[发明专利]利用可切换功率发生器的高深宽比微结构刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制备工艺的反应离子刻蚀工艺，具体涉及一种利用可切换功率发生器的高深宽比微结构刻蚀方法。

背景技术

高深宽比（HAR）结构在半导体制造，特别在电极反应中是非常常见的。经常在类似于小于50纳米（nm）的极小特征尺寸（CD，critical dimension）的情况下具有深宽比大于10:1的结构。特征尺寸（CD）的缩小对光刻来说造成了巨大的困难。

如图1所示，进行高深宽比（HAR）结构刻蚀工艺时，半导体器件的结构包含设置在顶层的光刻胶层和底部抗反射层1’（photoresist layer and Arc layer）制造在光刻胶和底部抗反射层1’下的硬掩膜层2’（hard mask layer），制造在硬掩膜2’下的不定型碳层或有机掩膜层3’（Carbon layer or organic mask layer），以及位于底层的二氧化硅层4’（SiO₂ layer）。

为了光刻的精密度考虑，通常光刻胶层1’设置得很薄，然而这样就导致光刻胶层1’不足以在进行深硅氧化刻蚀（deep silicon oxide etch）工艺中起到保护作用。所以就会在光刻胶层1’下沉积硬掩膜层2’（hard mask layer）和一个有机掩膜层3’（organic layer），作为在硅氧化刻蚀工艺中实际起作用的掩膜，通常硬掩膜层2’采用底部抗反射层（Barc layer）/介质抗反射层（Darc layer），而有机掩膜层3’采用富不定型碳层（C-rich layer）。不定型碳层的厚度通常超过150纳米，有助于改善上述深硅氧化刻蚀的刻蚀侧壁形貌。

由于顶部的掩膜层较薄，通常采用低功率进行刻蚀，用小于1500W的高频信号功率和小于500W的低频信号功率进行刻蚀。而二氧化硅层刻蚀深度较深且材质较硬，通常采用高功率进行刻蚀，用1000-3000W的高频信号功率和2500-6000W的低频信号功率进行刻蚀。在多数的反应离子刻蚀（RIE，Reactive Ion Etching）系统中，都需要供应高频功率输出和低频功率输出。高频信号功率也称为源功率，利用于分子的解离，高频信号功率的输出频率范围为30兆赫兹到120兆赫兹。低频信号功率也称为偏置功率，用于控制离子轰击，有助于各向异性刻蚀，低频信号功率的输出频率范围为0.2兆赫兹到15兆赫兹。高深宽比结构刻蚀工艺中通常对低频信号功率输出具有更高的要求。功率非常低的偏置功率（功率低于200W）适合应用于硬掩膜和不定型碳层穿孔刻蚀的步骤。而在硬掩膜和不定型碳层穿孔刻蚀中，若采用功率较高的偏置功率，则会造成刻蚀形貌损伤或特征尺寸偏移（CD shift）的问题。高偏置功率（有时会大于5000W）适用于深氧化硅刻蚀工艺，因为在高深宽比连线孔的刻蚀（HAR contact etching）中离子轰击是非常有帮助的。因此，大额定功率的低频信号发生器，例如额定输出功率为5000W或者7000W的低频信号发生器，经常安装在用于刻蚀高深宽比结构的刻蚀反应腔上。

若单独使用大额定输出功率的低频信号发生器，虽然该发生器的功率输出范围涵盖了低功率输出和高功率输出，但当大额定输出功率的低频信号发生器输出低功率时，该发生器通常无法精确地控制微小功率输出，从而影响刻蚀效果和设备稳定。现有技术中常采用一个额定输出功率大于5000W的低频功率发生器，但当该低频功率发生器输出约200W的低功率的低频信号时会产生误差较大、重复性差的问题。

例如，当一个7000W的低频功率发生器输出200W的功率时，可能会产生正负35W的误差（tolerance）。如果该7000W的低频功率发生器用在硬掩膜刻蚀步骤中，一个35W的偏差可能会导致特征尺寸偏移，以及工艺的不稳定。上述因素导致了现有高深宽比结构刻蚀工艺生成中较高的不稳定性。同时对于设备制造商提供更精确的功率输出提出了更高的要求，提高了工艺难度。

发明内容

本发明提供一种利用可切换功率发生器的高深宽比微结构刻蚀方法，便于在高深宽比微结构刻蚀过程中，高频功率和低频功率输出都实现精确控制提高刻蚀工艺的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供一种利用可切换功率发生器的高深宽比微结构刻蚀方法，该微结构刻蚀方法所适用的等离子体刻蚀腔室包含：

腔室，该腔室内分布有等离子体；

上电极，其设置于腔室内的顶部；

下电极，其设置于腔室内的底部；该下电极上放置被刻蚀的晶圆；

高频信号源，其输出高频信号至下电极；