專利名稱：用于蝕刻有機低k材料的特殊化學工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體的制造。更具體地，本發明涉及半導體晶片中的有機低k電介質的蝕刻。
背景技術：
集成電路利用電介質層以便使半導體結構的各種層上的各導線絕緣，該電介質層典型由二氧化硅SiO2形成。隨著半導體電路變得更快更緊湊、工作頻率不斷提高，半導體器件內的各導線之間的距離就不斷降低。這樣就導致了對于電路的耦合電容量的增加，耦合電容的增加具有使半導體器件的工作變慢的缺點。因此，利用能夠使各導線有效地絕緣而避免增加耦合電容量的電介質層是很重要的。
通常，集成電路中的耦合電容與用于形成電介質層的材料的介電常數成正比。如上所述，在常規集成電路中的電介質層傳統地由SiO2形成，其介電常數為大約4.0。隨著半導體器件中的線密度和工作頻率的增加，由SiO2形成的電介質層就不能使各導線有效地絕緣至防止耦合電容量的增加所要求的程度。
在努力減少集成電路中的耦合電容量中，半導體工業致力于研究開發具有介電常數低于SiO2的介電常數的材料，這種材料適合于在集成電路中形成為電介質層。目前，已經開發出了有時稱為“低k材料”的所期望的多種材料。這些新電介質材料的大多數是有機化合物。在說明書和權利要求書中，低k材料定義為介電常數“k”小、于3的材料。
低k材料包括，但并不特別限定為苯并環丁烯(benzocyclobutene)或BCB；由allied Signal of Morristown，NJ，a division of Honeywell，Inc，Minneapolis，MN制造的FlareTM；從Union Carbide Corporation，Danbury CT可獲取的一種或多種聚對亞苯基二甲基二聚體(parylene dimers)；聚四氟乙烯或PTFE；以及SiLK。適合于IC電介質應用的一種PTFE是從W.L.Gore &Associates，Inc，Newark，DE可獲取的SPEEDFILMTM。從DowChemicalCompany，Midland，Michigan可獲取的SiLK是無硅BCB。
在半導體晶片處理期間，利用公知的構圖和蝕刻工藝在晶片中限定出半導體器件的特征。在這些工藝中，在晶片上淀積光刻膠(PR)材料、然后通過掩模板過濾的光對光刻膠進行曝光。掩模板通常為構圖有典型特征的幾何圖形的玻璃板，該典型特征的幾何圖形阻擋光穿過掩模板傳播。
在光穿過掩模板之后，光就接觸光刻膠材料的表面。光改變光刻膠材料的化學組分，以致顯影機可以去除光刻膠材料的一部分。在正性光刻膠材料的情況下，去除曝光區；在負性光刻膠材料的情況下，去除非曝光區。此后，蝕刻晶片以去除不再受光刻膠材料保護的區域下面的材料，由此在晶片中確定出所需的特征。通常，通過氧化(例如，基于氧的氧化)或還原(例如，基于氫的還原)化學工藝就可以蝕刻低k有機聚合物。
雙頻電容耦合(DFC)電介質腐蝕系統有利于實現電介質的蝕刻。這樣的一種系統是從Lam Research Corporation，Fremont CA可獲取的LamResearch model 4520XLETM和Exelan-HPTM系統。在一個系統中，4520XLETM系統需處理非常復雜的電介質腐蝕組合(portfolio)。處理包括接觸、通孔、雙層(bilevel)接觸、無邊界接觸、氮化物和氧化物隔離物以及鈍化物。
在同一系統中，先進的蝕刻系統如4520XLETM可以進行幾種處理。通過在單一系統中進行多種不同的半導體制造步驟，就可以提高晶片的生產量。甚至期望更加先進的系統在同一設備中具有其它步驟的性能。再次舉例，但不限于，Lam Research公司的ExelanTM系統是一種能夠在單一設備中進行多種處理步驟的干法腐蝕系統。ExelanTM能夠用單一反應室原位進行硬掩模開口、無機和有機ARC蝕刻以及光刻膠剝除。這種系統的大量工藝組合包括在亞0.18微米環境下所需的摻雜的和未摻雜的氧化物以及低k電介質中的所有雙鑲嵌結構、接觸、通孔、隔離物和鈍化物的蝕刻。當然，各種各樣的半導體制造系統中可以采用在此列舉的原理，并且這些原理特別適用所有的這些替換。
在此使用的術語“原位(in situ)”指在半導體制造設備的相同部分中不用從設備中移出襯底的情況下，在給定的襯底例如硅晶片上執行的一種工藝或多種工藝。
許多集成電路制造技術在一個或多個用于在晶片上形成特征的構圖步驟之后采用光刻膠剝除步驟。因為許多光刻膠相對于低k電介質，特別是有機低k電介質，例如SiLK，具有相似的化學組分，為了在晶片內部的特征蝕刻期間確保控制好輪廓，通常在光刻膠的下面使用硬掩模。
圖1a中示出了集成有硬掩模層的晶片疊層的實例。示出了具有構圖的光刻膠層10的晶片1。在本實例中，晶片1包括其上淀積有碳化硅或氮化硅阻擋層20的一個硅襯底22。在阻擋層20上淀積的是有機低k電介質層14，例如Dow Corning SiLKTM。可以在阻擋層的下面形成未示出的金屬化結構。在有機低k層14上淀積硬掩模層，完成示例性的晶片疊層。硬掩模可以由SiO2、Si3N4或其它硬掩模材料形成。在硬掩模12之上提供前面討論的被構圖的光刻膠層10。當然，本領域普通技術人員應當理解，這種晶片疊層僅僅是實例性的。可以采用本領域普通技術人員公知的可替換的結構和薄膜以便實現可替換的集成電路設計。
現在參照圖1b，如圖1b所示，當進行蝕刻，特別是蝕刻有機低k電介質層例如SiLK時，蝕刻去除光刻膠層10，暴露出光刻膠層10下面的硬掩模12的部分。隨著蝕刻的繼續，硬掩模層的離子轟擊還蝕刻去除硬掩模層12的一部分，例如30處。一些由此蝕刻去除的硬掩模材料就會例如通過濺射再次淀積在晶片的表面上和再次淀積到反應室的表面上。在蝕刻期間，至少某些這種材料32會進一步淀積在被蝕刻的特征的底部，如圖部分“A”中的36所示。微掩模量就隨著蝕刻期間的RF功率的增加而增加。
圖1c中放大了部分“A”。參照該附圖，該附圖示出了通過例如SiLK的有機低k電介質層14蝕刻的特征，例如26。在光學顯微鏡下可以看見在36處再次淀積的硬掩模材料形成硬掩模材料的針狀體(spicule)34。這種材料的外貌引起了一種稱為“草地(grass)”的綽號，并且它就是微掩蔽SiLK、形成“草地”的濺射的硬掩模。當然，微掩蔽(micromask)的過程不僅減慢了特征的腐蝕速度，而且它還導致了特征蝕刻的不穩定和不規則，最終導致了較差的輪廓控制和產量的降低。
因此，就需要一套方法，該方法在蝕刻集成電路的特征期間削弱、優選消除草地的形成、從而在這種蝕刻期間維持CD(臨界尺寸)的控制。
更加需要一種工藝，該工藝通過提供側壁鈍化、使有機低k材料的橫向蝕刻最小化能夠在蝕刻期間提供良好的輪廓控制。
更加需要一種工藝，該工藝能夠降低蝕刻期間對光刻膠的不希望侵蝕。
更加需要一種工藝，一旦由于光刻膠的去除使硬掩模暴露于等離子體，該工藝能夠保護硬掩模。
還需要一套方法，該方法完全適合于一個寬范圍的蝕刻等離子體密度。
為了有利于進一步的晶片處理并提高總的器件質量，需要一套方法，該方法提供無殘余物的表面。
為了維持晶片的高產量，還需要一套方法，該方法能夠在用于形成晶片的制造設備中原位進行處理。
最后，非常希望利用現有的集成電路制造設備也能夠實現這些優點。
將在標題的優選實施例的說明書部分中并結合附圖更加詳細地描述本發明的這些和其它特征。

發明內容
本發明講授在蝕刻期間添加碳氟化合物添加劑以便減少無機硬掩模材料的濺射速率以及光刻膠掩模的蝕刻速率。本發明提供側壁保護，側壁保護可以提供CD控制和輪廓控制，并且即使采用高射頻功率時也可以消除殘余物的形成。
已經證實，多種適合的碳氟化合物源適合于實施本發明。這些碳氟化合物包括，但并不限于甲基氟CH3F；二氟甲烷CH2F2；和三氟甲烷CHF3。


為了更加完整地理解本發明，在以下優選實施例的詳細說明中，將附圖作為參考。在附圖中圖1a是蝕刻前提供有被構圖的光刻膠層的測試晶片的剖面圖。
圖1b現有技術中蝕刻步驟之后的測試晶片的剖面圖。
圖1c是圖1b中所示的部分晶片的放大的剖面圖。
圖2是用于蝕刻作為集成電路的一部分的有機低k電介質層的工藝的總的流程圖。
圖3a是在本發明的優選實施例中蝕刻前的提供有被構圖的光刻膠層的測試晶片的剖面圖。
圖3b是在實施本發明的第三蝕刻步雙作為最后蝕刻以形成特征之后的測試晶片的剖面圖。
在附圖的幾個圖中，參考數字表明本發明的相同或相等部分。
具體實施例方式
本發明講授一種新穎的結合碳氟化合物的化學蝕刻，用于在包括有低k電介質、特別是有機材料例如SiLK的電介質的晶片中蝕刻各種各樣的特征尺寸和形狀。在此講授的一套方法消除了在蝕刻期間由濺射的硬掩模成分形成的微掩蔽。在此講授的一套方法進一步獲得了最小的RIE滯后、通過蝕刻工藝形成的通孔和溝槽的最小的弧形、優良的蝕刻剖面、優良的抗蝕劑選擇性、優良的蝕刻速度、優良的CD控制和晶片上的優良均勻性。
為了蝕刻包括但不限于包含有機低k電介質例如SiLK層的晶片中的溝槽和通孔的各種特征，本發明利用碳氟化合物，例如甲基氟CH3F作為蝕刻期間的添加劑。本發明可以提供CH3F/H2/N2蝕刻劑氣體、或CH3F/NH3蝕刻劑氣體、或CH3F/O2/N2蝕刻劑氣體。
參照圖2，為了實施本發明的工藝100，晶片被放置在一種能夠形成蝕刻等離子體的反應容器中。這種反應容器或反應室可以是一種專用的腐蝕設備、或者可以是多用途的晶片處理系統。一種特別適合于實施本發明的設備是從Lam Research Corporation，Fremont，CA獲得的ExelanTM干法腐蝕系統。ExelanTM能夠在單一室中原位執行硬掩模開口、無機和有機ARC蝕刻以及光刻膠剝除。當然可以采用替換的設備。
在步驟102中，在室中放置晶片，預先在該晶片的上表面提供已構圖的光刻膠層，并且在步驟104觸發蝕刻等離子體。在步驟106中，將蝕刻氣體的氣流引入室中。蝕刻劑包括至少一種碳氟化合物，該碳氟化合物包含但不特別限于從甲基氟CH3F、二氟甲烷CH2F2和三氟甲烷CHF3構成的組中選擇出的那些材料。活性蝕刻劑可以包括氧、氫、氮、氨或有效地用于蝕刻特定電介質的其它蝕刻劑。
在步驟108中，一旦完成所需特征，晶片就可用于進一步的所需處理。
雖然以單一的蝕刻步驟為中心繼續對某些優選實施例進行討論，但本領域普通技術人員應當理解，本發明可以作為多步驟的蝕刻方式的一部分被執行。本發明特別期望適合所有的這些多步驟蝕刻方式，包括在此結合列舉的原理的電介質蝕刻方式。
現在參照圖3a，圖3a示出了具有構圖的光刻膠層10的一個例子的晶片1。在本實施例中，晶片1包括其上淀積有碳化硅或氮化硅阻擋層20的硅襯底22。在阻擋層20之上淀積例如Dow Chemical CompanySiLKTM的有機低k電介質層14。在阻擋層例如碳化硅或氮化硅的下面可以形成未示出的金屬化結構。在有機低k層14之上淀積SiO2的硬掩模層12，由此完成晶片疊層的實例。在硬掩模12之上提供上述構圖的光刻膠層10。當然，本領域普通技術人員應當清楚，這種晶片疊層僅僅是一個實例。可以采用本領域普通技術人員公知的替換結構和薄膜以實現可替換的集成電路的設計。
在步驟102，在反應室中放置晶片。在步驟104，觸發蝕刻等離子體。在步驟106，將包含碳氟化合物的蝕刻劑氣體流引入上述的雙頻腐蝕設備的反應室，由此由蝕刻劑氣體形成等離子體。根據一個實施例，這種蝕刻劑氣體是包含氮氣N2、氫氣H2和甲基氟CH3F的混合氣體。當然這種混合氣體是完全特殊的應用，根據本發明，可以在結合碳氟化合物的蝕刻步驟之前或之后采用可替換的具有碳氟化合物添加劑的活性蝕刻劑和稀釋氣體來進行可替換的蝕刻步驟。
根據本發明的一個實施例，進行蝕刻步驟的反應室壓力為0和500mTorr(毫乇)之間，更加優選為10和250mTorr之間，還更加優選為20和160mTorr之間，并且最好為大約130mTorr。
在從大約100W至大約2500W的功率電平下形成等離子體的較高頻率。更加優選地，較高功率電平形成為從大約250W至大約1500W。更加優選地，此功率電平設置在大約500W至大約1500W之間。較高頻率的功率最好設置為大約1000W。在本實施例中，采用27MHz的功率源來提供較高頻率的功率電平。
在從大約0W至大約2500W的功率電平下設置較低頻率的功率電平。更加優選地，較低功率電平形成為從大約0W至大約1000W。更加優選地，此功率電平設置在大約0W至大約100W之間。較低頻率的功率最好設置為大約0W。在本發明的該實施例中，采用2MHz的功率源來提供較低頻率的功率電平。
蝕刻劑氣體的混合物優選由組成蝕刻氣體的氣流構成。這些蝕刻劑氣體包含氫氣H2，大約3sccm至大約1000sccm的流量，更加優選為從大約25sccm至大約500sccm，還更加優選為從大約50sccm至大約350sccm，并且最好為大約250sccm。
這種蝕刻劑氣體還包含作為稀釋氣體的氮氣N2，從大約0sccm至大約2500sccm的流量，更加優選為從大約50sccm至大約1250sccm，還更加優選為從大約100sccm至大約1000sccm，并且最好為大約750sccm。
此蝕刻劑氣體還包含從大約0.5sccm至大約50sccm流量的甲基氟CH3F，更加優選為從大約1sccm至大約30sccm，還更加優選為從大約2sccm至大約10sccm，并且最好為大約3sccm。
在受控溫度下進行一定時間周期的蝕刻。在此討論的實施例中，在0℃和60℃之間的溫度下進行第一蝕刻。更加優選從大約5℃至大約50℃。還更加優選從大約10℃至大約40℃，并且最好為大約40℃。
為了實現前述的溫度控制，利用穿過吸盤的冷卻氣體的氣流來熱維持晶片的溫度，該吸盤有時稱為反應容器中支撐晶片的靜電吸盤(ESC)。冷卻氣體例如氦氣的這種氣流為從大約1sccm至大約100sccm的流速，更加優選為從大約2sccm至大約50sccm，還更加優選為從大約10sccm至大約40sccm并且最好為大約30sccm。進行蝕刻直到完全滿足所需的蝕刻結果。在本實施例中，如圖3b所示，進行蝕刻步驟直到蝕刻到達阻擋層20。
這樣，在蝕刻階段，當前穿過硬掩模層12和有機低k電介質層14蝕刻出了由光刻膠層10限定的例如24和26的特征。如圖3b所示，當到達阻擋層20時就完全蝕刻出特征。圖3b還示出了去除光刻膠10之后的完成的蝕刻。現在就制備了晶片的疊層，該晶片的疊層用于完成集成電路器件所需要的進一步的構圖、摻雜或淀積步驟，如步驟110。
本領域普通技術人員應當理解，上述討論的功率電平、壓力、流速和溫度僅僅是作為實例。在晶片疊層中以不同厚度淀積的不同電介質材料可以要求功率、壓力、流速和溫度以及其它工藝變量的不同組合。本發明的原理特別期望適合所有的這些組合。
一種組合構成本發明的一個可替換的實施例。根據本發明的這種實施例，在0和500mTorr之間的反應室壓力下進行蝕刻步驟，更加優選在10和250mTorr之間，還更加優選在20和160mTorr之間，并且最好在大約50mTorr。
在從大約250W至大約2500W的功率電平下形成等離子體的較高頻率。更加優選地，較高功率電平形成為從大約250W至大約1500W。還更加優選地，此功率電平設置在大約300至大約750W之間。較高頻率的功率最好設置為大約500W。
在從大約250W至大約2500W的功率電平下設置較低頻率的功率電平。更加優選地，較高功率電平形成為從大約250W至大約1500W。還更加優選地，此功率電平設置在大約300W至大約750W之間。較低頻率的功率最好設置為大約500W。
蝕刻劑氣體的混合物優選由組成蝕刻氣體的氣流構成。這些蝕刻劑氣體包含氫氣H2，大約3sccm至大約500sccm的流量，更加優選為從大約25sccm至大約500sccm，還更加優選為從大約50sccm至大約250sccm，并且最好為大約100sccm。
這種蝕刻劑氣體還包含作為稀釋氣體的氮氣N2，從大約0sccm至大約2500sccm的流量，更加優選為從大約50sccm至大約1250sccm，還更加優選為從大約100sccm至大約500sccm，并且最好為大約300sccm。
此蝕刻劑氣體還包含從大約0.5sccm至大約50sccm流量的甲基氟CH3F，更加優選為從大約1sccm至大約10sccm，還更加優選為從大約2sccm至大約7sccm，并且最好為大約5sccm。
在受控溫度下進行一定時間周期的蝕刻。在此討論的實施例中，在0℃和60℃之間的溫度下進行第一蝕刻。更加優選從大約5℃至大約50℃。還更加優選從大約10℃至大約40℃，并且最好為大約40℃。
蝕刻時間還可以從1秒至大約10分鐘的小部分內變化，這依情況而定。在本實施例中，在最好的功率設置、氣體流量和溫度下蝕刻，要大約60秒完成該蝕刻。
此外，為了實現前述的溫度控制，利用穿過吸盤的冷卻氣體的氣流來熱維持晶片的溫度。冷卻氣體例如氦氣的這種氣流為從大約1sccm至大約100sccm的流速，更加優選為從大約2sccm至大約50sccm，還更加優選為從大約10sccm至大約40sccm，并且最好為大約31.1sccm。
在本發明的另一個實施例中，在0和500mTorr之間的反應室壓力下進行蝕刻步驟，更加優選在100和300mTorr之間，還更加優選在150和250mTorr之間，并且最好在大約200mTorr。
在從大約100W至大約1500W的功率電平下形成等離子體的較高頻率。更加優選地，較高功率電平形成為從大約300W至大約1000W。還更加優選地，此功率電平設置在大約600至大約800W之間。較高頻率的功率最好設置為大約700W。
在從大約0W至大約500W的功率電平下設置較低頻率的功率電平。更加優選地，較低功率電平形成為從大約0W至大約250W。還更加優選地，此功率電平設置在大約0W至大約100W之間。較低頻率的功率最好設置為大約0W。
蝕刻劑氣體的混合物優選由組成蝕刻氣體的氣流構成。這些蝕刻劑氣體包含氨氣NH3，從大約100sccm至大約3000sccm的流量，更加優選為從大約500sccm至大約2000sccm，還更加優選為從大約750sccm至大約1500sccm，并且最好為大約1000sccm。
此蝕刻劑氣體還包含從大約0.5sccm至大約50sccm流量的甲基氟CH3F，更加優選為從大約1sccm至大約10sccm，還更加優選為從大約2sccm至大約7sccm，并且最好為大約5sccm。
在受控溫度下進行一定時間周期的蝕刻。在此討論的實施例中，在0℃和60℃之間的溫度下進行第一蝕刻。更加優選從大約5℃至大約50℃。還更加優選從大約10℃至大約40℃，并且最好為大約20℃。
在本發明的另一個實施例中，在0和300mTorr之間的反應室壓力下進行蝕刻步驟，更加優選在20和200mTorr之間，還更加優選在50和150mTorr之間，并且最好在大約90mTorr。
在從大約100W至大約1500W的功率電平下形成等離子體的較高頻率。更加優選地，較高功率電平形成為從大約300W至大約1000W。還更加優選地，此功率電平設置在大約400至大約600W之間。較高頻率的功率最好設置為大約500W。
在從大約0W至大約500W的功率電平下設置較低頻率的功率電平。更加優選地，較高功率電平形成為從大約100W至大約300W。還更加優選地，此功率電平設置在大約150W至大約250W之間。較低頻率的功率最好設置為大約200W。
蝕刻劑氣體的混合物優選由組成蝕刻氣體的氣流構成。這些蝕刻劑氣體包含氨氣NH3，從大約100sccm至大約2000sccm的流量，更加優選為從大約200sccm至大約1000sccm，還更加優選為從大約400sccm至大約600sccm，并且最好為大約500sccm。
此蝕刻劑氣體還包含從大約0.5sccm至大約70sccm流量的甲基氟CH3F，更加優選為從大約3sccm至大約30sccm，還更加優選為從大約6sccm至大約15sccm，并且最好為大約10sccm。
在受控溫度下進行一定時間周期的蝕刻。在此討論的實施例中，在0℃和60℃之間的溫度下進行第一蝕刻。更加優選從大約5℃至大約50℃。還更加優選從大約10℃至大約40℃，并且最好為大約20℃。
在本發明的另一個實施例中，在0和300mTorr(毫乇)之間的反應室壓力下進行蝕刻步驟，更加優選為50和200mTorr之間，還更加優選為100和150mTorr之間，并且最好為大約120mTorr。
在從大約100W至大約1500W的功率電平下形成等離子體的較高頻率。更加優選地，較高功率電平形成為從大約300W至大約1000W。更加優選地，此功率電平設置在大約400W至大約600W之間。較高頻率的功率最好設置為大約500W。
在從大約100W至大約1500W的功率電平下設置較低頻率的功率電平。更加優選地，較高功率電平形成為從大約300W至大約1000W。還更加優選地，此功率電平設置在大約400W至大約600W之間。較低頻率的功率最好設置為大約500W。
蝕刻劑氣體還包含作為稀釋氣體的氬氣Ar，從大約0sccm至大約800sccm的流量，更加優選為從大約200sccm至大約600sccm，還更加優選為從大約300sccm至大約500sccm，并且最好為大約400sccm。
這種蝕刻劑氣體還包含作為稀釋氣體的氮氣N2，從大約0sccm至大約300sccm的流量，更加優選為從大約50sccm至大約200sccm，還更加優選為從大約75sccm至大約150sccm，并且最好為大約100sccm。
蝕刻劑氣體的混合物優選由組成蝕刻氣體的氣流構成。這些蝕刻劑氣體包含從大約0sccm至大約100sccm流量的氧氣O2，更加優選為從大約2sccm至大約50sccm，還更加優選為從大約3sccm至大約15sccm，并且最好為大約6sccm。
蝕刻劑氣體還包含從大約0.5sccm至大約50sccm流量的甲基氟CH3F，更加優選為從大約1sccm至大約10sccm，還更加優選為從大約2sccm至大約7sccm，并且最好為大約5sccm。
在受控溫度下進行一定時間周期的蝕刻。在此討論的實施例中，在0℃和60℃之間的溫度下進行第一蝕刻。更加優選從大約5℃至大約50℃。還更加優選從大約10℃至大約40℃，并且最好為大約20℃。
在本發明的另一個實施例中，在0和400mTorr(毫乇)之間的反應室壓力下進行蝕刻步驟，更加優選為100和300mTorr之間，還更加優選為150和250mTorr之間，并且最好為大約200mTorr。
在從大約100W至大約3000W的功率電平下形成等離子體的較高頻率。更加優選地，較高功率電平形成為從大約500W至大約2000W。更加優選地，此功率電平設置在大約750W至大約1500W之間。較高頻率的功率最好設置為大約1000W。
在從大約0W至大約300W的功率電平下設置較低頻率的功率電平。更加優選地，較高功率電平形成為從大約0W至大約200W。還更加優選地，此功率電平設置為從大約0W至大約100W之間。較低頻率的功率最好設置為大約0W。
蝕刻劑氣體還包含作為稀釋氣體的氦氣He，從大約0sccm至大約3000sccm的流量，更加優選為從大約600sccm至大約2000sccm，還更加優選為從大約900sccm至大約1500sccm，并且最好為大約1200sccm。
蝕刻劑氣體的混合物優選由組成蝕刻氣體的氣流構成。這些蝕刻劑氣體包含從大約0sccm至大約100sccm流量的氧氣O2，更加優選為從大約2sccm至大約50sccm，還更加優選為從大約3sccm至大約15sccm，并且最好為大約6sccm。
蝕刻劑氣體還包含從大約0.5sccm至大約30sccm流量的甲基氟CH3F，更加優選為從大約1sccm至大約30sccm，還更加優選為從大約2sccm至大約7sccm，并且最好為大約3sccm。
在受控溫度下進行一定時間周期的蝕刻。在此討論的實施例中，在0℃和60℃之間的溫度下進行第一蝕刻。更加優選從大約5℃至大約50℃。還更加優選從大約10℃至大約40℃，并且最好為大約20℃。
工藝100提供幾種新穎的優點。這些優點中的首要是快速進行蝕刻而沒有上述討論的微掩蔽使蝕刻減慢的效應。上述討論的每個實施例的蝕刻速度在給定的具體條件下通常超過3000/min(埃/分鐘)。當然，具有不同厚度的不同材料或用不同工藝參數進行的可替換實施例操作可能產生更高或更低的蝕刻速度。
第二個優點是通過本發明的方法能夠使輪廓控制的控制程度非常的好。
在本發明的測試期間注意到的一個優點是通過結合碳氟化合物的蝕刻沒有產生顯著的弧形。在蝕刻期間，假定碳氟化合物分離成氟和碳氫化合物物質。進一步假定沒有足夠的離子轟擊，例如在通孔和溝槽的側壁上，離解的＝CH-基與SiLK反應并形成由以三維矩陣排列的(＝CH-N)＝團組成的聚合物。這樣合成的HCN聚合物與CFx聚合物一起直接從CH3F中分離，其鈍化側壁并防止剖面成弧形。這種聚合物的淀積還在硬掩模上形成，其減少了硬掩模被濺射的數量。氟與濺射的硬掩模化合物組合以形成被抽除的易揮發的化合物，由此消除或至少顯著地降低微掩蔽效應。
本發明的具體特征是它形成各種各樣尺寸的特征的新穎能力，同時具有優良的輪廓控制并具有最小化的RIE滯后、通過蝕刻工藝形成的最小的通孔孤形、優良的蝕刻剖面、優良的抗蝕劑選擇性和優良的晶片上的蝕刻均勻性。
本領域普通技術人員應當清楚，上述討論的功率電平、壓力、流速和溫度僅僅是使用的實例。在晶片疊層中以不同厚度淀積的不同電介質材料可以要求功率、壓力、流速和溫度的不同組合。本發明的原理期望特別適合于所有這些組合。
已經特別展示并描述了與某些優選實施例的特征相關的本發明。然而，本領域普通技術人員應當更加清楚，在不脫離附加的權利要求書提出的本發明的精神和范圍之內可以進行形式上并且細節上的不同變化和修改。具體地，本發明的原理特別期望在各種各樣的集成電路器件上結合這里講授的一個或多個不同特征和優點，該集成電路器件由多個不同層限定的不同晶片疊層結構形成。當然，上述討論的工藝變量能夠由本領域普通技術人員進行修改以便實現不同的集成電路器件。本發明的原理特別期望適合這些工藝的每一種替換。
權利要求
1.一種用于在集成電路晶片中蝕刻一特征的方法，該晶片包含有至少一個低k電介質層，該方法包括在一反應室中設置該晶片；將含碳氟化合物的蝕刻劑氣體的氣流引入到該反應室中；在該反應室中由該蝕刻劑氣體形成等離子體；以及在該低k電介質層的至少一部分中蝕刻該特征。
2.如權利要求1所述的方法，其中低k電介質層是有機低k電介質層。
3.如權利要求2所述的方法，其中碳氟化合物選自由CH3F、CH2F2、和CHF3組成的組。
4.如權利要求3所述的方法，其中含碳氟化合物的蝕刻劑氣體還包含選擇自由氧、氫、氮和氨組成的組中的添加劑。
5.如權利要求4所述的方法，其中有機電介質層由SiLK形成。
6.如權利要求5所述的方法，其中碳氟化合物具有一定的流速，其中碳氟化合物的流速在0.5sccm和50sccm之間。
7.如權利要求2所述的方法，其中有機電介質層由SiLK形成。
8.如權利要求7所述的方法，其中含碳氟化合物的蝕刻劑氣體包括CH3F氣體、H2氣體和N2氣體。
9.如權利要求7所述的方法，其中含碳氟化合物的蝕刻劑氣體包括CH3F氣體和NH3氣體。
10.如權利要求7所述的方法，其中含碳氟化合物的蝕刻劑氣體包括CH3F氣體、O2氣體和N2氣體。
11.如權利要求5所述的方法，其中碳氟化合物具有一定的流速，其中碳氟化合物的流速在0.5sccm和50sccm之間。
12.如權利要求2所述的方法，其中含碳氟化合物的蝕刻劑氣體包括CH3F氣體、H2氣體和N2氣體。
13.如權利要求2所述的方法，其中含碳氟化合物的蝕刻劑氣體包括CH3F氣體和NH3氣體。
14.如權利要求2所述的方法，其中含碳氟化合物的蝕刻劑氣體包括CH3F氣體、O2氣體和N2氣體。
15.一種晶片上的集成電路，其中該集成電路具有在至少一個低k電介質層中形成的一特征，其中通過一方法蝕刻該特征，該方法包括在一反應室中設置該晶片；在該反應室中觸發等離子體；將含碳氟化合物的蝕刻劑氣體的氣流引入到該反應室中；以及用有效組合的該等離子體和該蝕刻劑氣體，在該低k電介質層的至少一部分中蝕刻該特征。
16.如權利要求15所述的集成電路，其中低k電介質層是有機低k電介質層。
17.如權利要求16所述的集成電路，其中碳氟化合物選自由CH3F、CH2F2、和CHF3組成的組。
18.如權利要求17所述的集成電路，其中含碳氟化合物的蝕刻劑氣體還包含選擇自由氧、氫、氮和氨組成的組中的添加劑。
全文摘要
提供一種用于蝕刻集成電路晶片中的特征的方法，該方法使微掩蔽的效應最小化。該方法將包含碳氟化合物氣體的蝕刻劑氣體引入到晶片，利用蝕刻劑氣體以便在鄰近晶片的至少一部分處形成等離子體。利用等離子體蝕刻晶片內部特征的至少一部分。碳氟化合物分解為氟和碳氫化合物執行兩種功能。氟防止或顯著地減少在蝕刻期間濺射的掩模成分淀積在蝕刻的特征的底部上。碳氫化合物用作在特征側壁上形成鈍化層。
文檔編號H01L21/311GK1524287SQ02808162
公開日2004年8月25日 申請日期2002年1月29日 優先權日2001年2月12日
發明者H·H·朱, J·R·鮑爾斯, I·J·莫里, W·巴比, M·戈斯, H H 朱, 莫里, 鮑爾斯 申請人:蘭姆研究有限公司