用于临界尺寸缩减和节距缩减的系统及方法

专利名称：用于临界尺寸缩减和节距缩减的系统及方法
技术领域：
本发明总体上涉及在基片中形成器件，更具体地，涉及用于在 光刻系统和处理中缩减临界尺寸和缩减节距的方法以及系统。
背景技术：
缩减器件尺寸(即，器件的临界尺寸)和增加器件密度(即， 节距缩减)是半导体制造领域中的永恒目标。这些目标帮助降低所 形成的半导体器件的功率消耗和成本，同时也增进了半导体器件的 性能。不幸的是，缩减的临界尺寸和/或缩减的节距往往要求新的并 且昂贵的设备来达到这些目标。作为示例，如果光刻系统为形成具有约0.4微米临界尺寸的器件优化，而期望的临界尺寸为约0.3微 米(缩小约25%的临界尺寸)，那么必须替代和/或较大地改造该光 刻系统以精确地达到0.3樣t米的临界尺寸。另外，可在相同面积的基片上形成更多具有0.3樣i米临界尺寸 的器件(即，节距可被缩减)。作为示例，如果每个器件具有0.4樣吏 米的临界尺寸和约0.4微米的器件间节距，则在约24微米的宽度内 可形成约30个器件。作为对比，如果每个器件具有0.3微米的临界 尺寸和约0.3微米的器件间节距，则在相同的24微米的宽度内可形 成约40个器件。必须替代和/或较大地改造为形成具有约0.4微米 临界尺寸器件优化的光刻系统以精确地达到0.3微米的临界尺寸。
因此，对缩减的临界尺寸和减小的器件节距的持续驱动，增加 了生产半导体的成本。从前述的观点看，需要一种系统和方法，用 于扩展光刻处理的能力，从而允许缩减临界尺寸和缩减器件节距。发明内容概括地i兌，本发明通过4是供一种用于扩展光刻处理的能力以允 许缩减临界尺寸和缩减器件节距的系统和方法，满足了这些需要。 应当理解，本发明可以多种方式实现，包4舌作为处理方法、装置、 系统、计算机可读介质、或设备。以下描述本发明的数个创新性的 实施例。一个实施例才是供了一种用于形成特4正(feature,结构)的方法。 该方法包括在下层上形成第一材料的掩模，该掩模具有未修正的形 貌。修正该掩模的形貌以及在该下层中形成特征。还可包括去除该 掩模。在该下层上形成该纟奄才莫可包^"利用光刻处理形成该纟奄才莫。该光 刻处理为第 一 临界尺寸优化，并且该掩模具有大体上小于该第 一 临 界尺寸的第二临界尺寸。在该下层上形成该掩一莫可包括利用光刻处理形成该掩4莫，该光 刻处理为第一密度优化，并且该掩才莫具有大体上大于该第一密度的 第二密度。修正该掩才莫的形貌可包括去除该掩才莫侧边的第 一部分。去除该 4奄才莫侧边的第 一部分可包4舌<氐压蚀刻处理或选4奪性沉积处理中的 至少一种。该4氐压蚀刻处理可包4舌小于大约70毫^乇的蚀刻处理压 力。该选择性;冗积处理可包纟舌大于大约50毫4乇的沉积处理压力。 修正该掩模的形貌可包括增加第二部分材料到该掩模的侧边。 增加第二部分材料到该掩模的侧边可包括低压蚀刻处理或选择性 沉积处理中的至少 一种。该方法还可包括缩小该掩模的修正的形貌。缩小该掩模的修正 的形貌可包括增加第三部分材料到该掩才莫的侧边。在该下层形成的 特征大体上等于或小于该缩小的纟奄模。另 一个实施例^是供了 一种用于形成特征的方法。该方法包括在 下层上形成第一材料的掩模。该掩模具有未修正的形貌，并且该掩 模利用光刻处理形成。该光刻处理为第一临界尺寸优化，并且该掩 模具有大体上小于该第 一 临界尺寸的第二临界尺寸。修正该掩模的 形貌，包括去除该掩才莫侧边的第 一部分以及增加第二部分材料到该 掩模的側边。可在该下层中形成特征。可与该第二部分材料被添加 到该掩模的侧边基本上同时，从该掩模的侧边去除该第一部分。又一个实施例提供了一种用于在基片中形成器件的系统。该系 统包4舌处理室，用于装入基片以用于处理。该处理室连4妄到气体歧 管和控制器。多个处理气体源流动连接到该气体歧管。该气体歧管连接到该控制器，并且该控制器包括调制器(recipe )。该调制器包 括用于修正在该基片上形成的掩模形貌的逻辑，该掩模由第一材料 形成。该用于4'务正该掩才莫形貌的逻辑包括用于去除该掩才莫侧边的第 一部分的逻辑以及用于增加第二部分材料到该摘^莫侧边的逻辑。该 调制器还可包括用于缩小该修正的掩模形貌的逻辑。本发明的其它方面和优点将会由以下结合附图的详细描述而 变4寻显而易见，这些附图作为示例i兌明本发明的原理。


通过以下结合附图的具体说明，本发明将更易于理解。图1A是根据本发明的一个实施例的在半导体基片上形成的掩 模的横截面示意图；图IB是根据本发明的一个实施例的利用该掩模形成的特征的 横截面示意图；图1C是根据本发明的一个实施例的特征的横截面示意图；图ID是根据本发明的一个实施例的由0.4纟啟米优化的光刻处 理形成的0.3微米掩才莫的横截面示意图；图IE是根据本发明的一个实施例的由0.3微米掩模形成的特 征的横截面示意图；图1F是根据本发明的 一 个实施例的掩模形貌的详细的示意图；图2是根据本发明的一个实施例的用于修正该掩模形貌的方法 操作的流程图；图3A和3B是根据本发明的一个实施例的在下方中间层中形 成的特征的横截面示意图；图4是根据本发明的 一 个实施例的在下方中间层中形成的特征 的横截面示意图；图5是根据本发明的 一个实施例的用于缩小掩模的方法操作的 流程图6是根据本发明的一个实施例的用于修正掩模形貌的气体调制的方法操作的流程图；图7是4艮据本发明的 一个实施例的系统的方框图。 具体实施例现在将描述用于扩展光刻处理的能力以允许缩减临界尺寸和 缩减器件节距的系统和方法的多个示范性实施例。本领域的#支术人 员容易理解，没有此处描述的某些或所有细节也可以实现本发明。此处描述的多个实施例^是供了 一种用于增强现有光刻处理和 系统的性能的系统及方法。结果，光刻处理和系统可用于形成具有 更小临界尺寸和增加的器件密度的半导体器件。图1A是根据本发明的一个实施例的在半导体基片102上形成 的掩模104A的横截面示意图100。使用为形成具有约0.4微米临界 尺寸(即，宽度)或更大特征(即，0.4微米处理)的器件而优化 的光刻处理来形成该掩模104A。该0.4微米处理在掩模材料104中 形成特征104B。通常，该0.4微米处理包括施加到光刻胶掩模材料 104 (或其它光壽文材料)的光刻亚处理。掩才莫材料104的暴露部分 104A通过暴露于光线而转变。非暴露部分(未示出)在后续的清 洗处理中^皮去除，以在4奄才莫104A之间形成特^正104B。各被去除部分104B具有约0.4微米的宽度。各被去除部分104B 被掩模104A分开，其等于或大于约0.4微米的宽度。用于形成掩才莫104A的光刻处理净皮伊M匕以形成具有约0.4微米 或更大宽度以及具有约0.4微米或更大间隔的密度的掩模。因此， 掩才莫104A具有最佳形貌。该最佳形貌4务才莫104A具有大体上垂直
的侧边。作为示例，掩模104A的侧边与掩才莫层104的顶部表面形 成约75到约90度之间的角e。另外，在该去除部分，大体上掩模 层104内的所有材料被去除，使得最佳形貌掩模104A具有大体上 平4亍于摘r才莫层104顶部表面的底部表面104C。图1B是根据本发明的一个实施例的使用掩模104A形成的特 征102A的横截面示意图100，。基片101具有形成于其上的中间层 102。掩模104A形成在中间层102的顶部表面上，如以上图1A中 所描述。可使用蚀刻处理在中间层102中形成特征102A。掩模104A的形状帮助确保所得到的特征102A的形状。作为 示例，如果掩模104A具有最佳形貌，那么在很多情况下，得到的 特征102A也具有大体上相同宽度的最佳形貌。类似地，如果纟备才莫 104A不具有最佳形貌，那么得到的特征102A同样非常可能具有不 够最佳的形貌(例如，不够最佳的和/或不一致的深度和/或宽度)。图1C是根据本发明的一个实施例的特征102A的横截面示意 图100"。当掩模104A如上图1B中所述用于形成特征102A后，不 再需要该掩模。如图1C所示，掩模104A已被去除。通常，通过化 学枳4戒平面化(planarization)或选4奪性蚀刻处理或任何其他合适的 处理方法去除该掩模，以去除掩模104A。然后基片准备进行后续 处理。作为示例，特征102A可被填充导电材料(例如，铜、铜合 金或其它导电才才泮+)，以形成导电迹线(conductive trace )或过孑L或 其它器件。由于该光刻处理一皮优化以形成具有约0.4樣t米或更大宽度以及 约0.4孩i米或更大间隔的特4正102A，那么该光刻处理不能津f确;也形 成具有宽度或密度小于0.4微米的特征。图1D是根据本发明的一 个实施例的由0.4微米优化的光刻处理所形成的0.3微米掩模108A 的横截面示意图。图1F是根据本发明的一个实施例的掩模108A的
形貌的详细的示意图。因为0.4孩i米优化的光刻处理未被优化以生 产具有约0.3微米宽度的掩模108A优化，所以掩模108A不具有最 佳形貌。作为示例，去除的部分108B的底部108C^皮圆^f匕，或者甚 至被尖锐化(pointed),而不能大体上平行于上部层104的顶部表 面。另外，该掩模108A具有多个侧边，其与掩模层104的顶部表 面形成小于约75度的角9'。图1E是根据本发明的一个实施例的由该0.3微米掩模108A形 成的特4i 118A-F的冲黄截面示意图120，。如所示，在中间层102中 形成的特征118A-F具有非常不一致和不对称的形貌、深度和宽度。 另外，特征118A-F钻蚀(undercut)掩模108 A 。更进一步，特征 118A-F的开口过于狭窄，并具有不一致的宽度。 一旦去除掩模 108A，特征118A-F的不一致的开口的宽度会导致该特征不一致的 填充，并因此4是供了对下层101的不良冲妄触和/或对随后可能在填充 的特征118A-F顶部上形成的导电层的不良接触。总的来说，掩模108A具有残留在被去除的部分108B底部108C 的不期望的多余的材料124。另外，从掩模108A的顶部部分去除 过多的材料122,这导致了特征顶部边缘的磨圆(rounding-off)。如 果掩才莫108A用于尝试在中间层102内形成特征(例如，特征102A )， 那么所得到的特征将不具有可预料的和最佳的形貌，因为掩模108A 的形貌不是最佳的。本发明的一个实施例提供了用于将掩模108A的形貌修正为最 佳形貌形状的系统和方法。修正掩模108A的形貌可包括取代从掩 模108A的顶部边纟彖去除的初1牛122。修正掩模108A的形貌还可包 4舌去除残留在去除的部分108B底部108C的不期望的多余材泮牛 124。
图2是根据本发明的一个实施例的用于修正掩模108A的形貌 的方法操作200的流程图。在操作205,掩模在下层上形成。该掩 模可具有未修正的形貌(例如，掩模108A )。在才乘作210, ^'f正掩才莫108A的形貌。可通过在4务才莫108A的顶 部部分122增加材冲牛来^f奮正该形貌。^修正掩才莫108A的形貌还可包 括从掩模108A的底部部分去除额外的材料124。修正掩模108A的 形貌，直至其具有期望的形貌。作为示例，如果掩模108C的底部 被充分地清除掉材料(例如，类似于图1E的底部108C),但是， 过多的材料122已经,皮从掩才莫108A的顶部部分去除，那么4又该部 分材料122可添加到掩模108A,以修正形貌。掩模108A的形貌可 经过气体调制被修正，这将在下面更详细地描述。可通过应用或沉积具有不均一 (例如，依赖于深度)黏附系数 的材料到该掩模的侧边，来修正掩模108A的形貌。作为示例，沉 积具有不均一黏附系数的材料可比在该掩模底部108C更快速地聚 集到该掩模的顶部部分122上。结果是，该不均一黏附系数材料可 耳又4气在掩才莫108A的顶部部分的材津4" 122。改变等离子体条件可改变沉积在掩才莫108B开口内不同位置的 材料的量。例如，通过增加氢对碳氟化合物的比率，可从净蚀刻(net etching)等离子体4争变为净;兄积(net depositing)等离子体。另外 的处理参数，例如氩流量(Argon flow)和压力，可用于控制在形 貌#壁(侈'W口，才才泮+ 122 )和底部108 (侈'W口，才才泮牛124 )发生的;冗 积和蚀刻的相对量。更通常地，为得到具有4艮少或没有侧壁沉积的 定向蚀刻，应用低压(例如，小于约70毫托)、不含氢的等离子体 是有益的，同时利用采用较高压力和氢流量的等离子体处理，可实 现净沉积条件。具有净蚀刻特性的配方(recipe)的一个代表性的 示例为约30毫4乇的处理室压力，并且等离子体功率在27MHz为 约800瓦特，在2MHz为0瓦特，约180 sccm的氩和约150 sccm
的CF4，作为对比，净沉积配方的一个示例为约70毫i乇的处理室 压力，并且等离子体功率在27MHz为约800瓦特，在2MHz为400 瓦特，约240 sccm的氩和约75 sccm的CF4，以及约100 sccm的 H2。在集成缩减临界尺寸和节距的情形下，该低压蚀刻可从该掩才莫 中开口的底部108C比从掩模108A的侧壁去除更多材料(例如， 材料124 )。 乂人掩才莫108A中开口的底部108C去除材泮牛124 ^f'务正该 4奄才莫中开口 108B，的形貌的至少一部分。可1"吏用选^奪性沉积在稍 低的压力下替代或者与蚀刻处理结合。作为示例，该选4奪性沉积处 理可在约70毫4毛的压力下应用，而该蚀刻处理可在小于70毫:f乇的 压力下应用(例如，约50毫4乇，或者在约20毫4乇至约70毫4乇之 间但小于该选择性沉积处理的压力)。该选择性沉积处理可在掩模 108A的侧壁上比在该掩才莫内开口的底部108C上沉积更多或相等的 材泮牛(例如材津+ 122)。(对于相等，指如果乂人该底部比乂人该侧壁蚀 刻和去除更多的材冲+,那么在该侧壁和底部上沉积相等的材料，那 么该净效果仍然为具有缩减开口 108B尺寸的蚀刻特;f正)。增加额外 材料122到掩模108A的侧壁不仅能够迭代地(iteratively )缩减掩 模(并作为待蚀刻特征结果)尺寸，还可修正该掩才莫内开口 108B， 的形貌。由掩模108A的具体需求确定是否使用低压蚀刻处理和/或 选才奪性沉积处理。作为另一个例子，如果摘"漢108A的形貌的顶部 部分是可接受的(例如，材料122已大体上出现)，那么该选择性 沉积可^皮削弱。在操作215中，使用具有修正的形貌的掩模108A，，在下层(例 如，层102)中形成特征302。该掩模108A，的修正的形貌允许特 征302形成有期望的形貌。图3A和3B是才艮据本发明的一个实施例的在下面的中间层102 中形成的特征302A的横截面示意图300。使用为0.4微米器件宽度 优4匕的光刻处理形成该0.3孩克米掩才莫108A。该0.3」微米#务才莫108A
具有未》l"正的形貌，如以上附图1D-E所示。如上所述小f正掩4莫108A 的形貌，以形成掩才莫108A，。该修正的形貌掩模108A，用于在该 下面中间层102中形成特4正302A 。如以上图1D-3B中所述，缩减示范性的0.4微米掩模以形成0.3 微米的掩模。应当理解，可使用类似的缩减处理以缩减其它的掩模 尺寸。作为示例，0.25微米的掩模可缩减为约0.15微米的掩模。类 似地，0.5微米的掩模可被缩减至约0.4微米的掩模。如以上图1D-3B中所述，#务;漠可形成为带有未<奮正的形貌，例 如形成具有对于采用的光刻处理过小宽度的摘^莫。然后可^'务正该4奄 模的形貌，使得其可用于形成具有类似的比所采用的光刻处理的预 期更小的宽度的特征(如，特征302A)。所得到的特征还可比所采 用的光刻处理的预期更靠拢。图4是根据本发明的一个实施例的在下面的中间层102中形成 的特征402A的横截面示意图400。图5是根据本发明的一个实施 例，用于缩小掩模的方法操作500的流程图。在操作505,形成掩 才莫108A。在纟喿作510,如上所述^务正4务才莫108A的形貌。在才喿作515,额外的初4+ 422增加到掩才莫108A的侧边，以进 一步缩小掩模108。作为示例，如上所述，0.4微米光刻处理用于形 成0.3微米掩模。该0.3微米掩模的形貌被修正，然后用于形成特 征(例如，以上图3B的特征302A )。特征302A具有与4务模108A， 大体上相同的宽度(例如，约0.3微米)。如图4所示，该额外的材 料422可增加到掩模108A的侧壁，以将掩模108B"内的开口缩小 至大体上小于0.3樣吏米(例如，约0.20或0.25《效米宽度)。
可通过气体调制缩小掩模108B"的开口。通过将不依赖深度、 不均一的黏附系数材料增加到掩模108A的侧边，可缩小掩模108B" 内的开口 。如上所述，改变等离子体条件可改变在该特征内不同位置沉积 的材^h的量。例如，如上所述的4交^f氐压力(例如，小于约70毫4乇) 的蚀刻处理，可以是至少实际上稍樣i定向的。该{氐压蚀刻可/人该掩 模开口的底部108C比从掩模108A的侧壁去除更多的材料。可使 用选4奪性沉,只处理f^,或与该4氐压蚀刻处理结合。该选冲奪性;咒积可 在4务才莫108A的侧壁上沉积比在该掩才莫中开口的底部108C上更多 的材料。在掩模108A的侧壁增加额外的材料422，缩减掩模108B" 中开口的宽度。在才喿作520，该缩小的开口 108A"可用于形成类似的缩小的特 4正402A。作为示例，如果缩小的开口 108A"具有约0.25孩1米的宽 度，那么特征402A可具有约0.2微米至约0,25微米的宽度。图6是根据本发明的一个实施例的用于修正掩模形貌的气体调 制的方法操作600的流程图。在操作605，基片IOI设置在处理室 内。该基片具有如上面图1D-F所述的不期望的形貌。该处理室可 以是任何合适的处理室(例如，等离子体室、蚀刻室、沉积室，等)。在操作610，将第一处理施加到基片101。作为示例并参考上 面的图1F,该第一处理可乂人掩才莫108A中的开口 108B的底部108C 去除多余的材料124。可在选择性蚀刻步骤中去除该多余的材剩-124。在操作615，可将第二处理施加到基片101。作为示例并参考 上述图1F,该第二处理可将额外的材料122增加到掩模108A的顶 部区i或。在沉积处理中沉积该额外材津牛122。应当理解，才喿作610 和615可以任何顺序进行，甚至可以迭^地应用，以获得期望的形貌。在操作620，如果掩模108A的形貌被修正，那么可结束该方 法操作。可选地，在步骤620,如果掩模108A的形貌尚未被修正， 那么该方法才喿作可在才喿作610中继续进4亍。操作610和615也可大体上同时进行。图7是根据本发明的一个实施例的系统700的方块图。该系统 包括处理室702,其连"l妄到控制器710。控制器710包括一个或多 个方法712，以用于控制在处理室702中#1行的处理。 一个或多个 处理气体源720A-N通过气体歧管722连接到处理室702。气体歧 管722连接到控制器710。气体歧管722允许控制器710在处理室 702中控制来自于处理气体源720A-N的处理气体的压力、流率、 混合以及浓度。考虑到上述实施例，应当理解，本发明可应用多种计算机实现 的操作，其包括存储在计算机系统中的数据。这些操作是需要物理 处理物理量的那些纟喿作。通常，尽管不是必要地，这些量表现为能 够被存储、传输、结合、比较和其它处理的电信号或磁信号的形式。 另外，所才丸4于的处理通常表示为术语形式，例如产生、识别、确定、 或比较。此处描述的形成本发明 一部分的任何操作是有用的机械操作。 本发明还涉及用于执行这些操作的设备或装置。该装置可特别为所 需的目的而构成，或者其为由存储于计算才几内的计算^L程序有选捐， 地激活或配置的通用计算才几。特别地，多种通用4几器可与根据此处 教导所编写的计算机程序结合使用，或者更方便地，构建更加专用 的装置以实施该所需的才喿作。
本发明也可具体表达为在计算机可读介质上的计算机可读代 码。该计算机可读介质是可存储此后由计算才几系统读耳又的数据的任 何数据存储设备。计算机可读介质的实例包括硬盘驱动器、网络连接存储器(NAS)、只读存储、随机存取存储器、CD-ROM、 CD-R、 CD-RW、磁带和其它光学以及非光学的数据存储设备。该计算机可 读介质也可分布在网络连冲妾的计算才几系统上，乂人而该计算才几可读代^ 码可以分布式形式存^f诸和扭^亍。可以进一步理解，由以上附图中的操作所代表的指令并不要求 以所说明的顺序执行，并且由这些才喿作代表的所有处理对于实施本 发明可能不是必需的。另外，以上任何附图中所描述的处理也可在 專欠件中实现，该软件可存储在RAM、 ROM或硬盘驱动器中的任何 一种或者其结合中。尽管已经详细地描述了前述发明以〗更于理解，4旦显然，可在所 附4又利要求的范围内实施特定变化和^修正。因此，这些实施例应一皮 理解为说明性的，而非限制性的。并且本发明并不局限于此处所给 的细节，而是可在所附权利要求的范围及其等同方式内进行修改。
权利要求
1.一种形成特征的方法，包括在下层上形成第一材料的掩模，所述掩模具有未修正的形貌；修正所述掩模的形貌；以及在所述下层中形成特征。
2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括去除所述掩模。
3. 才艮据权利要求1所述的方法，其中，在所述下层上形成所述^务 模包括利用光刻处理形成所述掩模，其中，所述光刻处理为第 一临界尺寸优化，并且其中，所述掩模具有大体上小于所述第 一临界尺寸的第二临界尺寸。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述下层上形成所述掩 模包括利用光刻处理形成所述掩模，其中，所述光刻处理为第 一密度优化，并且其中，所述掩模具有大体上大于所述第一密 度的第二密度。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中，修正所述掩模的形貌包括 去除所述掩才莫侧边的第一部分。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，去除所述掩模侧边的第一 部分包4舌4氐压蚀刻处理或选4奪性沉积处理中的至少一种。
7. 冲艮据权利要求6所述的方法，其中，所述低压蚀刻处理包括小 于大约70毫^^乇的蚀刻处理压力。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述选择性沉积处理包括大于大约50毫4乇的沉积处理压力。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中，修正所述掩模的形貌包括 增加第二部分材料到所述掩模的侧边。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，增加第二部分材料到所述 掩才莫的侧边包4舌{氐压蚀刻处理或选择性沉积处理的至少 一种。
11. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括缩小所述掩模的修正 的形貌。
12. 根据权利要求9所述的方法，其中，缩小所述掩模的所述修正 的形貌包括增加第三部分材料到所述掩模的侧边。
13. 根据权利要求11所迷的方法，其中，在所述下层中形成的所 述特征大体上等于或小于所述缩小的掩模。
14. 一种形成4争4正的方法，包4舌在下层上形成第一材料的掩模，所述掩模具有未修正的 形貌，其中所述掩模被利用光刻处理形成，所述光刻处理为第 一临界尺寸优化，并且其中，所述掩模具有大体上小于所述第 一临界尺寸的第二临界尺寸；^修正所述掩才莫的形貌，包括去除所述掩模的侧边的第一部分；以及 增加第二部分材料到所述掩模的侧边；以及在所述下层中形成特征。
全文摘要
一种形成特征的方法，包括在下层上形成第一材料的掩模，该掩模具有未修正的形貌。修正该掩模的形貌，并且在该下层中形成特征。还公开了一种用于形成特征的系统。
文档编号G03F1/00GK101213488SQ200680024154
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月12日 优先权日2005年6月30日
发明者罗伯特·沙拉安 申请人:朗姆研究公司