采用聚合蚀刻气体的等离子体蚀刻工艺制造技术

一种用于在反应器中加工件上的电介质膜中蚀刻高孔径比开口的等离子体蚀刻工艺，所述反应器具有覆在所述加工件上的顶电极和支撑所述加工件的静电卡盘，该方法包括：　　　　通过在所述顶电极中气体注入孔的多个同心区域中的至少第一所选区域，注入第一聚合蚀刻工艺气体；　　　　通过围绕所述加工件边缘的泵吸环形空间从所述反应器排除气体；　　　　通过在所述反应器中形成等离子体在所述电介质膜中以源自所述蚀刻工艺气体中的蚀刻物质蚀刻所述高孔径比的开口，同时在所述加工件上沉积源于所述蚀刻工艺气体的聚合物，其中通过在如下电极其中之一上：（ａ）所述顶电极和（ｂ）在所述静电卡盘内，施加以下功率至少其中之一：（ａ）ＶＨＦ源功率，（ｂ）ＨＦ和（ｃ）ＬＦ偏压功率，从而生成所述等离子体；以及　　　　通过经由所述顶电极的所述多个同心气体注入区域的至少第二所选区域注入氧气或氮气，以减慢所述聚合物的沉积速度，并在所述蚀刻工艺期间随时间增加所述氧气或氮气的所述气体流速。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造过程中的等离子体蚀刻工艺以及装置，并尤其涉及在时间调制情况下的等离子体蚀刻工艺及其装置。
技术介绍
制造具有纳米级特征尺寸的集成电路需要在通常直径为300毫米的半导体晶圆的整个表面上非常均匀的蚀刻工艺。通常在等离子体蚀刻反应器中诸如具有超高孔径比(例如，对于300mm的晶圆，电极与晶圆间隔仅为2.5cm)的上电极的电容耦合等离子体反应器中实施该均匀蚀刻工艺。蚀刻气体包括在光刻胶或者其他不被蚀刻的薄膜表面上形成聚合物保护层的气体，诸如碳氟化合物气体或氟代烃气体。这类聚合物保护层的形成增强了蚀刻选择性。这类工艺一般典型在晶圆中心区域表现出低蚀刻速度、蚀刻终止或者锥形轮廓，而在其他区域典型在晶圆外围附近表现出高蚀刻速度或弓形轮廓。该中心低蚀刻速度、蚀刻终止或者锥形轮廓似乎由于诸多原因不可避免。第一，工艺气体从晶圆侧部或者晶圆顶部引入。从反应器腔室排出气体需要气体径向向外流过晶圆表面，使得供应晶圆中心的气体在排除之前经过晶圆外围。因此，气体的留驻时间随晶圆半径而增加，所以最小留驻时间(以及因此最小气体分解)出现在晶圆中心。由于反应器腔室的高孔径比导致该影响尤其显著。由于电极与晶圆间的间隔较小(例如，约2cm)且晶圆直径较大(例如，300mm)产生该孔径比。晶圆中心等离子体物质的低分解导致晶圆中心存在更复杂的(例如，富碳物质)碳氟化合物或者氟代烃等离子体物质，其往往导致蚀刻晶圆上的电介质材料较慢而沉积蚀刻-终止聚合物较快，从而抑制晶圆中心的蚀刻速度。另一方面，在晶圆边缘等离子体物质的高分解产生含氟量相对较高的更简单的(更加活跃)蚀刻物质(该反应物质的极端例子是自由氟)，并产生在光刻胶表面上较慢积聚的低碳含量聚合物膜。在晶圆中心，当蚀刻通过电介质薄膜的非常窄的开口时，低分解的影响最显著。在晶圆中心，聚合物积聚在引起锥形轮廓角度的窄开口的侧壁上，并最终，随着开口深度增加，在达到所需深度之前夹断开口并终止开口的进一步蚀刻，将该现象称之为蚀刻终止。当试图通过增加工艺气体流入反应器腔室的流速的权宜方法以增加蚀刻速度或者改善轮廓时，这些问题加剧。气体流速的增加并不能解决晶圆表面留驻时间径向分布不均匀的问题(以及因此整个晶圆表面上的不均匀分解)，并且甚至可能恶化该问题，从而恶化蚀刻速度或者蚀刻轮廓的不均匀性。用于改善晶圆中心蚀刻速度或蚀刻轮廓的一个方法似乎是增加晶圆中心工艺气体流速或者降低晶圆外围工艺气体流速(或者两者都用)。然而，这样的技术进一步降低了对应于外围晶圆中心的气体留驻时间(和分解)，进一步恶化了蚀刻速度或者蚀刻轮廓不均匀性。因此，看起来没有解决该问题的方案。对于该问题的另一个原因是工艺气体含量。研究发现当使用别的方式产生更好的可能工艺结果的碳氟化合物或者碳氢化合物蚀刻工艺气的特殊化合物时，诸如(例如)含有C4F6和/或CH2F2蚀刻成分的气体，我们发现体这个问题更加严重。另一个实施例可包括CHF3和/或CF4。当蚀刻如二氧化硅或氮化硅之类的介电材料或者诸如多孔有机金属-硅酸盐玻璃或者掺氮的碳化硅的低介电常数的材料时，人们已经发现利用这些工艺气体产生所需结果(除了以上所述的蚀刻终止的趋势)。看起来似乎解决中心低蚀刻速度分解或者相关的锥形轮廓或者蚀刻终止问题的唯一方法是引用其他(更不合需要的)工艺气体混合物。晶圆表面上中心低的蚀刻速度分布的另一个原因源于在特定型电容耦合蚀刻反应器。开始时，电容耦合蚀刻反应器采用在晶圆和上电极之间耦合的单一RF功率源。在该反应器中，仅能通过增加RF功率才能增加蚀刻速度(以增强生产力)。这样的增加不幸地增加了离子能量，导致对光刻胶更多的轰击破坏，从而降低蚀刻选择性。通过在腔室侧壁(替代增加RF功率)引入低频磁场改善蚀刻速度而解决该问题，在这种情况下，反应器被称为磁性增强活性离子蚀刻(MERIE)反应器。该方法成功的改善了蚀刻速度(例如，一些情形下利用在因素2)，而不破坏光刻胶或者降低蚀刻选择性。可以感觉到MERIE磁场通过增加电离而促进蚀刻速度。近来，通过施加主要(或者几乎专有地)有助于电离的VHF源功率同时独立施加主要有助于离子能量的低频(或者HF频率)偏压功率，RF源功率已经隔离了从离子能量或者光刻胶轰击破坏之间的相互影响。通过增加VHF源功率而不增加较低频的偏压功率，可以增加电离和/或者分解，而不增加对光刻胶的离子轰击破坏。然而，即使采用这类对分解和离子能量分离控制的双频方法，也可以使用MERIE磁体。该问题是MERIE磁场在最接近晶圆边缘的位置趋于具有最大的蚀刻速度-增强效果。这在整个晶圆表面上产生中心低的蚀刻速度分布，其似乎是MERIE反应器不可避免的特征。典型的，MERIE反应器还受到晶圆中心的低气体留驻时间影响(如上所述)，导致中心低的蚀刻速度分布。通过使用VHF源功率和MERIE磁体，在该反应器中达到相对高的分解，使分解的非均匀性(由于晶圆上气体留驻时间的非均匀引起)更加显著。
技术实现思路
本专利技术用于公开一种在等离子体反应器中蚀刻加工件的等离子体蚀刻工艺，该反应器具有通过多个同心气体注入区域覆在工艺区域上的顶电极。该工艺包括经由气体注入区域的不同区域注入具有不同化学物质化合物的工艺气体，以建立多个气体注入区域中化学物质的分布。该工艺气体包括促进高蚀刻速度的富含氟的聚合蚀刻气体、促进高聚合物沉积速度的富含碳的聚合蚀刻气体、延迟聚合物沉积的聚合物管理气体(例如，氧气或者氮气)和降低蚀刻轮廓锥形化的稀释用惰性气体。该方法进一步包括在多个气体注入区域中分布工艺气体，使得(a)富含氟的蚀刻工艺气体在趋于具有最低蚀刻速度的加工件区域具最高流速；(b)富含碳蚀刻工艺气体在具有最高蚀刻速度的加工件区域具最高流速；(c)聚合物管理气体在趋于具有蚀刻终止最大趋势的加工件区域最高流速；(d)稀释用惰性气体在趋于具有最大蚀刻轮廓锥形化的加工件区域具最高流速。附图说明图1A和图1B是具有实施本专利技术工艺的部件的等离子体反应器的侧视图和俯视图；图1C描述了图1A和图1B的反应器中所引用的气流分流器；图2A和图2B分别描述了在传统工艺中和在本专利技术工艺中所得到的中心和边缘蚀刻轮廓；图3和图4描述了实施本专利技术工艺的不同实施方式的图1A的反应器的不同的气体分配装置；图5A和图5B描述了在本专利技术的第一实施方式中所得到的氧化物和光刻胶蚀刻速度径向分布；图6A和图6B描述了在本专利技术的第二实施方式中所得到的氧化物和光刻胶蚀刻速度径向分布；图7是描述MERIE磁场对蚀刻速度分布影响的曲线；图8是在本专利技术的第一实施方式中气体分配图案的曲线；图9是在本专利技术的第二实施方式中气体分配图案的曲线；图10A、图10B和图10C描述了根据本专利技术的方案依照调整蚀刻工艺的相继步骤所得到的相继改善的蚀刻速度分布；图11是本专利技术的工艺的第一实施方式的方块流程图；图12是本专利技术的工艺的第二实施方式的方块流程图；图13示出了图1A的反应器的修改方案；图14是可以在图13的反应器中进行的蚀刻工艺的方块图；图15是描述根据图14的工艺的一个方案的氧气或氮气流速的时变曲线；图16、图17、图18和图19分别是描述在中心、内部和外部气体流动区域中不同物质随时间的气流速度曲线；图20是在一个实施例中在反应器腔室中不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在反应器中加工件上的电介质膜中蚀刻高孔径比开口的等离子体蚀刻工艺，所述反应器具有覆在所述加工件上的顶电极和支撑所述加工件的静电卡盘，该方法包括：通过在所述顶电极中气体注入孔的多个同心区域中的至少第一所选区域，注入第一聚合蚀刻工艺气体；通过围绕所述加工件边缘的泵吸环形空间从所述反应器排除气体；通过在所述反应器中形成等离子体在所述电介质膜中以源自所述蚀刻工艺气体中的蚀刻物质蚀刻所述高孔径比的开口，同时在所述加工件上沉积源于所述蚀刻工艺气体的聚合物，其中通过在如下电极其中之一上：（ａ）所述顶电极和（ｂ）在所述静电卡盘内，施加以下功率至少其中之一：（ａ）ＶＨＦ源功率，（ｂ）ＨＦ和（ｃ）ＬＦ偏压功率，从而生成所述等离子体；以及通过经由所述顶电极的所述多个同心气体注入区域的至少第二所选区域注入氧气或氮气，以减慢所述聚合物的沉积速度，并在所述蚀刻工艺期间随时间增加所述氧气或氮气的所述气体流速。

【技术特征摘要】
1.一种用于在反应器中加工件上的电介质膜中蚀刻高孔径比开口的等离子体蚀刻工艺，所述反应器具有覆在所述加工件上的顶电极和支撑所述加工件的静电卡盘，该方法包括通过在所述顶电极中气体注入孔的多个同心区域中的至少第一所选区域，注入第一聚合蚀刻工艺气体；通过围绕所述加工件边缘的泵吸环形空间从所述反应器排除气体；通过在所述反应器中形成等离子体在所述电介质膜中以源自所述蚀刻工艺气体中的蚀刻物质蚀刻所述高孔径比的开口，同时在所述加工件上沉积源于所述蚀刻工艺气体的聚合物，其中通过在如下电极其中之一上(a)所述顶电极和(b)在所述静电卡盘内，施加以下功率至少其中之一(a)VHF源功率，(b)HF和(c)LF偏压功率，从而生成所述等离子体；以及通过经由所述顶电极的所述多个同心气体注入区域的至少第二所选区域注入氧气或氮气，以减慢所述聚合物的沉积速度，并在所述蚀刻工艺期间随时间增加所述氧气或氮气的所述气体流速。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，主要地或者专门通过所述第二所选气体注入区域注入所述氧气或氮气；以及注入氧气或氮气的所述步骤包含以各自流速经由所述多个同心气体注入区域的各个区域注入所述氧气或氮气。3.根据权利要求2所述的工艺，其特征在于，进一步包括依照所述加工件相应同心区域如下内容的至少其中之一的分布(a)蚀刻轮廓锥形化，(b)蚀刻速度，(c)蚀刻终止，对所述流速进行分配。4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，进一步包括随时间以各个增加速度而增加所述各个流速。5.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，进一步包括依照所述分布而分配所述各个增加速度。6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，进一步包括经由所述顶电极的所述多个同心气体注入区域的至少第三所选区域注入稀释用惰性气体，所述第三区域覆在蚀刻轮廓锥形化速度比所述加工件的其它区域大的相应区域上。7.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于，进一步包括在所述蚀刻工艺期间随时间增加所述稀释用惰性气体的所述流速。8.根据权利要求6所述的工艺，其特征在于注入稀释用惰性气体的所述步骤包括经由各个所述多个同心气体注入区域以各个稀释气体流速注入所述稀释气体；所述工艺进一步包括依照所述加工件的相应同心区域中蚀刻轮廓锥形化的分布而分配所述稀释气体流速。9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，进一步包括以各个增长速度随时间增加所述稀释气体的各个所述流速。10.根据权利要求9所述的工艺，其特征在于，进一步包括依照所述加工件的所述同心区域中蚀刻轮廓锥形化的分布而分配所述稀释气体的各个增长速度。11.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述第一聚合蚀刻工艺气体具有第一碳氟比率，所述工艺进一步包括经由所述顶部电极的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡罗尔·贝拉，赵晓叶，肯尼·L·多恩，埃兹拉·罗伯特·古德，保尔·鲁卡斯·布里尔哈特，布拉诺·杰夫林，布赖恩·Y·普，丹尼尔·霍夫曼，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US