專利名稱:利用氣體化學物質和碳氫化合物添加的定期調制的等離子體剝離的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過經由光致抗蝕劑掩模所定義的結構進行蝕刻、然后剝離掩模，在半導體晶片上獲得某種結構的方法。
背景技術：
在半導體等離子體蝕刻應用中，等離子體蝕刻機通常用來把掩模圖案轉印為晶片上的預期薄膜和/或薄膜疊層(導體或介質絕緣體)的電路和線路圖案。這通過蝕刻掉掩模圖案的敞開區(qū)域中的光致抗蝕劑材料之下的薄膜(以及薄膜疊層)來獲得。這種蝕刻反應可通過激勵又稱作反應器或處理室的真空盒中包含的反應混合物中的放電所產生的化學活性核素和帶電粒子(離子)來發(fā)起。另外，離子可能還通過氣體混合物與晶片材料之間建立的電場朝晶片材料加速，以稱作各向異性蝕刻的方式產生沿離子軌道的方向的蝕刻材料的定向消除。在蝕刻序列完成時，通過剝離掩模材料將它們消除，從而在其位置中留下原始預計掩模圖案的橫向圖案的復制品。在蝕刻過程中，掩模材料通常被腐蝕和/或破壞來替換圖案轉印。因此，破壞和腐蝕的一部分還可轉到基礎層，留下諸如條紋、CD擴大、刻面之類的這類不希望的圖案失真。
另外，對于低k介質材料(k＜3.0)，在光致抗蝕劑的剝離過程中，可能出現(xiàn)對低k介質材料的破壞，它可增加k值。在這種剝離過程中，希望限制剝離過程中的這種破壞。

發(fā)明內容為了實現(xiàn)上述方面以及根據(jù)本發(fā)明的目的，提供一種用于通過襯底上的光致抗蝕劑蝕刻掩模來蝕刻低k介質層中的特征件的方法。低k介質層設置在襯底之上。形成圖案的光致抗蝕劑掩模設置在低k介質層之上。至少一個特征件被蝕刻到低k介質層中。氣體調制循環(huán)剝離過程為剝離單個光致抗蝕劑掩模執(zhí)行三個以上周期。氣體調制循環(huán)剝離過程的各周期包括執(zhí)行保護層形成階段和剝離階段。在其中對于各周期執(zhí)行大約0.005至10秒保護層形成階段、采用具有淀積氣體化學物質的第一氣體化學物質的保護層形成階段包括提供第一氣體化學物質以及從第一氣體化學物質形成等離子體，在其中，保護層在至少一個特征件的側壁上形成，以及保護層的厚度增加。執(zhí)行利用使用剝離氣體化學物質的第二氣體化學物質剝離光致抗蝕劑掩模的剝離階段，其中第一氣體化學物質不同于第二氣體化學物質，在其中，蝕刻階段對于各周期執(zhí)行大約0.005至10秒，該剝離階段的執(zhí)行包括提供第二氣體化學物質以及從第二氣體化學物質形成等離子體，在其中，保護層的厚度減小，以及光致抗蝕劑掩模的一部分被剝離。
在本發(fā)明的另一個實施例中，提供用于消除襯底之上的單層的至少一部分的方法。氣體調制循環(huán)過程執(zhí)行三個以上周期。氣體調制循環(huán)過程包括執(zhí)行采用具有淀積氣體化學物質的第一氣體化學物質的保護層形成階段，在其中，保護層形成階段對于各周期執(zhí)行大約0.005至10秒；以及執(zhí)行利用使用消除氣體化學物質的第二氣體化學物質消除單層的至少一部分的消除階段，其中第一氣體化學物質不同于第二氣體化學物質，在其中，消除階段對于各周期執(zhí)行大約0.005至10秒。保護層形成包括提供第一氣體化學物質以及從第一氣體化學物質形成等離子體，它使保護層被形成并且使保護層的厚度增加。消除階段包括提供第二氣體化學物質以及從第二氣體化學物質形成等離子體，從而引起單層的至少一部分的消除。
下面在本發(fā)明的詳細說明中并結合以下附圖更詳細地描述本發(fā)明的這些及其它特征。
結合附圖對本發(fā)明進行作為實例而不是限制的說明，附圖中，相似的參考標號表示類似的元件，附圖包括圖1是本發(fā)明的一個實施例所使用的過程的流程圖。
圖2A-C是根據(jù)圖1的過程的所蝕刻低k介質層的示意側視圖。
圖3是氣體調制循環(huán)蝕刻過程的更詳細流程圖。
圖4是氣體調制循環(huán)剝離過程的更詳細流程圖。
圖5是可用于實施本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖。
圖6A和圖6B說明計算機系統(tǒng)，它適合實現(xiàn)本發(fā)明的實施例所使用的控制器。
圖7A-E示意說明利用亞單分子層的快速循環(huán)的創(chuàng)造性體系中在表面上的材料的構建。
圖8A-D示意說明較慢循環(huán)的體系中在表面上的材料的構建。
具體實施方式現(xiàn)在將參照附圖中所示的本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例來詳細說明本發(fā)明。在以下描述中，闡述大量具體細節(jié)，以便提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，本領域的技術人員清楚，沒有這些具體細節(jié)的部分或全部，也可以實施本發(fā)明。在其它情況下，眾所周知的過程步驟和/或結構沒有進行詳細描述，以免不必要地影響對本發(fā)明的理解。
為了便于論述，圖1是本發(fā)明的一個實施例所使用的低k介質層的蝕刻過程的流程圖。低k介質層優(yōu)選地為有機硅酸鹽玻璃(OSG)。圖2A-C是根據(jù)圖1的過程的低k介質層的示意側視圖。低k介質層204可淀積到襯底208上(步驟104)，如圖2A所示。襯底208可能是硅晶片或者另一種類型的材料，或者可能是晶片上的層的一部分。蓋層212在低k介質層204上形成(步驟108)。蓋層212可能是氧化硅。一般來說，蓋層是介質材料的保護層。蓋層212在化學機械拋光(CMP)及其它過程中保護低k介質層204。蓋層212可能是低k介質，因為蓋層是最終產品的一部分。蓋層優(yōu)選地是氧化硅基底材料的。蓋層優(yōu)選地具有大約200與大約1000之間的厚度。在其它實施例中，可能存在一個以上蓋層或者沒有蓋層?？狗瓷渫繉?ARC)214淀積到蓋層212上(步驟112)?？狗瓷渫繉?ARC)214可能是有機底部抗反射涂層(BARC)或者無機介質抗反射涂層(DARC)。ARC具有大約100與大約1000之間的厚度。形成圖案的抗蝕劑掩模216設置在ARC214上(步驟116)。形成圖案的抗蝕劑掩模216具有孔口220。形成圖案的抗蝕劑掩模可通過設置被曝光于光圖案、然后再蝕刻的光致抗蝕劑層來形成。可采用形成形成圖案的抗蝕劑掩模的其它方法。襯底208可具有接觸209和勢壘層210。
襯底208可設置在蝕刻低k介質層204的蝕刻室中(步驟120)。等離子體干蝕刻可用來蝕刻低k介質層204，它在形成圖案抗蝕劑掩模216中的孔口220之下形成開口224，如圖2B所示。形成圖案抗蝕劑掩模216的一部分在低k介質層蝕刻期間被消除。這類低k介質蝕刻可采用化學蝕刻，例如采用基于氟的蝕刻劑。下面將論述這類蝕刻的具體實例，但是可采用各種蝕刻過程。
然后提供氣體調制循環(huán)剝離過程，以便消除光致抗蝕劑掩模216和ARC層214而沒有破壞低k介質層(步驟124)。如果ARC層為DARC，則不需要被消除。這個實例中所述的光致抗蝕劑掩模216是從單光致抗蝕劑層形成的單光致抗蝕劑掩模。
在本發(fā)明的一些實施例中，勢壘層210可在光致抗蝕劑216被剝離之前或之后被打開。
蝕刻過程在本發(fā)明的一個實施例中，在蝕刻低k介質的步驟中，保護層可在特征件的側壁上形成。我們認為，形成厚度大約為10nm或以上的保護層、如側壁鈍化層、然后蝕刻、同時使用保護層作為鈍化層，可能產生條紋和刻面。沒有理論限制，我們認為這種厚度的層不是充分均勻的以提供對抗條紋的預期保護。我們認為，本發(fā)明提供的薄保護層顯著地減少條紋。這種薄保護層還可減少刻面。我們還認為，這減少CD擴大，從而提供CD控制或者CD偏置的控制，其中CD偏置被定義為蝕刻期間的CD變化。
在這個實施例中，提供一種方法，其中，原地氣體調制循環(huán)蝕刻過程在保護層形成階段與蝕刻階段之間交替，以便提高整體蝕刻性能，而沒有不適當?shù)負p害簡單性和成本效率。具體來說，調制包括過程原料氣的組成和/或流量比的周期性變化，并且還可包括RF功率、氣壓和溫度的同步變化。循環(huán)過程的特征在于總周期時間以及作為保護層形成階段的時間與蝕刻階段的時間之比的周期時間比。
Huang等人于2002年11月14日提交的標題為“等離子體蝕刻性能提高的方法”的美國專利申請No.10/295601公開了，原地等離子體過程可用于在蝕刻進展過程中增強和/或修復蝕刻特征件的掩模和/或垂直側壁，通過引用將其結合于此以用于各種目的。在這種過程中，在晶片曝光于蝕刻等離子體預期持續(xù)時間之前和/或之后，在短持續(xù)時間里發(fā)起等離子體化學工序。
在這個實施例中，這種方法經過修改，使得負責保護掩模和側壁的工序作為與相容的蝕刻階段交替的氣體調制循環(huán)過程的一個階段被加入。
保護層形成過程可通過以下方式來選擇材料薄膜在掩模表面和/或被蝕刻薄膜的側壁上形成，以便防止蝕刻腐蝕、刻面和條紋。這個薄涂層可能是與后續(xù)剝離過程相容的材料，以便于最后消除，但是比掩模材料更強抗蝕性。例如，包含極少、甚至沒有其它元素的富碳薄膜可用來涂敷光致抗蝕劑掩模，使得被保護掩模特征件不易受到后續(xù)蝕刻過程的腐蝕。換言之，它可能改變掩模圖案的表面組成，使得掩模相當于具有無定形碳硬掩模的某些有益蝕刻特性的偽硬掩模?；蛘?，層形成過程也可按照以下方式使用掩模圖案上的薄涂層的形成極大地補償和/或修復被先前蝕刻過程損壞/腐蝕的掩模圖案。涂層對后續(xù)蝕刻反應的相對惰性是有益的，使得不改變在蝕刻步驟得到的精細平衡。或者，薄涂層可利用提供側壁的平滑均勻覆蓋的工藝條件來產生，以防止由粗糙和/或有褶皺的側壁聚合物涂層而引發(fā)條紋。
蝕刻氣體混合物可包含蝕刻劑種類和鈍化種類，以便不損害與蝕刻化學物質中的鈍化氣體相關的好處。蝕刻與鈍化成分的比率與多個其它處理條件一起經過細微平衡，以便得到最佳處理結果，例如光致抗蝕劑選擇性、蝕刻各向異性和蝕刻速率等。放電功率可保持較高，以及帶電粒子的能量也保持較高，以便在小尺寸結構中得到高蝕刻速率和良好的蝕刻各向異性。保護層形成和蝕刻周期重復很多次，直到完成蝕刻工作。
為了便于理解，圖3是本發(fā)明的一個實施例中蝕刻低k介質層的步驟(步驟120)的更詳細流程圖。在氣體調制循環(huán)蝕刻過程中，處理室在至少兩個階段之間進行調制。一個階段是經過優(yōu)化以形成保護層的步驟(步驟316)。另一個階段是為蝕刻優(yōu)化的步驟(步驟320)。這些階段之間的交替通過氣流速率以及可能的RF功率、表面溫度和氣壓的同步調制來實現(xiàn)。在優(yōu)選實施例中，總周期時間不大于大約21秒。總周期時間更優(yōu)選地在0.01至10秒之內執(zhí)行?？傊芷跁r間最優(yōu)選地在0.5至5秒之內執(zhí)行。周期時間比(保護∶蝕刻)優(yōu)選地在0.01與20之間。周期時間比(保護∶蝕刻)更優(yōu)選地在0.05與5之間。周期時間比(保護∶蝕刻)最優(yōu)選地在0.2與1之間。氣體調制優(yōu)選地執(zhí)行大約3至50000個周期之間。氣體調制更優(yōu)選地執(zhí)行大約20至1000個周期。氣體調制最優(yōu)選地執(zhí)行至少大約100個周期。
在經過優(yōu)化以便形成保護層的階段(步驟316)中，保護層淀積到蝕刻特征件的側壁上以及可能淀積到蝕刻掩模之上。淀積可能是不對稱的，使得淀積量優(yōu)先地在掩模材料上比在側壁上更多地形成。這可通過位置到淀積源的視線以及通過所選淀積過程的選擇性質進行輔助。換言之，淀積化學物質可按照以下方式進行選擇由于材料的化學反應性的不同，涂層優(yōu)先在掩模材料上形成。在優(yōu)選實施例中，淀積利用等離子體增強的化學汽相淀積(CVD)過程在蝕刻室中原地進行，它在光致抗蝕劑的側壁上淀積薄保護層。淀積過程可施加某種離子轟擊能量以便允許這類淀積的選擇性。在這種過程中，側壁的厚度可能大約為掩模上的層厚度的三分之二。
在其它實施例中，處理條件可能隨著蝕刻前端經過被蝕刻材料而改變，以便改變保護層的厚度和空間分布。例如，可能希望隨著蝕刻更深入進行，在被蝕刻薄膜的側壁上形成更厚涂層，以便防止側壁被后續(xù)蝕刻引起的進一步失真。當蝕刻進行時循環(huán)處理條件的變化可提供這種效果。由于層形成和蝕刻是周期的分開階段，因此，可對這個結果優(yōu)化層形成階段的過程條件，而沒有干擾蝕刻階段?；蛘撸傊芷跁r間和/或周期時間比可隨著蝕刻進行而調節(jié)，以便提供這種變化，而沒有對各個階段的過程參數(shù)的任何改變。在另一個優(yōu)選實施例中，保護層可僅淀積到側壁上。
在保護層形成階段中，淀積氣體的氟-碳比不大于2∶1?？捎糜诘入x子體增強CVD的淀積化學物質的實例可以是、但不限于CH3F、CH2F2、C2H5F、C3H7F、C2H3F、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、C3H8和SiH4、Si(CH3)4、Si(C2H5)4。優(yōu)選的是，這些化學物質是無鹵素的，或者具有不大于2∶1的鹵素-碳比。沒有理論限制，我們認為基于碳的化學物質形成薄抗蝕刻無定形碳層。硅烷SiH4通常用于在光致抗蝕劑上形成無定形硅層(或者多晶硅層)。另外，可能通過存在某些F和H成分來修改保護層。在適當?shù)碾x子轟擊之下，其它元素、如F的存在可用于在不同材料表面上產生選擇性活動，使得淀積優(yōu)先出現(xiàn)在一個而不是其它材料上，例如在光致抗蝕劑掩模材料而不是在SiO2層上。其它方法、如濺射可用來形成保護層。
表I是在本發(fā)明的一個實施例中在循環(huán)過程的保護層形成階段中可使用的一部分參數(shù)的表。
表I
在這個實施例中，可通過施加由RF功率發(fā)生器提供的射頻(RF)電壓，在保持晶片材料的襯底上形成電負性(由此對晶片施加偏置)。其作用是使帶正電粒子朝以RF電壓的幅度控制的電負性所確定的能量電偏置的襯底移動。因此，能夠通過控制施加到襯底座的RF功率(因而RF電壓)來提供和改變離子轟擊能量。
保護層形成階段(步驟316)是循環(huán)蝕刻過程(步驟312)中的獨立階段，它可按照不同材料的不同蝕刻應用的需要包含淀積氣體的不同組合，其中淀積可在包含掩模特征件的蝕刻特征件周圍提供保護涂層。專用于這個階段的周期的時間優(yōu)選地大約為0.005至7秒。專用于這個階段的周期的時間更優(yōu)選地大約為0.05至5秒。專用于這個階段的周期的時間最優(yōu)選地大約為0.25至2.5秒。優(yōu)選地在單保護層形成階段的持續(xù)時間里在頂部和/或側壁上形成具有小于100的厚度的層。更優(yōu)選地在單保護層形成階段的持續(xù)時間里在頂部和/或側壁上形成大約0.1與50之間的層。最優(yōu)選地在單保護層形成階段的持續(xù)時間里在頂部和/或側壁上形成大約1與10之間的層。在小于大約10的層厚度的情況中，覆蓋可更精確地描述為單分子層的一小部分。在一個實施例中，保護層在單保護層形成階段的持續(xù)時間里形成單一的單分子層。在另一個實施例中，保護層形成亞單分子層，它是在單保護層形成階段的持續(xù)時間里沒有采用單原子或分子層完全覆蓋表面、而是可提供某種百分比(即75％)的表面覆蓋率的層。
蝕刻階段320是循環(huán)蝕刻過程312中的獨立階段，它被執(zhí)行以便推進蝕刻前端，從而產生至少一個蝕刻特征件(步驟320)。蝕刻應用可包括但不限于介質接觸蝕刻，其中包括高縱橫比接觸(HARC)、波紋蝕刻、介質溝槽蝕刻(淺或深)、自對準接觸蝕刻、柵掩模開放蝕刻、通孔介質蝕刻、雙波紋通孔蝕刻、雙波紋溝槽蝕刻、導體柵蝕刻、導體深溝槽蝕刻、導體淺溝槽隔離蝕刻以及硬掩模開口。
蝕刻階段優(yōu)選地采用高離子能量來提供定向蝕刻。蝕刻階段可在單蝕刻階段的持續(xù)時間里消除保護層的部分或全部。某些表面上的所有保護層可在單蝕刻階段的持續(xù)時間中消除。在這個實例中，已經消除形成光致抗蝕劑上以及在特征件的底部的側壁的保護層。保護層的其它部分可能僅被部分消除。在這個實例中，僅消除光致抗蝕劑的頂面上的保護層的一部分。在其它實施例中，保護層的其它部分可能部分被蝕刻或者完全被蝕刻。蝕刻階段消除要蝕刻的層的一部分，并推進蝕刻前端。
由于循環(huán)過程的蝕刻階段采用高能量離子來提供定向蝕刻，所以可在蝕刻階段中提供聚合物形成氣體。聚合物形成氣體可能是例如碳氫化合物、碳氟化合物以及碳氫氟化合物，諸如C4F6、C4F8、CH3F、CH2F2、CH4、C3F6、C3F8和CHF3。這些聚合物形成氣體通常形成在蝕刻階段中被連續(xù)淀積和蝕刻的聚合物層。
表II是在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中在循環(huán)過程的蝕刻階段中可使用的一部分參數(shù)的表。
表II
專用于這個階段的周期的時間優(yōu)選地大約為0.005至14秒。專用于這個階段的周期的時間更優(yōu)選地大約為0.05至7秒。專用于這個階段的周期的時間最優(yōu)選地大約為0.25至2.5秒。蝕刻的深度優(yōu)選地在單蝕刻階段的持續(xù)時間里增加不到500。蝕刻的深度更優(yōu)選地在單蝕刻階段的持續(xù)時間里增加大約5與250之間。蝕刻的深度最優(yōu)選地在單蝕刻階段的持續(xù)時間里增加大約10與50之間。在單蝕刻階段中小于大約10的蝕刻深度的變化的情況下，這種變化可更精確地描述為在單蝕刻階段中消除的材料的單分子層的一小部分。在一個實施例中，在單蝕刻階段的持續(xù)時間里消除的材料的數(shù)量大約為一個單分子層。在另一個實施例中，在單蝕刻階段的持續(xù)時間里消除的材料的數(shù)量小于一個單分子層。
循環(huán)過程重復進行許多周期。附加保護層被淀積到光致抗蝕劑掩模上。在這個實例中，舊保護層的其余部分成為新保護層的一部分。然后，通過光致抗蝕劑掩模進一步蝕刻特征件(步驟312)，提供更深的接觸孔。提供交替淀積和蝕刻階段的這個氣體調制周期或循環(huán)優(yōu)選地重復3次以上。這個周期更優(yōu)選地重復20次以上。這個周期最優(yōu)選地重復至少100次。
在不需要進一步蝕刻時，氣體調制循環(huán)過程(步驟312)完成。在最后周期中，蝕刻階段可完全蝕刻掉保護層。但是，循環(huán)蝕刻過程之后的后續(xù)處理步驟還可用于消除保護層和/或完成氧化層的蝕刻。
在一個備選實施例中，氣體調制循環(huán)過程可在完成氧化物蝕刻之前終止，從而允許結合傳統(tǒng)蝕刻步驟以完成蝕刻。作為控制對于氧化層之下的終止層的選擇性的手段，這可能是合乎需要的。
光致抗蝕劑掩模的材料的實例可包括但不限于新一代光致抗蝕劑，例如深UV光致抗蝕劑、193nm光致抗蝕劑、157nm光致抗蝕劑、EUV光致抗蝕劑、電子束光致抗蝕劑和x射線光致抗蝕劑。舊一代光致抗蝕劑聚合材料設計成包含不飽和C-C鍵、如C-C雙鍵和酚基，以便提供所要求的高抗蝕刻性、即對蝕刻氣體混合物的化學惰性。這些鍵很強，并且需要高激活能量來分裂，因而以較低的離子能量，舊一代光致抗蝕劑可對蝕刻氣體混合物呈現(xiàn)極低的蝕刻速率。包括193nm和157nm在內的新一代光致抗蝕劑可能不包含這些不飽和鍵，因為這些不飽和鍵在光刻曝光波長吸收。缺少這些不飽和鍵引起更減小的光致抗蝕劑抗蝕刻性。通過在循環(huán)過程蝕刻期間在光致抗蝕劑上提供保護涂層，即使以高離子轟擊能量，光致抗蝕劑的抗蝕刻性也得到更多改進。本發(fā)明可用以改進光致抗蝕劑的抗蝕刻性的高離子轟擊能量可能為50-2000eV。離子轟擊能量更優(yōu)選地可能為200-1500eV。離子轟擊能量最優(yōu)選地為500-1000eV。
沒有理論限制，我們認為，循環(huán)處理提供不同的處理體系，因為在短時標被淀積和蝕刻的極薄的薄膜的屬性不同于較厚薄膜的屬性。利用氣體調制循環(huán)處理方法，對于短周期時間，極薄的保留層被淀積、例如側壁薄膜或者光致抗蝕劑頂面上的薄膜。這種薄膜和氧化物膜隨后在下一個周期階段期間被蝕刻極小量。薄保護層厚度可能處于單分子層范圍(即亞單分子層、單分子層或者幾個原子或分子的層)。
單分子層范圍中的薄保護層的產生取決于淀積速率乘以淀積時間。各種淀積速率和淀積時間組合可用于提供單分子層范圍中的薄保護層。例如，當?shù)矸e步驟在每個周期進行0.25-0.5秒(即1nm/sec淀積速率×0.5秒＝0.5nm淀積)時，提供大約1nm/sec的側壁淀積速率以及大約2nm/sec的頂面淀積速率的淀積提供具有大約0.5nm厚度的單分子層范圍薄保護層。相同的單分子層范圍可通過增加淀積速率并減小周期時間或者通過減小淀積速率并增加周期時間來取得。這種靈活性提供附加控制變量。
沒有理論限制，我們還認為，當保護膜的厚度接近組成分子的尺寸、例如接近單分子層覆蓋時，薄膜可采納不同于保護膜的整體屬性的化學及物理屬性。在這種體系中，薄膜的概念可能不再適用，以及考慮材料的表面和近表面區(qū)域中存在的化學物類的混合物可能更精確。這類物類可能作為松結合的物理吸附物類、作為更緊密結合的化學吸附物類或者作為較大結構、例如聚合物分子、玻璃或大塊晶體的一些部分呈現(xiàn)。這些表面和近表面物類將包括在循環(huán)處理的保護層階段中淀積的保護物類，但是也可包括在循環(huán)過程的蝕刻階段中淀積或放出的物類以及來自原始襯底或者從各個物類之間的化學反應產生的其它物類。近似單分子層體系中的唯一屬性可從這些不同表面和近表面物類彼此相互作用以及與襯底材料的交互作用中產生。這些交互作用通常在通常在各保護層階段中采用若干或更多單分子層覆蓋襯底、因而到下一個蝕刻階段開始時僅曝光保護材料的表面的較厚保護膜的情況中被抑制。
沒有理論限制，我們還認為，在其中表面在與各單獨保護和蝕刻階段中的亞單分子層覆蓋對應的各周期中接收有限通量的極端情況中，實現(xiàn)真正新穎的過程體系。在這種情況中，交替過程步驟的概念在顯微標度變得不精確，即使它實際上用來控制該過程。在顯微標度，表面反應將根據(jù)物類的到達和離開以及這些物類的化學反應來進行。反應連續(xù)發(fā)生，但是被可驅動超熱反應的高能物類、如離子的偶發(fā)碰撞中斷。臨界反應的大部分在激勵的這些短暫瞬間發(fā)生。在循環(huán)的亞單分子層體系中，表面經歷準穩(wěn)態(tài)，在其中，到達表面的反應物通量基本上是兩個不同等離子體條件的平均，其中反應在這些物類的混合物之間發(fā)生。
我們認為，這是與傳統(tǒng)的單步穩(wěn)態(tài)蝕刻從根本上不同的體系，因為到達表面的物類的混合物從兩個不同等離子體條件中產生。如果氣體調制循環(huán)過程的階段的過程條件結合為單個穩(wěn)態(tài)方法步驟，則到達表面的物類的所得時間平均通量將因等離子體中不同氣體的交互作用而被修改。我們認為，通過在時間上分開等離子體條件與氣體調制循環(huán)處理，到達表面的物類的整體混合物可在空前程度上得到控制。由于調制氣體化學物質的能力，周期的兩個不同階段的條件可能極為不同。因此，極為不同的化學物類可在周期的不同階段中產生，以便取得采用單步穩(wěn)態(tài)過程可能是不可能的混合物。這種混合物是來自周期的交替階段所產生的兩種分立等離子體條件的影響的線性組合。這些影響的比率由周期時間比控制。因此，周期時間比成為附加過程控制變量。
氣體調制循環(huán)處理方法能夠提供在短周期時間體系中可得到的準單分子層和亞單分子層覆蓋(單分子層范圍)的體系。通過充分增加周期時間，也可得到具有許多單分子層的厚度、與維持蝕刻條件交替的大保護層的體系。在周期時間的這兩個極端情況之間，可得到行為的連續(xù)區(qū)，以便允許該方法的兩個極端情況特有的希望和不希望結果的平衡。因此，創(chuàng)造性氣體調制循環(huán)處理提供在這個連續(xù)區(qū)中提供所有這些體系的靈活性。因此，總周期時間成為附加過程控制變量。
圖7A-E示意說明利用亞單分子層的快速循環(huán)的體系中在表面上的材料的構建。在這個實例中，循環(huán)過程的各階段把物類添加到表面位置，但是在不同階段中產生不同的物類。這通過不同階段的表面上的黑與白周期的交替來表示。這些周期表示氣相中以及表面上的淀積物分子。在圖7A中，初始側壁表面704表示為其中表面位置706未被占用。圖7B說明循環(huán)過程的第一階段的效果，在其中，第一階段的等離子體條件所產生的淀積物分子的第一物類708被淀積到表面704的表面位置706上。注意，不是所有表面位置706均在第一階段的第一應用中被占用。圖7C說明第二階段的效果，在其中，淀積物分子的第二物類712由第二階段的等離子體條件產生，它們因氣體化學性質的調制以及可能其它過程參數(shù)而不同于第一階段的淀積物分子的第一物類708。不到一個單分子層在第二階段的這個應用中被添加到表面覆蓋。圖7D說明循環(huán)過程的第一階段的下一個應用的效果。在這個應用中，單分子層覆蓋完成，以及第二層開始形成。圖7E說明若干周期之后的結果，它是混合薄膜，其中的各層由第一和第二階段中產生的不同物類708、712組成。
圖8A-D示意說明較慢循環(huán)的體系中在表面上的材料的構建。這通過圖7A-E中的實例的相同條件來實現(xiàn)，其中只有總周期時間增加到大致十倍。在圖8A中，初始表面804表示為其中表面位置806未被占用。圖8B說明循環(huán)過程的第一階段的效果，在其中，第一階段的等離子體條件所產生的淀積物分子的第一物類808被淀積到側壁表面804的表面位置806上。在這種情況中，表面覆蓋的若干單分子層在第一階段的第一應用中被添加。圖8C說明循環(huán)過程的第二階段的效果，在其中，第二階段的等離子體條件所產生的淀積物分子的第二物類812被淀積到淀積物分子的第一物類808所形成的層上。表面覆蓋的若干單分子層在第二階段的第一應用中被添加。圖8D說明一個半周期之后的結果，在其中是兩個不同薄膜的交替疊層，其中的多層薄膜由第一物類808和第二物類812的層組成，每一個在循環(huán)過程的單個階段中產生。
這些實例被提出以說明質量不同的顯微結果，它們可在總周期時間變成與淀積表面的單個單分子層所需的時間相當時獲得。我們認為，只根據(jù)總周期時間的變化，在這兩個實例中產生的不同表面薄膜可對應于晶片結構上的不同過程結果。這是一個簡單實例，其中淀積作為僅有的表面機制，但是類似的說法可適用于表面機制的更復雜組合。例如，當總周期時間變?yōu)榕c淀積或蝕刻表面的單一單分子層所需的時間相當時，通過循環(huán)過程的交替階段交替經過淀積和蝕刻劑物類的表面還可呈現(xiàn)已修改行為。
如上所述，我們認為，通過采用交替保護和蝕刻步驟，條紋和刻面可減小，并且可提供更好的蝕刻控制。沒有理論限制，我們認為，通過氣體調制循環(huán)處理可得到的準單分子層和亞單分子層保護覆蓋的體系以及交替方法的保護功能可經過控制和修改，以便提供可幫助減小條紋和刻面以及提供更好的蝕刻控制的獨特屬性。
氣體調制循環(huán)處理步驟可通過采用用于形成保護層以及蝕刻的相同載氣流量來執(zhí)行，同時交替提供用于形成保護層的反應物以及用于蝕刻的反應物。另外，RF功率、溫度和/或壓力可與氣體流量同步地脈動，以便為氣體調制循環(huán)過程中的各階段提供最佳條件。
在另一個實施例中，交替載氣和反應物的整個氣體混合物。RF功率、溫度和/或壓力同樣可與氣體流量同步地脈動，以便為循環(huán)過程中的各階段提供最佳條件。在另一個實施例中，相同的氣體可用于兩種階段，但是對各階段改變相對流量比。因此，為了在氣體調制循環(huán)過程的兩個不同階段之間提供不同的氣體化學性質，可使用兩種完全不同的氣體，或者使用相同的載氣和不同的活性氣體，或者使用具有不同相對流量的相同氣體。
在使用相同載氣流量用于形成保護層以及蝕刻的不同氣體化學物質的一個實例中，來自蝕刻氣體源的蝕刻劑氣體在保護層形成階段中沒有被提供到等離子體處理室。這可通過不提供蝕刻氣體或淀積氣體的成分來進行。例如，氧或者包含氣體的氧對于蝕刻氣體是關鍵蝕刻成分。即使C4F6也用于蝕刻劑氣體，在這個實例中，蝕刻也無法通過沒有氧的C4F6來完成。因此，在保護層形成階段不提供氧或者包含氣體的氧，是一種在保護層形成階段不提供蝕刻氣體的方法，即使在保護層的形成過程中提供C4F6。同樣優(yōu)選的是，保護層形成過程最多是用于形成保護涂層的非蝕刻或可忽略蝕刻(包含要蝕刻的層的不到10％)。這種淀積過程可能是、但不限于等離子體增強CVD淀積或濺射，因為CVD和濺射不用于蝕刻。如果淀積氣體與蝕刻階段中的聚合物形成物相同，則淀積氣體可在蝕刻階段中提供。另外，蝕刻階段中的偏置功率可能較高，以便提供定向蝕刻。
提供分開的淀積階段以及聚合物形成物的存在以便在蝕刻階段中提供聚合允許為較高蝕刻速率和更好的各向異性蝕刻使用更高能量蝕刻離子。通過把鈍化氣體保持在蝕刻階段混合物中，能夠使用較高離子能量而沒有蝕刻掩模的不可接受腐蝕和破壞。另外，各向異性蝕刻可在蝕刻階段的持續(xù)時間里實現(xiàn)。通過使用具有交替保護層形成階段和蝕刻階段的循環(huán)過程，可優(yōu)化掩模保護。這種方法避免放電中的蝕刻和阻滯氣體的相互反應。例如，淀積化學混合物可經過選擇，它形成比蝕刻混合物所產生的更硬且更耐用的涂層。另外，淀積化學條件、如壓力和濃度可設計成優(yōu)化保護層形成的屬性、如成分和厚度。
可能希望，淀積氣體的成分的一部分沒有與蝕刻氣體的成分混合，因為某種混合減小具有分開淀積和蝕刻階段的效率。因此，這類情況中的控制器將同步調制氣體流量，使得一種氣體在另一種氣體被添加之前被耗盡。
通過具有獨立的保護層形成和蝕刻鈍化階段，諸如溫度、功率、壓力、離子能量和處理氣體之類的處理條件可獨立控制，經過改變以提供各階段的最佳條件。
氬或其它惰性氣體可在蝕刻以及保護層形成過程中用作載氣。另一種惰性氣體的一個實例是氖。
在本發(fā)明的一個實施例中，可接觸等離子體(由放電保持的化學物質和帶電粒子的混合物)的室壁區(qū)域被制作成盡可能小，以及保持為升高的溫度。其目的是避免所謂的室“記憶”效應，通過該效應，一個處理步驟中形成的室壁區(qū)域的涂層所包含的化學元素可釋放而干擾后續(xù)步驟。通過使室壁區(qū)域上的總淀積為最小，這種效應可被減小，避免可能使性能降級的兩個不同階段之間的交互作用。
還可能希望，使從先驅源到處理室的氣體傳播時間極短。使表示建立恒定的預期流量的時間以及建立在處理室中完全沒有所述氣體的時間的氣體流量穩(wěn)定時間極短，從而可使從一種穩(wěn)定氣體混合物組成到下一個的轉變極快。其目的是避免兩個不同階段之間的化學物質的相互混合，這可能使性能降級。
可能還希望，控制電力到放電的轉換的電氣系統(tǒng)和控制網絡相對于放電條件和功率要求的變化極迅速反應。此外，可能希望能夠使處理室的其它外部條件、如氣體混合物的壓力和晶片襯底的溫度迅速改變和穩(wěn)定。允許這類過程條件迅速改變允許更短的總周期時間，以便允許過程條件在階段之間顯著變化，以便單獨優(yōu)化各個階段。因此，可能還希望具有能夠控制和同步處理條件的迅速調制的計算機化系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)用來發(fā)送對于所要求定期變化的命令，以及利用在處理室中提供多個條件變化的各個裝置的預定時間延遲來同步這些命令。
本發(fā)明的其它實施例可對循環(huán)過程提供一個或多個附加階段。例如，氣體調制循環(huán)過程可在單個周期中具有六個階段，例如三個淀積階段和三個蝕刻階段。附加階段的添加可通過各周期的增加復雜度來限制。
另一個實施例可消除蝕刻階段中提供氣體的聚合物的使用。本發(fā)明的另一個實施例可提供兩個蝕刻階段，而不是淀積階段和蝕刻階段。在這種實施例中，一個蝕刻階段可能是產生錐形剖面的蝕刻過程條件，而第二蝕刻階段則可能是產生弓形剖面的蝕刻過程條件。在短周期時間的體系中，周期的各階段可能修改被蝕刻表面的不到一個、大致一個或者幾個單分子層。在這種情況中，兩個不同蝕刻階段之間的交替通常產生細化過程控制功能。氣體調制循環(huán)方法同樣提供向表面?zhèn)魉臀镱惖幕旌衔锏墓δ?，它可能不是由單步穩(wěn)態(tài)條件所產生的。另外，各階段中產生的物類之間的比率易于通過周期時間比來控制。本發(fā)明的另一個實施例可提供兩個淀積階段和單個蝕刻階段。本發(fā)明的另一個實施例可提供單個淀積階段和兩個蝕刻階段。本發(fā)明的另一個實施例可提供一系列氣體調制循環(huán)過程，各循環(huán)過程通過各個階段的總周期時間、周期時間比和/或過程條件來區(qū)分。這些階段條件包括氣體組成、氣體流量、RF功率、壓力和/或溫度。要蝕刻的層為低k介質薄膜、如有機硅酸鹽玻璃或SiLK。
循環(huán)剝離過程為了便于理解，圖4是本發(fā)明的一個實施例中用于剝離單個光致抗蝕劑掩模的氣體調制循環(huán)剝離過程的步驟(步驟124)的更詳細流程圖。在氣體調制循環(huán)剝離過程中，處理室在至少兩個階段之間進行調制。一個階段是經過優(yōu)化以形成保護層的步驟(步驟416)。另一個階段是為剝離經過優(yōu)化的步驟(步驟426)。這些階段之間的交替通過氣流速率以及可能的RF功率、表面溫度和氣體壓力的同步調制來實現(xiàn)。在優(yōu)選實施例中，總周期時間不大于大約21秒?？傊芷跁r間更優(yōu)選地在0.01至10秒之內執(zhí)行。總周期時間最優(yōu)選地在0.5至5秒之內執(zhí)行。周期時間比(保護∶蝕刻)優(yōu)選地在0.01∶1和20∶1之間。周期時間比(保護∶蝕刻)更優(yōu)選地在0.05∶1和5∶1之間。周期時間比(保護∶蝕刻)最優(yōu)選地在0.2∶1和2∶1之間。氣體調制優(yōu)選地執(zhí)行大約3至50000個周期之間。氣體調制更優(yōu)選地執(zhí)行大約10至500個周期。氣體調制最優(yōu)選地執(zhí)行至少大約50個周期。氣體調制循環(huán)剝離過程優(yōu)選地用來剝離單個光致抗蝕劑掩模。這種單個光致抗蝕劑掩模是形成圖案的光致抗蝕劑掩模，而不是為通孔蝕刻形成圖案的光致抗蝕劑掩模以及為溝槽蝕刻形成圖案的光致抗蝕劑掩模。這種單個光致抗蝕劑掩模更優(yōu)選地是單層光致抗蝕劑的。
在經過優(yōu)化以便形成保護層的階段(步驟416)中，保護層淀積到蝕刻特征件的側壁上以及可能淀積到光致抗蝕劑掩模之上。淀積可能是不對稱的，使得淀積的數(shù)量優(yōu)先地在側壁上比在光致抗蝕劑掩模上更多地形成。換言之，淀積化學物質可按照以下方式進行選擇由于材料的化學反應性的差異，涂層優(yōu)先在側壁上形成。在優(yōu)選實施例中，淀積利用等離子體增強化學汽相淀積(CVD)過程在蝕刻室中原地進行，它在蝕刻特征件的側壁上淀積薄保護層。另外，在優(yōu)選實施例中，淀積和剝離步驟在同一個室中執(zhí)行。淀積過程可施加某種離子轟擊能量以便允許這類淀積的選擇性。
在其它實施例中，處理條件可能當剝離進行時改變，以便改變保護層的厚度和空間分布。例如，可能希望在剝離進行時在特征件的側壁上形成較厚涂層。當蝕刻進行時循環(huán)處理條件的變化可提供這種效果。由于層形成和剝離是周期的分開階段，因此，可對這個結果優(yōu)化層形成階段的過程條件，而沒有干擾剝離階段?；蛘撸傊芷跁r間和/或周期時間比可在剝離進行時進行調節(jié)，以便提供這種變化，而沒有對各個階段的過程參數(shù)的任何改變。
保護層形成階段416是循環(huán)剝離過程412中的獨立階段，它可按照不同材料的不同應用的需要包含淀積氣體的不同組合，其中淀積可在特征件周圍提供保護涂層。專用于這個階段的周期的時間優(yōu)選地大約為0.005至10秒。專用于這個階段的周期的時間更優(yōu)選地大約為0.1至5秒。專用于這個階段的周期的時間最優(yōu)選地大約為0.2至2.5秒。優(yōu)選地在單保護層形成階段的持續(xù)時間里在側壁上形成具有小于200的厚度的層。更優(yōu)選地在單保護層形成階段的持續(xù)時間里在側壁上形成大約0.1與100之間的層。最優(yōu)選地在單保護層形成階段的持續(xù)時間里在側壁上形成大約1與10之間的層。在小于大約10的層厚度的情況中，覆蓋可更精確地描述為單分子層的一小部分。在一個實施例中，保護層在單保護層形成階段的持續(xù)時間里形成單一的單分子層。在另一個實施例中，保護層形成亞單分子層，它是在單保護層形成階段的持續(xù)時間里沒有采用單原子或分子層完全覆蓋表面、而是可提供某種百分比(即75％)的表面覆蓋率的層。
剝離階段420是循環(huán)剝離過程128中的獨立階段，它被執(zhí)行以推進剝離。
專用于這個階段的周期的時間優(yōu)選地大約為0.005至10秒。專用于這個階段的周期的時間更優(yōu)選地大約為0.1至5秒。專用于這個階段的周期的時間最優(yōu)選地大約為0.2至2.5秒。
提供交替淀積和蝕刻階段的這個氣體調制周期或循環(huán)優(yōu)選地重復3次以上。這個周期更優(yōu)選地重復10次以上。這個周期最優(yōu)選地重復至少50次。
在不需要進一步蝕刻時，氣體調制循環(huán)剝離過程(步驟124)完成。在最后周期中，蝕刻階段可完全蝕刻掉保護層。但是，也可用循環(huán)剝離過程之后的后續(xù)處理步驟消除保護層和/或完成剝離過程。
沒有理論限制，我們認為，循環(huán)處理提供不同的處理體系，因為在短時標被淀積和蝕刻的極薄的膜的屬性不同于較厚薄膜的屬性。利用氣體調制循環(huán)處理方法，對于短周期時間，極薄的保護層被淀積、例如側壁薄膜。薄保護層厚度可能處理單分子層范圍(即亞單分子層、單分子層、或者幾個原子或分子的層)。
單分子層范圍中的薄保護層的產生取決于淀積速率乘以淀積時間。各種淀積速率和淀積時間組合可用于提供單分子層范圍中的薄保護層。以上對于蝕刻論述了這類薄保護層的屬性。
沒有理論限制，我們認為，通過循環(huán)淀積保護層和剝離光致抗蝕劑，保護層可保持為很薄，而不是在一個長步驟中連續(xù)添加更多保護層。
其上的光致抗蝕劑被剝離的要蝕刻的層優(yōu)選地為低k介質薄膜、如有機硅酸鹽玻璃或SiLK。保護層防止剝離過程中對低k介質薄膜的破壞。
在一個實施例中，相同的氣體和過程參數(shù)可用于兩種階段，但是對各階段改變成分氣體的相對流量比。
在另一個實施例中，氣體調制循環(huán)剝離處理步驟可通過采用用于形成保護層以及剝離的相同載氣流量來執(zhí)行，同時交替提供用于形成保護層的反應物和用于剝離的反應物。另外，諸如RF功率、溫度和/或壓力等的其它過程參數(shù)可與氣體流量同步地脈動，以便提供氣體調制循環(huán)過程中的各階段的最佳條件。
在另一個實施例中，交替載氣和反應物的整個氣體混合物。RF功率、溫度和/或壓力同樣可與氣體流量同步地脈動，以便為循環(huán)過程中的各階段提供最佳條件。因此，為了在氣體調制循環(huán)剝離過程的兩個不同階段之間提供不同的氣體化學性質，可使用兩種完全不同的氣體，或者使用相同的載氣和不同的活性氣體，或者使用具有不同相對流量的相同氣體。
惰性載氣可被添加到淀積氣體或者剝離氣體。例如，淀積步驟可通過C2H4和Ar來進行。
在剝離期間提供聚合物形成氣體幫助控制剝離過程。
通過具有獨立保護層形成和剝離階段，諸如溫度、功率、壓力、離子能量和處理氣體之類的處理條件可獨立控制，經過改變以提供各階段的最佳條件。
本發(fā)明的其它實施例可對循環(huán)剝離過程提供一個或多個附加階段。例如，氣體調制循環(huán)剝離過程可在單個周期中具有六個階段，例如三個淀積階段和三個剝離階段。附加階段的添加可通過各周期的增加復雜度來限制。
另一個實施例可消除剝離階段中提供氣體的聚合物的使用。
實例在本發(fā)明的一個實例中，OSG的低k介質層設置在襯底上(步驟104)。氧化硅蓋層被淀積到低k介質層上(步驟108)。蓋層大約為500厚。有機ARC層在蓋層上形成(步驟112)。形成圖案光致抗蝕劑掩模在ARC上形成(步驟116)。在這個實例中，光致抗蝕劑是來自Shipley的193nmPR。
襯底則設置在處理室中。圖5是可用于本發(fā)明的優(yōu)選實施例的處理室500的示意圖。在這個實施例中，等離子體處理室500包括密封環(huán)502、上電極504、下電極508、氣體源510和排氣泵520。在等離子體處理室500中，在其上淀積氧化層的襯底晶片580設置在下電極508上。下電極508結合用于夾持襯底晶片580的適當襯底夾緊機構(例如靜電機械夾具等)。反應器頂部528結合直接設置成與下電極508相對的上電極504。上電極504、下電極508和密封環(huán)502定義密封等離子體體積540。氣體通過氣體入口543由氣體源510提供給密封等離子體體積，并通過密封環(huán)502和排氣端口由排氣泵520從密封等離子體體積排出。排氣泵520形成等離子體處理室的氣體出口。RF源548電連接到下電極508。室壁552定義等離子體外殼，在其中設置了密封環(huán)502、上電極504和下電極508。RF源548可包括27MHz功率源和2MHz功率源。把RF功率連接到電極的不同組合是可行的。
修改為提供本發(fā)明所需的周期時間、由Lam ResearchCorporationTM(Fremont，California)制作的2300ExelanTM介質蝕刻系統(tǒng)可用于本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中。2300ExelanTM介質蝕刻系統(tǒng)是電容耦合系統(tǒng)?？刂破?35可控地連接到RF源548、排氣泵520和氣體源510。噴頭可連接到氣體入口543。氣體入口543可能是各氣體源的單個入口或者各氣體源的不同入口或者各氣體源的多個入口或者其它可能的組合。
圖6A和圖6B說明計算機系統(tǒng)600，它適合實現(xiàn)本發(fā)明的實施例所使用的控制器535。圖6A說明計算機系統(tǒng)的一種可能的物理形式。計算機系統(tǒng)無疑可具有許多物理形式，范圍從集成電路、印刷電路板和小手持裝置直到巨型超級計算機。計算機系統(tǒng)600包括監(jiān)視器602、顯示器604、外殼606、盤驅動器608、鍵盤610和鼠標612。盤614是用于和計算機系統(tǒng)600之間傳遞數(shù)據(jù)的計算機可讀介質。
圖6B是計算機系統(tǒng)600的框圖的一個實例。接到系統(tǒng)總線620上的是各種各樣的子系統(tǒng)。處理器622(又稱作中央處理器或CPU)耦合到包含存儲器624在內的存儲裝置。存儲器624包括隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。如本領域眾所周知的那樣，ROM用于向CPU單向傳遞數(shù)據(jù)和指令，以及RAM通常用于以雙向方式傳遞數(shù)據(jù)和指令。這兩種類型的存儲器都可包括以下所述的任何適當?shù)挠嬎銠C可讀媒體。固定盤626還雙向耦合到CPU 622；它提供附加數(shù)據(jù)存儲容量，并且還可包括以下所述的計算機可讀媒體的任一個。固定盤626可用來存儲程序、數(shù)據(jù)等，并且通常是比主存儲裝置更慢的輔助存儲介質(例如硬盤)。大家會理解，固定盤626中保持的信息在適當情況中可作為存儲器624中的虛擬存儲區(qū)以標準方式被結合?？梢苿颖P614可采取以下所述的計算機可讀媒體的任一個的形式。
CPU 622還耦合到各種輸入/輸出裝置，例如顯示器604、鍵盤610、鼠標612和喇叭630。一般來說，輸入/輸出裝置可能是以下項的任一個視頻顯示器、軌跡球、鼠標、鍵盤、話筒、觸摸屏、傳感讀卡器、磁或紙帶讀取器、書寫板、光筆、語音或手寫識別器、生物測量讀取器或者其它計算機。CPU 622可選地可采用網絡接口640耦合到另一個計算機或電信網絡。通過這種網絡接口，可以預料，在執(zhí)行上述方法步驟的過程中，CPU可能接收來自網絡的信息或者可能向網絡輸出信息。此外，本發(fā)明的方法實施例可能僅在CPU 622上執(zhí)行，或者可能通過網絡、如因特網結合分擔處理的一部分的遠程CPU來執(zhí)行。
另外，本發(fā)明的實施例還涉及具有計算機可讀介質的計算機存儲產品，其中具有用于執(zhí)行各種計算機實現(xiàn)的操作的計算機代碼。媒體和計算機代碼可能是為了本發(fā)明專門設計和構造的，或者它們可能屬于眾所周知的種類并且是計算機軟件領域的技術人員可得到的。計算機可讀媒體的實例包括但不限于磁媒體，例如硬盤、軟盤和磁帶；光媒體，例如CD-ROM和全息裝置；光磁媒體，例如光磁軟盤；以及硬件裝置，專門配置成存儲和執(zhí)行程序代碼，例如專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)以及ROM和RAM裝置。計算機代碼的實例包括例如編譯程序所產生的機器碼以及包含由計算機利用解釋程序執(zhí)行的高級代碼的文件。計算機可讀媒體也可能是以載波體現(xiàn)的計算機數(shù)據(jù)信號傳送的并且表示處理器可執(zhí)行的一系列指令的計算機代碼。
特征件通過ARC層和低k OSG層來蝕刻(步驟120)。100～500sccm的Ar、3～15sccm的C4F8、1～10sccm的O2和30～200sccm的N2的蝕刻化學物質用于通過低k OSG層蝕刻。室壓設置為60～500mTorr。300～1500W由27MHzRF源提供。
在特征件完全蝕刻之后，提供晶片、氣體調制循環(huán)剝離過程(步驟124)。在這個實例中，相同的成分氣體O2和C2H4同樣用于保護層形成階段(步驟416)和剝離階段(步驟420)。這些氣體的氣體比在保護層形成階段(步驟416)和剝離階段(步驟420)之間改變。
在這個實例中，保護層形成階段的方法(步驟416)提供45mTorr的壓力。在27MHz提供300瓦特，以及在2MHz提供100瓦特。提供200sccm的O2。提供100sccm的C2H4。這個階段在每個周期提供2秒。
在這個實例中，剝離階段的方法(步驟416)提供45mTorr的壓力。在27MHz提供300瓦特，以及在2MHz提供100瓦特。提供200sccm的O2。提供10sccm的C2H4。這個階段在每個周期提供2秒。
其它實施例可采用2mTorr與300mTorr之間的室壓?？稍趶?0瓦特至900瓦特的范圍內提供功率?？商峁?00-500sccm之間的O2。可提供50-500sccm之間的C2H4。各階段可在每個周期0.1秒至5秒之間。在這些實例中，O2用作剝離氣體，以及C2H4用作保護層形成氣體。優(yōu)選的是，對于剝離，剝離氣體與保護層形成氣體的比率大于2∶1。更優(yōu)選的是，對于剝離，剝離氣體與保護層形成氣體的比率為10∶1至2∶1之間。優(yōu)選的是，對于形成保護層，剝離氣體與保護層形成氣體的比率小于1∶1。更優(yōu)選的是，對于形成保護層，剝離氣體與保護層形成氣體的比率為大約1∶1與1∶1 0之間。
通過優(yōu)化淀積步驟和剝離步驟，與常規(guī)連續(xù)剝離過程相比，剝離破壞可能改進＞50％。最佳條件取決于低k材料、前一個蝕刻步驟和PR的特性。氣體、rf功率和壓力必須經過優(yōu)化以獲得最佳結果。
不希望受到理論限制，我們認為，淀積步驟在低k介質層中的側壁上形成薄保護涂層。后續(xù)剝離步驟剝離光致抗蝕劑掩模以及消除保護涂層的一部分。通過提供循環(huán)過程，保護層保持為很薄。這被認為優(yōu)于剝離以及提供保護涂層的單一步驟。在這種過程中，單一步驟通常持續(xù)形成保護層，使得在剝離過程結束時可保持厚保護層。這也將更優(yōu)于提供單個保護層淀積步驟和單個剝離步驟的過程。采用單個淀積步驟要求形成厚保護層，它可能損害所得特征件的關鍵尺寸。
因此，保護層形成階段采用第一氣體化學物質，以及剝離階段采用不同于第一氣體化學物質的第二氣體化學物質。在這個實例中，第一氣體化學物質以不同比例包含保護層形成氣體以及剝離氣體，使得第一氣體化學物質允許淀積，以及第二氣體化學物質允許剝離。在其它實施例中，第一氣體化學物質可能僅為沒有剝離氣體的保護層氣體，以及第二氣體化學物質可能僅為沒有保護層形成氣體的剝離氣體。這些各種實施例可概括為包含保護層形成氣體的第一氣體化學物質和包含剝離氣體的第二氣體化學物質。
可用于形成保護層形成氣體的氣體可從C2H4、CH4、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、C3H8、CO、SiH4、Si(CH3)4、Si(C2H5)4、CH3F、C2H5F、C3H7F和C2H3F的組中選取。一般來說，這類保護層氣體是碳氫化合物。
可用于剝離氣體的氣體可從O2、H2、N2、水蒸汽、CO2和NH3的組中選取。
雖然已經根據(jù)若干優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是存在落入本發(fā)明的范圍之內的變更、置換、修改和各種替代等效方案。還應當注意，存在實現(xiàn)本發(fā)明的方法和設備的許多備選方法。因此，以下所附權利要求
應該被理解為包括落入本發(fā)明的精神和范圍之內的所有這類變更、置換、修改和各種替代等效方案。
權利要求
1.一種用于在襯底上通過光致抗蝕劑蝕刻掩模在低k介質層中蝕刻特征件的方法，包括把低k介質層設置到襯底之上；把形成圖案的光致抗蝕劑掩模設置在所述低k介質層之上；把至少一個特征件蝕刻到所述低k介質層中；以及為剝離單個光致抗蝕劑掩模在三個以上周期執(zhí)行氣體調制循環(huán)剝離過程，其中各周期包括采用第一氣體執(zhí)行保護層形成階段，其中，所述保護層形成階段在各周期執(zhí)行大約0.005至10秒，包括提供所述第一氣體；以及從所述第一氣體形成等離子體，其中，在所述至少一個特征件的側壁上形成保護層，并且所述保護層的厚度增加；以及采用第二氣體執(zhí)行用于剝離所述光致抗蝕劑掩模的剝離階段，其中所述第一氣體不同于所述第二氣體，其中所述蝕刻階段在各周期執(zhí)行大約0.005至10秒，包括提供所述第二氣體；以及從所述第二氣體形成等離子體，其中，所述保護層的厚度減小，以及所述光致抗蝕劑掩模的一部分被剝離。
2.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，所述保護層形成階段形成厚度小于200的層。
3.如權利要求
1所述的方法，其特征在于，所述保護層形成階段形成厚度在大約0.1與100之間的層。
4.如權利要求
1-3中的任一項所述的方法，其特征在于，執(zhí)行氣體調制循環(huán)剝離過程在電容耦合等離子體處理室中執(zhí)行。
5.如權利要求
1-4中的任一項所述的方法，其特征在于，所述保護層形成階段和所述蝕刻階段在公共等離子體處理室中執(zhí)行。
6.如權利要求
1-5中的任一項所述的方法，其特征在于，所述公共等離子體處理室是電容耦合等離子體處理室，其中，從所述第一氣體形成所述等離子體包括提供電容耦合能量。
7.如權利要求
1-6中的任一項所述的方法，其特征在于，所述氣體調制循環(huán)剝離過程執(zhí)行至少3個周期。
8.如權利要求
1-6中的任一項所述的方法，其特征在于，所述第一氣體包括保護層形成氣體，以及第二氣體包括剝離氣體。
9.如權利要求
8中的任一項所述的方法，其特征在于，所述保護層形成氣體是C2H4、CH4、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、C3H8、CO、SiH4、Si(CH3)4、Si(C2H5)4、CH3F、C2H5F、C3H7F和C2H3F中的至少一種。
10.如權利要求
8-9中的任一項所述的方法，其特征在于，所述剝離氣體為O2、H2、N2、水蒸汽、CO2和NH3中的至少一種。
11.如權利要求
8-10中的任一項所述的方法，其特征在于，所述第一氣體具有小于1∶1的剝離氣體與保護層形成氣體之比，以及所述第二氣體具有10∶1與2∶1之間的剝離氣體與保護層形成氣體之比。
12.通過如權利要求
1-11中的任一項所述的方法形成的半導體器件。
13.一種用于執(zhí)行如權利要求
1-11中的任一項所述的方法的設備。
14.一種用于消除襯底上的單一層的至少一部分的方法，包括在三個以上周期執(zhí)行氣體調制循環(huán)過程，其中各周期包括采用具有淀積氣體化學物質的第一氣體化學物質來執(zhí)行保護層形成階段，其中所述保護層形成階段在各周期執(zhí)行大約0.005至10秒，包括提供所述第一氣體化學物質；以及從所述第一氣體化學物質形成等離子體，它使保護層形成并且使所述保護層的厚度增加；以及采用使用消除氣體化學物質的第二氣體化學物質執(zhí)行用于消除所述單一層的至少一部分的消除階段，其中所述第一氣體化學物質不同于所述第二氣體化學物質，其中，所述消除階段在各周期執(zhí)行大約0.005至10秒，包括提供所述第二氣體化學物質；以及從所述第二氣體化學物質形成等離子體，從而使所述單一層的至少一部分消除。
專利摘要
一種用于在襯底上通過光致抗蝕劑蝕刻掩模在低k介質層中蝕刻特征件的方法。氣體調制循環(huán)剝離過程為剝離單個光致抗蝕劑掩模在三個以上周期執(zhí)行。氣體調制循環(huán)剝離過程的各周期包括執(zhí)行保護層形成階段和剝離階段。保護層形成階段采用具有淀積氣體化學物質的第一氣體化學物質，其中，保護層形成階段在各周期執(zhí)行大約0.005至10秒。用于剝離光致抗蝕劑掩模的剝離階段采用使用剝離氣體化學物質的第二氣體化學物質，其中第一氣體化學物質不同于第二氣體化學物質，其中，蝕刻階段在各周期執(zhí)行大約0.005至10秒。
文檔編號H01L21/461GK1993811SQ20058002574
公開日2007年7月4日 申請日期2005年5月27日
發(fā)明者S·允, J·朱, P·西里格利亞諾, S·李, T·S·蔡, P·勒溫哈德特, M·H·威爾科克森, R·薩亞迪, E·A·哈森, J·V·蒂茨 申請人:蘭姆研究有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan