从蚀刻晶片脱模光致抗蚀剂的方法

专利名称：：从蚀刻晶片脱模光致抗蚀剂的方法
背景技术：
：本发明涉及基于半导体的装置的制造。更具体地，本发明涉及制造具有低-k电介质层的基于半导体的装置的改进技术。在基于半导体的装置(例如，集成电路或平板显示器)的制备中，双波形花纹(dualdamascene)结构可用于连接铜导线材料以减少在以往的技术中使用的以铝为基础的材料中与信号传播有关的RC延迟。在代替蚀刻导电材料的双波形花纹中，可将通路(vias)和沟槽蚀刻到电介质材料中并用铜填充。过量的铜可以通过化学机械抛光(CMP)除去，保留由通路连接的铜线用于信号传输。为了更进一步地减少RC延迟，可以使用多孔和无孔的低-k介电常数材料。在本说明书和权利要求书中，将低-k定义为k＜3.0。多孔和无孔的(致密的)低介电常数材料可包括有机硅酸盐玻璃(OSG)材料，其也被称为掺杂碳的硅酸盐。OSG材料可以是掺杂有机组分(如甲基基团)的二氧化硅。OSG材料具有掺入二氧化硅晶格内的碳和氢原子，这会降低所述材料的介电常数。然而，OSG材料在暴露于O2、H2、N2和NH3气体时会易受损害，可将其用于脱模在脱模等离子体内的光致抗蚀剂或氟。认为这样的损害可由从低-k电介质中除去碳所引起，这样增加了介电常数并且使材料更亲水以使其保持潮湿。保持潮湿产生金属阻片粘连问题或可引起其它阻片问题。与致密的材料相比，脱模等离子体的损害作用可以更深地渗透进多孔材料。多孔OSG材料(k＜2.5)很容易受到由于通过暴露于用于脱模抗蚀剂和侧壁的等离子体来除去有机物所引起的损害。所述等离子体可扩散到多孔OSG层的孔隙中并造成深入到OSG层达300nm的损害。部分由所述等离子体所引起的损害是碳和氢从受害区域的迁移，这导致OSG更像二氧化硅，后者具有更高的介电常数。损害可以通过测定OSG层的SiC/SiO比值的变化由FTIR分析来定量。对于一般的开沟蚀刻的应用，进入沟侧壁超过3-5nm的OSG修饰是不能接受的。需要在脱模过程中减少对低-k(k＜3.0)电介质层的损害。发明简述为了达到上述及其它目标并且根据本发明的目的，提供了一种在低-k电介质层中形成特征的方法。将低-k电介质层放置在基底上。将图案化的光致抗蚀掩模放置在所述低-k电介质层上。将至少一个特征蚀刻入所述低-k电介质层。提供包含CO2的脱模气。等离子体由包含CO2的脱模气形成。来自等离子体(来自包含CO2的脱模气)的产物用于脱模图案化的光致抗蚀掩模。在本发明的另一表现中，提供在有机硅酸盐玻璃层中形成特征的方法。将有机硅酸盐玻璃层放置在基底上。将图案化的光致抗蚀掩模放置在所述有机硅酸盐玻璃层上。将至少一个特征蚀刻到所述有机硅酸盐玻璃层中。提供包含CO2的脱模气。等离子体由包含CO2的脱模气形成。将来自等离子体(来自包含CO2的脱模气)的产物用于脱模图案化的光致抗蚀掩模。将在下面的发明的详细说明中并结合以下附图更详细地描述本发明的这些及其它特征。附图简述通过实施例的方式举例说明本发明，但不作为限制，在附图中的数字以及其中类似引用数字是指相似的元件，并且其中图1是本发明的实施方案中所用方法的流程图。图2A-C是根据图1的方法的经蚀刻的多孔低-k电介质层的侧面示意图。图3是可用于本发明实施方案的加工室的示意图。图4A-B是可用作控制器的计算机系统的示意图。图5A-B是已经使用发明的方法脱模的晶片结构的显微照片。优选实施方案的详细描述现在将参考一些在附图中举例说明的优选实施方案详细地描述本发明。在以下的描述中，阐述许多具体的细节以便彻底地了解本发明。但是，显然对于本领域的技术人员而言，在没有一些或所有这些具体细节的情况下可以实践本发明。在其它例子中，为了不非必要地模糊本发明，没有详细地描述公知的加工步骤和/或结构。在不受理论约束的情况下，认为大部分对低-k电介质层的损害发生在脱模过程中，因为脱模除去了有机抗蚀材料，并且这种方法还造成从低-k电介质中除去碳。此外，认为开沟脱模比通路脱模(viastrip)造成的损害更显著，因为沟槽更密集并且在彼此之间具有更多电容。还认为小特征与大特征相比，此类损害是更大的问题。此外，认为此类损害在沟的侧壁比沟底部有更多问题。为了便于讨论，图1是本发明实施方案所用的低-k电介质层的蚀刻过程的流程图。优选地，所述低-k电介质层是有机硅酸盐玻璃(OSG)。图2A-C是根据图1的过程的低-k电介质层的侧面示意图。如图2A中所示，低-k电介质层204沉积在基底208上(步骤104)。所述基底208可以是硅晶片或另一类型的材料或可以是晶片上的部分层。盖帽层212是在低-k电介质层204上形成的(步骤108)。盖帽层212可以是二氧化硅或碳化硅。通常，盖帽层是电介质材料的保护层。盖帽层212在化学机械抛光(CMP)以及其它加工过程中保护低-k电介质层。盖帽层212可以是低-k电介质的，因为盖帽层是最终产品的一部分。优选地，盖帽层具有基于二氧化硅或碳化硅的材料的性质。在其它实施方案中，可以有多于一个盖帽层或没有盖帽层。防反射涂层(ARC)214沉积在盖帽层212之上(步骤112)。防反射涂层(ARC)214可以是有机的底部防反射涂层(BARC)或无机的电介质防反射涂层(DARC)。在所述ARC214上提供图案化的抗蚀剂掩模216(步骤116)。图案化的抗蚀剂掩模216具有孔220。所述图案化的抗蚀剂掩模可以通过放置光致抗蚀剂层来形成，将光致抗蚀剂层曝光出轻微的图案然后蚀刻。可以使用其它图案化化的抗蚀剂掩模的方法。基底208可具有触点209和阻挡层210。将基底208放置在蚀刻室中(步骤118)，在其中蚀刻低-k电介质层204(步骤120)。等离子体干燥蚀刻可以用来蚀刻低-k电介质层204，如图2B中所示，低-k电介质层204在图案化的抗蚀剂掩模216中的小孔220下面形成开口224。在低-k电介质层蚀刻期间除去一些图案化的抗蚀剂掩模216。此类低-k电介质蚀刻过程可使用基于氟的蚀刻剂。例如，蚀刻过程可使用这些源气体的混合物CF4/N2或C4F8/N2。因而，具有所述特征的侧壁可以被蚀刻。此外，此类蚀刻过程可以沉积聚合物。在低-k电介质的蚀刻完成之后，向蚀刻室中提供包含CO2的脱模气(步骤124)。从包含CO2的脱模气生成等离子体(步骤128)。如图2C中所示，然后将来自从包含CO2的脱模气生成的等离子体的产物用于脱模光致抗蚀剂216(步骤132)。类似O2+的离子和类似O的中性物以及O2*(亚稳态的)在所述产物之中。在本发明的一些实施方案中，在光致抗蚀剂216脱模前后可以打开阻挡层210。图3是等离子体加工室300的示意图，等离子体加工室300可用于蚀刻所述的特征，然后在原位脱模光致抗蚀剂。所述等离子体加工室300包含限制环302、上电极304、下电极308、气源310以及排气泵320。气源310包含蚀刻气源312和脱模气源318。气源310可以包含另外的气源。在等离子体加工室300内，基底208位于下电极308之上。下电极308掺入了合适的基底卡盘机构(例如，静电的、机械的、夹钳，等等)用于容纳基底208。反应器顶部328掺入了与下电极308直接相对布置的上电极304。所述上电极304、下电极308和限制环302限定受限的等离子体容量。通过气源310将气体提供给受限的等离子体容量并经过限制环302和通过排气泵320的排气口从受限的等离子体容量中排出。第一RF源344电连接至上电极304。第二RF源348电连接至下电极308。室壁352围绕所述的限制环302、上电极304和下电极308。第一RF源344和第二RF源348均可包含27MHz至60MHz的电源和2MHz的电源。用于将不同频率的RF电源连接到所述上下电极的不同组合是可能的。由LamResearchCorporationTM(Fremont，California)制造的Exelan2300TM可用于本发明的优选实施方案。对于Exelan2300，第二电源348包含27MHz的电源和2MHz的电源。上电极304是接地的。图4A和4B举例说明计算机系统1300，其适于运行用于本发明实施方案的控制器335。图4A显示一种可能的计算机系统的外形。当然，计算机系统可具有从集成电路、印刷电路板和小型手提式设备直至庞大的超级计算机的许多种外形。计算机系统1300包括监视器1302、显示器1304、外壳1306、磁盘驱动器1308、键盘1310和鼠标1312。磁盘1314是用于传送数据往返于计算机系统1300的计算机-可读的媒介物。图4B是用于计算机系统1300的方框图的例子。与系统总线1320连接的是各式各样的子系统。处理器1322(也称为中央处理单元或CPUs)与包括存储器1324的存储设备联接。存储器1324包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。如本领域所公知的，ROM发挥单方向地传送数据和指令到CPU的作用，而RAM通常用于以双方向的方式传送数据和指令。这两个类型的存储器都可包括任何如下所述的合适的计算机-可读的介质。硬盘1326也被双方向地联接到CPU1322；它提供附加的数据存储容量并且也可包括任何如下所述的计算机-可读的介质。硬盘1326可用来储存程序、数据等等，并且通常是比主存储器慢的辅助存储器介质(如硬磁盘)。应当理解，在合适的情况下，保存在硬盘1326内的信息可以以虚拟内存的标准方式并入存储器1324中。可移动磁盘1314可以采取任何如下所述的计算机-可读的介质的形式。CPU1322还连接各种输入/输出装置，如显示器1304、键盘1310、鼠标1312和扬声器1330。通常，输入/输出装置可以是下列中的任何一种视频显示器、跟踪球、鼠标、键盘、扩音器、触控式显示器、传感器卡片读取器、磁性或纸带读取器、图形输入板(tablets)、指示笔、声音或笔迹识别器、生物统计读数器或其它计算机。CPU1322可任选地连接到另一台计算机上或使用网络接口1340连接到远程通信网上。具有此类网络接口，预计CPU可以从网络接收信息或在运行上述方法步骤期间可以将信息输出到网络。而且，本发明的方法实施方案可以仅仅在CPU1322上执行或可以在网络(例如，与共享一部分过程的远程CPU连接的互联网)上执行。此外，本发明的实施方案进一步地涉及具有计算机-可读的介质的计算机存储产品，在其上具有用于进行各种计算机-执行的操作的计算机代码。所述介质和计算机代码可以是对本发明的目的专门设计和构造的，或它们可以是公知的和计算机软件领域的技术人员可采用的种类。计算机-可读的介质的例子包括，但不限于磁性介质，如硬磁盘、软磁盘和磁带；光学介质，如CD-ROM和全息照相装置；磁-光学介质，如光学软盘；以及专门构造成用以储存和执行程序代码的硬件设备，如专用集成电路(ASICs)、可编程序逻辑设备(PLDs)和ROM以及RAM设备。计算机代码的例子包括机器代码，如由编译程序产生的和通过使用注释器的计算机执行的含有高级编码的文件。计算机可读的介质还可以是通过计算机数据信号传送的计算机代码，所述计算机数据信号概括在载波中并表现为通过处理器可执行的指令序列。在不受理论约束的情况下，认为氧化脱模过程比还原脱模过程提供更快和更完全的脱模。此外，普遍认为氧自由基是唯一的OSG损害源。现已出乎意料地发现在激发的O2分子和电介质损害之间存在关联。通过提供CO2代替O2作为用于氧化脱模等离子体的氧源，减少或消除了激发的O2的数量。结果产生了具有一些氧化化学的益处并减少了对OSG的损害的脱模方法。相信本发明的方法提供了一种在感光的低-k电介质材料的存在下用于脱模光致抗蚀剂的方法，产生对所述低-k材料最小的损害，还提供了高光致抗蚀剂去除率和有效的氧化脱模化学除去残余物的益处。实施例在本发明的一个实施例中，蚀刻室是Exelan2300。向所述蚀刻室提供12毫托的低压。在27MHz下提供400瓦。提供100sccm的CO2。将蚀刻室的温度保持在大约20℃。从CO2生成的等离子体被用于脱模光致抗蚀掩模。图5A-B是已经使用上述实施例的脱模过程脱模的晶片的横截面显微照片。薄膜叠层包括具有k～2.2的多孔OSG材料。通过稀释的HF浴除去受损害的OSG薄膜。通过比较沟槽特征浸渍在HF前后的显微照片，可以测定受损害的薄膜的侧壁的厚度。通过比较脱模前的结果，可以确定仅仅由脱模诱导的损害的范围。在这种情况下，对于多孔OSG，脱模-诱导的对侧壁的损害非常低对于一些不同宽度和坡度的沟槽特征为～7-11纳米/侧面。上述实施例是本发明的一种实施方案的代表，其中使用蚀刻构造进行脱模方法，以使晶片直接暴露于等离子体(包括带电粒子)的影响下。在一些情况中，偏压射频(RF)功率会被施加到所述晶片上。在不受理论约束的情况下，认为这种偏压功率增加了离子轰击能量，并由此增加了光致抗蚀剂的去除率和除去残余物的效率。将本发明的这种实施方案的操作条件定义如下。优选所述脱模气包含至少25％CO2。更优选所述脱模气包含至少50％CO2。最优选所述脱模气包含至少75％CO2。包含CO2的脱模气混合物的例子可以是CO2+O2、CO2+CO、CO2+CO+O2、CO2+H2O+O2、CO2+CO+H2O、CO2+N2和CO2+H2的组合。各种惰性气体也可以被加入，与这些混合物组合或只与CO2组合。优选的是本发明的脱模过程在0.1-600毫托之间的室压力下进行。更优选的是本发明的脱模过程在1-200毫托之间的室压力下进行。最优选的是本发明的脱模过程在5-100毫托之间的室压力下进行。优选的是本发明的脱模过程在10-2000瓦之间的输入功率下进行。更优选的是本发明的脱模过程在50-1200瓦之间的输入功率下进行。最优选的是本发明的脱模过程在100-1000瓦之间的输入功率下进行。在其它实施方案中，下游的脱模塔可以用来实践本发明的实施方案，在这种实施方案中，所述晶片不直接暴露在CO2等离子体中，而代替为仅仅暴露于来自CO2等离子体的中性产品。因此，在这种实施方案中，单独的来自CO2等离子体的中性产品被用于提供脱模，在下游的脱模塔中所述工艺参数可以显著地偏离以上给出的用于不同实施方案的工艺参数。将用于本发明的下游的实施方案的操作条件定义如下。优选所述脱模气包含至少0.1％CO2。更优选所述脱模气包含至少1％CO2。最优选所述脱模气包含至少5％CO2。包含CO2的脱模气混合物的例子可以是CO2+O2、CO2+CO、CO2+CO+O2、CO2+H2O+O2、CO2+CO+H2O、CO2+N2和CO2+H2的组合。各种惰性气体也可以被加入，与这些混合物组合或只与CO2组合。优选的是本发明的脱模过程在100-10000毫托之间的室压力下进行。更优选的是本发明的脱模过程在250-5000毫托之间的室压力下进行。最优选的是本发明的脱模过程在500-3000mtorr毫托之间的室压力下进行。优选的是本发明的脱模过程在10-5000瓦之间的输入功率下进行。更优选的是本发明的脱模过程在100-3000瓦之间的输入功率下进行。最优选的是本发明的脱模过程在500-2500瓦之间的输入功率下进行。虽然按照一些优选实施方案已经描述了本发明，但是存在的改变、置换和各种替代同等物属于本发明的范围内。也应注意到存在许多执行本发明的方法和装置的可供选择的方法。因此意在将下列附加的权利要求解释为包括所有此类属于本发明的真正的精神和范围内的改变、置换、修改和各种替代同等物。权利要求1.一种在低-k电介质层中形成特征的方法，包括在基底上放置低-k电介质层；在所述低-k电介质层上放置图案化的光致抗蚀掩模；将至少一个特征蚀刻到所述低-k电介质层中；提供包含CO2的脱模气；从包含CO2的脱模气形成等离子体；和使用来自从包含CO2的脱模气形成的等离子体的产品来脱模所述图案化的光致抗蚀掩模。2.如权利要求1中所述的方法，其中使用来自从脱模气形成的等离子体的产品将光致抗蚀掩模暴露于来自脱模气的等离子体产品。3.如权利要求1-2中任何一项所述的方法，其中所述脱模气具有总的流量，其中CO2具有大于所述脱模气总流量的0.1％的流量。4.如权利要求1-3中任何一项中所述的方法，其中所述的在基底上放置低-k电介质层包括在基底上放置有机硅酸盐玻璃层。5.如权利要求4中所述的方法，其中所述的在基底上放置低-k电介质层还包括使得所述有机硅酸盐玻璃层多孔。6.如权利要求1-5中任何一项中所述的方法，还包括在低-k电介质层上放置图案化的光致抗蚀掩模之前，在低-k电介质层上形成防反射涂层。7.如权利要求1-6中任何一项中所述的方法，其中使用来自从所述脱模气形成的等离子体的产品来脱模图案化的光致抗蚀掩模是在相同的蚀刻室中在原位进行的，其中在该蚀刻室中进行至少一个特征的蚀刻并且其中CO2具有大于所述脱模气总流量的25％的流量以及其中使用来自从脱模气形成的等离子体的产品将光致抗蚀掩模暴露于来自脱模气的等离子体。8.如权利要求1-7中任何一项中所述的方法，还包括在放置所述光致抗蚀掩模之前在低-k电介质层上放置至少一层盖帽层，其中所述光致抗蚀掩模被放置在盖帽层上。9.通过权利要求1-8中任何一项的方法形成的半导体装置。10.一种用于进行权利要求1-8中任何一项的方法的装置。11.一种在有机硅酸盐玻璃层中形成特征的方法，包括在基底上放置有机硅酸盐玻璃层；在所述有机硅酸盐玻璃层上放置图案化的光致抗蚀掩模；将至少一个特征蚀刻到所述有机硅酸盐玻璃层中；提供包含CO2的脱模气；从包含CO2的脱模气形成等离子体；和使用来自从包含CO2的脱模气形成的等离子体的产品来脱模所述图案化的光致抗蚀掩模。12.如权利要求11中所述的方法，其中所述脱模气具有总的流量，其中CO2具有大于所述脱模气总流量的0.1％的流量。13.如权利要求11-12中任何一项中所述的方法，其中所述的在基底上放置有机硅酸盐玻璃层还包括使得所述有机硅酸盐玻璃层多孔。14.如权利要求11-13中任何一项中所述的方法，其中使用来自从所述脱模气形成的等离子体的产品来脱模图案化的光致抗蚀掩模是在相同的蚀刻室中在原位进行的，其中在该蚀刻室中进行至少一个特征的蚀刻并且其中所述脱模气具有总的流量，其中CO2具有大于所述脱模气总流量的25％的流量以及其中使用来自从脱模气形成的等离子体的产品将光致抗蚀掩模暴露于来自脱模气的等离子体。全文摘要提供一种在低－k(k＜3.0)电介质层中形成特征的方法。将低－k电介质层放置在基底上。将图案化的光致抗蚀掩模放置在所述低－k电介质层上。将至少一个特征蚀刻到所述低－k电介质层中。提供包含CO文档编号G03F7/42GK101032003SQ200580032800公开日2007年9月5日申请日期2005年7月20日优先权日2004年8月2日发明者E·A·哈森,P·奇里格利亚诺申请人:兰姆研究有限公司