技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体制程技术领域，尤其涉及一种改善晶圆内图案临界尺寸均匀度的蚀刻方法和系统。
背景技术
[0002] 在小于0.18um的小线宽半导体制程中，为了避免
驻波效应导致的粗糙
光刻曝光形貌,底部抗反射涂层（Bottom Anti-Reflect Coating，BARC）被广泛应用于半导体制程来消除驻波效应。但是晶圆面内存在高低落差效应，底部抗反射涂层在不同高度区域厚度不均匀，导致曝光后图案内临界尺寸（Critical Dimension，CD）差异变大进而导致蚀刻后的临界尺寸差异较大。
[0003] 在
光刻胶（Photo Resist，PR）以及底部抗反射涂层的涂覆过程中，由于进料的晶圆面内存在高低落差效应，同一曝光区域内光刻胶及底部抗反射涂层厚度涂覆不均，这会导致该曝光区域内图案曝光后临界尺寸随着衬底高度的变动而变动，进而会影响蚀刻后该曝光区域内图案的临界尺寸均匀度。以0.13umFlash CG layer Cell区图案为例，如图1所示，该曝光区域的边缘图案的临界尺寸较宽。
[0004] 目前针对此种情况，会根据临界尺寸变化的趋势，
修改光学近似修正（Optical Proximity Correction，OPC）的模式对该曝光区域内图案的临界尺寸进行补偿，确保蚀刻后该曝光区域内的临界尺寸的均匀度。
[0005]
现有技术解决晶圆曝光区域内图案临界尺寸变异较大的问题时，需要修改OPC模式并下线新的掩膜版,也需要支付高昂的
费用，并且消耗更长的工序周期时间。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提出一种改善晶圆内图案临界尺寸均匀度的蚀刻方法和系统，可改善晶圆曝光区域内图案临界尺寸的均匀度。
[0007] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] 一种改善晶圆内图案临界尺寸均匀度的蚀刻方法，该方法包括：
[0009] 提供一衬底，于所述衬底上形成一底部抗反射涂层，
[0010] 于所述底部抗反射涂层上形成一光刻胶图案；
[0011] 以第一蚀刻气体对未被所述光刻胶图案
覆盖的底部抗反射涂层进行蚀刻，直至所述第一蚀刻气体
接触到所述衬底；
[0012] 以第二蚀刻气体对残余的未被光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层继续蚀刻，同时所述第二蚀刻气体对所述光刻胶图案发生各向同性的侧向反应，直至所述未被光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层被全部蚀刻。
[0013] 优选地，所述第一蚀刻气体包括全取代氟烷气体。
[0014] 优选地，所述第二蚀刻气体包括全取代氟烷气体和部分取代氟烷气体。
[0015] 优选地，所述全取代氟烷气体包括CF4或者C2F6或者C3F8。
[0016] 优选地，所述部分取代氟烷气体包括CHF3或者CH2F2或者CH3F。
[0017] 优选地，所述第二蚀刻气体对底部抗反射涂层的蚀刻速率大于对光刻胶的蚀刻速率，对光刻胶的蚀刻速率大于对衬底的蚀刻速率。
[0019] 一种改善晶圆内图案临界尺寸均匀度的蚀刻系统，包括：
[0020] 一室，该室能容纳一衬底，所述衬底上形成一底部抗反射涂层，所述底部抗反射涂层上形成一光刻胶图案；
[0021] 一气体输入机构，该气体输入机构连接第一蚀刻气体源和第二蚀刻气体源；所述第一蚀刻气体包括全取代氟烷气体，所述第二蚀刻气体包括全取代氟烷气体和部分取代氟烷气体；
[0023] 一射频发生器，与所述至少一个电极电连接，用于将所述第一蚀刻气体或者第二蚀刻气体形成
等离子体，对未被所述光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层进行蚀刻，所述第二蚀刻气体对所述光刻胶图案发生各向同性的侧向反应，直至所述未被光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层被全部蚀刻。
[0024] 优选地，所述第二蚀刻气体对底部抗反射涂层的蚀刻速率大于对光刻胶的蚀刻速率，对光刻胶的蚀刻速率大于对衬底的蚀刻速率。
[0025] 优选地，由计算机控制所述气体输入机构的第一蚀刻气体源和第二蚀刻气体源的气体输入比例。
[0026] 采用本发明的技术方案，可对不同底部抗反射涂层厚度部位的光刻胶图案临界尺寸进行补偿，改善晶圆曝光区域内图案临界尺寸的均匀度，避免下线新掩膜版而支付高昂费用，节省工序周期时间。
附图说明
[0027] 图1是现有0.13um制程显影后检测时的图案临界尺寸分布图；
[0028] 图2是本发明
实施例提供的改善晶圆内图案临界尺寸均匀度的蚀刻方法的
流程图；
[0029] 图3(a)是本发明实施例中待蚀刻晶圆的结构示意图；
[0030] 图3(b)是本发明实施例中以第一蚀刻气体对未被光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层进行蚀刻后的结构示意图；
[0031] 图3(c)是本发明实施例中以第二蚀刻气体对残余的未被光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层继续蚀刻后的结构示意图；
[0032] 图4（a）是现有0.11um制程显影后检测中的图案以及蚀刻后检测中的图案在曝光区域中的尺寸分布；
[0033] 图4（b）是采用本发明实施例蚀刻方法的0.11um制程显影后检测中的图案以及蚀刻后检测中的图案在曝光区域中的尺寸分布；
[0034] 图5是本发明实施例提供的改善晶圆内图案临界尺寸均匀度的蚀刻系统的结构示意图。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0036] 图2是本发明实施例提供的改善晶圆内图案临界尺寸均匀度的蚀刻方法的流程图，该方法包括：
[0037] S201、提供一衬底，于所述衬底上形成一底部抗反射涂层，于所述底部抗反射涂层上形成一光刻胶图案。
[0038] 如图3（a）所示，首先提供一衬底33，所述衬底33，例如是
多晶硅衬底。在所述衬底33上形成一底部抗反射涂层32，所述底部抗反射涂层32的材质，例如是聚酰亚胺，形成的方法例如是旋转涂布法（Spin Coating）。然后于所述底部抗反射涂层上形成一光刻胶图案31，所述光刻胶图案具有开口，暴露部分底部抗反射涂层32。
[0039] S202、以第一蚀刻气体对未被所述光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层进行蚀刻，当所述第一蚀刻气体接触到衬底时停止蚀刻。
[0040] 进入蚀刻工艺，以移除所述未被光刻胶图案覆盖的、暴露的底部抗反射涂层32。
[0041] 首先使用的
等离子体蚀刻气体为第一蚀刻气体，进行蚀刻工艺的第一步。所述第一蚀刻气体包括全取代氟烷气体，例如CF4或者C2F6或者C3F8。全取代氟烷气体对所述底部抗反射涂层32的具有较快的
刻蚀速率，通过抓取蚀刻终点的方式蚀刻掉大部分底部抗反射涂层32，将厚度较薄的底部抗反射涂层蚀刻完并接触到衬底33时，蚀刻停止，如图3(b)中所示，暴露的底部抗反射涂层32厚度较薄的部分完全被蚀刻。所述抓取蚀刻终点，例如是通过蚀刻终点侦测器（End Point Detector，EPD），根据蚀刻的材料选取合适的EPD谱线。
[0042] S203、以第二蚀刻气体对残余的未被光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层继续蚀刻，同时所述第二蚀刻气体对所述光刻胶图案发生各向同性的侧向反应，直至所述未被光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层被全部蚀刻。
[0043] 进入蚀刻工艺的第二步，使用第二蚀刻气体对残余的未被光刻胶图案31覆盖的底部抗反射涂层32继续进行蚀刻。所述第二蚀刻气体包括全取代氟烷气体和部分取代氟烷气体；其中全取代氟烷气体包括CF4或者C2F6或者C3F8；部分取代氟烷气体包括CHF3或者CH2F2或者CH3F。
[0044] 如图3(c)所示，此步骤中全取代氟烷气体和部分取代氟烷气体组成的混合气体，对底部抗反射涂层32的蚀刻速率比全取代氟烷气体相对较慢。蚀刻过程中，残余的未被光刻胶图案31覆盖的底部抗反射涂层32，由于等离子体反应垂直方向的方向性，第二蚀刻气体优先和残余的底部抗反射涂层32发生反应，残余的未被光刻胶图案31覆盖的底部抗反射涂层32被不断消耗直至全部蚀刻。
[0045] 由于所述第二蚀刻气体对底部抗反射涂层的蚀刻速率大于对光刻胶的蚀刻速率，对光刻胶的蚀刻速率大于对衬底的蚀刻速率，因此所述第二蚀刻气体对衬底的具有较高的选择比。在S202
中底部抗反射涂层32已全部蚀刻的部位，所述第二蚀刻气体不会和暴露的衬底33发生反应。但对与光刻胶图案31，所述第二蚀刻气体会发生各向同性的侧向反应，会蚀刻掉上述部位的部分光刻胶图案，使该部位的光刻胶图案的临界尺寸缩小，使该部位的光刻胶图案临界尺寸与底部抗反射涂层32较厚部位的光刻胶图案临界尺寸更加接近，提高光刻胶图案临界尺寸的均匀度。本发明实施例正是利用上述反应特点，对不同底部抗反射涂层厚度部位的光刻胶图案临界尺寸进行补偿，从而改善晶圆曝光区域内图形临界尺寸均匀度。
[0046] 如图4（a）和图4（b）所示，在0.11um Flash CG layer显影后检测中的图案以及蚀刻后检测中的图案在曝光区域中的尺寸分布，如采用本发明实施例提供的方法，可将曝光区域内图案的临界尺寸差异由现有的15nm减小至8nm。
[0047] 图5是本发明实施例提供的改善晶圆内图案临界尺寸均匀度的蚀刻系统的结构示意图，该系统包括一室52，一气体输入机构54，一对设置于室52中的电极58，以及与电极58电连接的射频发生器60。
[0048] 其中室52能容纳一衬底62，衬底62上形成一底部抗反射涂层，所述底部抗反射涂层上形成一光刻胶图案。气体输入机构54连接第一蚀刻气体源56A和第二蚀刻气体源56B；所述第一蚀刻气体包括全取代氟烷气体，例如CF4或者C2F6或者C3F8，所述第二蚀刻气体包括全取代氟烷气体和部分取代氟烷气体，其中全取代氟烷气体包括CF4或者C2F6或者C3F8，部分取代氟烷气体包括CHF3或者CH2F2或者CH3F。
[0049] 所述射频发生器60用于在室52中电极58之间产生含有上述蚀刻气体的等离子体61，对未被所述光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层进行蚀刻，所述第二蚀刻气体对所述光刻胶图案发生各向同性的侧向反应，直至所述未被光刻胶图案覆盖的底部抗反射涂层被全部蚀刻。所述第二蚀刻气体对底部抗反射涂层的蚀刻速率大于对光刻胶的蚀刻速率，对光刻胶的蚀刻速率大于对衬底的蚀刻速率，因此所述第二蚀刻气体对衬底的具有较高的选择比。在另一优选实施例中，将所述射频发生器60接地可以省略室52内的上电极。
[0050] 所述气体输入机构54通常由计算机控制，控制所述第一蚀刻气体源56A和第二蚀刻气体源56B的气体输入比例。
[0051] 采用本发明的技术方案，可对不同底部抗反射涂层厚度部位的光刻胶图案临界尺寸进行补偿，改善晶圆曝光区域内图案临界尺寸的均匀度，避免下线新掩膜版而支付高昂费用，节省工序周期时间。
[0052] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以
权利要求的保护范围为准。
