深硅刻蚀上掩膜底切的最小化的制作方法

专利名称：深硅刻蚀上掩膜底切的最小化的制作方法
深硅刻蚀上掩膜底切的最小化
背景技术：
本发明涉及半导体器件的形成。 在半导体晶片处理过程中，半导体器件的特征是使用熟知的图案化和刻蚀工艺限
定在晶片中的。在这些工艺中，光刻胶(PR)材料被沉积在晶片上，然后暴露于由中间掩膜 (reticle)过滤过的光中。该中间掩膜一般来说是玻璃板，该玻璃板被示例性的特征几何形 状图案化了，该几何形状可以阻挡光线通过该中间掩膜传播。 穿过该中间掩膜以后，光与光刻胶材料的表面接触。光改变该光刻胶材料的化学 成分，使得显影剂(developer)可以除去该光刻胶材料的一部分。在正光刻胶材料的情况 下，曝光过的区域被除去，而在负光刻胶材料的情况下，未曝光的区域被除去。然后，该晶片 被刻蚀以从不再受到光刻胶材料保护的区域除去下层材料，并由此在该晶片中限定期望的 特征。 已知有几代光刻胶。深紫外线(DUV)光刻胶是由248nm的光曝光的。为了便于理 解，图1A是硅刻蚀层108上方的光刻胶掩膜112的横截面示意图。光刻胶掩膜112具有掩 膜开孔122。硅刻蚀层108可以在基片104上方，两者之间设有一个或多个层，或者硅刻蚀 层可以是硅基片。图IB是特征已经被刻蚀入硅刻蚀层108之后，光刻胶掩膜112和硅刻蚀 层108的横截面示意图。刻蚀操作导致掩膜底切(undercut) 116，这会使得产生的硅连线比 原始掩膜更薄。已经发现，刻蚀越深，底切越严重。

发明内容
为了实现前述并依照本发明的目的，提供一种在硅层中形成特征的方法。在该硅
层上方形成具有多个掩膜开孔的掩膜。通过使包含c;F8的无氢沉积气体流入，从该沉积气
体形成等离子体，用该等离子体沉积聚合物至少20秒，以及在该至少20秒之后停止沉积该 聚合物而在该掩膜上方沉积聚合物层。通过使打开气体流入，从该打开气体形成等离子体， 该等离子体相对于该多个掩膜开孔侧面的沉积聚合物选择性地除去该多个掩膜开孔下部 的沉积聚合物，以及当至少该多个掩膜特征中的一些被打开时，停止该打开而打开该沉积 聚合物层。透过该掩膜和沉积聚合物层刻蚀该硅层。 在本发明的另一种表现形式中，提供一种在硅层中形成特征的方法。在该硅层上 方形成具有多个掩膜开孔的掩膜。将该硅层放入等离子体处理室中。通过使主要由QF8组 成的无氢沉积气体流入该等离子体处理室，从该沉积气体形成等离子体，用该等离子体沉 积聚合物至少20秒以形成至少200nm厚的层，以及在该至少20秒之后停止沉积该聚合物 而在该掩膜上方沉积聚合物层。通过使打开气体流入该等离子体处理室，从该打开气体形 成等离子体，该等离子体相对于该多个掩膜开孔侧面的沉积聚合物选择性地除去该多个掩 膜开孔下部的沉积聚合物，以及当至少该多个掩膜特征中的一些被打开时，停止该打开而 打开该沉积聚合物层。通过使不同于该打开气体的刻蚀气体流入以及从该刻蚀气体形成等 离子体，该等离子体刻蚀该硅层，其中该沉积聚合物层阻止该光刻胶掩膜下的该硅层的底 切而透过该掩膜和沉积聚合物层刻蚀该硅层。从该等离子体处理室除去该硅层。
5在本发明的另一种表现形式中，提供一种用于在具有开孔的掩膜下的硅层中刻蚀特征的装 置。提供等离子体处理室，其包含形成等离子体处理室外壳的室壁，用于在该等离子体处理 室外壳内支撑基片的基片支柱，用于调节该等离子体处理室外壳内的压强的压强调节器， 用于向该等离子体处理室外壳提供电力的上电极，用于提供电力的下电极，电气连接于该 上电极的第一RF电力源，电气连接于该下电极的第二RF电力源，用于向该等离子体处理室 外壳内提供气体的气体入口，以及用于从该等离子体处理室外壳中排出气体的气体出口。 气体源与该气体入口流体连通，并包含无氢C4F8沉积气体源、打开气体源以及刻蚀气体源。 控制器可控地连接于该气体源、该第一RF电力源和该第二RF电力源的控制器，并包含至少 一个处理器和计算机可读介质。该计算机可读介质包含用于在该掩膜上方沉积聚合物层的 计算机可读代码，其包含用于使含C4F8的无氢沉积气体从该无氢C4F8沉积气体源流入该等 离子体处理室的计算机可读代码、用于从该沉积气体形成等离子体的计算机可读代码、用 于用该等离子体沉积聚合物至少20秒的计算机可读代码和用于在该至少20秒后停止该沉 积该聚合物的计算机可读代码；用于打开该沉积聚合物层的计算机可读代码，其包含用于 使打开气体从该打开气体源流入该等离子体处理室的计算机可读代码、用于从该打开气体 形成等离子体，该等离子体相对于该多个掩膜开孔侧面的沉积聚合物选择性地除去该多个 掩膜开孔底部的沉积聚合物的计算机可读代码和用于当至少该多个掩膜特征中的一些被 打开时，停止该打开的可读代码；以及用于透过该掩膜和沉积聚合物层刻蚀该硅层的计算 机可读代码。 下面在本发明的具体实施方式
部分，结合附图，对本发明的这些和其它特征进行 更加详细的描述。


本发明是以附图中各图中的实施例的方式进行描绘的，而不是通过限制的方式， 其中类似的参考标号指示类似的元件，其中 图1A-B是根据现有技术形成的特征的横截面示意图。 图2是本发明的一个实施方式中可使用的处理的高水平流程图。 图3是可被用于实现本发明的一种等离子体处理室的示意图。 图4A-B描绘了一种计算机系统，其适于实现在本发明的实施方式中使用的控制器。 图5A-D是根据本发明的一个实施方式处理的堆栈的横截面示意图。
图6是无氢沉积的更详细的流程图。
图7是打开沉积层的更详细的流程图。
图8是刻蚀该硅层的更详细的流程图。
具体实施例方式
现在参考附图中所示的一些优选实施方式对本发明作出详细描述。在下面的描述 中，阐明了许多的具体细节以提供对本发明的彻底理解。然而，显然，对本领域的技术人员 来说，没有这些具体细节中的一些或全部本发明仍然可以实现。在其它情况下，没有对熟知 的工艺步骤和/或结构进行详细描述，以免不必要地模糊本发明。
为了便于理解，图2是可用于本发明的一个实施方式的操作的高水平流程图。在 待刻蚀的硅层上方形成掩膜(步骤204)。该硅层可以是多晶硅、如硅晶片等晶体硅或者非 晶硅。该硅层一般是纯净硅，其可能有掺杂物。该硅层不是氧化硅或氮化硅，尽管该硅层可 能有在该硅层上表面上方自然形成的氧化硅薄层。使用无氢沉积气体在该掩膜上方沉积聚 合物(步骤208)。在这种无氢沉积气体中，组成该无氢沉积气体的分子中都不含有任何的 氢。打开该沉积层(步骤212)。刻蚀该硅层(步骤216)。
实施例 在本发明的一种实现的实施例中，图3描绘了可被用于实现本发明的一种处理工 具。图3是等离子体处理系统300的示意图，其包括等离子体处理工具301。该等离子体处 理工具301是一种电感耦合等离子体刻蚀工具并包括一个等离子体反应器302，该等离子 体反应器302中有等离子体处理室304。变压器耦合电力(TCP)控制器350和偏置电力控 制器355分别控制影响等离子体室304中的等离子体324的产生的TCP电力供应351和偏 置电力供应356。 该TCP电力控制器350为TCP电力供应351设定一个设定点，其配置为向位于该 等离子体室304附近的TCP线圈353供应13. 56MHz (由TCP匹配网络352调谐)的射频信 号。提供RF透明窗354以将TCP线圈353与等离子体室304隔离，同时允许能量从TCP线 圈353传递到等离子体室304。 该偏置电力控制器355为偏置电力供应356设定一个设定点，其配置为向位于该 等离子体室304中的卡盘电极308供应RF信号(由偏置匹配网络357调谐)，以在适于接 收正在处理的基片306(比如半导体晶片加工件)的电极308上产生直流(DC)偏置。
气体供应机构或气体源310包括一种或多种气体316的一个或多个源，其经由气 体歧管317固定以向该等离子体室304内部供应操作所需的合适的化学物质。排气机构 318包括压强控制阀319和排气泵320，将微粒从该等离子体室304内部除去并在等离子体 室304中保持特定的压强。 温度控制器380通过控制冷却电力供应384而控制该卡盘电极308中提供的冷却 再循环系统的温度。该等离子体处理系统还包括电子控制线路370。该等离子体处理系统 还可以具有端点检测器。 图4A和4B描绘了计算机系统400，其适于实现本发明的各实施方式中使用的控制 电路370的控制器。图4A显示了该计算机系统的一种可能的物理形式。当然，计算机系统
可以有许多种物理形式，从集成电路、印刷电路板和小型手持装置到大型超级计算机。计算 机系统400包括监视器402、显示器404、外壳406、磁盘驱动408、键盘410和鼠标412。磁 盘414是计算机可读介质，用于向该计算机系统400传送数据和从该计算机系统400接收 数据。 图4B是计算机系统400的方框图的一个实施例。各种子系统连接于系统总线420。 一个或多个处理器422(也称为中央处理单元，或CPU)耦合于存储器件，包括存储器424。 存储器424包括随机存取存储器(RAM)和只读存贮器(ROM)。正如本领域中熟知的那样， ROM能够向该CPU单向传送数据和指令，而RAM通常可以用于以双向方式传送数据和指令。 这两种类型的存储器可以包括下面所述的任何合适的计算机可读介质。固定磁盘426也双向耦合于CPU 422 ;它提供额外的数据存储容量而且还包括任何下述的任何的计算机可读 介质。固定磁盘426可被用来存储程序、数据等等而且通常是比主存储器更慢的第二级存 储介质(比如硬盘)。应当理解，固定磁盘426中保存的信息，在适当的情况下，可以作为虚 拟存储器(virtual memory)以标准方式合并在存储器424中。可移除磁盘414可以采取 下述的任何计算机可读介质的形式 CPU 422也耦合于各种输入/输出设备，比如显示器404、键盘410、鼠标412和扬 声器430。通常，输入输出设备可能是下述任何一种视频显示器、轨迹球、鼠标、键盘、麦克 风、触摸屏、传感器读卡器、磁带或纸带阅读器、书写板、触摸笔、语音或笔迹识别器、生物特 征阅读器，或其它的电脑。可选地，CPU 422使用网络接口 440耦合于另一台计算机或电信 网络。使用这种网络接口，可以想象，在执行上述方法步骤的过程中，该CPU可以从网络接 收信息，或者可以输出信息到网络。而且，本发明的方法实施方式可以在CPU 422上单独执 行或者通过网络(比如因特网)与共享部分处理的远程CPU—起执行
另外，本发明的实施方式进一步涉及具有计算机可读介质的计算机存储器产品， 该计算机可读介质具有用以执行各种由计算机完成的操作的计算机代码。该介质和计算机 代码可以是为本发明的目的专门设计和制造的，也可以是对具有计算机软件领域的技术的 人员来说熟知并可以获得的。计算机可读介质的实施例包括但不限于磁介质比如硬盘、 软盘和磁带；光介质比如CD-ROM和全息器件；磁光(magneto-optical)介质，比如光软盘 (floptical disks);和被专门配置为存储和执行程序代码的硬件装置，比如专用集成电路 (ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)禾PR0M和RAM器件。计算机代码的实施例包括比如由编译 器产生的机器码和包含由计算机使用解释器执行的更高级别代码的文件。计算机可读介质 还可以是由嵌入载波中的计算机数据信号传输并表示由处理器执行的指令序列的计算机 代码。 在硅层上方形成掩膜(步骤204)。图5A是硅刻蚀层504的横截面示意图。在此 实施例中，该硅刻蚀层是晶体硅晶片，其形成基片。在此实施例中，该掩膜512是光刻胶掩 膜，其被沉积然后图案化以在该掩膜512中形成开孔522。在其它实施例中，该掩膜可以是 其它材料的，比如氧化硅，该材料被用于形成硬掩膜。光刻胶掩膜可被用来形成硬掩膜。该 晶片被放入等离子体处理系统300中。 在该掩膜上方形成无氢沉积层(步骤208)。图5B是在该掩膜512上方形成沉积 层516之后的视图。图6是形成该无氢沉积层的更详细的流程图。使包含C/8的无氢沉积 气体从该气体源316流入该等离子体处理工具301 (步骤604)。在一个示例配方中，该沉积 气体是由纯净的C/8组成的。在此实施例中，该沉积气体是100sccm的(;F8。将该沉积气 体转化为沉积等离子体(步骤608)。在此实施例中，向顶部电极提供13. 56MHz的900瓦的 电力并向底部电极提供400kHz的-65伏的电力以将该沉积气体转化为等离子体。提供该 沉积约30秒。然后停止沉积该聚合物层(步骤612)。保持90毫托(mtorr)的压强。
优选地，提供沉积至少20秒。更优选地，提供沉积至少25秒。最优选地，提供沉积 至少30秒。优选地，侧壁上的沉积层至少200nm厚。更优选地，侧壁上的沉积层至少300nm 厚。 该沉积气体是一种无氢沉积，以提供具有相对于非无氢沉积来说更好的特性的沉 积层。在此实施例中，该沉积气体是纯净的C4F8，因为带来的沉积层提供更好的特性。
8
打开该沉积层(步骤212)。图5C是打开该沉积层之后的视图。在此实施例中，该打开操作除去水平表面上的沉积层的几部分，只留下由沉积层形成的侧壁520。图7是打开该沉积层的更详细的流程图。使打开气体从气体源316流入等离子体处理工具301 (步骤704)。在此实施例中，该打开气体是30sccm的SFe。将该打开气体转化为打开等离子体(步骤708)。在此实施例中，向顶部电极提供13. 56MHz的600瓦的电力并向底部电极提供400kHz的-150伏的电力以将打开气体转化为等离子体。该打开提供约15秒。然后停止该打开操作(步骤712)。压强被设定为30毫托。 其它的打开气体可包含CF4和Ar，或者02和Ar，或者SF6和Ar。 刻蚀硅层(步骤216)。图5D是执行过硅刻蚀之后的视图。特征524已经被刻蚀
入硅层504。在此实施例中，沉积层被完全刻蚀掉。在其它的实施例中，可以留下沉积层的
一部分。也是在此实施例中，保留光刻胶掩膜512的一部分。在其它实施例中，光刻胶掩膜
可以被完全刻蚀掉。如果没有被完全除去的话，沉积层和掩膜在后面被除去。意外发现，此
实施例减少了 (或者更优选地消除了)底切(undercutting)，如图所示。 图8是刻蚀处理的一个实施例的更详细的流程图。使刻蚀气体从气体源316流入
等离子体处理工具301 (步骤804)。在此实施例中，该刻蚀气体是200sccm的CF4。将该刻
蚀气体转化为刻蚀等离子体(步骤808)。在此实施例中，向该顶部电极提供13. 56MHz的
600瓦的电力并向该底部电极提供400kHz的-200伏的电力，以将该刻蚀气体转化为等离子
体。该刻蚀提供约20秒。然后停止该刻蚀操作(步骤812)。 在其它实施例中，可以使用短刻蚀和沉积步骤的结合。这种短沉积步骤沉积少于10秒。人们相信，多个刻蚀和沉积处理，特别是大于IO秒的沉积，带来阶梯状的轮廓，而不
是竖直的轮廓。 尽管在一些实施例中刻蚀气体化学物质可以与打开气体化学物质相同，然而由于一个或多个参数上的区别，刻蚀气体产生的等离子体却不同于打开气体的等离子体。更优选地，刻蚀气体化学物质不同于打开气体化学物质，因为刻蚀气体化学物质是用于刻蚀硅的，而打开气体化学物质是用于打开聚合物沉积层的。 优选地，硅特征的深度至少为500nm。更优选地，硅特征的深度至少为1000nm。优选地，硅特征的深度与宽度的纵横比至少为5 : 1。更优选地，硅特征的纵横比至少为
io : i。
已经发现，沉积过程中氢的存在会导致不想要的类型的聚合物的沉积。 除了消除底切之外，意外发现，这种处理提供对刻蚀轮廓的更好的控制并允许更
快地进行处理。 本发明还允许形成沉积层、打开沉积层和刻蚀硅在单一的等离子体处理室中原地完成。 尽管此发明是依据几个优选实施方式进行描述的，然而存在落入本发明的范围的变更、置换和各种等同替换。还应当注意，有许多实现本发明的方法和装置的替代方式。因此，所附权利要求意在被解释为包括所有这些变更、置换和各种等同替换均落入本发明的真实精神和范围。
权利要求
一种在硅层中形成特征的方法，包含在该硅层上方形成具有多个掩膜开孔的掩膜；在该掩膜上方沉积聚合物层，包含使包含C4F8的无氢沉积气体流入；从该沉积气体形成等离子体；用该等离子体沉积聚合物至少20秒；以及在该至少20秒之后停止沉积该聚合物；打开沉积的该聚合物层，包含使打开气体流入；从该打开气体形成等离子体，其相对于该多个掩膜开孔侧面的沉积聚合物选择性地除去该多个掩膜开孔下部的沉积聚合物；以及当至少多个掩膜特征中的一些被打开时，停止该打开；以及透过该掩膜和沉积的聚合物层刻蚀该硅层。
2. 如权利要求l所述的方法，其中刻蚀该硅层包含 使刻蚀气体流入；以及从该刻蚀气体形成等离子体，其刻蚀该硅层。
3. 如权利要求2所述的方法，其中该打开气体不同于该刻蚀气体。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中沉积该聚合物、打开该沉积聚合物和刻 蚀该硅层是在单一的等离子体处理室中原地完成的。
5. 如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中该掩膜是光刻胶掩膜。
6. 如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中该沉积气体主要由C4F8组成。
7. 如权利要求1-6中任一项所述的方法，进一步包含去除该掩膜和沉积的聚合物层。
8. 如权利要求7所述的方法，其中在该多个掩膜开孔的侧面上该沉积的聚合物至少为 200nm厚。
9. 如权利要求8所述的方法，其中在该多个掩膜开孔的侧面上的至少200nm厚的该沉 积的聚合物消除底切。
10. 如权利要求1所述的方法，其中沉积该聚合物、打开该沉积聚合物和刻蚀该硅层是 在单一的等离子体处理室中原地完成的。
11. 如权利要求1所述的方法，其中该掩膜是光刻胶掩膜。
12. 如权利要求1所述的方法，其中该沉积气体主要是由C4F8组成的。
13. 如权利要求1所述的方法，进一步包含除去该掩膜和沉积的聚合物层。
14. 如权利要求1所述的方法，其中在该多个掩膜开孔的侧面上沉积的聚合物层至少 为200nm厚。
15. 如权利要求14所述的方法，其中在该多个掩膜开孔的侧面上的至少200nm厚的该 沉积的聚合物消除底切。
16. —种在硅层中形成特征的方法，包含 在该硅层上方形成具有多个掩膜开孔的掩膜； 将该硅层放入等离子体处理室中； 在该掩膜上方沉积聚合物层，包含使基本上由C4F8组成的无氢沉积气体流入该等离子体处理室； 从该沉积气体形成等离子体；用该等离子体沉积聚合物至少20秒以形成至少200nm厚的层；以及 在该至少20秒之后停止沉积该聚合物； 打开该沉积的聚合物层，包含 使打开气体流入该等离子体处理室；从该打开气体形成等离子体，其相对于该多个掩膜开孔侧面的沉积的聚合物选择性地 除去该多个掩膜开孔下部的沉积的聚合物；以及当至少多个掩膜特征中的一些被打开时，停止该打开；以及 透过该掩膜和沉积的聚合物层刻蚀该硅层，包含 使不同于该打开气体的刻蚀气体流入；以及从该刻蚀气体形成等离子体，该等离子体刻蚀该硅层，其中沉积的该聚合物层阻止光 刻胶掩膜下的该硅层的底切；以及从该等离子体处理室除去该硅层。
17. 如权利要求16所述的方法，其中该掩膜是光刻胶掩膜。
18. 如权利要求16-17中任一项所述的方法，进一步包含在该等离子体处理室中除去 该光刻胶掩膜和该沉积的聚合物层。
19. 一种用于在具有开孔的掩膜下的硅层中刻蚀特征的装置，包含 等离子体处理室，包含 形成等离子体处理室外壳的室壁；用于在该等离子体处理室外壳内支撑基片的基片支柱； 用于调节该等离子体处理室外壳内的压强的压强调节器； 用于向该等离子体处理室外壳提供电力的上电极；下电极； 电气连接于该上电极的第一 RF电力源； 电气连接于该下电极的第二 RF电力源；用于向该等离子体处理室外壳内提供气体的气体入口 ；以及用于从该等离子体处理室外壳中排出气体的气体出口；与该气体入口流体连通的气体源，包含无氢C4F8沉积气体源；打开气体源；以及刻蚀气体源；以及可控地连接于该气体源、该第一 RF电力源和该第二 RF电力源的控制器，包含 至少一个处理器；以及计算机可读介质，包含用于在该掩膜上方沉积聚合物层的计算机可读代码，包含用于使含QF8的无氢沉积气体从该无氢c;F8沉积气体源流入该等离子体处理室的计算机可读代码；用于从该沉积气体形成等离子体的计算机可读代码； 用于用该等离子体沉积聚合物至少20秒的计算机可读代码；以及用于在该至少20秒后停止沉积该聚合物的计算机可读代码； 用于打开沉积的该聚合物层的计算机可读代码，包含用于使打开气体从该打开气体源流入该等离子体处理室的计算机可读代码； 用于从该打开气体形成等离子体，该等离子体相对于多个掩膜开孔侧面的沉积聚合物 选择性地除去该多个掩膜开孔底部的沉积聚合物的计算机可读代码；以及用于当至少多个掩膜特征中的一些被打开时，停止该打开的计算机可读代码；以及 用于透过该掩膜和沉积的聚合物层刻蚀该硅层的计算机可读代码。
全文摘要
提供一种在硅层中形成特征的方法。在该硅层上形成具有多个掩膜开孔的掩膜。通过使包含C4F8的无氢沉积气体流入，从该沉积气体形成等离子体，用该等离子体沉积聚合物至少20秒，以及在该至少20秒之后停止沉积该聚合物而在该掩膜上沉积聚合物层。通过使打开气体流入，从该打开气体形成等离子体，该等离子体相对于该多个掩膜开孔侧面的沉积聚合物选择性地除去该多个掩膜开孔下部的沉积聚合物，以及当至少该多个掩膜特征中的一些被打开时，停止该打开而打开该沉积聚合物层。透过该掩膜和沉积聚合物层刻蚀该硅层。
文档编号H01L21/3065GK101715604SQ200880020153
公开日2010年5月26日 申请日期2008年6月2日 优先权日2007年6月18日
发明者S.M·列扎·萨贾迪, 塔玛拉克·潘杜姆索波尔恩, 帕特里克·钟, 杰基濑户 申请人:朗姆研究公司