專利名稱：等離子體刻蝕方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別涉及一種等離子體刻蝕方法。
背景技術：
隨著半導體器件的集成度提高，半導體器件的線寬越來越小和對于半導體工藝的要求越來越高，等離子體刻蝕工藝成為現(xiàn)在半導體器件制備的重要工藝之一。現(xiàn)有的等離子體刻蝕工藝通常在等離子體處理裝置中通入刻蝕氣體，并電離所述刻蝕氣體成等離子體，利用所述等離子體對待刻蝕的晶圓進行刻蝕?，F(xiàn)有的等離子體刻蝕方法通常在待刻蝕層表面形成光刻膠圖形，以所述光刻膠圖形為掩膜對所述待刻蝕層進行刻蝕，具體地，包括如下步驟請參考圖1，提供半導體襯底100，所述半導體襯底100表面形成有刻蝕目標層 110 ；所述刻蝕目標層110形成有光刻膠圖形120 ；具體的，所述刻蝕目標層110材料為介質層；請參考圖2，采用等離子體處理所述光刻膠圖形120，使得所述光刻膠圖形120的線寬滿足刻蝕要求；請參考圖3，以處理后的所述光刻膠圖形120為掩膜，刻蝕所述刻蝕目標層110直至在所述刻蝕目標層110內形成待形成的圖形。在公開號為CM101465^7A的中國專利文件中披露更多有關等離子體刻蝕方法的內容。但是，隨著半導體器件的集成度進一步提高，采用等離子體處理所述光刻膠圖形 120的難度越來越大，并且掩膜也不僅僅為單一覆層的有機物質，多種材料的多層堆疊結構膜層被利用為等離子體刻蝕方法的掩膜，從而使得掩膜的蝕刻難度越來越大。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供一種等離子體刻蝕方法，能夠提高掩膜刻蝕的均一性。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種等離子體刻蝕方法，包括提供介質層，所述介質層表面形成有有機材料層，所述有機材料層表面形成有光刻圖形層；以所述光刻圖形層掩膜，對刻蝕氣體為化與CO的混合氣體或者(X)2與CO的混合氣體等離子化，采用等離子化的 O2與CO的混合氣體或者(X)2與CO的混合氣體，對所述有機材料層進行刻蝕直至暴露出所述介質層?？蛇x的，當刻蝕氣體為CO與A的混合氣體時，O2與CO流量比為3 1 1 5?？蛇x的，當刻蝕氣體為CO2與CO的混合氣體時，O2與CO流量比為5 1 1 5。可選的，等離子化刻蝕氣體的工藝參數(shù)為刻蝕腔體壓力為5 IOOmT,頻率13 120MHZ?？蛇x的，所述有機材料層厚度為150nm至500nm?？蛇x的，所述介質層包括第一介質層和位于第一介質層表面的阻擋層。
可選的，光刻圖形層包括位于有機材料層表面的隔離層；位于隔離層表面的光刻膠層?？蛇x的，所述隔離層為單一覆層或者多層堆疊結構。可選的，當所述隔離層為單一覆層時，所述隔離層材料為摻雜有硅的有機材料?？蛇x的，當所述隔離層為多層堆疊結構時，所述隔離層包括形成在所述有機材料層表面的低溫氧化層和形成在低溫氧化層表面的底部抗反射層?？蛇x的，對所述有機材料層進行刻蝕直至暴露出阻擋層的同時，去除所述光刻膠層和所述底部抗反射層直至暴露出低溫氧化層?？蛇x的，所述介質層材料為低k介質材料。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的實施例具有以下優(yōu)點本發(fā)明的實施例采用對刻蝕氣體為&與co的混合氣體或者ω2與co的混合氣體等離子化，采用等離子化的A與co的混合氣體或者ω2與co的混合氣體，對所述有機材料層進行刻蝕直至暴露出阻擋層，采用摻入co的混合氣體，在刻蝕有機材料層時，在有機材料層的側壁形成聚合物，提高各向異性刻蝕，在通過刻蝕轉移圖形后，在有機材料層形成的圖形形貌佳，圖形的側壁直，減少各向同性損傷，刻蝕后的有機材料層均勻性好，轉移圖案均一性高，且本發(fā)明實施例提供的等離子體刻蝕方法刻蝕的光刻圖形層適應性高。


圖1至圖3是現(xiàn)有等離子體刻蝕工藝過程示意圖；圖4是本發(fā)明實施例的等離子體刻蝕方法流程示意圖；圖5至圖7是本發(fā)明實施例的等離子體刻蝕方法過程示意圖；圖8是本發(fā)明實施例的等離子體刻蝕方法實驗結果示意圖。
具體實施例方式隨著半導體器件的集成度進一步提高，承載所述半導體器件的晶圓尺寸越來越大，晶圓尺寸從6英寸、8英寸發(fā)展至12英寸，越來越大尺寸的晶圓使得光刻膠圖形的分布越來越廣，而采用等離子體處理所述光刻膠圖形的難度越來越大，容易出現(xiàn)分布在晶圓邊緣區(qū)域的光刻膠圖形和分布在晶圓中間區(qū)域光刻膠圖形在等離子體處理后均一性差，并且形成在刻蝕目標層表面的掩膜也不僅僅為單一覆層的有機物質，多種材料的多層堆疊結構膜層被利用為等離子體刻蝕方法的掩膜，從而使得掩膜的蝕刻難度越來越大。為此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量的研究，提供一種等離子體刻蝕方法，請參考圖4， 包括如下步驟步驟S101，提供介質層，所述介質層表面形成有有機材料層，所述有機材料層表面形成有光刻圖形層；步驟S102，以所述光刻圖形層掩膜，對刻蝕氣體為A與CO的混合氣體或者CO2與 CO的混合氣體等離子化，采用等離子化的A與CO的混合氣體或者(X)2與CO的混合氣體， 對所述有機材料層進行刻蝕直至暴露出所述介質層。本發(fā)明的實施例采用等離子化的A與CO的混合氣體或者CO2與CO的混合氣體對所述有機材料層進行刻蝕，避免現(xiàn)有刻蝕工藝刻蝕所述有機材料層均一性差的缺陷，從而使得刻蝕形成的位于不同位置的掩膜均一性好，提高后續(xù)刻蝕的質量，此外，采用等離子化的化與CO的混合氣體或者(X)2與CO的混合氣體刻蝕工藝可以在刻蝕所述有機材料層過程中，在所述有機材料層側壁形成聚合物層，從而提高刻蝕工藝中轉移光刻圖形的質量，且還可以控制轉移光刻圖形時的關鍵尺寸。進一步的，CO2與CO的混合氣體刻蝕工藝刻蝕效果較優(yōu)。下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明，圖5至圖7為本發(fā)明提供的等離子體刻蝕方法實施例過程示意圖。執(zhí)行步驟S101，請參考圖5，提供襯底200，所述襯底200表面形成有第一介質層 210，所述第一介質層210表面形成有阻擋層220，所述阻擋層220表面形成有有機材料層 230，所述有機材料層230表面形成有隔離層Μ0，所述隔離層240形成有光刻膠層250。所述襯底200可以為襯底硅、絕緣體上硅基片(SOI)或者外延硅基片；所述襯底 200還可以為形成有半導體器件層的襯底，例如，具有覆蓋電介質和金屬膜的硅襯底、部分處理的基片(包括集成電路及其他元件的一部分)、圖案化或未被圖案化的基片。所述第一介質層210可以為氧化硅、氮氧化硅，所述第一介質層210用于隔離形成在半導體基底上的電學元件并為半導體器件提供電學平臺，在本實施例內，所述第一介質層210材料為低k介質，需要說明的是，當所述第一介質層210材料為低k介質時，由于低 k介質材料容易受到含F(xiàn)等離子體的侵蝕，在現(xiàn)有刻蝕工藝中，低k介質材料的第一介質層 210直接暴露在含F(xiàn)等離子體或者表面只有較薄的阻擋層，低k介質材料的第一介質層210 容易受到損傷。所述阻擋層220材料為氧化硅，本實施例為采用硅酸四乙酯(TEOS)作為反應物生成的氧化硅，所述阻擋層220用于后續(xù)化學機械拋光形成在阻擋層220表面的膜層的拋光停止層，且所述阻擋層220還用于保護低k介質材料在刻蝕過程不被等離子體損傷。所述有機材料層230用于作為底部光刻膠層(Bottom Photo Resist)，所述有機材料層能夠避免現(xiàn)有的單一覆層光刻圖形層刻蝕精度不夠的缺陷，具體地，當采用單一覆層光刻圖形層時，由于現(xiàn)有的刻蝕精度越來越小，使得單一覆層光刻圖形層厚度也越來越薄，但在刻蝕目標層的同時，等離子體會損耗單一覆層光刻圖形層，較薄的光刻膠會在刻蝕過程中被損耗完，從而無法起到掩膜的作用，而本發(fā)明實施例采用所述有機材料層230用于作為底部光刻膠層，所述有機材料層230厚度為150nm至500nm ；并將光刻圖形層250的圖形轉移至所述有機材料層230內，從而不但克服單一覆層光刻膠圖形刻蝕精度不夠的缺陷，而且具有刻蝕后圖形轉移的位于邊緣區(qū)域的圖形粗糙度低的優(yōu)點。所述隔離層240用于提高光刻工藝的曝光工藝，且能夠阻擋刻蝕所述有機材料層 230時產(chǎn)生的氣體損傷光刻圖形層250，保證在光刻圖形層250為掩膜刻蝕所述有機材料層 230形成圖形轉移的精度。所述隔離層MO也可以為單一覆層也可以為多層堆疊結構，當隔離層MO為單一覆層時，所述隔離層240為摻雜有硅的有機材料，摻雜有硅的有機材料隔離層240能夠在刻蝕過程與刻蝕氣體反應，形成致密的膜層，從而在光刻圖形層250的圖案轉移過程中保護光刻圖形層250。在本實施例中，所述隔離層240為多層堆疊結構，包括形成在所述有機材料層 230表面的低溫氧化層241和形成在低溫氧化層241表面的底部抗反射層M2。
所述低溫氧化層241為阻擋刻蝕所述有機材料層230時產(chǎn)生的氣體損傷光刻圖形層250，保證在光刻圖形層250為掩膜刻蝕所述有機材料層230形成圖形轉移的精度；所述底部抗反射層242用于提高光刻工藝的曝光工藝。需要說明的是，采用多層堆疊結構的隔離層240提高光刻工藝的曝光工藝和阻擋刻蝕氣體損傷光刻圖形層250效果較佳。所述光刻膠層250材料為有機材料，所述光刻膠層250形成有刻蝕圖案，所述光刻膠層250用于刻蝕工藝的掩膜，需要說明的是，所述光刻膠層250厚度一般較薄，厚度為 IOOnm至400nm，所述光刻膠層250厚度與曝光的光源波長，光刻圖形層的材料及工藝尺寸有關系，本領域的技術人員可以根據(jù)實際的光刻工藝參數(shù)選擇所述光刻膠層250厚度。執(zhí)行步驟S102，請參考圖6，以所述光刻膠層250為掩膜，采用含F(xiàn)的等離子體刻蝕所述隔離層對0，直至暴露出有機材料層230。含F(xiàn)的等離子體可以是對包括CxFy的刻蝕氣體等離子化形成的，由于在本實施例中，所述隔離層240包括形成在所述有機材料層230表面的低溫氧化層241和形成在低溫氧化層241表面的底部抗反射層M2 ；相應的，以所述光刻圖形層250為掩膜，采用含F(xiàn)的等離子體刻蝕底部抗反射層M2和低溫氧化層Ml，將所述光刻膠層250的圖案轉移至底部抗反射層242和低溫氧化層Ml。需要說明的是，當所述隔離層240為單一覆層時，將所述光刻圖形層250的圖案轉移至隔離層240的同時，摻雜有硅的有機材料隔離層240能夠在刻蝕過程與刻蝕氣體反應， 形成致密的膜層。執(zhí)行步驟S103，請參考圖7，以所述光刻膠層250、刻蝕后的所述隔離層240為掩膜，對刻蝕氣體為A與CO的混合氣體或者(X)2與CO的混合氣體等離子化，采用等離子化的 O2與CO的混合氣體或者(X)2與CO的混合氣體，對所述有機材料層230進行刻蝕直至暴露出阻擋層220。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有刻蝕所述有機材料層230后，圖形轉移均一性不好，究其原因，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的刻蝕工藝在刻蝕所述有機材料層230時線寬可控性低，針對現(xiàn)有技術缺陷，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)明先采用等離子化的A與CO的混合氣體或者(X)2與CO的混合氣體不但刻蝕所述有機材料層230時線寬可控性高，且刻蝕后的有機材料層230均一性好，為了進一步改善刻蝕后的有機材料層230均一性，發(fā)明人進行一系列的創(chuàng)造性實驗，發(fā)現(xiàn)在當刻蝕氣體為CO與&的混合氣體時，O2與CO流量比為3 1 1 5，刻蝕后的有機材料層230均一性更優(yōu)，而當刻蝕氣體為CO2與CO的混合氣體時，O2與 CO流量比為5 1 1 5，刻蝕后的有機材料層230均一性更優(yōu)，并且當所述光刻圖形層 250的材料改變時，上述兩種配比的混合刻蝕氣體均一性也較好，刻蝕的光刻圖形層適應性高；進一步的，在刻蝕有機材料層時，在有機材料層的側壁形成聚合物，提高各向異性刻蝕， 在通過刻蝕轉移圖形后，在有機材料層形成的圖形形貌佳，圖形的側壁直，減少各向同性損傷，刻蝕后的有機材料層均勻性好，本發(fā)明的發(fā)明人分別采用O2與CO流量比為5 1、02與 CO流量比為3 2、O2與CO流量比為5 2、O2與CO流量比為4 1、O2與CO流量比為 1 1、O2與CO流量比為99 1進行試驗，實驗數(shù)據(jù)表明采用上述配比刻蝕后的有機材料層230均一性更優(yōu)。需要說明的是，由于刻蝕受諸多工藝參數(shù)影響，發(fā)明人無法一一實施獲得，但是， 上述兩種配比的混合刻蝕氣體的等離子化刻蝕氣體的刻蝕腔體壓力為5 IOOmT,頻率13 120MHZ時，有機材料層230均一性高且刻蝕的光刻圖形層適應性高。還需要說明的是，發(fā)明人進行一系列的對比實驗，發(fā)現(xiàn)當刻蝕氣體為CO2與CO的混合氣體時，采用O2與CO流量比為5 1 1 5的有機材料層230刻蝕結果比當刻蝕氣體為⑶與O2的混合氣體時，O2與CO流量比為3 1 1 5的刻蝕結果，均一性更優(yōu)。在本實施例中，還需要說明的是，當對所述有機材料層230進行刻蝕直至暴露出阻擋層220的同時，去除所述光刻圖形層250和所述底部抗反射層242直至暴露出低溫氧化層241。具體的，在采用采用等離子化的A與CO的混合氣體或者(X)2與CO的混合氣體對所述有機材料層230進行刻蝕時，所述刻蝕工藝同時會對所述光刻圖形層250和所述底部抗反射層242進行去除，而低溫氧化層Ml由于與所述光刻圖形層250和所述底部抗反射層242具有選擇刻蝕比，從而起到保護所述有機材料層230的作用，使得需要保護的所述有機材料層230不被刻蝕。進一步的，本發(fā)明的發(fā)明人提供采用本發(fā)明實施例對有機材料層230進行刻蝕的實驗結果，請參考圖8，發(fā)明人依次采用850sccm的02、750sccm的仏和lOOsccmCO混合氣體、450sccm的&和400sccmC0混合氣體、350sccm的仏和500sccmC0混合氣體、250sccm的 O2和600sCCmC0混合氣體以及850SCCm的CO作為刻蝕氣體，在同樣的條件下等離子體化， 對同樣厚度的有機材料層230進行刻蝕，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用&與CO的混合氣體作為刻蝕氣體在刻蝕腔體為30Mt、頻率60MHZ、功率為500W的等離子體化條件下，不同位置的有機材料層刻蝕速率比較均勻，轉移的圖案均一性高，進一步的，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，隨著A與CO的比例變化，有機材料層230的刻蝕率的均一性也相應變換，發(fā)明人可以根據(jù)實際的刻蝕條件選擇& 與CO的比例，獲得需要的刻蝕結果。因此，本發(fā)明實施例提供的等離子體刻蝕方法可調性尚ο本發(fā)明的實施例采用對刻蝕氣體為&與CO的混合氣體或者CO2與CO的混合氣體等離子化，采用等離子化的A與co的混合氣體或者ω2與co的混合氣體，對所述有機材料層進行刻蝕直至暴露出阻擋層，刻蝕后的有機材料層均勻性好，轉移圖案均一性高，且本發(fā)明實施例提供的等離子體刻蝕方法刻蝕的光刻圖形層適應性高。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種等離子體刻蝕方法，包括提供介質層，所述介質層表面形成有有機材料層，所述有機材料層表面形成有光刻圖形層；其特征在于，以所述光刻圖形層掩膜，對刻蝕氣體為化與CO的混合氣體或者(X)2與CO的混合氣體等離子化，采用等離子化的A與CO的混合氣體或者(X)2與CO的混合氣體，對所述有機材料層進行刻蝕直至暴露出所述介質層。
2.如權利要求1所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，當刻蝕氣體為CO與A的混合氣體時，O2與CO流量比為3 1 1 5。
3.如權利要求1所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，當刻蝕氣體為CO2與CO的混合氣體時，O2與CO流量比為5 1 1 5。
4.如權利要求1至3任意一項所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，等離子化刻蝕氣體的工藝參數(shù)為刻蝕腔體壓力為5 IOOmT,頻率13 120MHZ。
5.如權利要求1所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，所述有機材料層厚度為150nm 至 500nm。
6.如權利要求1所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，所述介質層包括第一介質層和位于第一介質層表面的阻擋層。
7.如權利要求1所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，光刻圖形層包括位于有機材料層表面的隔離層；位于隔離層表面的光刻膠層。
8.如權利要求1所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，所述隔離層為單一覆層或者多層堆疊結構。
9.如權利要求8所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，當所述隔離層為單一覆層時， 所述隔離層材料為摻雜有硅的有機材料。
10.如權利要求8所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，當所述隔離層為多層堆疊結構時，所述隔離層包括形成在所述有機材料層表面的低溫氧化層和形成在低溫氧化層表面的底部抗反射層。
11.如權利要求10所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，對所述有機材料層進行刻蝕直至暴露出阻擋層的同時，去除所述光刻膠層和所述底部抗反射層直至暴露出低溫氧化層。
12.如權利要求1所述的等離子體刻蝕方法，其特征在于，所述介質層材料為低k介質材料。
全文摘要
一種等離子體刻蝕方法，包括提供介質層，所述介質層表面形成有有機材料層，所述有機材料層表面形成有光刻圖形層；以所述光刻圖形層掩膜，對刻蝕氣體為O2與CO的混合氣體或者CO2與CO的混合氣體等離子化，采用等離子化的O2與CO的混合氣體或者CO2與CO的混合氣體，對所述有機材料層進行刻蝕直至暴露出所述介質層。采用本發(fā)明刻蝕后的有機材料層均勻性好，轉移圖案均一性高。
文檔編號H01L21/311GK102208333SQ20111014182
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權日2011年5月27日
發(fā)明者王兆祥 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司