製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法

2023-05-28 03:52:21

專利名稱：製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子體刻蝕方法，尤其涉及一種製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法。
背景技術：
為了增加電子裝置(例如電晶體、電容器等)的運作速度，在集成微電子電路中，該些裝置的特徵(feature)需要越來越小。該裝置的特徵的最小尺寸通常在習知中被稱為關鍵尺寸(critical dimension，⑶)。關鍵尺寸(⑶)一般包括的特徵為，例如線、行、開口、線與線之間的間距等的最小寬度。製造此特徵之一方法包括，在一掩模下方的材料層，亦即下方的層(underlying layer)的表面上，形成一圖案化掩模，例如光阻掩模(photoresist mask)，然後使用圖案化掩模作為一蝕刻掩模來蝕刻材料層。一般來說，上述圖案化掩模，是透過一微影處理被製造。將被形成的該特徵的一圖案(pattern)以光學方式轉換到光阻層。然後，光阻被曝光，而光阻未被暴露的部分則被移除，然後，剩餘的光阻則形成一圖案化掩模。隨著半導體製造技術的不斷進步，特徵尺寸不斷縮減，形成均勻的超精細結構已成為一個挑戰，尤其對於光刻技術解析度不足以達到目標尺寸時。為此，使用等離子體裁剪 (trimming)技術尤為需要。目前裁減工藝主要為一步裁剪(trimming)，此種方式尤其不足之處
1、裁減尺寸(trimmingCD )範圍太小，一般<30nm ；
2、特徵尺寸(CD)微負載效應(microloading)，即密集區(dense)和空曠區(iso)特徵尺寸(CD)差值(Bias)大;
3、裁剪(trimming)時間過長造成圖案倒塌。

發明內容
本發明公開了一種製作均勻的微細圖案等離子體刻蝕方法，用以解決現有技術中採用一步裁剪工藝造成的裁剪尺寸範圍小、密集區和空曠區特徵尺寸差值大以及裁剪時間過長造成圖案倒塌的問題。本發明的上述目的是通過以下技術方案實現的
一種製作均勻的微細圖案等離子體刻蝕方法，其中，在進行半導體裁剪工藝的過程中， 步驟A 使用第一氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；步驟B 進行硬掩模層的固化工藝，以保持圖形穩定，不會變形；步驟C 使用第二氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；步驟D 使用第三氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；所述第一氣體、所述第二氣體、所述第三氣體分別具有不同的微負載效應，以減少密集區和空曠區特徵尺寸之間的差值。如上所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其中，單獨採用所述第一氣體刻蝕後的空曠區特徵尺寸較小，單獨採用所述第二氣體或第三氣體刻蝕後的空曠區特徵尺寸較大。如上所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其中，所述第一氣體為C12、 02、He混合氣體。如上所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其中，所述第二氣體為HBr、 02、He混合氣體。如上所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其中，所述第三氣體為CF4、 CH2F2混合氣體。如上所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其中，所述步驟B中採用HBr 等離子進行固化。如上所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其中，所述步驟A中的工藝採用的上部功率:400-600ff,下部功率:0ff, C12 :25-35sccm, 02 :35-70sccm, He 7O-IOOsccm,壓力:10-20mt，工藝時間:15_25s。如上所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其中，所述步驟B中的固化工藝採用的1200-1500W，下部功率0W，HBr 120-150sccm,壓力6_10mt，工藝時間 65_75s0如上所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其中，所述步驟C中的工藝採用的上部功率:1000-1200ff,下部功率:0ff, HBr 100_150sccm，02 :30-70sccm, He 5O-IOOsccm,壓力:10-20mt，工藝時間:20_30s。如上所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其中，所述步驟D中的工藝採用的上部功率:30-600ff,下部功率:0ff, CF4 :70-100sccm, CH2F2 :15_30sccm，壓力 10-20mt，時間15-30s。如上所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其中，在步驟C之後進行第二次固化工藝，再進行步驟D。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法解決了現有技術中採用異步裁剪工藝造成的裁剪尺寸範圍小、密集區和空曠區特徵尺寸差值大以及裁剪時間過長造成圖案倒塌的問題，通過採用具有不同的微負載效應的氣體進行多次裁剪，並在裁剪的步驟中增加固化的工藝，保證了圖案的穩定性，使密集區和空曠區的特徵尺寸的差值最小化，從而實現均勻的超精細結構。


圖1是本發明製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法的流程圖纊圖9是本發明製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法的實施例一的步驟示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的說明
本發明公開了一種製作均勻的微細圖案等離子體刻蝕方法，其中，現有技術中採用的多為一步裁剪工藝，由於採用任何一種混合氣體作為等離子體源都會造成密集區和空曠區的特徵差值大，故本發明採用不同的混合氣體進行多步的裁剪，從而使得密集區和空曠區的特徵尺寸差值得到減小。
圖1是本發明製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法的流程圖，請參見圖1，本發明所採用的具體工藝流程為，在進行半導體裁剪工藝的過程中，採用步驟A201 使用第一氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；步驟B202 進行硬掩模層的固化工藝，以保持圖形穩定，不會變形，完成固化工藝後，進行後續的裁剪工藝，不會出現光刻膠倒塌的情況， 裁剪出的圖案更加精細；步驟C203 使用第二氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪； 步驟D204 使用第三氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；所述第一氣體、所述第二氣體、所述第三氣體分別具有不同的微負載效應，對於密集區和空曠區的裁剪效果也不同， 上述的三種氣體均為混合氣體，採用三種不同氣體進行裁剪，以減少密集區和空曠區特徵尺寸之間的差值。本發明中所採用的第一氣體、第二氣體、第三氣體分別具有如下特性單獨採用所述第一氣體刻蝕硬掩模層後的空曠區特徵尺寸較小，單獨採用所述第二氣體或第三氣體刻蝕硬掩模層後的空曠區特徵尺寸較大，故進行第一裁剪後產生的特徵尺寸差值通過進行第二裁剪以及第三裁剪後變小，使得密集區和空曠區之間的特徵差值。本發明中的所述第一氣體為C12、02、He混合氣體，在步驟A201中採用C12、02、He 混合氣體裁剪特徵尺寸到一定程度，其中，C12、02、He混合氣體刻蝕後的空曠區特徵尺寸較小，裁剪後的特徵尺寸減少值約25nm。。本發明中的所述步驟A201中的工藝採用的上部功率400-600W，下部功率0W， C12 :25-35sccm, 02 :35_70sccm，He :70_100sccm，壓力10_20mt，工藝時間15_25s。本發明中的所述步驟B202中採用HBr等離子進行固化，以保持圖形的穩定，不會出現圖形變形的情況。本發明中的所述步驟B202中的固化工藝採用的1200-1500W，下部功率0W，HBr 120-150sccm，壓力:6_10mt，工藝時間:65_75s。本發明的步驟C203中所採用的所述第二氣體為HBr、02、He混合氣體，其中，第二氣體以HBr與02為主，在步驟C203中採用HBr、02、He混合氣體進行進一步的裁剪，與上面提到的由C12、02、He組成的混合氣體相反，HBr, 02, He混合氣體刻蝕後的空曠區的特徵尺寸較大，這就使得完成第二次裁剪後，微負載效應得到減小，而且，裁剪後的特徵尺寸減少值由約由變為40nm，經過兩次的裁剪工藝後，可以看出，微負載效應已經減小，所裁剪出的圖形特徵尺寸更小。本發明中的所述步驟C203中的工藝採用的上部功率1000-1200W，下部功率0W， HBr :100-150sccm, 02 :30_70sccm，He :50_100sccm，壓力10_20mt，工藝時間20_30s。進一步的，假如在完成第二次的裁剪後還是會造成圖形變形的情況，那麼可以進行第二次對於圖形的固化，既在步驟C203之後先進行第二次固化工藝，再進行步驟D204， 採用兩次的固化工藝使得圖形的穩定性大大提升，完成後續的裁剪後，圖形的依然能夠良好的保持，還進一步避免了光刻膠倒塌情況的出現。本發明的步驟D204中採用的所述第三氣體為CF4、CH2F2混合氣體，在步驟D204 中採用CF4、CH2F2混合氣體進行進一步的裁剪，完成該步驟的裁剪後的特徵尺寸進一步減小，減少值約為0-15nm，經過第三次的裁剪工藝後，實現了均勻的超精細結構，減少值總計可達55nm。本發明中的所述步驟D204中的工藝採用的上部功率30-600W，下部功率0W，CF 70-100sccm, CH2F2 :15_30sccm，壓力10_20mt，時間15_30s。本發明中所提供的工藝參數僅僅作為一個優選的實施例來使用，根據不同的工藝要求和情況，對工藝參數進行調整，既對上述步驟中壓力、氣體比等參數進行改變，以優化刻蝕的效果。圖纊圖9是本發明製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法的實施例一的步驟示意圖，其中，具有多晶矽或矽層101，二氧化矽硬掩模層102，抗反射塗層103，光阻104，請參見圖2，圖2是膜結構的示意圖，從圖2中我們可以看出，半導體已經完成光刻定義圖案的工藝；請參見圖3，圖3是抗反射塗層刻103蝕完成後的示意圖；請參見圖4，圖4是第一次裁剪工藝後的示意圖；請參見圖5，圖5是第二次裁剪工藝後的示意圖；請參見圖6，圖6是二氧化矽硬掩模層102刻蝕後的示意圖；請參見圖7，圖7是有機物去除後的示意圖；請參見圖8，圖8是第三部裁剪工藝的示意圖；請參見圖9，圖9是裁剪後的圖案移至下層材料的示意圖；經過上述的圖纊圖9的八個工藝步驟，且在第一次裁剪工藝後進行固化工藝，最終使得裁剪出的圖形效果理想，並實現均勻的超精細結構。綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法解決了現有技術中採用異步裁剪工藝造成的裁剪尺寸範圍小、密集區和空曠區特徵尺寸差值大以及裁剪時間過長造成圖案倒塌的問題，通過採用具有不同的微負載效應的氣體進行多次裁剪，並在裁剪的步驟中增加固化的工藝，保證了圖案的穩定性，使密集區和空曠區的特徵尺寸的差值最小化，從而實現均勻的超精細結構。以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種製作均勻的微細圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於，在進行半導體裁剪工藝的過程中，步驟A 使用第一氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；步驟B:進行硬掩模層的固化工藝，以保持圖形穩定，不會變形；步驟C 使用第二氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；步驟D 使用第三氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；所述第一氣體、所述第二氣體、所述第三氣體分別具有不同的微負載效應，以減少密集區和空曠區特徵尺寸之間的差值。
2.根據權利要求1所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於，單獨採用所述第一氣體刻蝕後的空曠區特徵尺寸較小，單獨採用所述第二氣體或第三氣體刻蝕後的空曠區特徵尺寸較大。
3.根據權利要求1所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於，所述第一氣體為C12、02、He混合氣體。
4.根據權利要求1所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於，所述第二氣體為HBr、02、He混合氣體。
5.根據權利要求1所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於，所述第三氣體為CF4、CH2F2混合氣體。
6.根據權利要求1所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於，所述步驟B中採用HBr等離子進行固化。
7.根據權利要求3所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於， 所述步驟A中的工藝採用的上部功率400-600W，下部功率0W，C12 :25-35sccm, 02 35-70sccm, He :70_100sccm，壓力10_20mt，工藝時間15_25s。
8.根據權利要求6所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於，所述步驟B中的固化工藝採用的1200-1500W，下部功率0W，HBr 120_150sccm，壓力6_10mt， 工藝時間65-75s。
9.根據權利要求4所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於，所述步驟C中的工藝採用的上部功率1000-1200W，下部功率0W，HBr 100-150sccm, 02 30-70sccm, He :50_100sccm，壓力10_20mt，工藝時間:20_30s。
10.根據權利要求5所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於， 所述步驟D中的工藝採用的上部功率30-600W，下部功率=Off, CF4 :70-100sccm，CH2F2 15-30sccm，壓力10_20mt，時間:15_30s。
11.根據權利要求1所述的製作均勻的細微圖案等離子體刻蝕方法，其特徵在於，在步驟C之後先進行第二次固化工藝，再進行步驟D。
全文摘要
本發明公開了一種製作均勻的微細圖案等離子體刻蝕方法，其中，在進行半導體裁剪工藝的過程中，步驟A使用第一氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；步驟B進行硬掩模層的固化工藝，以保持圖形穩定，不會變形；步驟C使用第二氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；步驟D使用第三氣體作為等離子體源進行硬掩模層的裁剪；所述第一氣體、所述第二氣體、所述第三氣體分別具有不同的微負載效應，以減少密集區和空曠區特徵尺寸之間的差值。本發明通過採用具有不同的微負載效應的氣體進行多次裁剪，並在裁剪的步驟中增加固化的工藝，保證了圖案的穩定性，使密集區和空曠區的特徵尺寸的差值最小化，從而實現均勻的超精細結構。
文檔編號H01L21/3065GK102412137SQ20111013361
公開日2012年4月11日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者李全波 申請人:上海華力微電子有限公司