[发明专利]用于基于碳的膜的自限制循环蚀刻方法

说明书

本公开内容的实施方案描述了一种用于基于碳的膜的循环蚀刻方法。根据一个实施方案，该方法包括：提供包含基于碳的膜的基底；将基于碳的膜暴露于氧化等离子体，从而在基于碳的膜上形成氧化层；此后，将氧化层暴露于非氧化惰性气体等离子体，从而去除氧化层并在基于碳的膜上形成碳化表面层；以及重复暴露步骤至少一次。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月9日提交的美国临时专利申请第 62/419,844号的权益，其通过引用以其全部内容并入本文。

技术领域

本公开内容一般涉及在半导体器件中使用的膜的蚀刻，并且更具体地涉及一种用于基于碳的膜的循环蚀刻方法。

背景技术

基于碳的膜在半导体工业中广泛用作对下层进行图案化的掩模。任何层的初始图案化通常开始于在光致抗蚀剂中光刻限定图案，该光致抗蚀剂通常是烃聚合物或烃大分子。然后将该图案相继地转移到包含Si的膜及另外的烃聚合物膜或无定形氢化碳膜，这些膜最终充当用于蚀刻最终膜的掩模，该最终膜可以是绝缘体诸如SiO₂或导体诸如掺杂的Si。

半导体器件制造中的产率取决于整个晶片上的全局和特征尺寸范围上的局部这两者的临界尺寸(CD)的控制；临界尺寸的示例是待蚀刻的线的宽度。第一类型的CD通常被称为全局CD均匀性(CDU)，并且由如中性活性物种的不均匀分布和/或等离子体离子和电子的不均匀分布的因素引起。第二类型的CD通常取决于晶片上的图案布局的细节、特征是被嵌套还是被隔离、以及凹陷特征(即，沟槽)是宽还是窄。这些不同的均匀性的控制在常规连续和脉冲的等离子体工艺中是有问题的，原因是在蚀刻速率、轮廓控制以及均匀性方面与等离子体物种和传递到特征的能量相关联的许多权衡。通过示例的方式，来自富氧等离子体的氧等离子体自由基提供高的蚀刻速率但导致CD损失。

发明内容

鉴于前述内容，本公开内容的目的是提供一种用于在蚀刻的基于碳的膜中获得良好的全局和局部均匀性的方法。这些和/或其他目的可以通过本公开内容的以下方面提供。

本公开内容的第一方面涉及一种用于蚀刻基于碳的膜的循环蚀刻方法，该方法包括：(i)提供包括基于碳的膜的基底；(ii)将基于碳的膜暴露于第一工艺气体，从而在基于碳的膜上形成活化层；(iii)将活化层暴露于包括等离子体的第二工艺气体，从而去除活化层并在基于碳的膜上形成碳化层，其中等离子体是非活化惰性气体；以及(iv)重复基于碳的膜暴露于第一工艺气体和第二工艺气体至少一次。

在一个实施方案中，其中第一工艺气体包括通过等离子体激发由O₂气体组成的工艺气体而形成的第一等离子体。

在一个实施方案中，第一工艺气体包括通过等离子体激发由O₂气体和惰性气体组成的工艺气体而形成的第一等离子体。

在一个实施方案中，第一工艺气体包括通过等离子体激发包括O₂气体和Ar气体的工艺气体而形成的第一等离子体。

在一个实施方案中，第二工艺气体包括通过等离子体激发由Ar气体组成的工艺气体而形成的第二等离子体。

在一个实施方案中，基于碳的膜包括烃聚合物和无定形氢化碳中至少之一。

在一个实施方案中，基于碳的膜包括碳和氢，并且碳化层至少基本上没有氢。

在一个实施方案中，图案化的掩模层覆盖基于碳的膜。

在一个实施方案中，图案化的掩模层包括：(i)包括硅的抗反射涂层，其中，抗反射涂层在基于碳的膜上；以及(ii)在抗反射涂层上的光致抗蚀剂层。

在一个实施方案中，活化层的形成和碳化层的形成是自限制过程。