專利名稱：利用H₂等離子處理對有機線寬粗糙度的改進的制作方法
利用H2等離子處理對有機線寬粗糙度的改進
背景技術：
本發(fā)明涉及半導體器件的形成。在半導體晶片處理過程中，使用公知的圖案化和蝕刻工藝在晶片中形成半導體 器件的特征。在這些工藝中，光刻膠(PR)材料沉積在晶片上，然后暴露于經過中間掩模 (reticle)過濾的光線。中間掩模通常是圖案化有模板特征幾何結構的玻璃板，該幾何結構 阻止光傳播透過中間掩模。通過該中間掩模后，該光線接觸該光刻膠材料的表面。該光線改變該光刻膠材料 的化學成分從而顯影劑可以去除該光刻膠材料的一部分。在正光刻膠材料的情況中，去除 該暴露的區(qū)域，而在負光刻膠材料的情況中，去除該未暴露的區(qū)域。然后，蝕刻該晶片以從 不再受到該光刻膠材料保護的區(qū)域去除下層的材料，并由此在該晶片中形成所需要的特 征。

發(fā)明內容
為了實現前面所述的以及按照本發(fā)明的目的，提供一種在設在圖案化有機掩模下 方的蝕刻層中形成蝕刻特征過程中降低極低頻線寬粗糙度(LWR)的方法。處理圖案化有機 掩模以降低該圖案化有機掩模的極低頻線寬粗糙度，包括通入含有吐的處理氣體，其中該 處理氣體具有一定流率并且H2的流率是處理氣體的流率的至少50%，由處理氣體形成等離 子，以及停止處理氣體流。通過處理后的具有降低到非常低的LWR的圖案化有機掩模蝕刻 該蝕刻層。在本發(fā)明的另一方面，提供一種在導電層中形成蝕刻特征過程中降低極低頻線寬 粗糙度(LWR)的方法，該導電層設在硬掩模層下方，該硬掩模層設在蝕刻層下方，該蝕刻層 設在圖案化光刻膠掩模下方，共同形成晶片上的層疊(stack)。將該晶片設在工藝室中。處 理圖案化光刻膠掩模以及降低該圖案化光刻膠掩模的極低頻線寬粗糙度，包括通入包括H2 的處理氣體，其中該處理氣體具有一定流率，并且H2的流率是進入該工藝室的處理氣體的 流率的至少50%，由處理氣體形成等離子，以及停止處理氣體流。通過該處理后的圖案化光 刻膠掩模蝕刻該蝕刻層。通過該蝕刻層來蝕刻該硬掩模層。通過該硬掩模層來蝕刻該導電 層。從該工藝室去除該晶片，從而處理該圖案化有機掩模、蝕刻該蝕刻層、蝕刻該硬掩模層 以及蝕刻該導電層都在同一工藝室中原位進行。在本發(fā)明的又一方面中，提供一種在設在具有掩模特征的圖案化有機掩模下方的 蝕刻層中形成蝕刻特征過程中降低極低頻線寬粗糙度(LWR)的設備。提供等離子處理室， 包括形成等離子處理室外殼的室壁、用以在該等離子處理室外殼內支撐襯底的襯底支撐 件、用以調節(jié)該等離子處理室外殼內壓強的壓強調節(jié)器、至少一個用以提供電感耦合功率 至該等離子處理室外殼以維持等離子的天線、用于提供氣體至該等離子處理室外殼內的氣 體入口和用于從該等離子處理室外殼排出氣體的氣體出口。氣體源與該氣體入口流體連通 并包括蝕刻劑氣體源和H2處理氣體源。控制器以可控方式連接到該氣體源和該至少一個 天線，并且包括至少一個處理器和計算機可讀介質。該計算機可讀介質包括用于處理該圖案化有機掩模以降低該圖案化有機掩模的極低頻線寬粗糙度的計算機可讀代碼，其包括用 于通入包括H2的處理氣體的計算機可讀代碼，其中該處理氣體具有一定流率并且吐的流率 是處理氣體的流率的至少50%，以及用于由處理氣體形成等離子的計算機可讀代碼和用于 停止處理氣體流的計算機可讀代碼，還有用于通過具有降低到非常低的LWR的該圖案化有 機掩模蝕刻該蝕刻層的計算機可讀代碼。本發(fā)明的這些和其他特征將在下面的具體描述中結合附圖更詳細地說明。


在附圖中，本發(fā)明作為示例而不是作為限制來說明，其中類似的參考標號指出相 似的元件，其中圖1是可用于本發(fā)明的實施方式的工藝的高層流程圖。圖2A-C是按照本發(fā)明的實施方式蝕刻的層疊的剖視示意圖。圖3是可用于實施本發(fā)明的等離子處理室的示意圖。圖4A-B說明適于實現用于本發(fā)明實施方式的控制器的計算機系統(tǒng)。圖5A-F是利用本發(fā)明實施方式的示例處理的晶片的⑶-SEM。圖6A-C本發(fā)明實施方式的上述示例的結果圖表。圖7是描述LWR的具有掩模的晶片的⑶_SEM(自上而下)。圖8示出獲得LWR比檢測長度曲線的通常順序。
具體實施例方式現在將根據其如在附圖中說明的幾個實施方式來具體描述本發(fā)明。在下面的描述 中，闡述許多具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，對于本領域技術人員，顯然，本發(fā) 明可不利用這些具體細節(jié)的一些或者全部而實施。在有的情況下，公知的工藝步驟和/或 結構沒有說明，以避免不必要的混淆本發(fā)明。為了便于理解，圖1是可用于本發(fā)明的實施方式的工藝的高層流程圖，該工藝降 低圖案化光刻膠掩模下方的極低頻線寬粗糙度。帶有圖案化光刻膠掩模的晶片設在電感 耦合TCP室(步驟10 。處理該圖案化光刻膠掩模以降低極低頻線寬粗糙度(LWR)(步驟 104)。這個步驟包括將吐處理氣體通入工藝室(步驟108)，并且由該吐處理氣體形成等離 子(步驟112)，該等離子降低極低頻線寬粗糙度?？蓤?zhí)行后續(xù)處理步驟以完成該結構。停 止H2處理氣體流(步驟116)以停止處理工藝。例如，在一個實施方式中在I3R處理之后蝕 刻蝕刻層(步驟120)。在這個實施方式中，該蝕刻層是有機ARC層，其在硬掩模層上方，該 硬掩模層在導電層上方。然后打開該硬掩模(步驟124)。蝕刻該導電層(步驟128)。將 該晶片從該工藝室去除(步驟132)。^li在本發(fā)明一個方面的一個示例中，晶片設有蝕刻層和光刻膠掩模。圖2A是晶片 204的示例的剖視圖，其上形成導電層208，在導電層上方形成硬掩模層212，在硬掩模層 上方形成有機抗反射涂覆(ARC)層216，在ARC層上方形成圖案化I3R掩模220。在這個示 例中，該圖案化I3R掩模220是193nm或更高代的光刻膠材料。該有機ARC層216可以是 BARC(底部抗反射涂覆)材料。該硬掩模層212可以是一層或多層不同的材料，如SiOx或 SiNx。該導電層208是由導電材料組成，如多晶硅、非晶硅或金屬，如TiN。在這個示例中，該晶片204是晶體硅晶片。在這個示例中，該圖案化光刻膠掩模216具有極低頻線邊緣粗糙度。極 低頻線寬粗糙度重復長度大于500nm。更優(yōu)選地，該極低線邊緣粗糙度重復長度大 于550nm。線寬粗糙度是給定檢測區(qū)域中的線寬的3 σ值，可以根據下面公式計算
權利要求
1.一種用于在圖案化有機掩模下方的蝕刻層中形成蝕刻特征過程中減小極低頻線寬 粗糙度(LWR)的方法，包括處理該圖案化有機掩模以降低該圖案化有機掩模的極低頻線寬粗糙度，包括 通入包括吐的處理氣體，其中該處理氣體具有一定流率并且吐的流率是該處理氣體的 流率的至少50% ；由該處理氣體形成等離子；以及 停止處理氣體流；以及通過具有降低到非常低的LWR的該圖案化有機掩模蝕刻該蝕刻層。
2.根據權利要求1所述的方法，其中使用低偏置形成等離子。
3.根據權利要求2所述的方法，其中該處理氣體不含鹵素。
4.根據權利要求2所述的方法，其中該處理氣體主要由Ar和H2組成。
5.根據權利要求2所述的方法，其中該處理氣體主要由壓組成。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述形成等離子使用不超過1500瓦特的RF功率。
7.根據權利要求6所述的方法，其中該低偏置是在0至100伏特之間。
8.根據權利要求6所述的方法，其中該低偏置是在0至50伏特之間。
9.根據權利要求6所述的方法，其中該低偏置是0伏特。
10.根據權利要求9所述的方法，其中該極低頻LWR的粗糙度重復長度大于500nm。
11.根據權利要求10所述的方法，其中該圖案化有機掩模處理后的極低頻LWR小于處 理前的極低頻LWR。
12.根據權利要求11所述的方法，進一步包括在處理該圖案化有機掩模之前將帶有該蝕刻層和該圖案化有機掩模的晶片設在工藝 室中；以及在蝕刻該蝕刻層之后將該晶片從該工藝室去除。
13.根據權利要求12所述的方法，其中該工藝室是電感耦合TCP工藝室。
14.根據權利要求13所述的方法，其中該有機掩模是光刻膠掩模。
15.根據權利要求14所述的方法，其中硬掩模層在該蝕刻層下方，而導電層在該硬掩 模層下方，進一步包括蝕刻該硬掩模層，以及在將該晶片從該工藝室去除之前蝕刻該導電層，從而處理該圖案化有機掩模、蝕刻該 蝕刻層、蝕刻該硬掩模層以及蝕刻該導電層都在同一工藝室中原位進行。
16.根據權利要求1所述的方法，其中該處理氣體不含鹵素。
17.根據權利要求1所述的方法，其中該處理氣體主要由Ar和吐組成。
18.根據權利要求1-2任一項所述的方法，其中該處理氣體不含鹵素。
19.根據權利要求1-2任一項所述的方法，其中該處理氣體主要由Ar和吐組成。
20.根據權利要求1-2任一項所述的方法，其中該處理氣體主要由吐組成。
21.根據權利要求1-2和18-20任一項所述的方法，其中所述形成等離子使用不超過 1500瓦特的RF功率。
22.根據權利要求1-2和18-21任一項所述的方法，其中該低偏置是在0至100伏特之間。
23.根據權利要求1-2和18-21所述的方法，其中該低偏置是在0至50伏特之間。
24.根據權利要求1-2和18-21任一項所述的方法，其中該低偏置是0伏特。
25.根據權利要求1-2和1814任一項所述的方法，其中該極低頻LWR的粗糙度重復長 度大于500nm。
26.根據權利要求1-2和18-25任一項所述的方法，其中該圖案化有機掩模處理后的極 低頻LWR小于處理前的極低頻LWR。
27.根據權利要求1-2和1816任一項所述的方法，進一步包括在處理該圖案化有機掩模之前將帶有該蝕刻層和該圖案化有機掩模的晶片設在工藝 室中；以及在蝕刻該蝕刻層之后將該晶片從該工藝室去除。
28.根據權利要求1-2和18-27任一項所述的方法，其中該工藝室是電感耦合TCP工藝室。
29.根據權利要求1-2和18- 任一項所述的方法，其中該有機掩模是光刻膠掩模。
30.根據權利要求1-2和18- 任一項所述的方法，其中硬掩模層在該蝕刻層下方，而 導電層在該硬掩模層下方，進一步包括蝕刻該硬掩模層，以及在將該晶片從該工藝室去除之前蝕刻該導電層，從而處理該圖案化有機掩模、蝕刻該 蝕刻層、蝕刻該硬掩模層以及蝕刻該導電層都在同一工藝室中原位進行。
31.一種在導電層中形成蝕刻特征過程中降低極低頻線寬粗糙度(LWR)的方法，該導 電層設在硬掩模層下方，該硬掩模層設在ARC層下方，該ARC層設在圖案化光刻膠掩模下 方，共同形成晶片上的層疊，包括將該晶片設在工藝室中；處理該圖案化光刻膠掩模以減少該圖案化光刻膠掩模的極低頻線寬粗糙度，包括 通入包括壓的處理氣體，其中該處理氣體具有一定流率，并且吐的流率是進入該工藝 室的處理氣體的流率的至少50% ； 由該處理氣體形成等離子；以及 停止處理氣體流；通過該處理后的圖案化光刻膠掩模蝕刻該ARC層； 通過該ARC層蝕刻該硬掩模層； 通過該硬掩模層蝕刻該導電層；以及從該工藝室去除該晶片，從而處理該圖案化有機掩模、蝕刻該ARC層、蝕刻該硬掩模層 以及蝕刻該導電層都在同一工藝室中原位進行。
32.—種在設在具有掩模特征的圖案化有機掩模下方的導電層中形成蝕刻特征過程中 降低極低頻線寬粗糙度(LWR)的設備，包括等離子處理室，包括 形成等離子處理室外殼的室壁； 用以在該等離子處理室外殼內支撐襯底的襯底支撐件； 用以調節(jié)該等離子處理室外殼內壓強的壓強調節(jié)器；至少一個用以提供電感耦合功率至該等離子處理室外殼以維持等離子的天線；用于提供氣體至該等離子處理室外殼內的氣體入口；以及 用于從該等離子處理室外殼排出氣體的氣體出口； 與該氣體入口流體連通的氣體源，包括； 蝕刻劑氣體源；以及 H2處理氣體源；控制器，以可控方式連接到該氣體源和該至少一個天線，包括 至少一個處理器；以及 計算機可讀介質，包括用于處理該圖案化有機掩模以降低該圖案化有機掩模的極低頻線寬粗糙度的計算機 可讀代碼，包括用于通入包括吐的處理氣體的計算機可讀代碼，其中該處理氣體具有一定流率并且H2 的流率是該處理氣體的流率的至少50% ；用于由該處理氣體形成等離子的計算機可讀代碼；以及 用于停止處理氣體流的計算機可讀代碼；以及用于通過具有降低到非常低的LWR的該圖案化有機掩模蝕刻該蝕刻層的計算機可讀 代碼。
全文摘要
提供一種用于在圖案化有機掩模下方的蝕刻層中形成蝕刻特征過程中減小極低頻線寬粗糙度(LWR)的方法。處理圖案化有機掩模以降低圖案化有機掩模的極低頻線寬粗糙度，包括通入包括H2的處理氣體，其中該處理氣體具有一定流率并且H2的流率是處理氣體的流率的至少50％，由處理氣體形成等離子，以及停止處理氣體流。通過具有降低到非常低的LWR的圖案化有機掩模蝕刻該蝕刻層。
文檔編號H01L21/027GK102089868SQ200980127927
公開日2011年6月8日 申請日期2009年7月7日 優(yōu)先權日2008年7月17日
發(fā)明者大衛(wèi)·楊, 約翰·Y·亞當斯 申請人:朗姆研究公司