專利名稱：將氨用于刻蝕有機(jī)低k電介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造。更具體而言，本發(fā)明涉及對(duì)半導(dǎo)體晶片中有機(jī)低k電介質(zhì)的刻蝕。
背景技術(shù)：
集成電路使用電介質(zhì)層來隔離半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的各個(gè)層上的傳導(dǎo)線，所述電介質(zhì)層典型地由二氧化硅SiO2形成。隨著半導(dǎo)體電路變得更牢固(fast)和緊湊，工作頻率增加而半導(dǎo)體器件內(nèi)的傳導(dǎo)線之間的距離減小。由此引入了與電路的耦合電容的水平增加，這具有減慢半導(dǎo)體器件工作的缺點(diǎn)。因此，使用能有效減小電路中的耦合電容的電介質(zhì)層已變得重要。
一般而言，集成電路中的電容與用來形成電介質(zhì)層的材料的介電常數(shù)k成正比。如以上所指出的，常規(guī)集成電路中的電介質(zhì)層在傳統(tǒng)上由SiO2形成，其具有大約4.0的介電常數(shù)。由SiO2形成的電介質(zhì)層并不將耦合電容充分減小到增加器件密度和工作頻率所需的水平。在減小集成電路中的耦合電容水平的努力中，半導(dǎo)體行業(yè)致力于開發(fā)材料的研究，該材料具有低于SiO2的介電常數(shù)，適合于在形成集成電路中的電介質(zhì)層的過程中使用。迄今為止，多種有希望的材料已被開發(fā)，其有時(shí)被稱為“低k材料”。許多這些新電介質(zhì)是有機(jī)化合物。在本說明書和權(quán)利要求中，低k材料的定義是具有小于3的介電常數(shù)的材料。
低k材料包括但具體并不局限于苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene)或BCB；Honeywell，Inc.，Minneapolis，MN的分支Allied Signalof Morristown，NJ制造的FlareTM；可從Union CarbideCorporation，Danbury CT獲得的一個(gè)或多個(gè)聚對(duì)二甲苯二聚物(Parylene dimer)；聚四氟乙烯和PTFE；以及SiLK。適合于IC電介質(zhì)應(yīng)用的一個(gè)PTFE是可從W.L.Gore & Associate，Inc，Newark，DE獲得的SPEEDFILMTM?？蓮腄owChemical Company，Midland，Michigan獲得的SiLK是無硅的BCB。
在半導(dǎo)體晶片的處理期間，使用眾所周知的特圖形化和刻蝕過程在晶片中限定半導(dǎo)體器件的特征。在這些過程中，光致抗蝕劑(PR)材料被淀積于晶片上，然后被曝光于由分劃板(reticle)過濾的光。分劃板通常是玻璃板，其用防止光傳播經(jīng)過該分劃板的示例特征幾何形狀來圖形化。
在經(jīng)過分劃板之后，所述光接觸光致抗蝕劑材料的表面。該光改變光致抗蝕劑材料的化學(xué)成分，從而使顯影劑(developer)可去除光致抗蝕劑材料的一部分。在正光致抗蝕劑材料的情況下，曝光區(qū)被去除，而在負(fù)光致抗蝕劑材料的情況下，未曝光區(qū)被去除。之后晶片被刻蝕以從不再受光致抗蝕劑材料保護(hù)的區(qū)域去除下面的材料，并由此限定晶片中的所需特征。低k有機(jī)聚合體通?？赏ㄟ^氧化(例如基于氧的)或還原(例如基于氫的)化學(xué)過程來刻蝕。
有機(jī)低k電介質(zhì)的刻蝕可有利地在雙頻電容耦合(DFC)電介質(zhì)刻蝕系統(tǒng)中完成。一個(gè)這樣的系統(tǒng)是可從LamResearch Corporation，F(xiàn)remont CA獲得的LamResearch model 4520XLETM。4520XLETM系統(tǒng)在一個(gè)系統(tǒng)中處理極其全面的電介質(zhì)刻蝕業(yè)務(wù)量(portfolio)。過程包括接觸、通孔、雙水平接觸、無邊界接觸、氮化物和氧化物間隔、以及鈍化。
類似4520XLETM的高級(jí)刻蝕系統(tǒng)在相同的系統(tǒng)中執(zhí)行幾個(gè)過程。通過在單個(gè)系統(tǒng)中執(zhí)行許多不同的半導(dǎo)體制造步驟，晶片生產(chǎn)量可被增加。更高級(jí)的系統(tǒng)預(yù)期在相同的設(shè)備中執(zhí)行附加的步驟。同樣為了舉例而不是局限，LamResearch Corporation的ExelanTM和Exelan-HPTM系統(tǒng)是能在單個(gè)設(shè)備中執(zhí)行許多過程步驟的干刻蝕系統(tǒng)。ExelanTM使硬掩模開口(hardmas kopen)、無機(jī)和有機(jī)ARC刻蝕、以及光致抗蝕劑剝離(strip)能借助單個(gè)室在原地執(zhí)行。該系統(tǒng)的大范圍過程業(yè)務(wù)量包括亞-0.18微米環(huán)境中所需要的摻雜和未摻雜的氧化物和低k電介質(zhì)中的所有雙波紋結(jié)構(gòu)(dual damascene structure)、接觸、通孔、間隔和鈍化刻蝕。當(dāng)然，在此所列舉的原理可被實(shí)施于各種各樣的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)中，并且這些原理具體預(yù)期所有這一類的替換。
如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)“在原地”指的是在半導(dǎo)體制造設(shè)備的相同件上的給定基片如硅晶片上執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)過程，而無需從設(shè)備去除基片。
如所討論的，有機(jī)低k電介質(zhì)的刻蝕可使用基于氧或基于氫的刻蝕過程來完成。然而，其每個(gè)都是不夠理想的。
基于氫的刻蝕過程，例如N2/H2過程，對(duì)于刻蝕有機(jī)低k電介質(zhì)是不夠理想的，特別是對(duì)于刻蝕在目前的亞-0.18微米器件中所需要的高密度特征。這由于多種原因是真實(shí)的。首先，目前的N2/H2過程提供通常低的刻蝕速率和對(duì)所刻蝕特征的差的輪廓控制彎曲和凹入(re-entrant)的刻蝕輪廓尤其是問題。另一個(gè)問題涉及具有不同尺寸的高縱橫比特征，該特征被同時(shí)刻蝕。
到低k材料中的有時(shí)被稱為HART的高縱橫比溝槽的刻蝕對(duì)于微米和納米工程設(shè)計(jì)正變得日益重要。一個(gè)實(shí)例是在用于垂直晶體管的溝槽隔離、溝槽電容器和梳狀驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的情況下?？v橫比AR被定義為溝槽的深度除以其寬度。目前，用于刻蝕HART的最一般實(shí)施的技術(shù)之一是干反應(yīng)性離子刻蝕或RIE。
當(dāng)借助RIE刻蝕HART時(shí)，觀察到刻蝕速率取決于時(shí)間和掩模開口。一般而言，相對(duì)于較寬的溝槽開口，較小的溝槽開口刻蝕得較慢。因此，大特征以比小特征快的速率刻蝕。這個(gè)效應(yīng)被已知為縱橫比相關(guān)的刻蝕(ARDE)或“RIE滯后”。已知的N2/H2刻蝕過程不僅導(dǎo)致明顯的RIE滯后，并且更重要的是，亦顯示出對(duì)特征尺寸的刻蝕輪廓角度相關(guān)性。
有關(guān)已知的N2/H2化學(xué)的另一個(gè)問題是相對(duì)于在刻蝕期間一般被用作硬掩模的氧化物和氮化物，它們具有通常差的選擇性。這意味著應(yīng)提供精確特征限定的硬掩模本身通過N2/H2刻蝕化學(xué)在電介質(zhì)刻蝕期間被相當(dāng)快地刻蝕掉。
有關(guān)N2/H2等離子體的另一個(gè)問題是通常作為N2的高離子化勢(shì)能的結(jié)果，它們僅在相當(dāng)窄的壓力和功率范圍上是穩(wěn)定的。
最后，借助N2/H2過程的有機(jī)低k電介質(zhì)的刻蝕是緩慢的。這導(dǎo)致晶片生產(chǎn)量減小和對(duì)于集成電路制造商而言，處理設(shè)備的所有權(quán)的成本增加。
可通過N2/H2過程獲得的慢刻蝕速率常常使用氧化過程來克服，最特別的是利用氧氣O2和稀釋劑如氮?dú)釴2。O2/N2刻蝕系統(tǒng)趨向于擁有比N2/H2系統(tǒng)快的多的刻蝕速率，但特別易于彎曲并且可使低k電介質(zhì)的介電常數(shù)降級(jí)。更麻煩的是，它們引入了明顯的新問題，特別是當(dāng)與結(jié)合銅的集成電路器件的制造一起被使用時(shí)。
銅是目前被實(shí)施為有利于現(xiàn)有鋁互連技術(shù)的互連材料。銅提供了優(yōu)于鋁的幾個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。銅較高的傳導(dǎo)率簡(jiǎn)化了互連路線(interconnect routing)。由此將互連水平從12減小到6，這減小了200個(gè)以上的過程步驟并具有對(duì)器件產(chǎn)量的直接影響。具有銅互連的芯片在給定頻率下以比具有鋁互連的芯片小的功率工作。因此，銅互連技術(shù)使能對(duì)于移動(dòng)應(yīng)用具有明顯較高性能的器件。最后，對(duì)于很小的特征，用于銅和低k材料的互連延遲是鋁和SiO2的近似一半。銅互連因此對(duì)于很小的特征是優(yōu)選的，這是因?yàn)樗峁┝藢?duì)速度的提高，而并沒有犧牲器件的可靠性。
當(dāng)這種器件中的銅被曝光于刻蝕環(huán)境時(shí)，由于產(chǎn)生了含銅的殘余物，氧等離子體的使用常常導(dǎo)致對(duì)銅線的損壞，所述殘余物可淀積于溝槽上并通過側(cè)壁，從而導(dǎo)致對(duì)電介質(zhì)材料的銅污染。銅到器件的晶體管水平的最終遷移導(dǎo)致由于銅中毒而造成的器件故障。
許多目前的集成電路制造技術(shù)利用了在被用于形成晶片中的特征的一個(gè)或多個(gè)圖形化步驟之后的光致抗蝕劑剝離步驟。如果可以找到不僅完成電介質(zhì)刻蝕步驟而且同時(shí)從晶片的表面去除光致抗蝕劑的方法學(xué)，則可去掉單獨(dú)的光致抗蝕劑剝離的過程步驟。這當(dāng)然可導(dǎo)致較低的處理時(shí)間和較高的生產(chǎn)量。
根據(jù)以上所述，實(shí)施比先前N2/H2過程高的刻蝕速率同時(shí)避免與現(xiàn)有N2/H2過程關(guān)聯(lián)的問題的低k刻蝕過程將是很理想的。
亦將很理想的是避免有關(guān)RIE滯后、刻蝕速率并且特別是輪廓控制的先前討論的問題。
此外，很理想的是提供一種刻蝕過程，其顯示出在有機(jī)低k電介質(zhì)和通過電介質(zhì)形成特征所需的硬掩模之間的選擇性的高的多的程度。如果所述刻蝕過程可使所刻蝕的特征的底部處的“微屏蔽”效應(yīng)最小，這將也是有利的。當(dāng)所述刻蝕過程刻蝕掉硬掩模的一部分隨后在所刻蝕的特征的底部處重新淀積所刻蝕的硬掩模的元素時(shí)發(fā)生微屏蔽。
將很有利的是如果可實(shí)施一種電介質(zhì)刻蝕過程，其實(shí)現(xiàn)以上優(yōu)點(diǎn)同時(shí)與目前的N2/H2過程相比，使能在較大幅度的壓力和功率工作上的較穩(wěn)定的刻蝕等離子體。
為了維持較高的晶片生產(chǎn)量，亦理想的是，方法學(xué)能在被用于形成晶片的制造設(shè)備中在原地被執(zhí)行。
最后，如果這些優(yōu)點(diǎn)可使用現(xiàn)有集成電路制造設(shè)備來實(shí)施，這將是很理想的。
本發(fā)明的這些和其它特征將結(jié)合隨后的圖并且在題為優(yōu)選實(shí)施例詳述的部分中更詳細(xì)地描述。
發(fā)明概述本發(fā)明講授了一種過程化學(xué)，其利用氨NH3作為活性刻蝕劑，用于刻蝕結(jié)合有機(jī)低k電介質(zhì)的晶片中的特征。該過程導(dǎo)致比先前N2/H2過程明顯高的刻蝕速率并且避免了有關(guān)RIE滯后并且特別是輪廓控制的先前討論的問題。該過程顯示出在有機(jī)低k電介質(zhì)和一般使用的硬掩模材料之間的選擇性的高的多的程度。與目前的N2/H2過程相比，本發(fā)明所公開的過程使能在較大幅度的壓力和功率工作上的較穩(wěn)定的刻蝕等離子體。在此公開的過程能在被用于形成晶片的制造設(shè)備中在原地被執(zhí)行，并且能在各種各樣的現(xiàn)有集成電路制造設(shè)備上實(shí)施。氨刻蝕劑不僅刻蝕有機(jī)低k電介質(zhì)，而且從晶片的表面去除光致抗蝕劑。
使用氨作為有機(jī)低k電介質(zhì)刻蝕劑可與其它刻蝕例行工作結(jié)合以通過各種各樣的膜形成特征，從而實(shí)施任何數(shù)量的集成電路設(shè)計(jì)。
附圖簡(jiǎn)述為了對(duì)本發(fā)明的較完整的理解，參考了以下優(yōu)選實(shí)施例詳述中的附圖。在附圖中

圖1a是一個(gè)過程的總流程圖，該過程用于刻蝕作為集成電路器件的一部分的一層有機(jī)低k電介質(zhì)。
圖1b是一個(gè)過程的總流程圖，該過程用于刻蝕通過晶片堆積(stack)的特征，該晶片堆積結(jié)合了由溝槽停止層分開的兩層有機(jī)低k電介質(zhì)并結(jié)合了硬掩模。
圖2a是通過一個(gè)測(cè)試晶片的截面圖，在刻蝕之前已向其應(yīng)用了光致抗蝕劑的圖形化層。
圖2b是在第一刻蝕步驟之后通過所述測(cè)試晶片的截面圖。
圖2c是在第二、非選擇性刻蝕步驟之后通過所述測(cè)試晶片的截面圖。
圖2d是在采用氨作為最終的刻蝕劑以形成特征的第三刻蝕步驟之后通過所述測(cè)試晶片的截面圖。
圖3是通過一個(gè)測(cè)試晶片的顯微照片，顯示了通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的輪廓控制。
參考數(shù)字指的是在所有幾個(gè)附圖中本發(fā)明的相同或等效部分。
優(yōu)選實(shí)施例詳述本發(fā)明講授了一種新的刻蝕化學(xué)，用于刻蝕結(jié)合有機(jī)低k電介質(zhì)的晶片中的各種各樣的特征尺寸和形狀。在此所講的方法學(xué)產(chǎn)生了最小的RIE滯后、刻蝕過程形成的溝槽和通孔的最小彎曲、好的刻蝕輪廓、以及晶片上好的刻蝕均勻性。
為了刻蝕包括有機(jī)低k電介質(zhì)層的晶片中的各種特征，包括但具體不局限于溝槽和通孔，本發(fā)明將氨實(shí)施為刻蝕劑。
參考圖1a，為了實(shí)踐本發(fā)明的過程100，晶片被置于能形成刻蝕等離子體的反應(yīng)容器內(nèi)。該反應(yīng)容器或室可以是一項(xiàng)單一目的的刻蝕設(shè)備，或者可以是多目的的處理系統(tǒng)。特別適合于實(shí)踐本發(fā)明的一個(gè)設(shè)備是ExelanTM干刻蝕系統(tǒng)，其可從Lam Research Corporation，F(xiàn)remont，CA獲得。ExelanTM能在單個(gè)室中在原地執(zhí)行硬掩模打開、無機(jī)和有機(jī)ARC刻蝕、以及光致抗蝕劑剝離。當(dāng)然，可以利用可替換的設(shè)備。
先前已具有被應(yīng)用于其上表面的一層圖形化光致抗蝕劑的晶片在102處被安裝于室內(nèi)，刻蝕劑氣體的流在104處被引入到室內(nèi)，并且刻蝕等離子體在106處被轟擊。如先前所討論的，該刻蝕劑氣體包括氨NH3。
本發(fā)明可在常規(guī)上被實(shí)施為多步驟刻蝕方案的一部分，例如，如圖1b和2a-d所示?，F(xiàn)在參考圖2，具有光致抗蝕劑的圖形化層的示例晶片1被示出。在該實(shí)例中，晶片1包括在其上淀積了碳化硅阻擋層20的硅基片22。在阻擋層20上淀積的是有機(jī)低k電介質(zhì)例如DowChemical的SiLKTM的第一層18。未示出的金屬化結(jié)構(gòu)可被形成于阻擋層20之下。薄碳化硅溝槽停止層16被淀積于第一有機(jī)低k層18和第二有機(jī)低k層14之間以形成雙波紋結(jié)構(gòu)，未示出。亦由SiLKTM制成的第二有機(jī)低k層14被淀積于溝槽停止層16上。PEARLTM的硬掩模層，亦可從Novellus System，Inc.SanJose，CA獲得的等離子體強(qiáng)化抗反射層，被淀積于第二有機(jī)硅酸鹽(organosilicate)層14上，從而完成晶片堆積中的實(shí)例。先前討論的圖形化的光致抗蝕劑層10被應(yīng)用于硬掩模12上。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，這種晶片堆積只是示例性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的可替換結(jié)構(gòu)和膜可被用于實(shí)施可替換的集成電路設(shè)計(jì)。
現(xiàn)在參考圖1b和2a-d，公開了一個(gè)多步驟刻蝕過程200，其利用了采用先前討論的雙頻刻蝕設(shè)備的氨刻蝕步驟。本發(fā)明的幾個(gè)過程參數(shù)可被修改以適合于變化的條件、刻蝕劑氣體組合和晶片堆積成分。特定的優(yōu)選實(shí)施例及其替換將在以下被討論。
在102處，晶片被置于反應(yīng)室內(nèi)。在120處，第一、選擇性刻蝕劑氣體的流被引入到先前所討論的雙頻刻蝕設(shè)備的室內(nèi)。在104處，刻蝕等離子體被擊。依照一個(gè)實(shí)施例，第一刻蝕劑氣體是包括Ar、氧、四氟化碳(carbon tetrafluoromethane)CF4和八氟環(huán)丁烷(octafluorocyclobutane)C4F8的混合物。該混合物當(dāng)然是高度專用的，并且實(shí)施可替換刻蝕劑和稀釋劑的可替換刻蝕步驟可被用于依照本發(fā)明的NH3刻蝕步驟之前或之后。
依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一、選擇性、刻蝕步驟在0和250mTorr之間的室壓力下進(jìn)行，較優(yōu)選的是在10和100mTorr之間，更優(yōu)選的是在40和80mTorr之間，最優(yōu)選的是在大約70mTorr。
等離子體的較高頻率被形成于從大約250W到大約2500W的功率水平。較優(yōu)選的是，較高功率水平從大約250W到大約1500W形成。更優(yōu)選的是，該功率水平被設(shè)置于大約250到1000W之間。最優(yōu)選的是，較高頻率功率被設(shè)置于大約500W。
較低頻率功率水平被設(shè)置于從大約250W到大約2500W的功率水平。較優(yōu)選的是，較高功率水平從大約500W到大約2000W形成。更優(yōu)選的是，該功率水平被設(shè)置于大約750到2000W之間。最優(yōu)選的是，較低頻率功率被設(shè)置于大約1000W。
第一刻蝕劑氣體的混合物優(yōu)選地包括組分刻蝕氣體的流。這些包括氧O2，其具有從大約3sccm到大約300sccm的流，較優(yōu)選的是從大約5sccm到大約75sccm，更優(yōu)選的是從大約10sccm到大約50sccm，而最優(yōu)選的是大約15sccm。這種第一刻蝕劑氣體亦包含作為稀釋劑的氬，其具有從大約10sccm到大約500sccm的流，較優(yōu)選的是從大約50sccm到大約250sccm，更優(yōu)選的是從大約100sccm到大約200sccm，而最優(yōu)選的是大約160sccm。
刻蝕劑進(jìn)一步包括八氟環(huán)丁烷C4F8流，從大約1sccm到大約50sccm，較優(yōu)選的是從大約3sccm到大約30sccm，更優(yōu)選的是從大約5sccm到大約20sccm，而最優(yōu)選的是大約5sccm。該實(shí)施例中最后的刻蝕氣體組分是CF4四氟化碳，其具有從大約1sccm到大約100sccm的流率，較優(yōu)選的是從大約10sccm到大約75sccm，更優(yōu)選的是從大約20sccm到大約50sccm，而最優(yōu)選的是大約40sccm。
刻蝕在受控的溫度下進(jìn)行特定的時(shí)間段。在討論中的范例中，第一刻蝕可在0℃和60℃之間的溫度下進(jìn)行。較特別的是從大約5℃到大約50℃。更特別的是從大約10℃到大約40℃，而最優(yōu)選的是大約40℃。第一刻蝕時(shí)間可進(jìn)一步從一秒的小分?jǐn)?shù)到大約10分鐘變化，并且是情況相關(guān)的。在這里所提出的實(shí)例中，在以最優(yōu)選的功率設(shè)置、氣體流和溫度進(jìn)行刻蝕的情況下，第一、選擇性刻蝕在大約28秒內(nèi)完成。該刻蝕步驟提供了有機(jī)硅酸鹽電介質(zhì)14和停止層16之間的高程度選擇性。
為了完成前述的溫度控制，晶片的溫度由通過卡盤的冷卻劑氣體流來熱維持，該卡盤在反應(yīng)容器中保持晶片，有時(shí)被稱為ESC或靜電卡盤。冷卻劑氣體例如氦的這個(gè)流動(dòng)處于從大約1sccm到大約50sccm的流率，較優(yōu)選的是從大約2sccm到大約30sccm，更優(yōu)選的是從大約10sccm到大約20sccm，而最優(yōu)選的是大約15sccm。刻蝕繼續(xù)進(jìn)行，直到遇見所需的刻蝕結(jié)果。在該實(shí)例中，第一刻蝕步驟繼續(xù)進(jìn)行，直到刻蝕到達(dá)刻蝕停止層16，如圖2b所示。這對(duì)應(yīng)于步驟122。
為完成在該實(shí)例中是通過停止層16的非選擇性刻蝕的第二刻蝕步驟124，幾個(gè)先前討論的過程參數(shù)被改變。第二刻蝕在0和250mTorr之間的室壓力下進(jìn)行，較優(yōu)選的是在10和100mTorr之間，更優(yōu)選的是在40和90mTorr之間，最優(yōu)選的是在大約55mTorr。
等離子體的較高頻率被形成于從大約250W到大約2500W的功率水平。較優(yōu)選的是，較高功率水平從大約500W到大約2000W形成。更優(yōu)選的是，該功率水平被設(shè)置于大約1000到1500W之間。最優(yōu)選的是，較高頻率功率被設(shè)置于大約1400W。
較低頻率功率水平被設(shè)置于從大約250W到大約2500W的功率水平。較優(yōu)選的是，較高功率水平從大約500W到大約2000W形成。更優(yōu)選的是，該功率水平被設(shè)置于大約750到2000W之間。最優(yōu)選的是，較低頻率功率被設(shè)置于大約1000W。
第二刻蝕劑氣體的混合物再次優(yōu)選地包括組分刻蝕氣體的流。這些包括氧O2，其具有從大約3sccm到大約300sccm的流，較優(yōu)選的是從大約5sccm到大約150sccm，更優(yōu)選的是從大約7sccm到大約50sccm，而最優(yōu)選的是大約9sccm。這種第二刻蝕劑氣體亦包含作為稀釋劑的氬，其具有從大約10sccm到大約500sccm的流，較優(yōu)選的是從大約50sccm到大約250sccm，更優(yōu)選的是從大約100sccm到大約200sccm，而最優(yōu)選的是大約140sccm。
刻蝕劑進(jìn)一步包括八氟環(huán)丁烷C4F8的流，從大約1sccm到大約50sccm，較優(yōu)選的是從大約5sccm到大約30sccm，更優(yōu)選的是從大約10sccm到大約20sccm，而最優(yōu)選的是大約15sccm。
同樣，刻蝕在受控的溫度下進(jìn)行特定的時(shí)間段。在討論中的范例中，第二刻蝕可在0℃和60℃之間的溫度下進(jìn)行。較特別的是從大約5℃到大約50℃。更特別的是從大約10℃到大約40℃，而最優(yōu)選的是大約40℃。同樣，刻蝕溫度由被應(yīng)用于過程卡盤中的晶片背側(cè)的的冷卻劑氣體流來維持。過程時(shí)間可進(jìn)一步從一秒的小分?jǐn)?shù)到大約10分鐘變化，并且是情況相關(guān)的。在這里所提出的實(shí)例中，在以最優(yōu)選的功率設(shè)置、氣體流和溫度進(jìn)行處理的情況下，第二刻蝕在大約10秒內(nèi)完成。該刻蝕步驟提供了有機(jī)硅酸鹽電介質(zhì)18和停止層16之間的低程度選擇性?？涛g步驟124繼續(xù)進(jìn)行，至少直到已刻蝕經(jīng)過停止層16，如圖2c所示。此時(shí)到達(dá)步驟126。
為完成對(duì)特征的刻蝕，第三選擇性刻蝕步驟106被進(jìn)行。為執(zhí)行步驟106，即通過OSG層18的剩余部分的刻蝕，幾個(gè)先前討論的過程參數(shù)再次被改變。第三刻蝕在0和500mTorr之間的室壓力下進(jìn)行，較優(yōu)選的是在10和250mTorr之間，更優(yōu)選的是在100和200mTorr之間，最優(yōu)選的是在大約160mTorr。
等離子體的較高頻率被形成于從大約150W到大約2500W的功率水平。較優(yōu)選的是，較高功率水平從大約250W到大約1500W形成。更優(yōu)選的是，該功率水平被設(shè)置于大約250到1000W之間。最優(yōu)選的是，較高頻率功率被設(shè)置于大約500W。
較低頻率功率水平被設(shè)置于從大約0W到大約2500W的功率水平。較優(yōu)選的是，較低功率水平從大約0W到大約1000W形成。更優(yōu)選的是，該功率水平被設(shè)置于大約0到100W之間。最優(yōu)選的是，較低頻率功率被設(shè)置于大約0W。
第三刻蝕劑氣體的混合物再次優(yōu)選地包括刻蝕氣體流。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，該刻蝕劑氣體包括氨NH3，從大約5sccm到大約1500sccm，較優(yōu)選的是從大約100sccm到大約1000sccm，更優(yōu)選的是從大約300sccm到大約800sccm，而最優(yōu)選的是大約600sccm。
盡管本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例預(yù)期將NH3單獨(dú)用作刻蝕劑，可替換實(shí)施例仍預(yù)期了稀釋劑的使用。替換可包含氦或其它已知的刻蝕劑氣體稀釋劑。
再一次，刻蝕在受控的溫度下進(jìn)行特定的時(shí)間段。在討論中的范例中，第三刻蝕可在0℃和60℃之間的溫度下進(jìn)行。較特別的是從大約5℃到大約50℃。更特別的是從大約10℃到大約40℃，而最優(yōu)選的是大約40℃。同樣，刻蝕溫度由被應(yīng)用于過程卡盤中的晶片背側(cè)的的冷卻劑氣體流來維持。過程時(shí)間可進(jìn)一步從一秒的小分?jǐn)?shù)到大約10分鐘變化，并且是情況相關(guān)的。在這里所提出的實(shí)例中，在以最優(yōu)選的功率設(shè)置、氣體流和溫度進(jìn)行處理的情況下，第三刻蝕在大約205秒內(nèi)完成。該刻蝕步驟提供了有機(jī)硅酸鹽電介質(zhì)18和阻擋20之間的高程度選擇性。在刻蝕步驟106之后，刻蝕在108處被完成，而晶片可用于110處的進(jìn)一步處理。
此時(shí)，在刻蝕方案中，例如由光致抗蝕劑層10限定的24和26的特征現(xiàn)在已刻蝕經(jīng)過硬掩模層12、第一OSG電介質(zhì)層14、溝槽停止層16和第二OSG電介質(zhì)層20。如圖2d所示，當(dāng)?shù)竭_(dá)阻擋層20時(shí)，特征被完全刻蝕。此時(shí)，先前討論的刻蝕和剝離步驟已被完成，特征24和26被形成于晶片堆積1中，并且光致抗蝕劑層10從那個(gè)晶片堆積被剝離。晶片堆積現(xiàn)在已準(zhǔn)備好完成集成電路器件所需的進(jìn)一步的圖形化、摻雜或淀積步驟。
過程200提供了幾個(gè)新優(yōu)點(diǎn)。其中第一個(gè)是由本發(fā)明的方法學(xué)使能的輪廓控制的突出的控制程度。這被示出于圖3，依照本發(fā)明而刻蝕的梳狀結(jié)構(gòu)的顯微照片。由此使能的極度各向異性的刻蝕輪廓是顯而易見的。
第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在第三刻蝕步驟中，所有的光致抗蝕劑已由NH3從晶片剝離。這排除了對(duì)晶片制造中單獨(dú)的光致抗蝕劑剝離步驟的需要。
在檢驗(yàn)本發(fā)明期間注意到的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是明顯沒有由NH3刻蝕產(chǎn)生的彎曲。假定在離子轟擊不足的地方，例如在通孔和溝槽的側(cè)壁上，NH3與低k電介質(zhì)反應(yīng)以形成聚合體，可能是有終結(jié)(terminating)-NH2組的疊氮化物。這個(gè)所合成的聚合體鈍化側(cè)壁并防止輪廓彎曲。聚合體形成看來是溫度相關(guān)的并且可能是反應(yīng)速率受控的。側(cè)壁聚合體厚度和完整性隨著溫度的增加而增加。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例預(yù)期在最后的刻蝕步驟106期間添加甲基氟化物CH3F。這種添加已被證明減小了先前討論的微屏蔽效應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，從大約1sccm到大約50sccm的CH3F流被添加給先前討論的NH3刻蝕步驟。較優(yōu)選的是，該流從大約5sccm到大約30sccm，更優(yōu)選的是從大約10sccm到大約20sccm，而最優(yōu)選的是大約10sccm。
為了完成前述的溫度控制，晶片的溫度由通過卡盤的冷卻劑氣體的流用熱方法維持，該卡盤在反應(yīng)容器中保持晶片。冷卻劑氣體例如氦的這個(gè)流處于從大約1sccm到大約50sccm的流率，較優(yōu)選的是從大約2sccm到大約30sccm，更優(yōu)選的是從大約10sccm到大約20sccm，而最優(yōu)選的是大約15sccm。
該圖中未示出的是先前討論的銅特征。通過使用NH3刻蝕劑，銅特征的氧化被排除，并且預(yù)防了器件的晶體管效應(yīng)隨之的銅中毒。
本發(fā)明的特定特征是其以下新能力以極佳的輪廓控制并以最小的RIE滯后、由刻蝕過程形成的通孔的最小彎曲、好的刻蝕輪廓、好的抗蝕劑選擇性和晶片上好的刻蝕均勻性同時(shí)形成廣泛變化尺寸的特征。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯然是將是，先前討論的功率水平、壓力、流率和溫度只是為了舉例。在晶片堆積中以變化的厚度放置的不同電介質(zhì)材料可能需要功率、壓力、流量和溫度的不同組合。本發(fā)明中的原理具體預(yù)期所有這樣的組合。
本發(fā)明已參照其特征的特定優(yōu)選實(shí)施例而被具體示出和描述。然而，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，顯而易見的將是，可在如所附權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改動(dòng)和修改。具體而言，本發(fā)明的原理具體預(yù)期在由許多不同的層限定的變化的晶片堆積配置而形成的各種各樣的集成電路器件上結(jié)合在此所講的各種特征的一個(gè)或多個(gè)。先前討論的過程變量當(dāng)然能由本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)行修改以實(shí)現(xiàn)不同的集成電路器件。每個(gè)這些替換具體都是本發(fā)明的原理所預(yù)期的。
權(quán)利要求
1.一種刻蝕基片上的有機(jī)電介質(zhì)層的方法，包括將基片置于刻蝕室中；將包括NH3的刻蝕劑氣體提供到刻蝕室中；以及從NH3產(chǎn)生等離子體，其刻蝕所述有機(jī)電介質(zhì)層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中NH3具有5sccm到1500sccm之間的流率。
3.權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括將硬掩模置于有機(jī)電介質(zhì)層上。
4.權(quán)利要求3的方法，進(jìn)一步包括將圖形化的光致抗蝕劑層置于硬掩模層上；以及在刻蝕有機(jī)電介質(zhì)層期間同時(shí)剝離光致抗蝕劑層。
5.權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括提供CH3F，同時(shí)提供包括NH3的刻蝕劑氣體。
6.權(quán)利要求5的方法，其中CH3F具有1sccm到50sccm之間的流率。
7.權(quán)利要求6的方法，進(jìn)一步包括在提供包括NH3的刻蝕劑氣體之前，提供利用包括CF4的刻蝕劑氣體的刻蝕。
8.權(quán)利要求7的方法，其中包括CF4的刻蝕劑氣體進(jìn)一步包括C4F8。
9.權(quán)利要求8的方法，其中包括CF4的刻蝕劑氣體進(jìn)一步包括O2。
10.權(quán)利要求9的方法，其中O2具有3sccm和300sccm之間的流率。
11.權(quán)利要求10的方法，其中有機(jī)電介質(zhì)層由有機(jī)低k材料制成。
12.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括將硬掩模置于有機(jī)電介質(zhì)層上。
13.權(quán)利要求12的方法，進(jìn)一步包括將圖形化的光致抗蝕劑層置于硬掩模層上；以及在刻蝕有機(jī)電介質(zhì)層期間同時(shí)剝離光致抗蝕劑層。
14.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括提供CH3F，同時(shí)提供包括NH3的刻蝕劑氣體。
15.權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括在提供包括NH3的刻蝕劑氣體之前，提供借助包括CF4的刻蝕劑氣體的刻蝕。
16.權(quán)利要求1的方法，其中有機(jī)電介質(zhì)層由有機(jī)低k材料制成。
17.一種由基片上的經(jīng)刻蝕的有機(jī)電介質(zhì)層形成的集成電路，其由以下步驟制成，包括將基片置于刻蝕室中；將包括NH3的刻蝕劑氣體提供到刻蝕室中；以及從NH3產(chǎn)生等離子體，其刻蝕所述有機(jī)電介質(zhì)層。
18.權(quán)利要求17的集成電路，其中NH3具有5sccm到1500sccm之間的流率。
19.權(quán)利要求18的集成電路，進(jìn)一步包括將硬掩模置于有機(jī)電介質(zhì)層上；將圖形化的光致抗蝕劑層置于硬掩模層上；以及在刻蝕有機(jī)電介質(zhì)層期間同時(shí)剝離光致抗蝕劑層。
全文摘要
用于將氨NH3用作活性刻蝕劑來刻蝕有機(jī)低k電介質(zhì)的方法。以類似的過程條件，使用氨的過程導(dǎo)致至少兩倍于使用N2/H2化學(xué)的過程的對(duì)有機(jī)低k電介質(zhì)的刻蝕速率。其差別是由于在過程化學(xué)中NH3比N2低的多的離子化勢(shì)能，這導(dǎo)致在類似過程條件下的明顯較高的等離子體密度和刻蝕劑濃度。
文檔編號(hào)H01L21/311GK1543672SQ02808153
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2002年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月12日
發(fā)明者C·W·霍, C·－J·李, K·-L·唐, C W 霍, ダ, ぬ 申請(qǐng)人:蘭姆研究有限公司