硬掩模开口以及利用硬掩模开口的蚀刻形貌控制的制作方法

专利名称：硬掩模开口以及利用硬掩模开口的蚀刻形貌控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及在半导体器件制造过程中利用掩模蚀刻蚀刻
层。更具体地，本发明涉及在半导体器件制造过程中通过硬掩4莫蚀 刻高纵一黄比特征。
背景技术：
在半导体晶片处理期间，通过图案化的4备才莫限定该半导 体器件的特征。为了纟是高密度，则要降低特征尺寸。这可通过减小特征 的关4定尺寸(CD)来实现，这需要纟是高的分辨率。在蚀刻层中形成高纵横比特征时，硬掩才莫层可利用石更掩 ^t层上方的纟奄^t形成在蚀刻层上方。另外，多层抗蚀剂广泛用于高 性能ULSI器件的制造过程中。多层抗蚀剂通常包括图案化抗蚀剂 层、旋涂玻璃(SOG)中间层和底部抗蚀剂层。该图案化抗蚀剂层 可以是光刻胶。该底部抗蚀剂层可以是喷溅碳薄膜，或旋涂碳薄膜。

发明内容
为了实现前面所述的以及4安照本发明的目的，提供一种 蚀刻在基片上方并设在掩模下方的硬掩模层下方的蚀刻层的方法。 该基片设在等离子处理室中。该硬掩模层通过将具有COS或CS2组 分的硬掩模开口 (opening)气体通入该等离子室、由该石更4务才莫开口气体形成等离子和停止该硬掩模开口气体的通入而开口 。通过该硬 掩模将该特征蚀刻进该蚀刻层。去除该硬掩模。在本发明另 一表现形式中，提供一种蚀刻在基片上方并 设在掩模下方的硬掩模层下方的蚀刻层的方法，其中该硬掩模包括 碳基材料或掺杂硅的碳基组分之一。该基片设在等离子处理室中。 该石更掩才莫层通过将包4舌由02、 C02、 N2或H2的至少一个与COS或CS2 添加剂组成的开口组分的硬4务才莫开口气体通入该等离子室、由该硬 才务才莫开口气体形成等离子以及停止该硬4务才莫开口气体的通入来开
口。通过该硬掩模将特征蚀刻进该蚀刻层。去除该硬掩模。在本发明另 一表现形式中，提供一种打开形成在基片上 方的蚀刻层上的碳基硬掩模层的方法。该硬掩模层设在图案化的掩 模下方。该基片设在等离子处理室中。该硬掩模层通过将包括COS 组分的硬4务才莫开口气体通入该等离子室、乂人该硬掩才莫开口气体形成 等离子和停止该硬掩模开口气体的通入而开口 。该硬掩才莫层由无定 形碳组成，或由旋涂碳组成，该硬掩模开口气体还包括02。在本发明另 一表现形式中，4是供一种开口多层抗蚀剂4务 模中的旋涂碳层的方法，该掩模形成在基片上方的蚀刻层上。该多 层抗蚀剂掩模包括该旋涂碳层、设在该旋涂碳层上方的氧化物基材 料层和设在该氧化物基材料层上方的图案化的掩模。该基片设在等 离子处理室中。使用该图案化的掩模对该氧化物基材料层进行图案 化。使用该图案化的氧化物基材料层，通过将包括COS组分的硬掩 模开口气体通入该等离子处理室、由该硬掩模开口气体形成等离子 和停止该硬j奄才莫开口气体的通入而对该旋涂^暖层开口 。该石更4务冲莫开 口气体可进一步包括02。特征可通过该开口的旋涂>碳层蚀刻进该蚀 刻层，然后，该图案化的旋涂碳层可移出该室。在本发明另 一表现形式中，提供一种用于在基片上方以
ii及掩模下方的含碳硬掩模下方的蚀刻层中蚀刻高纵横比特征的设 备。提供等离子处理室，包括形成等离子处理室外壳的室壁，在该 等离子处理室外壳内支撑基片的基片支撑件，调节该等离子处理室
外壳中压强的压强调节器，提供功率至该等离子处理室外壳用以维 持等离子的至少一个电才及，电气连^妄至该至少一个电才及的至少一个
RF功率源，用于将气体提供进该等离子处理室外壳的气体入口，以 及用于从该等离子处理室外壳排出气体的气体出口。气体源与该气 体入口流体连通，并包4舌开口组分源、蚀刻气体源和添力口剂源。4空 制器，以可控方式连4妄至该气体源、该RF偏置源和至少一个RF功 率源，并包4舌至少一个处理器和计算才几可读介质。该计算才几可读介 质包括开口该硬掩模层的计算机可读代码，包括将硬掩才莫开口气体 通入该等离子室的计算才几可读代^码，该开口气体包4舌来自该开口组 分源的02、 C02、 N2或H2的至少一种组成的开口组分以及来自该添 加剂源的COS或CS2添力o剂，由该石更4务才莫开口气体形成等离子的计 算才几可读^码，和4亭止该硬j务才莫开口气体的通入的计算4几可读^ 码，通过该硬掩模将特征蚀刻进该蚀刻层的计算机可读代码，包括 从该蚀刻气体源纟是供蚀刻气体的计算一几可读^码，由该蚀刻气体形 成等离子的计算才几可读^码，和4f止该蚀刻气体的计算4几可读^C 码，和去除该^更掩才莫的计算才几可读代^码。在本发明另 一表现形式中，才是供一种4吏用形成在其上的 多层抗蚀剂掩模蚀刻基片上方的蚀刻层的设备。该多层抗蚀剂掩模 包4舌形成在该蚀刻层上的^走涂^碳层、i殳在该旋涂-友层上的氧化物基 材料层和设在该氧化物基材料层上的图案化的掩模。该设备包括等 离子处理室。该等离子处理室包:fe形成等离子处理室外壳的室壁， 在该等离子处理室外壳内支撑基片的基片支撑件，调节该等离子处 理室外壳中压强的压强调节器，提供功率至该等离子处理室外壳用 以维持等离子的至少一个电;^及，电气连接至该至少一个电极的至少 一个RF功率源，用于将气体才是供进该等离子处理室外壳的气体入口，以及用于从该等离子处理室外壳排出气体的气体出口。该设备 进一步包4舌与该气体入口流体连通的气体源，包4舌开口组分源、蚀 刻气体源和添加剂源，以及控制器，以可控方式连4妄至该气体源、
该RF偏置源和至少 一个RF功率源。该纟空制器包4舌至少 一个处理器 和计算机可读介质。该计算机可读介质包括使用该图案化的掩模图 案化该氧化物基材料层的计算机可读代码， -使用该图案化的氧化物 基材料层开口该旋涂碳层的计算机可读代码，其包括将包含COS组 分的石更掩才莫开口气体通入该等离子处理室的计算才几可读代码，由该 硬掩模开口气体形成等离子的计算机可读代码，以及停止该硬掩模 蚀刻气体的通入的计算机可读代码。该计算机可读介质进一步包括 通过该开口的凝二涂^碳层将特;f正蚀刻进该蚀刻层的计算才几可读代^马， 其包括/人该蚀刻气体源纟是供蚀刻气体的计算一几可读代码，由该蚀刻 气体形成等离子的计算机可读代码，和停止该蚀刻气体的计算机可 读代码。该计算才几可读介质还包4舌去除该图案化的^走涂>暖层的计算 机可读代码。本发明的这些和其他特征将在下面的具体描述中结合附 图更详细;也-说明。


在附图中，本发明作为示例而不是作为限制来i兌明，其 中类似的参考标号指出相似的元件，其中图1是本发明 一个实施例的高级流程图。图2是可用于蚀刻的等离子处理室的示意图。
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图3A-B说明计算机系统，其适于实现用于本发明实施例 的控制器。图4 A - E是按照本发明 一 个实施例处理的堆栈的示意图。
图5是利用添力口剂开口硬掩才莫层的步骤的更详细的流程图。图6是按照本发明 一个实施例，形成在基片上的蚀刻层上 的多层抗蚀剂掩模示例的剖视示意图。图7是按照本发明这个实施例，使用多层抗蚀剂掩模蚀刻 形成在基片上的蚀刻层的工艺的高级流程图。图8是按照本发明一个实施例，可用于开口和蚀刻的等离 子处理室的示意图。图9A是按照本发明 一 个实施例，在该开口工艺之后旋涂 碳层的形貌的剖#见示意图。图9B是传统的开口工艺(没有COS)之后的旋涂石友层的 形貌的剖^L示意图，作为参考。
具体实施例方式现在将才艮据其如在附图中i兌明的几个实施方式来具体描 述本发明。在下面的描述中，阐述许多具体细节以提供对本发明的
彻底理解。然而，对于本领i或:技术人员，显然，本发明可不利用这
些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，/>知的工艺步 骤和/或结构没有说明，以避免不必要的混淆本发明。
为了便于理解，图l是本发明的一个实施例中使用的工艺 的高级流程图。将具有蚀刻层的基片设在蚀刻室中，该蚀刻层上方 是硬掩模层，该硬掩模层上方是掩模(步骤104 )。使用带有添加剂 COS (氧好"匕》友)或CS2 (二石克化-友)的开口气体开口该硬j务才莫层
(步骤108)。通过该硬掩模将特征蚀刻进该蚀刻层(步骤112)。在 所述蚀刻工艺期间使用包括COS或CS2的钝化气体钝化这些特征
(步-骤116 )。然后完全去除该硬j务一莫(步-骤120 )。图2是可用于实施本发明的等离子处理室(蚀刻反应器) 的示意图。在本发明的一个或多个实施例中，蚀刻反应器200包括 室壁250内的顶部中央电才及206、顶部夕卜部电才及204、底部中央电才及 208和底部夕卜部电才及210。顶部绝纟彖环207^]夺该顶部中央电才及206与该 顶部外部电才及204纟色纟彖。底部绝》彖环212^]夺该底部中央电才及208与该 底部外部电极210绝缘。还是在该蚀刻反应器200，基片280设在该 底部中央电才及208的顶部上。可选;也，该底部中央电才及208集成合适 的基片卡紧装置(例如，静电、机械夹紧等)，用于夹持该基片280。气体源224连接至该蚀刻反应器200,并在该蚀刻工艺期 间将该蚀刻气体才是供进该蚀刻反应器200的等离子区域240。在这个 示例中，该气体源224包括开口气体源264、蚀刻气体源266和COS 或CS2源268，其提供用作该硬掩模开口气体的气体。偏置RF源248、第 一激励RF源252和第二激励RF源256通 过控制器235电气连接到该蚀刻反应器200,以纟是供功率至该电极 204、 206、 208和210。该^扁置RF源248生成Y扁置RF功率，并^]夺该Y扁 置RF功率提供至该蚀刻反应器200。优选地，该偏置RF功率的频率 在l千赫兹(kHz)和10兆赫兹(MHz)之间。更优选地，该偏置RF 功率的频率在lMHz和5MHz之间。还更优选;也，该偏置RF功率的频 率为大约2MHz。
该第一激励RF源252生成源RF功率并将该源RF功率提供 至该蚀刻反应器200。优选地，这个源RF功率的频率大于该偏置RF 功率。更4尤选;也，这个源RF功率的频率在10MHz和40MHz之间。最 优选;也，这个源RF功率的频率为27MHz。该第二激励RF源256生成另 一源RF功率，并将该源RF功 率才是供至该蚀刻反应器200,除由该第一激励RF源252生成的RF功 率之外。 <尤选;也，这个源RF功率的频率大于该偏置RF源和该第一 激励RF源。更优选地，该第二激励RF源的频率大于或等于40MHz。 最优选地，这个源RF功率的频率为60MHz。可将不同的RF信号才是供至该顶部和底部电极的各种不 同的组合。优选地，该RF的最低频率应当通过其上设置有被蚀刻材 #+的底部电才及施力。，其在这个示例中是该底部中央电才及208。该控制器235连4妻至该气体源224、该偏置RF源248、该 第一激励RF源252和该第二激励RF源256。该控制器235控制该蚀刻 气体进入该々虫刻反应器200的;充动；乂人该三个RF源248、 252、 256 生成RF功率；该电极204、 206、 208和210和该排气泵220。在这个示例中，提供限制环202以提供对等离子和气体的 限制，它们在该限制环之间通过并由该排气泵4非出。图3A和3B说明一个计算机系统，其适于实现用于本发明 一个或多个实施例的控制器235。图3A示出该计算机系统300的 一种 可能的物理形式。当然，该计算才几系统可以具有乂人集成电^各、印刷 电路板和d、型手持设备到巨型超级计算机的范围内的许多物理形 式。计算机系统300包括监视器302、显示器304、机箱306、；兹盘驱 动器308、 4建盘310和鼠标312。；兹盘314是用来与计算4几系统300传 入和传出lt据的计算才几可读介质。
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图3B是计算机系统300的框图的一个例子。连接到系统总 线320的是各种各才羊的子系统。处理器322 (也称为中央处理单元， 或CPU)连接到存储设备，包括存储器324。存储器324包括随机访 问存储器(RAM )和只读存储器(ROM )。如本领域所公知的，ROM 用作向CPU单向传输数据和指令，而RAM通常用来以双向的方式传 输数据和指令。这两种类型的存储器可包括下面描述的任何合适的 卞卞异不/L 口J谅力、质。闺疋》兹盜32(H!L文乂又问迕孑要到(JPU322;其才是供吝页 外的数据存储并且也包括下面描述的任何计算机可读介质。固定磁 盘326可用来存储程序、数据等，并且通常是次级存储介质(如硬 盘)，其比主存储器慢。可以理解的是保留在固定磁盘326内的信息 可以在适当的情况下作为虚拟存4诸器以标准的方式结合在存^f诸器 324中。可移动,兹盘314可以采用下面描述的任何计算机可读介质的 形式。CPU322还连4妄到各种输入/输出i殳备，如显示器304、 4建 盘310、鼠标312和扬声器330。通常，输入/输出设备可以是下面的 任何一种视频显示器、轨迹球、鼠标、键盘、麦克风、触摸显示 器、转换器读卡器、磁带或纸带阅读器、书写板、触针、语音或手 写识别器、生物阅读器或其他计算机。CPU322可选地可使用网络 接口340连接到另一台计算机或者电信网络。利用这样的网络接口 ， 计划在执行上述方法步骤地过程中，CPU可从网络接收信息或者向 网络输出信息。此夕卜，本发明的方法实施方式可在CPU322上单独 执行或者可在如Internet的网络上与共享该处理 一部分的远程CPU 一起执行。另外，本发明的实施方式进一步涉及具有计算4几可读介 质的计算机存储产品，在计算机可读介质上有用于执行各种计算机
实现的#乘作的计算枳J气码。该介质和计算枳J戈码可以是那些为本发 明目的专门设计和构建的，或者它们可以是对于计算机软件领域技术人员来说/>知并且可以得到的类型。计算才几可读介质的例子包
括，^f旦不限于f兹介质，如硬盘、软盘和;兹带；光介质，如CD-ROM 和全息设备；磁-光介质，如光软盘；以及为了存储和执行程序代码 专门配置的硬件设备，如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件 (PLD)以及ROM和RAM器件。计算机代码的例子包括如由编译 器生成的机器代码，以及包含高级代码的文件，该高级代码能够由 计算机使用解释器来4丸行。计算机可读介质还可以是在载波中由计 算机数据信号携带的并且表示能够被处理器执行的指令序列的计 算机代码。
示例为了便于理解本发明，图4A是堆栈400的剖视图示。该 堆栈具有基片404，该基片上方"i殳有蚀刻层408,该蚀刻层上方"i殳有 石更4务一莫层412,该硬:4务^莫层上方i殳有掩一莫416,该掩才莫上方"i殳有光刻 胶掩模420。在本发明这个实施例中，该基片404是石圭晶片和该蚀刻 层408是介电层，如掺杂或非掺杂氧化硅无机或有机基低-k介电材 料，该硬掩模层412是无定形碳，该纟务才莫416是氧化珪(Si02)或氮 氧化硅(SiON)。在别的示例中，该蚀刻层是二氧化硅基材料，有 才几石圭酸盐JE皮璃、氮化石圭基材一牛、氮氧化^圭基材并牛、》友化石圭基材津牛、 硅或多晶硅材料或任何金属栅极材料的至少一个。在别的示例中， 该硬掩模是碳基材料或具有碳组分的硅基材料。将该基片404、蚀刻层408、硬4奄才莫层412和4奄才莫416i殳在 该蚀刻反应器200中(步-骤104)。通过该光刻月交4务才莫蚀刻该^务才莫416 以图案化该4奄才莫416，如图4B所示。往往，该掩才莫416由单层(DARC ) 或两层(BARC/DARC)(底部抗反射涂层/介电抗反射涂层)组成。 用来开口这种掩才莫的通常气体含有氟碳化合物或氟代烃基化学制 剂，可以有也可以;殳有Ar禾口。2添力口剂。
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该硬掩才莫层使用COS或CS2添加剂来开口 (步骤108)。图 5是使用COS或CS2添加剂开口该硬掩模层的步骤的更详细的流程 图。将带有添加剂的开口气体通入该蚀刻室(步骤504)。在这个示 例中，所提供的开口气体包括02、 COS,也可能还有惰性气体。将 该开口气体形成为等离子(步骤508 )。该等离子用来开口该硬掩模。 图4C是该堆栈400在该开口工艺将特征开口至该硬掩模层412的剖 视示意图。 一旦这些特征被开口至硬掩模层412,停止该开口气体 的通入(步骤512)。更可能，在这个步骤过程中，该光刻胶(PR) 层,皮完全去除。用于硬掩模开口的示例性制法提供20mTorr的室压。该静 电卡盘温度保持在-10。C。上部电极温度保持在140。C。或者，该静 电卡盘温度保持在30。C，和该上部电极温度保持在110。C。冲是供 200sccmO2和10sccmCOS组成的开口气体。^是供60MHz的600瓦特持 续52秒。对于这个示例性制法，去除该硬掩才莫的蚀刻速率是大约 6000A/min。通过该开口的硬:淹模层将特征蚀刻进该蚀刻层(步骤
112)。所使用的制法取决于待蚀刻材料的类型。对于TEOS、 BPSG、 低k电介质、FSG、 SiN等，需要不同的工艺制法。图4D是该堆栈400在已经将这些特征蚀刻进该蚀刻层 408之后的剖视示意图。该掩才莫416可以是同该蚀刻层408相同的材 并+或具有类似的蚀刻属性。结果，该蚀刻层408和该4奄才莫416之间的 选择比非常低或者近似i:i,这将使得这个掩模在特征蚀刻进该蚀刻
层408过程中被蚀刻掉。因为该硬掩模层412具有不同于该蚀刻层 408的蚀刻属性，所以可以相对该硬j务模有选4奪地蚀刻该蚀刻层 408。
在本发明别的实施例中，该蚀刻层可以不4參杂或4参杂二 氧化硅基材料(例如TEOS、BPSG、FSG等)、有机珪酸盐玻璃(OSG )、 多孑LOSG、氮化硅基材料、氮氧化硅基材料、碳化硅基材料、低k-介电或任何金属栅极材料。在这个示例中，钝化^皮蚀刻的特征(步骤116)。在这个 示例中，室压为20mTorr。该静电卡盘温度保持在-10。C。上部电极 温度保持在140。C 。 ^是供200sccmO2和10sccmCOS组成的钝化气体。 提供60MHz的600瓦特。在不受到理论限制的情况下，相信该钝化 可才是供在剥除或去除该硬j奄才莫层期间保护该蚀刻层的阻挡层。4艮可 能，该S与来自该无定形碳的碳键合形成包含C-S或C-S-S-C键的结 构。相信这种化合物具有良好的耐蚀刻性。去除该硬掩才莫(步-骤120)。可4吏用标准的有机层剥除工 艺，如提供02剥除气体。该钝化层可用来在剥除期间保护低k介电 和/或有机介电层。在可选方案中，添加剂COS或CS2可增加到该剥 除气体以在该剥除工艺期间进一步4是供保护层。可在去除该硬j奄才莫 之后〗吏用湿法清洁工艺以去除<壬4可残余的《屯4b层，而不损伤该蚀刻 层。图4E是该堆栈在已经去除该硬掩模层之后的剖视示意图。在一个示例中，该开口气体不含氟。是否4吏用氟取决于 该硬掩模的材料。不含氟的开口气体能够开口不含硅的硬掩模层。 在另一示例中，其中该硬掩模层含有硅组分，该开口气体含有氟组 分。该氟组分必须正确调节以具有足够的对该掩模416层的选"^奪比。除了COS或CS2，该剥除气体优选地包括02, C02， N2, 或112至少一个。更优选地该剥除气体包括轰击组分如Ar。更优选地， 该剥除气体包括02或N2。最优选地，该剥除气体包括02。f口CS2添力口
剂的《屯4匕'在一个示例中，该硬4务才莫可以是无定形^暖或其可以包含 集合在该无定形碳结构中的Si。最优选地，该硬掩模层是无定形碳。 这样一种硬#务才莫可以旋涂或化学气相沉积(CVD)或可由别的方法 沉积。在别的示例中，该硬掩模层含有碳组分，如碳基硬掩模，如 无定形碳，或具有碳组分的硅基硬掩模。本发明可用来在这样的层 中蚀刻4壬<可纵4黄比特4正。优选地，该4lr才莫层由氧化石圭或SiON组成。优选地，该掩 模层和该蚀刻层具有类似的蚀刻属性。优选地，该硬掩模层可相对 该掩一莫层选择性蚀刻和该蚀刻层可相对该硬4务4莫层选4奪性蚀刻。优选地，本发明^是供大于20:1的高纵^黄比蚀刻。更优选 地本发明提供大于25:1的高纵横比蚀刻。按照本发明 一个实施例，多层抗蚀剂(MLR )掩模用于 形成在基片上方的蚀刻层的蚀刻。图6示意性地说明多层抗蚀剂掩 才莫600的一个示例，其形成在蚀刻层604上，该蚀刻层形成在基片602 上。如图6所示，该多层抗蚀剂掩模600包括形成在该蚀刻层604上 的旋涂碳(SOC)层606、设在该旋涂碳层606上的氧化物基材#牛层 608以及设在该氧化物基材料层608上的图案化的掩模610。例如，该图案化的掩才莫610可以是厚度大约120nm的图案 化的光刻胶(PR)掩模。该PR掩模610可利用具有大约70nmCD的 浸没193nm光刻图案化。该氧化物基材料层608可由Si02基材料组 成，如厚度大约45nm的旋涂玻璃(SOG)层。该:旋涂石灰层606可在 下方的蚀刻层604的蚀刻中用作硬掩模，并且还可以称作旋涂硬掩 才莫(SOH)。该旋涂碳层606厚度可以是350nm。相比之前实施例中
21的无定形石友，其通常需要喷溅薄力莫沉积工艺，该祷:涂>暖层4吏用传统 的抗蚀剂涂敷剂通过旋涂形成并因此费用较低。旋涂碳更像聚合物 并因此比无定形碳4欠。另一方面，相比其他有才几薄膜，该旋涂碳具 有较高的碳浓度和较低的氧浓度。该旋涂碳层可使用有机平面化材 一牛(如NFC，可/人JSR Micro, Inc., Sunnyvale, California得到)以及 另'J的才才津牛(^口SOC ( S走f余石友)，SOH ( ^:〉余石更寺务才莫)，可/人Shipley Co. Inc., Marlborough, MA， TOK, Japan, JSR Micro， Inc.等4寻到)形成。 该蚀刻层604可以是TEOS (四-乙基-正-石圭酸盐，四-乙基-石圭烷)或 PE-TEOS层，厚度大约400nm。该基片602可由SiN或其他石圭基材料 组成。应当注意本发明不限于该蚀刻层或该基片的具体材料。图7是按照本发明这个实施例，使用多层抗蚀剂掩模蚀刻 形成在基片上的蚀刻层的工艺的高级流程图。上述的该多层抗蚀剂 掩模600和该蚀刻层604用作说明性示例。具有多层组成的堆栈的基 片602设在等离子处理室中(步骤702)。图8是按照本发明一个实施 例，可用于该创新性蚀刻的等离子处理室800的示意图。该等离子 处理室800包括限制环802、上部电才及804、下部电才及808、气体源810 和连4妄至气体出口的排气泵820。在等离子处理室800，该基片602 (具有多层组成的堆栈)i殳在该下部电极808上。该下部电极808结 合合适的基片卡紧装置(例如，静电、机械卡紧等)，用以夹持该 基片602。该反应器顶部828结合该上部电极804,正对该下部电招_ 808设置。该上部电才及804、下部电才及808和限制环802限定受限等离 子容积840 。气体由该气体源810通过形成在该顶部电才及中的气体入 口 (孔)843提供至该受限等离子容积840， #皮4是供至该下部电才及的 RF功率解离为反应性等离子，然后，由该排气泵820通过该限制环 802和排出口排出该受限等离子容积840。除了帮助排出气体，该排 气泵820还帮助调节压强。在这个实施例中，该气体源810包括图案 4匕气体源812、硬:4奄一莫开口气体源814和蚀刻气体源816。该硬i务才莫 开口气体源可包括COS气体源、02气体源和取决于该开口气体制法的可选的其他气体源(未示)。该气体源810可进一步包括其他气体 源818，如用于随后的在该处理室800中执行的用于该硬掩模的剥除 工艺的剥除气体源。如图8, RF源848电气连接至该下部电极808。室壁852围 绕该限制环802、该上部电4及804和该下部电极808。该RF源848可包 括2MHz功率源、60MHz功率源和27MHz功率源。可以有不同的RF 功率与^亥电才及连4妄的纟且合。在Lam Research Corporation的介电々虫刻 系统的'f"青形中，i口Exelan⑧Series, 由Fremont, California的LAM Research CorporationTM制造，其可以用于扭^f亍本发明的4尤选实施例， 该27MHz、 2MHz和60MHz功率源构成该RF功率源848，连4妻至该下 部电才及，该上部电招〃接地。控制器835以可控方式连接至该RF源848、 排气泵820和该气体源810。该控制器835可以实现为与参照图3A和 3B描述的该控制器235相同。回头参照图7， 4吏用图案化气体通过该图案化的PRi奄才莫 610图案化该氧化物基材^l"层608 (步骤704)。任何传统的气体适于 蚀刻/图案化该氧化物基材料层608。然后，该旋涂碳层606使用硬掩 模开口气体通过该图案化的氧化物基材料层608来开口 (步骤706 )。 在该开口步骤，将包含COS组分的该硬掩才莫开口气体从该硬掩4莫气 体源引入该等离子处理室。由该硬掩模开口气体形成等离子以便开 口 (蚀刻)该旋涂碳层。然后，停止该硬掩模开口气体的通入。按 照本发明的一个实施例，该硬4奄才莫开口气体进一步包括02。优选地， 该硬掩才寞开口气体实际上由02、 COS和稀释(dilutant)气体(如Ar ) 组成。或者，该硬j务4莫开口气体可包4舌COS， 02、 C02、 N2或H2至 少一个，以及可选的Ar。 CO或CH4可进一步添加到该碩i奄才莫开口气 体。在优选的示例中，该硬i备才莫开口气体包含大约100至400sccmO2 和大约l至50sccmCOS,优选地，大约5至20sccmCOS，更优选i也大 约10sccmCOS。或者，COS可以是该硬掩模开口气体总流量的大约
231%至25%,优选地5%至15%，更优选地大约10%。硬:4务才莫开口的示 例性制法提供20mTorr的室压。该静电卡盘温度保持在30。C。上部 电才及温度保持在110。C。才是供由200sccmO2和10sccmCOS组成的开口气体。图9A示意性-说明该旋涂碳层在4要照本发明 一个实施例 的开口工艺之后的形貌的剖视图。为了对比，图9B示出该旋涂碳层 在传统的开口工艺(没有COS)之后的形貌的剖视示意图，作为参 照。通过将COS添加到该硬4奄才莫开口气体，该旋涂碳层606的形貌 得到显著改善。由于旋涂碳更像聚合物并且比无定形碳软，所以相 信该旋涂碳层在该开口工艺期间更容易受到低切、弯曲、锥化等影 响。申请人已经尝试了各种各样的气体，如CH3F、 CH4、 C2H4和CO， 作为添加剂添加至该硬i奄冲莫开口气体以控制该;旋涂石灰层的形貌，并 且发现COS出乎意一+地既改善该形貌，又能4呆持该开口工艺的高蚀 刻速率。COS不会像别的添加剂那样显著影响该蚀刻速率。回头参照图7，使用这样开口的旋涂碳层作为硬掩模，使 用蚀刻气体将特4i蚀刻进该蚀刻层604 (步-骤708),通过,人该蚀刻 气体源提供蚀刻气体、由该蚀刻气体形成等离子和停止该蚀刻气 体。该蚀刻层的蚀刻可以类似于前述实施例的方式进行，或可〗吏用 适于该蚀刻层(在这个示例中是TEOS)的任何传统蚀刻工艺进行。 在随后工艺(步骤710)中，可完全去除该硬:4务^t。尽管本发明依照多个实施方式描述，但是存在落入本发 明范围内的改变、置换和各种替代等同物。还应当注意，有许多实 现本发明方法和i殳备的可选方式。所以，其意图是下面所附的一又利 要求解释为包括所有这样的落入本发明主旨和范围内的改变、置换 和各种替代等同物。
权利要求
1.一种用于开口在基片上方的蚀刻层上形成的碳基硬掩模层的方法，该硬掩模层设在图案化的掩模下方，该方法包括将该基片设在等离子处理室；以及开口该硬掩模层，包括将含有COS组分的硬掩模开口气体通入该等离子室；由该硬掩模开口气体形成等离子；以及停止该硬掩模开口气体的通入。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中该石更4奄才莫层由无定形石友组成。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中该硬掩模层由旋涂碳组成。
4. 根据权利要求1 -3任一项所述的方法，其中该硬掩模开口气体进一步包括02。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中该硬掩模开口气体实质上由02、 COS和稀释气体组成。
6. 根据权利要求1 -3任一项所述的方法，其中该硬掩模开口气体进一步包4舌。2、 C02、 N2或H2至少一个。
7. 根据权利要求l-6任一项所述的方法，其中在该图案化的掩模和该硬掩才莫层之间提供氧化物基材料层，该方法进一步包括使用该图案化的4务才莫图案化该氧化物基材料层，以及其中该硬掩模层通过该图案化的氧化物基材料层而开口 。
8. —种开口形成在基片上方的蚀刻层上的多层抗蚀剂掩才莫中的旋涂碳层的方法，该多层抗蚀剂掩模包括该旋涂碳层、设在该旋涂,灰层上方的氧化物基材料层和设在该氧化物基材料层上的图案化的4务才莫，该方法包括将该基片设在等离子处理室；使用该图案化的掩才莫图案化该氧化物基材料层；以及4吏用该图案化的氧化物基材冲牛层开口该i走涂石友层，该开口包括将包含COS组分的硬掩模开口气体通入该等离子处理室；由该硬掩模开口气体形成等离子；以及4f止该》更掩纟莫开口气体的通入。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中该硬掩模开口气体进一步包括02。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中该硬掩模开口气体实质上由02、 COS和稀释气体组成。
11. 根据权利要求8所述的方法，其中该硬掩模开口气体进一步包括02、 C02、 N2或H2中至少一个。
12. 根据权利要求8-11任一项所述的方法，其中COS是该硬掩模开口气体总流量的大约1%至25%。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中COS是该硬掩模开口气体总流量的大约5%至15%。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中COS是该硬掩模开口气体 总流量的大约10%。
15. —种使用形成在其上的多层抗蚀剂掩模蚀刻基片上方的蚀刻 层的方法，该多层抗蚀剂掩模包括形成在该蚀刻层上的旋涂碳 层、设在该旋涂碳层上的氧化物基材料层和设在该氧化物基材 料层上的图案化的掩模，该方法包括将该基片"i殳在等离子处理室；使用该图案化的掩才莫图案化该氧化物基材料层；开口该祷:涂石友层^吏用该图案化的氧化物基材冲+层，该开 口包括将包括COS组分的硬掩模开口气体通入该等离子处 理室；由该硬掩模开口气体形成等离子；以及停止该硬掩模蚀刻气体的通入； 通过该开口的旋涂碳层将特征蚀刻进该蚀刻层；以及 去除该图案化的^走涂爿碳层。
16. —种使用形成在其上的多层抗蚀剂4务才莫蚀刻基片上方的蚀刻 层的设备，该多层抗蚀剂掩模包括形成在该蚀刻层上的旋涂碳 层、设在该旋涂碳层上的氧化物基材料层和设在该氧化物基材 料层上的图案化的掩模，该设备包括等离子处理室，包括形成等离子处理室外壳的室壁；在该等离子处理室外壳内支撑基片的基片支撑件； 调节该等离子处理室外壳中压强的压强调节器； 提供功率至该等离子处理室外壳用以维持等离子的至少一个电才及；电气连4妄至该至少 一个电极的至少 一个RF功率源；用于将气体提供进该等离子处理室外壳的气体入 口 ； 以及用于从该等离子处理室外壳排出气体的气体出口 ；与该气体入口流体连通的气体源，包4舌图案化气体源、 开口气体源和々虫刻气体源；以及控制器，以可控方式连4妄至该气体源、RF偏置源和该至 少 一个RF功率源，包4舌至少一个处理器；以及 计算机可读介质，包括使用该图案化的掩才莫图案化该氧化物基材料层 的计算机可读代码；使用该图案化的氧化物基材料层开口该旋涂碳 层的计算4几可读代码，包括将包括COS组分的硬掩才莫开口气体通入该 等离子处理室的计算才几可读 码；由该硬掩模开口气体形成等离子的计算机 可读代一玛；以及停止该硬纟务模蚀刻气体的通入的计算机可 读代码；以及通过该开口的凝:涂^碳层将特4正蚀刻进该蚀 刻层的计算机可读代码，包括从该蚀刻气体源提供蚀刻气体的计算 才几可读代7马；由该蚀刻气体形成等离子的计算才几可 读代码；以及停止该蚀刻气体的计算机可读代码；以及 去除该图案化的旋涂碳层的计算机可读代码。
17. 蚀刻位于基片上方和石更掩才莫层下方的蚀刻层的方法，该^更掩才莫 层设在掩模下方，该方法包括将该基片"i殳在等离子处理室；开口该硬j奄才莫层，包括将具有COS或CS2组分的硬掩才莫开口气体通入该 等离子室；由该硬掩模开口气体形成等离子；以及 止该;更掩才莫开口气体的通入； 通过该硬掩模将特征蚀刻进该蚀刻层；以及 去除该硬掩才莫。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中该硬掩模包括碳基材料或 具有碳组分的硅掺杂碳基材料之一 。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中该硬掩模层是无定形碳。
20. 根据权利要求18所述的方法，其中该硬掩模开口气体进一步 包4舌02、 C02、 N2或H2至少一个。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中该硬掩模开口气体进一步 包括Ar。
22. 根据权利要求17-21任一项所述的方法，其中该掩模由氧化硅 或SiON组成。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中该蚀刻层是二氧化硅基材 料、有机硅酸盐玻璃、氮化硅基材料、氮氧化硅基材料、碳化 硅基材料、硅或多晶硅材料或任何金属栅极材料之一。
24. 根据权利要求17-23任一项所述的方法，其中该硬掩模由碳基 材料组成，其中该去除该硬4备模是氧气灰化，其中该蚀刻层是 寸氐k介电层，该方法进一步包4舌，在去除该》更4备4莫之前4屯4匕蚀 刻进所述蚀刻层的特4i的侧壁，其包括提供包含氧气与添加剂COS或CS2的灰化气体；由该灰化气体形成等离子；以及停止该灰化气体。
25. 根据权利要求17-24任一项所述的方法，其中该硬掩模开口气 体含有COS组分。
26. —种由权利要求17-25任一项所述方法制得的半导体器件。
27. —种用于在基片上方以及掩才莫下方的含碳硬掩模下方的蚀刻 层中蚀刻高纵横比特征的设备，包括等离子处理室，包括形成等离子处理室外壳的室壁；在该等离子处理室外壳内支撑基片的基片支撑件；调节该等离子处理室外壳中压强的压强调节器；提供功率至该等离子处理室外壳用以维持等离子的至少一个电才及；电气连^妻至该至少一个电才及的至少一个RF功率源；用于将气体提供进该等离子处理室外壳的气体入 口； 以及用于乂人该等离子处理室外壳排出气体的气体出口 ； 气体源，与该气体入口流体连通，包4舌 开口组分源； 々虫刻气体源；以及 添力p剂源；以及控制器，以可控方式连4妄至该气体源、RF偏置源和该至 少一个RF功率源，包4舌至少一个处J里器；以及计算^几可读介质，包4舌开口该硬j务才莫层的计算机可读代码，包括将硬掩模开口气体通入该等离子室的计算 才几可读代7马，该硬:4奄一莫开口气体包4舌来自该开口 组分源的02、 N2或H2的至少一种组成的开口组 分以及来自该添加剂源的COS或CS2添加剂；由该硬掩模开口气体形成等离子的计算机可读代码；以及停止该硬j务才莫开口气体的通入的计算4几可读代码；通过该硬掩模将特征蚀刻进该蚀刻层的计算机 可读代i码，包括-/人该蚀刻气体源纟是供蚀刻气体的计算才几可读代码；由该蚀刻气体形成等离子的计算机可读代 码；以及止该蚀刻气体的计算才几可读代^马；以及 去除该碩j务一莫的计算一几可读^码。
28. 根据权利要求27所述的设备，其中该硬掩模由碳基材料组成， 其中该去除该硬4务才莫是氧气灰化，其中该蚀刻层是低k介电 层，其中该计算才几可读介质进一步包4舌，在去除该硬j务才莫之前 4屯化蚀刻进所述蚀刻层的特征的侧壁的计算才几可读^码，该设 备包括才是供包含来自该开口组分源的氧气与来自该添力。剂源的 添加剂COS或CS2的灰^f匕气体的计算才几可读^码；由该灰化气体形成等离子；以及停止该灰化气体。
全文摘要
一种开口形成在基片上方的蚀刻层上的碳基硬掩模层的方法。该硬掩模层设在图案化的掩模下方。该基片设在等离子处理室中。该硬掩模层通过将包含COS组分硬掩模开口气体通入该等离子室、由该硬掩模开口气体形成等离子和停止该硬掩模开口气体的通入而开口。该硬掩模层可由无定形碳组成，或由旋涂碳组成，该硬掩模开口气体可进一步包括O₂。
文档编号H01L21/302GK101675505SQ200880014689
公开日2010年3月17日 申请日期2008年5月2日 优先权日2007年5月3日
发明者亚伦·埃普勒, 卡梅利娅·鲁苏, 埃里克·赫德森, 川口小泽, 李钟必, 穆坤德·斯里尼瓦桑, 黄志松 申请人:朗姆研究公司