[发明专利]一种改善侧壁条痕的刻蚀工艺及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及改善侧壁条痕的刻蚀工艺及其装置，特别是通过两种不同的刻蚀工艺来分别刻蚀底部抗反射层和硬掩膜层的刻蚀工艺及其装置。

背景技术

干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术。当气体以等离子体形式存在时，它具备两个特点：一方面等离子体中的这些气体化学活性比常态下时要强很多，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，就可以更快地与材料进行反应，实现刻蚀去除的目的；另一方面，还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。因此，干法刻蚀是晶圆片表面物理和化学两种过程平衡的结果。

干法刻蚀又分为三种：物理性刻蚀、化学性刻蚀、物理化学性刻蚀。其中物理性刻蚀又称为溅射刻蚀。很明显，该溅射刻蚀靠能量的轰击打出原子的过程和溅射非常相像。(想象一下，如果有一面很旧的土墙，用足球用力踢过去，可能就会有墙面的碎片从中剥离)这种极端的干法刻蚀方向性很强，可以做到各向异性刻蚀，但不能进行选择性刻蚀。

化学性刻蚀利用等离子体中的化学活性原子团与被刻蚀材料发生化学反应，从而实现刻蚀目的。由于刻蚀的核心还是化学反应(只是不涉及溶液的气体状态)，因此刻蚀的效果和湿法刻蚀有些相近，具有较好的选择性，但各向异性较差。

人们对这两种极端过程进行折中，得到目前广泛应用的一些物理化学性刻蚀技术。例如反应离子刻蚀(RIE--Reactive Ion Etching)和高密度等离子体刻蚀(HDP)。这些工艺通过活性离子对衬底的物理轰击和化学反应双重作用刻蚀，同时兼有各向异性和选择性好的优点。目前RIE已成为超大规模集成电路制造工艺中应用最广泛的主流刻蚀技术。

美国专利公开号US2004178169A1，公开了一种集成硅氧化物和其他介质材料的硬掩膜蚀刻工艺，通过对高直流偏置以及介质压力的控制来实现更好的刻蚀效果，减少侧壁条痕的产生和刻线边缘粗糙度。

图1示出现有技术中刻蚀信号层的低介电常数通孔结构的结构示意图。如图1所示，其中，1为光刻胶，2为底部抗反射层，3为硬掩膜层，4为电介质层，5为刻蚀停止层，6为金属层。Striation(侧壁条痕)or LER(line edge roughness，刻线边缘粗糙度)是通孔和沟槽刻蚀时需要注意的问题之一。当侧壁条痕比较严重时，相邻的孔或沟槽可能出现漏电的问题。影响striation(LER)的因素很多，例如：等离子体中聚合物过重，造成聚合物在光刻胶表面的不均匀沉积。另外一个原因是使用的低频功率过高，从而对光刻胶表面的物理轰击较强，从而造成光刻胶表面变得很粗糙。当上述情况出现时，这种光刻胶侧壁的粗糙条痕就会往下传。当刻蚀完成去胶后，从顶视图可以看到通孔或沟槽的形状变形，反映在侧壁上就是侧壁条痕或者刻线边缘粗糙度。对于信号层的低介电常数通孔结构和沟槽来说，底部抗反射层(BARC)和其底部的介质隔离层(TEOS或DRAC)的刻蚀工艺对侧壁条痕影响很大。如果在BARC和TEOS或DARC层刻蚀后，光刻胶的表面变得很粗糙，侧壁出现条痕，则主要蚀刻步骤之后，通孔或沟槽的侧壁条痕就会很严重。

传统的刻蚀BARC和TEOS(或DARC)的方法是以60MHz或和60MHz/2MHz的功率来刻蚀。但是我们发现即只使用60MHz来刻蚀BARC和TEOS(或DARC)，其产生的直流偏置也很高，刻蚀过程中对光刻胶的表面和侧壁构成较严重的损伤。而且用60MHz左右，等离子体的浓度较高，产生的多聚物也较重，难以控制，多聚物的不均匀沉积也造成了严重的侧壁条痕。我们发现在高压力(＞300毫托)情况下，2MHzpower产生的直流偏置很小，因而刻蚀时对光刻胶表面的物理损伤(physical bombardment)小。而且2MHz功率左右的聚合物浓度较低，产生的聚合物量更易于控制。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种改善侧壁条痕的刻蚀工艺及其装置，克服了现有技术的困难，使用本方法进行底部介质隔离层的刻蚀时，光刻胶侧面的粗糙条痕没有往下传，避免了对聚合物层的表面和侧壁形成破坏，相比现有工艺，采用本发明的刻蚀结果聚合物层的表面和侧壁没有变粗糙和出现条痕，通孔的条痕大大改善。

根据本发明的一个方面，提供一种改善侧壁条痕的刻蚀工艺，实施于表面形成了底部抗反射层和硬掩膜层的衬底，包括以下步骤：

以定义源功率的频率对底部抗反射层进行刻蚀，此时腔体压力小于50毫托；

以偏置功率的频率对硬掩膜层进行刻蚀，此时腔体压力为300毫托至700毫托；