专利名称：一种无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体刻蚀方法，尤其涉及一种无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法。
背景技术：
等离子体刻蚀又被称为干法刻蚀，是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。当气体以等离子体形式存在时，它具备两个特点一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的；另一方面，还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。因此，干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结^ ο干法刻蚀又分为三种物理性刻蚀、化学性刻蚀、物理化学性刻蚀。其中物理性刻蚀又称为溅射刻蚀。很明显，该溅射刻蚀靠能量的轰击打出原子的过程和溅射非常相像。 (想象一下，如果有一面很旧的土墙，用足球用力踢过去，可能就会有墙面的碎片从中剥离) 这种极端的刻蚀方法方向性很强，可以做到各向异性刻蚀，但不能进行选择性刻蚀。化学性刻蚀利用等离子体中的化学活性原子团与被刻蚀材料发生化学反应，从而实现刻蚀目的。由于刻蚀的核心还是化学反应(只是不涉及溶液的气体状态)，因此刻蚀的效果和湿法刻蚀有些相近，具有较好的选择性，但各向异性较差。目前无定形碳硬掩模刻蚀实用的是含氧含卤气体，如02/C12，02/HBr, 02/CF4等， 但因为02侧向刻蚀不易控制，卤素气体对上下层材料的选择比会造成一定的损失，故不易得到选择性高，形貌好的刻蚀效果，而且刻蚀工艺的窗口较小。
发明内容
本发明公开了一种无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，用以解决现有技术中刻蚀无定形碳硬掩模所使用的等离子体选择比损失大，形貌较差，且刻蚀工艺窗口较小的问题。本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的
一种无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，将NH3、H2混合气体作为等离子体源，对无定形碳硬掩模进行等离子体刻蚀。如上所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，将H2作为主刻蚀气体。如上所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，大流量H2产生H自由基， H自由基与无定形碳C结合产生挥发性气体CxHy。如上所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，将NH3作为刻蚀气体和侧向保护气体。如上所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，NH3气体激发大量H、N自由基，H与无定形碳C反应形成CxHy，N与无定形碳中的C形成碳氮化合物。如上所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，相对于更高挥发性的 CxHy，碳氮化合物能够起到一定的侧向保护作用，从而产生各向异性的刻蚀效果。如上所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，刻蚀的速率是由H自由基的浓度决定的，H自由基的浓度升高，则刻蚀的速率就升高，反之，H自由基的浓度降低， 则刻蚀的速率就降低。如上所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，刻蚀的侧壁形貌是通过N 自由基的浓度决定的，通过调节NH3与H2的气体流量比来对刻蚀的形貌进行调节。如上所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，以避免H2、NH3与位于不定形碳硬掩模之上或覆盖在不定形碳硬掩模之上的Si02，SiN, Si发生反应，故H2、NH3的无定形碳选择比很高。如上所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，在刻蚀过程中，NH3的体积流量为200-300标况毫升每分，H2的体积流量为300-500标况毫升每分，另外还包括Ar， Ar的流量为0-200标况毫升每分，另外，工艺进行中的功率为800-1000W，压力为80-120mt。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法解决了现有技术中等立体刻蚀无定形硬掩模的过程中所使用的等离子体选择比损失大， 形貌较差，且刻蚀工艺窗口较小的问题，通过使用无定形碳选择比很高的NH3和H2进行等离子体刻蚀，从而能够在足够高选择比的情况下刻蚀出良好形貌，同时能够扩大工艺窗口。
图1是本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀的实施例一的光刻定义图案后的膜层结构示意图2是本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀的实施例一的底部抗反射涂层刻蚀完成后的示意图3是本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀的实施例一的Si02硬掩模层刻蚀后的示意图4是本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀的实施例一的刻蚀无定形碳硬掩模后的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明
本发明公开了一种无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，将NH3、H2混合气体作为等离子体源，对不定型硬掩模进行等离子体刻蚀，半导体器件中无定形碳硬掩模上下层材料一般采用Si02、SiN、Si等，现有技术中采用含氧含卤气体使得侧向刻蚀不易控制且会对上下层材料造成一定的损失，而NH3、H2几乎不会与Si02、SiN, Si等材料发生反应，对下层材料的损伤非常的小。本发明中将H2作为主刻蚀气体，大流量H2产生H自由基，H自由基与碳结合产生挥发性气体CxHy，CxHy具有很高的挥发性，通过CxHy对半导体器件进行刻蚀。本发明中将NH3作为刻蚀气体和侧向保护气体，NH3气体激发大量H、N自由基，H
4与无定形碳C反应形成CxHy，N与无定形碳C形成碳氮化合物，相对于更高挥发性的CxHy， 碳氮化合物的挥发性相对较低，因此，碳氮化合物能够起到一定的侧向保护作用，从而产生各向异性的刻蚀效果。本发明中的刻蚀的速率是由H自由基的浓度决定的，H自由基的浓度升高，则刻蚀的速率就升高，反之，H自由基的浓度降低，则刻蚀的速率就降低，H自由基的浓度是由H2及 NH3的浓度决定的，H2与NH3的浓度越高，则H自由基的浓度就越高，反之，H2与NH3的浓度越低，则H自由基的浓度就越低，刻蚀的速率也就随之降低。本发明中的刻蚀的形貌是通过N自由基的浓度决定的，通过调节NH3与H2的气体流量比来对刻蚀的形貌进行调节，N自由基与无定形碳中的C发生反应产生碳氮化合物，碳氮化合物能够起到侧向保护的作用，故增加NH3所占的气体流量比能够增加碳氮化合物所占的比例，从而起到保护侧向，使形貌更加理想的技术效果，而减小NH3所占的气体流量比会减小碳氮化合物所占的比例，对于侧向的保护作用变弱，形成的形貌理想程度就会差一些，当然，现有技术中还有多种方法可以调节形貌，在此不予赘述。本发明中的NH3所占的流量比升高会导致H2的流量比下降，故在通过NH3中的N 自由基与无定型碳C形成的碳氮化合物所占比例升高，更好的保护侧壁的同时，会引起刻蚀速率的下降，反之，NH3所占流量比下降，则刻蚀速率会提高，故要根据不同的工艺要求对 NH3与H2的所占的流量比进行控制，以达在保证刻蚀速率的同时，具有更佳的形貌。本发明中所述无定形碳硬掩模覆盖在基材上，H2、NH3与所述基材上的Si02，SiN, Si几乎不会发生反应，故H2、NH3的无定形碳选择比很高，几乎不会与无定型碳所在的基材的上下层材料发生反应，这就有效的避免了对上下材料的损伤。本发明中的在刻蚀过程中，NH3的体积流量为200-300标况毫升每分，H2的体积流量为300-500标况毫升每分，另外还包括Ar，Ar的流量为0-200标况毫升每分，另外，工艺进行中的功率要求为800-1000W，压力要求为80-120mt。在本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀的第一实施例中，图1是本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀的实施例一的光刻定义图案后的膜层结构示意图，请参见图1，其中，从上到下分别为光阻105、底部抗反射层(BARC) 104、硬掩模层(Hardmask) 103、无定形碳硬掩模102、基材101，参见图1可知光阻105已经进行过光刻形成了图案；图2是本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀的实施例一的底部抗反射涂层刻蚀完成后的示意图，请参见图2，底部抗反射层104被刻蚀至硬掩模层；图3是本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀的实施例一的Si02硬掩模层刻蚀后的示意图，请参见图3，硬掩模层103经过刻蚀后止于无定形碳掩模102 ；图4是本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀的实施例一的刻蚀无定形碳硬掩模后的示意图，通过NH3和H2混合气体作为等离子体源刻蚀无定形碳硬掩模102 后止于基材101，H浓度决定刻蚀的速率，N含量可调节刻蚀的形貌，且NH3和H2均为不含卤素或氧的气体，故通过使用NH3和H2可以达到选择比高，形貌理想的刻蚀效果。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法解决了现有技术中等立体刻蚀无定形硬掩模的过程中所使用的等离子体选择比损失大， 形貌较差，且刻蚀工艺窗口较小的问题，通过使用无定形碳选择比很高的NH3和H2进行等离子体刻蚀，从而能够在足够高选择比的情况下刻蚀出良好形貌，同时能够扩大工艺窗口。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其特征在于，将NH3、H2混合气体作为等离子体源，对无定形碳硬掩模进行等离子体刻蚀。
2.根据权利要求1所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其特征在于，将H2作为主刻蚀气体。
3.根据权利要求1所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其特征在于，大流量 H2产生H自由基，H自由基与无定形碳C结合产生挥发性气体CxHy。
4.根据权利要求1所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其特征在于，将NH3作为刻蚀气体和侧向保护气体。
5.根据权利要求1所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其特征在于，NH3气体激发大量H、N自由基，H与无定形碳C反应形成CxHy，N与无定形碳中的C形成碳氮化合物。
6.根据权利要求1所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其特征在于，相对于更高挥发性的CxHy，碳氮化合物能够起到一定的侧向保护作用，从而产生各向异性的刻蚀效果。
7.根据权利要求1所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其特征在于，刻蚀的速率是由H自由基的浓度决定的，H自由基的浓度升高，则刻蚀的速率就升高，反之，H自由基的浓度降低，则刻蚀的速率就降低。
8.根据权利要求1所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其特征在于，刻蚀的侧壁形貌是通过N自由基的浓度决定的，通过调节NH3与H2的气体流量比来对刻蚀的形貌进行调节。
9.根据权利要求1所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其特征在于，以避免 H2、NH3与位于不定形碳硬掩模之上或覆盖在不定形碳硬掩模之上的Si02，SiN, Si发生反应，故H2、NH3的无定形碳选择比很高。
10.根据权利要求1所述的无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其特征在于，在刻蚀过程中，NH3的体积流量为200-300标况毫升每分，H2的体积流量为300-500标况毫升每分，另外还包括Ar，Ar的流量为0-200标况毫升每分，另外，工艺进行中的功率为 800-1000W，压力为 80-120mt。
全文摘要
本发明公开了一种无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法，其中，将NH3、H2混合气体作为等离子体源，对不定型硬掩模进行等离子体刻蚀。本发明无定形碳硬掩模的等离子体刻蚀方法解决了现有技术中等立体刻蚀无定形硬掩模的过程中所使用的等离子体选择比损失大，形貌较差，且刻蚀工艺窗口较小的问题，通过使用无定形碳选择比很高的NH3和H2进行等离子体刻蚀，从而能够在足够高选择比的情况下刻蚀出良好形貌，同时能够扩大工艺窗口。
文档编号H01L21/311GK102412139SQ20111013361
公开日2012年4月11日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者李全波 申请人:上海华力微电子有限公司