專利名稱：：增強等離子體蝕刻性能的方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及一種通過使用等離子體對由蝕刻掩模限定的結(jié)構(gòu)進行完全地蝕刻從而荻得半導體晶片上的結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
：在半導體等離子體蝕刻的應用中，通常使用等離子體蝕刻器將光致抗蝕劑掩模圖形轉(zhuǎn)變成硅晶片上的所需薄膜和/或疊層膜(導體或介電絕緣體)上的電路和線路圖形。這是通過蝕刻去掉掩模圖案開口區(qū)域光致抗蝕劑材料下面的薄膜(及疊層膜)實現(xiàn)的。激發(fā)真空殼體(也稱作反應室)內(nèi)包含的反應混合物產(chǎn)生放電，由此生成的化學活性物質(zhì)和帶電粒子(離子)引起蝕刻反應。另外，這些離子也通過在氣體混合物與晶片材料間生成的電場朝向晶片材料被加速，沿著離子軌道的方向以所謂的各向異性蝕刻的方式定向除去蝕刻材料。蝕刻完成時，通過剝離除去掩模材料，原處復制了先前設計好的掩模圖形的平面圖形。蝕刻的過程中，圖形轉(zhuǎn)移的代價是，掩模材料通常會遭受侵蝕和/或損傷。結(jié)果，一些損傷和侵蝕也可能轉(zhuǎn)移到下面的層，產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的圖形的畸變，例如條紋(striation),CD變大等。因此，蝕刻方法的目的包括減少光致抗蝕劑掩模的侵蝕以便增強光致抗蝕劑掩圖形轉(zhuǎn)移的精確度。介電蝕刻中，深寬比(AR)的含義是特征(feature)深度(d)與寬度(wl)之間的比，如圖9所示，其中在氮化硅阻擋層910上面是介電層卯8,介電層908上面是光致抗蝕劑掩模904。介電層908已經(jīng)蝕刻形成特征916，其具有弓形的側(cè)壁。在AR大于IO的高深寬比(HAR)介電蝕刻中，有許多有挑戰(zhàn)性的要求必須滿足介電層和掩模層間的高蝕刻選擇性；垂直直特征輪廓(profile);臨界尺寸(CD)的控制。整個蝕刻過程中都需要較高的蝕刻選擇性來保護掩模圖形，并防止蝕刻輪廓出現(xiàn)不希望看到的無規(guī)則的偏差(條紋)。要保持器件成品，垂直直特征輪廓是必須的。有幾種機制會引起垂直直輪廓的偏差弓形，指特征的中上部分變寬(圖9中w2〉wl);頸縮(necking)，指靠近特征的頂部變窄(圖10中w4<wl);錐化，指朝特征的底部變窄(w2>w3);扭曲，指特征底部的位置與取向的任意偏差或底部形狀的畸變，其引起了與底部有源器件的不重合。弓形深度dB指產(chǎn)生弓形處的深度，其如圖所示。由于特征尺寸不斷縮小，CD控制越來越重要。通常，在HAR蝕刻中，必須使CD比掩模所限定的值減小或縮小。圖10是采用常規(guī)的技術(shù)形成特征1016執(zhí)行的另一蝕刻的示意圖。這個實例中，在形成特征寬度w2的弓形前，形成特征寬度w4的頸縮。現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)進行了大量的努力來解決這些問題。最具有挑戰(zhàn)的一個問題是弓形保護，即消除垂直輪廓的弓形。常規(guī)采用的方法是，在等離子體蝕刻中，使用聚合的碳氟化學反應鈍化特征側(cè)壁。然而這種方法受限于各種復雜的具有竟爭性的化學反應，在弓形保護與蝕刻停止之間必須做出折衷。當深寬比進一步增大時，這一常規(guī)的方法對弓形保護就不夠了。蝕刻時側(cè)壁鈍化(沉積)的變化也已研究過，例如，在一個蝕刻步驟中提供鈍化添加劑可增加等離子體蝕刻時的聚合反應的傾向，從而導致增強側(cè)壁鈍化與弓形保護。然而，蝕刻化學變得更加復雜，結(jié)果是更易受到諸如蝕刻停止的折衷的限制。
發(fā)明內(nèi)容為了實現(xiàn)以上所述并根據(jù)本發(fā)明的目的，提供了一種在介電層中蝕刻特征的方法。在介電層上形成一掩模。在該掩模的暴露的表面形成一含硅的保護涂層。通過所述掩模和含硅保護涂層蝕刻出所述特征。據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種在介電層中蝕刻出特征的方法。在介電層上形成一掩模。在該介電層中局部地蝕刻出特征。在局部地蝕刻的特征的側(cè)壁上形成一含硅的保護涂層。完全蝕刻所述特征。在本發(fā)明的另一方面，提供一種用于被布置在掩模下的介電層中形成特征的設備。一等離子體處理室，其包含構(gòu)成一等離子體處理室殼體的一室壁、所述等離子體處理室殼體內(nèi)的用于支撐村底的一村底支撐物、用于調(diào)節(jié)所述等離子體處理室殼體內(nèi)的壓力的一壓力調(diào)節(jié)器、至少一個向所述等離子體處理室殼體提供功率來維持等離子體的電極、向所述等離子體處理室殼體輸入氣體的一氣體入口，對所述等離子體處理室殼體進行排氣的一氣體出口。一氣源與所述氣體入口形成流體連接，所述氣源包括一含硅沉積氣源和一蝕刻氣源。一控制器可控制地連接到所述氣源和所述的至少一個電極，該控制器包含至少一個處理器和計算機可讀介質(zhì)。所述計算機可讀介質(zhì)包括用于在所述掩模的暴露的表面形成含硅涂層的計算機可讀代碼，其中包括用于從所述含硅氣源提供含硅沉積氣體的計算機可讀代碼、用于將所述含硅沉積氣體形成等離子體的計算機可讀代碼、用于由所述等離子體將含硅層沉積在掩模的暴露表面的計算機可讀代碼、用于終止從所述含硅氣源供應含硅沉積氣體的計算機可讀代碼。所述計算機可讀介質(zhì)還包括用于通過掩模和含硅保護層蝕刻特征的計算機可讀代碼，其中包括用于從所述蝕刻氣源提供蝕刻氣體的計算機可讀代碼、用于將所述蝕刻氣體形成用于在介電層中蝕刻特征的等離子體的計算機可讀代碼、以及用于終止從所述蝕刻氣源供應蝕刻氣體的計算機可讀代碼。下面，在本發(fā)明的詳述部分同時結(jié)合后面的附圖，詳細描述本發(fā)明的上述以及其它特點。附圖用于舉例說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明，其中相同的附圖標記表示相同的部件。其中圖1是一發(fā)明的蝕刻工藝的流程圖；圖2A-F是使用本發(fā)明的工藝形成一特征的示意圖；圖3是實現(xiàn)本發(fā)明時可以使用的一系統(tǒng)的示意圖；圖4A-B實現(xiàn)本發(fā)明時可以使用的一計算機系統(tǒng)的示意圖；圖5是本發(fā)明另一實施例的流程圖；圖6A-D是使用本發(fā)明的工藝形成一特征的示意圖；圖7是本發(fā)明另一實施例的更具體的流程圖；圖8A-D是使用本發(fā)明的工藝形成一特征的示意圖；圖9是現(xiàn)有技術(shù)中使用會產(chǎn)生弓形的工藝蝕刻的一特征的剖面示意圖；圖10是現(xiàn)有技術(shù)中使用會產(chǎn)生弓形的工藝蝕刻的另一特征的剖面示意圖；圖11是使用本發(fā)明的一實施例蝕刻的一特征的剖面示意圖。下面結(jié)合幾個優(yōu)選的實施方式以及相應的附圖來詳細描述本發(fā)明。下面的說明中，描迷了一些具體的細節(jié)，從而使本發(fā)明能得到透徹的理解。顯然，對本領域的技術(shù)人員來說，即使沒有部分或全部的這些具體的細節(jié)，仍然可以實現(xiàn)本發(fā)明。另外，為了不給本發(fā)明帶來不必要的混亂，熟知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)不進行詳細的描述。本發(fā)明提供一種蝕刻方法，其包含一非蝕刻步驟，其中沉積一含硅層以便能夠改善掩模對介電層的蝕刻選擇性和/或減少弓形以便提供更加垂直的輪廓。更優(yōu)選的是，本發(fā)明提供高蝕刻選擇性以便允許在介電層中蝕刻出具有特征深度與特征寬度的比值大于10:1的高深寬比(HAR)的特征，以及特征的垂直直輪廓(側(cè)壁)與臨界尺寸(CD)的控制。優(yōu)選的是，垂直的側(cè)壁是指從底部到頂部與特征的底部形成88°到90°的角度的側(cè)壁。更高的選擇性能保護掩模，從而能夠使用更薄的掩模圖案來改善分辨率并防止在蝕刻輪廓中出現(xiàn)的不希望的無規(guī)則的偏差(條紋)。本發(fā)明的蝕刻工藝可以通過多個實施例來實現(xiàn)。為了便于理解，圖1是本發(fā)明的一些實施例中可以使用的高級別流程圖。在要蝕刻的層上提供一掩模(步驟104)。圖2A中示出掩模204,其已形成在要蝕刻的介電層208上，該介電層208位于氮化硅阻擋層210上，該阻擋層210位于襯底上。襯底放置于處理室內(nèi)(步驟106)。圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例中能夠使用的處理室300的示意圖。本實施例中，等離子體處理室300包括限制環(huán)302、一上電極304、一底電極308、一氣源310、以及一排氣泵320。氣源310包括一沉積氣源312、一獨刻劑氣源3M、以及一附加氣源316。在等離子體處理室300內(nèi)，襯底晶片308放置在底電極308上。底電極308具有用于容納襯底晶片380的一合適的襯底夾緊裝置(例如，靜電、機械夾具，或其類似物)。該反應室頂部328包括與底電極308接近于相對放置的上電極304。上電極304、底電極308、以及限制環(huán)302限定出被約束的等離子體體積區(qū)域340。氣體由氣源310通過一氣體入口343供應到約束的等離子體體積區(qū)域，并且通過限制環(huán)302以及排氣泵320的排氣口從約束的等離子體體積區(qū)域排出。排氣泵320構(gòu)成為等離子體處理室的一氣體出口。第一RF源344與上電極304電連接。第二RF源348與底電極308電連接。室壁352限定出一等離子體殼體，以便限制環(huán)302、上電極304、底電極308被放置于它里面。第一RF源344與第二RF源348都可以包含一個60MHz的功率源、一個27MHz的功率源、以及一個2MHz的功率源?？梢圆捎貌煌姆椒▽F功率連接到電極。本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例可以使用加利福尼亞的佛雷蒙特的LAM研究公司TM(LAMResearchCorporationofFremont,California)制造的一300mmFlex45前端介電蝕刻機。一控制器335可控制地連接到第一RF源344、第二RF源348、排氣泵320、連接到沉積氣源312的第一控制閥337、連接到蝕刻劑氣源314的第二控制閥339、以及連接到附加氣源316的第三控制閥341。氣體入口343從氣源312、314、316向等離子體處理殼體內(nèi)提供氣體?？梢詫⒁粐娏茴^(showerhead)連接到氣體入口343。氣體入口343可以有各種可能各個氣源有單個入口，或者每一個氣源有一個不同入口，或者每一個氣源都有許多入口，或者其它可能的組合。圖4A和4B是一個計算機系統(tǒng)400,它適合于用作控制器335。圖4A是可以用作控制器335的一計算機系統(tǒng)的一種可能的物理形態(tài)。當然，計算機系統(tǒng)可以具有許多物理形態(tài)，其包括的范圍從集成電路，印刷電路板，以及小型手持設備，直到巨型計算機。計算機系統(tǒng)400包括一監(jiān)視器402、一顯示器404、一箱體406、一盤驅(qū)動408、一鍵盤410、以及一鼠標412。盤414是一種計算機可讀介質(zhì)，用于對計算機系統(tǒng)400輸入和輸出數(shù)據(jù)。圖4B是計算機系統(tǒng)400的一個實例的方框圖。各種不同的子系統(tǒng)連接到系統(tǒng)總線420,處理器422(也稱作中央處理單元，或CPU)連接到存儲設備，其包括存儲器424。存儲器424包括隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。本領域的人員熟知，ROM用于單向地將數(shù)據(jù)和指令傳給CPU，RAM通常用于雙向傳送數(shù)據(jù)和指令。這兩種存儲器都可以含有下面要描述的任何合適的計算機可讀介質(zhì)。一固定盤426也雙向地連接到CPU422;它提供額外的數(shù)據(jù)存儲功能，也可以含有下面要描述的任何合適的計算機可讀介質(zhì)。固定盤426可以用于存儲程序、數(shù)據(jù)以及類似物，它通常是一個次級存儲介質(zhì)(例如硬盤)，比主存慢?？梢岳斫猓诠潭ūP426內(nèi)保存的信息，在適當?shù)那樾蜗拢梢砸詷藴实姆绞阶鳛樘摂M存儲器合并到存儲器424中?？梢苿颖P414也可以采取下面要描述計算機可讀介質(zhì)的任何形式。CPU422也連接到各種輸入/輸出設備，例如，顯示器404、鍵盤410、鼠標412、以及揚聲器430。通常，輸入/輸出設備可以具有任何形式視頻顯示屏、跟蹤球、鼠標、鍵盤、麥克風、觸摸屏、變換器卡片讀出器、磁帶或紙帶讀出器、圖形輸入板、探針、聲音或手寫識別器、生物測量讀出器、或者其它的計算機?？梢赃x擇將CPU422通過網(wǎng)絡接口440連接到其它的計算機或者電信網(wǎng)絡。使用這種網(wǎng)絡接口，可以考慮，在進行上面描述的方法步驟時，CPU既可以從網(wǎng)絡接收信息，也可以向網(wǎng)絡輸出信息。另外，本發(fā)明的方法實施例的實現(xiàn)可以只用CPU422或者可以通過例如因特網(wǎng)的網(wǎng)絡與分擔部分處理工藝的遠程CPU相結(jié)合。另外，本發(fā)明的實施例進一步涉及具有其上含有執(zhí)行各種計算機實施的操作的代碼的計算機可讀介質(zhì)的計算機存儲產(chǎn)品。所述介質(zhì)和計算機代碼可以是為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的而專門設計并實現(xiàn)的，它們也可以是計算機軟件領域的技術(shù)人員熟知并可以荻得的。計算機可讀介質(zhì)的例子包括，但不限于磁介質(zhì)，例如硬盤、軟盤、以及盤；光介質(zhì)，例如CD-ROM、全息設備；磁光介質(zhì)，例如軟式光盤(flopticaldisk);以及專門被配置用來存儲并執(zhí)行程序代碼的硬件設備，例如專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)以及ROM和RAM設備。計算機代碼的例子包括例如由編譯器產(chǎn)生的機器代碼，以及包含可由使用譯碼器的計算機執(zhí)行的較高級代碼的文件。計算機可讀介質(zhì)也可以是由在栽波中包含的計算機數(shù)據(jù)信號所傳輸?shù)暮捅硎究捎商幚砥鲌?zhí)行的指令序列的計算機代碼。如圖2B所示，一含硅保護層212形成在所述掩模204上(步驟108)。優(yōu)選的是，形成含硅保護層使用的是含有SiF4的硅前驅(qū)氣體。并不局限于理論，人們相信SiF4既提供硅也提供氟，其中硅用于含硅保護層的沉積，氟提供硅層的一些輪廓成形，并阻止要蝕刻的特征的底部的蝕刻停止。優(yōu)選的是，沉積是不對稱的，因此，在掩模材料與特征側(cè)壁上沉積的量比蝕刻的介電層特征的底部多。正如圖2B所示，相對于特征底部的介電層表面，在掩模204上形成更厚的保護硅層212。優(yōu)選的是，如圖2B所示，氟除去特征底部的硅。本優(yōu)選實施例中，沉積是采用化學氣相沉積(CVD)工藝在蝕刻室中原位進行的，它也在掩模的側(cè)壁沉積一層薄的保護層。優(yōu)選的是，沉積采用某種離子能，使該沉積具有選擇性。沉積完成時，停止沉積氣體的流動。其它的實施例中，可以改變處理條件以改變硅保護層的厚度與空間分布。例如，當蝕刻得更深的時候，為了保護蝕刻的特征避免由于后續(xù)的蝕刻引起的進一步的畸變或弓形，人們希望在蝕刻特征的側(cè)壁上形成一更厚的涂層。改變處理條件可以實現(xiàn)這一點。由于沉積保護硅層和蝕刻是分別的步驟，可以在不影響蝕刻工藝的情況下優(yōu)化沉積含硅保護層的處理條件。含硅保護層的CVD沉積可以用到的沉積用化學物質(zhì)的例子可以是，但不限于SiH4、Si(CH3)4、SiH(CH3)3、SiH2(CH3)2、SiH3(CH3)、Si(C2H5)4、SiF4、以及其它的有機硅化合物，例如Si(OC2H5)4。優(yōu)選的是，這些化學物質(zhì)中面素與硅的比不大于4:1。SiF4是最優(yōu)選的前驅(qū)，這是因為它不易燃，并且在半導體制造工廠里容易荻得/存在。為了從SiF4中釋放硅以用于沉積，在沉積等離子體中加入氟凈化劑，例如氫(H2)。對于SiF4沉積，需要有足量的氬H2。Hb與SiF4流速的比在0.5-5之間，優(yōu)選的范圍是1.5到2.5。也可以加入例如CH4和/或CF4的含碳前驅(qū)來改變薄膜的組分。為了掩模與弓形保護，在掩模和特征側(cè)壁上的沉積必須是共形的。同時，為了防止蝕刻停止，必須抑制或阻止特征底部的沉積。另外，沉積在整個晶片表面上必須是均勻的。沉積的保護層是掩模上的一層含非晶硅層(或多晶硅)。F、C以及H組分的存在會改變硅保護層。F的存在會產(chǎn)生不同材料表面上的選擇性活性，結(jié)果，沉積優(yōu)先發(fā)生在某些表面而不是其他表面。例如，相對于蝕刻介電特征的底部，沉積更優(yōu)先發(fā)生在掩模的表面與蝕刻特征的側(cè)壁上。優(yōu)先沉積在掩模的表面上導致產(chǎn)生掩模保護并改善蝕刻選擇性。優(yōu)先沉積在蝕刻特征的側(cè)壁上會抑制橫向蝕刻，因此減小蝕刻特征的弓形。含硅保護層的沉積在蝕刻工藝中是一個獨立的步驟，該蝕刻工藝包過程通過^用可能的;步氣體轉(zhuǎn)換序列在包括掩^特征的蝕刻特征的周圍提供含硅保護涂層。要完成這一步驟，控制器335控制第一控制閥337，使含SiF4的沉積氣體從沉積氣體源312進入處理室300，同時使第二控制閥339阻止蝕刻氣體從蝕刻劑氣體源314進入處理室?？刂破?35也會控制由第一和第二RF源344、348供應的功率以及排氣泵320。也可以用控制器來控制晶片區(qū)域的壓力、背面He冷卻壓力、襯底上的偏壓、以及各種溫度。接著，如圖2C所示，通過掩模204蝕刻介電層208以形成特征216。蝕刻應用可以包括，但不限于介電元件蝕刻，介電接觸蝕刻(高深寬比接觸(HARC)或鑲嵌)、導體溝槽蝕刻(淺的或深的)、自對準接觸蝕刻、柵掩模開口蝕刻、接觸蝕刻、通孔介電蝕刻、雙鑲嵌通孔蝕刻、雙鑲嵌溝槽蝕刻、導體柵蝕刻、導體深溝槽蝕刻、導體淺溝槽隔離蝕刻、以及硬掩模開口。優(yōu)選的是，使用高離子能產(chǎn)生定向蝕刻。如圖所示，蝕刻會除去部分含硅保護層212。一些表面上的保護層會完全被除去。本例中，形成掩模204上的側(cè)壁的保護層都已除去。含硅保護層的其它部分可以僅僅局部地除去。本例中，掩模204的上表面上的含硅保護層212只有一部分已被除去。其它的實施例中，保護層的其它部分可以局部地蝕刻掉或完全蝕刻掉。要完成這個步驟，控制器335可以使第一控制閥337停止沉積氣體從沉積氣源312流入處理室300,同時，使第二閥門339讓蝕刻氣體從蝕刻劑氣源314流入處理室?？刂破?35會改變第一和第二RF源344、348供應的功率以及改變排氣泵320的設置來適應蝕刻的要求。也可以用控制器來改變晶片區(qū)域的壓力、背面壓力、以及各種溫度來適應蝕刻工藝的要求。所述特征至少局部地蝕刻后，需要決定是否更多地蝕刻(步驟116)。這可以通過一組方法或者測量來決定。如果需要更多地蝕刻，那么工藝循環(huán)返回到步驟108,如圖2D所示，在其中在掩模上沉積另一硅保護層218。本例中，原保護層的剩余部分成為新的硅保護層218的一部分。這個步驟中，再一次地，控制器335打開第一控制閥337以供應沉積氣體，以及關閉第二控制閥339以停止蝕刻氣體的流入?？刂破?35也可以改變其它的參數(shù)來適應沉積的要求。如圖2E所示，通過掩模進一步蝕刻所述特征(步驟112),從而提供更深的特征216。在這個步驟中，再一次地，控制器335關閉第一控制閥337以停止沉積氣體，以及打開第二控制閥339讓蝕刻氣體流入。控制閥335也可以改變其它的參數(shù)來適應蝕刻的要求。被重復超過一次。優(yōu)選的是這一循環(huán)重復超過三次。優(yōu)選的是這一循環(huán)重復至少五次。這一循環(huán)可以重復幾十次。也可以重復這一循環(huán)100次。其它的實施例中，在掩模上沉積硅保護層的步驟108之前可以加入一個蝕刻步驟。優(yōu)選的是，保護層的蝕刻與沉積在同一個室內(nèi)進行，但也可以在不同的室進行。由于沉積和蝕刻在同一室內(nèi)進4亍，沉積和蝕刻間的循環(huán)可以快速進行。優(yōu)選的是，掩模是一種有機材料，其中的有機材料可以被規(guī)定為光致抗蝕劑、聚合物或非晶碳。也可以使用無機材料作為掩模。介電蝕刻用的無機材料掩模的例子包括多晶硅掩模和金屬氧化物掩模。有機材料掩模用的材料的例子包括，但不限于較新一代的光致抗蝕劑，例如，深DV光致抗蝕劑、193nm光致抗蝕劑、157nm光致抗蝕劑、EUV光致抗蝕劑、e-束光致抗蝕劑、X射線光致抗蝕劑，以及其它的非光刻掩模，例如非晶碳。較早一代的光致抗蝕劑聚合物材料被設計成包含不飽和C-C鍵，例如C-C雙鍵和甚至C-C三鍵來提供所需要的高的耐蝕性，即，對蝕刻氣體混合物的化學惰性。這些鍵很強，要破壞它們需要高的激活能，因此，在相對低的離子能量的條件下，較早一代的光致抗蝕劑對該蝕刻氣體混合物顯現(xiàn)出極低的蝕刻速率。包括193nm與157nm的較新一代的光致抗蝕劑不含有這些不飽和鍵，因為這些不飽和鍵在光刻的曝光波長時會吸收，導致很大程度上減小光致抗蝕劑耐蝕性。通過在蝕刻階段在光致抗蝕劑上提供含硅保護涂層，光致抗蝕劑的耐蝕性得到很大改善，即使是在高的離子轟擊能的情形下。本發(fā)明可以改善掩模的耐蝕性的高的離子轟擊能可以是50-2000eV。更優(yōu)選的是，離子轟擊能可以是200-1500eV。更優(yōu)選的是，離子轟擊能是500-1000eV。本實施例中，在蝕刻進程中，使用原位等離子體化學工藝來增強和/或修正掩模，以及蝕刻特征的垂直側(cè)壁。本實施例中，在將晶片暴露于蝕刻等離子體一段預期的時間之前/之后一段短的時間內(nèi)，啟動等離子體體化學沉積工藝。用以下方式來選擇沉積工藝將一硅薄膜形成在掩模圖案上來保護掩模避免后來的蝕刻侵蝕。這會改變掩模圖形的表面組分，從而，掩模的性質(zhì)如同偽硬掩模，具有硅硬掩模的有益的蝕刻特性。單蝕刻沉積蝕刻循環(huán)圖5是本發(fā)明另一實施例的高級別流程圖。本實施例中，一光致拔蝕劑掩模形成在要蝕刻的層上(步驟504)。圖6A中顯示光致抗蝕劑掩模604,其已形成于要蝕刻的介電層608上，該介電層608位于氮化硅阻擋層610上，該阻擋層610位于襯底上。襯底放入處理室內(nèi)(步驟506)。該處理室可以是圖3中的處理室300，也可以是其它的處理室。如圖9所示，蝕刻特征到一弓形深度ds(步驟508)。弓形深度(1b是所需特征/疊層膜的整個蝕刻工藝都完成后弓形形成處的深度。彎曲深度dB可以通過例如剖面掃描電子顯微鏡(SEM)確定。一個實施例中，發(fā)現(xiàn)弓形深度在0.2到0.5jum之間。然而，彎曲深度取決于疊層膜的類型、蝕刻深度、以及蝕刻時間，因此，彎曲深度隨不同條件而改變。如圖6C所示，沉積含硅保護層618(步驟512)。優(yōu)選實施例中，硅保護層618通過提供含SiF4的沉積氣體形成。由沉積氣體形成等離子體。由等離子體沉積含硅保護層618。如前面的實施例所討論的那樣，可以調(diào)整等離子體的參數(shù)，以便將硅選擇性地沉積在掩模的上表面，在掩模上表面上形成最厚的層。等離子體可以以較少的選擇性沉積在特征的側(cè)壁上，在圖案的側(cè)壁上形成較薄的一層。等離子體以最少的選擇性沉積在特征的底部。如上所述，可以相信，SiF4的使用和合適的等離子體參數(shù)的選取，能夠在特征616的底部沒有硅的沉積，其如圖所述。然后，如圖5D所示，完成特征的蝕刻(步驟516)。剝離掩模(步驟520)。單蝕刻沉積循環(huán)圖7是本發(fā)明另一實施例的高級流程圖。本實施例中，一掩模形成在要蝕刻的層上(步驟704)。圖8A顯示掩模804，其已形成于要蝕刻的介電層808上，該介電層808位于氮化硅阻擋層810上，該阻擋層810位于襯底上。襯底放置于處理室內(nèi)(步驟706)。該處理室可以是圖3中的處理室300，也可以是其它的處理室。如圖8B所示，沉積含硅保護層818(步驟708)。如前面的實施例所討論的那樣，可以調(diào)整等離子體的參數(shù)，將硅選擇性地沉積在掩模的上表面，在光致抗蝕劑上表面形成最厚的層。等離子體可以以較少的選擇性沉積在掩模的側(cè)壁上，在掩模的側(cè)壁形成較薄的一層。等離子體以最少的選擇性沉積在介電層的上表面。如上所迷，可以相信，SiF4的使用和合適的等離子體參數(shù)的選取，能夠在介電層808的上表面沒有硅的沉積，其如圖所示。本實施例中，特征沒有蝕刻到介電層的地方，特征的底部正是掩模特征的底部，它是介電層的上表面。本實施例中，如圖8C所示，只使用單一主要的蝕刻步驟來完全蝕刻一個特征816(步驟712)到阻擋層810。如圖8D所示，接著剝離掩模(步驟716)。本實施例中，含硅保護層用來保護掩模，而不是用于側(cè)壁輪廓的保護。優(yōu)點傳統(tǒng)的PECVD中，襯底放置在接地基座上，加熱到幾百度'C。RF向上電極供應功率來維持沉積等離子體，或者使用誘導耦合等離子體(ICP)。這種傳統(tǒng)的PECVD方法不適應于通常的反應離子蝕刻(RIE)型的等離子體蝕刻機，在那里，晶片放置在由RF提供功率的底電極上，上電極通常接地或者由獨立的頻率來驅(qū)動。而且，出于有源器件的熱預算和損傷的考慮，晶片電極的加熱通常限制在遠低于(wellbelow)100匸。SiF4基PECVD也表明RIE模式的等離子體不會提供足夠的沉積，因為薄膜不斷地被同時進行的蝕刻和濺射移除。意外發(fā)現(xiàn)，堅固的薄膜可以在優(yōu)化的條件下使用RIE模式的等離子體在足夠高的速率下被沉積。而且，加上最佳數(shù)量的RF偏置功率(例如2MHz或者其它的低頻功率，其中低頻功率被規(guī)定為小于5MHz)可以改善沉積的均勻性和薄膜的堅固性。最佳的2MHz功率優(yōu)選是0-1000W,或者更優(yōu)選的是5-500W?？梢允褂闷渌姆椒ㄌ峁┑偷钠媚芰俊Ｒg刻的層可以是介電層(例如氧化硅)、導電層(例如金屬與硅或者其它類型的半導體)、或者硬掩模層(例如氮化硅與氮氧化硅)。對于蝕刻導體層，在蝕刻步驟中可以使用鹵素，例如，氯、氟、溴。一些實施例的其它的優(yōu)點是能夠防止蝕刻錐化以及蝕刻停止。意外地發(fā)現(xiàn)包含SiF4的保護層的氣體中加入H2慮及沉積工藝的控制。本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，希望沉積氣體的某些組分不與蝕刻氣體的組分混合，因為某些混合會降低分開的沉積與蝕刻工藝的效率。結(jié)果，控制器應控制氣流的時間，使得在加入另一種氣體前，一種氣體被耗盡。上述實施例中，蝕刻時不提供SiF4。在蝕刻以及沉積中可以使用其它的惰性氣體代替氬作為載氣。別的惰性氣體的例子是氦、氖和/或氙。一個優(yōu)選的實施例中，在介電蝕刻中不需要重聚合化學反應。較少聚合蝕刻化學反應有助于避免錐化和蝕刻停止。優(yōu)選的實施例中，使用通常的HAR碳氟蝕刻化學反應而不用加入分離的重聚合組分，例如CH3F或CH2F2。試驗結(jié)果進行下面的試驗試驗l、一般的(blanket)硅片沉積與蝕刻特性這個試驗給出了使用SiF4在棵硅片上沉積含硅薄膜的方法。本例中使用下面的工藝條件晶片區(qū)域壓力(WAP)100mTorr、60MHzRF500W、100sccmSiF4、190sccmH2、225sccmAr、饋給氣體分布70%中心重量、底電極溫度60。C、上電極溫度100。C、內(nèi)外區(qū)域的背面氦壓力均為30Torr、處理時間180秒。用KLAF5X橢圓儀確定沉積的薄膜的特性。這個試驗提供一種硅層沉積，它具有143.3nm的平均厚度，平均沉積速率是47.8nm/min,并且其范圍為19.7nm(13.7。/。)的整個晶片(16.1nm)上的3sigma均勻度是11.3%。接著，該沉積的薄膜經(jīng)受60秒常用的HAR氧化物蝕刻工藝。然后，利用一個新的薄膜模型使用KLAF5X橢圓儀重新確定蝕刻的晶片的特性。結(jié)果是，硅層的平均蝕刻速率是57.1nm/min,其范圍是27.1nm/mm(47.6。/o)的整個晶片(20.8nm/min)上的3sigma均勻度是36.5。/。。試驗2、2MHzRF偏壓的沉積工藝的比較這個試驗中，所有的工藝條件都與試驗1中的相同，除了同時使用200W2MHzRF偏置功率。這個試驗提供一種珪層沉積，它具有133.3nm的平均厚度，平均沉積速率是44.43nm/min，其范圍是10.4nm(7.8。/。)的整個晶片(8.7nm)上的3sigma均勻度是6.60/。。接著，該沉積的薄膜經(jīng)受60秒常用的HAR氧化蝕刻工藝。然后，利用一個新的薄膜模型使用KLAF5X橢圓儀重新確定蝕刻的晶片的特性。結(jié)果是，硅層的平均蝕刻速率是46.4nm/min，其范圍是5.6nm/min(12.0。/o)的整個晶片(3.5nm/min)上的3sigma均勻度是7.5%。增加的2MHzRF功率極大改善沉積的均勻度(3-sigma減少46%)以及HAR氧化物蝕刻的耐獨性(蝕刻速率減小23%)。試驗3、局部蝕刻的圖形化晶片上的沉積這個試驗中，對一個晶片采用了與試驗2中的同樣的沉積工藝進行了120秒，該晶片已由常用的HAR氧化物蝕刻等離子體蝕刻了300秒。剖面掃描電子顯微鏡(SEM)對例3的分析結(jié)果在下面的表1中給出。作為比較，只經(jīng)過了300秒蝕刻的樣品(比較例3a)也進行了分析并歸納在表1中。數(shù)據(jù)表明頂部CD減小很顯著(44%)而沒有任何的夾斷(pinch-off)或底部堵塞(plugging)。事實上，意外地發(fā)現(xiàn)在SiF4沉積工藝的過程中孔的深度擴大152nm。這說明SiF4基沉積工藝是一種不會導致高深寬比孔中停止蝕刻的縮小掩模CD的有效方法。表l局部地蝕刻的圖形化晶片的沉積<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>試驗4、圖形化晶片的沉積后的蝕刻這個試驗中，使用相同的常用的HAR氧化物蝕刻等離子體對試驗3的晶片進一步蝕刻IOO秒來完成整個蝕刻工藝。樣品接著使用氧灰化等離子體處理來去掉掩模層，以及形成用于SEM的剖面。結(jié)果(例4)在下面的表2中給出。作為比較，例4a是經(jīng)過不帶有SiF4沉積步驟的2步蝕刻(300秒+100秒)HAR蝕刻的樣品的結(jié)果。如表中所示，第二個樣品(蝕刻-沉積-蝕刻)中的彎曲幾乎完全被消除。氧灰化等離子體將兩個樣品的有機掩模都除去了。相比較，無機含硅鈍化層在氧灰化等離子體處理中保存下來，并且在第二個樣品的SEM中可以清楚的看到。這是我們的SiF4沉積工藝將含硅薄膜層從掩模一直深入到蝕刻的孔中共形沉積的直接證據(jù)。硅基側(cè)壁鈍化薄膜對不希望的橫向蝕刻具有更大的耐蝕性，因此，使輪廓的弓形最小化。這個例子表明局部蝕刻后使用SiF4沉積是一種有效的弓形保護方法。表2圖形化晶片的沉積后的蝕刻<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>這個試驗中，晶片使用一種方法按照下面的序列持續(xù)處理200秒的常用的HAR蝕刻，60秒的SiF4沉積，200秒的常用的HAR蝕刻。處理的晶片接下來經(jīng)受02灰化等離子體處理，并形成用于SEM的剖面。結(jié)果顯示在下面的表3中(例5)。在400秒持續(xù)蝕刻(例5a)的比較例中，由于嚴重的條紋化，頂部CD變大(blownout)到148nm。嚴重的條紋化是掩模層損傷和畸變的結(jié)果。相比較，例5的自上而下SEM檢查表明蝕刻完成后HAR孔是沒有條紋的的圓形開口。表3也表明蝕刻過程中使用SiF4沉積步驟時，蝕刻后更多的掩模保存下來。參見圖10，除了頂部條紋化，比較例5a顯示出在頂部與弓形深度間的129nm的頸縮(窄化)CD(圖10中的w4)。作為比較，蝕刻過程中使用SiF4沉積的樣品中，沒有觀察到頸縮。這個實施例表明，在HAR蝕刻工藝間使用SiF4沉積，不僅會減少弓形，也會保護掩模層，因此減小條紋、頂部CD變大以及頸縮。表3持續(xù)的蝕刻-沉積-蝕刻工藝<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>試驗6頂部CD縮小的預沉積這個試驗中，晶片首先經(jīng)過30秒的SiF4沉積處理，接著是在單一方法中400秒的常用的HAR氧化物蝕刻。結(jié)果顯示在下面的表4中。作為比較，來自不使用SiF4預沉積直接蝕刻的數(shù)據(jù)(比較例5a)也在表4中給出。如表中所示，蝕刻前應用30秒的SiF4沉積實現(xiàn)了36nm的頂部CD減小。而且在預蝕刻SiF4沉積處理的樣品中，保留更多的掩模。這表明，SiF4預沉積在蝕刻時保護掩模層。表4頂部CD減小的預沉積<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>圖11是使用本發(fā)明的一個實施例蝕刻的特征1116的示意圖。如圖所示，特征1116沒有弓形，而具有垂直的輪廓。雖然，以優(yōu)選實施例的方式描述了本發(fā)明，任何的替換、修改、變化以及各種等同置換都落入本發(fā)明的范圍。也應注意到，有很多可替換的方式可用來來實施本發(fā)明的方法和設備。因此后面隨附的權(quán)利要求應被解釋為包括各種情形，如替換、修改、變化以及各種等同置換都落入本發(fā)明的精神和范圍。權(quán)利要求1.一種在介電層中蝕刻特征的方法，包括在所述介電層上形成一掩模；在所述掩模的暴露表面形成含硅保護涂層；通過所述掩模和含硅保護涂層蝕刻所述特征。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述特征具有底部，其中所述形成含硅保護涂層不在所述特征的所述底部沉積所述含硅涂層。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述形成含硅保護涂層包括提供一保護涂層氣體，其包括SiF4、SiH4、Si(CH3)4、SiH(CH3)3、SiH2(CH3)2、SiH3(CH3)、Si(C2H5)4、或者其它的有機硅化合物中的至少一種；將所述保護涂層氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體；由所述等離子體沉積所述含硅保護涂層；停止所述保護涂層氣體。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述保護涂層氣體包括SiF4。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述保護涂層氣體進一步包括H2。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述通過掩模和含硅保護涂層蝕刻所述特征包括提供沒有CH3F和CH2F2的蝕刻氣體；由所述蝕刻氣體形成等離子體，用它蝕刻所述特征。7.如權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括在形成所述硅保護涂層之前，在所述介電層中局部蝕刻所述特征到一弓形深度。8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述形成硅保護涂層和蝕刻所述特征重復進行至少三個循環(huán)。9.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述沉積保護涂層包括提供5到500W間的偏置功率。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述提供偏置功率包括提供一低頻RF信號。11.如權(quán)利要求IO所述的方法，其中所述特征具有垂直輪廓。12.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在形成所述硅保護涂層之前，在所述介電層中局部蝕刻所述特征到一弓形深度。13.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述掩模是有機材料掩模。14.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述通過掩模和含硅保護涂層蝕刻所述特征包括提供沒有CH3F和CH2F2的一蝕刻氣體；以及由所述蝕刻氣體形成等離子體，用它蝕刻所述特征。15.—種在介電層中蝕刻特征的方法，包括在一介電層上形成一掩模；在所述介電層中局部蝕刻所述特征；在所述局部蝕刻的特征的側(cè)壁上形成含硅保護涂層；以及完全蝕刻所述特征。16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述局部蝕刻特征將所述特征蝕刻到一弓形深度。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述特征具有底部，其中所述18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中P所述^成含硅保護涂層包括提供一保護涂層氣體，其包括SiF4、SiH4、Si(CH3)4、SiH(CH3)3、SiH2(CH3)2、SiH3(CH3)、Si(C2H5)4、或者其它的有機硅化合物中的至少一種；將所述保護涂層氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體；由所述等離子體沉積所述硅保護涂層；停止所迷保護涂層氣體。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述沉積保護涂層包括提供5到500W間的偏置功率。20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述提供偏置功率包括提供一低頻RF信號。21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述特征具有垂直輪廓。22.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述掩模是有機材料掩模。23.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述完全蝕刻所述特征包括:提供沒有CH3F和CH2F2的一蝕刻氣體；由所述蝕刻氣體形成等離子體，用它蝕刻所述特征。24.—種用于在掩模下沉積的介電層中形成特征的設備，包括:一等離子體處理室，包括構(gòu)成一等離子體處理室殼體的一室壁；所述等離子體處理室殼體內(nèi)的用于支撐襯底的一襯底支撐物；用于調(diào)節(jié)所述等離子體處理室殼體內(nèi)的壓力的一壓力調(diào)節(jié)器；至少一個向所述等離子體處理室殼體提供功率來維持等離子體的電極；向所述等離子體處理室殼體輸入氣體的一氣體入口；以及對所述等離子體處理室殼體進行排氣的一氣體出口；與所述氣體入口形成流體連接的一氣源，包括一含;圭沉積氣源；以及一蝕刻氣源；以及可控制地連接到所述氣源和所述的至少一個電極的一控制器，包至少一個處理器；以及計算機可讀介質(zhì)，具有用于在所述掩模的暴露表面形成一含硅涂層的計算機可讀代碼，包括用于從所述含硅氣源提供含硅沉積氣體的計算機可讀代碼；用于將所述含硅沉積氣體形成等離子體的計算機可讀代碼；用于由所述等離子體在所述掩模的暴露表面沉積一含硅層的計算機可讀代碼；和用于終止從所述含硅氣源提供所述含硅沉積氣體的計算機可讀代碼；以及用于通過所述掩模和含硅保護涂層蝕刻特征的計算機可讀代碼，包括用于從所述蝕刻氣源提供蝕刻氣體的計算機可讀代碼；用于將所述蝕刻氣體形成用于在介電層中蝕刻特征的等離子體的計算機可讀代碼；以及用于終止從所述蝕刻氣源提供所述蝕刻氣體的計算機可讀代碼。全文摘要增強等離子體蝕刻性能的方法。本發(fā)明提供了一種在介電層中蝕刻特征的方法。在介電層上形成一掩模，在該掩模的暴露的表面形成一含硅的保護涂層。通過所述掩模和含硅保護涂層蝕刻出所述特征。含硅保護涂層形成前，可以局部地蝕刻所述特征。文檔編號H01L21/70GK101131927SQ20071014173公開日2008年2月27日申請日期2007年8月21日優(yōu)先權(quán)日2006年8月22日發(fā)明者B·紀,E·A·埃德爾伯格,L·李,T·亞納加瓦,Z·黃申請人:蘭姆研究有限公司