无限选择性的光刻胶掩膜蚀刻的制作方法
【专利说明】无限选择性的光刻胶掩膜蚀刻 本申请是申请号为200780013713.X、申请日为2007年1月30日、发明名称为"无限选 择性的光刻胶掩膜蚀刻统"的发明专利申请的分案申请。
【背景技术】
[0001] 本发明设及半导体器件的形成。更具体地，本发明设及通过在蚀刻层中蚀刻特征 形成半导体器件。
[0002] 在半导体晶片处理过程中，使用公知的图案化和蚀刻工艺在晶片中形成半导体器 件的特征。在运些工艺中，光刻胶（PR)材料沉积在晶片上并且之后暴露于由中间掩模过滤 的光线。该中间掩模可W是图案化为具有模板特征几何形状的玻璃板，该几何形状阻止光 线透过该中间掩模。
[0003] 穿过中间掩模之后，光线接触光刻胶材料的表面。光线改变光刻胶材料的化学成 分，从而显影剂可W去除一部分光刻胶材料。对于正光刻胶材料，暴露部分被去除，而对于 负光刻胶材料，未暴露部分被去除。其后该晶片被蚀刻，运样，下层材料被从不再受该光刻 胶材料保护的区域去除，并由此在该晶片中形成所需的特征。
[0004] 在基于半导体的设备（例如，集成电路或平面显示器）制造中，双镶嵌结构可连同 铜导体材料一起使用，用W减小与用于前一代技术的侣基材料中的信号传播有关的RC延 迟。在双镶嵌中，蚀刻该介电材料，而非该导体材料，从而形成过孔和沟槽，并且用铜填充该 过孔和沟槽。
[0005] 通常，在蚀刻下层材料过程中，一些光刻胶材料被去除。被蚀刻的下层材料的量相 对被蚀刻的光刻胶材料的比用来确定蚀刻选择性（selectivity)。
【发明内容】
[0006] 为了实现前述和按照本发明的目的，提供一种将特征蚀刻入蚀刻层的方法，该蚀 刻层设在光刻胶掩模下方而没有中间硬掩模。提供多个蚀刻循环。每个蚀刻循环包括提供 沉积蚀刻阶段，其将特征蚀刻入该蚀刻层并且将聚合物沉积在运些特征的侧壁上和该光刻 胶上，W及提供清理阶段，其去除沉积在该侧壁上的聚合物。
[0007] 在本发明的另一表现形式中，提供一种将特征蚀刻入蚀刻层的方法，该蚀刻层 设在光刻胶掩模下方而没有中间硬掩模。提供15到50个具有无限选择性（infinitely selective)的蚀刻循环蚀刻。每个蚀刻循环包括提供沉积蚀刻阶段，其将特征蚀刻入该蚀 刻层并且将聚合物沉积在运些特征的侧壁上和该光刻胶上，W及提供清理阶段，其去除沉 积在运些侧壁上的聚合物。
[0008] 本发明的另一表现形式中，提供一种用于在蚀刻层中形成特征的装置，其中该蚀 刻层由基片支撑，W及其中该蚀刻层由光刻胶掩模覆盖而没有中间硬掩模。等离子处理室 提供有形成等离子处理室外壳的室壁。基片支撑件在该等离子处理室外壳内支撑基片。压 力调节器调节该等离子处理室外壳中的压力。至少一个电极向该等离子处理室外壳提供能 源，用W维持等离子。气体入口提供气体进入该等离子处理室外壳。气体出口从该等离子 处理室外壳排出气体。气体源与该气体入口流体连接，并包括蚀刻气体源、沉积气体源和清 理阶段气体源。控制器可控制地连接到该气体源和该至少一个电极。该控制器包括至少一 个处理器和计算机可读介质。该计算机可读介质包括用于提供15到50个蚀刻循环的计算 机可读代码，该计算机可读代码包括用于提供沉积蚀刻阶段的计算机可读代码（该阶段将 特征蚀刻入该蚀刻层W及将聚合物沉积在运些特征的侧壁上和该光刻胶之上），该用于提 供沉积蚀刻阶段的计算机可读代码包括用于从该蚀刻气体源提供蚀刻气体的计算机可读 代码、用于由该蚀刻气体生成等离子的计算机可读代码、用于从该沉积气体源提供沉积气 体的计算机可读代码、用于由该沉积气体生成等离子的计算机可读代码和用于停止该沉积 和蚀刻阶段的计算机可读代码；W及用于提供清理阶段的计算机可读代码（该阶段去除沉 积在运些侧壁上的聚合物），该用于提供清理阶段的计算机可读代码包括用于从该清理阶 段气体源提供清理阶段气体的计算机可读代码、用于从该清理阶段气体生成等离子的计算 机可读代码和用于停止该清理阶段的计算机可读代码。
[0009] 本发明的运些和其他特征将在下面的具体描述中结合附图更详细地说明。
【附图说明】
[0010] 在附图中，本发明作为示例而不是作为限制来说明，其中相似的参考标号表示类 似的要素，并且其中：
[0011] 图1是在本发明实施方式中使用的、在蚀刻层中形成特征的高级流程图。
[0012] 图2A-D按照图1所示的实施方式的形成特征的示意图。
[0013] 图3是两步骤沉积蚀刻阶段的更详细的流程图。
[0014] 图4是可用来蚀刻和剥离的等离子处理室的示意图。
[0015]图5A-B说明适于实现用于本发明实施方式的控制器的计算机系统。
【具体实施方式】
[0016] 现在将根据其几个优选实施方式更详细地描述本发明在下面的描述中，阐述许多 具体细节W提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员，显然，本发明可不利用 运些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，公知的工艺步骤和/或结构没有说 明，W避免不必要的混淆本发明。
[0017] 为了便于理解，图1是本发明实施方式中使用的工艺的高级流程图。在蚀刻层之 上提供过孔掩模（步骤104)。图2是堆找200的剖视图，其具有形成在阻挡层212之上的 蚀刻层220,该阻挡层形成在晶片210之上。在运个例子中，层208设置在该阻挡层212和 该晶片210之间。尽管该层208示为形成在该晶片210上，在该蚀刻层220和该晶片210之 间可W形成任意数目的层。在运个例子中，该阻挡层212可W是碳化娃（SiC)层或其也可W 是SiN。该蚀刻层220可W是低k电介质，如有机娃酸盐电介质和多孔电介质，包括CORAL?， 来自 San Jose，California 的 Novellus ；Black DiamondTM，来自 Santa Clara，California 的 Applied Materials ;AuroraTM，可从 Ne化erlands 的 ASM International N. V.得到； Sumika FilmK，可从 Santa Clara，California 的 Sumitomo Chemical America，Inc.得 至Ij ;H0SPTM，来自 Morristown, New Jersey 的 AlliedSignal ;SiLKTM或高级多孔 SiLK，来自 DOW Qiemical Company ;0rionK FlowfiIiTM，来自 Trikon ;和 L邸TM,来自 JSR Co:rpD
[0018] 该过孔图案的形成可通过在该蚀刻层220上形成抗反射层（A化)216来进行。该 A化216可W通过旋涂沉积来形成。
[0019] 光刻胶掩模232形成在该A化216之上（步骤104)。该光刻胶掩模可通过将光刻 胶层暴露于图案化的光线，然后显影该光刻胶层232 W在该光刻胶层中获得过孔224。
[0020] 将特征有选择地蚀刻入该蚀刻层220 (步骤108)。该选择性蚀刻包括多个循环，其 中每个循环包括沉积蚀刻阶段（步骤112)和聚合物清理阶段（步骤116)。
[0021] 该沉积蚀刻阶段（步骤112)相对该光刻胶掩模232有选择地蚀刻该蚀刻层220， 并且将聚合物沉积在该特征的侧壁上W及该光刻胶上。图2B是该堆找200在沉积蚀刻阶 段（步骤112)之后的剖视图。已经执行了一个或多个蚀刻循环。该沉积蚀刻阶段蚀刻特 征234的一部分，同时将聚合物层236沉积在运些特征234的侧壁上W及该光刻胶掩模232 之上。运样一个沉积蚀刻阶段优选为无限选择性，因为运样一个阶段蚀刻该蚀刻层220而 没有蚀刻该光刻胶掩模232,而是在该光刻胶掩模232上形成聚合物层236。
[0022] 该聚合物清理阶段（步骤116)去除该沉积的聚合物。图2C是该堆找200在聚合 物清理阶段之后的剖视图。已经执行了一个或多个蚀刻循环。该聚合物清理阶段去除该特 征的侧壁上沉积的聚合物。在该优选实施方式中，该蚀刻层在该聚合物清理阶段期间没有 蚀刻。在其他实施方式中，该聚合物清理阶段可蚀刻在运些特征底部的蚀刻层。
[0023] 该蚀刻循环优选地执行10到100个循环。更优选地，该蚀刻循环执行15到50个 循环。最优选地，该蚀刻循环执行大约20个循环。
[0024] 图2D是在该选择性蚀刻（步骤108)完成之后该堆找200的剖视图。在运个例子 中，运些特征234被蚀刻为完全穿过该蚀刻层220。该光刻胶掩模232没有被蚀刻，提供无 限选择性。
[0025] 然后剥离该光刻胶掩模232 (步骤120)。
[0026] 优选地，运些特征234的侧壁是垂直的。优选地，该垂直的侧壁是从底部到顶部与 运些特征的底部成88°到90°之间角度的侧壁。
[0027] 优选地，该蚀刻层是介电层。更优选地，该蚀刻层是低k介电层。最优选地，该介 电层是二氧化娃基低k介电层。
[002引在没有该聚合物清理阶段（步骤116)的情况下，连续的沉积蚀刻阶段将持续在运 些特征的侧壁上增加更多的聚合物。结果，运些特征的宽度将降低，产生锥形的而不是垂直 的侧壁。运样的过程会导致蚀刻停止，运将限制蚀刻的宽度。 单个巧骤沉巧蚀刻阶段的示例
[0029] 本发明的优选实施方式的示例中，该基片210是娃晶片化及该介电蚀刻层220是 OSG(有机娃酸盐玻璃）或珊瑚（Coral)。在该优选实施方式中，该阻挡层由SiC形成。使 用ArF (193nmPR)光刻胶形成该掩模（步骤104)。在该优选实施方式中，该ARC层是底部抗 反射层度ARC)。该基片210设在等离子处理室中。
[0030] 图4是可用于蚀刻和剥离的等离子处理室400的示意图。该等离子处理室400包 括限制环402、上部电极404、下部电极408、气体源410和排气累420。该气体源410可包 括蚀刻气体源、沉积气体源和清理阶段气体源。在等离子处理室400内，该基片210设在该 下部电极408上。该下部电极408结合合适的基片卡紧机构（例如静电、机械夹紧等），用 于把持该基片210。该反应器顶部428结合正对着该下部电极408设置的该上部电极404。 该上部电极404、下部电极408和限制环402形成该受限制的等离子容积440。气体由该气 体源410提供到该受限制的等离子容积，并且由该排气累420通过运些限制环402和排气 口排出该受限制的等离子容积。第一 RF源444电连接到该上部电极404。第二RF源448 电连接到该下部电极408。室壁452围绕运些限制环402、该上部电极404和该下部电极 408。该第一 RF源444和该第二RF源448两者都可包括27MHz电源、60MHz电源和2MHz电 源。将RF功率连接到该电极的不同组合是可能的。在本发明的优选实施方式中，该27MHz、 60MHz和2MHz电源构成该第二RF电源448,其连接到该下部电极，并且该上部电极接地。控 制器435可控地连接到该RF源444、448、排气累420和该气体源