[發明專利]用于蝕刻有機硬掩膜的方法

有效

• 申請號: 201310049856.3
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN103247525B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 衛斯理·P·格拉夫
• 申請（專利權）人: 諾發系統公司
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311
• 代理公司: 上海勝康律師事務所31263
• 代理人: 李獻忠

技術領域

本發明涉及用在半導體光刻制造系統中的清潔工藝，具體是涉及一種用于從低介電常數膜蝕刻或者去除諸如無定形碳或旋涂碳之類的有機硬掩膜的方法。

背景技術

集成電路(IC)是通過光刻工藝在半導體晶片襯底上制造的。該光刻工藝能使所需電路的掩膜圖案或者該圖案的一部分通過選定波長的輻射能轉移到襯底上的光刻膠膜。那些被吸收的空中圖像(aerial image)部分，由于其能量超過了該光刻膠材料的光敏成分中的化學鍵的臨界能量(threshold energy)，從而在該光刻膠材料中形成了潛在的圖像。該潛在的圖像表明該部分光刻膠材料可在顯影工藝中被除去(在正性光刻膠的情況下)或者可在顯影之后被保留(在負性光刻膠的情況下)以在該光刻膠膜中形成三維的圖案。在后續的處理中，所形成的光刻膠膜圖案被用作蝕刻掩膜以從該光刻膠層的圖案化的開口區域去除下面的襯底。

鑲嵌工藝技術(damascene processing techniques)經常被用在集成電路制造中，其涉及在電介質層中的溝槽和孔中形成鑲嵌金屬導體。使用硬掩膜層中的開口來蝕刻該電介質層的所需部分以形成所述溝槽和孔。該硬掩膜層中的開口是經由蝕刻穿過形成在上覆的光刻膠層中的開口而自身形成的。鑲嵌工藝中的硬掩膜可由有機層制得，有機層為例如α-碳(α-carbon)或者阿爾法-碳(alpha-carbon)。

從248納米波長的光刻發展到193納米波長的光刻增加了掩膜集成(masking integration)的復雜性，常常需要在待蝕刻的層上沉積多層堆疊層(multilayer stack)。一個例子是三層堆疊層，其中SiON抗反射涂層(ARC)覆蓋在無定形碳硬掩膜層上，傳統的抗蝕劑能被旋涂于該抗反射涂層上并被處理。在該抗蝕劑被顯影后，通過氟干蝕刻工藝將圖案轉移到SiON層上。該抗蝕劑被去除，連同采用基于氧氣的蝕刻工藝以從所述SiON層中的開口去除所述硬掩膜層中的α-碳。然后通過電介質蝕刻工藝將該圖案從所述α-碳硬掩膜轉移到下面的電介質層，該電介質層在雙鑲嵌方法中被使用。在蝕刻該電介質層之后，在該晶片處理流程后端形成Cu或者其它金屬互連物之前，需去除α-碳硬掩膜層。

Sudijono等人的美國專利6,787,452公開了一種在光刻膠圖案化工藝過程中控制關鍵尺寸的方法，該方法能被用于在雙鑲嵌結構(dual damascene structure)中形成孔和溝槽。通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)法將無定形碳ARC沉積到襯底上。該阿爾法-碳層提供了相對于氧化物的高的蝕刻選擇性并且被公開為其能夠通過使用氧氣的等離子體灰化步驟被容易地去除。Ye等人的美國專利6,458,516公開了一種使用氫/氮基的等離子體去除聚合的、有機的掩膜層的方法。

低介電常數(低-k)材料，即那些介電常數通常低于約2.7至3.0的材料，已在鑲嵌工藝中被用作位于導電互連物之間的金屬間和/或層間電介質，所述導電互連物被用于減少由于電容效應(capacitive effects)所導致的信號傳播的延遲。電介質材料的介電常數越低，該電介質的電容就越低，并且該集成電路的RC延遲就越小。通常，低-k電介質為具有一定數量的結合碳(incorporated carbon)的氧化硅基材料，通常被稱為碳摻雜氧化物(CDO)。CDO的一個例子是商標為CORAL的碳摻雜氧化物，其來自于加利福尼亞州(California)的圣何塞(San Jose)的Novellus系統有限公司。已經發現高度氧化的環境通常不適合用于低-k材料上。當暴露在O₂等離子體中時，氧氣會清除或者去除該低-k材料中的碳。在許多這種材料中，例如CDO，碳的存在有助于提供低介電常數。因此，氧氣在一定程度上從這些材料中除去了碳，這有效地提高了介電常數。隨著用于制造集成電路的工藝朝越來越小的尺寸發展以及要求使用具有越來越低的介電常數的電介質材料，已經發現傳統的等離子體去除條件(strip plasma conditions)是不合適的。

因此，本技術領域中存在發展一種替代工藝的需要，這種工藝要求能有效除去有機硬掩膜層，例如無定形碳，并且不會去除過多的低-k電介質材料或者不會實質性地改變低-k電介質材料的性質。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種在光刻工藝中從晶片襯底蝕刻和/或去除有機硬掩膜的改進的方法。

根據本發明的另一個方面，提供了一種去除有機硬掩膜而不會損害下面的電介質層的方法。