[发明专利]在基板上的电介质层中刻蚀特征的方法

说明书

本申请为申请号为200780043206.0、申请人为朗姆研究公司、申请日为2007年10月31日、名称为“在超高纵横比电介质刻蚀中减少扭曲”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造。

背景技术

等离子刻蚀工艺在半导体制造过程中被广泛使用。一般来说，光阻材料在要刻蚀的晶片表面上形成特征图案，然后通过将该晶片暴露于特定类型的刻蚀气体中将特征刻入该晶片。等离子体刻蚀中面临的一个挑战是满足设计要求所需要的不断增大的纵横比，尤其是对于超高密度的结构来说。当在半导体晶片上刻蚀特征时，刻蚀的特征被定义为该特征的深度(d)和该特征的宽度(w)或直径之间的比例。随着越来越多的特征被封装在单片晶片上，以创建更高密度的结构，每个单独的特征的宽度(w)或直径必定会减小，而该特征的深度却保持不变。因此，每个单独的特征的纵横比随着器件特征的缩小而增大。

近来，在超高纵横比(UHAR)刻蚀扭曲过程中，新的困难出现了，其一般被定义为特征底部附近与该特征顶部由掩模所定义的图案在位置、方向、形状和尺寸上的偏差。当该特征的宽度非常小时，当特征的纵横比达到了特定的阈值，就会出现扭曲，特别是在该特征的底部附近。

图1A显示了具有四个刻蚀特征的晶片的侧视图，其中扭曲发生在每个特征的底部附近。在图1A中，沉积在晶片110表面的掩模100掩蔽了四个特征120、122、124、126。这四个特征120、122、124、126被刻入该晶片110，直到阻止层130。这四个特征120、122、124、126各有宽度W和深度D。这四个特征120、122、124、126中的每一个的纵横比是D/W。如图1A所示，特征120、122、124、126的侧壁不是直的，而是在特征底部附近是弯曲的。特征120、122、124、126的底部附近与掩模100所定义的图案之间的这种偏差就是扭曲。

一般来说，扭曲可能以以下一种或多种形式表现。侧向扭曲被定义为刻蚀形态中心与特征底部附近的竖直直线的偏差。倾角扭曲被定义为刻蚀形态的倾角方向与特征底部附近的预定义角度的偏差。形状扭曲被定义为刻蚀形态与特征底部附近的预定义的一致形状的偏差。所有三种扭曲形式可能同时出现在单一特征中。

图1B显示了该刻蚀的特征的底部附近的各种形式的扭曲的样本的俯视图。当扭曲出现时，该椭圆形横截面在尺寸、位置、方向、形状或其结合上是不完美的。在图1B中，对于侧向扭曲，横截面140、142、144、146、148偏移，因而该椭圆的中心不再位于原始图案的中心。对于倾角扭曲，横截面150、152、154、156、158旋转，因而该椭圆不再与该原始图案对齐。对于形状扭曲，横截面160、162、164、166、168不再是原始的形状。最后，在综合扭曲的情况下，横截面170、172、174、176、178同时偏移、旋转并改变形状。所有这些形式的扭曲都会导致缺陷和器件故障。因此，需要在UHAR刻蚀过程中减少或消除扭曲。

发明内容

为了满足上述需要，并根据本发明的发明目的，提供一种刻蚀基板上的电介质层的装置。刻蚀反应器包含上电极和下电极。刻蚀气体源供应刻蚀气体到该刻蚀反应室。第一射频(RF)电源产生具有第一频率的第一RF功率并供应该第一RF功率到该刻蚀反应室，其中该第一频率在100千赫兹(kHz)到600kHz之间。第二RF电源产生具有第二频率的第二RF功率并供应该第二RF功率到该刻蚀反应室，其中该第二频率至少为10兆赫兹(MHz)。

在本发明的另一个实施方式中，提供一种刻蚀基板上的电介质层的装置。刻蚀反应器包含上电极和下电极。刻蚀气体源供应刻蚀气体到该刻蚀反应室。第一RF电源产生具有第一频率的第一RF功率并供应该第一RF功率到该刻蚀反应室，其中该第一频率在100千赫兹(kHz)到600kHz之间。第二RF电源产生具有第二频率的第二RF功率并供应该第二RF功率到该刻蚀反应室，其中该第二频率至少为10兆赫兹(MHz)。第三RF电源产生具有第三频率的第三RF功率并供应该第三RF功率到该刻蚀反应室，其中该第三频率至少为40兆赫兹(MHz)。

在本发明的另一个实施方式中，提供一种在基板上的电介质层中刻蚀特征的方法。将具有该电介质层的该基板放置到刻蚀反应室内的下电极上，其中该电介质层在该基板上。将刻蚀气体传送入该刻蚀反应室。将具有第一频率的第一RF功率传送入该刻蚀反应室，其中该第一频率在100kHz到600kHz之间。将具有第二频率的第二RF功率传送入该刻蚀反应室，其中该第二频率至少为10MHz。刻蚀该电介质层以形成至少一个超高纵横比(UHAR)特征。