專(zhuān)利名稱：用于在刻蝕室中使用先進(jìn)圖案膜進(jìn)行刻蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的方面一般地涉及半導(dǎo)體器件和這些半導(dǎo)體器件的制造的領(lǐng)
域。更具體而言，本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于刻蝕先進(jìn)圖案膜(APF)的方 法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)變得越來(lái)越快速和強(qiáng)大，使這些計(jì)算機(jī)運(yùn)行的半導(dǎo)體器件 也變得更加小和復(fù)雜。許多現(xiàn)代的半導(dǎo)體器件由CMOS (互補(bǔ)金屬氧化物 半導(dǎo)體)晶體管和電容制成，其中CMOS晶體管通常包括源極、漏極和柵 極。柵極通常被稱作柵層疊，因?yàn)樗梢园〝?shù)個(gè)部件，例如柵電機(jī)和下 層?xùn)艠O電介質(zhì)。側(cè)壁間隔體(也稱作間隔體或間隔層)可以于柵極結(jié)構(gòu)相 鄰，并通常包括氧化物層和氮化物層部件。
雖然CMOS器件是在許多計(jì)算機(jī)中能夠找到的通用半導(dǎo)體器件，但是 它們變得越來(lái)越難以制造。難以制造CMOS器件的一個(gè)原因在于這些器件 變得更小，因此與各個(gè)CMOS器件相關(guān)的公差要求變得更嚴(yán)格。 一種用于 制造這種CMOS器件的方法包括在布置于后述掩模下的材料層上(即，在 下層上)形成圖案掩模(例如，光刻掩模)，并接著使用圖案光刻掩模作 為刻蝕掩模來(lái)刻蝕材料層。先進(jìn)圖案膜(APF)是可剝離的硬掩模(無(wú)定 形碳/DARC層疊膜)，其可以用于代替精整處理中的旋壓ARC (spin-on ARC)?？涛g掩模通常是將要在下層(或多個(gè)下層)中形成(或刻蝕)的 結(jié)構(gòu)的復(fù)制。因此，刻蝕掩模具有與形成在下層(或多個(gè)下層)中的結(jié)構(gòu) 相同的形態(tài)尺寸。
刻蝕處理的制造變量可以導(dǎo)致對(duì)于在被刻蝕的一組(例如， 一批或許 多)晶片內(nèi)形成的結(jié)構(gòu)尺寸的較寬的統(tǒng)計(jì)分布(例如，大(7，其中a是標(biāo) 準(zhǔn)差)。此外，制造處理中的變量也可以引起單個(gè)晶片內(nèi)結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)計(jì)
分布。
例如，在CMOS器件的制造期間，經(jīng)常在材料內(nèi)刻蝕溝槽。雖然通常
期望刻蝕具有良好高寬比的構(gòu)造，其中在構(gòu)造頂部處的開(kāi)口在尺寸上非常
接近在溝槽底部處的開(kāi)口，但是難以獲得這樣的結(jié)果。從加州的Santa Clam的應(yīng)用材料公司可獲得的Advanced Patterning Film (APF)在改善 刻蝕溝槽中頂部對(duì)底部的高寬比方面是非常有效的。APF方案使用雙層圖 案膜層疊，其將可剝離CVD碳硬掩模技術(shù)與電介質(zhì)防反射涂覆(DARC) 相結(jié)合，以能夠?qū)崿F(xiàn)大高寬比的接觸刻蝕。利用其對(duì)于多晶硅和氧化物的 高度選擇性，APF提供了刻蝕處理的異?？刂?。
雖然使用APF方案的刻蝕處理改善了溝槽的頂部和底部之間的高寬 比，但是僅利用APF進(jìn)行刻蝕可能出現(xiàn)在溝槽的中心向外彎曲的彎曲形 狀。此外，雖然利用APF進(jìn)行刻蝕改善了刻蝕后構(gòu)造的底部對(duì)頂部的高寬 比，但是在許多情況下該比率仍小于80%。隨著臨界尺寸變小，這些效應(yīng) 變得更加嚴(yán)重。
因此，需要一種用于在半導(dǎo)體器件中刻蝕溝槽的系統(tǒng)和方法，其在減 少?gòu)澢⒅圃炀哂写笥?0%的底部對(duì)頂部比率的溝槽的器件的同時(shí)還利用 了 APF的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了利用了用APF進(jìn)行刻蝕的優(yōu)點(diǎn)的系統(tǒng)和方法， 并且在一些實(shí)施例中，改善了處理，使得減少了彎曲并且底部對(duì)頂部比率 大于80%。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，刻蝕先進(jìn)圖案膜(APF)的方法包括以下 步驟將包括APF層的晶片提供到處理室中，其中所述處理室構(gòu)造有以約 162MHz工作的電源；將處理氣體供應(yīng)到所述室中；使用所述162MHz電 源施加源功率;以及將偏壓功率施加到所述晶片。所述處理氣體包括氫氣 (H2)、氮?dú)?N2)和一氧化碳?xì)怏w(CO)。在一個(gè)實(shí)施例中，H2:N2的 比率是約l:l。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在將所述處理氣體供應(yīng)到所述處理
室中之前將300sccm的H2、 300sccm的&和25-100sccm的CO混合來(lái)準(zhǔn) 備所述處理氣體。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述源功率在0瓦和2300瓦之間的范 圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述源功率是約2000瓦。 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述偏壓功率在0瓦和1000瓦之間的 范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述偏壓功率是約900瓦。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，將所述處理壓力維持在20毫托和200 毫托之間。在一個(gè)具體示例中，將所述壓力維持在約IOO毫托。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，刻蝕先進(jìn)圖案膜(APF)的方法，包括 以下步驟將包括APF層的晶片提供到處理室中，其中所述處理室構(gòu)造有 以約162MHz工作的電源；將處理氣體供應(yīng)到所述室中；使用所述 162MHz電源功率施加源功率；將偏壓功率施加到所述晶片。所述處理氣 體包括氫氣(H2)、氮?dú)?N2)和一氧化碳?xì)怏w(CO) 。 H2:N2的比率是 約3:1。所述源功率可以在O瓦和2300瓦之間的范圍內(nèi)。例如，在一個(gè)實(shí) 施例中，所述源功率是約2000瓦。所述偏壓功率可以在O瓦和1000瓦之 間的范圍內(nèi)。在一個(gè)具體實(shí)施例中，該偏壓功率是約900瓦。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，H2:N2的比率是約3:1，并且通過(guò)在將所 述處理氣體供應(yīng)到所述處理室中之前將450sccm的H2、 150sccm的N2和 25-100sccm的CO混合來(lái)準(zhǔn)備所述處理氣體。在具體實(shí)施例中，使用約 50sccm的CO。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，Kb:N2的比率是約3:1，并且將處理壓力 維持在20毫托和200毫托之間。在一個(gè)具體實(shí)施例中，將所述壓力維持 在約100毫托。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，刻蝕先進(jìn)圖案膜(APF)的方法，包括 以下步驟將包括APF層的晶片提供到處理室中，其中所述處理室構(gòu)造有 以約162MHz工作的電源；將所述晶片的溫度調(diào)節(jié)在油路2(TC與6(TC之 間；將處理氣體供應(yīng)到所述室中；使用所述162MHz電源施加源功率；以
及將偏壓功率施加到所述晶片。所述處理氣體包括氫氣(H2)、氮?dú)?br> (N2)和一氧化碳?xì)怏w(CO)。所述源功率可以在0瓦和2300瓦之間的 范圍內(nèi)。所述偏壓功率可以在0瓦和1000瓦之間的范圍內(nèi)。在一個(gè)具體 實(shí)施例中，所述偏壓功率是約900瓦。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，將所述晶片的溫度設(shè)定為約50°C。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)節(jié)所述晶片溫度，并且在所述處理氣 體中的所述H2和所述N2具有約1:1的H2:N2的比率。在此實(shí)施例的一個(gè)示 例中，通過(guò)在將所述處理氣體供應(yīng)到所述處理室中之前將300sccm的H2、 300sccm的N2和25-100sccm的CO混合來(lái)準(zhǔn)備所述處理氣體。在更具體的 示例中，使用約50sccm的CO。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)節(jié)所述晶片溫度，并且在所述處理氣 體中的所述H2和所述N2具有約3:1的H2:N2的比率。在此實(shí)施例的一個(gè)示 例中，通過(guò)在將所述處理氣體供應(yīng)到所述處理室中之前將450sccm的H2、 150sccm的&和25-100sccm的CO混合來(lái)準(zhǔn)備所述處理氣體。在更具體的 示例中，使用約50sccm的CO。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)節(jié)晶片溫度，并且將處理壓力維持在 20毫托和200毫托之間。在一個(gè)具體示例中，將所述壓力維持在約IOO毫 托。


根據(jù)以下說(shuō)明和圖示了本發(fā)明示例的附圖，將更好地理解本發(fā)明的上 述和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于刻蝕襯底的電容耦合等離子處理 設(shè)備的圖示。
圖2A是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用電容耦合高頻等離子 電介質(zhì)刻蝕室用于以高光刻掩模(PR)選擇性和高刻蝕率刻蝕APF的步 驟的流程圖。
圖2B是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于刻蝕APF的圖2A 的步驟以及施加偏壓功率的額外步驟的流程圖。
圖2C是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于刻蝕APF的圖2B 的步驟以及調(diào)節(jié)襯底的溫度的額外步驟的流程圖。
圖3A-3B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用刻蝕技術(shù)的刻蝕前和 刻蝕后的柵對(duì)角層疊。
圖4是示出了對(duì)于低總氣流率和高總氣流率兩者，將APF底部臨界尺 寸(BCD)的數(shù)據(jù)示出為襯底上位置的函數(shù)的圖。
圖5是示出了對(duì)于兩種不同的H2/N2比率，將APF底部CD的數(shù)據(jù)示 出為襯底上位置的函數(shù)的圖。
圖6是示出了將APF刻蝕形狀示出為電功率的函數(shù)的圖。
圖7是示出了對(duì)于兩種不同的陰極溫度，將APF底部CD的數(shù)據(jù)示出 為襯底上位置的函數(shù)的圖。
圖8是示出了將APF底部CD的數(shù)據(jù)示出為襯底上位置的函數(shù)以及中 性禾立子調(diào)諧單元(neutral species tuning unit) (NSTU)的函數(shù)的圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例利用了用APF進(jìn)行刻蝕的優(yōu)點(diǎn)，并且減少了彎曲且提 供了大于80%底部對(duì)頂部比率。本發(fā)明的實(shí)施例可以在電容耦合等離子處 理室中實(shí)施。由Daniel Hoffman等人于2001年12月19日遞交的題為 "Plasma Reactor with Overhead RF Electrode Tuned to the Plasma"并被轉(zhuǎn) 讓給本受讓人的美國(guó)專(zhuān)利第7,030,335號(hào)中描述了這種處理室，其全部?jī)?nèi) 容通過(guò)引用結(jié)合于此。以下將參照?qǐng)D1提供對(duì)美國(guó)專(zhuān)利第7,030,335號(hào)中 詳細(xì)描述的該電容耦合等離子處理室的簡(jiǎn)單說(shuō)明。應(yīng)該理解，本發(fā)明可以 在其他處理室中實(shí)現(xiàn)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于刻蝕襯底的電容耦合等離子處理 室的剖視圖。等離子處理室100包括用于支撐襯底110的襯底支撐105。 半導(dǎo)體環(huán)115圍繞襯底110。半導(dǎo)體環(huán)115由電介質(zhì)(石英)環(huán)120支撐 在接地室體127上。在一個(gè)實(shí)施例中，電介質(zhì)(石英)環(huán)120具有約 10mm的厚度和約4的介電常數(shù)。室100在頂部由盤(pán)形頂架鋁電極界定邊 界，盤(pán)形頂架鋁電極以在襯底110上方預(yù)定的間隙長(zhǎng)度通過(guò)電介質(zhì)(石
英)密封支撐在接地室體127上。頂架電極125可以是諸如鋁之類(lèi)的金 屬，其內(nèi)表面覆蓋有半金屬材料(例如，Si或SiC)?；蛘撸瑑?nèi)表面本身 可以是半金屬材料。RF發(fā)生器150將RF功率施加到頂架電極125。來(lái)自 發(fā)生器150的RF功率通過(guò)與發(fā)生器150匹配的同軸電纜162耦合到與電 極125連接的同軸短線135。短線135具有特征阻抗、共振頻率，并提供 了電極125與50歐姆同軸電纜162或RF發(fā)生器150的路面推定部分50 歐姆輸出之間的阻抗匹配，其在美國(guó)專(zhuān)利第7,030,335號(hào)中更完整地描 述。室體連接到RF發(fā)生器150的RF返回線(RF地線)。從頂架電極 125到RP地線的RF路徑受半導(dǎo)體環(huán)115、電介質(zhì)環(huán)120和電介質(zhì)密封 130的電容的影響。襯底支撐105、襯底IIO和半導(dǎo)體環(huán)115提供了對(duì)于施 加到電極125的RF功率的主要RF返回路徑。
包括頂架電極125和電介質(zhì)密封130的頂架電極組件126的相對(duì)于RF 返回線或地線測(cè)量的電容可以是180微微法。電極組件電容受到電極面 積、間隙長(zhǎng)度(襯底支撐與頂架電極之間的距離)的影響，并還受到影響 雜散電容的因素(尤其是電介質(zhì)環(huán)120和密封130的介電值，其接著受到 所采用的材料的介電常數(shù)和厚度的影響)的影響。通常，電極組件的電容 在大小上等于或約等于特定源功率頻率、等離子體密度和工作壓力時(shí)等離 子體的負(fù)電容，其將在以下討論。
同軸短線135被構(gòu)造為進(jìn)一步有助于整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性、較寬的處理 窗口能力以及許多其他有價(jià)值的優(yōu)點(diǎn)。它包括內(nèi)圓筒導(dǎo)體140和外同心圓 筒導(dǎo)體145。在圖1中由陰影線表示的絕緣體147填充了內(nèi)導(dǎo)體140與外 導(dǎo)體145之間的空間。外導(dǎo)體145可以具有約4英寸的直徑，內(nèi)導(dǎo)體140 可以具有約1.5英寸的直徑。由內(nèi)導(dǎo)體140、外導(dǎo)體145的半徑和絕緣體 147的介電常數(shù)確定短線特征阻抗。在一個(gè)實(shí)施例中，短線135具有65的 特征阻抗。通常，短線特征阻抗比源功率輸出阻抗大約20%-40%。短線 135具有約29英寸的軸向長(zhǎng)度，其在220MHz時(shí)為四分之一波長(zhǎng)，從而具 有在220MHz附近的共振，以與210MHz的VHF源功率頻率大致匹配同 時(shí)也略微偏移。
在沿著短線135的軸向長(zhǎng)度的特定點(diǎn)設(shè)置管口 160用于將來(lái)自RP發(fā)
生器150的RF功率施加到短線135。發(fā)生器150的RF功率端子150b和 RF返回端子150a在短線135上的管口 160處分別連接到內(nèi)導(dǎo)體140和外 導(dǎo)體145。經(jīng)由具有與發(fā)生器150的輸出阻抗(例如，50歐姆)匹配的特 征阻抗的發(fā)生器到短線同軸電纜162進(jìn)行這些連接。在短線135的遠(yuǎn)端 135a處的末端導(dǎo)體165將內(nèi)導(dǎo)體140和外導(dǎo)體145短接在一起。在作為短 線135的非短接端的近端135b處，外導(dǎo)體145經(jīng)由環(huán)形導(dǎo)電殼體或支撐 175連接到室體，而內(nèi)導(dǎo)體140經(jīng)由導(dǎo)電圓筒或支撐176連接到頂架電極 125的中心。電介質(zhì)環(huán)180保持在導(dǎo)電圓筒176與電極125之間并將兩者 隔開(kāi)。
內(nèi)導(dǎo)體140能夠?qū)τ谥T如處理氣體和冷卻劑之類(lèi)的設(shè)施提供管路。此 特征的主要優(yōu)點(diǎn)在于，與常規(guī)的等離子處理室不同，氣體管線170和冷卻 劑管線173不會(huì)跨越較大的電勢(shì)差。因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)允許較小的電勢(shì)差，所 以管路可以由金屬制成，其對(duì)于該目的而言是更便宜且更可靠的材料。金 屬氣體管線170供給在頂架電極125中或與頂架電極125相鄰的氣體入口 172，而金屬冷卻劑管線172供給頂架電極125內(nèi)的冷卻劑通路或水套 174。在頂架電極125中或與頂架電極125相鄰的氣體入口 172可以被構(gòu)造 為內(nèi)外氣體分配歧管。在一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)外氣體分配歧管形成內(nèi)環(huán)和外 環(huán)，對(duì)各個(gè)環(huán)的流動(dòng)可以調(diào)節(jié)。因?yàn)榭梢韵鄬?duì)于流動(dòng)到晶片的外側(cè)部分的 氣體調(diào)節(jié)流動(dòng)到晶片內(nèi)側(cè)部分的氣體，所以這種氣體分配系統(tǒng)允許在晶片 上更好的均勻性。
在一個(gè)工作示例中，中性粒子是氬，等離子電子頻率是約230MHz， RF源功率頻率是約210MHz，室壓在IO毫托至200毫托，并且施加足夠 的RF功率，使得等離子體密度在109與10 c"之間。在這些條件下，等 離子體通常具有-50至-400微微法的負(fù)電容?？梢詾橹T如電介質(zhì)刻蝕、金 屬刻蝕和CVD之類(lèi)的不同應(yīng)用將等離子體電容調(diào)節(jié)并優(yōu)化到特定期望范 圍，并在VHF源功率頻率的情況下具有負(fù)值。通過(guò)使用等離子體的這些 特性，可以通過(guò)使電極電容和處理室的頻率匹配特征相匹配來(lái)優(yōu)化處理?xiàng)l 件。
圖2A是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用電容耦合高頻等離子電介
質(zhì)刻蝕室用于以高光刻掩模(PR)選擇性和高刻蝕率刻蝕APF的步驟的
流程圖。如以下參照?qǐng)D3所討論的，可以在CMOS器件300的制造期間使 用在圖2A的流程圖中所示的處理。當(dāng)刻蝕系統(tǒng)準(zhǔn)備好用于接收半成品的 CMOS器件1VK^ECU 300時(shí)，該方法在210開(kāi)始。在220，通過(guò)將晶片傳 送到諸如靜電卡盤(pán)之類(lèi)的基座上，來(lái)將半成品的CMOS器件引入處理室。 半成品的CMOS晶片已經(jīng)經(jīng)歷了包括沉積、圖案化和光阻刻蝕的數(shù)個(gè)處 理，并具有底部防反射層和電介質(zhì)防反射層(PRBARCDARC) 330A。 可以在與APF相同室中制造圖案的相同處理中刻蝕(PR BARC DARC) 330A。將在以下參照?qǐng)D3A詳細(xì)描述用于刻蝕(PR BARC DARC)層 330A的化學(xué)處理。
在230，將H2、 N2和CO氣體混合。可以通過(guò)供應(yīng)H2、 N2和CO的各 個(gè)氣體并在它們被引入處理室之前允許它們?cè)谝粋€(gè)室內(nèi)混合，來(lái)進(jìn)行H2、 N2和CO氣體的混合?；蛘?，H2、 N2和CO氣體可以預(yù)先混合，存儲(chǔ)在氣 缸內(nèi)并根據(jù)需要供應(yīng)到處理室。接著，在240，將H2/N2/CO氣體混合物引 入處理室。在如圖l所示的處理室中，通過(guò)氣體管線170和氣體入口 172 將H2/N2/CO氣體混合物引入處理室。氣體入口 172可以包括內(nèi)分配環(huán)和 外分配環(huán)，其允許在晶片的中心和晶片的邊緣不同地調(diào)節(jié)氣流。在一個(gè)實(shí) 施例中，通過(guò)混合約300sccm的H2、約300sccm的^和25-100sccm之間 的CO來(lái)準(zhǔn)備氣體混合物。如果使用50sccm的CO，則此混合物可以被設(shè) 定為使得H2:N2的比率是1:1。在其他實(shí)施例中，112:^的比率在從1:3至 l:l的范圍內(nèi)，且N2:CO的比率在從6:l至1:1的范圍內(nèi)。在250，通過(guò)調(diào) 節(jié)流率、泵吸速度或調(diào)節(jié)兩者來(lái)達(dá)到處理壓力。因?yàn)槿缫韵聟⒄請(qǐng)D4所 述，流率可以影響晶片屬性，所以流率可以被設(shè)定為特定值并且可以使用 泵和閥來(lái)調(diào)節(jié)該壓力。例如，可以通過(guò)對(duì)連接到真空泵的閥進(jìn)行節(jié)氣調(diào)節(jié) 來(lái)調(diào)節(jié)該壓力。如果期望低壓則連接到真空泵的閥可以打開(kāi)，而如果期望 較高的壓力，則該閥可以關(guān)閉。在一個(gè)實(shí)施例中，將H2/N2/CO氣體混合 物流率設(shè)定為250sccm至1300sccm之間，并且壓力維持在20毫托和200 毫托之間。在一個(gè)具體示例中，壓力維持在約100毫托。
接著，在260，使用源功率產(chǎn)生導(dǎo)電耦合等離子體。取決于應(yīng)用，該
源功率在從0瓦至2300瓦的范圍內(nèi)。在一個(gè)具體應(yīng)用中，將源功率設(shè)定 為2000瓦。 一旦建立了這些處理?xiàng)l件并已經(jīng)產(chǎn)生了等離子體，則在270 刻蝕晶片?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量持劍或結(jié)束點(diǎn)檢測(cè)來(lái)控制刻蝕。如果使用計(jì)時(shí) 器，則刻蝕晶片達(dá)已經(jīng)預(yù)定的某個(gè)時(shí)間，以刻蝕合適量的材料。如果使用 結(jié)束點(diǎn)檢測(cè)來(lái)停止處理，則刻蝕襯底，直到結(jié)束點(diǎn)監(jiān)測(cè)器確定已經(jīng)從晶片 去除了足夠的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)切斷氣流和源功率來(lái)停止刻 蝕。 一旦完成刻蝕處理，在步驟280從刻蝕室移除己刻蝕的晶片并發(fā)送到 下一個(gè)處理工序。
圖2B是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于刻蝕APF的圖2A 的步驟以及施加偏壓功率的額外步驟的流程圖。在本發(fā)明的此實(shí)施例中， 如上參照?qǐng)D2A所述刻蝕晶片，但是還將偏壓功率施加到晶片。以下將參 照?qǐng)D4至圖8描述在刻蝕期間將偏壓功率施加到晶片的優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施 例中，通過(guò)使用連接到能夠使晶片偏壓的電源的靜電卡盤(pán)或其他一些晶片 支撐，來(lái)實(shí)現(xiàn)將偏壓功率施加到晶片?？梢酝ㄟ^(guò)產(chǎn)生13.56MHz的功率的 RF電源來(lái)供應(yīng)偏壓功率。偏壓功率可以在從0瓦和1000瓦之間的范圍 內(nèi)。在一個(gè)具體應(yīng)用中，偏壓功率是約900瓦。
圖2C是示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于刻蝕APF的圖2B 的步驟以及調(diào)節(jié)襯底的溫度的額外步驟的流程圖。在本發(fā)明的此實(shí)施例 中，如上參照?qǐng)D2B所述在將偏壓功率供應(yīng)到晶片的情況下刻蝕晶片。以 下將參照?qǐng)D7描述在刻蝕期間調(diào)節(jié)晶片溫度的優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，通 過(guò)用加熱器加熱晶片來(lái)將晶片的溫度調(diào)節(jié)到油路2CTC和6(TC之間。加熱 器可以是位于介電卡盤(pán)內(nèi)的電阻加熱器或一些其他加熱器，例如燈。
圖2A、 2B和2C示出了各種處理，例如在240將氣體引入處理室， 在250實(shí)現(xiàn)處理壓力，在235將偏壓功率施加到晶片，在225設(shè)定晶片溫 度，以及在260施加源功率以產(chǎn)生電容耦合等離子體。本發(fā)明不限于執(zhí)行 這些前述處理一個(gè)特定順序。這些處理的順序可以根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施 例進(jìn)行互換。例如，在引入氣體混合物之前設(shè)定晶片溫度可以是有利的。 或者在引入氣體混合物之前施加偏壓功率可以是有利的。
圖3A-3B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用刻蝕技術(shù)的刻蝕前和
刻蝕后的柵對(duì)角層疊。
圖3A圖示了在刻蝕APF層之間的半成品CMOS器件300，其包括襯 底310A、 SiN層315A、氧化物層320A、 APF層325A和PR BARC/DARC 層330A。 APF層通常包括SiON和碳的膜。PR BARC/DARC層通常包括 光阻(PR)層、底部防反射涂覆(BARC)層以及電介質(zhì)防反射涂覆 (DARC)層。BARC層包括沉積在金屬或多晶硅的頂部上的光吸收金屬 層(通常為氮化鈦)以提高光刻性能。DARC層包括沉積在金屬或多晶硅 的頂部上的非反射非能量吸收無(wú)機(jī)電介質(zhì)層以提高光刻性能。DARC層使 得可以精確地將掩模圖案轉(zhuǎn)印到光阻上。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，襯底310A可以是硅襯底。如果CMOS器 件是PMOS，則襯底可以是n型襯底，而如果CMOS器件是NMOS，則襯 底可以是p型襯底。用作阻擋層的SiN層315A直接沉積到襯底310A上。 氧化物層320A在SiN層315A之后沉積，使得SiN層315A位于氧化物層 320A以下。在一些實(shí)施例中，氧化物層320A包括摻雜有硼和磷兩者的二 氧化硅層，其稱為硅酸硼磷玻璃(BPSG)層。SiN層315A用作對(duì)硼和磷 從BPSG層擴(kuò)散到襯底310A內(nèi)的阻擋。在BPSG層自身的諸如再流動(dòng)和 增濃之類(lèi)的高溫處理期間可能發(fā)生這種擴(kuò)散。
APF層325A再氧化物層320A之后沉積，使得APF層325A位于氧化 物層320A以上。APF層325A是諸如無(wú)定形碳/DARC層疊膜之類(lèi)的可剝 離硬掩模。PR BARC/DARC層330A在APF層325A之后襯底，使得PR BARC/DARC層330A在APF層325A之后沉積，使得PR BARC/DARC層 330A位于APF層325A以上。PR BARC/DARC層330A是已經(jīng)圖案化的 光阻層，用于進(jìn)一步刻蝕光阻以下的層疊。
PR BARC/DARC層330A包括已經(jīng)通過(guò)刻蝕掉該層的一些部分形成的 圖案。已經(jīng)使用CF4/CHF3刻蝕劑刻蝕了 PR BARC/DARC層330A。
圖3B圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在利用已經(jīng)參照?qǐng)D2A-2C描 述的方法刻蝕了 APF層之后如圖3A所示的半成品CMOS器件300B。已 經(jīng)使用H2/N2/CO氣體混合物刻蝕APF層325B得到半成品CMOS器件 300B。此后使用不同刻蝕劑刻蝕結(jié)構(gòu)的其余部分。例如，使用諸如
0^6/0^8之類(lèi)的刻蝕劑刻蝕氧化物層320A。相似地，使用CH2F2/CHFjU 蝕劑來(lái)刻蝕SiN層315A。
在一個(gè)應(yīng)用中，使用多步刻蝕處理或兩步刻蝕處理來(lái)刻蝕接觸開(kāi)口以 穿過(guò)包括BPSG的氧化物層320B，以及SiN層315B。在一個(gè)實(shí)施例中， 第一刻蝕有選擇地相對(duì)于SiN層315B中的氮化硅刻蝕氧化物層320B中的 二氧化硅，并停止在SiN層315B上。除了用作刻蝕停止層之外，SiN層 315B還保護(hù)其下的活性區(qū)域避免受到氧化刻蝕期間釋放的離子氧的損傷。 在完成刻蝕之后，使用氮化刻蝕步驟以清潔SiN層315B，而不會(huì)損傷半 導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的側(cè)壁。
圖4是示出對(duì)于低總氣流率和高總氣流率兩者，將APF底部臨界尺寸 (BCD)的數(shù)據(jù)示出為襯底上位置的函數(shù)的圖。圖4圖示了與H2/N2/CO 氣體混合物的較低總流率相比，H2/N2/CO氣體混合物的較高流率產(chǎn)生較差 形狀并且較小底部CD。此外，相比H2/N2/CO氣體混合物的較低流率，在 H2/N2/CO氣體混合物的較高流率的情況下底部CD也更差。通過(guò)降低 H2/N2/CO氣體混合物的流率，改善了豎直形狀并提高了 CD均勻性。本發(fā) 明的實(shí)施例通過(guò)調(diào)節(jié)總流率提高了底部CD均勻性，并最小化或去除了底 切(undercut)。這些方法還改善了對(duì)于所形成的特征部的豎直形狀。
圖5是示出了對(duì)于兩種不同的H2/N2比率，將APF底部CD的數(shù)據(jù)示 出為襯底上位置的函數(shù)的圖。圖5圖示了在H2/N2/CO氣體混合物中的較 低H2/N2比率導(dǎo)致更好的底部CD均勻性。在圖5中，表示了對(duì)于112/1^= 1:1和H2/N2=3:l的比率的數(shù)據(jù)。
在一些應(yīng)用中，有利的是將較低的H2/N2/CO氣體混合物的總流率和
較低的H2/N2比率相結(jié)合以得到良好的形狀和良好的均勻性兩者。在本發(fā)
明的另一個(gè)實(shí)施例中，如參照?qǐng)D6所述，可以使用較高的源功率并結(jié)合或 代替較低的H2/N2比率以提高均勻性。
以較低H2/N2比率處理晶片還改善了微?？刂?，其導(dǎo)致更高的成品 率。在使用H2/N2/CO氣體混合物的APF刻蝕步驟的一個(gè)示例中，微粒增 加物(particle adder)在從50至150的范圍內(nèi)，平均為100。在此示例 中，在刻蝕處理期間在微粒中沒(méi)有尖刺或向上趨勢(shì)。微粒源疑似來(lái)自在
APF步驟之前IVN2與氟(F)產(chǎn)物的反應(yīng)。因?yàn)槭覂?nèi)H將與F反應(yīng)，形 成非揮發(fā)性的產(chǎn)物，所以此反應(yīng)容易成為微粒的來(lái)源。因?yàn)檩^低的H2/N2 比率導(dǎo)致室內(nèi)更少的H，所以H與F之間反應(yīng)的機(jī)會(huì)更小，因此形成微粒 的機(jī)會(huì)更小，其帶來(lái)了改善的微?？刂啤?br> 圖6是示出了將APF刻蝕形狀示出為電功率的函數(shù)的圖。圖6圖示了 隨著源功率從1500瓦增大到2000瓦，刻蝕率(ER)和刻蝕率均勻性比例 (ERU%)從4310A/min和7.7X改善到5490A/min和3.1X。當(dāng)源功率增 大500瓦時(shí)，ER快了 27%。將源功率從1500瓦增大到2000瓦沒(méi)有影響 底部CD和均勻性，但是帶來(lái)了更好的形狀。
偏壓功率也可以對(duì)晶片屬性帶來(lái)影響。在一個(gè)實(shí)施例中，將 13.56MHz的偏壓功率供應(yīng)到晶片。增大偏壓功率可以顯著影響電介質(zhì)防 反射涂覆(DARC)選擇性。例如，當(dāng)13.56MHz的偏壓功率從900瓦增 大到1500瓦時(shí)，DARC層被完全去除，導(dǎo)致頂部展開(kāi)的APF形狀。因 此，偏壓功率的減小可以導(dǎo)致DARC集成度的提高。
圖7是示出了對(duì)于兩種不同的陰極溫度，將APF底部CD的數(shù)據(jù)示出 為襯底上位置的函數(shù)的圖。圖7圖示了當(dāng)陰極溫度從40'C改變到15'C時(shí) 底部CD的形狀變差。溫度對(duì)底部CD均勻性的效應(yīng)是由于在更高的溫度 下APF刻蝕步驟期間的DARC ER更慢。但是，因?yàn)闇囟壬咚坪醪粫?huì)對(duì) 底部CD產(chǎn)生主要的影響，所以刻蝕均勻性影響可能是因?yàn)閷?duì)于15'C情況 下相同步驟時(shí)更大的OE%。此外，根據(jù)晶片中心和晶片邊緣之間的測(cè) 量，相比陰極溫度被設(shè)定在15"時(shí)，當(dāng)陰極溫度設(shè)定在4(TC時(shí)，APF被 更慢和更均勻地刻蝕。
圖8是示出了將APF底部CD的數(shù)據(jù)示出為襯底上位置的函數(shù)以及中 性粒子調(diào)諧單元(NSTU).的函數(shù)的圖。NSTU用于通過(guò)雙區(qū)域噴頭控制 氣體流率。在一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)準(zhǔn)NSTU被界定為流入晶片外邊緣的氣體 與流向晶片中心的氣體的比率。例如，在此實(shí)施例中，3NSTU表示總氣體 的75%流向晶片的外邊緣而氣體的25%流向晶片的中心。NSTU用于調(diào)諧 由聚合物分布引起的中心和邊緣差，其接著將影響諸如形狀、CD、 PR選 擇性、殘余物或甚至刻蝕率之類(lèi)的刻蝕性能。圖8圖示了當(dāng)NSTU在高達(dá)
1以內(nèi)的范圍內(nèi)時(shí)底部CD更加均勻，但是當(dāng)NSTU在從l至4的范圍內(nèi) 時(shí)底部CD變得較不均勻。此外，在NSTU設(shè)定為l的情況下，整個(gè)晶片 傷的底部CD范圍較小。
圖4至圖8圖示了使用H2/N2/CO氣體混合物的處理中的流率可以導(dǎo)致 高APF刻蝕率、高PR選擇性和可控的APF掩模CD。此外，將H2/N2/CO 氣體混合物處理與高頻和低頻RF功率相結(jié)合放大了處理窗口。將 H2/N2/CO氣體混合物處理與雙氣體供給蓋、NSTU和CSTU相結(jié)合提高了 刻蝕率均勻性。此外，使用較稀的H2/N2/CO氣體混合物化學(xué)處理去除了 聚合物的形成，該聚合物的形成將增加處理室時(shí)間。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到，雖然以上已經(jīng)針對(duì)優(yōu)選實(shí)施例描述了 本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此。上述本發(fā)明的各種特征和方面可以單獨(dú)或 結(jié)合地使用。此外，雖然已經(jīng)在特定環(huán)境下的實(shí)現(xiàn)方式和用于特定應(yīng)用的 上下文中描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的有利 之處不限于此，并且本發(fā)明能夠以任何數(shù)量的環(huán)境和實(shí)現(xiàn)方式加以利用。
權(quán)利要求
1. 一種刻蝕先進(jìn)圖案膜(APF)的方法，包括以下步驟將包括APF層的晶片提供到處理室中，其中所述處理室構(gòu)造有以約162MHz工作的電源；將處理氣體供應(yīng)到所述室中，其中所述處理氣體包括氫氣(H2)、氮?dú)?N2)和一氧化碳?xì)怏w(CO)，并且H2:N2的比率是約1:1；使用所述162MHz電源施加源功率；以及將偏壓功率施加到所述晶片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)在將所述處理氣體供應(yīng)到所 述處理室中之前將300sccm的H2、 300sccm的&和25-100sccm的CO混 合來(lái)準(zhǔn)備所述處理氣體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)在將所述處理氣體供應(yīng)到所 述處理室中之前將300sccm的H2、 300sccm的&和50sccm的CO混合來(lái) 準(zhǔn)備所述處理氣體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述源功率在0瓦和2300瓦之間 的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述偏壓功率在0瓦和1000瓦之 間的范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括維持約100毫托的處理壓力。
7. —種刻蝕先進(jìn)圖案膜(APF)的方法，包括以下步驟將包括APF層的晶片提供到處理室中，其中所述處理室構(gòu)造有以約 162MHz工作的電源；將處理氣體供應(yīng)到所述室中，其中所述處理氣體包括氫氣(H2)、氮 氣(N2)和一氧化碳?xì)怏w(CO)，并且H2'.N2的比率是約3:1;將約2000瓦的功率施加到以162MHz工作的所述電源；將約900瓦的偏壓施加到所述晶片；以及維持約IOO毫托的處理壓力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中通過(guò)在將所述處理氣體供應(yīng)到所 述處理室中之前將450sccm的H2、 150sccm的Ns和25-100sccm的CO混 合來(lái)準(zhǔn)備所述處理氣體。
9. 一種刻蝕先進(jìn)圖案膜(APF)的方法，包括以下步驟-將包括APF層的晶片提供到處理室中，其中所述處理室構(gòu)造有以約 162MHz工作的電源；將所述晶片的溫度調(diào)節(jié)在油路2(TC與60'C之間；將處理氣體供應(yīng)到所述室中，其中所述處理氣體包括氫氣(H2)、氮 氣(N2)和一氧化碳?xì)怏w(CO);使用所述162MHz電源施加源功率；將偏壓功率施加到所述晶片；以及維持約100毫托的處理壓力。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述處理氣體中的所述&和 所述N2具有約1:1的H2:N2的比率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中通過(guò)在將所述處理氣體供應(yīng)到 所述處理室中之前將300sccm的H2、 300sccm的&和25-100sccm的CO 混合來(lái)準(zhǔn)備所述處理氣體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述處理氣體中的所述112和 所述N2具有約3:1的H2:N2的比率。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中通過(guò)在將所述處理氣體供應(yīng)到 所述處理室中之前將450sccm的H2、 150sccm的化和25-100sccm的CO 混合來(lái)準(zhǔn)備所述處理氣體。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述源功率在0瓦和2300瓦之 間的范圍內(nèi)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述偏壓功率在0瓦和1000瓦 之間的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于使用先進(jìn)圖案膜(APF)刻蝕晶片的方法，其減小了彎曲并提高了底部對(duì)頂部比率，其包括將包括APF層的晶片提供到處理室中，其中處理室構(gòu)造有以約162MHz工作的電源；將處理氣體供應(yīng)到室中；使用162MHz電源施加源功率；以及將偏壓功率施加到晶片。處理氣體包括氫氣(H₂)、氮?dú)?N₂)和一氧化碳?xì)怏w(CO)。H₂∶N₂的比率是約1∶1。此外，調(diào)節(jié)晶片溫度以改善刻蝕特性。
文檔編號(hào)H01L21/033GK101393847SQ200810132400
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月16日
發(fā)明者宋興禮, 王竹戌, 馬紹銘 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司