专利名称：具有减小的线条边缘粗糙度的蚀刻特征的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的形成。
背景技术：
在半导体晶片处理过程中，使用公知的图案化和蚀刻处理工艺 在晶片中限定半导体器件特征。在这些处理工艺中，光刻胶(PR)材料沉 积在该晶片上，然后暴露于由中间掩沖莫过滤的光线。该中间掩;f莫通常为图 案化为具有模版特征几何形状的玻璃板，该几何形状阻止光线透过该中间 掩模传播。在通过中间掩模后，光线接触该光刻胶材料的表面。该光线改 变该光刻胶材料的化学组成，从而显影剂可去除该光刻胶材料的一部分。 在正光刻胶材料的情况，去除暴露的区域，而在负光刻胶材料的情况，去 除非暴露的区域。之后，蚀刻该晶片，以从该不再受该光刻胶材料保护的 区域去除该下层的材料，并由此限定该晶片内需要的特征。该处理工艺的 一个问题是具有小宽度的显微光刻胶结构很可 能在处理中改变形状。该变形可转移到被蚀刻的膜内，产生蚀刻结构，其 偏离预期的形状、尺寸或粗糙度。这些感应蚀刻(etch-induced)光刻胶变 换可以分类成组，如线条边缘粗化(line edge roughening)、表面粗化 (surface roughening)以及线条波动(line wiggling)。线条边纟彖斗:M造度 (LER)指当该图案从光刻胶向该下层的膜传递时，该图案化线条的边缘 变得更加不规则。
发明内容
为获得前述以及根据本发明的目的，提供一种用于在层中形成 具有减小的线条边缘粗化的特征的方法。光刻胶层形成在该层之上。图案 化该光刻胶层，以形成具有光刻胶侧壁的光刻胶特征。厚度小于100 nm 的侧壁层通过执行多个循环形成在该光刻胶特征的侧壁上。每个循环包括 在该光刻胶层上沉积层，其中该沉积层的厚度在单层(monolayer )到20 nm 之间。穿过该光刻胶特征将特征蚀刻入该层。剥除该光刻胶层和侧壁层。在该发明的另 一个表现形式中，提供一种用于在蚀刻层中形成 具有减小的线条边缘粗化的特征的方法。在该蚀刻层上形成图案化光刻胶 层，以形成光刻胶侧壁的光刻胶特征。在该光刻胶特征的侧壁上形成厚度 小于100nm的侧壁层，包括执行多个循环。每个循环包括在该光刻胶层 上沉积层，其中该沉积层的厚度在单层到20nm之间，并且回蚀(etching back)该沉积层以去除沉积层在该光刻胶特征底部上形成的部分，而留下 侧壁层。穿过该光刻胶特征将特征蚀刻入该蚀刻层。剥除该光刻胶层和侧 壁层，其中在该光刻胶层上沉积该层，在单一等离子室原地完成回蚀、蚀 刻特征以及剥除。将在本发明下面的详细描述中结合下列附图更详细地描述本 发明的这些和其它特征。
在附图的图形中，本发明作为示例而不是作为限制来说 明，并且其中相同的参考标号指代相同的元件，以及其中图1是可用在本发明实施方式中的工艺的高层流程图2A-D是根据本发明的实施方式处理的堆栈的4黄截面 示意图；图3在光刻胶特征的侧壁上沉积层以减小CD的步骤的 更详细的流禾呈图；图4是可用于实施本发明的等离子处理室的示意图；图5A-B说明了适于实现用于本发明的实施方式的控制 器的计算机系统；图6A-B是根据本发明的实施方式处理的堆栈的横截面 示意图。
具体实施例方式现结合附图及数个优选实施方式详细描述本发明。在以 下描述中，阐述了许多具体细节以4是供对本发明的彻底理解。然而， 对于本领域的技术人员来说，显然，本发明可不利用这些具体细节 中的一些或全部来实施。在有的情况下，公知的工艺步骤和/或结构 没有详细描述，以免不必要地混淆本发明。相信线条边缘粗化是由不均匀的沉积、由以相对这些线 条陡峭的角度出现的离子进行的离子溅射、该光刻胶或掩模缺少移 动性、该光刻月交之间的应力不匹配、掩才莫和蚀刻副产物(聚合物)
以及光刻力交或掩4莫化学修正所导致的。尽管线条边續4且化其本身表 现为不同形成，但相同的因素还可导致该光刻胶或掩模的扭曲或波 动。,人以上角度来看，波动或4丑曲不^又仅是该光刻月交的粗化，而且 还指该线条形状的变化，并具有类似于该线条宽度的长度刻度。波 动特指该窄线条结构的修改，这是由该光刻胶的粗化所导致的。对于密集的接触部或密集的元蚀刻，可以看到线条边缘粗化，其中该 光刻胶的端面化可导致在该光刻胶的顶部形成非常薄的结构。尽管
形成不同的光刻胶和掩模用于不同的光刻技术，对于深紫外光DUV 光刻^交、193 nm光刻S交以及甚至如无定形-友的石更掩才莫，已经7见察到 了波动。导致波动的详细机制并没有被很好地理解，但是可归因 于前面提到的因素。然而，已经显现出的是，在光刻胶线条的顶部 上过多的聚合物沉积可11起波动。相信这是由沉积的膜内的应力导 致的，其往往^使该光刻月交偏离形状。该问题可能会随将在蚀刻处理 过程中软化的光刻胶的发展趋势而恶化，特别是193 nm品种。此 机制并没有解释波动的所有情况。在某些情况下，处理工艺明显地 在蚀刻该光刻"交，而不是沉积，然而该光刻力交可波动。在蚀刻过禾呈 中波动可与该光刻力交组分的改变有关，这对于193 nm光刻"交更为 严重。为便于理解，图1是可用在本发明的实施方式中的处理 工艺的高层流程图。提供图案化光刻胶掩模(步骤104)。图2A是 在基片204上的待蚀刻层208的一黄截面示意图，具有图案化光刻胶 掩才莫212,掩4莫212具有特4正214，特4正214位于ARL 210上，ARL 210位于蚀刻层208上，它们形成堆栈200。该光刻月交掩才莫具有光 刻胶特征关键尺寸(CD)，其可以是可能的最小特征宽度316的最 宽部分。目前，对于248 nm光刻月交，4吏用传统处理工艺，该光刻 胶通常的CD可以是230-250 nm。为提供该图案化光刻胶掩模，光 刻月交层可首先在该4寺蚀刻层上形成。然后图案化该光刻力交层，以形 成具有光刻胶侧壁的光刻胶特征。侧壁层形成在该光刻月交特征侧壁上(步骤108)。图2B 是图案化光刻月交掩才莫212的横截面示意图，其具有在特征214的侧 壁上形成的侧壁层220。该侧壁层优选地形成基本上垂直的并且共形的侧壁。基本上垂直的侧壁的 一个示例是乂人侧壁的底部到顶部与
该特征底部成88°到90。之间的角度。共形的侧壁具有沉积层，其基 本上具有从该特征底部到顶部相同的厚度。非共形的侧壁可形成端 面化或方包化构造，其提供非基本垂直的侧壁。4偉化侧壁(源于该 端面4t构造)或方包化侧壁可增加该沉积层CD并纟是供欠佳的蚀刻 掩模。突破蚀刻可用于蚀刻穿过紧接该蚀刻层之上的任何残余 沉积层或紧接该蚀刻层之上的任何其它中间层(步骤112 )。然后穿过形成的侧壁层220将特征蚀刻入该待蚀刻的层 208 (步骤116)。图2C显示出蚀刻入该待蚀刻层208的特征232。然后可剥除光刻力交和侧壁层(步艰《120)。这可4乍为单一 的步骤或两个分开的步骤来完成，即分开的沉积层去除步骤和光刻 月交剥除步4t。灰化处理可以用于剥除过禾呈。图2D显示出在沉积层 和光刻力交掩才莫去除后的堆对戈200。可扭J于额外的形成步-骤(步4t 124)。例如，然后可在该特征中形成接触部240。为提供双大马士 革结构，在该^^触部形成前可蚀刻沟槽。在该4矣触部形成后，可执 4亍吝页外的处J里工艺。图3是在光刻胶特征的侧壁上形成侧壁层的实施方式 (步骤108)的更详细的流程图。该步骤为重复至少两次的循环步 骤。共形层沉积在光刻月交层上(步4t 304)。然后，回蚀(etch back) 该共形层以去除沉积在光刻月交特征底部的任何沉积物，从而形成侧 壁层(步骤308 )。
示例
在一个示例中，具有4寺蚀刻层208、 ARC层210以及图 案化光刻胶掩模212的基片204设在蚀刻室中。图4是处理室400的示意图，其可用于形成侧壁层、蚀 刻以及剥除。等离子处理室400包4舌限制环402、上部电才及404、 下部电才及408、气体源410以及4非气泵420。气体源410包4舌;兄积 气体源412和回蚀气体源416。气体源410可包4舌额夕卜的气体源， 如蚀刻气体源418。在等离子处理室400内，基片204位于该下部 电极408上。下部电极408结合合适的基片夹持机构(例如，静电、 机械夹具等)用于把持该基片204。反应器顶部428结合该上部电 才及404,其与该下部电才及408正只十i史置。上部电才及404、下部电才及 408以及限制环402限定该受限的等离子容积。由气体源410向受 限的等离子容积提供气体，并由该排气泵420通过限制环402和排 气端口,人受限的等离子容积排出。第一 RF源444电连4妄到上部电 才及404。第二 RF源448电连4妄到下部电才及408。室壁452围绕限制 环402、上部电才及404以及下部电4及408。第一 RF源444和第二 RF源448都可包括27MHz功率源和2MHz功率源。将RF功率与 该电才及连4妻的不同的《且合是可能的。在Lam Research Corporation 的只又步贞电容(DFC )系纟克(由LAM Research CorporationTM of Fremont, California制造，可以用在本发明的优选实施方式中)的 情况下，27MHz和2MHz功率源都构成连接到该下部电极的第二 RF电源448，而上部电招^妄;也。控制器435可控地连4妄到RF源444、 448、排气泵420以及气体源410。在待蚀刻层208是介电层(如二 氧4b石圭或有初^圭酸盐玻璃)时可能4吏用DFC系统。图5A和5B说明了计算机系统1300，其适于实现用于本 发明的实施方式的控制器435。图5A示出该计算机系统一种可能 的物理形成。当然，该计算坤几系统可具有4艮多物理形式，从集成电 路、印刷电路板以及小型手持设备到巨型超级计算机。计算机系统1300包4舌监^L器1302、显示器1304、才几架1306、》兹盘4区动器1308、 键盘1310以及鼠标1312 J兹盘1314是传输数据到计算机系统1300 以及由该系统传输-凄t据的计算才几可读介质。图5B是用于计算机系统1300的框图的一个示例。连接 到系统总线1320的是各种子系统。 一个或多个处理器1322 (也称 为中央处理单元，或CPU)连接到存储设备，包括存储器1324。 存储器1324包括随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。 如本领域所/>知的，ROM起到单向地向该CPU传输数据和指令的 作用，而RAM通常用来以双向的方式传输数据和指令。这些类型 的存储都可包括下面描述的任何适合的计算机可读介质。固定》兹盘 1326也双向地连接到CPU 1322;其提供额外的数据存储能力，并 且也可包括下面描述的任何合适的计算机可读介质。固定磁盘1326 可用来存储程序、数据等等，并且是次级存储介质(如硬盘)，其 慢于主存。可以理解的是保留在固定》兹盘1326的信息可在适当情 况下以标准的方式作为虚拟存〗渚器并入存〗诸器1324。可移动i兹盘 1314可采用下面描述的<壬4可计算才几可读介质的形式。CPU 1322还连接到各种输入/输出设备，如显示器1304、
4建盘i310、鼠标1312以及扬声器1330。通常，i!r入/丰lr出设备可以
是下面任何设备视频显示器、轨迹球、鼠标、键盘、麦克风、触 摸显示器、传感读卡器，磁或纸带阅读器、书写板、书写笔、声音 或手写识别器、生物识别阅读器、或其它计算机。CPU 1322可选 地连接到另 一计算机或^吏用网络接口 1340的通信网络。利用这样 的网络结构，可预期在执行上述方法步骤的过程中，该CPU可接 收来自该网络的信息，或向该网络输出信息。此外，本发明的方法 实施方式可单独在CPU 1322上执4亍，或者可在网全各(如Internet) 上与远程CPU —起执行，该远程CPU共享该处理的一部分。
另外，本发明的实施方式进一步涉及具有计算才几可读介 质的计算才几存〗诸产品，该计算才几可读介质具有在其上的计算才几可读 代码，用于执行各种实现的操作。该介质和计算机代码可以是位本 发明的目的专门设计和构成的，或者它们可以是对于计算机软件领 域的技术人员来说公知的或者可以得到的类型。计算机可读介质的 示例包括，但不限于磁介质，如石更盘，软盘以及》兹带；光介质， 如CD-ROM和全息设备；^兹光介质，如光软盘；以及特别配置以 存储和执行程序代码的硬件设备，如专用集成电路(ASIC)、可编 程逻辑设备(PLD )以及ROM和RAM ^殳备。计算机代码的示例 包括如由编译器产生的机器代码，以及包含高级代码的文件，该高 级代码可由计算积z使用解释器来扭^亍。计算才几可读介质还可包4舌由 嵌入载波中的计算机数据信号传输并代表由处理器执行的 一 系列 指令的计算代码。在蚀刻室中，侧壁层形成在光刻胶特征的侧壁上(步骤 108)。 一种用于共形层的沉积的示例制法(步骤304)，沉积气体源 412 ^是供150 sccm CH3F、 75 sccm N2以及100 sccm Ar的流。压力 i殳为80 mTorr。基片的温度维持在20°C。第二RF源448才是供27 MHz 频率的400瓦特功率以及2MHz频率的0瓦特功率。图6A是在沉积的共形层620下、在图案化光刻月交层612 下、在ARC层610下、在蚀刻层608下的基片604横截面示意图。 在这个示例中，共形层620覆盖光刻"交层612的侧壁和顶部以及覆 盖在光刻胶特征614底部的ARC610。在其它实施方式，共形层可 以不沉积在光刻力交特;f正底部的ARC上。优选i也，该沉积的共形层 在单层到20nm厚之间。更优选地，该沉积的共形层在单层到7nm 厚之间。最优选地，该沉积的共形层在单层到2nm厚之间。优选地，沉积该共形层包括原子层沉积、化学气相沉积、 溅射沉积、等离子沉积以及等离子增强化学气相沉积中的至少一种。更伊乙选;也，沉积该共形层包括w匕学气相:;咒积、賊射沉积，等离 子沉积以及增强化学气相沉积中的至少一种。优选地，该基片温度
保持在-80。C到120°C之间。通常，120°C是光刻胶的玻璃相变温 度。优选地将该基片温度保持为低于该光刻胶的玻璃相变温度。更 优选地，该基片温度保持在-10。C和50°C。最优选地，该基片温度 保持在20。C。优选地，该偏置电位小于120伏特。更优选地，该偏 置电位小于100伏特。最优选地，该偏置电位在20到80伏特之间。优选地，该沉积层包括聚合物、TEOS、 Si02、 Si3N2、 SiC、 Si、 A1203、 A1N、 Cu、 Hf02、 Mo、 Ta、 TaN、 Ta02、 Ti、 TiN、 Ti02、 TiSiN以及W中的至少 一种。聚合物为碳氢化合物基材料，如氟代 烃材料。在该回蚀过程中(步骤308),才是供包含卣素(即，氟、 溴、氯)的气体，如100 sccm CF4。在这个示例中，CF4是在该回 蚀过禾呈中才是供的-舉一气体。向该室^是供20 mTorr的压力。第二RF 源448 4是供27 MHz频率的600瓦特功率以及2 MHz频率的0瓦特 功率。图6B是在图案4匕光刻月交层612下、在ARC层610下、 在蚀刻层608下的基片604在共形层已回蚀以/人沉积的共形层形成 侧壁624后的4黄截面示意图。在这个示例中，去除共形层覆盖光刻 月交层612顶部以及覆盖光刻胶特征614底部的ARC的部分，而仅 留下在该光刻月交特4正侧壁上的层。在其它实施方式中，可4呆留共形 层覆盖该光刻月交顶部的部分，从而仅在该光刻力交特征底部覆盖该 ARC的层由该回蚀去除。但是，在此实施方式中，去除^复盖该光刻 月交顶部的某些共形层。在此实施方式中，保留在该光刻J交层顶部上 的共形层可用作蚀刻硬掩模。
在这个示例，使用至少两个循环来执行形成该侧壁的循 环(步骤108 )，包括沉积该共形层(步骤304 )和回蚀(步骤308 ) 的步骤。更优选地，形成该侧壁才丸行3到50个循环。最优选地， 形成该侧壁执行3到10个循环。优选的该完成的侧壁层薄并且抗 蚀刻，如小于100 nm厚。更优选地，该完成的侧壁层在单层到50 nm 厚之间。最优选地，该完成的侧壁层在单层到2nm厚之间。在其它实施方式中，蚀刻循环可进一步包括额外的沉积 和/或回々虫步驶纟。突-皮蚀刻制法的 一个示例可用来去除在该光刻力交特4正底 部上的任何剩余的沉积层。该突破使用的制法可类似于用于回蚀的 制法。待蚀刻层的一个示例可以是传统的蚀刻层，如SiN、 SiC、 氧化物或^f氐-k电介质。传统的蚀刻制法可用来蚀刻该祠，蚀刻层。为剥除光刻胶和侧壁层(步骤120 )，可使用氧气灰化处理。经多个循环形成侧壁层^是供改进的侧壁层形貌。通过上 述方法、提供该侧壁层，已发现可意想不到地减小线条边缘的粗糙 度。另外，该侧壁层提供改进的选择性控制。相信形成没有顶部或 底部层的侧壁层可减小线条边缘的粗4造度。在本发明的优选实施方式中，该沉积层的沉积、回蚀、 突石皮々虫刻以及穿过侧壁层蚀刻该层可在同 一蚀刻室中原i也完成，如 图所示。
尽管本发明才艮据多个优选实施方式进^f亍了描述，^旦仍存 在落入本发明范围内的变型、置换和各种替代的等同方式。还应当 注意的是，有许多替代的方式可实现本发明的方法和装置。因此， 后附权利要求应解释为包括落入本发明主旨和范围内的所有这些 改变、置换以及各种替的代等同方式。
权利要求
1.一种用于在层中形成具有减小的线条边缘粗化的特征的方法，其包括在该层上形成光刻胶层；图案化该光刻胶层，以形成具有光刻胶侧壁的光刻胶特征；在该光刻胶特征侧壁上形成厚度小于100nm的侧壁层，其包括执行多个循环，其中每个循环包括在该光刻胶层上沉积层，其中该沉积层的厚度在单层到20nm之间；穿过该光刻胶特征将特征蚀刻入该层；以及剥除该光刻胶层和侧壁层。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中形成该侧壁层的每个循环进 一步包括回蚀该沉积层，以去除该沉积层在该光刻"交特4i底部 上形成的部分，而留下侧壁层。
3. 根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中在该光刻胶层上 沉积该层，包括j丸4于原子层沉积、化学气相沉积、溅射沉积、 等离子沉积以及等离子增强化学气相沉积中的至少 一种，并利 用小于120伏特的偏置电位。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的方法，进一步包括在该光刻 胶层上沉积该层过程中，加热该基片到-80。C至120°C之间的
5.才艮据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在该侧壁上沉积 该侧壁层#^亍3到10个循环。温度。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的方法，在该光刻胶层上沉积 该层包括沉积聚合物、TEOS、 Si02、 Si3N2、 SiC、 Si、 A1203、 A1N、 Cu、 Hf02、 Mo、 Ta、 TaN、 Ta02、 Ti、 TiN、 Ti02、 TiSiN 和W中的至少一种所构成的层。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的方法，进一步包括执行突破 蚀刻，以蚀刻穿过<壬<可剩余的沉积层。
8. 根据权利要求2-7中任一项所述的方法，其中在该光刻胶层上 沉积该层、该回蚀、该突石皮以及蚀刻特^正在单一等离子室内原 地完成。
9. 根据权利要求2-8中任一项所述的方法，其中该回蚀进一步去 除该沉积层在该光刻月交层的顶部上的部分。一种由4艮才居外又利要求1-9中任一项所述的方法形成的半导体 器件。一种用于在蚀刻层中形成具有减小的线条边缘粗化的特征的 方法，包括二形成图案化光刻月交层以覆盖该蚀刻层，/人而形成具有光 刻胶侧壁的光刻胶特征；在该光刻月交特4正侧壁上形成厚度小于100 nm的侧壁层， 其包括执行多个循环，其中每个循环包括在该光刻月交层上沉积层，其中该沉积层的厚度在单 层到20 nm之间；以及回蚀该沉积层，以去除该沉积层形成在该光刻月交特 征底部上的部分，而留下侧壁层；穿过该光刻月交特征将特征蚀刻入该蚀刻层；以及剥除该光刻胶层和侧壁层，其中在该光刻胶层上沉积该 层、该回蚀、该蚀刻祠^正以及剥除在单一等离子室内原i也完成。
10. 才艮据权利要求11所述的方法，其中在该光刻胶层上沉积该层， 包括^丸-f亍原子层沉积、4匕学气相;咒积、溅射5咒积、等离子沉^只以及等离子增强化学气相沉积中的至少一种，并利用小于120 伏特的偏置电位。
11. 根据权利要求11-12中任一项所述的方法，进一步包括在该光 刻胶层上沉积该层过程中，加热该基片至80°C到120°C之间 的温度。
12. 根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中在该侧壁上沉 积该侧壁层执行3到10个循环。
13. 才艮据权利要求11-14中任一项所述的方法，其中在该光刻l交层 上沉积该层包括沉积聚合物、TEOS、 Si02、 Si3N2、 SiC、 Si、 A1203、 A1N、 Cu、 Hf02、 Mo、 Ta、 TaN、 Ta02、 Ti、 TiN、 Ti02、 TiSiN以及W中的至少一种《且成的层。
14. 一种由根据权利要求11-15中任一项所述的方法形成的半导 体器件。
全文摘要
提供一种用于在层中形成具有减小的线条边缘粗化的特征的方法。光刻胶层形成在该层上。图案化该光刻胶层以形成具有光刻胶侧壁的光刻胶特征。通过执行多个循环在该光刻胶特征侧壁上形成厚度小于100nm的侧壁层。每个循环包括在该光刻胶层上沉积层，其中该沉积层的厚度在单层到20nm。特征穿过该光刻胶特征蚀刻入该层。剥除该光刻胶层和侧壁层。
文档编号H01L21/02GK101292197SQ200680038623
公开日2008年10月22日 申请日期2006年8月1日 优先权日2005年8月18日
发明者S·M·列扎·萨贾迪, 埃里克·A·赫德森 申请人:朗姆研究公司