[发明专利]用于有机蚀刻的侧壁钝化的方法和装置

说明书

发明领域

本发明一般涉及半导体处理，具体涉及蚀刻有机绝缘层的方法。

发明背景

现今半导体工业不停努力致力于通过减小器件尺寸和增加器件封装密度，以提升器件的性能。就一给定的芯片大小，可通过减小各有源器件间垂直与侧向的距离以达到增加器件封装密度的目的，这样做会造成各层间电介质厚度的减少(通常是指金属间氧化物或IMO)。不幸地，减少电介质厚度增加了层间电容，而电容的增加造成集成电路高频性能的减低。

在集成电路中，像二氧化硅与氮化硅等传统的绝缘层，其介电常数“K”一般都约在3.9或更高。举例来说，二氧化硅的介电常数大约是3.9，而氮化硅的介电常数大约是9.0。当IC器件的特征尺寸缩小，期望能减小绝缘层的介电常数，以减小层间电容。

由于一些有机材料，如AlliedSignal有限公司生产的FLARE和Dow Chemical公司生产的SILK的介电常数K一般都小于2.7，有机材料可以在晶片制造时用作低介电常数有机绝缘层。然而，有机材料在传统蚀刻工艺中会出现问题。最显著者，是使用传统方法来蚀刻有机材料会造成有机绝缘层的通孔侧壁受到底切(undercut)并成弓形(bowed)。

图1A揭示了一现有技术集成电路结构10的截面图，集成电路结构10在一等离子体蚀刻前具有一有机绝缘层12。更明确地说，集成电路结构10包含一有机绝缘层12、设置于有机绝缘层12之上的二氧化硅硬掩模层14、和在二氧化硅硬掩模层14上形成的一有机抗蚀剂掩模16。图1B显示了以一适当的氧化物蚀刻工艺，通过抗蚀剂掩模16蚀刻二氧化硅硬掩模层14后的集成电路结构10。图1C显示了使用传统含氧气体蚀刻(氧化)有机绝缘层12后的集成电路结构10。以往在一等离子体室中蚀刻一有机低介电常数材料时，通常使用含氧气体如O₂，CO₂和SO₂。等离子体产生时会形成氧原子和氧离子。原子氧会与有机材料反应而生成CO，H₂O和CO₂等副产品。然而，原子氧会跟有机低介电常数材料发生自发性反应。原子氧与有机低介电常数绝缘层间发生的反应会引发各向同性蚀刻，造成有机绝缘层12的底切和弓形，如侧壁18成弓形的剖面所示。

为了消除侧壁18的底切和弓形，有时在有机蚀刻时使用如C₂H₄等的气体。图1D显示用含C₂H₄的气体蚀刻有机绝缘层12后的集成电路结构10。C₂H₄在蚀刻工艺中会在蚀刻侧壁上形成一C_xH_y聚合物。其结果是，有时候侧壁18的底切和弓形的程度要比由传统含氧气体造成的侧壁剖面的底切和弓形的程度为小。然而，此方法难于控制，且不是每一次都造成比较好的侧壁18剖面。改善的程度取决于用以控制侧壁18剖面的参数，而这样的方法较为脆弱且缺乏强韧性。

消除在有机蚀刻时侧壁18的剖面的底切和弓形的另一方法是使用高能溅射。现有技术图1E说明了在使用高能溅射蚀刻有机绝缘层12后的集成电路结构10。高能溅射造成从二氧化硅硬掩模层14的SiO₂溅射，以产生侧壁钝化。然而，高能溅射在蚀刻工艺时对硬掩模层14造成破坏20。此外，当需要深层蚀刻时，高能溅射常常不足以在通孔底部附近形成侧壁钝化涂布而又造成一受底切和弓形的侧壁18剖面。

所有上面讨论的有机蚀刻方法都不能提供一致且强韧的蚀刻工艺，以提供有机绝缘层中既无底切也不成弓形的侧壁剖面。综上所述，需要一强韧的有机蚀刻工艺，其不会对IC造成破坏，且提供更好的侧壁剖面。

发明概述

本发明提供一种使用一氧化气体和一钝化气体蚀刻有机绝缘层的工艺，从而满足前述的需求。钝化气体与氧原子或氧分子反应而形成一非挥发性钝化膜淀积在有机绝缘层中正在形成的通孔的侧壁上。钝化膜提供侧壁钝化，其实质地抑制了有机绝缘层的各向同性蚀刻。如此一来，有机绝缘层中得到的通孔侧壁剖面实质上垂直于绝缘层的平面。