[发明专利]双重图案化蚀刻工艺

说明书

背景

本发明的实施例是关于双重图案化特征的蚀刻工艺。

将诸如集成电路、显示电路、存储器电路、电力电路及光伏电路(例如，太阳能电池)之类的电子电路制造得愈来愈小以增加可移植性、计算能力或功率输出。因此，诸如半导体特征、栅极、电极、电阻器、存储器、互连件及光伏电池之类的这些电路的有源特征及无源特征的大小亦变得愈来愈小。特征经设定尺寸为65nm或甚至45nm或更小，且正开发新的工艺以产生具有更小几何形状的特征。举例而言，双重图案化(DP)工艺使用多个光刻处理步骤来获得具有较小尺寸的特征，例如，在Hendel等人于2008年8月17日提交且标题为“Resolution Enhancement Techniques Combining Interference-Assisted Lithography with other Photolithography Techniques(结合使用其他光刻技术的干涉辅助平版印刷术的分辨率增强技术)”的共同让渡的美国专利公开No.2009/0117491中描述示例性双重图案化工艺，所述美国专利公开以全文引用的方式并入本文。

在DP特征的制造中，使用含硅的电介质材料作为蚀刻终止层以保护下层特征且在金属接线、通孔与存储器元件之间形成覆盖间隔物或缝隙填充物。常用的含硅电介质特征由二氧化硅、氮化硅及氮氧化硅组成。在DP工艺中，需要在不损伤周围特征及下层特征的情况下蚀刻沉积的电介质特征。举例而言，在一些应用中，在蚀刻DP堆栈中的其它特征之后蚀刻掉作为蚀刻终止层的电介质特征。在其它应用中，蚀刻掉电介质特征的部分，同时允许其它部分保持在DP结构上。

在常规图案化工艺中，湿式化学蚀刻工艺用来以化学方法蚀刻常规图案化特征的电介质部分，此后冲洗且干燥图案化基板。湿式化学蚀刻工艺允许以受控制的蚀刻终止能力蚀刻电介质特征，因为在完全移除正被蚀刻的特定电介质材料时所述化学蚀刻工艺自动地停止。蚀刻终止能力对于防止特征的电介质部分的过度蚀刻及后续蚀刻到下层材料或周围材料中而言很重要。使用于图案化工艺中以移除电介质层的常规化学溶液包括氢氟酸或稀释的氢氟酸(所述稀释的氢氟酸可为氢氟酸及去离子水的溶液)或热磷酸。

然而，当前正开发的先进DP特征具有较小宽度尺寸，且可能受湿式处理的不利影响，所述较小宽度尺寸导致具有高深宽比(high aspect ratio)的沟槽或线。具体而言，使用湿式化学稀释的酸溶液蚀刻所述高深宽比特征之间或之上的电介质材料可导致对不同电介质的可变蚀刻速度。可变蚀刻速度的原因可为湿式化学溶液的表面张力，所述表面张力可阻碍在高深宽比特征之间的窄缝隙中的有效蚀刻。另外，当移除化学蚀刻液体时或当自紧密的高深宽比间隔之间移除后续的冲洗液体时，严重的特征线弯曲可能发生在干燥步骤期间，如图1所图示。特征弯曲发生是因为高深宽比特征强度不足以在干燥工艺期间抵抗表面张力。在干燥工艺中，随着液体蒸发逐渐移除藉由特征之间的液体施加的表面张力，此举导致窄尺寸的特征弯曲。藉由以下公式定量给出特征之间的最高可容忍侧壁形变δ：

δ=3σcosθH4dEL3]]>

其中，σ为液体的表面张力，θ为在干燥液体表面与侧壁的新月形之间的弯曲线图案的顶部的形变角度，H为特征的高度，d为相邻高深宽比特征之间的间距，E为杨氏模数且L为高深宽比特征的厚度。

若未适当地处理，则干燥亦可留下水印，因为在湿式化学试剂与电介质材料之间的化学反应可能遗留化学残留物，所述化学残留物既不能在湿式化学蚀刻工艺中被完全移除，亦不能藉由后续的冲洗工艺移除。更进一步，诸如氮氧化硅之类的某些电介质材料以比非氮氧化物特征慢得多的速率蚀刻，且热氧化物特征及退火氧化物特征亦以与沉积氧化层不同的速率蚀刻。此举引起特定基板上的不同特征之间的显著蚀刻可变性。