TWI343595B - Method and system for patterning a dielectric film - Google Patents

Description

1343595 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於圖案化介電膜的方法 j罩層’並利用該硬性遮軍層而將該圖 【先前技術】 魏在板丰上=介序層 常牽此; +¥體基板包含上方已圖案化的保護&至中4 一旦基板放置在處理室中之後，阻層）。 =便以預設之流速導人至處理室中， %境處理壓力。接著，當透過射頻（〜工泵至一 傳送或是利用例如電子迴旋加速器i)的 以及產生適外絲面侃恍學品之反應難。」 此r一库旦叮开t成=，便利用該電毁來進行钱刻該基板的選定表面。 區i的各狀含用以，基板中所選定 化^夕。12)、低介電常數（也就是低k)介電材質、多晶石夕以及氮 中= 材侧此等特徵部通常包含將形成於遮罩層 如方軸有各特徵部於其巾之薄膜。該遮罩可例 射勺，如（正或負）光阻;含有例如光阻層或防反 二G方歸14 夕層結構;或是自第—層（例如光阻）之圖案 移轉至下方硬性遮罩層卿狀硬性 【發明内容】 遮罩因此’本發明之-實施例係關於製備—用以侧介電層之硬性 層均性遮罩 將开Ρ二r層機到處理而 介電層料彻魏料層輕刻下方 將^i處理而自該微影層移轉至該硬性遮罩層。該乾式非電 tff含將，性遮罩層透過該微影層暴露至—包含HF 二表Ί的處理氣體切便化學性地改變該硬性遮罩層之 學改變^表g再熱處理該已化學改變的表面層以便脫附該已化 法，:實施態樣包含將基板上之介電膜圖案化的方 二入法^3在該基板上形成一薄膜堆疊，該薄膜堆疊更包含 電層上方之硬性遮罩層以及一具有利用微影處理 二二乂案的微^影層。該圖案係自該微影層移轉至該硬性遮罩 後便移除該微影層。移_微影層之後，便利用乾式電漿 乂处理將只在該硬性遮罩層中之圖案移轉至該介電層。 【實施方式】 在下列描述中’為了促進對本發明的完整瞭解，以及為了解說 、目的’對於_理系統的蚊幾何以及裡㈣使㈣各種元件 1343595 ϋΐΐί述等特定的細節有特別設定但並非限制。然而，吾人 應明亦可在與這些特定細節不同的其他實施例上施行。 来阻/康料爾Ϊ里技方4法學中’圖案敍刻包含將一光感材料薄層（例如 主土板的一上表面，接著加以圖案化以提供一遮罩， 案移轉至下方薄膜。該光感材料的圖案化通 〇诞衫系統透過該光感材料之初縮遮罩（以及相關 成材：二於一輻射源，接著利用顯影劑進行移除該光 身 域（在正光阻的情況τ)，或是移除未被照 射到的£域（在負光阻的情況下）。 =^層遮罩和硬性遮罩可用來雀虫刻薄膜中的特徵部。例 ΐ钱薄膜中的特徵部時，便可在薄膜之主 至硬二1 ^ 3外之_步驟而將光感層的遮罩圖案轉移 ιΐϋ 硬性鮮可例如自下列多财處理材料中選取， ”包3例如二氧化矽(Si〇2)、氮化矽(Si3N4)以及碳。 表才不’其中’在所有圖示裡’類似的參照號碼乃代 田圖1A〜1Gt處理之態樣可與下面會討論 圖里使用。此外，嶋呈現根據—實施例來執行本方法的^ 成於 顯示，在步驟210中，一介電膜130係形 外展。if 表面上’該練140可包含或也可不包含額 之可為半導體、金屬導體或是該介魏可形成於其上 、他任何基板。該介電膜具有一 更明確來5兄，介電膜130可具有小於3 〇的介 於16〜2.7的介電常數。 电*數，或疋介 7 1343595 ”電膜130可利用化學氣相沈積法（cv⑴或是T〇ky〇 EM· Lim^ed(TE^L)市售之aean Track ACT8以及ACT12 s〇D包覆系統 所hi、之3疋塗介電技術（S〇D)來形成。clean Track ACT8 SOD (200_)以及包覆系統提供s〇D材料之包覆、 _ &、烤以及硬化之工具。s$Traek纟統可用於處理iGOmm、200mm、 300mm或更大之基板尺寸。精於旋塗介電技術以及介電技術 ， 之技藝者亦熟知於基板上形成介電薄膜的其他系統及方法。 此/卜，介電臈130可例如具有低介電常數（或低k)之介電薄膜 =特彳攻。此介電膜13〇可包含有機、無機、或無機_有機混合材料或 前述兩種或兩種以上的組合。且，介電膜130可為多孔性或非多孔 性二例如，介電膜13〇可包含一利用CVD技術沈積之無機矽酸鹽類 材料，例如氧化有機矽烷（或有機矽氧烷）。此種薄膜的例子可包 含Applied Materials, Inc.市售之Black Diam〇ndTM CVD有機石夕酸鹽 玻璃（OSG)薄膜或是Novellus Systems市售之Coral™ CVD薄膜。 此外’多孔介電膜可例如包含單相材料，例如具有Ch3鍵之氧化發 類基質，該CH3鍵會在硬化處理中破裂而產生小空隙（或孔）。另 1，多孔介電膜亦可包含兩相材料，例如具有在硬化處理中會蒸 發之有機材料（例如porogen)所構成的孔洞之氧化矽類基質。'、 或者，介電膜130可包含利用SOD技術沈積之無機矽酸趟類材 # ，，例如氫倍半矽氧烷（HSQ)或曱基倍半矽氧烷（MSQf此種 薄膜的例子包含Dow Coming市售之FOxHSQ、Dow Coming市售 之XLK 多孔HSQ、以及JSR Microelectronics市售之JSR ； LKD-5109二再或者，介電膜130可包含利用SOD技術沈積之有機 材料。此種薄膜的例子包含Dow Chemicals市售之SiLK-I、SiLK-J、 - 、SiLK-D以及多孔SiLK半導體介電樹脂、flaREtm以及

Honeywell市售之奈米玻璃。 在圖1A〜1G之實施例中，一旦介電膜13〇製備完成，硬性遮罩 層120便在步驟220中形成於其一上表面處。硬性遮罩層12〇可例如 包含氧化石夕(SiOx)、氮化石夕(SiyNz)以及碳，或是其中任一組合。 8 1343595 寸同時亦k供例如對微影層110之側壁中之瑕疲的平滑化。 在^電曰漿蝕刻之化學處理中，處理氣體的每一組成均可一起導 入（也就是混合）’或是彼此分離（也就是說HF與顺3分別獨立導 處理氣體可包含—雜氣體，例如純氣（也就是氬）。 性讀可前㈣簡广起被導人，或者也可獨立於前述氣“ Ϊΐίΐ而早獨導人。關於與順3—起導人的鈍氣以便控制對硬性 知月名柄為 Process system and method for treating a substrate」中，所有内容均已包含於此以供參照。 _此ϋ進订化學處理的程序中’可選擇處理壓力來影響對硬 、隹遮的蝴。處理廢力可介於約1 mTorr〜100T〇^且，在 ^^了„序中’可選擇基板溫度來影響對硬性遮罩層120 以债二度可介於約1G°C〜2W：。關於對基板溫度的設定 之美|^直4|1，遮罩層12G的侧的其他細節，均已描述於審杳令 ρΐίοΐ 7^1〇/817>417 ' ^ «〇Γ 包含於中，其所有内容均已 提高H基板溫度可提高約50°c，或是需要的話可 入。哕,卜&⑽7，—舰氣體可在聰板進行熱處理時導 4h性軋體可包含一鈍氣或氮。 乾上二中，圖案112也可利用乾式電漿飯刻處理搭配 t if虫刻處理而轉移至下方硬性遮罩層120。例如，乾式電 處理之異向性可將LER轉移至硬_寺$疋ϋ水钱刻 y用來移除以及ζ或使該LER平^化遮罩當電 或樣基化學物， 3 2 2#專其中之—之氟碳氫基化學物以及 11 1343595 至少一惰性氣體、氧氣或c〇其中之一。 μ 所述’本發明者乃體認到在钱刻介電特徵部之後移除光感 曰的缺點。如圖1D所示，一旦硬性遮罩圖案122形成於硬性 人=’便可在步驟25〇時利用濕式或乾式剝離/灰化處理而在 二=13G之前切除微影遮罩⑽。舉例來說，在_介電層13〇 電ϊίίΪΐίΐ罩11G的其中—個優點是較為簡單，因為沒有介 ^硬化外殼。此外’例如在介電層侧前先移 ΐίΐΐΐ 介€層13()暴露賴式潔淨處理（當在渴 ^剝離處理時使_離化學品）或是灰化處理（當利 來移除光阻及_後之殘餘物）的機會。先進（多孔或電^ ^介料當暴露於_、剝離以及/或灰化處理時可能受損，因 二德ΪΪΪ除光感層可最小化對介電層的損害。且，上述的優3 在傳統電漿蝕刻硬性遮罩丨20時亦可展現。 4 Ή^，、、占 給在步驟令，如圖1 _示’硬性遮罩圖案122乃利用乾式電將 敍刻而轉移至介電層13Q。例如，#侧例如氧切、^ = 1氧化介電膜時，或是當侧例如氧化有機號之勾^ = 日守’該钮刻氣體組成通常包含例如至少他 膜 m等其中之—之a碳基化學物，*是例如至少咖丨：。。6等 之-之氟碳氫基化學物以及至少—惰性氣體、氧 中之一。此外，例如，當蝕刻有機低1^介 — 成通常包含錢㈣錢錢氣體兩者至少其;且 所仏述者’辦性綱介電關技術在1 說是眾所皆知的。 电蝕幻處理的人來 是合在辦之舰部_卜絲面（例如側壁m) 疋曰又知的或疋會被活性化的。在蝕刻處 罩移除），這些表面所發生之損害或理^的微影遮 是污染物以及/或化學品的吸附。例如，多孔性；‘收或 刻處理時非常容易受損以及/或活性化。一般而言， 12 1343595 均已描述於審查中之 膜的表面層之化學改變的程度之其他細 美=___'發明名稱為乂 昭。h〇df0rtreatlngasubstrate」中’所有内容均已包含於此以供參 此外 雷胺W 行化學處_程序巾’可纽壓力來影響對介 ^的表面層之化學改變的程度。處理壓力可介於約imM〇 雷0進行化學處_程序中’可麵基板溫度來影響對介 t膜的表面層之化學改變的程度。基板溫度可介於觸。c〜·

c。關於對基板溫度的設定以便控制對介電膜的表面層之化學改 ’’交的私度之其他細節，均已描述於審查中之美國專利申請號 10/817,417、發明名稱為「Method and system for performing a chemical oxide removal process」中，其所有内容均已包含於 供參照。 ' 在熱處理程序中，該基板溫度可提高約5〇〇c ,或是需要的話可 提高至100°C以上。此外，一惰性氣體可在對基板進行熱處理時導 入。该‘隋性氣體可包含一純氣或氮。 如圖1G所示，在步驟280中，殘留之硬性遮罩層12〇可利用前述 之任一乾式移除處理加以去除。或者，殘留之硬性遮罩層12〇也可 在特徵部金屬化之後利用例如化學機械研磨（CMP)的平坦化處 理予以移除。 —处 根據一貫施例’圖3A顯示一用以在基板上執行乾式非電襞移除 處理之處理系統400。處理系統400乃包含一第一處理系統4⑴以及 一耗合至第一處理糸統410之第二處理系統420。例如，第一處理 系統410可包含一化學處理系統’而第二處理系統42〇則可包含一 熱處理糸統。或者，弟二處理糸統420也可包含·-例如水清洗夺统 之基板清洗系統。 且，如圖3A所示，一傳送系統430可耦合至第一處理系統41〇， 以便將基板傳送進出第一處理系統410及第二處理系統42〇，並且 利用一多元件生產系統440來交換基板。第一處理系統41〇及第二

J 14 1343595 處理系統420以及傳送系統43〇可例如包含一位於多元件生產系統 440中之處理元件。例如，多元件生產系統44〇可容許基板在各個 元=(包含例如蝕刻系統、沈積系統、塗佈系統、圖案化系統以 及量測系統料）之間來去。為了隔離第—及第二系統中所進行 的處理，一隔離組件450可用來耦合每一系統。例如，隔離組件45〇 可包含一提供熱隔絕之熱隔絕組件以及一提供真空隔絕之閘閥組 件兩者至少其中之一。當然，處理系統41〇及42〇以及傳送系統43〇 可以依照任意順序來放置。

或者，在另一實施例中，圖3B呈現一用於在基板上執行乾式非 電漿移除處理的處理系統5〇〇。處理系統5〇〇乃包含一第一處理系 統510以及一第二處理系統52〇。例如，第一處理系統51〇可包含二 化學處理系統，而第二處理系統52〇則可包含一熱處理系統。或 者，第二處理系統520也可包含一例如水清洗系統之基板清洗系 統0 , 且，如圖3B所示，，寸疋尔虮⑽^祸合至第一處理系統51〇， 以便將基板傳送進出第一處理系統5丨〇，並且可耦合至第二處理 統520以便將基板傳送進出第二處理系統520。此外，傳送系統53〇 可與一或多個基板匣（未顯示）交換基板。雖然圖3B中只顯示 兩個處理系統，其他處理系統（包含例如侧系統、沈積系統、 ，佈系統、圖案化系統以及量測系統等等的裝置}亦可接觸到 达系統530。為了隔離第一及第二系統中所進行的處理，—隔離組 件550可用來耦合每一系統。例如，隔離組件55〇可包含一埶 隔絕之熱隔絕組件以及一提供真空隔絕之閘閥組件兩者至少其^，中、 之一。此外，例如傳送系統530可用來當作隔離組件55〇的一部广 或者，在另一實施例中，圖3C呈現一用於在基板上執行乾= 電漿移除處理的處理系統600。處理系統6〇〇乃包含一第—卢、= 統610以及一第二處理系統620，其中第一處理系統6 j 〇乃如^所二 般地垂直堆疊於第二處理系統⑽之上。例如，第—處理^ ^ 可包含一化學處理系統，而第二處理系統62〇則可包含—熱、斤^ 15 1343595 或者，第二處理,纽62G也可包含—例如水清洗系統之基板清 洗系統。 且，如圖3C所示，一傳送系統630可轉合至第一處理系〇， 以便將基板傳送進出第一處理系統610，並且可耦合至第二声理系 統620以便將基板傳送進出第二處理系統620。此外，傳送系 1 克63〇 可與一或多個基板匣（未顯示）交換基板。雖然圖3C中只顯示出 •-兩個處理系統，其他處理系統（包含例如蝕刻系統、沈積、系统、 ^佈系統、圖案化系統以及量測系統等等的裝置）亦可接觸到傳 • 迗系統630。為了隔離第一及第二系統中所進行的處理，一隔離組 件650可用來耦合每一系統。例如，隔離組件650可包含一提供熱 _ 祕之熱隔絕組件以及-提供真空隔絕之閘閥組件兩者至少^'中、 之一。此外，例如傳送系統630可用來當作隔離組件65〇的一部份。 如圖4所示，一化學處理系統71〇包含一溫控基板支架74〇，其 設置為可實質熱隔絕於化學處理室711，且可支撐基板742;並包含 一柄合於化學處理室711之真空泵系統750以排空化學處理室711; 以及一氣體配送系統760，用於將處理氣體導入化學處理室γη中 之處理空間762。基板742可透過傳送開口794而被傳送進出化學處 理室711。 ' 此外，化學處理系統710包含一耦合至處理室溫控系統768之處 • 理室溫控元件766。處理室溫控元件766可包含一加熱單元、一冷 卻單元或兩者皆有。且，化學處理系統710更包含一耦合至氣體配 送溫控系統769之氣體配送溫控元件767。氣體配送溫控元件767可 包含一加熱單元、一冷卻單元或兩者皆有。 如圖4所示’化學處理系統71〇更包含一具有基板支架組件744 . 之基板支架740。基本支架組件744可提供許多用以熱控制及處理 基板742的功能。例如’基板支架740以及基板支架組件744可包含 或不包含基板夾持系統（也就是電動式或機械式夾持系統）、加熱 系統、冷卻系統以及用於改善基板742以及基板支架740之間熱傳 導之基板背面氣體供應系統等等。 16 1343595 以及基板升降組件_。控制器875可包含一微處理器 ^及-數师0埠’其可產蚁夠的控制電壓以傳達並啟動對^ 处理糸統820之輸入，並可監控熱處理系統82〇之輸出。 、 關於熱處理系統820之更進一步的細節乃描述於美國專 號 10/704,969之發明名稱為「pr〇cessing system and meth〇d 加

Aermallyjreating asubstrate」，其完整的内容收錄於此以供參照。 雖然前面^堇詳細描述本發明之特定實施例，對於熟習本技藝

Hi ΐ著悖離本發明之新穎性教導以及優點之情形下，對^ 前述示範實施例之各種修改均屬可行。 、

【圖式簡單說明】 在所附圖示中： 圖1A^1G說明當在一後段製程（BE0L)之互連線/内連線結構 中形成溝渠或介層窗時，處理基板的順序； 圖2說明根據本發明之一實施例中之一處理基板的方法； 圖3A〜3C顯示—示意圖，說明根據本發明之另一實你 處理系統； 圖4顯τ本發明之另一實施例之一化學處理系統;以及 圖5顯示本發明之另一實施例之一熱處理系統。 元件符號說明: 110 微影遮罩層 112 圖案 114 側壁 120 硬性遮罩層 122 硬性遮罩圖案 124 側壁 八 130 介電骐 132 特徵部 18

Claims (1)

1. — 法種gig成一用以將㈣膜圖案化之硬性遮罩的方 ^).在3亥介電膜上方形成一硬性遮軍層； b)·在該硬性遮罩層上方形成—微^ 利用微影處理所形成之圖案；以及“層中亚具有 C)· Ϊ用厂乾式非電漿姓刻處理而將該圖案自該微影層轉 ^至邊硬性鮮層’該乾式非㈣侧處理包含下列步 i_ f該硬性縣層透過额影層而絲至理 體’該處理氣體乃包含HF或而3或其兩者的以 =利用自我岐處理而化學性地改變該硬性^ 罩層之一表面層； 熱處理該已化學改變之表面層以便脫附該已化學 改變之表面層；及 2, 重複該暴露以及該熱處理該硬性遮罩層的步驟， 直到該圖案移轉至該硬性遮罩声。 =請專利顏第丨項之在紐上形成^⑽介電 ^化之硬性Ιέ罩的方法’其中該轉移該圖案之步驟包含. a)·在執行該乾式非電漿蝕刻處理之前，先利用一乾將 餘刻處理絲_硬性遮罩層，以暴露出該硬 之—下方表面;以及 芊茂 Ν' 乾式非電漿餘刻處理來修正該硬性遮罩層之該 3. 100年1月26曰修正替換頁 9611〇551(無劃線） 申請專利範圍 11. 111. =請專利範圍第1項之在基板上形成—用以將介電膜圖 二之硬性遮罩的方法，其中該暴露步驟係於一處理壓力 "於約lmtorr〜1 〇〇 torr之間中進行。 2請專纖H第1項之在基板上形成—用簡介電膜圖 *之硬性鮮的方法，其巾絲露步驟係於該基板溫度 4. 100年1月26曰修正替換頁 %11〇55丨(無劃線）、 丨抝年|月*修正替換頁| 介於約HTC〜200。^·^^ ^申請專利範圍第丨項之在基板上 ;化之硬性遮罩的方法，其中該暴露1二 露至更包含-惰性_之處理氣體中π^將趙板暴 ^申請專利範圍第5項之在基 案化之硬性遮罩的方法，i中 ：^ 2膜圖 露至更包含-鈍氣之處理氣=暴路步驟包含㈣基板暴 之在基板上形成1⑽介電膜圖 :===法’其中該熱處理步驟包含提高該基 項之在基板上形成-用以將介電膜圖 其中該熱處理步驟包含提高該基 安8項之在基板上形成—用以將介電膜圖 '二ί;;罩的方法，其中該熱處理步驟乃於導入-情 項之在基板上形成—用以將介電膜圖 ί 」域罩的方法，其中該導人步驟包含導人一氮氣。 ^申μ專概圍幻項之在基板上形成 膜 案化之硬㈣罩的方法，更包含下列㈣·· _圖 a).圖案移轉至該硬性遮罩之後，接著移除該微影層; b). f移除該微影層之後，利用一乾式電漿姓刻處理在該介 電膜中钱刻一介電特徵部，以便僅移轉該硬性遮 圖案至該介電膜。 曰 如申凊專!]第U項之在基板上形成—用以將介電膜 案化之硬性遮罩的方法，其中該移除該微影層之步驟包含 利用-乾式f駄化處理或—濕式瓣處縣移除該微影 層0 1343595 _ 月你修正替換頁I 100年1月26日修正 如申請專利範圍第--J L 96llQ551(^jW^ 案化之硬性遮罩的方法，兑=扳上，成—用以將介電膜圖 含在一多孔性介電膜或介電特徵部之步驟包 之組合中蝕刻該介電特徵部f性η電膜，或是前述兩者 如申凊專利範圍第13項之在其 、 案化之硬性遮罩的方法，盆二=成—用以將介電膜圖 含在-具有-單相材質、特徵部之步驟包 孔性薄膜中蝕刻該介電特徵部。貝或疋則兩者之組合的多 如申凊專利範圍第11項之在美 、 案化之硬性遮罩的方法，复;一用以將介電膜圖 含在一有機材質或無機材“是二特徵部之步驟包 介電特徵部。 '疋則述兩者之組合中蝕刻該 如申凊專利範圍第15項之在美拓μ 案化之硬性遮罩的方法，以將介電臈圖 材質中軸亥介電特 案化之硬性遮罩的方法，其中 ^ ^將介電膜圖 含在-含树、碳以及氧部之步驟包 如申請專利範圍第Π項之在基板上幵^一刻该介電特徵部。 案化之硬性遮罩的方法，其中飿將介電膜圖 包^在一含氫之集合薄膜中飯刻該部之步驟更 9·如申請專利範圍第1項之在基板上…_!^。卜 性遮罩的方法’其中該形成f 電膜圖 包含形成一氧化矽(SiOx)層。 性遮罩層之步驟 如申請專利範圍第n項之在基板上 案化之硬性遮罩的方法，更包含將介電膜圖 修正該介電特徵部。 钇式非電漿處理來 如申請專利範圍第20項之在基板上形 案化之硬性遮罩的方法’其中該形成-微影;：S:: 13. 14 15 16. 17. 18. 20.女 21.如 23 1343595 月你修正替换頁 100年1月26日修正替換頁 96110551(無劃線） 形成一微影特徵部圖案，其具有比該介電特徵部之臨^~~ 寸較小之臨界尺寸。 十一、圖式：

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