本发明专利技术公开了一种混合物和用该混合物从层状基质上刻蚀介电材料的方法。特别地，在一个实施方案中提供了一种用于刻蚀层状基质中的介电材料的混合物，该混合物含有一种碳氟化合物气体和一种选自次氟酸酯、氟代过氧化物、氟代三氧化物及其组合的含氟氧化剂气体；以及任选含有一种惰性稀释气体。本发明专利技术中的混合物可以在足以形成活性物质的条件下与含有介电材料的层状基质接触，所述活性物质与该介电材料至少部分反应并除去该部分介电材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于刻蚀层状基质中的介电材料的混合物和一种从层状基质上刻蚀介电材料的方法，特别是，本专利技术涉及的混合物包含碳氟化合物和氧化剂。
技术介绍
介电材料主要是用于在例如电子设备或集成电路(IC)中形成电绝缘层。介电材料的选择性各向异性刻蚀是在集成电路(IC)、微电子机械系统(MEMS)、光电子设备和微光电机械系统(MOEMS)的制造中被广泛用来生产元件(feature)的工艺步骤。晶片上的设备元件一般是通过绘有图案的掩模来确定的。这些绘有图案的掩模通常由有机光刻胶材料构成；但“硬”掩模材料，例如氮化硅Si3N4，或其它的可以比介电材料慢的速率刻蚀的材料，也可被用作掩模材料。选择性各向异性刻蚀是通过除去至少部分介电材料而同时基本上保留绘有图案的掩模来形成元件例如触点和通孔。掩模敞口下面的要被选择性除去的介电材料包括各种形式的硅，例如晶体硅、多晶硅(polysilicon)、无定形硅和外延硅(epitaxialsilicon)；含有硅的组合物，例如二氧化硅(SiO2)；未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)；掺杂的硅酸盐玻璃，例如硼掺杂的硅酸盐玻璃(BSG)、磷掺杂的硅酸盐玻璃(PSG)和硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)；含有硅和氮的材料，例如氮化硅(Si3N4)、碳氮化硅(SiCN)和氮氧化硅(SiON)；和具有低介电常数的材料(例如具有4.2或更低的介电常数)，例如氟掺杂的硅酸盐玻璃(FSG)、有机硅酸盐玻璃(OSG)、有机氟硅酸盐玻璃(OFSG)，聚合材料例如硅杂倍半环氧乙烷(HSQ，HSiO1.5)和甲基硅杂倍半环氧乙烷(MSQ，RSiO1.5其中R为甲基)以及多孔的低介电常数的材料。对于选择性各向异性刻蚀的一些关键性的制造要求包括底层介电材料的高刻蚀速率；绘有图案掩模的零或低损失，也就是介电材料相对于掩模材料的高刻蚀选择性；保持绘有图案的掩模的临界尺寸；保持所期望的刻蚀分布，也就是高各向异性；保持整个晶片的均匀性；特征尺寸和密度上的最小偏差，也就是说无微负荷影响；相对于底层刻蚀终止层例如SiC、SiN和硅等的高选择性；和在刻蚀后的抛光(ashing)、剥膜和/或冲洗中能够容易地除去的侧壁钝化膜。前述的要求中，获得介电材料相对于掩模材料的高刻蚀选择性并保持绘有图案掩模的临界尺寸可能是最重要的，也是要达到的最具有挑战性的性能要求。由于IC几何尺寸不断缩小，更新的光刻胶要逐渐地适合用于在亚-200nm也就是193nm波长的深紫外(DUV)光刻法。与老一代的光刻胶材料相比，DUV光刻胶材料通常对等离子刻蚀的抗蚀能力较低。而且，DUV光刻胶的厚度一般只有几百纳米，并且在一些情况下因为抗蚀材料对DUV光的吸收性，其厚度低于200nm。由于介电击穿所设的限制，介电层的厚度通常不会降低至0.5-1μm之下。但是，穿透介电层的触点和通孔的最小特征尺寸可能小于0.5μm。结果，在介电材料上刻蚀的通孔必须是高各向异性的和具有高的深宽比(HAR)，深宽比被定义为通孔的深度与其最小宽度的比率。介电材料的高深宽比(HAR)刻蚀可能要求通孔/沟槽的深度要超过DUV厚度几微米或一个数量级。光刻法技术进一步向更低的波长，也就是157nm的发展和EUV光刻法的发展，就会导致在底层介电材料和光刻胶材料之间需要甚至更高的刻蚀选择性。碳氟化合物等离子体通常用于含硅介电材料例如SiO2的选择性各向异性刻蚀。用于选择性各向异性刻蚀的碳氟化合物包括CF4(四氟甲烷)、CHF3(三氟甲烷)、C4F8(八氟环丁烷)、C5F8(八氟环戊烯)和C4F6(六氟-1，3-丁二烯)。这些碳氟化合物在等离子体中离解形成活性的碳氟物质，例如CF、CF2、C2F3等。这些碳氟物质可以提供活性氟源在例如能量离子轰击的情况下刻蚀底层含硅介电材料。此外，这些碳氟物质可以形成保护光刻胶和刻蚀元件侧壁的碳氟聚合物，这里称之为聚合反应。用于选择性各向异性刻蚀应用中的基质一般含有一层或多层的介电体层，其上覆有在介电材料中提供例如触点或通孔等元件的绘有图案的光致抗蚀涂层。基于诸如位置、基质化学性质、离子流等因素，碳氟聚合物可以引发显然不同的等离子体表面化学反应。例如，碳氟聚合物可以形成保护层以防止在光刻胶表面上的等离子体内的氩离子和/或其它反应性物质的溅射损伤。相反，介电材料中存在的氧和撞击裸露的介电体表面的高能量离子可以促进挥发性物质的形成，这里称之为刻蚀反应。刻蚀反应形成的挥发性物质利用真空泵或其它方法可以容易地从反应器中除去。但是，刻蚀反应一般不会发生在通孔或沟槽的侧壁表面，因为离子轰击没有在竖向表面发生撞击。因此，碳氟聚合物可以在未暴露的介电材料例如元件侧壁上提供保护层或钝化层，而碳氟聚合物和裸露介电材料的刻蚀反应形成挥发性组分，从而除去介电材料。这样，在介电体表面，用作刻蚀反应中的反应性氟源的聚合反应的最终产物或碳氟聚合物得以充分地去除，因此不会有碳氟聚合物堆积在裸露的介电体表面从而促进刻蚀过程。为了保护裸露的光刻胶表面，期望有高度聚合的碳氟等离子体以促进碳氟聚合物的形成。但是，在裸露的介电体表面，如果刻蚀反应不能与聚合反应相竞争，碳氟薄膜可能堆积从而刻蚀过程停止。为了优化刻蚀和聚合的竞争反应，通常将分子氧(O2)加入到碳氟化合物刻蚀等离子体中。如果可以达到竞争反应的最佳平衡，介电材料的刻蚀速率可以提高。不幸的是，O2还可能与有机光刻胶材料发生化学反应，由此提高了光刻胶的刻蚀速率。这会导致不希望的基质中的介电材料相对于光刻胶材料的刻蚀选择性的降低。这些年来，用于选择性各向异性介电体刻蚀的优选碳氟气体已经从CF4和CHF3的混合物发展到C4F8，最近发展到C5F8，更近发展到C4F6。迄今为止，分子氧(O2)仍被用作氧化剂来微调(fine-tune)碳氟等离子体，以实现介电材料的高刻蚀速率和介电材料相对于光刻胶材料的高刻蚀选择性之间的平衡最优化。然而，对于最需要的深度微米特征尺寸的选择性各向异性HAR介电刻蚀来讲，IC工业正接近于O2/碳氟化合物化学的极限。现有技术对于传统上采用的用于各种刻蚀和/或清洗应用的碳氟化合物提供了一些替代物质。例如，欧洲专利申请EP0924282描述了单独使用次氟酸酯或它与惰性气体、氢气或含氢气体(例如HI、HBr、HCl、CH4、NH3、H2、C2H2和C2H6)，和/或氧气或含氧气体(即CO、NO、N2O和NO2)的混合物替代碳氟化合物气体。日本专利申请JP2000/038581A描述了单独使用双三氟甲基过氧化物或它和含有氢气或含氢气体的混合物作为刻蚀气体。日本专利申请JP2000/038675A和JP2002/184765A描述了使用双三氟甲基过氧化物、氟氧代三氟甲烷(FTM)或双(氟氧)二氟甲烷(BDM)作为清洗气体来去除来自CVD室的沉积物。尽管有这些替代物，本领域仍然需要新的可以提供介电材料的较高刻蚀速率同时使介电材料相对于光刻胶掩模具有较高的刻蚀选择性的刻蚀化学物质。这里所引用的所有参考文献合并全文作为参考。
技术实现思路
即使没有满足本领域所有的需要，本专利技术也满足了其中的一种，即通过提供一种混合物和一种包含用该混合物从层状基质上除去至少部分介电材料的方法。特别是，一方面本专利技术提供了一种用于刻蚀层状基质中的介电材料的混合物，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于刻蚀层状基质中的介电材料的混合物，该混合物含有：一种碳氟化合物；和一种选自次氟酸酯、氟代过氧化物、氟代三氧化物及其组合的含氟氧化剂。
【技术特征摘要】
US 2003-7-15 10/6199221.一种用于刻蚀层状基质中的介电材料的混合物，该混合物含有一种碳氟化合物；和一种选自次氟酸酯、氟代过氧化物、氟代三氧化物及其组合的含氟氧化剂。2.如权利要求1所述的混合物，其还含有一种惰性稀释气体。3.如权利要求2所述的混合物，其中该惰性稀释气体选自氩、氖、氙、氦、氮、氪及其组合中的至少一种。4.如权利要求2所述的混合物，其中该混合物含有0.1-99体积％的惰性稀释气体。5.如权利要求1所述的混合物，其中该碳氟化合物选自全氟化碳、氢代碳氟化合物、氧代氢代碳氟化合物、氧代碳氟化合物及其组合中的至少一种。6.如权利要求5所述的混合物，其中该碳氟化合物是至少一种选自四氟甲烷、三氟甲烷、八氟环丁烷、八氟环戊烯、六氟-1，3-丁二烯及其组合的全氟化碳。7.如权利要求6所述的混合物，其中该全氟化碳为六氟-1，3-丁二烯。8.如权利要求5所述的混合物，其中该碳氟化合物是至少一种氢代碳氟化合物。9.如权利要求9所述的混合物，其中该碳氟化合物是至少一种氧代氢代碳氟化合物。10.如权利要求5所述的混合物，其中该氧代氢代碳氟化合物选自全氟环戊烯氧化物、六氟环丁酮、六氟二氢呋喃、六氟丁二烯环氧化物、四氟环丁基二酮、全氟四氢呋喃(C4F8O)、六氟丙烯氧化物(C3F6O)、全氟甲基乙烯基醚(C3F6O)及其组合中的至少一种。11.如权利要求1所述的混合物，其中该含氟氧化剂为具有式CxHyFz(OF)nOm的次氟酸酯，其中x为0-8，y为0-17，z为0-17，n为1或2，m为0、1或2。12.如权利要求1所述的混合物，其中该含氟氧化剂为选自二氟代过氧化物、氟代三氟甲基过氧化物、双三氟甲基过氧化物、五氟乙基-三氟甲基过氧化物、双五氟乙基过氧化物、二氟代双环氧乙烷、双三氟甲基过氧化二碳酸酯、氟代甲酰基三氟甲基过氧化物、双氟代甲酰基过氧化物及其组合的氟代过氧化物。13.如权利要求1所述的混合物，其中该含氟氧化剂为选自双三氟甲基三氧化物、氟代三氟甲基三氧化物、氟代甲酰基三氟甲基三氧化物及其组合的氟代三氧化物。14.如权利要求1所述的混合物，其中该含氟氧化剂与该碳氟化合物的体积比为0.1∶1-20∶1。15.如权利要求1所述的混合物，其中该混合物含有1-99体积％...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐宾，SA莫蒂卡，RG斯维雷特，PR巴多维斯基，EJ小卡瓦基，HP小威瑟斯，RM皮尔斯泰恩，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。