專利名稱：等離子體刻蝕低k有機硅酸鹽材料的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明的領域本發(fā)明涉及一種在制造集成電路時用于等離子體刻蝕有機硅酸鹽玻璃的改進的方法本發(fā)明的背景集成電路制造通常要求刻蝕介電材料中的開口如接點，通路和溝。介電材料包括摻雜氧化硅如氟化氧化硅(FSG)，未摻雜氧化硅如二氧化硅，硅酸鹽玻璃如硼磷酸鹽硅酸鹽玻璃(BPSG)和磷酸鹽硅酸鹽玻璃(PSG)，摻雜或未摻雜熱生長氧化硅，摻雜或未摻雜TEOS沉積氧化硅，等。電介質(zhì)摻雜劑包括硼，磷和/或砷。電介質(zhì)可覆蓋在導電或半導電層如多晶硅，金屬如鋁，銅，鈦，鎢，鉬或其合金，氮化物如氮化鈦，金屬硅化物如硅化鈦，硅化鈷，硅化鎢，硅化鉬，等上。
用于刻蝕開口在氧化硅的各種等離子體刻蝕技術(shù)公開于U.S.Pat.Nos.5,013,398；5,013,400；5,021,121；5,022,958；5,269,879；5,529,657；5,595,627；5,611,888；和5,780,338。等離子體刻蝕可在中密度反應器如描述于’398專利的平行板等離子體反應器腔或描述于’400專利的三極管型反應器中或在高密度反應器如描述于’657專利的誘導偶聯(lián)反應器中進行?？涛g氣體化學包括描述于’121和’958專利的無氧，Ar，CHF3和非必要的CF4氣體混合物，描述于’879專利的無氧，含氟和氮氣混合物，描述于’627專利的C4F8和CO氣體混合物，描述于’400專利的氧和CF4氣體混合物，描述于’657專利的氧，CF4和CH4氣體混合物，和描述于’888專利的氟利昂和氖氣體混合物。
U.S.Pat.No.5,736,457描述了單和雙″波紋″金屬化工藝。在″單波紋″方案中，通路和導體在單獨的步驟中形成，其中用于導體或通路的金屬化圖案被刻蝕到介電層中，金屬層填充到介電層中的刻蝕的凹槽或通路孔，和過量金屬通過化學機械平面化(CMP)或通過向后刻蝕工藝而去除。在″雙波紋″方案中，用于通路和導體的金屬化圖案被刻蝕在介電層中且刻蝕的凹槽和通路開口在單個金屬填充和過量金屬去除工藝中填充以金屬。
中密度等離子體反應器在較高腔壓力下存在并和離解刻蝕氣體化學至不如高密度等離子體反應器的程度。例如，在中密度等離子體反應器中，刻蝕氣體如C4F8如下分步離解C4F8→C2F8→CF2→CF+F。由于這些逐漸離解，可以實現(xiàn)介電層的高刻蝕速率和上方層如光刻膠或在層如刻蝕停止層的低刻蝕速率。這些刻蝕速率的比率稱作“刻蝕選擇性比率”且可在中密度等離子體反應器中得到的高選擇性比率促進接點，通路和導體圖案的完全刻蝕。相反，在高密度反應器中，刻蝕氣體的瞬時離解可由于遮蔽層和刻蝕停止層的較高刻蝕速率而導致低選擇性比率。例如，在高密度等離子體反應器中，C4F8直接離解成游離F和高含量的游離F造成遮蔽和/或刻蝕停止層的快速刻蝕使得刻蝕選擇性比率不可接受地低。
一種由多層結(jié)構(gòu)等離子體刻蝕氮化硅的工藝公開于歐洲專利出版物EP 908940 A2。根據(jù)該出版物，包含4-20體積％氟碳氣體，(即，CF4，C2F6，C3F8)，10-30體積％氫源(即，CH2F2，CH3F，H2)，和40-70體積％弱氧化劑(即，CO，CO2，O2)的刻蝕劑氣體被激發(fā)形成高密度等離子體(即，以上1011/cm離子密度)并將等離子體用于刻蝕位于硅基材和氧化物或光刻膠覆蓋層之間的氮化物層。
U.S.Pat.No.6,153,514公開了一種形成自排列雙波紋結(jié)構(gòu)的方法，該結(jié)構(gòu)包括下方的導電層(如，銅或銅合金)，第一刻蝕停止層(如，氮化硅)，第一介電層(如，低k介電材料，其中k＜4)，第二刻蝕停止層(如，氮化硅)，第二介電層(如，低k介電材料)，硬光罩層(如，氮化硅)，和被圖案化以提供被刻蝕到第二介電層中的特征的光刻膠層。根據(jù)該專利，氮化物硬光罩層用CHF3/N2刻蝕，第二介電層用N2/H2O2或N2/H2刻蝕，第二刻蝕停止層用CHF3/N2刻蝕和第一介電層用C4F8/Ar/O2/CO刻蝕。U.S.Pat.No.5,611,888公開了一種使用10-20sccm氟利昂23(CHF3)和70-110sccm O2的混合物等離子體刻蝕氮化硅的方法。
U.S.Pat.No.6,156,642公開了一種雙波紋結(jié)構(gòu)，其中半導體基材包括底金屬化層(如，銅)，面層(如，氮化硅)，介電層(如，氧化硅或其它低k材料)，覆蓋溝和通路孔的側(cè)壁的正形層(如，鈦，氮化鈦，鉭，氮化鉭，氮化鎢)，和鈍化層(如，氮化硅或碳化硅)。U.S.Pat.No.6,143,641公開了一種結(jié)構(gòu)在集成電路結(jié)構(gòu)中的雙波紋，包括在下方導電材料(如，鋁或銅)上的金屬間介電材料(如，SiO2)，在填充有銅的雙波紋通路結(jié)構(gòu)的暴露側(cè)壁上的粘附層(如，Ti，TiN，Ta)，隔絕金屬或氮化硅，包括低k介電材料，二氧化硅和氮化硅的其它層。
U.S.Pat.No.6,090,304公開了一種在雙頻率等離子體反應器中等離子體刻蝕半導體基材的方法，其中第一無線電頻率(RF)源通過RF匹配網(wǎng)絡連接到頂部淋浴頭電極上和底電極(其上承載有半導體晶片)源通過第二匹配網(wǎng)絡連接到第二RF上。
U.S.專利No.5,786,276公開了一種使用CH3F/CF4/O2配方和CH2F2/CF4/O2配方的預期相對氧化硅而對氮化硅有選擇性的化學下游刻蝕技術(shù)。
隨著設備幾何尺寸變得越來越小，對高刻蝕選擇性比率的需求更高，這樣實現(xiàn)對介電層如有機硅酸鹽玻璃中的深和窄開口的等離子體刻蝕。因此，本領域需要一種等離子體刻蝕技術(shù)以提供相對上方光罩層的高刻蝕選擇性比率和/或獲得深和窄開口。另外，非常需要獲得這些開口幾何而不使開口的側(cè)壁彎成弓形。
本發(fā)明的綜述本發(fā)明提供了一種相對上方和/或下方介電層選擇性地等離子體刻蝕有機硅酸鹽玻璃層的方法，包括以下步驟將半導體基材引入等離子體刻蝕腔，將無氧刻蝕氣體供給至該腔并將刻蝕氣體激發(fā)成等離子體態(tài)，和通過將有機硅酸鹽玻璃層的暴露部分與等離子體接觸而刻蝕有機硅酸鹽玻璃層中的開口?？涛g氣體包括至少一種氮反應物，至少一種氟碳反應物，和非必要的惰性載體氣體，所述氟碳反應物和氮反應物供給至腔的流速使得氟碳反應物流速低于氮反應物流速。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，下方和/或上方介電層包含摻雜或未摻雜氧化物膜，氮化硅膜，碳化硅膜，或其組合。開口可包含對應于導體圖案，通路開口或接點開口的凹槽。開口可刻蝕使得具有縱橫比至少3∶1?？涛g氣體可以是無氧的和包括含氫的和/或無氫的氟碳反應物，表示為CxFyHz，其中x是至少1，y是至少1和z等于或高于0。例如，氟碳反應物可選自C4F8，C5F8，C4F6和/或CH2F2。半導體基材可包括導電或半導電層如含金屬的層，選自Al，Al合金，Cu，Cu合金，Ti，Ti合金，摻雜或未摻雜多晶或單晶體硅，TiN，TiW，Mo，Ti，W，Co和/或Mo或其合金的硅化物，等。
本發(fā)明工藝可使用包含CxFyHz的氟碳反應物刻蝕0.30μm，尤其0.25μm或更小尺寸的開口，其中x是1-5，y是1-8和z是0-3。例如，氟碳反應物可包含表示為CnFm(其中n是4或更多和m是6或更多)的無氫的氟碳和非必要的含氫的表示為CxFyHz(其中x是1或更多，y是1或更多和z是至少1)的氟碳反應物。非必要的載體氣體可選自Ar，He，Ne，Kr，Xe或其混合物。在用于處理200mm晶片的單晶片等離子體刻蝕腔中，氟碳氣體流速可以是氮氣流速的2.5-15％。例如，氟碳反應物可在流速3-30sccm下供給，氮反應物可在流速50-300sccm下供給至等離子體反應器，烴反應物可在15-100sccm下供給至等離子反應器，和非必要的載體氣體可在流速10-500sccm下供給至等離子體反應器。例如，C5F8，N2和Ar可分別在流速10-25sccm，50-300sccm，和50-300sccm下供給。在另一例子中，C4F8，CF2H2，N2和Ar可分別在流速2-20sccm，2-30sccm，50-300sccm，和50-300sccm下供給。在刻蝕步驟過程中，在中密度等離子體反應器的情況下，等離子體反應器優(yōu)選保持在真空壓力5-500mTorr，優(yōu)選150-250mTorr?？涛g步驟之后可以是隨后另外的刻蝕步驟并隨后用金屬填充開口。本發(fā)明的方法也可包括以下步驟在基材上形成光刻膠層，圖案化該光刻膠層以形成多個開口，隨后刻蝕上方光罩層中的導體線，通路或接點開口的金屬化圖案。
描述附圖的簡要描述

圖1A-D示意地表示一種可根據(jù)本發(fā)明工藝刻蝕的先通路雙波紋結(jié)構(gòu)，其中圖1A給出了刻蝕前狀態(tài)，圖1B給出了其中已刻蝕通路的刻蝕后狀態(tài)，圖1C給出了再圖案化用于溝刻蝕的結(jié)構(gòu)和圖1D給出了其中已刻蝕溝的刻蝕后狀態(tài)；圖2A-D示意地表示一種可根據(jù)本發(fā)明工藝刻蝕的先溝雙波紋結(jié)構(gòu)，其中圖2A給出了刻蝕前狀態(tài)，圖2B給出了其中已刻蝕溝的具有刻蝕后狀態(tài)，圖2C給出了再圖案化用于通路刻蝕的結(jié)構(gòu)和圖2D給出了其中已刻蝕通路的刻蝕后狀態(tài)；圖3A-B示意地表示一種可根據(jù)本發(fā)明工藝刻蝕的自排列雙波紋結(jié)構(gòu)，其中圖3A給出了刻蝕前狀態(tài)和圖3B給出了其中已刻蝕溝和通路的刻蝕后狀態(tài)；圖4示意地表示一種可用于進行本發(fā)明工藝的誘導偶聯(lián)高密度等離子體反應器；和圖5示意地表示一種可用于進行本發(fā)明工藝的中密度平行板等離子體反應器。
本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明提供了一種半導體制造工藝，其中開口可在有機硅酸鹽玻璃層中等離子體刻蝕，同時向下方和/或上方介電層如二氧化硅，氮化硅，碳化硅，和光刻膠材料提供所需選擇性。這些選擇性特別有意義地用于制造波紋結(jié)構(gòu)，其中一個或多個有機硅酸鹽玻璃層被合并在多層結(jié)構(gòu)中。在制造這些結(jié)構(gòu)過程中，特點如接點，通路，導體線，等在制造集成電路時在介電材料如氧化物和有機硅酸鹽玻璃層中被刻蝕。本發(fā)明克服了以往刻蝕技術(shù)的問題，其中有機硅酸鹽玻璃刻蝕速率和下方和/或上方電介質(zhì)/光刻膠層之間的選擇性對于商業(yè)場合太低。這些選擇性問題通過采用一種降低電介質(zhì)/光刻膠層的刻蝕速率的刻蝕氣體化學而解決。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種單或雙波紋刻蝕工藝，其中有機硅酸鹽玻璃可被刻蝕成0.25μm或更低的幾何尺寸，刻蝕深度至少1.8μm，其中有機硅酸鹽玻璃光刻膠刻蝕速率選擇性大于5∶1。該工藝可提供低或反轉(zhuǎn)RIE滯后，這可允許多水平電介質(zhì)刻蝕場合和能夠制造雙波紋設備。
圖1A-D示意地表明先通路雙波紋結(jié)構(gòu)如何可按照本發(fā)明進行刻蝕。圖1A給出了刻蝕前狀態(tài)，其中對應于通路的開口10提供在光刻膠遮蔽層12中，后者覆蓋了第一介電層14如氧化硅，第一停止層16如氮化硅，第二介電層18如氧化硅，第二停止層20如氮化硅，和基材22如硅晶片的堆積組。圖1B給出了在刻蝕之后的結(jié)構(gòu)，其中開口10延伸通過介電層14，18和第一停止層16至第二停止層20。圖1C給出了在再圖案化用于溝24的遮蔽層之后的結(jié)構(gòu)。圖1D給出了在刻蝕之后的結(jié)構(gòu)，其中第一介電層14向下刻蝕至第一停止層16。
圖2A-D示意地說明先溝雙波紋結(jié)構(gòu)如何可按照本發(fā)明進行刻蝕。圖2A給出了刻蝕前狀態(tài)，其中對應于溝的開口30提供在光刻膠遮蔽層32中，后者覆蓋了第一介電層34如氧化硅，第一停止層36如氮化硅，第二介電層38如氧化硅，第二停止層40如氮化硅，和基材42如硅晶片的堆積組。圖2B給出了在刻蝕之后的結(jié)構(gòu)，其中開口30延伸通過介電層34至第一停止層36。圖2C給出了在再圖案化用于通路44的遮蔽層之后的結(jié)構(gòu)。圖2D給出了在刻蝕之后的結(jié)構(gòu)，其中第二介電層38向下刻蝕至第二停止層40上。
圖3A-B示意地說明雙波紋結(jié)構(gòu)如何可在單個步驟中按照本發(fā)明進行刻蝕。圖3A給出了刻蝕前狀態(tài)，其中對應于溝的開口50提供在光刻膠遮蔽層52中，后者覆蓋了第一介電層54如氧化硅，第一停止層56如氮化硅，第二介電層58如氧化硅，第二停止層60如氮化硅，和基材62如硅晶片的堆積組。為了在單個刻蝕步驟中通過第一停止層56得到刻蝕通路，第一停止層56包括開口64。圖2B給出了在刻蝕之后的結(jié)構(gòu)，其中開口50延伸通過介電層54至第一停止層56和開口64延伸通過第二電介質(zhì)58至第二停止層60。這種排列可稱作″自排列雙波紋″結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明工藝可用于刻蝕各種介電層如摻雜氧化硅如氟化氧化硅(FSG)，未摻雜氧化硅如二氧化硅、旋涂玻璃(SOG)，硅酸鹽玻璃如硼磷酸鹽硅酸鹽玻璃(BPSG)和磷酸鹽硅酸鹽玻璃(PSG)，摻雜或未摻雜熱生長氧化硅，摻雜或未摻雜TEOS沉積氧化硅，包括有機聚合物材料的低k電介質(zhì)，等。電介質(zhì)摻雜劑包括硼，磷和/或砷。電介質(zhì)可覆蓋導電或半導電層如多晶硅，金屬如鋁，銅，鈦，鎢，鉬或其合金，氮化物如氮化鈦，金屬硅化物如硅化鈦，硅化鈷，硅化鎢，硅化鉬，等。
等離子體可在各種等離子體反應器中產(chǎn)生。這些等離子體反應器通常具有使用RF能量，微波能量，磁力場，等以生產(chǎn)中至高密度等離子體的能量源。例如，高密度等離子體可在變壓器偶聯(lián)等離子體(TCPTM)刻蝕反應器(得自LAM Research Corporation，也稱作誘導偶聯(lián)等離子體反應器)，電子-回旋加速器共振(ECR)等離子體反應器，氦等離子體反應器，或類似物中產(chǎn)生。可提供高密度等離子體的高流動等離子體反應器的一個例子公開于共同擁有的U.S.Pat.No.5,820,261，在此將其內(nèi)容作為參考并入本發(fā)明。等離子體也可在平行板刻蝕反應器如描述于共同擁有的U.S.Pat.No.6,090,304(在此將其內(nèi)容作為參考并入本發(fā)明)的雙頻率等離子體刻蝕反應器中產(chǎn)生。
本發(fā)明工藝可在誘導偶聯(lián)等離子體反應器如圖4所示的反應器100中進行。反應器100包括通過連接到反應器下壁中的出口104上的真空泵而保持在所需真空壓力下的內(nèi)部102?？涛g氣體可供給至淋浴頭排列，將氣體由氣體供給源106供給至在電介質(zhì)窗口110的下側(cè)周圍延伸的增壓室108。高密度等離子體可在反應器中通過將來自RF源112的RF能量供給至外部RF觸角114如在反應器頂部在電介質(zhì)窗口110之外的具有一種或多種轉(zhuǎn)彎的平面螺旋線圈而產(chǎn)生。等離子體產(chǎn)生源可以是以真空氣密方式可移動地安裝到反應器上端的模塊化裝配排列。
半導體基材116如晶片在反應器內(nèi)被承載基材支撐物118如懸臂梁卡盤排列上，后者可移動地被來自反應器側(cè)壁的裝配排列所承載?；闹挝?18在支撐物臂的一端，后者以懸臂梁方式安裝使得整個基材載體/支撐物臂組件可通過將該組件經(jīng)過反應器側(cè)壁中的一個開口而從反應器上取出?；闹挝?18可包括卡盤裝置如電靜電卡盤120且基材可被電介質(zhì)聚焦環(huán)122所包圍?？ūP可包括用于在刻蝕工藝過程中將RF偏轉(zhuǎn)施加到基材上的RF偏轉(zhuǎn)電極。由氣體供給源106供給的刻蝕氣體可流過窗口110和下方氣體分布板124之間的通道并通過板124中的氣體出口進入內(nèi)部102。反應器也可包括由板124延伸的圓柱形或圓錐形加熱襯里126。
本發(fā)明工藝也可在平行板等離子體反應器如圖5所示的反應器200中進行。反應器200包括具有內(nèi)部202的腔，通過連接到反應器壁中的出口上的真空泵204而保持在所需真空壓力?？涛g氣體可通過由氣體供給源206供給氣體而供給至淋浴頭電極。中密度等離子體可在反應器中通過將來自RF源212的RF能量供給至淋浴頭電極且底電極或淋浴頭電極可電接地并可將處于兩種不同的頻率的RF能量供給至底電極。
在一個實施方案中，本發(fā)明提供了一種用于等離子體刻蝕0.3μm和更小的高縱橫比特點如導體線，通路和接點(包括在半導體基材上的介電層中的自排列接點(SAC))的工藝。在該工藝中，包含氟碳，氮和非必要的氣體如載體氣體(如，氬)的氣體混合物在等離子體刻蝕反應器中被激發(fā)至等離子體態(tài)使得氟碳和氮反應物至少部分離解。在刻蝕工藝過程中，介電層被氟刻蝕且碳與某些游離的F反應，這樣降低遮蔽和/或停止刻蝕層的刻蝕速率。氮有效地提供正在刻蝕的介電材料和下方層如氮化硅和/或上層如光刻膠的刻蝕速率之間的所需選擇性水平，同時充分地平衡聚合物堆積以保護刻蝕的特點的側(cè)壁并避免由于過量聚合物堆積而造成的夾止和刻蝕停止問題?？涛g停止在等離子體刻蝕介電材料中的深和窄開口的過程中尤其成問題，此時使用的氣體化學形成太多的，即，開口中的聚合物堆積防止對開口的進一步刻蝕。在本發(fā)明工藝中，聚合物堆積可通過用刻蝕氣體混合物中的氧破壞聚合物的協(xié)同效應而降低。另外，為了保護刻蝕特點的臨界尺寸(CD)，氧去除刻蝕開口側(cè)壁上的足夠的聚合物堆積，這樣避免聚合物在側(cè)壁上的過量堆積，否則會造成刻蝕開口的″夾止″并因此防止開口被完全刻蝕至所需深度。
根據(jù)本發(fā)明，氧的加入量有效地控制刻蝕氣體化學的刻蝕速率選擇性比率。即，如果使用包含氧和一種或多種氟碳氣體的刻蝕氣體，氧有效地清除等離子體中的氟烴中的游離F.這些游離F侵蝕各層如遮蔽和刻蝕停止層，導致低刻蝕速率選擇性。但通過在合適的水平下供給氧，可以清除足夠量的游離F，這樣增加選擇性比率。氧供給至等離子體刻蝕反應器的量優(yōu)選有效地清除游離F和通過與聚合物在刻蝕開口的底部反應而防止刻蝕停止。對于中密度等離子體反應器，本發(fā)明的有利作用可通過在1.5或更低的氧反應物/氟碳反應物的流速比率下將氧反應物和氟碳反應物供給至等離子體刻蝕反應器而實現(xiàn)。
刻蝕氣體混合物可視需要包括其它氣體如氮和/或惰性載體氣體。氬是尤其有用的惰性載體氣體，它可用于輔助氟對介電材料如氧化硅的侵蝕。但其它惰性氣體如He，Ne，Kr和/或Xe可用作惰性載體氣體。為了保持等離子體刻蝕反應器中的低壓，引入反應器的載體氣體的量可處于低流速。例如，對于中至高密度等離子體反應器，氬可以25-300sccm的量供給至反應器。載體氣體優(yōu)選有助于電介質(zhì)刻蝕速率，如，電介質(zhì)刻蝕速率可由于氧化物的濺射而增加。
氟碳優(yōu)選包含CxFyHz，其中x是至少1，y是至少1和z是0或更高，如，CF4，C3F6，C3F8，C5F8，C4F8，C2F6，CH2F5，C2HF5，CH3F，CH2F2，等。盡管含氫的氟烴可完全地聚合，但聚合度可通過使用氮反應物和氟碳反應物的協(xié)同組合而控制以實現(xiàn)深和窄開口。供給至等離子體反應器的氟烴氣體的量應該足以獲得所需聚合度。例如，氧和氟碳反應物可分別在流速5-100sccm，優(yōu)選15-50sccm，更優(yōu)選20-40sccm下供給。例如，對于0.25μm直徑接點開口，氧反應物流速可以是10-50sccm，如果CxFyHz在10-50sccm下供給，和氬(如果供給)可以是50-500sccm。本領域熟練技術(shù)人員顯然看出，各種氣體的流速取決于各種因素如等離子體反應器的種類，功率設定，反應器中的真空壓力，等離子體源的離解速率，等。
本發(fā)明工藝可用于得到至少5∶1的非常高縱橫比，對于小于0.3μm，優(yōu)選低至0.18和更低的開口，該工藝尤其可用于得到縱橫比最高10∶1。例如，對于0.25μm直徑的深度大于2.1μm的開口，可以得到基本上筆直的壁。為了提供各向異性刻蝕，有益地通過基材載體將RF偏轉(zhuǎn)施加到半導體基材上。例如，基材載體中的RF偏轉(zhuǎn)電極可供給以約50-1000瓦的功率以適當?shù)豏F偏轉(zhuǎn)6，8或甚至12英寸晶片。
反應器壓力優(yōu)選保持在適用于支持反應器中的等離子體的水平上。一般來說，太低的反應器壓力可導致等離子體消失，而在高密度刻蝕反應器中，太高的反應器壓力可導致刻蝕停止問題。對于高密度等離子體反應器，反應器優(yōu)選在低于30mTorr，更優(yōu)選低于10mTorr的壓力下。對于中密度等離子體反應器，反應器優(yōu)選在超過30mTorr，更優(yōu)選超過80mTorr的壓力下。由于在經(jīng)歷刻蝕的半導體基材上的等離子體限制，基材表面上的真空壓力可高于反應器所設定的真空壓力。
支撐正在進行刻蝕的半導體基材的基材載體充分冷卻該基材以防任何光刻膠在基材上的燃燒，如，保持基材低于140℃。在高和中密度等離子體反應器中，將基材支撐物充分冷卻至溫度-20至40℃?；闹挝锟砂ㄔ谄涮幚磉^程中用于將RF偏轉(zhuǎn)供給至基材的底電極和用于夾持基材的ESC。例如，基材可包含在晶片和ESC的上表面之間的所需壓力下通過供給氦而靜電夾持并冷卻的硅晶片。為了保持晶片處于所需溫度，例如，0-100℃，He可在晶片和卡盤之間的空間中保持在壓力10-30Torr下。
本發(fā)明工藝尤其非常適用于通過氧化硅刻蝕深和窄開口至下方的導電或半導電層。該層可以是金屬如Al，Ti，Cu，Mo或其合金，金屬氮化物如氮化鈦，摻雜或未摻雜多晶或單晶體硅，金屬硅化物如硅化鈦，硅化鎢，硅化鈷，硅化鉬，等。如果氧反應物是純氧，下方導電材料無需排除被氧侵蝕的材料如氮化硅，因為氧反應物以相對氟碳反應物的速率供給至反應器以避免對氮化硅的過度侵蝕。
下表1給出了使用雙頻率等離子體刻蝕反應器刻蝕氮化硅層的結(jié)果，其中反應器條件設定如下200mTorr反應器壓力，500瓦27MHZ和100瓦2MHZ功率，20-40℃電極溫度，60秒刻蝕時間，氣體化學的變化如表所列。氮化物和氧化物層的刻蝕速率由9-點/晶片Rudolph(橢圓測量法)測量計算。
表1
“dep.”表示該工藝導致沉積表2給出了使用雙頻率等離子體刻蝕反應器刻蝕具有接續(xù)層，即5200埃光刻膠遮蔽層，600埃ARC，1500埃氧化物，400埃氮化物，7000埃SilK，和400埃氮化物的硅晶片的結(jié)果，其中反應器條件設定如下150mTorr反應器壓力，500瓦27MHZ和100瓦2MHZ功率，20-40℃電極溫度，60秒刻蝕時間，刻蝕氣體化學變化如下150mTorr，200sccmAr，25sccm O2，20sccm CH3F(在試驗1)，150mTorr，200sccm Ar，13sccm O2，20sccm CH3F(在試驗2)，150mTorr，200sccm Ar，20sccmO2，25 CH3F(在試驗3)；150mTorr，200sccm Ar，20 O2，25 CH3F，5sccm CHF3，5sccm CHF3(在試驗4)，和200sccm Ar，20 O2，25 CH3F(在試驗5)。
表2
在處理半導體晶片的過程中，可以理想地進行一個或多個以下步驟ARC/通路光罩(氮化物)刻蝕，其中最好在使用薄光刻膠的同時保持臨界尺寸(CD)并去除任何氧化物；SilK通路刻蝕，其中最好留下1000埃SilK；通過光罩刻蝕(氮化物)，其中開口以對氧化物層的選擇性被刻蝕到氮化物中；第二SilK刻蝕，其中它最好保持具有光滑的正面和具有最低小面化的CD；和氮化物整飾刻蝕，其中刻蝕對氧化物，SilK和銅具有選擇性。
以上已描述了本發(fā)明的原理，優(yōu)選的實施方案和操作方式。但本發(fā)明不應理解為局限于所討論的特殊實施方案。因此，上述實施方案應該被認為是說明性的而非限定性的，且應該理解，本領域熟練技術(shù)人員可在不背離由以下權(quán)利要求所確定的本發(fā)明范圍的情況下對這些
權(quán)利要求
1.一種以對下方和/或上方介電層的選擇性刻蝕有機硅酸鹽層的方法，包括以下步驟將半導體基材引入等離子體刻蝕腔，所述半導體基材具有有機硅酸鹽層和下方和/或上方介電層；將無氧刻蝕氣體供給至等離子體刻蝕腔并將刻蝕氣體激發(fā)成等離子體態(tài)，所述刻蝕氣體包含至少一種氮反應物，至少一種氟碳反應物和非必要的載體氣體，所述氟碳反應物和氮反應物供給至腔的流速使得氟碳反應物流速低于氮反應物流速；將有機硅酸鹽層的暴露部分與等離子體接觸，這樣用等離子體刻蝕有機硅酸鹽層中的開口，同時提供有機硅酸鹽層的刻蝕速率相對介電層的刻蝕速率的選擇性刻蝕比率至少約5。
2.權(quán)利要求1的方法，其中介電層包含摻雜或未摻雜氧化硅膜，氮化硅膜，碳化硅膜或其組合。
3.權(quán)利要求1的方法，其中至少一種氟碳反應物表示為CXFYHZ，其中x是至少1，y是至少1和z等于或高于0。
4.權(quán)利要求1的方法，其中開口刻蝕至足以提供縱橫比至少3∶1的深度。
5.權(quán)利要求1的方法，其中至少一種氟碳反應物包含C5F8，C4F8，C4F6，CF2H2，和其混合物。
6.權(quán)利要求1的方法，其中有機硅酸鹽層覆蓋在導電或半導電層上，后者包括選自摻雜和未摻雜多晶或單晶體硅，鋁或其合金，銅或其合金，鈦或其合金，鎢或其合金，鉬或其合金，氮化鈦，硅化鈦，硅化鎢，硅化鈷，和硅化鉬的含金屬的層。
7.權(quán)利要求1的方法，其中開口是0.25微米或更小尺寸的開口。
8.權(quán)利要求1的方法，其中至少一種氟碳反應物基本上由其中n是4或更多和m是6或更多的表示為CnFm的無氫的氟碳和其中x是1或更多，y是1或更多和z是至少2的表示為CXFYHZ的非必要的含氫的氟碳組成。
9.權(quán)利要求1的方法，其中刻蝕氣體包括選自Ar，He，Ne，Kr，Xe或其混合物的載體氣體。
10.權(quán)利要求1的方法，其中等離子體反應器包括具有淋浴頭電極和其上承載有基材的底電極的雙頻率平行板等離子體反應器，所述底電極在兩種不同的頻率下被供給RF能量或淋浴頭電極在第一頻率下被供給RF能量和底電極在大于第一頻率的第二頻率下被供給RF能量。
11.權(quán)利要求1的方法，其中氟碳反應物相對氮反應物的流速比率是25％或更低。
12.權(quán)利要求1的方法，其中氟碳反應物在流速3-30sccm下供給至等離子體反應器和氮反應物在流速50-300sccm下供給至等離子體反應器。
13.權(quán)利要求1的方法，進一步包括在刻蝕步驟過程中將RF偏轉(zhuǎn)施加到半導體基材上。
14.權(quán)利要求1的方法，進一步包括在刻蝕步驟之后用金屬填充開口。
15.權(quán)利要求1的方法，其中刻蝕步驟作為制造波紋結(jié)構(gòu)的方法的一部分而進行。
16.權(quán)利要求1的方法，進一步包括形成光刻膠層作為遮蔽層，圖案化該光刻膠層以形成多個開口的步驟且刻蝕步驟在有機硅酸鹽層中形成通路或接點開口。
17.權(quán)利要求1的方法，其中所形成的開口具有縱橫比至少5∶1。
18.權(quán)利要求1的方法，其中刻蝕氣體基本上由C5F8，N2和Ar或C4F8，CF2H2，N2和Ar組成。
19.權(quán)利要求1的方法，其中等離子體反應器在刻蝕步驟過程中處于壓力50-500mTorr。
20.權(quán)利要求1的方法，其中半導體基材包含硅晶片和晶片在刻蝕步驟過程中保持在溫度20-50℃下。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體制造工藝，其中有機硅酸鹽玻璃層以相對上方和/或下方介電層的選擇性被等離子體刻蝕。無氧刻蝕劑氣體包括氟碳反應物，氮反應物和非必要的載體氣體，所述氟碳反應物和氮反應物供給至腔的流速使得氟碳反應物流速低于氮反應物流速。有機硅酸鹽玻璃的刻蝕速率可比介電層高至少5倍。該工藝可用于在形成的結(jié)構(gòu)如波紋結(jié)構(gòu)中刻蝕0.25微米和更小的接點或通路開口。
文檔編號H01L21/70GK1860595SQ02807422
公開日2006年11月8日 申請日期2002年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月30日
發(fā)明者S·Y·李, H·H·朱, S·M·R·薩德加蒂, J·V·泰茨, B·A·赫爾莫 申請人:蘭姆研究公司