專利名稱：一種刻蝕有機物層的等離子刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體器件的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種有機物層的等離子刻蝕方法。
背景技術(shù)：
刻蝕工藝是指在制造半導體器件過程中采用化學溶液或腐蝕性氣體或等離子體 除去基片內(nèi)或基片表面膜層中不需要的部分的工藝。通常主要用化學溶液進行刻蝕的方法 為濕法刻蝕，采用腐蝕性氣體或等離子體進行刻蝕的方法為干法刻蝕。目前，可以使電路圖 形變得更精細的干法刻蝕得到越來越廣泛的使用。濕法刻蝕中，用強酸的化學反應(yīng)進行各向同性刻蝕，即使被掩膜覆蓋的部分也可 以被刻蝕。相反，干法刻蝕用反應(yīng)離子刻蝕，其中，用例如等離子態(tài)的鹵素的腐蝕性化學氣 體和等離子態(tài)離子進行刻蝕。因此，干法刻蝕可以實現(xiàn)只在基片上按垂直方向進行刻蝕的 各向異性刻蝕，所以，干法刻蝕適用于要求高精度的精細工藝，例如，適用于甚大規(guī)模集成 電路(VLSI)工藝。傳統(tǒng)的等離子處理裝置包含導入處理氣體的反應(yīng)腔室，所述反應(yīng)腔室內(nèi)配置有由 一對上部電極和下部電極組成的平行平板電極也稱電容耦合型反應(yīng)腔(CCP)。在將處理氣 體導入反應(yīng)腔室內(nèi)的同時，在上下部電極間施加高頻電壓，在電極間形成高頻電場，在高頻 電場的作用下形成處理氣體的等離子體。等離子處理裝置也可以是電感耦合型的(ICP)，射 頻電源施加到電感線圈，線圈中的電磁場擴散到反應(yīng)腔中產(chǎn)生等離子。現(xiàn)有工藝在刻蝕以現(xiàn)有工藝在刻蝕絕緣層或低k介電層(主要成份為Si02，或 SiOC)時，形成通孔圖形的過程中，現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展趨勢要求絕緣層上刻蝕的過孔或溝槽越來 越深，深寬比(aspect ratio)越來越大。在這種情況下絕緣層上的掩膜層要求就越來越高， 原有光阻層由于不夠堅固在向下刻蝕中會損壞，所以現(xiàn)在大量采用無定型碳作為刻蝕絕緣 層時的硬掩膜層。在正式刻蝕絕緣層前要先利用圖形化的光阻刻蝕形成用于刻蝕無定型碳 層的掩膜層，通常該掩膜層是含硅的無機物層。然后利用該掩膜層刻蝕無定型碳層。在刻 蝕含碳層時通常用含氧氣體來與碳反應(yīng)，再添加側(cè)壁保護氣體比如含硫氣體或聚合物形成 氣體以保護側(cè)壁防止被刻蝕?，F(xiàn)有技術(shù)中在刻蝕有機物層時，通常將含氧的刻蝕氣體(比如，02)和其他可以改 善弓形形貌的反應(yīng)氣體(比如，cos)在進入反應(yīng)腔的反應(yīng)區(qū)域之前混合，混合后再輸入至 反應(yīng)區(qū)域?qū)骺涛g處理。但是在實際的刻蝕過程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，利用這樣的氣體成 分混合后通入反應(yīng)腔刻蝕會出現(xiàn)基片中間區(qū)域獲得較佳刻蝕效果，而基片邊緣區(qū)域出現(xiàn)嚴 重的弓形(bowing)情況。而且，這種情況很難被改善，因為含氧的刻蝕氣體和可以改善弓 形形貌的反應(yīng)氣體在進入反應(yīng)區(qū)域之前就已經(jīng)被混合，所以二者的氣體比例相對于基片的 中間區(qū)域和邊緣區(qū)域是相同的、并且是固定不可調(diào)節(jié)的，因而即使調(diào)整中間和邊緣的混合 氣體進氣量比率仍然不能有效改善這一情況，最終出現(xiàn)基片的中間區(qū)域和邊緣區(qū)域出現(xiàn)不 均一的刻蝕形貌。所以業(yè)界需要一個全面解決有機物層等離子刻蝕中實現(xiàn)在整個基片表面實現(xiàn)高均一性刻蝕形貌的刻蝕方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種有機物層的等離子刻蝕方法，在保證刻蝕速率的同 時實現(xiàn)在整個基片平面上獲得均一的刻蝕形貌效果，提高良品率。為解決上述問題，本發(fā)明提出一種刻蝕有機物層的等離子刻蝕方法，包括以下步 驟放置待處理基片到一等離子反應(yīng)腔的基座上，其中所述基片上包括待刻蝕的有機物層， 該有機物層上方有圖形化的掩膜層；通過一供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片中 心區(qū)域?qū)?yīng)的第一反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一含氧刻蝕氣體，并通過所述供氣裝置向所述等離子反應(yīng) 腔內(nèi)與所述基片邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的第二反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一側(cè)壁保護氣體，所述含氧刻蝕氣體與 側(cè)壁保護氣體在通入反應(yīng)腔后擴散混合并在所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域分別形成 不同混合比的反應(yīng)氣體，從而沿所述掩膜層上的圖形刻蝕有機物層直到達到目標深度。其中側(cè)壁保護氣體成份可以是聚合物形成氣體，其分子式為CxHy或CxHyFz，其中 x、y與z均為大于或等于1的自然數(shù)。比如CH4或C2H4或C3H6或C3H8或CHF3或CH2F2 或CH3F或所列反應(yīng)氣體中的至少兩種的混合氣體。側(cè)壁保護其它也可以是含硫氣體比如 COS, H2S，S02中的一種。其中刻蝕氣體是含氧刻蝕氣體，含氧氣體包括02，C02, CO中的一 種。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種刻蝕有機物層的等離子刻蝕方法，包括以下步 驟放置待處理基片到等離子反應(yīng)腔的基座上，其中基片上包括待刻蝕的有機物層，該有機 物層上方有圖形化的掩膜層；通過與基片中心區(qū)域?qū)?yīng)的供氣裝置第一反應(yīng)區(qū)域向放置在 基座的基片供應(yīng)主要成分是含氧氣體的第一刻蝕氣體，通過與基片邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的供氣裝 置第二反應(yīng)區(qū)域向放置在基座的基片供應(yīng)主要成分是側(cè)壁保護氣體的第二刻蝕氣體；所述 第一刻蝕氣體與第二刻蝕氣體在通入反應(yīng)腔后擴散混合并在基片上方的中心和邊緣區(qū)域 形成不同混合比的反應(yīng)氣體，其中中心區(qū)域含氧氣體濃度高于側(cè)壁保護氣體，邊緣區(qū)域側(cè) 壁保護氣體濃度高于含氧氣體，沿掩膜層上的圖形刻蝕有機物層直到達到目標深度。其中 第一刻蝕氣體中含氧成分刻蝕氣體流量是側(cè)壁保護氣體流量的3倍以上，第二刻蝕氣體中 側(cè)壁保護氣體的流量是含氧成分刻蝕氣體流量的2倍以上。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提出一種刻蝕有機物層的等離子刻蝕方法，包括以下步 驟放置待處理基片到一等離子反應(yīng)腔的基座上，其中所述基片上包括待刻蝕的有機物層； 通過一供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片中心區(qū)域?qū)?yīng)的第一反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一 第一成份的刻蝕氣體，并通過所述供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片邊緣區(qū)域?qū)?應(yīng)的第二反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一第二成份的刻蝕氣體，所述第一成份的刻蝕氣體與第二成份的刻 蝕氣體在通入反應(yīng)腔后擴散混合并在所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域分別形成不同混 合比的反應(yīng)氣體，從而刻蝕所述基片上的有機物層直到達到目標深度；在前述刻蝕過程中， 選擇性地單獨控制所述第一刻蝕氣體的供應(yīng)流量，或者，單獨控制所述第二刻蝕氣體的供 應(yīng)流量，或者，同步控制所述第一刻蝕氣體的供應(yīng)流量和所述第二刻蝕氣體的供應(yīng)流量，從 而調(diào)節(jié)所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域內(nèi)各自反應(yīng)氣體的混合比，以實現(xiàn)在基片中心區(qū) 域和基片邊緣區(qū)域獲得不同的刻蝕形貌。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點通過改變刻蝕氣體和側(cè)壁保護氣體的供
5氣方式實現(xiàn)整個基片表面具有不同的刻蝕氣體和側(cè)壁保護其它的混合比，最終抵消其它因 素造成的刻蝕不均一效果實現(xiàn)均一的刻蝕效果。
圖la是現(xiàn)有技術(shù)在邊緣區(qū)域出現(xiàn)側(cè)壁弓形形貌時的含碳層結(jié)構(gòu)；圖lb是本發(fā)明實現(xiàn)最佳刻蝕效果時的含碳層結(jié)構(gòu)示意圖；圖lc是現(xiàn)有技術(shù)在中心區(qū)域出現(xiàn)側(cè)壁保護過度時含碳層結(jié)構(gòu)；圖2a至2d為根據(jù)本發(fā)明的多個具體實施例的等離子刻蝕裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)有技術(shù)采用混合后的刻蝕氣體與側(cè)壁保護氣體進行刻蝕，刻蝕氣體是含氧氣體 比如02，C02, CO中的一種或混合氣體。側(cè)壁保護氣體可以是含硫氣體(比如COS)，可以 在含碳層刻蝕形成的側(cè)壁形成堅固的保護層，防止側(cè)壁被刻蝕而形成弓形。側(cè)壁保護氣體 也可以是聚合物形成氣體(比如碳氫化合物或氟碳氫化合物)，以在刻蝕形成的側(cè)壁構(gòu)成 足夠厚的聚合物。由于刻蝕反應(yīng)腔硬件結(jié)構(gòu)的限制，必然會出現(xiàn)基片中心區(qū)域與邊緣區(qū)域 等離子密度不均(中間高、邊緣低)，同時邊緣區(qū)域還會受到排氣裝置抽氣的影響造成氣體 濃度降低。這些因素都導致在含碳層刻蝕時基片的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域所出現(xiàn)的刻蝕形 成的溝槽輪廓不同。舉例說明，研發(fā)人員在實驗中發(fā)現(xiàn)，在將02以lOOsccm與COS氣體以 50sccm混合后再通入反應(yīng)腔，通過調(diào)試其它參數(shù)和硬件要素可以在基片中間獲得如圖lb 所示理想的刻蝕結(jié)果，圖中標號30表示形成圖形后的掩膜層，通常該掩膜層是含硅的無機 材料，以獲得相對下面的有機物層40更高的選擇比。如圖lb中所示，理想的刻蝕結(jié)果下刻 蝕形成的溝道側(cè)壁是基本垂直的，這樣能更精確地將掩膜層30上的圖形轉(zhuǎn)移到有機物層 40上，并進一步地用有機物層40作為硬掩膜刻蝕下面的含硅絕緣層。雖然采用調(diào)試后的參 數(shù)能在基片中心區(qū)域獲得理想效果，但是同時基片的邊緣位置刻蝕形成的溝槽卻會出現(xiàn)嚴 重的側(cè)壁刻蝕而形成弓形側(cè)壁(bowing)，如圖la所示。研發(fā)人員如果將混合氣體中的側(cè)壁 保護氣體流量增加達到lOO/lOOsccm的混合比，則基片邊緣區(qū)域的側(cè)壁刻蝕情況會得到改 善，能夠達到圖lb的效果。但是此時基片中心區(qū)域由于側(cè)壁保護氣體過多造成刻蝕不足， 形成倒梯形刻蝕側(cè)壁輪廓，如圖lc所示，同樣不能將掩膜層30上的圖形精確地轉(zhuǎn)移到有機 物層40上。為了解決基片中心區(qū)域和邊緣區(qū)域刻蝕效果不能兼顧的問題，本案發(fā)明人經(jīng)過研 究和經(jīng)過多次實驗測試發(fā)現(xiàn)，影響有機物層刻蝕效果的主要因素是反應(yīng)區(qū)域內(nèi)位于基片上 方的刻蝕氣體和側(cè)壁保護氣體的混合比?，F(xiàn)有技術(shù)的做法無論修改哪個氣體(含氧氣體或 含硫氣體)的流量都不能解決基片中心區(qū)域和邊緣區(qū)域刻蝕效果不能兼顧的問題，原因是 這兩種反應(yīng)氣體在進入反應(yīng)腔內(nèi)的反應(yīng)區(qū)域之前就已經(jīng)混合，所以最后到達基片表面的中 心區(qū)域和邊緣區(qū)域的氣體混和比是相同的和固定的，所以在相同氣體混合比情況下沒法抵 消由于前述等離子密度和氣體濃度的不同帶來的刻蝕效果的不同。本發(fā)明根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)提出了在基片表面的不同區(qū)域(比如，中心區(qū)域和邊緣區(qū) 域)形成不同的刻蝕氣體和側(cè)壁保護氣體的混合比，這些不同的混合比產(chǎn)生的刻蝕效果可 以抵消其它參數(shù)不均造成的刻蝕效果不均的問題。由此，本發(fā)明提供一種刻蝕有機物層的等離子刻蝕方法，其包括以下步驟放置待處理基片到一等離子反應(yīng)腔的基座上，其中所述 基片上包括待刻蝕的有機物層，該有機物層上方有圖形化的掩膜層；通過一供氣裝置向所 述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片中心區(qū)域?qū)?yīng)的第一反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一含氧刻蝕氣體，并通過 所述供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的第二反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一側(cè) 壁保護氣體，所述含氧刻蝕氣體與側(cè)壁保護氣體在通入反應(yīng)腔后擴散混合并在所述第一反 應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域分別形成不同混合比的反應(yīng)氣體，從而沿所述掩膜層上的圖形刻蝕 有機物層直到達到目標深度。具體地，前述含氧刻蝕氣體包括02，⑶2，CO中的一種或至少兩種的混合物。所述 側(cè)壁保護氣體包括含硫氣體或不含硫的聚合物形成氣體；所述不含硫的聚合物形成氣體包 括CxHy或CxHyFz成份的氣體，其中x、y、z都是自然數(shù)；所述含硫氣體包括COS、H2S、CS2、 S2C12中的一種或所列氣體中的至少兩種的混合物。具體地，所述第一反應(yīng)區(qū)域是指位于等離子反應(yīng)腔內(nèi)、與基片中心區(qū)域相對應(yīng)、并 且介于基片中心區(qū)域與上電極之間的一段垂直區(qū)域。在此第一反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，反應(yīng)氣體主要 源于通過供氣裝置供應(yīng)的含氧刻蝕氣體，因而，在此區(qū)域內(nèi)，由氧形成的等離子體將占主 導，因而，刻蝕反應(yīng)將主要源于氧形成的等離子體。具體地，所述第二反應(yīng)區(qū)域是指位于等離子反應(yīng)腔內(nèi)、與基片邊緣區(qū)域相對應(yīng)、并 且介于基片邊緣區(qū)域與上電極之間的一段垂直區(qū)域。在此第二反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，反應(yīng)氣體主要 源于通過供氣裝置供應(yīng)的側(cè)壁保護氣體，因而，在此區(qū)域內(nèi)，由側(cè)壁保護氣體形成的等離子 體將占主導，因而，刻蝕反應(yīng)將主要源于側(cè)壁保護氣體形成的等離子體。由此，在基片的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域分別具有不同的占主導性的等離子體，從而 可以分別控制中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的等離子刻蝕，最終，在整個基片表面實現(xiàn)高均一性刻 蝕形貌。為了獲得更佳的發(fā)明效果，在實施本發(fā)明的方法過程中，還可以單獨控制所述含 氧刻蝕氣體的供應(yīng)流量，或者，單獨控制所述側(cè)壁保護氣體的供應(yīng)流量，或者，同步控制所 述含氧刻蝕氣體的供應(yīng)流量和所述側(cè)壁保護氣體的供應(yīng)流量，從而調(diào)節(jié)所述第一反應(yīng)區(qū)域 和第二反應(yīng)區(qū)域內(nèi)各自反應(yīng)氣體的混合比。更進一步地，在實施本發(fā)明的方法過程中，還可以向所述第一反應(yīng)區(qū)域和/或第 二反應(yīng)區(qū)域通入Ar。請參看圖2a所示來詳細說明本發(fā)明的刻蝕方法，等離子刻蝕機包括反應(yīng)腔1，反 應(yīng)腔內(nèi)包括安放基片的基座22，基座上包括固定基片的夾盤21，夾盤21通?？梢允庆o電夾 盤(ESC)，也可以是傳統(tǒng)的機械夾盤。待加工的基片或基片20被放置固定在夾盤21上。在 夾盤的外環(huán)還有邊緣環(huán)23，通過對邊緣環(huán)23選擇不同的材料和形狀實現(xiàn)等離子體在邊緣 區(qū)域具有與中心更接近的電場強度和更水平的等勢線?；?2內(nèi)還有由導體材料組成的 下電極接受來自射頻電源的能量，以在基片上方的加工區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生等離子體并調(diào)整離子入 射的能量分布。等離子刻蝕機于反應(yīng)腔1內(nèi)部上方與基臺相對的位置還包括一個供氣裝置 10，圖示中示意性地表示為一圓盤形氣體分布裝置，該供氣裝置10包括互相氣體隔離的內(nèi) 圓區(qū)域與外環(huán)區(qū)域，即包括與基片中心區(qū)域相對的第一部分11 (即，內(nèi)圓區(qū)域)以及與基片 邊緣區(qū)域相對的第二部分12 (即，外環(huán)區(qū)域)，所述第一部分11與第二部分12上分別設(shè)置 若干個氣體分布孔。其中第一部分11與第二部分12是互相隔離、分立的。供氣裝置10的第一部分11與氣源110通過一個流量閥門相連通。供氣裝置10的第二部分12與氣源120 通過一個流量閥門相連通。其中氣源110只提供主要用于刻蝕的氣體，如02，C02, CO中的 一種或混合氣體。氣源120只提供主要用于側(cè)壁保護的氣體，如含硫氣體C0S，H2S，S02或 者也可以是聚合物生成氣體，如CH4等碳氫化合物或碳氫氟化合物。在刻蝕氣體被通入供 氣裝置10的第一部分11后開始在反應(yīng)腔內(nèi)擴散形成中間高邊緣低的刻蝕氣體濃度分布。 同樣側(cè)壁保護氣體在通入第二部分12后也開始擴散形成邊緣高中間低的側(cè)壁保護氣體濃 度分布。兩者氣體擴散后互相混合，在到達基片表面時形成具有從中心到邊緣連續(xù)變化的 混合比的反應(yīng)氣體。其中基片中心區(qū)域具有較多的刻蝕氣體和較少的側(cè)壁保護氣體，防止 在中心區(qū)域刻蝕形成圖lc所示的刻蝕不足，基片邊緣區(qū)域有更多的側(cè)壁保護氣體和更少 的刻蝕氣體，防止刻蝕形成如圖la所示的弓形側(cè)壁。最終達到在整個基片表面實現(xiàn)均一 的刻蝕形貌。采用本發(fā)明方法在不改變原有氣體配比情況下中間只通入lOOsccm刻蝕氣 體，邊緣只通入50sCCm側(cè)壁保護氣體，最終刻蝕效果顯示基片中間和邊緣區(qū)域均能獲得如 圖la所示的理想的刻蝕形狀。根據(jù)本發(fā)明原理，要在整個基片表面形成連續(xù)變化的氣體混合比，除了在基片中 心區(qū)域和邊緣區(qū)域分別通入純的刻蝕氣體和側(cè)壁保護氣體外，也可以在中心區(qū)域通入少 量側(cè)壁保護氣體，以調(diào)節(jié)中心區(qū)域的氣體濃度比，只要在中心區(qū)域刻蝕氣體的流量遠大 于側(cè)壁保護氣體的流量，仍能實現(xiàn)本發(fā)明方法。比如，刻蝕氣體與側(cè)壁保護氣體的流量 比大于3倍(100/33sCCm)；同樣，在邊緣區(qū)域也可以通入少量刻蝕氣體，只要保證基片邊 緣區(qū)域側(cè)壁保護氣體仍然占主導就可以，比如側(cè)壁保護氣體是刻蝕氣體流量的2倍以上 (25/50sccm)。本發(fā)明供氣裝置除了如圖2a所示安裝在反應(yīng)腔頂部的圓盤形狀氣體分布裝置 外，也可以是如圖2b所示的包括設(shè)置于等離子反應(yīng)腔頂部的朝所述第一反應(yīng)區(qū)域噴氣的 氣體分布裝置11和設(shè)置于靠近基片邊緣區(qū)域的朝所述第二反應(yīng)區(qū)域噴氣的供氣噴頭12’。 供氣噴頭12’是以氣體噴頭的形狀伸入反應(yīng)腔內(nèi)部，將反應(yīng)氣體噴向目標區(qū)域。請參看圖 2b，供氣裝置的第一部分11仍然是與圖2a中相同的圓盤形氣體噴淋頭，但是氣體分布裝置 的第二部分12可以是圖2b中所示的通入反應(yīng)腔的供氣噴頭12’，以直接噴射氣體到目標 區(qū)域。該供氣噴頭12’除了圖2b所示可以配置在反應(yīng)腔頂部外，也可以配置在反應(yīng)腔側(cè)壁 (如圖2c中所示的12”)，使噴入的氣流與基片表面所在的平面呈一定角度(比如45度)， 以向基片邊緣部分噴射反應(yīng)氣體，供氣噴頭12’也可以是安裝在靠近基片邊緣位置，比如設(shè) 置于圍繞基片邊緣的基座上或基座附近的邊緣環(huán)23的位置(如圖2d所示的12”’)。由于 從上述供氣噴頭通入的氣體都首先被定向地噴射到待刻蝕的基片邊緣，然后再通過氣體擴 散到達基片中心，所以采用這些供氣噴頭噴射也能實現(xiàn)側(cè)壁保護氣體從基片中心區(qū)域到邊 緣區(qū)域連續(xù)改變的濃度分布。同樣道理，供氣裝置的第一部分也可以選用供氣噴頭噴射以 向基片中心區(qū)域供氣，同樣可以實現(xiàn)刻蝕氣體(如含氧氣體)的濃度在基片表面從中心區(qū) 域到邊緣區(qū)域的逐漸遞減的分布。本發(fā)明圖2a，2b中的氣體分布裝置11可以是由導體材料制成，比如石墨，晶體硅 或碳化硅等，這些圓盤形的氣體分布裝置同時作為上電極與基座中的下電極電容耦合使反 應(yīng)氣體被電離。跟據(jù)本發(fā)明原理本發(fā)明的等離子發(fā)生機制也可以是電感耦合型的，即在反 應(yīng)腔的頂部或外側(cè)有一通有射頻功率的線圈，線圈產(chǎn)生的電磁場穿透頂部或側(cè)壁的窗口到達反應(yīng)腔內(nèi)最終形成等離子體，其中窗口通常是由絕緣材料制成。本發(fā)明利用將刻蝕氣體與側(cè)壁保護氣體隔離后，分別通入反應(yīng)腔中與基片中心和 邊緣部分相對應(yīng)的區(qū)域，通入后的兩種氣體通過擴散并混合，最終達到刻蝕氣體和側(cè)壁保 護氣體的混合比在整個基片表面逐漸變化，最終實現(xiàn)在整個基片表面對有機物層的均勻刻 蝕。應(yīng)當理解，根據(jù)本發(fā)明的實質(zhì)和發(fā)明精神，本發(fā)明也可以有其他的實施方法的變 形，這些變形均不脫離本發(fā)明的本質(zhì)，因而也屬于本發(fā)明的保護范圍。比如，一種刻蝕有機 物層的等離子刻蝕方法，包括以下步驟放置待處理基片到等離子反應(yīng)腔的基座上，其中所 述基片上包括待刻蝕的有機物層，該有機物層上方有圖形化的掩膜層；通過一供氣裝置向 所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片中心區(qū)域?qū)?yīng)的第一反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)主要成分是含氧氣體 的第一刻蝕氣體，以及向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的第二反應(yīng)區(qū)域供 應(yīng)主要成分是側(cè)壁保護氣體的第二刻蝕氣體；所述第一刻蝕氣體與第二刻蝕氣體在通入反 應(yīng)腔后擴散混合并在基片上方的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域形成不同混合比的反應(yīng)氣體，其中中 心區(qū)域的含氧氣體濃度高于側(cè)壁保護氣體，邊緣區(qū)域的側(cè)壁保護氣體濃度高于含氧氣體， 進而沿掩膜層上的圖形刻蝕有機物層直到達到目標深度?？蛇x擇地，使用本刻蝕方法時，還 可以單獨控制所述第一刻蝕氣體的供應(yīng)流量，或者，單獨控制所述第二刻蝕氣體的供應(yīng)流 量，或者，同步控制所述第一刻蝕氣體的供應(yīng)流量和所述第二刻蝕氣體的供應(yīng)流量，從而調(diào) 節(jié)所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域內(nèi)各自反應(yīng)氣體的混合比。本發(fā)明的方法也可以擴展變形為如下的刻蝕方法一種刻蝕有機物層的等離子刻蝕方法，包括以下步驟放置待處理基片到一等離 子反應(yīng)腔的基座上，其中所述基片上包括待刻蝕的有機物層；通過一供氣裝置向所述等離 子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片中心區(qū)域?qū)?yīng)的第一反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一第一成份的刻蝕氣體，并通過 所述供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的第二反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一第 二成份的刻蝕氣體，所述第一成份的刻蝕氣體與第二成份的刻蝕氣體在通入反應(yīng)腔后擴散 混合并在所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域分別形成不同混合比的反應(yīng)氣體，從而刻蝕所 述基片上的有機物層直到達到目標深度；在前述刻蝕過程中，選擇性地單獨控制所述第一 刻蝕氣體的供應(yīng)流量，或者，單獨控制所述第二刻蝕氣體的供應(yīng)流量，或者，同步控制所述 第一刻蝕氣體的供應(yīng)流量和所述第二刻蝕氣體的供應(yīng)流量，從而調(diào)節(jié)所述第一反應(yīng)區(qū)域和 第二反應(yīng)區(qū)域內(nèi)各自反應(yīng)氣體的混合比，以實現(xiàn)在基片中心區(qū)域和基片邊緣區(qū)域獲得不同 的刻蝕形貌。其中，所述第一成份的刻蝕氣體為含氧刻蝕氣體，所述第二成份的刻蝕氣體為側(cè) 壁保護氣體。或者，所述第一成份的刻蝕氣體為側(cè)壁保護氣體，所述第二成份的刻蝕氣體為 含氧刻蝕氣體。其中，所述的供氣裝置可以有各種實施方式，只要能提供相互分立并且不相連通 的第一路徑和第二路徑，所述第一成份的刻蝕氣體和第二成份的刻蝕氣體分別通過此第一 路徑和第二路徑被分立地供應(yīng)至等離子反應(yīng)腔內(nèi)。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技 術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保 護范圍應(yīng)當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
一種刻蝕有機物層的等離子刻蝕方法，包括以下步驟放置待處理基片到一等離子反應(yīng)腔的基座上，其中所述基片上包括待刻蝕的有機物層，該有機物層上方有圖形化的掩膜層；通過一供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片中心區(qū)域?qū)?yīng)的第一反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一含氧刻蝕氣體，并通過所述供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的第二反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一側(cè)壁保護氣體，所述含氧刻蝕氣體與側(cè)壁保護氣體在通入反應(yīng)腔后擴散混合并在所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域分別形成不同混合比的反應(yīng)氣體，從而沿所述掩膜層上的圖形刻蝕有機物層直到達到目標深度。
2.如權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，還包括單獨控制所述含氧刻蝕氣體的 供應(yīng)流量，或者，單獨控制所述側(cè)壁保護氣體的供應(yīng)流量，或者，同步控制所述含氧刻蝕氣 體的供應(yīng)流量和所述側(cè)壁保護氣體的供應(yīng)流量，從而調(diào)節(jié)所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū) 域內(nèi)各自反應(yīng)氣體的混合比。
3.如權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述含氧刻蝕氣體包括02，C02,CO中 的一種或至少兩種的混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述側(cè)壁保護氣體包括含硫氣體或不 含硫的聚合物形成氣體。
5.如權(quán)利要求4所述的刻蝕方法，其特征在于，所述不含硫的聚合物形成氣體包括 CxHy或CxHyFz成份的氣體，其中x、y、z都是自然數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的刻蝕方法，其特征在于，所述含硫氣體包括C0S、H2S、CS2、S2C12 中的一種或所列氣體中的至少兩種的混合物。
7.如權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，還包括向所述第一反應(yīng)區(qū)域和/或第二 反應(yīng)區(qū)域通入Ar。
8.如權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述有機物層是無定形碳層。
9.如權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述掩膜層包括含硅的材料層。
10.如權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述供氣裝置是圓盤形氣體分布裝 置，其包括互相氣體隔離的內(nèi)圓區(qū)域與外環(huán)區(qū)域，所述內(nèi)圓區(qū)域與外環(huán)區(qū)域上分別設(shè)置若 干個氣體分布孔，所述內(nèi)圓區(qū)域與基片中心區(qū)域相對應(yīng)，所述外環(huán)區(qū)域與和基片邊緣區(qū)域 相對應(yīng)。
11.如權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述供氣裝置包括設(shè)置于等離子反應(yīng) 腔頂部的朝所述第一反應(yīng)區(qū)域噴氣的氣體分布裝置和設(shè)置于靠近基片邊緣區(qū)域的朝所述 第二反應(yīng)區(qū)域噴氣的供氣噴頭。
12.如權(quán)利要求11所述的刻蝕方法，其特征在于，所述供氣噴頭設(shè)置于等離子反應(yīng)腔 的頂部或側(cè)壁，或者設(shè)置于圍繞基片邊緣的基座上或基座附近。
13.如權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述等離子反應(yīng)腔是電容耦合型 (CCP)或電感耦合型(ICP)的反應(yīng)腔。
14.一種刻蝕有機物層的等離子刻蝕方法，包括以下步驟放置待處理基片到等離子反應(yīng)腔的基座上，其中所述基片上包括待刻蝕的有機物層， 該有機物層上方有圖形化的掩膜層；通過一供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片中心區(qū)域?qū)?yīng)的第一反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)主要成分是含氧氣體的第一刻蝕氣體，以及向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片邊緣區(qū)域 對應(yīng)的第二反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)主要成分是側(cè)壁保護氣體的第二刻蝕氣體；所述第一刻蝕氣體與第二刻蝕氣體在通入反應(yīng)腔后擴散混合并在基片上方的中心區(qū) 域和邊緣區(qū)域形成不同混合比的反應(yīng)氣體，其中中心區(qū)域的含氧氣體濃度高于側(cè)壁保護氣 體，邊緣區(qū)域的側(cè)壁保護氣體濃度高于含氧氣體，進而沿掩膜層上的圖形刻蝕有機物層直 到達到目標深度。
15.如權(quán)利要求14所述的刻蝕方法，其特征在于，還包括單獨控制所述第一刻蝕氣體 的供應(yīng)流量，或者，單獨控制所述第二刻蝕氣體的供應(yīng)流量，或者，同步控制所述第一刻蝕 氣體的供應(yīng)流量和所述第二刻蝕氣體的供應(yīng)流量，從而調(diào)節(jié)所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng) 區(qū)域內(nèi)各自反應(yīng)氣體的混合比。
16.一種刻蝕有機物層的等離子刻蝕方法，包括以下步驟放置待處理基片到一等離子反應(yīng)腔的基座上，其中所述基片上包括待刻蝕的有機物層；通過一供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片中心區(qū)域?qū)?yīng)的第一反應(yīng)區(qū)域供 應(yīng)一第一成份的刻蝕氣體，并通過所述供氣裝置向所述等離子反應(yīng)腔內(nèi)與所述基片邊緣區(qū) 域?qū)?yīng)的第二反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)一第二成份的刻蝕氣體，所述第一成份的刻蝕氣體與第二成份 的刻蝕氣體在通入反應(yīng)腔后擴散混合并在所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域分別形成不 同混合比的反應(yīng)氣體，從而刻蝕所述基片上的有機物層直到達到目標深度；在前述刻蝕過程中，選擇性地單獨控制所述第一刻蝕氣體的供應(yīng)流量，或者，單獨控制 所述第二刻蝕氣體的供應(yīng)流量，或者，同步控制所述第一刻蝕氣體的供應(yīng)流量和所述第二 刻蝕氣體的供應(yīng)流量，從而調(diào)節(jié)所述第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域內(nèi)各自反應(yīng)氣體的混合 比，以實現(xiàn)在基片中心區(qū)域和基片邊緣區(qū)域獲得不同的刻蝕形貌。
17.如權(quán)利要求16所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第一成份的刻蝕氣體為含氧刻 蝕氣體，所述第二成份的刻蝕氣體為側(cè)壁保護氣體。
18.如權(quán)利要求16所述的刻蝕方法，其特征在于，所述第一成份的刻蝕氣體為側(cè)壁保 護氣體，所述第二成份的刻蝕氣體為含氧刻蝕氣體。
19.如權(quán)利要求16所述的刻蝕方法，其特征在于，所述供氣裝置包括相互分立并且不 相連通的第一路徑和第二路徑，所述第一成份的刻蝕氣體和第二成份的刻蝕氣體分別通過 此第一路徑和第二路徑被分立地供應(yīng)至等離子反應(yīng)腔內(nèi)。
全文摘要
一種刻蝕有機物層的等離子刻蝕方法，為解決刻蝕有機物層時基片的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域刻蝕效果不均一的問題。本發(fā)明的刻蝕方法提出了利用氣體分布裝置在對應(yīng)基片中心區(qū)域供應(yīng)刻蝕氣體，在對應(yīng)基片邊緣區(qū)域供應(yīng)側(cè)壁保護氣體。其中刻蝕氣體和側(cè)壁保護氣體在進入反應(yīng)腔內(nèi)基片上方的反應(yīng)區(qū)域前互相隔離。當刻蝕氣體和側(cè)壁保護氣體從氣體分布裝置通入反應(yīng)腔后逐漸擴散混合，最后在基片表面得到刻蝕氣體與側(cè)壁保護氣體具有不同混合比的反應(yīng)氣體。該不同混合比使得基片的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域能夠抵消其它因素造成的刻蝕效果差別，最終實現(xiàn)中心區(qū)域和邊緣區(qū)域具有均一的刻蝕效果。
文檔編號H01L21/311GK101866848SQ20101016639
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者倪圖強, 陶錚, 高山星一 申請人:中微半導體設(shè)備(上海)有限公司