提供改良的双层光刻胶图案的方法
专利名称：提供改良的双层光刻胶图案的方法
背景技术：
1.发明领域本发明涉及一种提供改良的双层光刻胶构图的方法。
2.相关领域的描述在本行业中，总是希望获得较高的电路密度。一种获得较高电路密度的方法是在光刻胶区域提供改良的电路图案分辨率。关于这方面的技术是使用双层光刻胶方法。双层光刻胶方法在由Allen等人于1999年11月16日公布的题目为“使用双层光刻胶的工艺”的美国专利5,985,524、以及由Sachev等人于1995年3月21日公布的题目为“使用包含感光的聚倍半硅氧烷的双层抗蚀合成物构成亚半微米光刻图案的方法”的美国专利5,399,462、以及由Lee等人于2001年10月18日公布的题目为“用于双层光刻胶的部分交联聚合物”的美国专利申请公告2001/0031420A1、以及由Wheeler等人2001年6月21日公布的题目为“为利用高衰减辐射的光刻法准备的高熔点双层抗蚀材料”的美国专利申请公告2001/0004510A1中被描述，为全面讨论使用氧反应性离子蚀刻法(RIE)蚀刻底层的双层光刻胶方法，上述所有专利均通过引用而结合。
为便于理解，
图1是一个双层光刻胶加工过程的流程图。首先，可在衬底上构成一个底层(步骤104)。图2A显示了一个由晶片204构成的衬底和一个将被蚀刻的层208。底层212可在将被蚀刻的层208上构成。将被蚀刻的层208可以是部分的晶片204或者是在晶片204和将被蚀刻的层208之间存在的一个或多个层。衬底可以是将被蚀刻的层208或晶片204或者是两者。
一个光刻胶上部图像层可在底层上构成(步骤108)。图2B显示了在底层212上形成的一个光刻胶上部图像层216。上部图像层216可被在带图案的辐射下曝光(步骤112)。接着，在上部图像层上进行图案显影(步骤116)。图2C示出孔218，所述孔218是在上部图像层216上作为被图案化的辐射的结果形成的。利用氧反应离子蚀刻可将图像从上部图像层216移至底层212(步骤120)。图2D示出了一个作为氧反应离子蚀刻结果的已被蚀刻进底层212的沟道220。氧RIE通过氧化进行蚀刻，从而提供了一种氧化干法蚀刻。
如图所示，在图像转移期间，上部图像层216的某些部分已被蚀刻掉。为了在氧反应离子蚀刻期间增加底层212对上部图像层216的蚀刻选择率，硅被添加到上部图像层216。即使是将硅添加到上部图像层216，选择率可能也不会如期望的那样高，这可能需要使上部图像层216比期望的要厚或底层208比所期望的要薄。另外，氧反应离子蚀刻可造成上部图像层216的小刻面222，这样可以使孔扩大，增加了临界尺寸(CD)。另外，氧反应离子蚀刻可造成上部图像层216的底割(undercut)，这样也增加了临界尺寸。作为小刻面和侵蚀的结果，将被蚀刻的层208上表面的孔的临界尺寸可大于用虚线226表示的初始沟道尺寸。为了确保底层完全被蚀刻，底层通常被过度蚀刻。氧RIE可提供过渡蚀刻期间大部分的CD扩大，同时最少的扩大发生在蚀刻的开始。另外，上部图像层216上硅的添加和侵蚀可促使硅蚀刻剩余物230在将被蚀刻的层208表面形成，这可造成后来的微遮罩现象(micromasking)。还可于底层212的蚀刻期间在底层212表面构成硅，这可造成底层的微遮罩现象。
通过蚀刻，图像从底层212被移至衬底(步骤124)。图2E示出在孔234被蚀刻后将被蚀刻的层208。在蚀刻期间，上部图像层完全被蚀刻掉，这样在蚀刻期间底层担当了图案掩模的角色。孔234的临界尺寸大于由虚线226表示的初始沟道的尺寸。另外，在孔的底部，微遮罩现象构成了凸起238。
要求能提供更好的临界尺寸控制并减少微遮罩现象。
发明内容
为了实现前述的内容并依照本发明的用途，提供了在一层中蚀刻出特征的方法。在所述的层上构成聚合物材料底层。在该底层上形成上部图像层。将该上部图像层在被图案化的辐射下曝光。在上部图像层上形成图案。利用还原干法蚀刻，该图案从上部图像层转移至底层。所述的层被蚀刻而透过底层，此时上部图像层被完全除去，并且在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，将图案从底层移至所述的层。
在本发明的另一实施例中，提供了一种在一层中蚀刻出特征的方法。在所述的层上形成聚合物材料底层。在该底层上形成上部图像层。将该上部图像层在被图案化的辐射下曝光。在上部图像层上形成图案。上部图像层被硬化。图案从上部图像层移至底层。所述的层被透过底层蚀刻，这时上部图像层被完全除去，并且在蚀刻所述的层时底层被当作图案掩模使用，从而将图案从底层移至所述的层。
在本发明的另一实施例中，提供了一个用于在衬底上的一个层中蚀刻出特征的装置。提供了一个处理室，衬底被放置到所述的处理室内。提供了一个气体源，所述的气体源能够向处理室提供不同的气态化学物质。提供了一个电离功率源，用于使气态化学物质生成等离子体。控制器与气体源和电离功率源之间的连接是可控的，其中，控制器包含计算机可读介质，计算机可读介质中包含用以提供还原气体的计算机指令、用以激发还原气体以此产生用来蚀刻底层的等离子体的计算机指令、用以终止蚀刻底层的计算机指令、用以提供层蚀刻剂的计算机指令以及用以激发层蚀刻剂以此产生用来蚀刻该层的等离子体的计算机指令。
下面，在本发明的具体实施方案中，参照附图对本发明的上述的和其它的特征作详细描述。
附图简介以下，通过举例方式而非限定方式对本发明进行说明，附图中相同的附图标记代表相同的部分，其中图1是一个现有技术中使用的双层光刻胶加工过程的流程图。
图2A-E是在图1所示的工序过程中一个衬底的剖面图。
图3是在本发明双层光刻胶加工过程的流程图。
图4A-F是一个衬底如图3所示的工序过程中的剖面图。
图5是一个可用于本发明优选实施例的处理室的示意图。
图6是硬化步骤的详细流程图。
图7是还原反应离子蚀刻的详细流程图。
图8A和8B说明一个适于实现控制器的计算机系统。
图9是已按本发明的一例被蚀刻的底层剖面图的显微照片。
优选实施例的详细说明现在，通过参照附图描述的本发明的一些优选实施例对本发明进行详细描述。在下面的说明中，为了提供对本发明的彻底理解，提出了许多特定细节。然而，本领域的技术人员显然明白不具备这些特定细节的某一些或全部，本发明也可实现。在其它的示例中，为了避免对本发明造成不必要的混淆，公知的处理步骤和/或结构未作详细描述。
图3是本发明双层光刻胶加工过程的一个流程图。首先，在衬底上形成一个底层(步骤304)。图4A示出一个由晶片404和将被蚀刻的层408构成的衬底。底层412在将被刻蚀的层408上构成。将被蚀刻的层408可以是部分的晶片404或者是在晶片404和将被蚀刻的层408之间存在的一个或多个层。衬底可以是将被蚀刻的层408或晶片404或者是两者。底层412的厚度最好是介于0.2至2微米之间。更为理想的是，底层412的厚度约为1微米。
光刻胶上部图像层在底层上形成(步骤408)。图4B示出一个在底层412上形成的光刻胶上部图像层416。上部图像层416可以由I-line、深紫外光(DUV)或193纳米或更低级的抗蚀材料构成。光刻胶上部图像层416的厚度最好介于0.1和0.3微米之间。甲基丙烯酸(2-甲基-2-金刚烷基)酯和甲基丙烯酸甲羟戊酸内酯的共聚物(poly(MAdMA-co-MLMA))是以聚甲基丙烯酸甲酯PMMA为基础的一类光刻胶材料的一例，该类材料在与适当的光酸产生剂结合时可被用作以化学方法扩大的193纳米的正光刻胶。
底层412由聚合物材料制成。聚合物材料最好是光刻胶材料或BARC(底部抗反射涂层)材料。如果底层是光刻胶材料，则底层412最好是由与上部图像层416不同的光刻胶材料形成。例如，上部图像层416可以是深UV材料而底层412可以是I-line材料。在本例中，使用的是DUV辐射，因此材料的不同可使上部图像层416被刻画而不改变底层。底层也应当是一种允许选择性蚀刻的材料，这样在对层408进行蚀刻时，可将底层412当作掩模使用。
最好，与底层412相比，上部图像层416含有较高浓度的硅，以增加后续的蚀刻选择率。更为理想的是，上部图像层416含硅，而底层412完全不含硅，从而增加选择率，以蚀刻底层412的而将底层412当作掩模使用。底层412和上部图像层416可为旋涂层或喷涂层。
上部图像层416在被图案化的辐射下曝光(步骤312)。接着，在上部图像层上形成图案(步骤316)。图4C示出作为图案化辐射的结果而在上部图像层416形成的孔418。
接下来，被图案化的上部图像层416被硬化(步骤320)。图6是硬化步骤的一个更详细的流程图。衬底被放进处理室(步骤604)。
图5是一个可在本发明优选实施例中使用的处理室500的示意图。在该实施例中，等离子体处理室500包括约束环502、上部电极504、下部电极508、气体源510和排气泵520。气体源510包括第一气体源512、第二气体源514和第三气体源516。也可添加其它的气体源。在等离子体处理室500内，衬底晶片580设于下部电极508之上，而底层和上部图像层被淀积在衬底晶片580上。下部电极508结合了适当的、用于固定衬底晶片580的衬底夹紧机构(例如，静电的、机械的夹紧或其它类似的机构)。反应器顶528结合了上部电极504，上部电极504直接设于下部电极508的对面。上部电极504、下部电极508和约束环502界定被约束的等离子体体积540。通过气体源510并经由气体入口543，气体被提供给等离子体体积并通过排气泵520经由约束环502和一个排气口将气体从等离子体体积中排出。排气泵520构成等离子体处理室的气体出口。一个RF(射频)源548与下部电极508电连接，而上部电极504接地。室壁552限定了等离子体的外围，在该外围内设有约束环502、上部电极504和下部电极508。RF源548可包括一个27兆赫兹的功率源和2兆赫兹的功率源。将RF功率连接至电极存在各种可能的接合方式。
处理室500可以是由美国加利福尼亚Fremont的Lam ResearchCorporationTM制造的一个2300 ExelanTM电介质蚀刻系统。控制器535可控地连接到RF源548和排气泵520，第一控制阀537连至第一气体源512、第二控制阀539连至第二气体源514、第三控制阀541连至第三气体源516。可将一个喷淋头连接到气体入口543。气体入口543可以是用于各气体源的单个入口或者是用于各气体源的不同入口或者是用于各气体源的多个入口或者是其它可能的组合。
含氧的硬化气体被送进处理室500(步骤608)。可使用第一气体源512来提供硬化气体或硬化气体的氧气成分。从硬化气体产生等离子体(步骤612)。一般，在很小的偏压下通过激发硬化气体以生成等离子体来实施这一步骤。一般，通过提供来自低频功率源的较低功率或者零功率，使偏压保持得较低。可通过提供少于500瓦的功率至低频功率源来实现这一点。更为理想的是，通过向低频功率源提供零功率实现这一点。足够的功率被提供给高频功率源，以生成和维持等离子体。
上部图像层416被在含氧等离子体下曝光，以使上部图像层硬化(步骤616)。因为含氧离子的等离子体的偏压能量很小，氧离子与上部图像层416上的硅结合以构成二氧化硅，二氧化硅具有更强的蚀刻抗蚀性。因为底层优选为不含硅，在底层412上氧离子未形成二氧化硅。一例氧等离子体可用20-200sccm(标准状况下每分钟立方厘米)O2构成二氧化硅。另外，气体还包含0-1,000sccm氩气和0-1,000sccm氮气，这些可用作稀释剂。等离子体可在10-500mTorr(毫托)的压力、在大约-20℃至60℃的温度范围、100-1,000瓦的高频RF功率下生成。最好提供一个小于500瓦的低频RF功率来提供引起溅射的不足偏压。更为理想的是，低频RF功率大约为0瓦。
通过提供一个大于20sccm的氧气流量并提供一个大于4％的氧气流量占气体总流量的比率，硬化气体足以使上部图像层416硬化。更为理想的是，氧气流量占气体总流量的比率大于8％。
硬化过程的持续时间被保持得足够短，这样，在硬化处理期间，以使得只有不足25％的底层412厚度被蚀刻。最好将硬化工序过程中对底层412的蚀刻减至最小，因为如上面所讨论的，蚀刻期间提供的氧气造成了弯曲和CD扩大。因为扩大多数发生在一个过度蚀刻的结束部分，不足25％的底层蚀刻将弯曲和CD扩大减至最小。
接着，用还原反应离子蚀刻(步骤324)使图像从上部图像层416移至底层412，以将蚀刻进行至底层剩余的大于75％的部分。这一步骤可在与前一步骤相同的处理室内发生或者在一个不同的处理室内发生。在与前一步骤相同的处理室内提供这一步骤可省却转移时间而增加通过速度。图7是还原反应离子蚀刻的详细流程图。还原气体被送给处理室(步骤704)。还原气体是一种造成化学还原而非氧化的气体。还原气体例如是一种含有氮气和氢气成分的气体，例如一种N2和H2气体或一种NH3气体。还原气体可包括额外的添加剂。可添加一种惰性稀释剂(如氩)。可添加一种烃有助于形成侧壁，以有助于形成更笔直的壁，从而进一步减少临界尺寸的扩大。还可添加一种氢氟烃，以提供少量的氟去掉剩余的硅，从而减少微遮罩现象并且提供额外的烃以减少由太多的氟引起的扩大。为了提供还原而不是氧化，还原气体最好不包含任何明显的氧气量。还原气体不含氧则更为理想。一种还原气体的示例包括50-1,000sccm的N2、50-1,000sccm的H2、0-100sccm的烃(CxHy)、0-20sccm的CHxFy(最好是CH3F)以及氩气稀释剂。更为理想的是，还原气体包含100-500sccm的N2、100-500sccm的H2、10-50sccm的烃(CxHy)、1-5sccm的CHxFy以及氩气稀释剂。一般，氢类提供还原，而氮提供用于蚀刻的轰击。氮还可用来保护侧壁以减少扩大和弯曲。
蚀刻用等离子体从还原气体生成(步骤708)。通过提供大约100至1,000瓦特功率下的高频RF和大约100至1,000瓦特功率下的低频RF可完成该步骤。高频RF被用来激发还原气体以生成等离子体。低频RF被用来加速带有充足能量的等离子体到达衬底以此促成蚀刻。另外，在大约为-20℃至60℃的温度下，维持10至500mTorr范围内的压力。还可使用其它的环境参数，然而，需要充足的能量产生等离子体并加速等离子体到达衬底以促成蚀刻。
利用从还原气体生成的等离子体对底层进行蚀刻，以将图案从上部图像层移至底层(步骤712)。氮和氢提供了利用还原蚀刻的还原RIE，从而提供了还原干法蚀刻。图4D表示一个作为还原反应离子蚀刻的结果已经被蚀刻进底层412的沟道420。被图案化的上部图像层416的硬化使得侵蚀和小刻面减少，这样，当蚀刻和小刻面被减少之后，如图所示，更多的被图案化的上部图像层41得以保留。在可选方案中，通过硬化而增加的选择率使较薄的上部图像层可被使用，以此提供改良的临界尺寸或较厚的底层。另外，氢氟烃的添加减少了硅的残留。如图所示，还原化学物质和烃钝化减少了临界尺寸扩大。
通过蚀刻，图像从底层412移至衬底(步骤328)。这一步骤可在与前一步骤相同的处理室内发生或者在一个不同的处理室内发生。在与前一步骤相同的处理室内提供这一步骤可通过省却转移时间而增加通过速度。图4E表示在孔434被蚀刻后将被蚀刻的层408。孔434的临界尺寸与初始的沟道大小的临界尺寸很接近。另外，微遮罩现象的减少导致了较平的孔底。如果将被蚀刻的层是一种介质材料，则蚀刻用的化学物质可在等离子体内以较高偏压包含CxHyFz、O2、Ar和N2。在图案从底层412移至衬底的过程中，上部图像层被去掉，这样底层被当作一个掩模使用，用于在衬底上形成蚀刻图案。
接着，底层被去掉(步骤332)。图4F表示底层已被去掉后的层408。孔434形成了一个半导体特征，可用铜填充孔434以此构成一个接触点或者将其用于构成别的结构。因为底层只是用来将图案移至层408的，因此在蚀刻完成后将底层去掉。因为底层要被去掉，所以最好是用聚合物之外的材料构成底层，它可以是一种易于去掉的软质材料。底层最好被完全去掉。
一些实施例中，无需经过硬化步骤就可进行底层的还原蚀刻。另一些实施例中，可在使用氧化蚀刻之后提供硬化步骤。
图8A和8B说明了一个计算机系统800，所述计算机系统800适于实现本发明实施例中使用的控制器535。图8A示出计算机系统的一种可能的物理形式。当然，计算机系统可具备许多种物理形式，其范围从集成电路、印刷电路板以及小型便携式设备直到大型的超级计算机。计算机系统800包括监视器802、显示屏804、机箱806、磁盘驱动器808、键盘810和鼠标812。磁盘814为计算机可读介质，用于和计算机系统800之间传输数据。
图8B是一例计算机系统800的结构图。总线820将各种各样的子系统与系统相连。处理器822(也称为中央处理器或CPU)与存储装置相连，所述的存储装置包括存储器824。存储器824包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。如本领域众所公知，ROM承担了将数据和指令单向地传输给CPU的角色，而RAM通常用来以双向方式传输数据和指令。这些类型的存储器都包括下面描述的任何适当的计算机可读介质。固定盘826与CPU822还可双向连接；固定盘826提供了额外的数据存储容量并且还可包括下面所描述的任何适当的计算机可读介质。可将固定盘826用来存储程序、数据以及其它类似的信息，并且固定盘826通常是辅助存储介质(例如硬盘)，其速度比主存储器要慢。将会了解到在适当的情形中，保存在固定盘826内的信息能够以一种标准方式被结合而作为存储器824中的虚拟内存。可移动盘814可采用下面所描述的任何计算机可读介质的形式。
CPU822还可与各种输入/输出装置(例如显示屏804、键盘810、鼠标812和扬声器830)相连。通常，输入/输出装置可以是下列任何一个视频显示器、跟踪球、鼠标、键盘、麦克风、触控式显示器、传感器卡片读出器、磁带或纸带读出器、手写板、手写笔、语音或书写识别器、生物测量阅读器(biometrics readers)或者其它计算机。利用网络接口840，CPU822可选择性地与其它计算机或远程通信网络相连。具备这样的网络接口，可以设想在执行上述方法步骤的过程中，CPU可从网络接收信息，或者可向网络输出信息。此外，本发明的方法实施例中，可以只在CPU822上执行或者可在网络(例如互联网)上与远程的CPU协同执行以分担部分处理过程。
另外，本发明的实施例还涉及具有计算机可读介质的计算机存储产品，其上存有用于让计算机执行各种操作的计算机代码。所述介质和计算机代码可以是专门为本发明设计和构造的或者是计算机软件领域的技术人员熟知和可以使用的。计算机可读介质的示例包括(但不限于)磁介质(如硬盘、软盘和磁带)、光介质(如CD-ROM和全息器件)、磁光介质(如软盘)以及经过特定配置用来存储和执行程序代码的硬件装置(例如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLD)和ROM及RAM器件。计算机代码的示例可包括机器代码(如由编译器产生的机器代码)和含有高级代码的文件。利用解释器，计算机可执行所述的高级代码。计算机可读介质还可以是用由载波体现的计算机数据信号传输的计算机代码，它们代表处理器可执行的一系列指令。
示例在本发明的一个示例中，使用包含200sccm Ar、300sccm N2和50sccm O2的气态化学物质来实现硬化步骤。一个27兆赫兹RF功率源提供了400瓦的能量，而一个2兆赫兹RF功率源提供了0瓦的能量。压力被维持在70毫托，并且温度被维持在20℃。
在蚀刻底层的过程中，提供了包含500sccm N2、100sccm H2、和5sccm CH3F的气态化学物质。一个27兆赫兹RF功率源提供了200瓦的能量，而一个2兆赫兹RF功率源提供了200瓦的能量。压力被维持在70毫托，并且温度被维持在20℃。
图9是依照本例已经被蚀刻的一个底层剖面图的显微照片。上部图像层904的上部相对较平坦且不带小刻面。侧壁的弯曲和CD扩大被明显减少。另外，应注意到不存在硅的残留。可以发现通过氧化的硬化步骤所提供的上部图像层对底层的选择率几乎可以使选择率加倍到1∶5。
虽然已经根据若干优选实施例对本发明进行了描述，但是仍存在属于本发明范围内的变更、置换、修改和各种替代等效物。还应当注意到存在许多可选用的、实现本发明方法和装置的方式。因此，应理解后附的权利要求书将涵盖属于本发明真实精神和范围内的所有变更、置换、修改和各种替代等效物。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种在一个层上蚀刻出特征的方法，包括如下步骤在所述层上形成聚合物材料的底层；在所述底层上形成上部图像层；将所述上部图像层在图案化的辐射下曝光；在所述上部图像层中将图案显影；用还原干法蚀刻将所述图案从上部图像层移至底层；以及透过底层蚀刻所述层，其中上部图像层被完全去除且在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，以将图案从底层移至所述层。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将图案从上部图像层移至底层的步骤还包括如下步骤提供一种还原气体；从所述还原气体生成等离子体；以及利用由所述还原气体生成的等离子体对底层进行蚀刻。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述还原气体不合氧。
4.如权利要求2-3中任一项所述的方法，其中，所述还原气体提供从所述还原气体生成的等离子体中的氮类和氢类。
5.如权利要求3-4中任一项所述的方法，其中，所述还原气体还包括一种烃。
6.如权利要求3-5中任一项所述的方法，其中，所述还原气体还包括一种氢氟烃。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括在从上部图像层转移图案前将上部图像层中的图案硬化的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述硬化上部图像层中的图案的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光并将底层蚀刻掉少于25％的步骤。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，还包括去除底层的步骤。
10.如权利要求7-8中任一项所述的方法，其中，所述硬化具有500瓦的偏压功率。
11.如权利要求7-8中任一项所述的方法，其中，所述硬化步骤中无偏压功率。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述上部图像层具有高于底层的硅浓度。
13.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述上部图像层含硅，而所述底层基本上不含硅。
14.如权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括在从上部图像层转移图案前在上部图像层中形成氧化硅的步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述在上部图像层中形成氧化硅的步骤中不在底层形成氧化硅。
16.如权利要求8-15所述的方法，其中，含氧等离子体包含4％的氧。
17.一种在一个层上蚀刻出特征的方法，包括如下步骤在所述层上形成聚合物材料的底层；在所述底层上形成上部图像层；将所述上部图像层在图案化的辐射下曝光；在上部图像层中将图案显影；硬化上部图像层；将图案从上部图像层移至底层；以及透过底层蚀刻所述层，其中上部图像层被完全去除且在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，以将图案从底层移至所述层。
18.如权利要求17所述的方法，其中，硬化上部图像层的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光一段只让底层蚀刻掉少于25％的时间。
19.如权利要求17-18中任一项所述的方法，其中，所述上部图像层具有高于底层的硅浓度。
20.如权利要求18-19中任一项所述的方法，其中，所述含氧的等离子体从一种含氧气体生成，其中氧气流量大于气体总流量的4％。
21.如权利要求17-20中任一项所述的方法，其中，硬化所述上部图像层的步骤中无偏压功率。
22.一个在衬底上蚀刻出特征的装置，包括处理室，衬底被放置其中；
气体源，能够向所述处理室提供各种不同的气态化学物质；电离功率源，用于从化学气体生成等离子体；控制器，与所述气体源和电离功率源可控地连接，所述控制器包括计算机可读介质，其中包含用以提供还原气体的计算机指令；用以激励还原气体以生成用于底层蚀刻的等离子体的计算机指令；用以终止底层蚀刻的计算机指令；用以提供层蚀刻剂的计算机指令；以及用以激励层蚀刻剂以生成用于所述层蚀刻的等离子体的计算机指令。
23.如权利要求22所述的装置，其中，计算机可读介质还包括用于提供一种含氧气体的计算机指令；以及从所述含氧气体生成用以硬化上部图像层的等离子体的计算机指令。
权利要求
1.一种在一个层上蚀刻出特征的方法，包括如下步骤在所述层上形成聚合物材料的底层；在所述底层上形成上部图像层；将所述上部图像层在图案化的辐射下曝光；在所述上部图像层中将图案显影；用还原干法蚀刻将所述图案从上部图像层移至底层；以及透过底层蚀刻所述层，其中上部图像层被完全去除且在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，以将图案从底层移至所述层。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将图案从上部图像层移至底层的步骤还包括如下步骤提供一种还原气体；从所述还原气体生成等离子体；以及利用由所述还原气体生成的等离子体对底层进行蚀刻。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述还原气体不含氧。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述还原气体提供从所述还原气体生成的等离子体中的氮类和氢类。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述还原气体还包括一种烃。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述还原气体还包括一种氢氟烃。
7.如权利要求6所述的方法，还包括将上部图像层中的图案硬化的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其中，硬化上部图像层中的图案的步骤包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光并将底层蚀刻掉少于25％的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，还包括去除底层的步骤。
10.如权利要求4所述的方法，其中，所述还原气体还包括一种氢氟烃。
11.如权利要求4所述的方法，还包括硬化上部图像层中的图案的步骤。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述硬化上部图像层中的图案的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光并将底层蚀刻掉少于25％的步骤。
13.如权利要求1所述的方法，还包括硬化上部图像层中的图案的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述硬化上部图像层中的图案的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光并将底层蚀刻掉少于25％的步骤。
15.如权利要求1所述的方法，还包括去除底层的步骤。
16.一种用如权利要求1所述的方法制造的半导体特征。
17.一种在一个层上蚀刻出特征的方法，包括如下步骤在所述层上形成聚合物材料的底层；在所述底层上形成上部图像层；将所述上部图像层在图案化的辐射下曝光；在上部图像层中将图案显影；硬化上部图像层；将图案从上部图像层移至底层；以及透过底层蚀刻所述层，其中上部图像层被完全去除且在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，以将图案从底层移至所述层。
18.如权利要求17所述的方法，其中，硬化上部图像层的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光一段只让底层蚀刻掉少于25％的时间。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述上部图像层具有高于底层的硅浓度。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述含氧的等离子体从一种含氧气体生成，其中氧气流量大于气体总流量的4％。
21.如权利要求17所述的方法，其中，硬化所述上部图像层的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光，其中含氧的等离子体从一种含氧气体生成，其中氧气流量大于气体总流量的4％。
22.一个在衬底上蚀刻出特征的装置，包括处理室，衬底被放置其中；气体源，能够向所述处理室提供各种不同的气态化学物质；电离功率源，用于从化学气体生成等离子体；控制器，与所述气体源和电离功率源可控地连接，所述控制器包括计算机可读介质，其中包含用以提供还原气体的计算机指令；用以激励还原气体以生成用于底层蚀刻的等离子体的计算机指令；用以终止底层蚀刻的计算机指令；用以提供层蚀刻剂的计算机指令；以及用以激励层蚀刻剂以生成用于所述层蚀刻的等离子体的计算机指令。
23.如权利要求22所述的装置，其中，计算机可读介质还包括用于提供一种含氧气体的计算机指令；以及从所述含氧气体生成用以硬化上部图像层的等离子体的计算机指令。
全文摘要
提供了在一个层中蚀刻出特征的方法，在所述层上形成聚合物材料的底层，在底层上形成上部图像层，将所述上部图像层在被图案化的辐射下曝光，在上部图像层中将图案显影，用还原干法蚀刻将图案从上部图像层移至底层，透过底层蚀刻所述层，其中上部图像层被完全去除，在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，以将图案从底层移至所述层。
文档编号H01L21/768GK1816777SQ200480019216
公开日2006年8月9日 申请日期2004年4月29日 优先权日2003年5月9日
发明者H·肖, H·H·朱, K·-L·唐, S·M·R·萨亚迪 申请人:兰姆研究有限公司
背景技术：
1.发明领域本发明涉及一种提供改良的双层光刻胶构图的方法。
2.相关领域的描述在本行业中，总是希望获得较高的电路密度。一种获得较高电路密度的方法是在光刻胶区域提供改良的电路图案分辨率。关于这方面的技术是使用双层光刻胶方法。双层光刻胶方法在由Allen等人于1999年11月16日公布的题目为“使用双层光刻胶的工艺”的美国专利5,985,524、以及由Sachev等人于1995年3月21日公布的题目为“使用包含感光的聚倍半硅氧烷的双层抗蚀合成物构成亚半微米光刻图案的方法”的美国专利5,399,462、以及由Lee等人于2001年10月18日公布的题目为“用于双层光刻胶的部分交联聚合物”的美国专利申请公告2001/0031420A1、以及由Wheeler等人2001年6月21日公布的题目为“为利用高衰减辐射的光刻法准备的高熔点双层抗蚀材料”的美国专利申请公告2001/0004510A1中被描述，为全面讨论使用氧反应性离子蚀刻法(RIE)蚀刻底层的双层光刻胶方法，上述所有专利均通过引用而结合。
为便于理解，
图1是一个双层光刻胶加工过程的流程图。首先，可在衬底上构成一个底层(步骤104)。图2A显示了一个由晶片204构成的衬底和一个将被蚀刻的层208。底层212可在将被蚀刻的层208上构成。将被蚀刻的层208可以是部分的晶片204或者是在晶片204和将被蚀刻的层208之间存在的一个或多个层。衬底可以是将被蚀刻的层208或晶片204或者是两者。
一个光刻胶上部图像层可在底层上构成(步骤108)。图2B显示了在底层212上形成的一个光刻胶上部图像层216。上部图像层216可被在带图案的辐射下曝光(步骤112)。接着，在上部图像层上进行图案显影(步骤116)。图2C示出孔218，所述孔218是在上部图像层216上作为被图案化的辐射的结果形成的。利用氧反应离子蚀刻可将图像从上部图像层216移至底层212(步骤120)。图2D示出了一个作为氧反应离子蚀刻结果的已被蚀刻进底层212的沟道220。氧RIE通过氧化进行蚀刻，从而提供了一种氧化干法蚀刻。
如图所示，在图像转移期间，上部图像层216的某些部分已被蚀刻掉。为了在氧反应离子蚀刻期间增加底层212对上部图像层216的蚀刻选择率，硅被添加到上部图像层216。即使是将硅添加到上部图像层216，选择率可能也不会如期望的那样高，这可能需要使上部图像层216比期望的要厚或底层208比所期望的要薄。另外，氧反应离子蚀刻可造成上部图像层216的小刻面222，这样可以使孔扩大，增加了临界尺寸(CD)。另外，氧反应离子蚀刻可造成上部图像层216的底割(undercut)，这样也增加了临界尺寸。作为小刻面和侵蚀的结果，将被蚀刻的层208上表面的孔的临界尺寸可大于用虚线226表示的初始沟道尺寸。为了确保底层完全被蚀刻，底层通常被过度蚀刻。氧RIE可提供过渡蚀刻期间大部分的CD扩大，同时最少的扩大发生在蚀刻的开始。另外，上部图像层216上硅的添加和侵蚀可促使硅蚀刻剩余物230在将被蚀刻的层208表面形成，这可造成后来的微遮罩现象(micromasking)。还可于底层212的蚀刻期间在底层212表面构成硅，这可造成底层的微遮罩现象。
通过蚀刻，图像从底层212被移至衬底(步骤124)。图2E示出在孔234被蚀刻后将被蚀刻的层208。在蚀刻期间，上部图像层完全被蚀刻掉，这样在蚀刻期间底层担当了图案掩模的角色。孔234的临界尺寸大于由虚线226表示的初始沟道的尺寸。另外，在孔的底部，微遮罩现象构成了凸起238。
要求能提供更好的临界尺寸控制并减少微遮罩现象。
发明内容
为了实现前述的内容并依照本发明的用途，提供了在一层中蚀刻出特征的方法。在所述的层上构成聚合物材料底层。在该底层上形成上部图像层。将该上部图像层在被图案化的辐射下曝光。在上部图像层上形成图案。利用还原干法蚀刻，该图案从上部图像层转移至底层。所述的层被蚀刻而透过底层，此时上部图像层被完全除去，并且在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，将图案从底层移至所述的层。
在本发明的另一实施例中，提供了一种在一层中蚀刻出特征的方法。在所述的层上形成聚合物材料底层。在该底层上形成上部图像层。将该上部图像层在被图案化的辐射下曝光。在上部图像层上形成图案。上部图像层被硬化。图案从上部图像层移至底层。所述的层被透过底层蚀刻，这时上部图像层被完全除去，并且在蚀刻所述的层时底层被当作图案掩模使用，从而将图案从底层移至所述的层。
在本发明的另一实施例中，提供了一个用于在衬底上的一个层中蚀刻出特征的装置。提供了一个处理室，衬底被放置到所述的处理室内。提供了一个气体源，所述的气体源能够向处理室提供不同的气态化学物质。提供了一个电离功率源，用于使气态化学物质生成等离子体。控制器与气体源和电离功率源之间的连接是可控的，其中，控制器包含计算机可读介质，计算机可读介质中包含用以提供还原气体的计算机指令、用以激发还原气体以此产生用来蚀刻底层的等离子体的计算机指令、用以终止蚀刻底层的计算机指令、用以提供层蚀刻剂的计算机指令以及用以激发层蚀刻剂以此产生用来蚀刻该层的等离子体的计算机指令。
下面，在本发明的具体实施方案中，参照附图对本发明的上述的和其它的特征作详细描述。
附图简介以下，通过举例方式而非限定方式对本发明进行说明，附图中相同的附图标记代表相同的部分，其中图1是一个现有技术中使用的双层光刻胶加工过程的流程图。
图2A-E是在图1所示的工序过程中一个衬底的剖面图。
图3是在本发明双层光刻胶加工过程的流程图。
图4A-F是一个衬底如图3所示的工序过程中的剖面图。
图5是一个可用于本发明优选实施例的处理室的示意图。
图6是硬化步骤的详细流程图。
图7是还原反应离子蚀刻的详细流程图。
图8A和8B说明一个适于实现控制器的计算机系统。
图9是已按本发明的一例被蚀刻的底层剖面图的显微照片。
优选实施例的详细说明现在，通过参照附图描述的本发明的一些优选实施例对本发明进行详细描述。在下面的说明中，为了提供对本发明的彻底理解，提出了许多特定细节。然而，本领域的技术人员显然明白不具备这些特定细节的某一些或全部，本发明也可实现。在其它的示例中，为了避免对本发明造成不必要的混淆，公知的处理步骤和/或结构未作详细描述。
图3是本发明双层光刻胶加工过程的一个流程图。首先，在衬底上形成一个底层(步骤304)。图4A示出一个由晶片404和将被蚀刻的层408构成的衬底。底层412在将被刻蚀的层408上构成。将被蚀刻的层408可以是部分的晶片404或者是在晶片404和将被蚀刻的层408之间存在的一个或多个层。衬底可以是将被蚀刻的层408或晶片404或者是两者。底层412的厚度最好是介于0.2至2微米之间。更为理想的是，底层412的厚度约为1微米。
光刻胶上部图像层在底层上形成(步骤408)。图4B示出一个在底层412上形成的光刻胶上部图像层416。上部图像层416可以由I-line、深紫外光(DUV)或193纳米或更低级的抗蚀材料构成。光刻胶上部图像层416的厚度最好介于0.1和0.3微米之间。甲基丙烯酸(2-甲基-2-金刚烷基)酯和甲基丙烯酸甲羟戊酸内酯的共聚物(poly(MAdMA-co-MLMA))是以聚甲基丙烯酸甲酯PMMA为基础的一类光刻胶材料的一例，该类材料在与适当的光酸产生剂结合时可被用作以化学方法扩大的193纳米的正光刻胶。
底层412由聚合物材料制成。聚合物材料最好是光刻胶材料或BARC(底部抗反射涂层)材料。如果底层是光刻胶材料，则底层412最好是由与上部图像层416不同的光刻胶材料形成。例如，上部图像层416可以是深UV材料而底层412可以是I-line材料。在本例中，使用的是DUV辐射，因此材料的不同可使上部图像层416被刻画而不改变底层。底层也应当是一种允许选择性蚀刻的材料，这样在对层408进行蚀刻时，可将底层412当作掩模使用。
最好，与底层412相比，上部图像层416含有较高浓度的硅，以增加后续的蚀刻选择率。更为理想的是，上部图像层416含硅，而底层412完全不含硅，从而增加选择率，以蚀刻底层412的而将底层412当作掩模使用。底层412和上部图像层416可为旋涂层或喷涂层。
上部图像层416在被图案化的辐射下曝光(步骤312)。接着，在上部图像层上形成图案(步骤316)。图4C示出作为图案化辐射的结果而在上部图像层416形成的孔418。
接下来，被图案化的上部图像层416被硬化(步骤320)。图6是硬化步骤的一个更详细的流程图。衬底被放进处理室(步骤604)。
图5是一个可在本发明优选实施例中使用的处理室500的示意图。在该实施例中，等离子体处理室500包括约束环502、上部电极504、下部电极508、气体源510和排气泵520。气体源510包括第一气体源512、第二气体源514和第三气体源516。也可添加其它的气体源。在等离子体处理室500内，衬底晶片580设于下部电极508之上，而底层和上部图像层被淀积在衬底晶片580上。下部电极508结合了适当的、用于固定衬底晶片580的衬底夹紧机构(例如，静电的、机械的夹紧或其它类似的机构)。反应器顶528结合了上部电极504，上部电极504直接设于下部电极508的对面。上部电极504、下部电极508和约束环502界定被约束的等离子体体积540。通过气体源510并经由气体入口543，气体被提供给等离子体体积并通过排气泵520经由约束环502和一个排气口将气体从等离子体体积中排出。排气泵520构成等离子体处理室的气体出口。一个RF(射频)源548与下部电极508电连接，而上部电极504接地。室壁552限定了等离子体的外围，在该外围内设有约束环502、上部电极504和下部电极508。RF源548可包括一个27兆赫兹的功率源和2兆赫兹的功率源。将RF功率连接至电极存在各种可能的接合方式。
处理室500可以是由美国加利福尼亚Fremont的Lam ResearchCorporationTM制造的一个2300 ExelanTM电介质蚀刻系统。控制器535可控地连接到RF源548和排气泵520，第一控制阀537连至第一气体源512、第二控制阀539连至第二气体源514、第三控制阀541连至第三气体源516。可将一个喷淋头连接到气体入口543。气体入口543可以是用于各气体源的单个入口或者是用于各气体源的不同入口或者是用于各气体源的多个入口或者是其它可能的组合。
含氧的硬化气体被送进处理室500(步骤608)。可使用第一气体源512来提供硬化气体或硬化气体的氧气成分。从硬化气体产生等离子体(步骤612)。一般，在很小的偏压下通过激发硬化气体以生成等离子体来实施这一步骤。一般，通过提供来自低频功率源的较低功率或者零功率，使偏压保持得较低。可通过提供少于500瓦的功率至低频功率源来实现这一点。更为理想的是，通过向低频功率源提供零功率实现这一点。足够的功率被提供给高频功率源，以生成和维持等离子体。
上部图像层416被在含氧等离子体下曝光，以使上部图像层硬化(步骤616)。因为含氧离子的等离子体的偏压能量很小，氧离子与上部图像层416上的硅结合以构成二氧化硅，二氧化硅具有更强的蚀刻抗蚀性。因为底层优选为不含硅，在底层412上氧离子未形成二氧化硅。一例氧等离子体可用20-200sccm(标准状况下每分钟立方厘米)O2构成二氧化硅。另外，气体还包含0-1,000sccm氩气和0-1,000sccm氮气，这些可用作稀释剂。等离子体可在10-500mTorr(毫托)的压力、在大约-20℃至60℃的温度范围、100-1,000瓦的高频RF功率下生成。最好提供一个小于500瓦的低频RF功率来提供引起溅射的不足偏压。更为理想的是，低频RF功率大约为0瓦。
通过提供一个大于20sccm的氧气流量并提供一个大于4％的氧气流量占气体总流量的比率，硬化气体足以使上部图像层416硬化。更为理想的是，氧气流量占气体总流量的比率大于8％。
硬化过程的持续时间被保持得足够短，这样，在硬化处理期间，以使得只有不足25％的底层412厚度被蚀刻。最好将硬化工序过程中对底层412的蚀刻减至最小，因为如上面所讨论的，蚀刻期间提供的氧气造成了弯曲和CD扩大。因为扩大多数发生在一个过度蚀刻的结束部分，不足25％的底层蚀刻将弯曲和CD扩大减至最小。
接着，用还原反应离子蚀刻(步骤324)使图像从上部图像层416移至底层412，以将蚀刻进行至底层剩余的大于75％的部分。这一步骤可在与前一步骤相同的处理室内发生或者在一个不同的处理室内发生。在与前一步骤相同的处理室内提供这一步骤可省却转移时间而增加通过速度。图7是还原反应离子蚀刻的详细流程图。还原气体被送给处理室(步骤704)。还原气体是一种造成化学还原而非氧化的气体。还原气体例如是一种含有氮气和氢气成分的气体，例如一种N2和H2气体或一种NH3气体。还原气体可包括额外的添加剂。可添加一种惰性稀释剂(如氩)。可添加一种烃有助于形成侧壁，以有助于形成更笔直的壁，从而进一步减少临界尺寸的扩大。还可添加一种氢氟烃，以提供少量的氟去掉剩余的硅，从而减少微遮罩现象并且提供额外的烃以减少由太多的氟引起的扩大。为了提供还原而不是氧化，还原气体最好不包含任何明显的氧气量。还原气体不含氧则更为理想。一种还原气体的示例包括50-1,000sccm的N2、50-1,000sccm的H2、0-100sccm的烃(CxHy)、0-20sccm的CHxFy(最好是CH3F)以及氩气稀释剂。更为理想的是，还原气体包含100-500sccm的N2、100-500sccm的H2、10-50sccm的烃(CxHy)、1-5sccm的CHxFy以及氩气稀释剂。一般，氢类提供还原，而氮提供用于蚀刻的轰击。氮还可用来保护侧壁以减少扩大和弯曲。
蚀刻用等离子体从还原气体生成(步骤708)。通过提供大约100至1,000瓦特功率下的高频RF和大约100至1,000瓦特功率下的低频RF可完成该步骤。高频RF被用来激发还原气体以生成等离子体。低频RF被用来加速带有充足能量的等离子体到达衬底以此促成蚀刻。另外，在大约为-20℃至60℃的温度下，维持10至500mTorr范围内的压力。还可使用其它的环境参数，然而，需要充足的能量产生等离子体并加速等离子体到达衬底以促成蚀刻。
利用从还原气体生成的等离子体对底层进行蚀刻，以将图案从上部图像层移至底层(步骤712)。氮和氢提供了利用还原蚀刻的还原RIE，从而提供了还原干法蚀刻。图4D表示一个作为还原反应离子蚀刻的结果已经被蚀刻进底层412的沟道420。被图案化的上部图像层416的硬化使得侵蚀和小刻面减少，这样，当蚀刻和小刻面被减少之后，如图所示，更多的被图案化的上部图像层41得以保留。在可选方案中，通过硬化而增加的选择率使较薄的上部图像层可被使用，以此提供改良的临界尺寸或较厚的底层。另外，氢氟烃的添加减少了硅的残留。如图所示，还原化学物质和烃钝化减少了临界尺寸扩大。
通过蚀刻，图像从底层412移至衬底(步骤328)。这一步骤可在与前一步骤相同的处理室内发生或者在一个不同的处理室内发生。在与前一步骤相同的处理室内提供这一步骤可通过省却转移时间而增加通过速度。图4E表示在孔434被蚀刻后将被蚀刻的层408。孔434的临界尺寸与初始的沟道大小的临界尺寸很接近。另外，微遮罩现象的减少导致了较平的孔底。如果将被蚀刻的层是一种介质材料，则蚀刻用的化学物质可在等离子体内以较高偏压包含CxHyFz、O2、Ar和N2。在图案从底层412移至衬底的过程中，上部图像层被去掉，这样底层被当作一个掩模使用，用于在衬底上形成蚀刻图案。
接着，底层被去掉(步骤332)。图4F表示底层已被去掉后的层408。孔434形成了一个半导体特征，可用铜填充孔434以此构成一个接触点或者将其用于构成别的结构。因为底层只是用来将图案移至层408的，因此在蚀刻完成后将底层去掉。因为底层要被去掉，所以最好是用聚合物之外的材料构成底层，它可以是一种易于去掉的软质材料。底层最好被完全去掉。
一些实施例中，无需经过硬化步骤就可进行底层的还原蚀刻。另一些实施例中，可在使用氧化蚀刻之后提供硬化步骤。
图8A和8B说明了一个计算机系统800，所述计算机系统800适于实现本发明实施例中使用的控制器535。图8A示出计算机系统的一种可能的物理形式。当然，计算机系统可具备许多种物理形式，其范围从集成电路、印刷电路板以及小型便携式设备直到大型的超级计算机。计算机系统800包括监视器802、显示屏804、机箱806、磁盘驱动器808、键盘810和鼠标812。磁盘814为计算机可读介质，用于和计算机系统800之间传输数据。
图8B是一例计算机系统800的结构图。总线820将各种各样的子系统与系统相连。处理器822(也称为中央处理器或CPU)与存储装置相连，所述的存储装置包括存储器824。存储器824包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。如本领域众所公知，ROM承担了将数据和指令单向地传输给CPU的角色，而RAM通常用来以双向方式传输数据和指令。这些类型的存储器都包括下面描述的任何适当的计算机可读介质。固定盘826与CPU822还可双向连接；固定盘826提供了额外的数据存储容量并且还可包括下面所描述的任何适当的计算机可读介质。可将固定盘826用来存储程序、数据以及其它类似的信息，并且固定盘826通常是辅助存储介质(例如硬盘)，其速度比主存储器要慢。将会了解到在适当的情形中，保存在固定盘826内的信息能够以一种标准方式被结合而作为存储器824中的虚拟内存。可移动盘814可采用下面所描述的任何计算机可读介质的形式。
CPU822还可与各种输入/输出装置(例如显示屏804、键盘810、鼠标812和扬声器830)相连。通常，输入/输出装置可以是下列任何一个视频显示器、跟踪球、鼠标、键盘、麦克风、触控式显示器、传感器卡片读出器、磁带或纸带读出器、手写板、手写笔、语音或书写识别器、生物测量阅读器(biometrics readers)或者其它计算机。利用网络接口840，CPU822可选择性地与其它计算机或远程通信网络相连。具备这样的网络接口，可以设想在执行上述方法步骤的过程中，CPU可从网络接收信息，或者可向网络输出信息。此外，本发明的方法实施例中，可以只在CPU822上执行或者可在网络(例如互联网)上与远程的CPU协同执行以分担部分处理过程。
另外，本发明的实施例还涉及具有计算机可读介质的计算机存储产品，其上存有用于让计算机执行各种操作的计算机代码。所述介质和计算机代码可以是专门为本发明设计和构造的或者是计算机软件领域的技术人员熟知和可以使用的。计算机可读介质的示例包括(但不限于)磁介质(如硬盘、软盘和磁带)、光介质(如CD-ROM和全息器件)、磁光介质(如软盘)以及经过特定配置用来存储和执行程序代码的硬件装置(例如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLD)和ROM及RAM器件。计算机代码的示例可包括机器代码(如由编译器产生的机器代码)和含有高级代码的文件。利用解释器，计算机可执行所述的高级代码。计算机可读介质还可以是用由载波体现的计算机数据信号传输的计算机代码，它们代表处理器可执行的一系列指令。
示例在本发明的一个示例中，使用包含200sccm Ar、300sccm N2和50sccm O2的气态化学物质来实现硬化步骤。一个27兆赫兹RF功率源提供了400瓦的能量，而一个2兆赫兹RF功率源提供了0瓦的能量。压力被维持在70毫托，并且温度被维持在20℃。
在蚀刻底层的过程中，提供了包含500sccm N2、100sccm H2、和5sccm CH3F的气态化学物质。一个27兆赫兹RF功率源提供了200瓦的能量，而一个2兆赫兹RF功率源提供了200瓦的能量。压力被维持在70毫托，并且温度被维持在20℃。
图9是依照本例已经被蚀刻的一个底层剖面图的显微照片。上部图像层904的上部相对较平坦且不带小刻面。侧壁的弯曲和CD扩大被明显减少。另外，应注意到不存在硅的残留。可以发现通过氧化的硬化步骤所提供的上部图像层对底层的选择率几乎可以使选择率加倍到1∶5。
虽然已经根据若干优选实施例对本发明进行了描述，但是仍存在属于本发明范围内的变更、置换、修改和各种替代等效物。还应当注意到存在许多可选用的、实现本发明方法和装置的方式。因此，应理解后附的权利要求书将涵盖属于本发明真实精神和范围内的所有变更、置换、修改和各种替代等效物。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种在一个层上蚀刻出特征的方法，包括如下步骤在所述层上形成聚合物材料的底层；在所述底层上形成上部图像层；将所述上部图像层在图案化的辐射下曝光；在所述上部图像层中将图案显影；用还原干法蚀刻将所述图案从上部图像层移至底层；以及透过底层蚀刻所述层，其中上部图像层被完全去除且在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，以将图案从底层移至所述层。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将图案从上部图像层移至底层的步骤还包括如下步骤提供一种还原气体；从所述还原气体生成等离子体；以及利用由所述还原气体生成的等离子体对底层进行蚀刻。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述还原气体不合氧。
4.如权利要求2-3中任一项所述的方法，其中，所述还原气体提供从所述还原气体生成的等离子体中的氮类和氢类。
5.如权利要求3-4中任一项所述的方法，其中，所述还原气体还包括一种烃。
6.如权利要求3-5中任一项所述的方法，其中，所述还原气体还包括一种氢氟烃。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括在从上部图像层转移图案前将上部图像层中的图案硬化的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述硬化上部图像层中的图案的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光并将底层蚀刻掉少于25％的步骤。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，还包括去除底层的步骤。
10.如权利要求7-8中任一项所述的方法，其中，所述硬化具有500瓦的偏压功率。
11.如权利要求7-8中任一项所述的方法，其中，所述硬化步骤中无偏压功率。
12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述上部图像层具有高于底层的硅浓度。
13.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述上部图像层含硅，而所述底层基本上不含硅。
14.如权利要求1-6中任一项所述的方法，还包括在从上部图像层转移图案前在上部图像层中形成氧化硅的步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述在上部图像层中形成氧化硅的步骤中不在底层形成氧化硅。
16.如权利要求8-15所述的方法，其中，含氧等离子体包含4％的氧。
17.一种在一个层上蚀刻出特征的方法，包括如下步骤在所述层上形成聚合物材料的底层；在所述底层上形成上部图像层；将所述上部图像层在图案化的辐射下曝光；在上部图像层中将图案显影；硬化上部图像层；将图案从上部图像层移至底层；以及透过底层蚀刻所述层，其中上部图像层被完全去除且在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，以将图案从底层移至所述层。
18.如权利要求17所述的方法，其中，硬化上部图像层的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光一段只让底层蚀刻掉少于25％的时间。
19.如权利要求17-18中任一项所述的方法，其中，所述上部图像层具有高于底层的硅浓度。
20.如权利要求18-19中任一项所述的方法，其中，所述含氧的等离子体从一种含氧气体生成，其中氧气流量大于气体总流量的4％。
21.如权利要求17-20中任一项所述的方法，其中，硬化所述上部图像层的步骤中无偏压功率。
22.一个在衬底上蚀刻出特征的装置，包括处理室，衬底被放置其中；
气体源，能够向所述处理室提供各种不同的气态化学物质；电离功率源，用于从化学气体生成等离子体；控制器，与所述气体源和电离功率源可控地连接，所述控制器包括计算机可读介质，其中包含用以提供还原气体的计算机指令；用以激励还原气体以生成用于底层蚀刻的等离子体的计算机指令；用以终止底层蚀刻的计算机指令；用以提供层蚀刻剂的计算机指令；以及用以激励层蚀刻剂以生成用于所述层蚀刻的等离子体的计算机指令。
23.如权利要求22所述的装置，其中，计算机可读介质还包括用于提供一种含氧气体的计算机指令；以及从所述含氧气体生成用以硬化上部图像层的等离子体的计算机指令。
权利要求
1.一种在一个层上蚀刻出特征的方法，包括如下步骤在所述层上形成聚合物材料的底层；在所述底层上形成上部图像层；将所述上部图像层在图案化的辐射下曝光；在所述上部图像层中将图案显影；用还原干法蚀刻将所述图案从上部图像层移至底层；以及透过底层蚀刻所述层，其中上部图像层被完全去除且在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，以将图案从底层移至所述层。
2.如权利要求1所述的方法，其中，将图案从上部图像层移至底层的步骤还包括如下步骤提供一种还原气体；从所述还原气体生成等离子体；以及利用由所述还原气体生成的等离子体对底层进行蚀刻。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述还原气体不含氧。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述还原气体提供从所述还原气体生成的等离子体中的氮类和氢类。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述还原气体还包括一种烃。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述还原气体还包括一种氢氟烃。
7.如权利要求6所述的方法，还包括将上部图像层中的图案硬化的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其中，硬化上部图像层中的图案的步骤包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光并将底层蚀刻掉少于25％的步骤。
9.如权利要求8所述的方法，还包括去除底层的步骤。
10.如权利要求4所述的方法，其中，所述还原气体还包括一种氢氟烃。
11.如权利要求4所述的方法，还包括硬化上部图像层中的图案的步骤。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述硬化上部图像层中的图案的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光并将底层蚀刻掉少于25％的步骤。
13.如权利要求1所述的方法，还包括硬化上部图像层中的图案的步骤。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述硬化上部图像层中的图案的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光并将底层蚀刻掉少于25％的步骤。
15.如权利要求1所述的方法，还包括去除底层的步骤。
16.一种用如权利要求1所述的方法制造的半导体特征。
17.一种在一个层上蚀刻出特征的方法，包括如下步骤在所述层上形成聚合物材料的底层；在所述底层上形成上部图像层；将所述上部图像层在图案化的辐射下曝光；在上部图像层中将图案显影；硬化上部图像层；将图案从上部图像层移至底层；以及透过底层蚀刻所述层，其中上部图像层被完全去除且在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，以将图案从底层移至所述层。
18.如权利要求17所述的方法，其中，硬化上部图像层的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光一段只让底层蚀刻掉少于25％的时间。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述上部图像层具有高于底层的硅浓度。
20.如权利要求18所述的方法，其中，所述含氧的等离子体从一种含氧气体生成，其中氧气流量大于气体总流量的4％。
21.如权利要求17所述的方法，其中，硬化所述上部图像层的步骤中包含将上部图像层在含氧的等离子体下曝光，其中含氧的等离子体从一种含氧气体生成，其中氧气流量大于气体总流量的4％。
22.一个在衬底上蚀刻出特征的装置，包括处理室，衬底被放置其中；气体源，能够向所述处理室提供各种不同的气态化学物质；电离功率源，用于从化学气体生成等离子体；控制器，与所述气体源和电离功率源可控地连接，所述控制器包括计算机可读介质，其中包含用以提供还原气体的计算机指令；用以激励还原气体以生成用于底层蚀刻的等离子体的计算机指令；用以终止底层蚀刻的计算机指令；用以提供层蚀刻剂的计算机指令；以及用以激励层蚀刻剂以生成用于所述层蚀刻的等离子体的计算机指令。
23.如权利要求22所述的装置，其中，计算机可读介质还包括用于提供一种含氧气体的计算机指令；以及从所述含氧气体生成用以硬化上部图像层的等离子体的计算机指令。
全文摘要
提供了在一个层中蚀刻出特征的方法，在所述层上形成聚合物材料的底层，在底层上形成上部图像层，将所述上部图像层在被图案化的辐射下曝光，在上部图像层中将图案显影，用还原干法蚀刻将图案从上部图像层移至底层，透过底层蚀刻所述层，其中上部图像层被完全去除，在蚀刻所述层时底层被当作图案掩模使用，以将图案从底层移至所述层。
文档编号H01L21/768GK1816777SQ200480019216
公开日2006年8月9日 申请日期2004年4月29日 优先权日2003年5月9日
发明者H·肖, H·H·朱, K·-L·唐, S·M·R·萨亚迪 申请人:兰姆研究有限公司
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