用于基于碳的膜的自限制循环蚀刻方法技术

本公开内容的实施方案描述了一种用于基于碳的膜的循环蚀刻方法。根据一个实施方案，该方法包括：提供包含基于碳的膜的基底；将基于碳的膜暴露于氧化等离子体，从而在基于碳的膜上形成氧化层；此后，将氧化层暴露于非氧化惰性气体等离子体，从而去除氧化层并在基于碳的膜上形成碳化表面层；以及重复暴露步骤至少一次。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基于碳的膜的自限制循环蚀刻方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年11月9日提交的美国临时专利申请第62/419,844号的权益，其通过引用以其全部内容并入本文。
本公开内容一般涉及在半导体器件中使用的膜的蚀刻，并且更具体地涉及一种用于基于碳的膜的循环蚀刻方法。
技术介绍
基于碳的膜在半导体工业中广泛用作对下层进行图案化的掩模。任何层的初始图案化通常开始于在光致抗蚀剂中光刻限定图案，该光致抗蚀剂通常是烃聚合物或烃大分子。然后将该图案相继地转移到包含Si的膜及另外的烃聚合物膜或无定形氢化碳膜，这些膜最终充当用于蚀刻最终膜的掩模，该最终膜可以是绝缘体诸如SiO2或导体诸如掺杂的Si。半导体器件制造中的产率取决于整个晶片上的全局和特征尺寸范围上的局部这两者的临界尺寸(CD)的控制；临界尺寸的示例是待蚀刻的线的宽度。第一类型的CD通常被称为全局CD均匀性(CDU)，并且由如中性活性物种的不均匀分布和/或等离子体离子和电子的不均匀分布的因素引起。第二类型的CD通常取决于晶片上的图案布局的细节、特征是被嵌套还是被隔离、以及凹陷特征(即，沟槽)是宽还是窄。这些不同的均匀性的控制在常规连续和脉冲的等离子体工艺中是有问题的，原因是在蚀刻速率、轮廓控制以及均匀性方面与等离子体物种和传递到特征的能量相关联的许多权衡。通过示例的方式，来自富氧等离子体的氧等离子体自由基提供高的蚀刻速率但导致CD损失。
技术实现思路
鉴于前述内容，本公开内容的目的是提供一种用于在蚀刻的基于碳的膜中获得良好的全局和局部均匀性的方法。这些和/或其他目的可以通过本公开内容的以下方面提供。本公开内容的第一方面涉及一种用于蚀刻基于碳的膜的循环蚀刻方法，该方法包括：(i)提供包括基于碳的膜的基底；(ii)将基于碳的膜暴露于第一工艺气体，从而在基于碳的膜上形成活化层；(iii)将活化层暴露于包括等离子体的第二工艺气体，从而去除活化层并在基于碳的膜上形成碳化层，其中等离子体是非活化惰性气体；以及(iv)重复基于碳的膜暴露于第一工艺气体和第二工艺气体至少一次。在一个实施方案中，其中第一工艺气体包括通过等离子体激发由O2气体组成的工艺气体而形成的第一等离子体。在一个实施方案中，第一工艺气体包括通过等离子体激发由O2气体和惰性气体组成的工艺气体而形成的第一等离子体。在一个实施方案中，第一工艺气体包括通过等离子体激发包括O2气体和Ar气体的工艺气体而形成的第一等离子体。在一个实施方案中，第二工艺气体包括通过等离子体激发由Ar气体组成的工艺气体而形成的第二等离子体。在一个实施方案中，基于碳的膜包括烃聚合物和无定形氢化碳中至少之一。在一个实施方案中，基于碳的膜包括碳和氢，并且碳化层至少基本上没有氢。在一个实施方案中，图案化的掩模层覆盖基于碳的膜。在一个实施方案中，图案化的掩模层包括：(i)包括硅的抗反射涂层，其中，抗反射涂层在基于碳的膜上；以及(ii)在抗反射涂层上的光致抗蚀剂层。在一个实施方案中，活化层的形成和碳化层的形成是自限制过程。在一个实施方案中，基于碳的膜包括碳和氢，该方法还包括监测来自从基于碳的膜释放的副产物的光发射，以确定碳化层、活化层或碳化层和活化层两者的性质。在一个实施方案中，碳化层的性质包括碳化层的厚度。在一个实施方案中，活化层的性质包括活化层的厚度。在一个实施方案中，该方法还包括将活化层暴露于甲硅烷基化剂，从而向活化层添加硅。在一个实施方案中，甲硅烷基化剂包括六甲基二硅氮烷。在一个实施方案中，该方法还包括将碳化表面层暴露于甲硅烷基化剂，从而向碳化表面层添加硅。在一个实施方案中，甲硅烷基化剂包括六甲基二硅氮烷。在一个实施方案中，该方法还包括将基于碳的膜暴露于连续等离子体以通过非自限制过程去除基于碳的膜，其中连续等离子体通过等离子体激发包括O2气体和Ar气体的工艺气体而形成。在一个实施方案中，该方法还包括改变连续等离子体中O2和Ar气体的相对量。本公开内容的第二方面涉及一种用于蚀刻基于碳的膜的循环蚀刻方法，该方法包括：(i)提供包含基于碳的膜的基底，其中图案化的掩模层覆盖基于碳的膜；(ii)通过以下步骤蚀刻基于碳的膜中的凹陷特征：(A)将基于碳的膜暴露于第一等离子体，从而在凹陷特征中在基于碳的膜上形成活化层；(B)将活化层暴露于甲硅烷基化剂，从而向活化层添加硅；其后，(C)将活化层暴露于第二等离子体，从而去除活化层并在基于碳的膜上形成碳化表面层；以及(D)重复暴露步骤至少一次。附图说明并入本公开内容中并构成本公开内容的一部分的附图示出了本公开内容的实施方案，并且与上面给出的本公开内容的一般描述以及下面给出的详细描述一起用于解释本公开内容。图1是用于将基底暴露于第一等离子体和第二等离子体的循环蚀刻方法的实施方案的流程图。图2是包括利用二次离子质谱(SIMS)的光学发射光谱(OES)仿真(即，OES-“SIMS”)监测蚀刻副产物的循环蚀刻方法的实施方案的流程图。图3是包括在暴露于第一等离子体之后使基底暴露于甲硅烷基化剂的循环蚀刻方法的实施方案的流程图。图4是包括在暴露于第二等离子体之后将基底暴露于甲硅烷基化剂的循环蚀刻方法的实施方案的流程图。图5是基底暴露于从基底的部分中去除单层的相继的等离子体处理并暴露于甲硅烷基化剂的实施方案的图示。图6是包括在暴露于第一等离子体之前将基底暴露于连续等离子体的循环蚀刻方法的实施方案的流程图。图7是示出根据本公开内容的实施方案的一对样品试样在水平测试台等离子体反应器中的放置的照片。在图7中，标记为“中间”的试样大约在等离子体室的中心，而标记为“顶部”的试样靠近等离子体室的壁。图8A是示出用连续波等离子体蚀刻的标记为“顶部”的试样中的密线的截面SEM图像。图8B是示出用连续波等离子体蚀刻的标记为“中间”的试样中的密线的截面SEM图像。图8C是示出用连续波等离子体蚀刻的标记为“顶部”的试样中的疏线的截面SEM图像。图8D是示出用连续波图案蚀刻的标记为“中间”的试样中的疏线的截面SEM图像。图9A是示出用所公开的循环蚀刻方法循环工艺的实施方案蚀刻的标记为“顶部”的试样中的密线的截面扫描电子显微镜(SEM)图像。图9B是示出用所公开的循环蚀刻方法的实施方案蚀刻的标记为“中间”的试样中的密线的截面SEM图像。图9C是示出用所公开的循环蚀刻方法的实施方案蚀刻的标记为“顶部”的试样中的疏线的截面SEM图像。图9D是示出用所公开的循环蚀刻方法的实施方案蚀刻的标记为“中间”的试样中的疏线的截面SEM图像。图10示意性地示出了根据本公开内容的实施方案的连续等离子体蚀刻和循环蚀刻的示例性等离子体蚀刻参数。图11示意性地示出了根据本公开内容的实施方案的使用OES-“SIMS”方法的机制研究。具体实施方式下面的详细描述参照附图以说明与本公开内容一致的示例性实施方案。在详细描述中对“一个实施方案”、“实施方案”、“示例性实施方案”等的引用指示所描述的示例性实施方案可以包括特定特征、结构或特性，但是每个示例性实施方案不一定包括特定特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定是指同一实施方案。提供本文描述的示例性实施方案以用于说明目的，而不是限制性的。另外的实施方案是可能的，并且可以在本公开内容的范围内对示例性实施方案进行修改。因此，详细描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于蚀刻基于碳的膜的循环蚀刻方法，所述方法包括：提供包括所述基于碳的膜的基底；将所述基于碳的膜暴露于第一工艺气体，从而在所述基于碳的膜上形成活化层；将所述活化层暴露于包括等离子体的第二工艺气体，从而去除所述活化层并在所述基于碳的膜上形成碳化层，其中所述第二工艺气体是非活化惰性气体；以及重复所述基于碳的膜暴露于所述第一工艺气体和所述第二工艺气体至少一次。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.09 US 62/419,8441.一种用于蚀刻基于碳的膜的循环蚀刻方法，所述方法包括：提供包括所述基于碳的膜的基底；将所述基于碳的膜暴露于第一工艺气体，从而在所述基于碳的膜上形成活化层；将所述活化层暴露于包括等离子体的第二工艺气体，从而去除所述活化层并在所述基于碳的膜上形成碳化层，其中所述第二工艺气体是非活化惰性气体；以及重复所述基于碳的膜暴露于所述第一工艺气体和所述第二工艺气体至少一次。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一工艺气体包括通过等离子体激发由O2气体组成的工艺气体而形成的第一等离子体。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一工艺气体包括通过等离子体激发由O2气体和惰性气体组成的工艺气体而形成的第一等离子体。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一工艺气体包括通过等离子体激发包括O2气体和Ar气体的工艺气体而形成的第一等离子体。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二工艺气体包括通过等离子体激发由Ar气体组成的工艺气体而形成的第二等离子体。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述基于碳的膜包括烃聚合物和无定形氢化碳中的至少之一。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述基于碳的膜包括碳和氢，所述碳化层相对于所述基底的所述基于碳的膜耗尽氢。8.根据权利要求1所述的方法，其中图案化的掩模层覆盖所述基于碳的膜。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述图案化的掩模层包括：包括硅的抗反射涂层，其中所述抗反射涂层在所述基于碳的膜上；以及在所述抗反射涂层上的光致抗蚀剂层。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述活化层的形成和所述碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴顿·G·莱恩，纳西姆·艾巴吉，阿洛科·兰詹，彼得·L·G·文泽克，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP