專利名稱：具有減少的低k介電損傷的剝除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使用等離子蝕刻穿過由有機掩模形成的介電層并隨后剝除該掩 模而在半導(dǎo)體晶片上形成結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體等離子蝕刻應(yīng)用，等離子通常用來將有機掩模圖案(如光刻膠掩膜圖 案)轉(zhuǎn)移到電路以及晶片上的超低k介電層線路圖案中。這通過蝕刻掉在該掩模圖案的開 口區(qū)域中該光刻膠掩膜材料下方的該超低k介電層而實現(xiàn)。這個蝕刻反應(yīng)由化學(xué)反應(yīng)物質(zhì) 以及通過在包含在真空外殼中的反應(yīng)劑混合物中放電而生成的帶電粒子所引起，這個真空 外殼也稱作反應(yīng)器室。另外，還使這些離子朝向該晶片材料加速、穿過該氣體混合物和該晶 片材料之間產(chǎn)生的電場，沿該離子軌跡的方向、以稱作各向異性蝕刻的方式定向去除該蝕 刻材料。在該蝕刻次序的結(jié)束，該掩模材料通過將其剝除掉而去除，在其位置上留下該最初 期望的掩模圖案的橫移模式的復(fù)制品。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)前面所述的以及按照本發(fā)明的目的，提供一種在等離子處理室中、在設(shè) 在光刻膠掩膜下方的低k介電層中形成蝕刻特征的方法。穿過該光刻膠掩膜將該特征蝕刻 進(jìn)該低k介電層。在將該特征蝕刻進(jìn)該低k介電層之后剝除該光刻膠掩膜，其中該剝除包 括至少一個循環(huán)，其中每個循環(huán)包括碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物剝除氣體流 進(jìn)該等離子處理室、由該碳氟化合物剝除氣體形成等離子和停止進(jìn)入該等離子處理室的碳 氟化合物剝除氣體流；以及減少的碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物流率比該碳氟 化合物剝除氣體低的減少的碳氟化合物剝除氣體流入該等離子處理室、由該減少的碳氟化 合物剝除氣體形成等離子和停止減少的碳氟化合物剝除氣體流。在本發(fā)明的另一方面，提供一種從處理室中被蝕刻的低k介電層上方剝除有機掩 模層的方法。從該被蝕刻的低k介電層剝除該有機掩模，包括至少一個循環(huán)，其中每個循環(huán) 包括碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物剝除氣體流入該處理室、由該碳氟化合物剝 除氣體形成等離子和停止進(jìn)入該處理室的碳氟化合物剝除氣體流；以及減少的碳氟化合物 剝除階段，包括將碳氟化合物流率比該碳氟化合物剝除氣體低的減少的碳氟化合物剝除氣 體流入該處理室、由該減少的碳氟化合物剝除氣體形成等離子和停止減少的碳氟化合物剝 除氣體流。在本發(fā)明的另一方面，提供一種在設(shè)在光刻膠掩膜下方的低k介電層中形成特征 的設(shè)備。等離子處理室，包括形成等離子處理室外殼的室壁、用于在該等離子處理室外殼內(nèi) 支撐基片的基片支撐件、用于調(diào)節(jié)該等離子處理室外殼中壓力的壓力調(diào)節(jié)器，至少一個用 于將功率提供至該等離子處理室外殼以維持等離子的電極、用于將氣體提供進(jìn)該等離子處 理室外殼的氣體入口以及用于將氣體排出該等離子處理室外殼的氣體出口。氣體源與該氣 體入口流體連通，并包括蝕刻氣體源、碳氟化合物剝除氣體源和減少的碳氟化合物剝除氣體源?？刂破饕钥煽胤绞竭B接到該氣體源和該至少一個電極，并包括至少一個處理器和計 算機可讀介質(zhì)。該計算機可讀介質(zhì)包括用于穿過該光刻膠掩膜將該特征蝕刻進(jìn)該低k介電 層的計算機可讀代碼和用于在將該特征蝕刻進(jìn)該低k介電層之后剝除該光刻膠掩膜的計 算機可讀代碼。該用于剝除該光刻膠掩膜的計算機可讀代碼包括至少一個循環(huán)，其中每個 循環(huán)包括碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物剝除氣體流進(jìn)該等離子處理室、由該碳 氟化合物剝除氣體形成等離子和停止進(jìn)入該等離子處理室的碳氟化合物剝除氣體流；以及 減少的碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物流率比該碳氟化合物剝除氣體低的減少的 碳氟化合物剝除氣體流入該等離子處理室、由該減少的碳氟化合物剝除氣體形成等離子和 停止減少的碳氟化合物剝除氣體流。本發(fā)明的這些和其他特征將在下面的具體描述中結(jié)合附圖更詳細(xì)地說明。


在附圖中，本發(fā)明作為示例而不是作為限制來說明，其中類似的參考標(biāo)號指出相 似的元件，其中圖1是創(chuàng)新性蝕刻工藝的流程圖。圖2A-D是使用該創(chuàng)新性工藝形成特征的示意圖。圖3是可用于實施本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖。圖4A-B是可用于實施本發(fā)明的計算機系統(tǒng)的示意圖。圖5是該碳氟化合物剝除階段的更詳細(xì)的流程圖。圖6是該減少的碳氟化合物剝除階段的更詳細(xì)的流程圖。圖7是示出使用現(xiàn)有C02剝除工藝和使用該創(chuàng)新性剝除工藝的納米級超低k損傷 的圖表。
具體實施例方式現(xiàn)在將根據(jù)其如在附圖中說明的幾個實施方式來具體描述本發(fā)明。在下面的描述 中，闡述許多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，顯然，本發(fā) 明可不利用這些具體細(xì)節(jié)的一些或者全部而實施。在有的情況下，公知的工藝步驟和/或 結(jié)構(gòu)沒有說明，以避免不必要的混淆本發(fā)明。在半導(dǎo)體先過孔后溝槽(VFTL)雙大馬士革(DD)處理中，添加有機成分以提供更 低的介電常數(shù)的基于氧化硅的低介電常數(shù)(低k)材料在蝕刻和抗蝕劑剝除工藝過程中暴 露于多種多樣的反應(yīng)劑。所暴露的低k電介質(zhì)材料往往受到蝕刻/剝除等離子和化學(xué)制劑 的損傷。通常，低k損傷包括材料組分(例如，碳耗盡)、形態(tài)(密度或孔隙度)和/或表面 屬性(例如，疏水至親水)的變化。該受損傷的層不再具備所期望的介電屬性，并且會導(dǎo)致 器件成品率損失和/或可靠性失效。所以減少低k電介質(zhì)蝕刻/剝除期間的損傷成為半導(dǎo) 體處理中最關(guān)鍵的挑戰(zhàn)之一。不同于純的(未受損)低k材料，該受損的層可容易由稀HF 溶液去除。實踐中，通常在蝕刻和剝除之后通過將樣品浸在稀HF溶液中測量該材料損耗而 量化低k材料損傷。人們已經(jīng)做出許多努力以減少在低k電介質(zhì)蝕刻和剝除工藝期間的損傷?，F(xiàn)有的 方法主要是在蝕刻和剝除工藝的優(yōu)化方面，通過優(yōu)化工藝化學(xué)制劑、硬件配置和/或等離子源(例如RF與微波)等。這些現(xiàn)有的努力只得到有限的成就。隨著該介電常數(shù)(k值) 持續(xù)減小，以及該材料變得更加多孔、關(guān)鍵尺寸變得更小，損傷變成在大多數(shù)高級集成電路 處理中更加嚴(yán)重的問題。另一種現(xiàn)有方法是在蝕刻和剝除該低k電介質(zhì)材料之后修補該受損的層。盡管這 個方式可修補該低k電介質(zhì)材料中一定程度的損傷，但是其需要獨立且不同的工具組件。 所以增加了制造成本并且降低產(chǎn)量。另外，需要在完成蝕刻后快速剝除光刻膠掩膜而不損傷該低k介電層。某些剝除 工藝太慢。而別的剝除工藝則損傷該低k介電層。其他剝除工藝導(dǎo)致所蝕刻的特征頸縮或 其他扭曲。本發(fā)明一個實施例提供一種在蝕刻該低k介電層之后剝除光刻膠掩膜的方式，其 快速并且對該低k電介質(zhì)的損傷低，而且減少扭曲。圖1是本發(fā)明一個實施例的高級流程圖。在這個實施例中，圖案化的有機掩模形 成在低k介電層上方(步驟104)。圖2A是基片210的剖視示意圖，在該基片上方設(shè)置低 k介電層208，在該介電層上方形成圖案化的有機掩模204。一個或多個中間層可設(shè)在該基 片(晶片)210和該低k介電層208之間。一個或多個中間層(如抗反射涂層和/或硬掩 模層)可設(shè)在該低k介電層208和該圖案化的有機掩模204之間。該基片210設(shè)在等離子處理室中(步驟106)。圖3是可用于本發(fā)明優(yōu)選實施例 的等離子處理室300的示意圖。在這個實施例中，該等離子處理室300包括限制環(huán)302、上 部電極304、下部電極308、氣體源310和排氣泵320。該氣體源310包括蝕刻氣體源312、 碳氟化合物剝除氣體源314和減少的碳氟化合物剝除氣體源316。等離子處理室300內(nèi)， 該基片210設(shè)在該下部電極308上。該下部電極308集成合適的基片卡緊機構(gòu)(例如，靜 電、機械夾鉗等)用于夾持該基片210。該反應(yīng)器頂部328集成該上部電極304，其設(shè)為正 對該下部電極308。該上部電極304、下部電極308和限制環(huán)302限定該受限等離子容積 340。氣體由氣體源310通過氣體入口 343提供至該受限等離子容積并且由該排氣泵320 通過該限制環(huán)302和排氣孔從該受限等離子容積排出。該排氣泵320形成該等離子處理室 的氣體出口。第一 RF源344電氣連接到該上部電極304。第二 RF源348電氣連接到該下 部電極308。室壁352形成等離子外殼，其中設(shè)有該限制環(huán)302、該上部電極304和該下部 電極308。該第一 RF源344和該第二 RF源348兩者可包括60MHz功率源、27MHz功率源和 2MHz功率源?？捎胁煌膶F功率連接到電極的組合。由Fremont，California的Lam ResearchCorporation 制造的2300 Exelan Flex3x介電蝕刻系統(tǒng)可用于本發(fā)明的 優(yōu)選實施例?？刂破?35以可控方式連接到該第一 RF源344、該第二 RF源348、該排氣泵 320、連接到該蝕刻氣體源312的第一控制閥337、連接到該碳氟化合物剝除氣體源314的 第二控制閥339和連接到該減少的碳氟化合物剝除氣體源316的第三控制閥341。該氣體 入口 343將氣體從該氣體源312、314、316提供進(jìn)該等離子處理外殼。噴頭可連接到該氣體 入口 343。該氣體入口 343可以是用于每個氣體源的單個入口或用于每個氣體源的不同入 口，或用于每個氣體源的多個入口，或其他可能的組合。圖4A和4B說明了一個計算機系統(tǒng)400，其適于用作控制器335。圖4A示出可用 于該控制器335的計算機系統(tǒng)一種可能的物理形式。當(dāng)然，該計算機系統(tǒng)可以具有從集成 電路、印刷電路板和小型手持設(shè)備到巨型超級計算機的范圍內(nèi)的許多物理形式。計算機系統(tǒng)400包括監(jiān)視器402、顯示器404、機箱406、磁盤驅(qū)動器408、鍵盤410和鼠標(biāo)412。磁盤 414是用來與計算機系統(tǒng)400傳入和傳出數(shù)據(jù)的計算機可讀介質(zhì)。圖4B是計算機系統(tǒng)400的框圖的一個例子。連接到系統(tǒng)總線420的是各種各樣的 子系統(tǒng)。處理器422 (也稱為中央處理單元，或CPU)連接到存儲設(shè)備，包括存儲器424。存 儲器424包括隨機訪問存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。如本領(lǐng)域所公知的，ROM用作向 CPU單向傳輸數(shù)據(jù)和指令，而RAM通常用來以雙向的方式傳輸數(shù)據(jù)和指令。這兩種類型的 存儲器可包括下面描述的任何合適的計算機可讀介質(zhì)。固定磁盤426也是雙向連接到CPU 422 ；其提供額外的數(shù)據(jù)存儲并且也包括下面描述的任何計算機可讀介質(zhì)。固定磁盤426可 用來存儲程序、數(shù)據(jù)等，并且通常是次級存儲介質(zhì)(如硬盤)，其比主存儲器慢?？梢岳斫獾?是保留在固定磁盤426內(nèi)的信息可以在適當(dāng)?shù)那闆r下作為虛擬存儲器以標(biāo)準(zhǔn)的方式結(jié)合 在存儲器424中?？梢苿哟疟P414可以采用下面描述的任何計算機可讀介質(zhì)的形式。CPU 422還連接到各種輸入/輸出設(shè)備，如顯示器404、鍵盤410、鼠標(biāo)412和揚聲 器430。通常，輸入/輸出設(shè)備可以是下面的任何一種視頻顯示器、軌跡球、鼠標(biāo)、鍵盤、麥 克風(fēng)、觸摸顯示器、轉(zhuǎn)換器讀卡器、磁帶或紙帶閱讀器、書寫板、觸針、語音或手寫識別器、生 物閱讀器或其他計算機。CPU 422可選地可使用網(wǎng)絡(luò)接口 440連接到另一臺計算機或者電 信網(wǎng)絡(luò)。利用這樣的網(wǎng)絡(luò)接口，計劃在執(zhí)行上述方法步驟地過程中，CPU可從網(wǎng)絡(luò)接收信息 或者向網(wǎng)絡(luò)輸出信息。此外，本發(fā)明的方法實施方式可在CPU 422上單獨執(zhí)行或者可在如 Internet的網(wǎng)絡(luò)上與共享該處理一部分的遠(yuǎn)程CPU —起執(zhí)行。另外，本發(fā)明的實施方式進(jìn)一步涉及具有計算機可讀介質(zhì)的計算機存儲產(chǎn)品，在 計算機可讀介質(zhì)上有用于執(zhí)行各種計算機實現(xiàn)的操作的計算機代碼。該介質(zhì)和計算機代碼 可以是那些為本發(fā)明目的專門設(shè)計和構(gòu)建的，或者它們可以是對于計算機軟件領(lǐng)域技術(shù)人 員來說公知并且可以得到的類型。計算機可讀介質(zhì)的例子包括，但不限于磁介質(zhì)，如硬盤、 軟盤和磁帶；光介質(zhì)，如⑶-ROM和全息設(shè)備；磁-光介質(zhì)，如光軟盤；以及為了存儲和執(zhí)行 程序代碼專門配置的硬件設(shè)備，如專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)以及ROM和 RAM器件。計算機代碼的例子包括如由編譯器生成的機器代碼，以及包含高級代碼的文件， 該高級代碼能夠由計算機使用解釋器來執(zhí)行。計算機可讀介質(zhì)還可以是在載波中由計算機 數(shù)據(jù)信號攜帶的并且表示能夠被處理器執(zhí)行的指令序列的計算機代碼。該等離子處理室300用來通過該圖案化的有機掩模204將特征蝕刻進(jìn)該低k介 電層208 (步驟108)。圖2B是該基片210的剖視示意圖，在該基片上方設(shè)置該低k介電層 208，在該介電層上方、在將特征212蝕刻進(jìn)該低k介電層208 (步驟108)之后形成該圖案 化的有機掩模204。執(zhí)行該有機掩模的剝除(步驟110)。該剝除包括由碳氟化合物剝除階 段(步驟112)和減少的碳氟化合物剝除階段(步驟116)組成的至少一個循環(huán)。圖5是該碳氟化合物剝除階段(步驟112)的更詳細(xì)的流程圖。碳氟化合物剝除 氣體流入該等離子處理室，其包含碳氟化合物成分(步驟504)。該碳氟化合物剝除氣體形 成等離子(步驟508)。該等離子剝除該光刻膠掩膜并在該蝕刻特征的側(cè)面上形成側(cè)壁。停 止碳氟化合物剝除氣體流(步驟512)。圖2C是該基片210的剖視示意圖，該基片上設(shè)置該 低k介電層208，在該介電層上方、在特征212蝕刻進(jìn)該低k介電層208 (步驟108)和第一 碳氟化合物剝除階段(步驟110)之后形成該圖案化的有機掩模204。已經(jīng)剝除一些有機掩 模，從而該有機掩模更薄，以及由該碳氟化合物成分形成側(cè)壁218。
圖6是該減少的碳氟化合物剝除階段(步驟116)的更詳細(xì)的流程圖。減少的碳氟 化合物剝除氣體流進(jìn)該等離子處理室(步驟604)。該減少的碳氟化合物剝除氣體形成等離 子(步驟608)。該等離子剝除該光刻膠掩膜并去除該蝕刻特征側(cè)面上至少一些側(cè)壁。停止 減少的碳氟化合物剝除氣體流(步驟612)。圖2D是該基片210的剖視示意圖，該基片上設(shè) 置該低k介電層208，在該介電層上、在該減少的碳氟化合物剝除階段(步驟116)之后形成 該圖案化的有機掩模204。進(jìn)一步剝除該有機掩模，從而使該有機掩模更薄。優(yōu)選地，該減 少的碳氟化合物剝除階段比該碳氟化合物剝除階段更快剝除，從而剝除更多有機掩模。該 減少的碳氟化合物剝除階段還剝除該側(cè)壁，從而在這個階段減少該側(cè)壁。在一個實施例中， 該側(cè)壁被完全剝除。在一個實施例中，該有機掩模在單個循環(huán)中完全剝除。在另一實施例中，使用多個 循環(huán)以完全剝除該有機掩模。示例在一個示例中該有機掩模是圖案化的光刻膠掩膜。該低k介電層是帶有有機成 分的基于氧化硅的電介質(zhì)材料的多孔超低k介電層。該等離子處理室是Lam Research Corporation 300mm 介電蝕刻反應(yīng)器(Flex3x)。在這個示例中，包含主蝕刻的該介電蝕刻(步驟108)通過提供SOsccm CF4, 160sccm CO和180sccm Ar的主蝕刻氣體而執(zhí)行。壓力設(shè)在120mTorr。提供100瓦特、2MHz 和1000瓦特、27MHz的功率以提供主蝕刻持續(xù)17秒。該介電蝕刻進(jìn)一步包括過蝕刻，其通過 提供 IOOsccm C0、6sccm C4F8、90sccm N2 和 200sccm Ar 的過蝕刻氣體。壓力設(shè)為 20mTorr。 提供500瓦特、2MHz和1000瓦特、27MHz的功率。2MHz較低頻率的功率提供偏壓以將離子 向該介電層加速而提供蝕刻。在這個示例中，該蝕刻特征是低k過孔。在這個示例中，該有機掩模的剝除(步驟110)通過首先提供該減少的碳氟化合物 剝除階段(步驟116)而執(zhí)行。該減少的碳氟化合物剝除階段通過提供lOOOsccm CO2組成 的減少的碳氟化合物剝除氣體而執(zhí)行(步驟604)。在這個示例中，該減少的碳氟化合物剝 除氣體是純C02，不含氟。提供40mTorr的壓力。通過提供1200瓦特、27MHz功率保持6秒 而將該減少的碳氟化合物剝除氣體形成為等離子(步驟608)。然后停止減少的碳氟化合 物剝除氣體流(步驟612)。該減少的碳氟化合物剝除階段后面跟著碳氟化合物剝除階段 (步驟112)，提供IOOsccm C0、6sccm C4F8、90sccm N2和200sccmAr組成的碳氟化合物剝除 氣體(步驟504)。提供20mTorr的壓力。通過500瓦特、27MHz和250瓦特、2MHz的功率持 續(xù)10秒而將該碳氟化合物剝除氣體形成等離子(步驟508)。然后停止碳氟化合物剝除氣 體流(步驟512)。碳氟化合物的較高流率幫助提供側(cè)壁沉積而不會損傷該低k介電層，同 時剝除該光刻膠掩膜層。該有機掩模剝除的(步驟110)的第二循環(huán)通過提供第二減少的碳氟化合物剝除 階段(步驟116)而執(zhí)行。該第二減少的碳氟化合物剝除階段通過提供lOOOsccm CO2組成 的減少的碳氟化合物剝除氣體而執(zhí)行。提供42. 5mTorr的壓力。通過提供1000瓦特、27MHz 的功率持續(xù)6秒而將該第二減少的碳氟化合物剝除氣體形成為等離子。然后停止該第二減 少的碳氟化合物剝除氣體流。該第二減少的碳氟化合物剝除階段之后跟著第二碳氟化合物 剝除階段(步驟 112)，提供 IOOsccm C0、6sccm C4F8、90sccm N2 和 200sccmAr 組成的第二碳 氟化合物剝除氣體(步驟504)。提供20mTorr的壓力。通過提供250瓦特、27MHz的功率保持7秒而將該第二碳氟化合物剝除氣體形成為等離子(步驟508)。然后停止該第二碳氟 化合物剝除氣體流(步驟512)。該有機掩模的剝除的(步驟110)的第三循環(huán)通過提供第三減少的碳氟化合物剝 除階段(步驟116)而執(zhí)行。該第三減少的碳氟化合物剝除階段通過提供lOOOsccm CO2組 成的減少的碳氟化合物剝除氣體而執(zhí)行。提供45mT0rr的壓力。通過提供800瓦特、27MHz 的功率持續(xù)6秒而將該第三減少的碳氟化合物剝除氣體形成為等離子。然后停止該第三減 少的碳氟化合物剝除氣體流。該第三減少的碳氟化合物剝除階段之后跟著第三碳氟化合物 剝除階段(步驟 112)，提供 IOOsccm C0、6sccm C4F8、90sccm N2 和 200sccm Ar 組成的第三 碳氟化合物剝除氣體(步驟504)。提供20mTorr的壓力。通過提供125瓦特、27MHz的功 率持續(xù)7秒而將該第三碳氟化合物剝除氣體形成為等離子(步驟508)。然后停止該第三碳 氟化合物剝除氣體流(步驟512)。該有機掩模剝除(步驟110)的第四循環(huán)通過提供第四減少的碳氟化合物剝除階 段(步驟116)而執(zhí)行。該第四減少的碳氟化合物剝除階段通過提供lOOOsccm CO2組成的 減少的碳氟化合物剝除氣體而執(zhí)行。提供47. 5mT0rr的壓力。通過提供600瓦特、27MHz的 功率持續(xù)7. 5秒而將該第四減少的碳氟化合物剝除氣體形成為等離子。然后停止該第四減 少的碳氟化合物剝除氣體流。該第四減少的碳氟化合物剝除階段之后跟著第四碳氟化合物 剝除階段(步驟 112)，提供 IOOsccm C0、6sccm C4F8、90sccm N2 和 200sccm Ar 組成的第四 碳氟化合物剝除氣體(步驟504)。提供20mTorr的壓力。通過提供65瓦特、27MHz的功率 持續(xù)7秒而將該第四碳氟化合物剝除氣體形成為等離子(步驟508)。然后停止該第四碳氟 化合物剝除氣體流(步驟512)。該有機掩模剝除(步驟110)的第五循環(huán)通過提供第五減少的碳氟化合物剝除階 段(步驟116)而執(zhí)行。該第五減少的碳氟化合物剝除階段通過提供lOOOsccm CO2組成的 減少的碳氟化合物剝除氣體而執(zhí)行。提供50mTorr的壓力。通過提供400瓦特、27MHz持 續(xù)10秒而將該第五減少的碳氟化合物剝除氣體形成為等離子。然后停止該第五減少的碳 氟化合物剝除氣體流。該第五減少的碳氟化合物剝除階段完成該剝除工藝。該剝除工藝結(jié) 束于減少的碳氟化合物剝除階段，確保去除該側(cè)壁沉積。在這個示例中，功率隨著連續(xù)的循環(huán)而向下傾斜。對于每個循環(huán)的功率斜度或其 他功率變化或時間變化提供額外的控制方式。還通過仔細(xì)查看各種樣品在HF浸潤之后的XSEM圖像而確認(rèn)該結(jié)果。圖7是示出 使用現(xiàn)有CO2剝除工藝704和使用該創(chuàng)新性剝除工藝708的納米級超低k損傷的圖表。使 用大約100%的過剝除，從而確保在多變的工藝或晶片條件下完全去除該光刻膠掩膜。如從 該圖表可看出的，該創(chuàng)新性工藝減少超低k電介質(zhì)損傷。優(yōu)選地該蝕刻和剝除在同一等離子處理室中執(zhí)行，蝕刻和剝除采用相同的電極和 功率源，同時安裝在同一卡盤上。在別的實施例中，該基片可移動到另一室中，從而該蝕刻 和剝除在獨立的室中完成。優(yōu)選地，該碳氟化合物的氟與碳的比至少1.5 1。更優(yōu)選地，該碳氟化合物是 C4F8。在說明書和權(quán)利要求書中，碳氟化合物不包括氫碳氟化合物，而是只有碳和氟組成的 分子。碳氟化合物在多個不同實施例中可以是cf4、C4F6和C5F8。本發(fā)明一個實施例中，功率和/或壓力可在該剝除工藝期間以一定斜度變化。這種斜度變化可用來在開始剝除循環(huán)期間提供較少的側(cè)壁以及在結(jié)束剝除循環(huán)期間提供較 多側(cè)壁。在另一實施例中，該功率和/或壓力可在循環(huán)之間凸起。早期循環(huán)的較高偏置允 許更快的剝除，而后面的循環(huán)的較低偏置幫助減少損傷。盡管出乎意料的發(fā)現(xiàn)剝除過程中使用碳氟化合物減少超低k損傷，但是確信在剝 除過程中，該碳氟化合物提供間隙態(tài)的含氟聚合物側(cè)壁。在本發(fā)明多個不同實施例中，該減少的碳氟化合物剝除氣體可包括02、C02、N2和H2 或NH3的至少一種。優(yōu)選地，這種減少的碳氟化合物剝除氣體不含氟。本發(fā)明一個實施例能夠完全消除損傷，同時保持期望的光刻膠掩膜過剝除百分 比。之前確信在剝除過程中使用碳氟化合物將形成含氟聚合物，其釋放氟原子，氟原 子會損傷該低k介電層。出乎意料地發(fā)現(xiàn)通過在具有插入剝除階段的剝除工藝中的間歇性 階段施加氟聚合物，該低k損傷機制可被“關(guān)閉”。還有其他優(yōu)點，如在硬掩模設(shè)在光刻膠掩 膜和超低k電介質(zhì)蝕刻層之間的層疊中，發(fā)現(xiàn)該創(chuàng)新性剝除工藝減少硬掩模頂部頸縮。硬 掩模頸縮的減少會減少該剝除后形貌的彎曲。優(yōu)選地，該碳氟化合物剝除階段期間，該碳氟化合物氣體流量范圍為2-lOOsccm。 在各種實施例中，也可使用添加性氣體和稀釋劑，如0-200sccm的C0，0-200sccm的N2, 0-300sccm的Ar等。優(yōu)選地，該壓力范圍是10_200mTorr。優(yōu)選地，該RF功率范圍是 50-5000W。更優(yōu)選地，該RF功率范圍是50-2000W。本發(fā)明的其他實施例可使用微波或下游RF剝除工藝。盡管本發(fā)明依照多個優(yōu)選實施方式描述，但是存在落入本發(fā)明范圍內(nèi)的改變、置 換和各種替代等同物。還應(yīng)當(dāng)注意，有許多實現(xiàn)本發(fā)明方法和設(shè)備的可選方式。所以，其意 圖是下面所附的權(quán)利要求解釋為包括所有這樣的落入本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的改變、置換和 各種替代等同物。
權(quán)利要求
一種在等離子處理室中、在設(shè)在光刻膠掩膜下方的低k介電層中形成蝕刻特征的方法，包括穿過該光刻膠掩膜將該特征蝕刻進(jìn)該低k介電層；以及在將該特征蝕刻進(jìn)該低k介電層之后剝除該光刻膠掩膜，包括至少一個循環(huán)，其中每個循環(huán)包括；碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物剝除氣體流進(jìn)該等離子處理室，其中該碳氟化合物剝除氣體包含碳氟化合物；由該碳氟化合物剝除氣體形成等離子；以及停止進(jìn)入該等離子處理室的碳氟化合物剝除氣體流；以及減少的碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物流率比該碳氟化合物剝除氣體低的減少的碳氟化合物剝除氣體流入該等離子處理室；由該減少的碳氟化合物剝除氣體形成等離子；以及停止減少的碳氟化合物剝除氣體流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該低k電介質(zhì)是具有有機成分的基于氧化硅的電 介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該碳氟化合物剝除階段形成側(cè)壁和剝除該光刻膠掩膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中該減少的碳氟化合物剝除階段去除側(cè)壁和剝除光 刻膠掩膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中該蝕刻和剝除在單個等離子處理室中執(zhí)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中該減少的碳氟化合物剝除氣體不含氟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該剝除該光刻膠掩膜包括多個循環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該碳氟化合物剝除氣體的碳氟化合物是C4F8。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中該碳氟化合物剝除氣體進(jìn)一步包含CO。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中該減少的碳氟化合物剝除氣體包含02、C02、N2和 H2或NH3的至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中該碳氟化合物剝除氣體中的碳氟化合物的氟與 碳的比至少1.5 1。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該碳氟化合物剝除階段形成側(cè)壁和剝除該光刻膠掩膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該減少的碳氟化合物剝除氣體不含氟。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該碳氟化合物剝除氣體中的碳氟化合物是C4F8。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該碳氟化合物剝除氣體中的碳氟化合物的氟與 碳的比至少1.5 1。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該低k介電層是超低k介電層。
17.—種從處理室中被蝕刻的低k介電層上方剝除有機掩模層的方法，包括從該被蝕刻的低k介電層剝除該有機掩模，包括至少一個循環(huán)，其中每個循環(huán)包括；碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物剝除氣體流入該處理室，其中該碳氟化合物剝除氣體包含碳氟化合物； 由該碳氟化合物剝除氣體形成等離子；以及 停止進(jìn)入該處理室的碳氟化合物剝除氣體流；以及 減少的碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物流率比該碳氟化合物剝除氣體低的減少的碳氟化合物剝除氣體流入該 處理室；由該減少的碳氟化合物剝除氣體形成等離子；以及 停止減少的碳氟化合物剝除氣體流。
18. —種在設(shè)在光刻膠掩膜下方的低k介電層中形成特征的設(shè)備，包括等離子處理室，包括形成等離子處理室外殼的室壁；用于在該等離子處理室外殼內(nèi)支撐基片的基片支撐件；用于調(diào)節(jié)該等離子處理室外殼中壓力的壓力調(diào)節(jié)器；至少一個用于將功率提供至該等離子處理室外殼以維持等離子的電極；用于將氣體提供進(jìn)該等離子處理室外殼的氣體入口 ；以及用于將氣體排出該等離子處理室外殼的氣體出口 ；氣體源，與該氣體入口流體連通，包 括蝕刻氣體源；碳氟化合物剝除氣體源；以及 減少的碳氟化合物剝除氣體源；以及控制器，以可控方式連接到該氣體源和該至少一個電極，包括 至少一個處理器；以及 計算機可讀介質(zhì)，包括用于穿過該光刻膠掩膜將該特征蝕刻進(jìn)該低k介電層的計算機可讀代碼；以及 用于在將該特征蝕刻進(jìn)該低k介電層之后剝除該光刻膠掩膜的計算機可讀代碼，包括 至少一個循環(huán)，其中每個循環(huán)包括； 碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物剝除氣體從該碳氟化合物剝除氣體源流進(jìn)該等離子處理室，其中該碳氟 化合物剝除氣體包含碳氟化合物；由該碳氟化合物剝除氣體形成等離子；以及 停止進(jìn)入該等離子處理室的碳氟化合物剝除氣體流；以及 減少的碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物流率比該碳氟化合物剝除氣體低的減少的碳氟化合物剝除氣體從該減 少的碳氟化合物剝除氣體源流入該等離子處理室； 由該減少的碳氟化合物剝除氣體形成等離子；以及 停止減少的碳氟化合物剝除氣體流。
全文摘要
提供一種在等離子處理室中、在設(shè)在光刻膠掩膜下方的低k介電層中形成蝕刻特征的方法。通過該光刻膠掩膜將特征蝕刻進(jìn)該低k介電層。剝除該光刻膠掩膜，其中該剝除包括至少一個循環(huán)，其中每個循環(huán)包括碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物剝除氣體流進(jìn)該等離子處理室、由該碳氟化合物剝除氣體形成等離子和停止進(jìn)入該等離子處理室的碳氟化合物剝除氣體流，以及減少的碳氟化合物剝除階段，包括將碳氟化合物流率比該碳氟化合物剝除氣體低的減少的碳氟化合物剝除氣體流入該等離子處理室、由該減少的碳氟化合物剝除氣體形成等離子和停止減少的碳氟化合物剝除氣體流。
文檔編號H01L21/311GK101882580SQ201010183278
公開日2010年11月10日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者史蒂芬·M·斯拉爾德, 安德魯·D·貝利三世, 賓·基, 里亞姆·莫拉維茨 申請人:朗姆研究公司