CN112687537A - 金属硬掩膜刻蚀方法 - Google Patents

金属硬掩膜刻蚀方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112687537A
CN112687537A CN202011499448.4A CN202011499448A CN112687537A CN 112687537 A CN112687537 A CN 112687537A CN 202011499448 A CN202011499448 A CN 202011499448A CN 112687537 A CN112687537 A CN 112687537A
Authority
CN
China
Prior art keywords
etching
gas
hard mask
fluorine
metal hard
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011499448.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112687537B (zh
Inventor
张宇
黄亚辉
贺小明
刘钊成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Original Assignee
Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd filed Critical Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
Priority to CN202011499448.4A priority Critical patent/CN112687537B/zh
Publication of CN112687537A publication Critical patent/CN112687537A/zh
Priority to US18/257,751 priority patent/US20240112923A1/en
Priority to KR1020237019290A priority patent/KR20230104689A/ko
Priority to TW110146933A priority patent/TWI769118B/zh
Priority to PCT/CN2021/138270 priority patent/WO2022127813A1/zh
Priority to JP2023534136A priority patent/JP2023550842A/ja
Application granted granted Critical
Publication of CN112687537B publication Critical patent/CN112687537B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31144—Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B5/00—Cleaning by methods involving the use of air flow or gas flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H01J37/32449—Gas control, e.g. control of the gas flow
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32853—Hygiene
    • H01J37/32862—In situ cleaning of vessels and/or internal parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/308—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching using masks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31058—After-treatment of organic layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31127—Etching organic layers
    • H01L21/31133—Etching organic layers by chemical means
    • H01L21/31138—Etching organic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Weting (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种金属硬掩膜刻蚀方法，在基片表面由下而上依次形成金属硬掩模层和多个功能膜层，该金属硬掩膜刻蚀方法包括：由上而下依次对多个功能膜层和金属硬掩膜层进行刻蚀的多个刻蚀工艺；在对应多个功能膜层的刻蚀工艺中，有至少一个指定的刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括氢元素和氟元素，且氢元素与氟元素在刻蚀气体中的含量的比值小于预设阈值，以减少氟化氢副产物的生成。本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法，其可以减少氟化氢副产物的形成，从而可以减少因腔室内表面材料损耗而产生的颗粒。

Description

金属硬掩膜刻蚀方法
技术领域
本发明实施例涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种金属硬掩膜刻蚀方法。
背景技术
颗粒控制能力是集成电路制造工艺中衡量设备稳定性和工艺稳定性的一项重要指标，随着目前工艺制程对颗粒控制的要求越来越高，这就对集成电路设备提出了更大的挑战。
颗粒来源主要包括工艺形成和外界引入。其中，工艺形成是指在工艺反应期间由于工艺导致的颗粒；外界引入主要指在硅片装载过程中引入的颗粒。目前对于基片装载过程中引入的颗粒已经得到了有效的控制，但是工艺形成的颗粒一直以来都是刻蚀工艺技术向更低技术节点的延伸过程中的重大问题。
例如，在28nm及以下的工艺制程中，金属硬掩膜的刻蚀工艺对颗粒要求极高，但是，现有技术采用的金属硬掩膜的刻蚀方法，在长期使用刻蚀设备进行量产的过程中，产生的HF等副产物会导致腔室内表面材料(例如Y2O3涂层)损耗，甚至会因涂层损坏致使腔室无法继续使用，同时还会形成含钇成分的颗粒，引起颗粒问题以及缺陷问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种金属硬掩膜刻蚀方法，其可以减少氟化氢副产物的形成，从而可以减少因腔室内表面材料(例如Y2O3涂层)损耗而产生的颗粒。
为实现本发明的目的而提供一种金属硬掩膜刻蚀方法，在基片表面由下而上依次形成金属硬掩模层和多个功能膜层，所述金属硬掩膜刻蚀方法包括：由上而下依次对多个所述功能膜层和所述金属硬掩膜层进行刻蚀的多个刻蚀工艺；
在对应多个所述功能膜层的刻蚀工艺中，有至少一个指定的刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括氢元素和氟元素，且所述氢元素与所述氟元素在所述刻蚀气体中的含量的比值小于预设阈值，以减少氟化氢副产物的生成。
可选的，所述比值小于或等于1。
可选的，所述比值小于或等于0.5。
可选的，在所述指定的刻蚀工艺中，在向工艺腔室通入所述刻蚀气体的同时，向所述工艺腔室通入第一辅助气体，所述第一辅助气体用于促进所述刻蚀气体的电离，以减少氟化氢副产物的生成。
可选的，所述第一辅助气体包括氩气、氦气和氧气中的至少一种。
可选的，所述金属硬掩膜刻蚀方法还包括：
在全部所述刻蚀工艺完成之后，对工艺腔室进行多个清洗工艺，用于去除所述刻蚀工艺在所述工艺腔室内生成的反应副产物；
其中，所述反应副产物中包括含硅副产物，对所述含硅副产物进行清洗的所述清洗工艺采用的清洗气体包括含氟气体和第二辅助气体，所述第二辅助气体用于减少由所述含氟气体电离形成的等离子体中含氟粒子的生成。
可选的，所述第二辅助气体与所述含氟气体的流量比值范围为0.3-2。
可选的，所述第二辅助气体包括氩气、氦气和氧气中的至少一种。
可选的，所述功能膜层包括由下而上依次设置在所述金属硬掩模层上的介质材料层和有机材料掩膜层；
所述金属硬掩膜刻蚀方法包括：由上而下依次刻蚀所述有机材料掩膜层、所述介质材料层和所述金属硬掩模层的三个刻蚀工艺；
所述有机材料掩膜层和所述介质材料层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括氢元素和氟元素。
可选的，所述有机材料掩膜层和所述介质材料层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体均包括CF4、CHF3和CH2F2；并且，设定所述CF4、CHF3和CH2F2的气体流量比例，以使所述CF4、CHF3和CH2F2中氢元素与氟元素的含量的比值小于所述预设阈值。
本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法，其在对应多个功能膜层的多个刻蚀工艺中，有至少一个指定的刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括氢元素和氟元素，且氢元素与氟元素在刻蚀气体中的含量的比值小于预设阈值。通过使氢元素与氟元素在刻蚀气体中的含量的比值小于预设阈值，可以减少氟化氢副产物的生成，从而可以减少因腔室内表面材料(例如Y2O3涂层)损耗而产生的颗粒，进而可以有效控制颗粒问题和缺陷问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法的流程框图；
图2为现有的金属硬掩膜刻蚀方法产生的腔室颗粒与工艺时间的曲线图；
图3为本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法产生的腔室颗粒与工艺时间的曲线图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法进行详细描述。
本发明实施例提供一种金属硬掩膜刻蚀方法，在基片表面由下而上依次形成金属硬掩模层和多个功能膜层，在实际应用中，不同的技术代对应的功能膜层不同，例如，在28nm技术代中，功能膜层分别为由下而上依次设置在金属硬掩模层上的介质材料层和有机材料掩膜层；但是在14nm技术代中，在包括上述介质材料层和有机材料掩膜层的基础上，在介质材料层和有机材料掩膜层之间还设置有无定型碳或者其他有机材料膜层。另外，在对这些功能膜层进行刻蚀之前，在最上层的功能膜层上形成图案化光阻层，用以在对功能膜层进行刻蚀工艺时定义各个功能膜层及金属硬掩模层的图案。
在实际应用中，上述基片可以为常规的半导体衬底，例如硅衬底等；或者也可以为包含用于互连线的金属层、层间介质层等的叠层结构；金属硬掩模层例如包括TiN层；介质材料层例如包括SiO2层和SiN层；有机材料掩膜层例如包括硅抗反射层(Si-arc层)和底层抗反射层(B-arc层)。本发明实施例对功能膜层的种类没有特别的限制。
本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法，其包括：由上而下依次对多个功能膜层和金属硬掩膜层进行刻蚀的多个刻蚀工艺；在对应多个功能膜层的刻蚀工艺中，有至少一个指定的刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括氢元素和氟元素，例如，金属硬掩膜刻蚀方法包括：由上而下依次刻蚀有机材料掩膜层、介质材料层和金属硬掩模层的三个刻蚀工艺。其中，有机材料掩膜层和介质材料层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体均包括CF4、CHF3和CH2F2；金属硬掩模层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括Cl2、CH4和BCl3等。在这种情况下，有机材料掩膜层和介质材料层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体均包括氢元素和氟元素。当然，在实际应用中，可以根据具体工艺要求自由选择各个功能膜层的刻蚀工艺所采用的刻蚀气体种类，本发明实施例对此没有特别的限制。
在进行刻蚀工艺的过程中，当刻蚀气体中含有氢元素与氟元素时，会产生氟化氢副产物，其会与腔室内表面材料反应，以腔室内表面材料为Y2O3涂层材料为例，氢化氟副产物与Y2O3涂层材料反应生成氟化钇(YxFy)，由于氟化钇的分子体积小于Y2O3的分子体积，导致Y2O3涂层出现浅层裂纹。在长期使用刻蚀设备进行量产的过程中，产生的氢化氟副产物会导致Y2O3涂层损耗，甚至会因涂层损坏致使腔室无法继续使用，同时还会形成含钇成分的颗粒，引起颗粒问题以及缺陷问题。
此外，在全部刻蚀工艺完成之后，还需要进行清洗工艺，以去除反应副产物。请参阅图1，其流程具体包括：首先，将基片传入工艺腔室，以进行刻蚀工艺；在完成刻蚀工艺之后，将基片传出工艺腔室，进行清洗工艺清洗工艺腔室。
在进行清洗工艺的过程中，清洗气体通常包括NF3气体，由该气体产生的等离子体具有极高的腐蚀性，其会进一步深入Y2O3涂层产生氟化钇(YxFy)。另外，若清洗气体包括O2，其会与Y2O3涂层反应生成YOF，YOF最终会脱落生成颗粒。
为了解决上述问题，对于刻蚀气体包括氢元素和氟元素的指定的刻蚀工艺，通过将氢元素与氟元素在刻蚀气体中的含量的比值控制在小于预设阈值的范围内，可以减少氟化氢副产物的生成，从而可以减少氢化氟副产物与腔室内表面材料反应生成的颗粒(例如氟化钇颗粒)，同时减少室内表面材料(例如Y2O3涂层)损耗，进而可以有效控制颗粒问题和缺陷问题。上述氢元素与氟元素在刻蚀气体中的含量具体可以为工艺腔室中的刻蚀气体所包含的氢元素与氟元素各自的含量。
在一些实施例中，氢元素与氟元素在刻蚀气体中的含量的比值小于或等于1，例如小于或等于0.5。通过将该比值控制在该数值范围内，可以有效减少氟化氢副产物与腔室内表面材料反应生成的颗粒(例如氟化钇颗粒)，同时减少室内表面材料(例如Y2O3涂层)损耗。
在一些实施例中，可以通过调节刻蚀气体所包含的各种气体的流量，来调节上述比值。例如，当有机材料掩膜层和介质材料层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体均包括CF4、CHF3，可以分别将二者的气体流量设定为20sccm和100sccm，在这种情况下，氢元素与氟元素的含量的比值为0.26，小于1，可以有效减少氟化氢副产物与腔室内表面材料反应生成的颗粒。又如，当有机材料掩膜层和介质材料层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体均包括O2、CH2F2，可以分别将二者的气体流量设定为80sccm和100sccm，在这种情况下，氢元素与氟元素的含量的比值为1，同样可以有效减少氟化氢副产物与腔室内表面材料反应生成的颗粒。
在一些实施例中，在刻蚀气体包括氢元素和氟元素的指定的刻蚀工艺中，在向工艺腔室通入上述刻蚀气体的同时，向工艺腔室通入第一辅助气体，该第一辅助气体用于促进刻蚀气体的电离，以进一步减少氟化氢副产物的生成。例如，若刻蚀气体包括CHF3气体，第一辅助气体可以促进CHF3气体进一步电离形成CF2+和CF3+等自由基和离子，从而可以减少氟化氢副产物的生成。可选的，上述第一辅助气体包括氩气、氦气和氧气中的至少一种。其中，氧气不仅可以促进CHF3气体进一步电离形成CF2+和CF3+等自由基和离子，同时还可以与H离子反应生成HO，从而可以进一步减少氟化氢副产物的生成。
在一些实施例中，上述金属硬掩膜刻蚀方法还包括：
在全部刻蚀工艺完成之后，对工艺腔室进行多个清洗工艺，用于去除刻蚀工艺在工艺腔室内生成的反应副产物。在实际应用中，可以根据具体情况自由选择多个清洗工艺的清洗步骤。
其中，反应副产物中包括含硅副产物，对该含硅副产物进行清洗的清洗工艺采用的清洗气体包括含氟气体和第二辅助气体，其中，含氟气体例如包括NF3气体和SF6等，由含氟气体产生的等离子体具有极高的腐蚀性，其会进一步深入Y2O3涂层产生氟化钇(YxFy)。为了解决该问题，可以在通入上述含氟气体的同时，通入上述第二辅助气体，其用于减少由含氟气体电离形成的等离子体中含氟粒子(例如为氟自由基)的生成，从而可以减少含氟粒子与Y2O3涂层反应形成的含钇成分的颗粒。
在一些实施例中，可以通过控制第二辅助气体与含氟气体的流量比值，来控制由第二辅助气体与含氟气体形成的等离子体的成本，以在达到清洗目的的基础上，确保能够有效减少由含氟气体电离形成的等离子体中含氟粒子(例如为氟自由基)的生成。可选的，第二辅助气体与含氟气体的流量比值范围为0.3-2。在该数值范围内，可以确保能够有效减少由含氟气体电离形成的等离子体中含氟粒子(例如为氟自由基)的生成。在一些实施例中，上述第二辅助气体包括氩气、氦气和氧气中的至少一种。
下面以金属硬掩膜刻蚀方法包括：由上而下依次刻蚀有机材料掩膜层、介质材料层和金属硬掩模层的三个刻蚀工艺以及相对应的清洗工艺为例，对本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法进行详细描述。
具体地，金属硬掩膜刻蚀方法包括：
步骤1、进行有机材料掩膜层的刻蚀工艺。
有机材料掩膜层的刻蚀工艺例如可以采用下述工艺参数：
刻蚀气体可以采用包含氢元素和氟元素的气体，例如包括CF4、CHF3和CH2F2；或者，也可以采用不包含氢元素和氟元素的气体，例如包括Cl2和O2，或者包括Cl2、O2和CH4。工艺压力的范围为3mT～40mT，优选为5mT～20mT；激励功率的范围为200W～2000W，优选为400W～1200W；偏压功率的范围为20W～500W，优选为60W～200W。若刻蚀气体包括Cl2和O2，或者包括Cl2、O2和CH4，则Cl2的气体流量为50sccm～200sccm，O2的气体流量为10sccm～35sccm，CH4的气体流量为0sccm～20sccm。若刻蚀气体包括CF4、CHF3和CH2F2，则CF4的气体流量为0sccm～200sccm，CHF3的气体流量为0sccm～200sccm，CH2F2的气体流量为0sccm～200sccm。并且，若刻蚀气体包括CF4、CHF3和CH2F2，可选的，还可以通入第一辅助气体，例如该第一辅助气体包括Ar、He和O2中的至少一种，其中，Ar的气体流量为0sccm～200sccm，He的气体流量为0sccm～300sccm，O2的气体流量为0sccm～150sccm。
在有机材料掩膜层的刻蚀工艺完成之后，会在腔室中形成含碳副产物。
步骤2、进行介质材料层的刻蚀工艺。
介质材料层的刻蚀工艺例如可以采用下述工艺参数：
刻蚀气体可以采用包含氢元素和氟元素的气体，例如包括CF4、CHF3和CH2F2；其中，CF4的气体流量为0sccm～200sccm，CHF3的气体流量为0sccm～200sccm，CH2F2的气体流量为0sccm～200sccm。并且，介质材料层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体的总流量与上述有机材料掩膜层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体的总流量保持一致；工艺压力的范围为3mT～80mT，优选为5mT～50mT；激励功率的范围为200W～2000W，优选为400W～1600W；偏压功率的范围为20W～500W，优选为60W～400W。
在介质材料层的刻蚀工艺完成之后，会在腔室中形成含硅副产物。
步骤3、进行金属硬掩模层的刻蚀工艺。
金属硬掩模层的刻蚀工艺例如可以采用下述工艺参数：
刻蚀气体包括Cl2、CH4和BCl3，其中，Cl2的气体流量为0sccm～200sccm，CH4的气体流量为0sccm～30sccm，BCl3的气体流量为0sccm～200sccm；可选的，根据具体工艺的需要，还可以在通入刻蚀气体的同时，通入形貌修饰气体或者实现其他功能的辅助气体(例如能够促进等离子体分散的气体)，形貌修饰气体例如为NF3和SiCl4等，NF3的气体流量为0sccm～200sccm，SiCl4的气体流量为0sccm～100sccm；其他功能的辅助气体例如为Ar，He和O2等，Ar的气体流量为0sccm～200sccm，He的气体流量为0sccm～300sccm，O2的气体流量为0sccm～150sccm。工艺压力的范围为3mT～40mT，优选为5mT～20mT；激励功率的范围为200W～2000W，优选为400W～1200W；偏压功率的范围为20W～300W，优选为60W～200W。
在金属硬掩模层的刻蚀工艺完成之后，会在腔室中形成金属副产物。
在上述步骤1和步骤3两个刻蚀工艺中，若有刻蚀气体包括CF4、CHF3和CH2F2等的包含氢元素和氟元素的气体，则将该刻蚀气体中氢元素和氟元素的含量的比值控制在小于预设阈值的范围内，例如该比值的范围为0～1，优选为0～0.5，这样可以减少氟化氢副产物的生成，从而可以减少氟化氢副产物与腔室内表面材料反应生成的颗粒(例如氟化钇颗粒)，同时减少室内表面材料(例如Y2O3涂层)损耗，进而可以有效控制颗粒问题和缺陷问题。
进一步的，在上述步骤1和步骤3两个刻蚀工艺中，若有刻蚀气体包括CF4、CHF3和CH2F2等的包含氢元素和氟元素的气体，还可以在通入上述刻蚀气体的同时，通入第一辅助气体，该第一辅助气体用于促进刻蚀气体的电离，以进一步减少氟化氢副产物的生成。
在采用上述金属硬掩膜刻蚀方法对当前基片完成刻蚀工艺之后，针对工艺腔室中形成的多种副产物，即，含碳副产物、含硅副产物和金属副产物，可以在对下一基片进行刻蚀工艺之前，采用下述清洗方法对工艺腔室进行清洗，具体包括：
步骤1、针对金属硬掩膜层的刻蚀工艺产生的金属副产物进行清洗工艺。
具体采用的工艺参数如下：
清洗气体包括Cl2，其气体流量为0sccm～500sccm；工艺压力的范围为3mT～40mT，优选为5mT～20mT；激励功率的范围为200W～2000W，优选为400W～1200W。
步骤2、针对介质材料层的刻蚀工艺产生的含硅副产物进行清洗工艺。
具体采用的工艺参数如下：
清洗气体包括NF3和SF6，其中，NF3的气体流量为0sccm～300sccm，SF6的气体流量为0sccm～100sccm。该清洗气体包括含氟气体，由该含氟气体产生的等离子体具有极高的腐蚀性，其会进一步深入Y2O3涂层产生氟化钇(YxFy)。为了解决该问题，可以在通入上述含氟气体的同时，通入第二辅助气体，用于减少由含氟气体电离形成的等离子体中含氟粒子(例如为氟自由基)的生成，从而可以减少含氟粒子与Y2O3涂层反应形成的含钇成分的颗粒。上述第二辅助气体包括Ar，He和O2中的至少一种，其中，O2的气体流量为0sccm～500sccm，Ar的气体流量为0sccm～500sccm，He的气体流量为0sccm～500sccm。进一步的，上述第二辅助气体与含氟气体的流量比值范围为0.3-2。在该数值范围内，可以确保能够有效减少由含氟气体电离形成的等离子体中含氟粒子(例如为氟自由基)的生成。工艺压力的范围为5mT～250mT，优选为20mT～90mT；激励功率的范围为200W～2000W，优选为800W～1800W。
步骤3、针对有机材料掩膜层的刻蚀工艺产生的含碳副产物进行清洗工艺。
具体采用的工艺参数如下：
清洗气体包括O2，其气体流量为0sccm～500sccm；工艺压力的范围为3mT～40mT，优选为5mT～20mT；激励功率的范围为200W～2000W，优选为400W～1200W。
本申请并不限于按照上述清洗步骤顺序进行清洗，其他顺序也可以实现对上述副产物的清洗，本申请并不以此设限。
图2为现有的金属硬掩膜刻蚀方法产生的腔室颗粒与工艺时间的曲线图；图3为本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法产生的腔室颗粒与工艺时间的曲线图。如图2和图3所示，PA为工艺腔室内的总颗粒数量；Y2O3为工艺腔室内的Y2O3的颗粒数量。对比图2和图3可知，现有的金属硬掩膜刻蚀方法，其在工艺腔室内产生的总颗粒数量随着工艺时间的累积逐渐增大至70，而Y2O3的颗粒数量随着工艺时间的累积逐渐增大至60。与之相比，本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法，其在工艺腔室内产生的总颗粒数量和Y2O3的颗粒数量在不同的工艺时间(0-100h)均控制在10以下，从而大大减少因腔室内表面材料(例如Y2O3涂层)损耗而产生的颗粒，进而可以有效控制颗粒问题和缺陷问题。
本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法，其可以应用于逻辑芯片类产品的制备，例如：中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)和微处理器(MPU)等等。
综上所述，本发明实施例提供的金属硬掩膜刻蚀方法，其在对应多个功能膜层的多个刻蚀工艺中，有至少一个指定的刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括氢元素和氟元素，且氢元素与氟元素在刻蚀气体中的含量的比值小于预设阈值。通过使氢元素与氟元素在刻蚀气体中的含量的比值小于预设阈值，可以减少氟化氢副产物的生成，从而可以减少因腔室内表面材料(例如Y2O3涂层)损耗而产生的颗粒，进而可以有效控制颗粒问题和缺陷问题。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属硬掩膜刻蚀方法，在基片表面由下而上依次形成金属硬掩模层和多个功能膜层，其特征在于，
所述金属硬掩膜刻蚀方法包括：由上而下依次对多个所述功能膜层和所述金属硬掩膜层进行刻蚀的多个刻蚀工艺；
在对应多个所述功能膜层的刻蚀工艺中，有至少一个指定的刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括氢元素和氟元素，且所述氢元素与所述氟元素在所述刻蚀气体中的含量的比值小于预设阈值，以减少氟化氢副产物的生成。
2.根据权利要求1所述的金属硬掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述比值小于或等于1。
3.根据权利要求2所述的金属硬掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述比值小于或等于0.5。
4.根据权利要求1所述的金属硬掩膜刻蚀方法，其特征在于，在所述指定的刻蚀工艺中，在向工艺腔室通入所述刻蚀气体的同时，向所述工艺腔室通入第一辅助气体，所述第一辅助气体用于促进所述刻蚀气体的电离，以减少氟化氢副产物的生成。
5.根据权利要求4所述的金属硬掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述第一辅助气体包括氩气、氦气和氧气中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的金属硬掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述金属硬掩膜刻蚀方法还包括：
在全部所述刻蚀工艺完成之后，对工艺腔室进行多个清洗工艺，用于去除所述刻蚀工艺在所述工艺腔室内生成的反应副产物；
其中，所述反应副产物中包括含硅副产物，对所述含硅副产物进行清洗的所述清洗工艺采用的清洗气体包括含氟气体和第二辅助气体，所述第二辅助气体用于减少由所述含氟气体电离形成的等离子体中含氟粒子的生成。
7.根据权利要求6所述的金属硬掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述第二辅助气体与所述含氟气体的流量比值范围为0.3-2。
8.根据权利要求6所述的金属硬掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述第二辅助气体包括氩气、氦气和氧气中的至少一种。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的金属硬掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述功能膜层包括由下而上依次设置在所述金属硬掩模层上的介质材料层和有机材料掩膜层；
所述金属硬掩膜刻蚀方法包括：由上而下依次刻蚀所述有机材料掩膜层、所述介质材料层和所述金属硬掩模层的三个刻蚀工艺；
所述有机材料掩膜层和所述介质材料层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体包括氢元素和氟元素。
10.根据权利要求9所述的金属硬掩膜刻蚀方法，其特征在于，所述有机材料掩膜层和所述介质材料层的刻蚀工艺采用的刻蚀气体均包括CF4、CHF3和CH2F2；并且，设定所述CF4、CHF3和CH2F2的气体流量比例，以使所述CF4、CHF3和CH2F2中氢元素与氟元素的含量的比值小于所述预设阈值。
CN202011499448.4A 2020-12-17 2020-12-17 金属硬掩膜刻蚀方法 Active CN112687537B (zh)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011499448.4A CN112687537B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 金属硬掩膜刻蚀方法
US18/257,751 US20240112923A1 (en) 2020-12-17 2021-12-15 Etching method with metal hard mask
KR1020237019290A KR20230104689A (ko) 2020-12-17 2021-12-15 금속 하드 마스크 에칭 방법
TW110146933A TWI769118B (zh) 2020-12-17 2021-12-15 金屬硬式罩幕蝕刻方法
PCT/CN2021/138270 WO2022127813A1 (zh) 2020-12-17 2021-12-15 金属硬掩膜刻蚀方法
JP2023534136A JP2023550842A (ja) 2020-12-17 2021-12-15 メタルハードマスクのエッチング方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011499448.4A CN112687537B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 金属硬掩膜刻蚀方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112687537A true CN112687537A (zh) 2021-04-20
CN112687537B CN112687537B (zh) 2024-05-17

Family

ID=75449015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011499448.4A Active CN112687537B (zh) 2020-12-17 2020-12-17 金属硬掩膜刻蚀方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240112923A1 (zh)
JP (1) JP2023550842A (zh)
KR (1) KR20230104689A (zh)
CN (1) CN112687537B (zh)
TW (1) TWI769118B (zh)
WO (1) WO2022127813A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022127813A1 (zh) * 2020-12-17 2022-06-23 北京北方华创微电子装备有限公司 金属硬掩膜刻蚀方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020063110A1 (en) * 2000-11-30 2002-05-30 Cantell Marc W. Etching of hard masks
CN101204705A (zh) * 2006-12-21 2008-06-25 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 清洗硅片刻蚀腔室的方法
CN104934364A (zh) * 2014-03-19 2015-09-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 互连层的制作方法及半导体器件的制作方法
CN111933581A (zh) * 2020-09-25 2020-11-13 南京晶驱集成电路有限公司 一种半导体结构的制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9281207B2 (en) * 2011-02-28 2016-03-08 Inpria Corporation Solution processible hardmasks for high resolution lithography
KR20160044545A (ko) * 2013-08-27 2016-04-25 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 하드마스크를 측면으로 트리밍하기 위한 방법
CN104658964B (zh) * 2013-11-19 2017-12-01 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 通孔的形成方法
JP6541439B2 (ja) * 2015-05-29 2019-07-10 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
US10760158B2 (en) * 2017-12-15 2020-09-01 Lam Research Corporation Ex situ coating of chamber components for semiconductor processing
CN112687537B (zh) * 2020-12-17 2024-05-17 北京北方华创微电子装备有限公司 金属硬掩膜刻蚀方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020063110A1 (en) * 2000-11-30 2002-05-30 Cantell Marc W. Etching of hard masks
CN101204705A (zh) * 2006-12-21 2008-06-25 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 清洗硅片刻蚀腔室的方法
CN104934364A (zh) * 2014-03-19 2015-09-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 互连层的制作方法及半导体器件的制作方法
CN111933581A (zh) * 2020-09-25 2020-11-13 南京晶驱集成电路有限公司 一种半导体结构的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022127813A1 (zh) * 2020-12-17 2022-06-23 北京北方华创微电子装备有限公司 金属硬掩膜刻蚀方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023550842A (ja) 2023-12-05
TWI769118B (zh) 2022-06-21
US20240112923A1 (en) 2024-04-04
WO2022127813A1 (zh) 2022-06-23
KR20230104689A (ko) 2023-07-10
TW202226362A (zh) 2022-07-01
CN112687537B (zh) 2024-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5933694B2 (ja) ホウ素炭素膜をドライストリッピングする方法
TWI352387B (en) Etch methods to form anisotropic features for high
CN105448634B (zh) 一种腔室环境的控制方法
TWI416626B (zh) A plasma processing method and a plasma processing apparatus
TWI515790B (zh) Wafer etching method
JP2004336029A (ja) 電界効果トランジスタのゲート構造の製造方法
WO2016181723A1 (ja) ドライエッチング方法、ドライエッチング剤及び半導体装置の製造方法
CN107112223A (zh) 硅化合物用蚀刻气体组合物及蚀刻方法
TW201911406A (zh) 氧化物-金屬-氧化物-金屬堆疊之高深寬比蝕刻
JP5850043B2 (ja) エッチングガスおよびエッチング方法
TW201742149A (zh) 蝕刻方法
CN103545163A (zh) 具有氟残留或氯残留的半导体结构的处理方法
KR100707983B1 (ko) 산화막의 원자층 에칭방법
CN112687537B (zh) 金属硬掩膜刻蚀方法
JP7445150B2 (ja) ドライエッチング方法及び半導体デバイスの製造方法
TW202201526A (zh) 基板處理用的側壁保護層形成
JPH10189537A (ja) ドライエッチング方法
CN102683196B (zh) 蚀刻方法、蚀刻装置及计算机可读存储介质
JP5642427B2 (ja) プラズマ処理方法
CN104810241A (zh) 一种金属层上含钽薄膜的刻蚀方法
CN110634739A (zh) 一种用于铝基片的等离子体刻蚀方法
CN111952168B (zh) 刻蚀工艺的切换方法
JP7385142B2 (ja) エッチングガス及びそれを用いたエッチング方法
KR100777925B1 (ko) 금속 배선 형성 방법
CN118280817A (zh) 半导体膜层的刻蚀方法及半导体器件

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant