一种刻蚀方法，用来刻蚀形成在衬底上并至少包含４０％的碳的碳基层，所述方法包括将所述碳基层暴露于包括氢气、氮气和一氧化碳的刻蚀气体的等离子。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及半导体集成电路的刻蚀。详细地说，本专利技术涉及包含高碳组分的掩模的刻蚀。
技术介绍
等离子刻蚀是用于硅集成电路的结构定义的一种工艺。一个示例涉及穿过介电层的通孔的刻蚀以形成垂直的金属互连结构，在一些高级的设计中可以同时形成水平的互连结构。介电层传统地由基于二氧化硅的材料形成，二氧化硅也称为氧化物。更高级的电介质包括了氟和其他掺杂剂以减小介电常数。也可以使用其他的电介质混合物。长期建立的光刻工艺将一般为平面的光致抗蚀剂层淀积到无图案的氧化物上，在其间可能具有抗反射涂层(ARC)。光致抗蚀剂根据希望的图案被光学地形成图案，然后被显影以移除正胶光刻中未曝光的光致抗蚀剂或负胶光刻中曝光的光致抗蚀剂。然后形成图案的光致抗蚀剂用作掩模，该掩模用于刻蚀曝光的氧化物和中间的ARC(如果存在的话)的进一步步骤。电介质刻蚀工艺已经被发展成为在氧化物和光致抗蚀剂之间提供合理的刻蚀选择性的工艺。集成电路技术的前进大部分依赖于诸如穿过氧化层的通孔之类的横向特征的不断缩小。通孔宽度现在降到了100nm以下。然而，氧化物厚度固定地保持在1μm左右，有很多需要3μm厚度或更厚的氧化物的结构。将在氧化层中被刻蚀的孔的如此高的高宽比在光刻和刻蚀之间造成了几个问题。为了保持光学地形成图案的景深，光致抗蚀剂的厚度不应该比氧化层中定义的特征的尺寸(例如上面示例中的100nm)大。结果，如果掩模要想保留到通孔被刻蚀完成之前，则刻蚀选择性也就是氧化物刻蚀率和光致抗蚀剂刻蚀率之比必须大于等于10。然而，光致抗蚀剂一般是基于软有机材料的。在实现诸如狭小通孔中的垂直形貌之类的其他要求的同时还要获得光致抗蚀剂的如此高的选择性是难以实现的。希望将光刻从用于曝光光致抗蚀剂的来自KrF激光器的248nm辐射转换到来自ArF激光器的193nm辐射。然而，193nm辐射存在问题。对更短的波长敏感的光致抗蚀剂通常更软，光致抗蚀剂的最大厚度通常被减小到400nm以下以适应更短波长下的更浅的景深。
技术实现思路
本专利技术提供了一种刻蚀碳基层的方法，尤其用于在包含并优选地由氢气、氮气和一氧化碳组成的刻蚀气体中由等离子刻蚀通过光致抗蚀剂掩模对这些材料的硬掩模进行开口。硬掩模可以用作用于刻蚀在下面的层的掩模，在下面的层例如是需要高的高宽比通孔的电介质金属间层。该方法尤其在电介质金属问层是由低k电介质组成的时候有用。氢气和氮气被优选地以1∶2～2∶1之间的比率供应。腔压强被优选地保持在50毫托以上。等离子刻蚀腔优选地包括由工作在1～143MHz范围中的HF电源加偏压的基座电极和工作在150～350MHz范围中的喷头电极。附图说明图1是能够根据本专利技术形成的示例性结构的横截面视图；图2是本专利技术被有利地实践的等离子刻蚀反应器的示意性横截面视图；图3是示出对于两种刻蚀气体的两种不同流量比的一致性和形貌特性的图表；图4是示出对于刻蚀气体的不同流量比到晶片中心和边缘的一致性和形貌特性的图表；以及图5是示出作为腔压强的函数的一致性和形貌特性的图表。具体实施例方式可以通过使用光致抗蚀剂掩模来形成介电层和光致抗蚀剂层之间的硬掩模而增加刻蚀选择性。通常为更薄的硬掩模可以用可获得的光致抗蚀剂更容易地刻蚀，更坚硬的硬掩模被用来使更厚的在下面的介电层形成图案。随着特征尺寸降到了100nm以下，在电介质刻蚀中需要硬掩模，在使用来自ArF激光器的可得到的193nm光致抗蚀剂形成图案的辐射的情况中也需要硬掩模。在过去已经提出了硬掩模，一般由氮化硅或氮氧化硅组成。然而，一种尤其有利的硬掩模材料是碳基材料，例如可从California的Santa Clara的Applied Materials，Inc.得到的Advanced Patterning Film(APF)。其通过等离子增强化学气相淀积(PECVD)的淀积已经由Fairbairn等人在美国专利6,573,030中使用烃例如丙稀C3H6作为前体描述了。美国公开申请2005/0199585中的Wang等人和美国公开申请2005/0167394中的Lei等人描述了其作为硬掩模的使用。这三个文献通过引用而合并于此。Fairbairn将这种材料描述为由至少40％的碳和10％～60％的氢组成，因此碳至少为40％。然而，一种更紧凑的组分范围优选地为至少60％的碳和10％～40％的氢。虽然掺杂剂被提出来控制介电常数和折射率，但是穿过有效的抗反射涂层而形成图案的APF层间电介质似乎不需要除了碳和氢之外的物质成分。认为能形成无定形材料，尽管其生长条件和前体可能改变晶体构造。在400℃生长的APF被观察到具有1.1g/cm2的密度、2.2Mpa的硬度、2.2MPa的强度和最优化的C/H原子比63/37。单碳氢键(C-H)和双碳氢键(C＝H)之比被观察到为5。最近开发的在更高温度下生长的APF可以示出有些不同的特性。在图1的触点通孔横截面视图中示出了碳基硬掩模的使用示例。然而，必须强调的是本专利技术不限于这种结构，可以被应用于对其他材料上除了APF之外的碳基层进行开口。在硅衬底12上一般是通过化学气相淀积(CVD)淀积的例如是氮化硅的刻蚀停止层14、例如是掺入卤素的低k氧化物的介电层16和碳基硬掩模层18以方便淀积后的光致抗蚀剂层22的图像构图，光致抗蚀剂层22一般在湿的形式下旋涂，然后被干燥。ARC层20包括例如是氮氧化硅的底部DARC层24和有机材料的上部BARC层26。DARC层24被用来部分地提升BARC层26与碳基硬掩模层的粘合。然后光致抗蚀剂层22被通过一个步骤中的原版和重复曝光工具以图像方式曝光，并被显影以在希望的触点通孔28上留下孔。然后BARC层26和DARC层24被用传统的等离子刻蚀而移除，等离子刻蚀例如使用CF4。然后碳基硬掩模层18的暴露区域被用作为刻蚀定义的形成图案的光致抗蚀剂层26或ARC层的剩余部分刻蚀穿通或开口。然后例如C4F6和Ar或其他无氢或含氢的氟碳化合物的氟基化学使用硬掩模层18作为至少用于刻蚀的最后部分的掩模而刻蚀穿过介电层16，并因为正确选择的氟基氧化物刻蚀的选择性而在刻蚀停止层14停止。然后薄的刻蚀停止层14被通过溅射刻蚀或相对地非选择性化学等离子刻蚀步骤(例如对DARC或BARC使用CF4或O2)而移除以暴露下面的硅片12以允许其通过离子注入而掺杂和通过诸如填入到通孔中的难熔硅化物和金属化金属之类的接触层而接触。碳基硬掩模层18的剩余部分将在氧等离子中被移除。应该了解该工艺可以容易地延伸到具有下层通孔和用于水平链接的上层沟槽的双镶嵌结构。硬掩模层的开口应该满足几个不同的标准。其应该在硬掩模层产生垂直形貌以保持通过光致抗蚀剂图案建立的临界尺寸(CD)。对于100nm的特征，在开口的硬掩模底部的CD的变化应该小于10nm。对于商业生产来说，刻蚀率应该相当高，例如大于500nm。粒子的产生应该相当低，并且在设备的重复循环期间不显著增加。因为硬掩模层一般具有大于400nm或600nm的厚度并且需要小于或大于200nm的通孔宽度，所以刻蚀应该是高度各向异性的并且产生垂直形貌。因为氟基氧化物刻蚀优选地在与硬掩模的开口相同的腔里进行，所以粒子可能变成关心的问题。用于对碳基硬掩模开口的有利的工艺是基于H2/O2/CO的刻蚀气体混本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种刻蚀方法，用来刻蚀形成在衬底上并至少包含40％的碳的碳基层，所述方法包括将所述碳基层暴露于包括氢气、氮气和一氧化碳的刻蚀气体的等离子。2.如权利要求1所述的方法，其中所述碳基层至少包含60％的碳。3.如权利要求2所述的方法，其中所述碳基层包含10％～40％之间的氢。4.如权利要求1所述的方法，其中所述碳基层包含10％～40％之间的氢。5.如权利要求1所述的方法，其中所述刻蚀气体的反应组分基本上由氢气、氮气和一氧化碳组成。6.如权利要求1所述的方法，其中所述刻蚀气体基本上由氢气、氮气和一氧化碳组成。7.如权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中氢气流是氮气流的50％至300％。8.如权利要求1至6中的任一项所述的方法，还包括对形成在所述碳基层上的光致抗蚀剂层以光学方式进行构图。9.如权利要求8所述的方法，还包括使用刻蚀后的碳基层作为硬掩模而刻蚀在所述碳基层下面的介电层。10.如权利要求1至6中的任一项所述的方法，还包括将所述衬底放置到具有基座电极和与所述基座相对的喷头电极的等离子刻蚀腔，其中所述基座电极支撑所述衬底并由工作在HF频率下的RF电源通过匹配电路加偏压，通过所述喷头电极供应所述刻蚀气体并且所述喷头电极由工作在比HF频率高的VHF频率下并且被施加到电容性地耦合到所述喷头电极的短截线电路的第二RF电源加偏压。11.如权利要求10所述的方法，还包括将电流流过以离所述腔的中心轴线不同的半径布置在所述喷头背面的两个同轴线圈。12.如权利要求1至6中的任一项所述的方法，还包括将所述衬底放置到等离子刻蚀腔中并在刻蚀期间将所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王竹戌，宋兴礼，马绍铭，浦远，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。