一种有机物层刻蚀方法技术

一种有机物层如底层光刻胶材料层的刻蚀方法，所述刻蚀方法包括：将待刻蚀基片放入等离子反应腔，所述基片上包括刻蚀目标有机物材料层；通入反应气体到等离子反应腔；向反应气体施加射频电能点燃等离子体，对所述基片进行刻蚀；其中所述反应气体包括主刻蚀气体，稀释气体和侧壁保护气体，其中主刻蚀气体分子为O2，稀释气体选自Ar、N2、CO之一或者所述几种气体的混合物，侧壁保护气体为COS，稀释气体流量大于所述主刻蚀气体流量，侧壁保护气体流量小于主刻蚀气体流量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种有机物层的等离子刻蚀方法，特别涉及一种在低临界尺寸(critical dimension CD)要求下的有机物层的刻蚀方法。
技术介绍
在半导体器件制造领域内，利用等离子来进行加工的各种反应腔普遍存在。随着加工精度越来越高，临界尺寸(critical dimension)越来越小,现在业界的临界尺寸已经达到了 45nm以下，如22nm的CPU已经面世。而现有的通过光学方法对光刻胶进行照射来获得加工图形的方法最小临界尺寸仅能达到45nm左右，要获得更高精度的光刻机，以获得低尺寸图形要付出巨大代价，不具有经济价值。为了在现有光刻技术条件下获得更小临界尺寸的加工能力，现有技术广泛采用了临界尺寸缩小技术，即在较大掩膜的基础上通过刻蚀形成具有梯形剖面的孔洞或沟槽，最终获得具有较小临界尺寸的掩膜。采用这一技术的关键是获得可以精确控制刻蚀结果的方法，使得刻蚀过程中图形尺寸能够均匀的缩小，且不会变形造成最终图形转 换失真。采用这样的临界尺寸缩小技术可以应用到多种材料层的刻蚀，如绝缘材料层，通常是含硅的无机物如APL、Si02，SiN等。这些材料层相对比较坚硬比较容易控制刻蚀形成的沟道形状。但是为了减少加工步骤直接获得高精度的图形化掩膜，现在也有在传统光刻胶下方添加一层较厚有机物材料层，通过刻蚀直接形成低临界尺寸掩膜的方法。在这样的材料层上刻蚀难度就要大的多，因为这些材料层与光刻胶类似，是较软的有机物材料层，所以也叫底层光刻胶(bottom photo resist BPR)。在刻蚀中这些材料层的侧壁很容易被破坏形成缺口造成图形失真。现有刻蚀方法往往采用HBr/02，C0/02, N2/H2等刻蚀气体来对这些BPR层进行刻蚀，但是用这些气体以及配套的刻蚀工艺很难获得精确的刻蚀图形。所以业界需要一种能够对这种有机物材料层进行精确刻蚀以形成低临界尺寸图形的刻蚀方法。
技术实现思路
本专利技术的
技术实现思路
只提供一个对本专利技术部分方面和特点的基本理解，其不是对本专利技术的广泛的概述，也不是用来特别指出本专利技术关键的要素或者勾画专利技术的范围。其唯一的目的是简化地呈现本专利技术的一些概念，为后续详细的描述本专利技术作一些铺垫。本专利技术揭露了，所述刻蚀方法包括:将待刻蚀基片放入等离子反应腔，所述基片上包括刻蚀目标有机物材料层；通入反应气体到等离子反应腔；向反应气体施加射频电能点燃等离子体，对所述基片进行刻蚀；其中所述反应气体包括主刻蚀气体，稀释气体和侧壁保护气体，其中主刻蚀气体分子为02，稀释气体选自Ar、N2、CO之一或者这三者的混合物，侧壁保护气体为C0S,稀释气体流量大于所述主刻蚀气体流量,侧壁保护气体流量小于主刻蚀气体流量。其中所述刻蚀目标材料层包括一层有机物掩膜材料层，以及位于该有机物掩膜材料层上方图形化的无机材料层，所述图形化无机材料层具有第一临界尺寸。其中所述图形化无机材料层的图形通过位于其上方的具有第一临界尺寸图形的光刻胶为掩膜刻蚀获得。所述有机物掩膜材料层通过刻蚀在材料层底部形成具有第二临界尺寸的图形，其中第二临界尺寸小于第一临界尺寸。并且以具有第二临界尺寸图形的所述有机物掩膜材料层为掩膜刻蚀下方的第二无机材料层。其中所述反应腔中通入反应气体中稀释气体与主刻蚀气体02的流量比可以为5:1 10: 1，也可以是5:1 8:1。其中所述反应腔中通入反应气体中稀释气体的流量与侧壁保护气体COS的流量比可以在20: I 至Ij 6:1 之间。根据本专利技术一个实施例，其中所述有机物掩膜材料层厚度大于lOOnm。所述射频电能施加为100-1000W的射频电能，刻蚀时间持续大于30秒。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:如下附图构成了本说明书的一部分，和说明书一起列举了不同的实施例，以解释和阐明本专利技术的宗旨。以下附图并没有描绘出具体实施例的所有技术特征，也没有描绘出部件的实际大小和真实比例。图1显示了本专利技术一个等离子反应腔图示。图2显示了根据本专利技术一个实施例的刻蚀材料层结构示意3显示了本专利技术一个实施例通过光刻形成图形化掩膜层后的材料层结构示意4显示了本专利技术一个实施例的通过掩膜层刻蚀有机物材料层后的材料层刻蚀结构示意图。图5显示了利用本专利技术实施例 刻蚀方法刻蚀有机物材料层后材料层的截面图。具体实施例方式本专利技术实施例提供一种对施加到等离子处理腔的射频功率进行控制的系统和方法，以实现最小化反射功率并有效地将射频功率施加到等离子中。各种实施例都在不需要修改验证过的工艺菜单的情况下实现自动调节射频功率。这一自动调节可以用调节频率匹配的和射频匹配网络参数的方式来实现。图1显示了一个本专利技术刻蚀进行的等离子反应腔I。该反应腔I包括基座33，基座上连接有射频电源。其中基座33也作为下电极连接有低频的射频功率，在等离子点燃后通过调节该低频射频电源的功率来调节等离子的能量大小。基座33上包括基片固定装置34，该基片固定装置可以是静电夹盘或者机械夹盘等装置。待加工基片30固定在基片固定装置34上方。基片外围还包括一个边缘环36，以实现对基片边缘位置温度，电场分布等的控制，还能保护下方器件不被反应腔中点燃的等离子腐蚀。反应腔顶部与基座相对的位置还包括一气体扩散装置40，该气体扩散装置可以是常用的气体喷淋头也可以是其它气体喷头。除了图1中所示的电容耦合型(CCP)等离子反应腔，本专利技术刻蚀方法也可以用于电感耦合型(ICP)等离子反应腔。与电容耦合型相比主要的区别是:ICP是通过围绕反应腔的线圈将射频功率穿透反应空间外围的绝缘材料窗进入反应空间实现对反应气体的电离。其它能够对反应气体电离的反应腔结构都能用于本专利技术的刻蚀方法，由于与本专利技术方法主要特征点影响不大，所以在此不再赘述。图2显示了本专利技术一个实施例的刻蚀材料层结构示意图。其中本专利技术刻蚀目标层20通常是绝缘材料层，如Si02，1w-K材料等，在刻蚀目标层上分别覆盖有厚度较大底层光亥丨J胶层13 (BPR)，中间掩膜层如TEOS材料层12，以及最上方的光刻胶层10 (PR)和光刻胶紧邻下方的防反射层11 (BARC)。在加工开始时首先通过传统方法利用光刻技术获得放大后的目标图形。并形成孔洞或沟槽，在利用这一图形刻蚀下方的防反射层11和中间掩膜层12，形成第一图形如图3所示的100。最后利用该中间掩膜层为掩膜将图形100刻蚀转换到下方的有机物材料层13中去。BPR材料层13的厚度选择根据临界尺寸缩小的需要来定。通常比传统的光刻胶层要厚很多，可以达到IOOnm以上，如150nm，甚至200nm。底层光刻胶层(BPR)虽然也叫光刻胶层但是其材料并不完全与上方的光刻胶层10相同，比如底层光刻胶层(BPR)不需要添加光敏材料。两者都叫光刻胶仅说明所用材料类似，都是比较柔软的有机物材料并不代表两者相同。在利用中间掩膜层刻蚀有机物材料层13时，如图3所示，在有机物材料层中形成梯形的剖面结构最终形成需要的临界尺寸的图形101。本专利技术第一实施例在利用中间掩膜层12刻蚀有机物材料层13时向反应腔内通入反应气体。该反应气体包括主要刻蚀气体如02用于被射频电场作用解离出氧离子或氧的自由基与有机物层反应，氧化后形成气体被抽走。为了保护侧壁还要提供侧壁钝化气体，如COS。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机物层刻蚀方法，所述刻蚀方法包括：将待刻蚀基片放入等离子反应腔，所述基片上包括刻蚀目标有机物材料层；通入反应气体到等离子反应腔；向反应气体施加射频电能点燃等离子体，对所述基片进行刻蚀；其中所述反应气体包括主刻蚀气体，稀释气体和侧壁保护气体，其中主刻蚀气体分子为O2，稀释气体选自Ar、N2、CO之一或者所述几种气体的混合物，侧壁保护气体为COS，稀释气体流量大于所述主刻蚀气体流量，侧壁保护气体流量小于主刻蚀气体流量。

【技术特征摘要】
1.一种有机物层刻蚀方法，所述刻蚀方法包括: 将待刻蚀基片放入等离子反应腔，所述基片上包括刻蚀目标有机物材料层； 通入反应气体到等离子反应腔； 向反应气体施加射频电能点燃等离子体，对所述基片进行刻蚀； 其中所述反应气体包括主刻蚀气体，稀释气体和侧壁保护气体，其中主刻蚀气体分子为02，稀释气体选自Ar、N2、C0之一或者所述几种气体的混合物，侧壁保护气体为C0S，稀释气体流量大于所述主刻蚀气体流量，侧壁保护气体流量小于主刻蚀气体流量。2.根据权利要求1所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于其中所述刻蚀目标材料层包括一层有机物掩膜材料层，以及位于该有机物掩膜材料层上方图形化的无机材料层，所述图形化无机材料层具有第一临界尺寸。3.根据权利要求2所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于其中所述图形化无机材料层的图形通过位于其上方的具有第一临界尺寸图形的光刻胶为掩膜刻蚀获得。4.根据权利要求2所述的一种有机物层刻蚀方法，其特征在于其中所述有机物掩膜材料层通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·佩尔斯，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：