專利名稱：鈍化金屬蝕刻結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開一般地涉及半導(dǎo)體制造，更具體地說(shuō)，涉及鈍化被蝕刻的金屬結(jié)構(gòu)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在例如互補(bǔ)金屬氧化物硅(complementary metal oxide silicon)(CMOS)晶體管的現(xiàn)代集成電路晶體管中，金屬蝕刻工藝正變得更加重要。這是由于在形成小尺寸晶體管元件中，金屬正在更大的范圍得到使用。例如，金屬正在取代多晶硅作為用于柵電極的選擇材料。這樣的柵電極是采用金屬沉積工藝?yán)^之以界定所述柵的金屬蝕刻工藝來(lái)制成的。在金屬結(jié)構(gòu)需要通過(guò)蝕去材料來(lái)進(jìn)行局部修正的部位，金屬蝕刻工藝還可以用于掩模修補(bǔ)和線路編輯。
作為用于尺寸減小后的晶體管元件的良好候選材料并且容易被蝕刻的金屬包括鎢(W)，鉬(Mo)，鉬-硅(MoSi)，鉭(Ta)，氮化鉭(TaN)，鈦(Ti)，氮化鈦(TiN)，TaSixNy，合金，如Ta，硼(B)，和氮的合金(TaBN)，或這些金屬和合金的任何組合。所述的蝕刻工藝可以使用粒子束導(dǎo)致的(induced)化學(xué)蝕刻技術(shù)，比如，電子束蝕刻，粒子束蝕刻，或激光蝕刻。這些粒子束蝕刻工藝通常是在蝕刻氣體(例如，二氟化氙(XeF2))存在下實(shí)施的。具體地，采用聚焦束，這種工藝可以用來(lái)形成局部納米結(jié)構(gòu)。
采用粒子束蝕刻工藝來(lái)蝕刻金屬的一個(gè)缺點(diǎn)，就是，一旦蝕刻工藝停止，剛剛被照射過(guò)的金屬表面仍處于高度反應(yīng)狀態(tài)。只要仍然處于存在蝕刻氣體的狀態(tài)下，這些高度反應(yīng)表面容易使金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)一步蝕刻，盡管已經(jīng)不再施加粒子束。這種進(jìn)一步蝕刻的結(jié)果就是新界定的(defined)金屬結(jié)構(gòu)的降級(jí)或損壞。圖1示出了由于進(jìn)一步蝕刻而已經(jīng)降級(jí)的被蝕刻結(jié)構(gòu)100，所述的進(jìn)一步蝕刻出現(xiàn)在粒子束蝕刻工藝停止之后。過(guò)度蝕刻的區(qū)域被示為暈狀物102。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種鈍化剛剛被蝕刻的金屬結(jié)構(gòu)的方法和裝置，包括在襯底上提供金屬表面，所述金屬表面已經(jīng)由第一粒子束蝕刻，將所述金屬表面曝露給鈍化氣體，并且在鈍化氣體存在的情況下將剛剛蝕刻的金屬結(jié)構(gòu)曝露給第二粒子束。第二粒子束可以包括電子束，離子束或激光束。鈍化氣體可以包括水汽，氧氣或烴氣。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種方法，包括在已經(jīng)由第一粒子束蝕刻的襯底上提供金屬表面；將所述金屬表面曝露給鈍化氣體；以及在所述鈍化氣體存在下，將所述金屬表面曝露給第二粒子束。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種裝置，包括真空腔；粒子束發(fā)生器；引入蝕刻氣體的第一入口；以及引入鈍化氣體的第二入口。其中所述粒子束發(fā)生器包括電子柱。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種方法，包括在已經(jīng)由第一粒子束蝕刻的襯底上提供金屬表面；以及，通過(guò)在鈍化氣體存在下將所述金屬表面曝露給粒子束，在所述金屬表面形成氧化層。


圖1示出了采用常規(guī)金屬蝕刻工藝被過(guò)度蝕刻的金屬結(jié)構(gòu)。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，來(lái)鈍化金屬結(jié)構(gòu)的方法。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，示出金屬結(jié)構(gòu)的鈍化。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)被鈍化的金屬結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
這里所描述的是用來(lái)在襯底上穩(wěn)定由粒子束蝕刻的金屬結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法，所述的襯底例如為半導(dǎo)體晶片或光掩膜。在下面的描述中，將用本領(lǐng)域那些技術(shù)人員共同采用的、將他們的工作傳達(dá)給本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述說(shuō)明性的實(shí)現(xiàn)的各個(gè)方面。為了解釋的目的，提供了具體數(shù)字，材料和結(jié)構(gòu)，以提供對(duì)所述說(shuō)明性實(shí)現(xiàn)的透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)也能實(shí)施本發(fā)明。在其他的情形下，周知的特征被省略或簡(jiǎn)化，以免模糊了所述說(shuō)明性的實(shí)現(xiàn)。
各種操作將作為多個(gè)分開的、依次的操作來(lái)描述，描述的方式是最有助于理解本發(fā)明的，然而，描述的順序不應(yīng)當(dāng)被解釋為暗示所述的操作一定是取決于順序的。具體地說(shuō)，這些操作不需要以所呈現(xiàn)的順序來(lái)執(zhí)行。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)提供了鈍化工藝，所述的鈍化工藝穩(wěn)定采用粒子束蝕刻工藝形成的金屬結(jié)構(gòu)，所述的粒子束蝕刻工藝，包括，但不限于，電子束蝕刻，離子束蝕刻和激光束蝕刻。如上所述，在粒子束蝕刻工藝之后，剛剛被照射的金屬表面傾向于維持在高度反應(yīng)狀態(tài)。本發(fā)明的鈍化工藝可以用來(lái)處理這些剛剛被照射的表面，以降低或去除它們的反應(yīng)性。通過(guò)降低剛剛被照射表面的反應(yīng)性，本發(fā)明可以穩(wěn)定金屬結(jié)構(gòu)，并且基本上最小化或去除金屬結(jié)構(gòu)的蝕刻后降級(jí)，這種降級(jí)是經(jīng)常發(fā)生的。
圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)，用于金屬結(jié)構(gòu)上的原位鈍化工藝。所述的金屬結(jié)構(gòu)可以采用任何典型地用于半導(dǎo)體應(yīng)用的金屬來(lái)形成，包括，但不限于，鎢(W)，鉬(Mo)，鉬-硅(MoSi)，鉭(Ta)，氮化鉭(TaN)，鈦(Ti)，氮化鈦(TiN)，TaSixNy，合金，如Ta，硼(B)，和氮的合金(TaBN)，或這些金屬和合金的任何組合。
所述的工藝起始于在襯底(例如半導(dǎo)體晶片)上沉積一層金屬(步驟200)。然后，在蝕刻氣體存在下，在所述金屬層上進(jìn)行粒子束蝕刻工藝，以界定一個(gè)或多個(gè)金屬結(jié)構(gòu)(202)。所述的蝕刻工藝通常是在適于所使用的粒子束種類的腔或其他系統(tǒng)中進(jìn)行的。例如，電子束蝕刻是在這樣一個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行的，所述系統(tǒng)包括電子柱(electron column)和真空腔，所述真空腔容納工作臺(tái)和氣體注入系統(tǒng)。針對(duì)離子束蝕刻工藝和激光束蝕刻工藝可以采用不同的系統(tǒng)或腔。在本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)中，所述的蝕刻氣體可以包括，但不限于，XeF2。
在所述的金屬結(jié)構(gòu)被蝕刻之后，鈍化氣體被引入所述的腔中(204)。在本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)中，所述的鈍化氣體可以包括，但不限于，水汽(water vapor)或氧氣(O2)。在靠近所述金屬結(jié)構(gòu)表面，鈍化氣體的壓力可以在50到1000毫托(mTorr)的范圍。在某些實(shí)現(xiàn)中，所述的鈍化氣體可以完全取代在腔中蝕刻工藝所需的所述蝕刻氣體。在其他實(shí)現(xiàn)中，鈍化氣體可以與蝕刻氣體混合。在本發(fā)明的某些實(shí)現(xiàn)中，在將所述鈍化氣體引入腔中之前，所述蝕刻氣體可以從腔中被排出。
在本發(fā)明的某些實(shí)現(xiàn)中，在鈍化氣體存在下，金屬結(jié)構(gòu)的反應(yīng)表面于是可以被曝露給電子束(206)。所述的曝露可以通過(guò)采用光柵掃描(raster scan)或蛇行掃描(serpentinescan)在金屬結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行電子束掃描來(lái)執(zhí)行。在某些實(shí)現(xiàn)中，被電子束掃描的面積可以大于被鈍化的金屬結(jié)構(gòu)的表面面積。在某些實(shí)現(xiàn)中，在鈍化氣體存在下，金屬結(jié)構(gòu)的反應(yīng)表面可以被曝露給離子束或激光束，而不是電子束。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，用于電子束的掃描參數(shù)可以包括范圍在0.1千伏(kV)到5kV的電壓，范圍在0.1微秒(μs)到5μs的停留時(shí)間(dwell time)，以及范圍從1μs到1毫秒(ms)的掃描幀刷新時(shí)間。掃描幀刷新時(shí)間通常根據(jù)被鈍化的面積的大小而變化。在一些實(shí)現(xiàn)中，總的鈍化時(shí)間在100幀到1000幀的范圍。這些工藝條件對(duì)本發(fā)明的某些實(shí)現(xiàn)被視為是最佳的或足夠的，然而，可以使用不同于本文所列出的那些工藝條件的工藝條件，以在本發(fā)明的其他實(shí)現(xiàn)中取得性能變化后的某些結(jié)果。
通過(guò)將金屬結(jié)構(gòu)的反應(yīng)表面曝露給鈍化氣體，一層或多層H2O或O2被吸收到反應(yīng)表面上。在所述表面上掃描的電子束使得被吸收的分子解離(dissociate)并且形成可以鈍化所述結(jié)構(gòu)的氧化層。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，可以調(diào)整幀刷新時(shí)間，從而使得在所述電子束再次掃描該面積之前，至少單層H2O或O2被吸收到金屬表面上。當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)的表面吸收一層或多層H2O或O2，所述表面的反應(yīng)性被降低或去除。這一點(diǎn)防止出現(xiàn)金屬結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步蝕刻。
在某些實(shí)現(xiàn)中，烴氣可以用來(lái)鈍化金屬表面結(jié)構(gòu)。電子束導(dǎo)致的沉積可以使烴氣在金屬結(jié)構(gòu)表面形成薄含碳層。含碳層通常對(duì)一般的蝕刻氣體(比如XeF2)是惰性的，并且可以因此保護(hù)剛剛被蝕刻的金屬結(jié)構(gòu)。
圖3示出了圖2所描述的工藝。如圖所示，襯底300(例如半導(dǎo)體晶片或光掩模)包括一個(gè)或多個(gè)剛剛被照射過(guò)的金屬結(jié)構(gòu)302。金屬結(jié)構(gòu)302可以包括，但不限于，柵電極，互連，以及在光掩模上的結(jié)構(gòu)(例如TaN或TaBN吸收體(absorber)，以及Mo-Si多層堆(stack))。如前面所述，金屬結(jié)構(gòu)302在被粒子束工藝蝕刻后傾向于具有反應(yīng)表面。鈍化氣體304，比如H2O汽或O2氣，被引入到所述金屬結(jié)構(gòu)302附近，并且傾向于被所述金屬結(jié)構(gòu)302的反應(yīng)表面吸收。電子束306掃描經(jīng)過(guò)所述金屬結(jié)構(gòu)302，以使一層或多層H2O或O2解離，并且在所述金屬結(jié)構(gòu)302上形成降低或去除它們的反應(yīng)性的氧化物層。該工藝因此局部鈍化所述金屬結(jié)構(gòu)302并且防止進(jìn)一步蝕刻的出現(xiàn)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的方法形成的已經(jīng)被鈍化的金屬結(jié)構(gòu)400。與圖1中所示的金屬結(jié)構(gòu)100不同，圖4中的已經(jīng)被鈍化的金屬結(jié)構(gòu)400不會(huì)遭受過(guò)度蝕刻，因此不會(huì)包含暈狀物102。因此，已經(jīng)被鈍化的金屬結(jié)構(gòu)400不會(huì)遭受在常規(guī)粒子束蝕刻工藝中出現(xiàn)的降級(jí)，所述已經(jīng)被鈍化的金屬結(jié)構(gòu)400導(dǎo)致更高質(zhì)量并且更可靠的金屬結(jié)構(gòu)。
上面所描述的本發(fā)明的示例性實(shí)現(xiàn)，包括在摘要中描述的內(nèi)容，不是要窮盡或者將本發(fā)明限制到所公開的確定形式。盡管出于說(shuō)明的目的，本文描述了本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)和實(shí)施例，但是，正如那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，各種等同的修改是可能的。
對(duì)本發(fā)明的這些修改可以根據(jù)上面的詳細(xì)描述來(lái)進(jìn)行。在所附的權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)被解釋成將本發(fā)明限制為說(shuō)明書和權(quán)利要求書中所公開的具體實(shí)現(xiàn)。相反，本發(fā)明的范圍完全由所附的權(quán)利要求書來(lái)確定，所述的權(quán)利要求書要根據(jù)已經(jīng)確立的權(quán)利要求解釋原則來(lái)解釋。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在已經(jīng)由第一粒子束蝕刻的襯底上提供金屬表面；將所述金屬表面曝露給鈍化氣體；以及在所述鈍化氣體存在下，將所述金屬表面曝露給第二粒子束。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一粒子束包括電子束，離子束或激光束。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第二粒子束包括電子束。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第二粒子束包括離子束或激光束。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬表面包括由下列金屬中的至少一個(gè)形成的表面鎢，鉬，鉬-硅，鉭，氮化鉭，鈦，氮化鈦以及TaSixNy。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述鈍化氣體包括水汽或氧氣。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述襯底包括半導(dǎo)體晶片或光掩模。
8.如權(quán)利要求3的方法，其中所述電子束的電壓的范圍為0.1kV到5kV。
9.如權(quán)利要求3的方法，其中所述電子束的停留時(shí)間的范圍為0.1μs到5μs。
10.如權(quán)利要求3的方法，其中所述電子束的掃描幀刷新時(shí)間的范圍為1μs到1ms。
11.如權(quán)利要求3的方法，其中總的鈍化時(shí)間的范圍可以為100幀到1000幀。
12.一種裝置，包括真空腔；粒子束發(fā)生器；引入蝕刻氣體的第一入口；以及引入鈍化氣體的第二入口。
13.如權(quán)利要求12的裝置，其中所述粒子束發(fā)生器包括電子柱。
14.如權(quán)利要求12的裝置，其中所述蝕刻氣體包括XeF2。
15.如權(quán)利要求12的裝置，其中所述鈍化氣體包括水汽或氧氣。
16.一種方法，包括在已經(jīng)由第一粒子束蝕刻的襯底上提供金屬表面；以及通過(guò)在鈍化氣體存在下將所述金屬表面曝露給粒子束，在所述金屬表面形成氧化層。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中所述金屬包括下列鎢，鉬，鉬-硅，鉭，氮化鉭，鈦，氮化鈦以及TaSixNy中一個(gè)或多個(gè)。
18.如權(quán)利要求16的方法，其中所述粒子束包括電子束。
19.如權(quán)利要求16的方法，其中所述鈍化氣體包括水汽或氧氣。
全文摘要
一種鈍化剛剛被蝕刻的金屬結(jié)構(gòu)的方法，包括在襯底上提供金屬表面，所述金屬表面已經(jīng)由第一粒子束蝕刻，將所述金屬表面曝露給鈍化氣體，并且在鈍化氣體存在的情況下將剛剛蝕刻的金屬結(jié)構(gòu)曝露給第二粒子束。第二粒子束可以包括電子束，離子束或激光束。鈍化氣體可以包括水汽，氧氣或烴氣。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1790635SQ20051013472
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者泰德·梁 申請(qǐng)人:英特爾公司