碳氟化合物蚀刻化学剂中使用氢气添加剂的掺碳的硅氧化物蚀刻制造技术

一些实施例包括蚀刻方法（２００和１６００），其包括提供蚀刻材料（２１０）、施加包含氢的气体混合物（２３０）、形成等离子体（２４０）和蚀刻该蚀刻材料（２５０）。蚀刻材料可以包括低ｋ电介质材料。气体混合物可以包括氢气、无氢的碳氟化合物和氮气，还包括氢碳氟化合物气体、惰性气体和／或一氧化碳气体中的一种或多种。氢气可以是双原子氢、烃、硅烷和／或无氟的氢气，包括Ｈ↓［２］、ＣＨ↓［４］、Ｃ↓［２］Ｈ↓［４］、ＮＨ↓［３］和／或Ｈ↓［２］Ｏ气。无氢的碳氟化合物可以是Ｃ↓［ｘ］Ｈ↓［ｙ］气体（其中ｘ≥１，ｙ≥１），氢碳氟化合物气体可以是Ｃ↓［ｘ］Ｈ↓［ｙ］Ｆ↓［ｚ］气体（其中ｘ≥１，ｙ≥１，ｚ≥１）。气体混合物可以无氧。实施例可以包括减小的压力、减小的氢流速以及一种或多种等离子体频率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及蚀刻掺碳的硅氧化物的方法，更具体而言，涉及在碳氟化 合物中使用H2添加剂对掺碳的硅氧化物进行蚀刻的方法。
技术介绍
在半导体或薄膜器件的制造中一个常用的步骤是蚀刻。蚀刻可以是湿 法蚀刻或者干法蚀刻，湿法蚀刻通常使用液态酸，干法蚀刻是一种更常用 的方法，其包括施加等离子体来蚀刻器件。在干法蚀刻中，非常需要使用蚀刻形成特征，例如过孔和沟槽，它们 被限定为具有尽可能竖直的侧壁和尽可能平的底部。竖直的侧壁非常有 益，因为它们允许建立更深(例如具有更高的纵横比)和更均匀的结构。 平的底部允许在器件部件之间形成更好的连接。良好界定的结构减小了产 生缺陷(例如短路或不完全的连接)的可能，并且由此，可以增加整体的 生产收益。此外，可以增加器件和部件的密度，因为可以减小特征或元件 之间需要的间隔。此外还非常需要减少完成蚀刻歩骤所需的时间，因为这可以增加生产 率。试图减少蚀刻时间的一种方法已经增加了蚀刻速率。但是，随着蚀刻 速率上升，蚀刻质量趋于下降，这以较低的器件生产收益反过来抵消了生 产的增加。质量问题包括减小的选择性、条痕、微负载、锥形轮廓、不充 分的蚀刻深度以及提前蚀刻终结。 因此，需要一种蚀刻的方法，其提供增加的蚀刻质量以及更高的蚀刻 速率，同时保持或者提高形成的蚀刻质量。
技术实现思路
在一些实施例中，本专利技术是等离子体蚀刻方法，该方法包括提供蚀刻 材料、施加包含氢的气体混合物、形成等离子体并蚀刻所述蚀刻材料。蚀刻材料可以包括低k电介质材料、ARC层和/或阻挡层，根据具体 的实施例，这些层可以在一个或多个步骤中蚀刻。实施例中低k电介质材料的介电常数低于4.0。在至少一个实施例中，电介质材料是掺杂碳的硅氧化物。在一些实施例中，气体混合物包括氢气、无氢的碳氟化合物以及氮 气。实施例具有还包括氢氟碳化合物气体、惰性气体和/或一氧化碳气体中 的一种或多种的气体混合物。氢气可以包括双原子氢、烃、硅烷和/或无氟的氢气，包括Hb、 CH4、 C2H4、 NH3、禾卩/或1120气。在一些实施例中，无 氢的碳氟化合物气体可以包括CxFy气体(其中x^l且y》l)，氮气可以 是N2气体，氢氟碳化合物气体可以包括CJIyFz气体(其中x》1， y》l且 z》l)，惰性气体可以包括He、 Ne、 Kr、 Xe禾卩/或Ar。在至少一个实施 例中，气体混合物中没有氧。在一些实施例中，在大约5mTorr至大约400mTorr的压力下施加气体 混合物，而在另一些实施例中，在大约5mTorr至大约30mTorr的压力下 施加气体混合物。根据实施例，可以以一种或多种频率形成等离子体，包 括2MHz、 13.56MHz和162MHz。在一些实施例中，可以用大约0瓦至大 约2000瓦的源功率和大约300瓦至大约3000瓦的偏压功率形成等离子实施例具有大约10sccm至大约250sccm的氢气流速(其中一些实施 例中流速减小至大约10sccm和大约75sccm之间)、大约20sccm至大约 200sccm的无氢的碳氟化合物气体流速、大约20sccm至大约200sccm的氢 氟碳化合物气体流速以及大约10sccm至大约200sccm的无氢的氟碳化合 物和氢氟碳化合物气体流速。一些实施例具有气体混合物，所述气体混合物包括含无氢的碳氟化合 物的蚀刻性气体、含氢的非蚀刻性气体、含氮的气体和惰性气体。附图说明图1A-1F是根据本专利技术至少一个实施例的蚀刻处理的侧视图。图2A-2J是根据本专利技术实施例的蚀刻方法的流程图。图3A-3C是根据本专利技术至少一个实施例的蚀刻处理的侧视图。图4A-4E是根据本专利技术至少一个实施例的蚀刻处理的侧视图。图5是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图6是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图7是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图8是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图9是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图10是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图11是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图12是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图13是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图14是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图15是根据本专利技术至少一个实施例的结构的侧视图。图16是根据本专利技术实施例的蚀刻方法的流程图。图17是根据本专利技术至少一个实施例的室的侧视图。具体实施方式本申请要求2004年5月11日提交的美国临时申请No. 60/570,524的 优先权。美国临时申请No.60/570,524是Gu等于2004年5月11日提交 的、题为CARBON-DOPED-SI OXIDE ETCH USING H2 ADDITIVE IN FLUOROCARBON ETCH CHEMISTRY，其通过引用将其整体包含在这 里。本申请还要求Gu等的题为CARBON-DOPED-SI OXIDE ETCH USING H2 ADDITIVE IN FLUOROCARBON ETCH的美国非临时申请的 优先权，通过引用将其整体包含在这里。在至少一个实施例中，本专利技术包括在结构的一个或多个材料层中蚀刻 特征的方法，同时实现一些需要的蚀刻性质和结果。在一些实施例中，申 请人的专利技术在蚀刻中使用氢气。使用氢的一些方面可以包括提供一些需要 的蚀刻轮廓、更高的选择性和/或增大的蚀刻速率，同时减小或消除各种负 面的蚀刻影响。在本专利技术的实施例中，氢的使用提供了改进或调整蚀刻轮廓和特征形 状的能力。例如，在蚀刻中氢气可以用在气体混合物中以减少或消除轮廓 的锥形，同时保持对蚀刻结构中的底部阻挡层的一定选择性，使得可以获 得更平的底表面。氢还允许更深地蚀刻，同时保持更多或者至少等量的光 刻胶或PR材料。此外，通过添加氢来减少或者消除诸如微沟槽、微负 载、条痕和/或蚀刻停止之类的问题的量和严重性，可以改进得到的蚀刻。在本专利技术的实施例中使用氢可以减少或者在一些情况下消除微沟槽。 微沟槽的负面影响可能包括空穴的产生、增大电阻、增大电容和泄漏。在 一些蚀刻中，可能在微沟槽的区域处产生空穴，因为材料沉积在围绕微沟 槽的特征中。这样的空穴将引起沉积的材料相对于具有完全填充特征的有 效面积具有减小的横截面积。由于沉积到蚀刻的特征中的导电材料(例如 铜)，横截面积的减小将引起电阻的增大。增大电阻可能引起器件性能的 下降。通过引起导电材料彼此更靠近地定位，微沟槽还可能引起层间电容的 增大。通过微沟槽(该微沟槽通过蚀刻得更深引起特征补偿空穴，以保持 需要的横截面积)或者使用材料填充微沟槽，这都可能发生，导电的沟槽 材料更靠近其它导电元件。增大的电容通过减小导电元件的信号传输速度 可能降低性能。由于微沟槽，在微沟槽的尖锐拐角处可能发生泄漏，泄漏可能引起器 件性能的降低和潜在的短路。根据实施例，使用氢还允许减少或消除微负载。氢的这些影响可以包 括与轮廓微负载和蚀刻速率微负载相关的问题。结果，在蚀刻中使用氢可 以进一步辅助实现需要的蚀刻轮廓。通过添加氢至蚀刻气体混合物来减少条痕不仅提供了改进的蚀刻质 量，而且有助于保护光刻胶免于被损坏。由于以较低的PR选择性进行蚀 刻导致PR层变得相对薄，因此易于形成条痕和针孔。通过提供穿过PR层 的开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蚀刻方法，包括：ａ）在室中提供低ｋ电介质材料；ｂ）施加气体混合物至室中，所述气体混合物包括第一气体、第二气体和第三气体，所述第一气体包括无氢的碳氟化合物，所述第二气体包括氢，所述第三气体包括氮；ｃ）用所述气体混合 物形成等离子体；以及ｄ）蚀刻所述低ｋ电介质材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-5-11 60/570,5241. 一种蚀刻方法，包括a) 在室中提供低k电介质材料；b) 施加气体混合物至室中，所述气体混合物包括第一气体、第二气 体和第三气体，所述第一气体包括无氢的碳氟化合物，所述第二气体包括 氢，所述第三气体包括氮；C)用所述气体混合物形成等离子体；以及 d)蚀刻所述低k电介质材料。2. 如权利要求1所述的方法，其中，所述低k电介质材料包括具有小于大约4.0的介电常数的电介质材料。3. 如权利要求1所述的方法，其中，所述低k电介质材料包括具有大 约3.1与大约2之间的介电常数的电介质材料。4. 如权利要求1所述的方法，其中，所述低k电介质材料包括具有大 约2.2与大约2之间的介电常数的电介质材料。5. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述低k电介质材料包括搀6. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述第一气体是蚀刻剂气 体，且所述第二气体是非蚀刻剂气体。7. 如权利要求6所述的蚀刻方法，其中，所述气体混合物中的非蚀刻 剂气体与蚀刻剂气体的气体比例在大约0.6与大约5.0之间。8. 如权利要求6所述的蚀刻方法，其中，所述气体混合物中的非蚀刻 剂气体与蚀刻剂气体的气体比例在大约1.0与大约2.5之间。9. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述第一气体的所述无氢的 碳氟化合物包括QJFy，其中x》1， y》1。10. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述第一气体的所述无氢 的碳氟化合物包括以下中的至少一种(1) CF4;(2) C2F2; (3) C2F4; (4) C3F6; (5) C4F6; (6) C4F8; (7) C5F8;或(8) C6F6。11. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述第二气体包括以下中 的至少一种(1)双原子氢；(2)烃；(3)硅垸；或(4)无氟的氢 气。12. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述第二气体包括以下中的至少一种(1) h2;(2) ch4;(3) c2h4;(4) nh3;或(5) h20。13. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述第二气体包括H2。14. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述第三气体包括N2。15. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述气体混合物还包括氢 碳氟化合物气体。16. 如权利要求15所述的蚀刻方法，其中，所述氢碳氟化合物气体还 包括CxHyFz，其中x^1， y》l， z》1。17. 如权利要求15所述的蚀刻方法，其中，所述氢碳氟化合物气体包 含以下中的至少一种(1) C2HF5;(2) CHF3;(3) CH2F2; (4) CH3F; (5) C3H2F6; (6) C3H2F4; (7) C3HF5;或(8) C3HF7。18. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，施加气体混合物包括在大 约5毫托至大约400毫托的压力下施加气体混合物。19. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，施加气体混合物包括在大 约5毫托至大约30毫托的压力下施加气体混合物。20. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，形成等离子体还包括以至 少两种偏压频率形成等离子体。21. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，形成等离子体还包括以以 下中的至少一种偏压频率形成等离子体(1)大约2MHz;或(2)大约 13.56MHz。22. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述气体混合物包括无氧 的气体混合物。23. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述气体混合物还包括惰 性气体。24. 如权利要求1所述的蚀刻方法，其中，所述气体混合物还包括一 氧化碳气体。25. —种在室中用于形成特征的等离子体蚀刻方法，所述等离子体蚀 刻方法包括a) 在室中提供具有小于大约3.7的介电常数的电介质材料；b) 向室中施加气体混合物，所述气体混合物包括含无氢的碳氟化合物的蚀刻剂气体、含氢的非蚀刻剂气体、含氮气体以及惰性气体； C)用所述气体混合物形成等离子体；以及 d)蚀刻所述电介质材料，以形成至少一部分所述特征。26. 如权利要求25所述的等离子体蚀刻方法，其中，所述介电常数在 大约3.1和大约2之间。27. 如权利要求25所述的等离子体蚀刻方法，其中，所述电介质材料 包括搀杂碳的硅氧化物。28. 如权利要求25所述的等离子体蚀刻方法，其中，所述气体混合物 中非蚀刻剂气体与蚀刻剂气体的气体比例在大约0.6与大约2.7之间。29. 如权利要求25所述的等离子体蚀刻方法，其中，所述气体混合物 还包括含氢碳氟化合物的蚀刻剂气体。30. 如权利要求29所述的等离子体蚀刻方法，其中，所述气体混合物 中非蚀刻剂气体与蚀刻剂气体的气体比例在大约0.55与大约2.1之间。31. 如权利要求29所述的等离子体蚀刻方法，其中，所述气体混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：古彬西，格拉多戴戈迪诺，叶雁，迈克明余陈，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]