺寸已經達到了45nm以下，如22nm的CPU已經面世。而現有的通過光學方法對光刻膠進行照射來獲得加工圖形的方法最小臨界尺寸僅能達到45nm左右，要獲得更高精度的光刻機，以獲得低尺寸圖形要付出巨大代價，不具有經濟價值。為了在現有光刻技術條件下獲得更小臨界尺寸的加工能力，現有技術廣泛采用了臨界尺寸縮小技術，即在較大掩膜的基礎上通過刻蝕形成具有梯形剖面的孔洞或溝槽，最終獲得具有較小臨界尺寸的掩膜。采用這一技術的關鍵是獲得可以精確控制刻蝕結果的方法，使得刻蝕過程中圖形尺寸能夠均勻的縮小，且不會變形造成最終圖形轉換失真。采用這樣的臨界尺寸縮小技術可以應用到多種材料層的刻蝕，如絕緣材料層，通常是含硅的無機物如APL、SiO2，SiN等。這些材料層相對比較堅硬比較容易控制刻蝕形成的溝道形狀。但是為了減少加工步驟直接獲得高精度的圖形化掩膜，現在也有在傳統光刻膠下方添加一層較厚有機物材料層，通過刻蝕直接形成低臨界尺寸掩膜的方法。在這樣的材料層上刻蝕難度就要大的多，因為這些材料層與光刻膠類似，是較軟的有機物材料層，所以也叫底層光刻膠(bottom?photo?resist?BPR)。在刻蝕中這些材料層的側壁很容易被破壞形成缺口造成圖形失真。現有刻蝕方法往往采用HBr/O2，CO/O2，N2/H2等刻蝕氣體來對這些BPR層進行刻蝕，但是用這些氣體以及配套的刻蝕工藝很難獲得精確的刻蝕圖形。所以業界需要一種能夠對這種有機物材料層進行精確刻蝕以形成低臨界尺寸圖形的刻蝕方法。

發明內容

本發明的發明內容只提供一個對本發明部分方面和特點的基本理解，其不是對本發明的廣泛的概述，也不是用來特別指出本發明關鍵的要素或者勾畫發明的范圍。其唯一的目的是簡化地呈現本發明的一些概念，為后續詳細的描述本發明作一些鋪墊。

本發明揭露了一種有機物層刻蝕方法，所述刻蝕方法包括：將待刻蝕基片放入等離子反應腔，所述基片上包括刻蝕目標有機物材料層；通入反應氣體到等離子反應腔；向反應氣體施加射頻電能點燃等離子體，對所述基片進行刻蝕；其中所述反應氣體包括主刻蝕氣體，稀釋氣體和側壁保護氣體，其中主刻蝕氣體分子為O2，稀釋氣體選自Ar、N2、CO之一或者這三者的混合物，側壁保護氣體為COS，稀釋氣體流量大于所述主刻蝕氣體流量，側壁保護氣體流量小于主刻蝕氣體流量。其中所述刻蝕目標材料層包括一層有機物掩膜材料層，以及位于該有機物掩膜材料層上方圖形化的無機材料層，所述圖形化無機材料層具有第一臨界尺寸。其中所述圖形化無機材料層的圖形通過位于其上方的具有第一臨界尺寸圖形的光刻膠為掩膜刻蝕獲得。所述有機物掩膜材料層通過刻蝕在材料層底部形成具有第二臨界尺寸的圖形，其中第二臨界尺寸小于第一臨界尺寸。并且以具有第二臨界尺寸圖形的所述有機物掩膜材料層為掩膜刻蝕下方的第二無機材料層。其中所述反應腔中通入反應氣體中稀釋氣體與主刻蝕氣體O2的流量比可以為5∶1～10∶1，也可以是5∶1～8∶1。其中所述反應腔中通入反應氣體中稀釋氣體的流量與側壁保護氣體COS的流量比可以在20∶1到6∶1之間。

根據本發明一個實施例，其中所述有機物掩膜材料層厚度大于100nm。所述射頻電能施加為100-1000W的射頻電能，刻蝕時間持續大于30秒。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：如下附圖構成了本說明書的一部分，和說明書一起列舉了不同的實施例，以解釋和闡明本發明的宗旨。以下附圖并沒有描繪出具體實施例的所有技術特征，也沒有描繪出部件的實際大小和真實比例。

圖1顯示了本發明一個等離子反應腔圖示。

圖2顯示了根據本發明一個實施例的刻蝕材料層結構示意圖

圖3顯示了本發明一個實施例通過光刻形成圖形化掩膜層后的材料層結構示意圖

圖4顯示了本發明一個實施例的通過掩膜層刻蝕有機物材料層后的材料層刻蝕結構示意圖。

圖5顯示了利用本發明實施例刻蝕方法刻蝕有機物材料層后材料層的截面圖。

具體實施方式