專利名稱：具有均勻性控制的蝕刻的制作方法
技術領域：
本發明涉及基于半導體的器件的制造。更具體地說，本發明涉及用于制造具有蝕刻層的基于半導體的器件的改進技術。
背景技術：
在半導體晶片加工期間，半導體器件的特征使用熟知的圖案形成和蝕刻工藝定義在晶片中。在這些工藝中，光刻膠(PR)材料沉積在晶片上，然后暴露在被分劃板過濾的光中。分劃板通常是玻璃板，被形成圖案具有阻礙光傳播通過分劃板的示范特征幾何圖形。
光通過分劃板后，接觸光刻膠材料的表面。光改變光刻膠材料的化學成分，以使顯影劑可以除去一部分光刻膠材料。在正性光刻膠材料的情況下，暴露區域被除去，而在負性光刻膠材料的情況下，未暴露區域被除去。此后，晶片被蝕刻，以從不再被光刻膠材料保護的地方除去下面的材料，并因此在晶片中定義期望的特征。
已知有好幾代的光刻膠。193nm光刻膠和157nm光刻膠及更近代的光刻膠期望提供了更小的器件尺寸和增大的器件密度。193nm和157nm光刻膠可以更柔軟，且可以是聚合物材料。
發明內容
為了實現前述和其他目的，并根據本發明的意圖，提供了一種在晶片上形成半導體器件的方法。蝕刻層形成在晶片上面。光刻膠掩模形成在蝕刻層上面。僅環繞晶片外邊緣的光刻膠掩模被除去，以暴露環繞晶片外邊緣的蝕刻層。包括含碳和氫物種的沉積氣體被提供。從沉積氣體形成等離子體。聚合物層被沉積在環繞晶片外邊緣的暴露蝕刻層上，其中聚合物由從沉積氣體形成的等離子體形成。蝕刻層蝕刻通過光刻膠掩模，同時消耗沉積在環繞晶片外邊緣的暴露蝕刻層上的光刻膠掩模和聚合物。
本發明的這些和其它特征將連同附圖及下面本發明的詳細說明書更詳細描述。
本發明在附圖的圖示中通過例子而不是通過限制說明，其中同樣的附圖標記指類似元件，并且其中圖1是本發明實施例中所用的工藝的流程圖。
圖2A-D是根據圖1的工藝加工的晶片的示意性側視圖。
圖3是可用于本發明實施例的加工室的示意性視圖。
圖4A-B是可用作控制器的計算機系統的示意性視圖。
圖5是除去環繞晶片外邊緣的光刻膠掩模以暴露蝕刻層的晶片的頂視圖。
具體實施例方式
現將根據在附圖中圖示的幾個優選實施例，對本發明進行詳細描述。在下列描述中，為了提供對本發明的全面理解，闡述了大量的具體細節。然而，對于本領域技術人員，顯然本發明可以在沒有一些或所有這些具體細節的情況下實踐。在其它情況下，眾所周知的工藝步驟和/或結構未詳細描述，以避免不必要地模糊本發明。
為了易于理解，圖1是本發明實施例中所用的工藝的高級流程圖。蝕刻層形成在晶片上面(步驟104)。圖2A是在晶片204外邊緣206處的晶片204的橫截面視圖。蝕刻層208形成在晶片204上面(步驟104)。蝕刻層可以是導電層或介電層。光刻膠掩模212形成在蝕刻層(208)上面(步驟108)。在此實施例中，在光刻膠掩模212形成之前，抗反射涂層(ARC)210例如BARC放置在蝕刻層208上面，以使ARC 214在蝕刻層208和光刻膠掩模212之間。其它層可以布置在蝕刻層208和光刻膠掩模212之間。
如圖2B所示，環繞晶片外邊緣的光刻膠掩模被除去(步驟112)以暴露環繞晶片外邊緣的蝕刻層。在此例中，為了暴露環繞晶片外邊緣的蝕刻層，環繞晶片外邊緣的蝕刻層216上面的所有有機材料被除去，以使有機BARC 210也被除去了。圖5是環繞晶片外邊緣除去光刻膠掩模212以暴露蝕刻層208的晶片204的頂視圖。通常，2-3mm的有機材料諸如光刻膠和BARC從環繞晶片外邊緣被除去，以消除微粒源防止剝落。
在優選實施例中，晶片204被放置在蝕刻室中(步驟114)。圖3是等離子體加工室300的示意性視圖，其可用于此例中可使用的沉積層、蝕刻和剝離。等離子體加工室300包括密封圈302、上部電極304、下部電極308、氣體源310和排氣泵320。在等離子體加工室300內，晶片204被置于下部電極308上。下部電極308結合合適的襯底夾持機構(例如靜電的、機械的夾鉗等等)，用于固定晶片204。反應器頂部328結合上部電極304直接相對下部電極308布置。上部電極304、下部電極308和密封圈302定義密封等離子體容積。氣體通過氣體源310供給到密封等離子體容積，并通過排氣泵320經密封圈302和排氣口從密封等離子體容積排出。第一RF源344電連接到上部電極304。第二RF源348電連接到下部電極308。室壁352包圍密封圈302、上部電極304和下部電極308。第一RF源344和第二RF源348都可包括27MHz電源和2MHz電源。將RF電源連接到電極的不同組合是可能的。在由加利福尼亞弗里蒙特的LAMResearch CorporationTM制造的2300FlexTM或Exelan HPT或2300TMExelan的情況下，其可用于本發明優選實施例，27MHz和2MHz兩種電源組成連接到下部電極的第二RF電源348，并且上部電極接地。控制器335可控制地連接到RF源344、348、排氣泵320和氣體源310。
圖4A和4B示出計算機系統800，其適合于實現用于本發明實施例的控制器335。圖4A示出計算機系統的一種可能的物理形式。當然，計算機系統可以有許多物理形式，范圍從集成電路、印刷電路板和小型手持設備到巨型超級計算機。計算機系統800包括監視器802、顯示器804、機殼806、盤驅動器808、鍵盤810和鼠標812。盤814是用于傳送數據到計算機系統800和從計算機系統800傳送數據的計算機可讀介質。
圖4B是計算機系統800的框圖例子。附到系統總線820的是廣泛種類的子系統。處理器822(也指中心處理單元或CPU)耦合到存儲設備，存儲設備包括存儲器824。存儲器824包括隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。在本領域眾所周知，ROM擔當單向地向CPU傳送數據和指令，且RAM典型地用于以雙向方式傳送數據和指令。兩種這些類型的存儲器都可包括任何合適的下述計算機可讀介質。固定盤826也雙向耦合到CPU 822；它提供額外的數據存儲能力，并也可以包括任何下述計算機可讀介質。固定盤826可用于存儲程序、數據等等，并典型地是比主存儲器慢的輔助存儲介質(例如硬盤)。要理解，在適當的情況下，保留在固定盤826內的信息以標準方式并入存儲器824，作為虛擬存儲器。可移動盤814可采取任何下述計算機可讀介質的形式。
CPU 822也耦合到各種輸入/輸出設備，例如顯示器804、鍵盤810、鼠標812和揚聲器830。通常，輸入/輸出設備可以是下列任何設備視頻顯示器、跟蹤球、鼠標、鍵盤、麥克風、觸敏式顯示器、換能器讀卡器、磁或紙帶讀取器、輸入板、指示筆、語音或手寫識別器、生物讀取器、或其它計算機。CPU 822可選地通過網絡接口840耦合到另一計算機或通信網絡。用這種網絡接口，預期CPU在執行上述方法步驟過程中可從網絡接收信息，或可輸出信息到網絡。此外，本發明的方法實施例可以在CPU 822上單獨執行，或可通過網絡，例如因特網，與共享部分處理的遠程CPU一起來執行。
另外，本發明實施例還涉及具有計算機可讀介質的計算機存儲產品，計算機可讀介質其上有用于執行各種計算機實現的操作的計算機代碼。介質和計算機代碼可以是那些為本發明目的特別設計和構造的介質和計算機代碼，或它們可以是計算機軟件領域那些技術人員熟知的和可用的種類。計算機可讀介質的例子包括但不限于閃存卡、磁介質，例如硬盤、軟盤和磁帶；可選介質，例如CD-ROM和全息設備；磁光介質，例如光磁軟盤；以及特別配置成存儲和執行程序代碼的硬件設備，例如專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)和ROM及RAM器件。計算機代碼的例子包括例如由編譯器產生的機器碼，以及由計算機用解釋器執行的包含更高級代碼的文件。計算機可讀介質也可以是通過計算機數據信號傳送的計算機代碼，該計算機數據信號包含在載波內，并表示可由處理器執行的指令系列。
沉積氣體提供到蝕刻室內(步驟116)。沉積氣體包括允許形成聚合物的一種或多種(至少一種)物種。這要求包含碳和氫的物種。另外，期望沉積氣體具有含氟物種。
從沉積氣體形成等離子體(步驟120)。來自RF電源的電用于激勵沉積氣體以形成等離子體。聚合物層被沉積在環繞晶片外邊緣的暴露蝕刻層上，其中聚合物由從沉積氣體形成的等離子體形成(步驟124)。圖2C是聚合物220被沉積在環繞晶片216外邊緣的暴露蝕刻層上之后部分晶片204的橫截面視圖。雖然沉積的聚合物220僅顯示為被沉積在晶片216外邊緣的蝕刻上，但是一些沉積工藝可在整個晶片表面上沉積聚合物。期望有盡可能多的控制，以最佳地限制聚合物沉積到晶片216的外邊緣。
蝕刻介電層(步驟128)。圖2D是在介電層208內蝕刻了特征224后晶片204的橫截面視圖。
不希望被理論束縛，相信在晶片外邊緣的暴露介電層上面存在的聚合物提供了晶片上的更均勻蝕刻，具有蝕刻深度均勻性和剖面變化均勻性。相信，沒有沉積層，蝕刻層就直接暴露于等離子體，這使得在蝕刻工藝期間蝕刻離子和基物種的消耗比晶片其它區域的消耗更大，因而導致更接近晶片邊緣的蝕刻速率比更靠近晶片中間的蝕刻速率更慢。另外，由于缺少聚合物源用于從晶片外邊緣處暴露區域提供的側保護，接近晶片邊緣的特征剖面趨于彎曲。在晶片外邊緣的暴露蝕刻層上提供保護性聚合物層，保護外邊緣的蝕刻層減少蝕刻離子和基物種的消耗，并提供外邊緣的聚合物源，以提供更均勻的蝕刻和減少彎曲。
已發現，提供具有碳、氫和氟物種的沉積氣體形成了氫氟碳聚合物。發現，此類聚合物提供了最好的結果。
優選的是，在蝕刻層上相對于光刻膠掩模有選擇地沉積該沉積層。更優選的是，在晶片外邊緣上暴露的蝕刻層上有選擇地沉積該沉積層。
示例在本發明的一個例子中，SiC，然后是SiCOH，再然后是TEOS的蝕刻層被沉積在硅晶片上(步驟104)。如有機材料的抗蝕劑ARC層形成在蝕刻層上面。光刻膠掩模形成在蝕刻層上面的ARC層上(步驟108)。此例中，使用由優選的248nm的光刻膠例如KrF構成的光刻膠掩模。其它實施例中，可使用其它光刻膠材料，例如i-line，和193nm及更短波長的光刻膠，如ArF。距晶片邊緣3mm內的光刻膠被除去。使用濕剝離抗蝕顯影劑的濕剝離法用于除去環繞晶片邊緣的光刻膠(步驟112)。晶片放置在蝕刻室內(步驟114)，此例中是雙頻蝕刻反應器。
在蝕刻室內，350sccm Ar、3.5sccm O2和50sccm CH3F的沉積氣體被提供到蝕刻室內(步驟116)，其中室壓維持在60mTorr。從沉積氣體形成等離子體(步驟120)。此例中，RF源在27MHz時提供800瓦，并在2MHz時提供200瓦。另外，下部電極的溫度是20℃，并且夾盤內氦背側的壓力保持在20Torr。聚合物層被沉積在環繞晶片外邊緣的暴露蝕刻層上，其中聚合物由從沉積氣體形成的等離子體形成(步驟124)。此例中，聚合物是氫氟碳聚合物。另外，此例中，聚合物被沉積在整個晶片表面，包括環繞晶片外邊緣的暴露蝕刻層。此例中，沉積被提供了8秒。
蝕刻層然后蝕刻通過光刻膠掩模(步驟128)。此例中，蝕刻方法首先提供主蝕刻。主蝕刻中壓力是70mTorr。在27MHz時提供1400瓦。在2MHz時提供1500瓦。提供500sccm Ar、250sccm N2、8sccmC4F8、5sccm CH2F2和5sccm O2的蝕刻氣流，其轉換為主蝕刻的等離子體。然后提供過蝕刻(over etch)。用于過蝕刻的壓力是70mTorr。在27MHz時提供1400瓦。在2MHz時提供1800瓦。提供500sccm Ar、150sccm N2、7sccm C4F8、5sccm CH2F2和100sccm CO的蝕刻氣流，其轉換為過蝕刻的等離子體。
上述使用8秒沉積的本發明蝕刻和55秒主蝕刻與使用相同蝕刻工藝的67秒主蝕刻的控制蝕刻進行比較。本發明蝕刻提供的特征是在晶片中心具有659的蝕刻深度和在晶片邊緣具有663的蝕刻深度，以及距晶片邊緣3mm處672的深度。控制蝕刻提供的特征是在晶片中心具有608的蝕刻深度和在晶片邊緣具有580的蝕刻深度，以及距晶片邊緣3mm處555的深度。應注意到，本發明蝕刻提供了比控制蝕刻大12％左右的蝕刻特征，即使控制蝕刻蝕刻了更長時段也如此。另外，應注意到，本發明蝕刻的中心處與距邊緣3mm處之間的蝕刻深度差異比控制蝕刻的小。另外，比較控制蝕刻和本發明蝕刻發現，本發明蝕刻減少了距晶片邊緣3mm的特征的彎曲。
優選氧氣與含碳和氫物種氣體的流量比在0∶100和1∶1之間。因此，在一些實施例中，在沉積氣體內不存在氧氣，以使在沉積期間不存在氧氣。更優選的是，氧氣與含碳和氫物種氣體的流量比在0∶100和1∶2之間。最優選的是，氧氣與含碳和氫物種氣體的流量比在0∶100和1∶10之間。
低碳氫比的沉積氣體能容易獲得聚合物。例如，使用CHF3可獲得1∶1的比率，而使用CH2F2可獲得1∶2的比率，且使用CH3F可獲得1∶3的比率。
其它實施例可使用193nm或小光刻膠材料。
優選由較高頻源供給的電在50瓦和3000瓦之間。更優選由較高頻源供給的電在100瓦和2000瓦之間。最優選由較高頻源供給的電在500瓦和1000瓦之間。
雖然本發明根據若干優選實施例進行了描述，但改變、置換和各種等價替換都在本發明范圍之內。應注意到，有許多備選方式實現本發明的方法和裝置。因此，意味著以下所附權利要求被解釋為包括落在本發明的真實精神和范圍內的所有這種改變、置換、修改和各種等價替換。
權利要求
1.一種在晶片上形成半導體器件的方法，包括在晶片上面形成蝕刻層；在所述蝕刻層上面形成光刻膠掩模；除去僅環繞所述晶片外邊緣的所述光刻膠掩模，以暴露環繞所述晶片所述外邊緣的所述蝕刻層；提供包括含碳和氫物種的沉積氣體；從所述沉積氣體形成等離子體；在環繞所述晶片所述外邊緣的所述暴露蝕刻層上沉積聚合物層，其中所述聚合物由來自所述沉積氣體的所述等離子體形成；及蝕刻所述蝕刻層通過所述光刻膠掩模，同時消耗沉積在環繞所述晶片所述外邊緣的所述暴露蝕刻層上的所述光刻膠掩模和所述聚合物。
2.如權利要求1所述的方法，還包括在除去環繞所述晶片所述外邊緣的所述光刻膠掩模后將所述晶片放在蝕刻室中，其中所述提供所述沉積氣體、從所述沉積氣體形成等離子體、沉積聚合物層以及蝕刻所述蝕刻層都就地發生在所述蝕刻室內，并且其中所述暴露蝕刻層上的所述沉積聚合物層增加了所述晶片上的蝕刻均勻性。
3.如權利要求1-2中任一項所述的方法，其中所述沉積氣體還包括含氟物種，以使所述聚合物層是氫氟碳聚合物。
4.如權利要求1-3中任一項所述的方法，其中除去僅環繞所述晶片所述外邊緣的所述光刻膠掩模包括使用濕剝離除去僅環繞所述晶片所述外邊緣的所述光刻膠掩模。
5.如權利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述除去環繞所述晶片所述外邊緣的所述光刻膠掩模還包括除去環繞所述晶片所述外邊緣的僅2-3mm的所述光刻膠。
6.如權利要求1-5中任一項所述的方法，其中所述沉積氣體的碳與氫比率的范圍從1∶1到1∶3。
7.如權利要求1-6中任一項所述的方法，其中所述沉積氣體還包括氧氣。
8.如權利要求3-7中任一項所述的方法，其中所述含碳、氫和氟物種是氫氟碳化合物。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述氫氟碳化合物是CHF3、CH2F2和CH3F中至少之一。
10.如權利要求1-9中任一項所述的方法，其中所述蝕刻層包括硅。
11.如權利要求1-10中任一項所述的方法，其中所述蝕刻層包括氧化硅、SiC和SiCOH中至少之一。
12.如權利要求1-11中任一項所述的方法，其中所述沉積氣體還包括Ar、N2和C4F8。
全文摘要
提供了一種在晶片上形成半導體器件的方法。蝕刻層形成在晶片上面。光刻膠掩模形成在蝕刻層上面。僅環繞晶片外邊緣的光刻膠掩模被除去，以暴露環繞晶片外邊緣的蝕刻層。包括含碳和氫物種的沉積氣體被提供。從沉積氣體形成等離子體。聚合物層被沉積在環繞晶片外邊緣的暴露蝕刻層上，其中聚合物由從沉積氣體形成的等離子體形成。蝕刻層蝕刻通過光刻膠掩模，同時消耗沉積在環繞晶片外邊緣的暴露蝕刻層上的光刻膠掩模和聚合物。
文檔編號H01L21/027GK101057320SQ200580038231
公開日2007年10月17日 申請日期2005年8月17日 優先權日2004年9月3日
發明者S·卡瓦古基, K·塔克施塔 申請人:蘭姆研究有限公司