等離子體蝕刻前處理光刻膠而形成特征的方法和裝置制造方法
【專利摘要】提供了一種用于將特征經(jīng)過光刻膠掩模形成到下伏層中的方法。光刻膠掩模具有圖案化的掩模特征。光刻膠掩模具有圖案化的掩模特征。提供含有H2和N2的處理氣體。由處理氣體產(chǎn)生等離子體，使光刻膠掩模暴露于等離子體。中斷處理氣體，然后將特征經(jīng)過經(jīng)等離子體處理的光刻膠掩模蝕刻到下伏層中。
【專利說明】等離子體蝕刻前處理光刻膠而形成特征的方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光刻膠掩模特征的線寬粗糙度(LWR)的減小、以及掩模特征的關(guān)鍵尺寸(CD)的控制。更具體地，本發(fā)明涉及一種圖案化光刻膠掩模的蝕刻前等離子體處理，經(jīng)過該光刻膠掩模在下伏層中形成特征。

【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體晶片處理期間，利用眾所周知的圖案化和蝕刻工藝在晶片中限定半導(dǎo)體器件的特征。在這些工藝中，可使光刻膠(PR)材料沉積在晶片上然后暴露于經(jīng)光柵過濾的光。光柵可以是用示例性特征幾何結(jié)構(gòu)圖案化的透明平板，該特征幾何結(jié)構(gòu)阻止光線經(jīng)過光柵的傳播。
[0003]在穿過光柵后,光線接觸光刻膠材料的表面。光改變光刻膠材料的化學(xué)組成以便顯影劑可以去除一部分的光刻膠材料，從而形成圖案化的光刻膠掩模。在正型光刻膠材料的情況下將暴露區(qū)去除，在負(fù)型光刻膠材料的情況下將未暴露區(qū)去除。之后，對(duì)晶片進(jìn)行蝕刻以便從不再由圖案化光刻膠掩模保護(hù)的區(qū)域中去除下伏層材料，由此在晶片中形成期望的特征。
[0004]當(dāng)半導(dǎo)體集成電路特征的關(guān)鍵尺寸(CD)縮小到小于45nm時(shí)，利用常規(guī)光刻工藝對(duì)線與間隔特征的光刻膠掩模層的控制達(dá)到其極限。不良的和變形的線邊緣、以及不完全被顯影的光刻膠層殘留物將導(dǎo)致在線與間隔特征邊緣處的明顯粗糙度，即線寬粗糙度(LWR)，從而導(dǎo)致線邊緣粗糙度(LER)和線與間隔特征的關(guān)鍵尺寸的變化，該變化被定義為關(guān)鍵尺寸的σ (標(biāo)準(zhǔn)差)并且以nm為單位。在半導(dǎo)體器件制造所需的多蝕刻處理步驟期間，該不均勻的蝕刻圖案將被轉(zhuǎn)移和/或擴(kuò)大，從而導(dǎo)致器件性能的下降和產(chǎn)量損失。
[0005]當(dāng)從上往下看時(shí)，理想的特征具有“像直尺般平直”的邊緣，如圖1A中所示。然而，由于如上所述的各種原因，實(shí)際的線特征會(huì)呈現(xiàn)鋸齒狀并且具有由于特征粗糙側(cè)壁所導(dǎo)致的線寬粗糙度(LWR)。線寬粗糙度(LWR)包括低頻率粗糙度，諸如擺動(dòng)(如圖1B中所示)，和高頻率粗糙度，諸如不規(guī)則的邊緣表面(如圖1C中所示)。實(shí)際上，線寬粗糙度是高頻率線寬粗糙度與低頻率線寬粗糙度的組合。當(dāng)從上往下看時(shí)，線寬粗糙度是線性特征邊緣的平滑程度的衡量尺度。具有高線寬粗糙度的特征通常是非常不受歡迎的，因?yàn)檠鼐€特征所測(cè)量的關(guān)鍵尺寸將會(huì)在不同的位置而變化，使得所形成的器件的操作不可靠。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了實(shí)現(xiàn)前述目的并且根據(jù)本發(fā)明的目的，而提供了一種使特征經(jīng)過光刻膠掩模形成到下伏層中的方法。光刻膠掩模具有圖案化的掩模特征。提供含有H2和N2的處理氣體。由處理氣體產(chǎn)生等離子體，并且使光刻膠掩模暴露于等離子體。中斷處理氣體，然后將特征經(jīng)過經(jīng)等離子體處理的光刻膠掩模蝕刻到下伏層中。
[0007]掩模特征可包括線條-間隔圖案；所述方法包括:控制處理氣體中N2相對(duì)于H2的流量比，以便暴露過程減小掩模特征的線寬粗糙度(LWR)。H2與N2(H2 = N2)的流量比可以是在2:1和10:1之間。暴露過程可使得在掩模特征高度降低的同時(shí)光刻膠掩模能回流，并且減小掩模特征的線寬粗糙度(LWR)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，處理氣體還含有氫氟烴。氫氟烴可以是CH3F。本發(fā)明方法還可包括控制處理氣體中CH3F相對(duì)于H2的流量比，以便暴露過程減小掩模特征的間隔關(guān)鍵尺寸(CD)。H2與氫氟烴(H2 = CH3F)的流量比可以是在10:1和100:1之間。暴露過程可在掩模特征的側(cè)壁上形成基于C-N的沉積物。暴露過程可使光刻膠掩模硬化，從而增強(qiáng)在形成特征期間掩模對(duì)下伏層的選擇性。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種使特征經(jīng)過光刻膠掩模形成到下伏層中的方法，其中光刻膠掩模包括具有線寬粗糙度(LWR)和間隔關(guān)鍵尺寸(CD)的圖案化掩模特征。提供含有H2、N2和CH3F的處理氣體。由處理氣體產(chǎn)生等離子體并且使光刻膠掩模暴露于等離子體，其中通過使光刻膠掩模暴露于等離子體而減小掩模特征的線寬粗糙度和間隔關(guān)鍵尺寸。中斷處理氣體。將特征經(jīng)過經(jīng)等離子體處理的光刻膠掩模蝕刻到下伏層中。
[0010]暴露過程使光刻膠掩模能回流從而減小線寬粗糙度(LWR)和掩模特征的高度，同時(shí)在掩模特征的側(cè)壁上形成基于C-N的沉積物。暴露過程也可增強(qiáng)在形成特征期間光刻膠掩模對(duì)下伏層的選擇性。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種使特征經(jīng)過圖案化光刻膠掩模形成到下伏層中的裝置。該裝置包括等離子體處理室。等離子體處理室包括:構(gòu)成等離子體處理室殼體的室壁、用于支撐并夾持在等離子體處理室殼體內(nèi)部的襯底的卡盤、用于調(diào)節(jié)等離子體處理室殼體內(nèi)的壓力的壓力調(diào)節(jié)器、用于將功率提供至等離子體處理室殼體以維持等離子體的至少一個(gè)電極或線圈、用于將氣體提供到等離子體處理室殼體內(nèi)的氣體進(jìn)口、和用于從等離子體處理室殼體中排出氣體的氣體出口。該裝置還包括與氣體進(jìn)口流體連接的氣體源。氣體源包括處理氣體源(包括H2氣源、N2源、和任選地氫氟烴氣源)、和特征形成氣體源。該裝置還包括可控制地連接到氣體源、卡盤、和至少一個(gè)電極或線圈的控制器?？刂破靼ㄖ辽僖粋€(gè)處理器、和非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包含用于處理被布置在下伏層上的光刻膠掩模的計(jì)算機(jī)可讀代碼。用于處理光刻膠的計(jì)算機(jī)可讀代碼包括:用于提供含有H2、N2和任選的氫氟烴的處理氣體的計(jì)算機(jī)可讀代碼；用于由處理氣體形成等離子體的計(jì)算機(jī)可讀代碼；用于使光刻膠掩模暴露于等離子體的計(jì)算機(jī)可讀代碼，其中暴露過程減小掩模特征的線寬粗糙度(LWR)和關(guān)鍵尺寸(CD)兩者；和用于中斷處理氣體的計(jì)算機(jī)可讀代碼。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還包含用于將特征經(jīng)過經(jīng)等離子體處理的光刻膠掩模形成到下伏層中的計(jì)算機(jī)可讀代碼。
[0012]下面將在本發(fā)明的詳細(xì)說明中結(jié)合以下附圖，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些特征和其它特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]通過在附圖中的舉例而不是通過限制來說明本發(fā)明，其中相似的附圖標(biāo)記是指類似的元件，并且其中:
[0014]圖1A-圖1C是用于說明線寬粗糙度的示意圖。
[0015]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行處理的形成于襯底上的各層的堆的示意性剖視圖，包括具有掩模特征的圖案化光刻膠掩模和下伏層。
[0016]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的蝕刻前等離子體處理的工藝流程圖。
[0017]圖4A和圖4B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的、分別在蝕刻前等離子體處理前后的光刻膠特征的剖視圖。
[0018]圖5是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的蝕刻前等離子體處理的工藝流程圖。
[0019]圖6A和圖6B示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方式的、分別在蝕刻前等離子體處理前后的光刻膠特征的剖視圖。
[0020]圖7A和圖7B示意性地示出了分別在使用H2和CH3F的蝕刻前等離子體處理前后的光刻膠特征的剖視圖，用于與本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行比較。
[0021]圖8是說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的可用于蝕刻前等離子體處理的等離子體處理室的示意圖的圖形。
[0022]圖9示意性地示出了適合于執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施方式中所使用控制器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)在將參考如附圖中所示的少數(shù)優(yōu)選實(shí)施方式來詳細(xì)描述本發(fā)明。在下面的描述中，陳述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明的詳盡理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在不提供這些具體細(xì)節(jié)的部分或全部的情況下實(shí)施本發(fā)明。在其它情況下，對(duì)于眾所周知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)未作詳細(xì)描述，以免不必要地使本發(fā)明難以理解。
[0024]為便于理解，圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的具有圖案化光刻膠(PR)掩模的晶片堆10的實(shí)例的示意性剖視圖，將特征經(jīng)過該掩模形成到下伏層中。晶片堆10可包括襯底12、和形成于襯底12上的各層的堆14。如圖2中所示，下伏層18可包括在圖案化光刻膠(PR)掩模20下面的底部抗反射涂層(BARC)和設(shè)置在底部抗反射涂層(BARC)下面的蝕刻層16。在圖案化光刻膠掩模20下面的下伏層18可以是硬掩模層。底部抗反射涂層和/或硬掩模層可以是有機(jī)或無機(jī)的。蝕刻層16可以是導(dǎo)電層或介電層。在此實(shí)例中，光刻膠掩模20是具有193nm或更高代的光刻膠材料，并且具有形成線_間隔圖案的掩模特征22，該線-間隔圖案包括在多個(gè)線和在多個(gè)線間的間隔。光刻膠掩模20可具有大約45nm或45nm以下的關(guān)鍵尺寸。在此線-間隔圖案的實(shí)例中，關(guān)鍵尺寸是在相鄰的線之間的空間關(guān)鍵尺寸。在一些應(yīng)用中，光刻膠掩模20會(huì)要求具有32nm、或者20nm或20nm以下的關(guān)鍵尺寸。光刻膠掩模也被要求具有改進(jìn)的(即，小的)線寬粗糙度(LWR)。線寬粗糙度(LER)可以被定義為掩模特征的平均線寬的標(biāo)準(zhǔn)差。
[0025]然而，本發(fā)明并不局限于在襯底上的特定的各層的堆，但本發(fā)明適用于任何圖案化光刻膠掩模，該光刻膠掩模被用作對(duì)下伏層進(jìn)行蝕刻的蝕刻掩模。也應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明適用于前端工藝(FEOL)和后端工藝(BEOL)兩者。
[0026]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中可采用的方法的工藝流程圖。該方法利用光刻膠掩模的預(yù)先等離子體蝕刻處理而減小圖案化掩模以及所形成蝕刻特征中的線與間隔特征的線寬粗糙度。如圖3中所示，將具有圖案化光刻膠掩模和下伏層的晶片堆置于等離子體室中(步驟102)，在下伏層的蝕刻步驟之前執(zhí)行光刻膠的蝕刻前等離子體處理(步驟104)。在蝕刻前等離子體處理中，將含有H2和N2的處理氣體提供至等離子體室(步驟106)，并且由處理氣體產(chǎn)生處理等離子體(步驟108)。在將圖案化光刻膠暴露于處理等離子體(步驟110)之后，中斷處理氣體(步驟112)。然后，利用適當(dāng)?shù)奈g刻氣體將特征經(jīng)過經(jīng)等離子體處理的光刻膠掩模蝕刻到下伏層中(步驟114)。隨后的蝕刻步驟114可包括底部抗反射涂層(BARC)/DARC層打開過程、硬掩模(ACL)打開過程、介電蝕刻過程、和導(dǎo)體蝕刻過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，在蝕刻前等離子體處理(步驟104)中不打開也基本不蝕刻經(jīng)過光刻膠掩模特征暴露的下伏層。換句話說，下伏層的蝕刻速率是不能檢測(cè)到或非常低，因此可忽略。
[0027]已知通過使用H2對(duì)光刻膠材料進(jìn)行蝕刻前等離子體處理，而減小掩模特征的線-間隔圖案中的線寬粗糙度。氫氣(H2)的使用被認(rèn)為使光刻膠掩模層固化以便提供平滑的表面，以及形成具有更均勻抗蝕刻性能的表面。利用等離子體中H2組分的固化過程減少與光刻膠掩模表面之間的C-O單鍵和雙鍵(作為化學(xué)反應(yīng))，使得在隨后的蝕刻過程中固化的光刻膠掩模將保持更均勻的邊緣變形(即，線邊緣中的較小不規(guī)則性)，從而獲得更好的線寬粗糙度。作為物理反應(yīng)，由于固化過程，因而光刻膠掩模收縮。
[0028]本發(fā)明 申請(qǐng)人:已發(fā)現(xiàn)通過將N2加入H2處理氣體而進(jìn)一步改善線寬粗糙度。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，處理氣體還包含N2作為添加劑。該H2與N2組合的新處理氣體不僅與常規(guī)的僅有H2的處理氣體相比改善線寬粗糙度(特別是高頻率粗糙度)，而且減小光刻膠材料的收縮(即，增大的關(guān)鍵尺寸)。一般認(rèn)為，蝕刻前等離子體處理裝置中的N2組分通過降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度而促進(jìn)光刻膠材料的回流。例如，光刻膠材料可具有100-110°C的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，但回流可在大約40-45°C溫度下發(fā)生?；亓魇箞D案化光刻膠的側(cè)壁變平滑。
[0029]圖4A和圖4B分別示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的、在光刻膠材料的蝕刻前等離子體處理(回流)前后的光刻膠圖案的剖視圖。利用光刻膠材料的回流，掩模特征22的間隔關(guān)鍵尺寸從Xl (圖4A)減小到x2 (圖4B)，同時(shí)掩模特征的高度也從hi (圖4A)減小到h2(圖4B)?；亓饕矞p小掩模特征22的線寬粗糙度。例如，觀察到通過用H2和N2的處理氣體來處理光刻膠材料，而使4.7nm的線寬粗糙度(在蝕刻前等離子體處理之前)減小到2.9nm,同時(shí)常規(guī)的僅有H2的處理將線寬粗糙度減小到3.6nm。然而，應(yīng)當(dāng)指出的是這些數(shù)字只是以說明為目的而給出，而絕不是限制性的?？蓪?duì)處理氣體中N2相對(duì)于H2的流量比、以及處理室的壓力和施加給等離子體的功率加以控制，從而減小掩模特征的線寬粗糙度。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，處理氣體還可含有氫氟烴。氫氟烴優(yōu)選地是CH3F(氟甲烷)。然而，也可使用其它氫氟烴，諸如二氟乙烷。根據(jù)此實(shí)施方式，光刻膠材料的蝕刻前等離子體處理減小掩模特征的間隔關(guān)鍵尺寸、以及圖案化掩模(和所形成的蝕刻特征)中的線與間隔特征的線寬粗糙度。圖5是此實(shí)施方式中可采用的方法的工藝流程圖。如圖5中所示，類似于前述實(shí)施方式，將具有圖案化光刻膠掩模和下伏層的晶片堆(例如，參見圖2)置于等離子體室(步驟202)中，并且在下伏層的蝕刻之前執(zhí)行光刻膠的蝕刻前等離子體處理(步驟204)。在蝕刻前等離子體處理(步驟204)中，將含有4、隊(duì)和氫氟烴的處理氣體提供至等離子體室(步驟206)。在此實(shí)例中，將CH3F用作氫氟烴。由處理氣體產(chǎn)生處理等離子體(步驟208)，并且將圖案化光刻膠暴露于處理等離子體(步驟210)，然后中斷處理氣體(步驟212)。在蝕刻前等離子體處理之后，利用適當(dāng)?shù)奈g刻氣體將特征經(jīng)過經(jīng)等離子體處理的光刻膠掩模蝕刻到下伏層中(步驟214)。隨后的蝕刻步驟214可包括底部抗反射涂層(BARC)/DARC層打開過程、硬掩模(ACL)打開過程、介電蝕刻過程、導(dǎo)體蝕刻過程等。應(yīng)當(dāng)指出的是，在蝕刻前等離子體處理(步驟204)中不打開也基本不蝕刻經(jīng)過光刻膠掩模特征暴露的下伏層。換句話說，下伏層的蝕刻速率是不能檢測(cè)到的或者非常慢，因此可忽略。
[0031]圖6A和圖6B分別示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的、在光刻膠材料的蝕刻前等離子體處理(回流+沉積)前后的光刻膠圖案的剖視圖。利用光刻膠材料的蝕刻前等離子體處理，掩模特征22的間隔關(guān)鍵尺寸從Xl (圖6A)減小到x3 (圖6B)，同時(shí)掩模特征的高度也從hi (圖6A)減小到h3(圖6B)。根據(jù)本實(shí)施方式的減小的間隔關(guān)鍵尺寸顯著地小于在使用僅含有4和隊(duì)的處理氣體的前述實(shí)施方式中所獲得的減小的關(guān)鍵尺寸(x2)。間隔關(guān)鍵尺寸可減小15-20nm。本實(shí)施方式中的蝕刻前等離子體處理也減小掩模特征22的線寬粗糙度。例如，觀察到通過使用H2、N2和CH3F的處理氣體來處理光刻膠材料而將4.7nm的線寬粗糙度(在蝕刻前等離子體處理之前)減小到3.2nm,同時(shí)常規(guī)的僅有H2的處理將線寬粗糙度減小到3.6nm。然而，應(yīng)當(dāng)指出的是這些數(shù)字只是以說明為目的而給出，而絕不是限制性的。
[0032]如上所述，使光刻膠材料暴露于處理等離子體導(dǎo)致讓光刻膠掩?；亓鳎瑥亩鴾p小掩模特征的線寬粗糙度。由于回流，掩模特征的高度也減小。處理氣體的N2組分有助于回流過程。一般認(rèn)為，通過使光刻膠材料暴露于含有N2和氫氟烴的處理等離子體，也導(dǎo)致在光刻膠掩模的側(cè)壁上形成基于C-N的沉積物，從而減小掩模特征的間隔關(guān)鍵尺寸。在處理期間，處理氣體的氫氟烴(CH3F)組分有助于沉積。因此，在單個(gè)處理步驟中，含有H2、N2和氫氟烴(例如，CH3F)的新處理氣體減小掩模特征的線寬粗糙度和高度，同時(shí)在掩模特征的側(cè)壁上形成基于C-N的沉積物?；贑-N的沉積物的形成也使光刻膠掩模硬化。應(yīng)當(dāng)指出的是，在常規(guī)的蝕刻前等離子體處理中，在開始階段附加的沉積步驟是必需的以便減小關(guān)鍵尺寸，這通常使掩模特征的線寬粗糙度變差。
[0033]另外，在用于在下伏層中形成特征的隨后蝕刻過程中，觀察到相對(duì)于光刻膠掩模而言，蝕刻前等離子體處理提高蝕刻劑對(duì)下伏層的蝕刻選擇性。一般認(rèn)為，在沒有蝕刻前等離子體處理的情況下，硬化的光刻膠掩模比光刻膠掩模具有更加持久且更強(qiáng)的對(duì)蝕刻劑的抗性。因此，盡管光刻膠掩模的高度由于蝕刻前等離子體處理而減小，但光刻膠掩模耐受蝕刻過程。
[0034]也應(yīng)當(dāng)指出的是，將CH3F加入常規(guī)的H2處理氣體中使線寬粗糙度變差，同時(shí)間隔關(guān)鍵尺寸仍然保持大致相同。為了比較，圖7A和圖7B示意性地示出了分別在使用H2和CH3F處理氣體對(duì)光刻膠材料進(jìn)行蝕刻前等離子體處理前后的光刻膠圖案的剖視圖。如圖7A和圖7B中所示，在掩模特征22的間隔關(guān)鍵尺寸中沒有顯著變化(Xl與x4)，同時(shí)掩模特征22的高度/形狀有略微變化。一般認(rèn)為，在此蝕刻前等離子體處理中不發(fā)生回流或者發(fā)生很少的回流。就線寬粗糙度而言，觀察到通過使用H2和CH3F處理氣體來處理光刻膠材料，
4.7nm的線寬粗糙度(在蝕刻前等離子體處理之前)略微減小到4.4nm。然而，因?yàn)槌Ｒ?guī)的僅有H2的處理將線寬粗糙度減小到3.6nm,例如將CH3F加入H2實(shí)際上使線寬粗糙度變壞并且沒有有意義的間隔關(guān)鍵尺寸減小。(應(yīng)當(dāng)指出的是，這些數(shù)字只是以說明為目的而給出，而絕不是限制性的)。因此，與常規(guī)的H2處理氣體相比，CH3F添加劑不顯示優(yōu)勢(shì)或者顯示很少的優(yōu)勢(shì)。然而，如果將CH3F加入H2+N2的蝕刻前等離子體處理氣體中，如上所述，則使線寬粗糙度和間隔關(guān)鍵尺寸兩者減小。這是本發(fā)明中的蝕刻前等離子體處理的新組分氣體組合的非常意外的結(jié)果。
[0035]再次參照?qǐng)D5，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，當(dāng)提供處理氣體(步驟206)時(shí)，對(duì)N2相對(duì)于H2的流量比加以控制(步驟216)以便使光刻膠材料暴露于等離子體(步驟208)導(dǎo)致減小掩模特征的線寬粗糙度(LWR)。另外，也對(duì)CH3F相對(duì)于H2的流量比加以控制(步驟218)，使得暴露過程(步驟208)減小掩模特征的間隔關(guān)鍵尺寸。一般來說，當(dāng)CH3F的流量比增大時(shí)，間隔關(guān)鍵尺寸減小。也可對(duì)處理室的壓力和提供給等離子體的功率加以控制，以實(shí)現(xiàn)間隔關(guān)鍵尺寸與線寬粗糙度的減小的適當(dāng)組合。
[0036]圖8示意性地示出了可使用于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中的等離子體處理系統(tǒng)300的一個(gè)實(shí)例。等離子體處理系統(tǒng)300包括具有由室壁350所限定等離子體處理室304的等離子體反應(yīng)器302。由匹配網(wǎng)絡(luò)308所調(diào)整的等離子體功率源306向位于功率窗312附近的TCP線圈310提供功率，TCP線圈310是向等離子體處理室304提供功率以便在等離子體處理室304中形成等離子體314的電極。TCP線圈(上功率源)310可構(gòu)造成在處理室304內(nèi)部形成均勻的擴(kuò)散分布。例如，TCP線圈310可構(gòu)造成在等離子體314中形成環(huán)形的功率分布。提供功率窗312以便將TCP線圈310與等離子體室304分開同時(shí)允許能量從TCP線圈310輸送到等離子體室304。由匹配網(wǎng)絡(luò)318調(diào)整的晶片偏置電壓功率源316將功率提供至電極320以便將偏置電壓設(shè)置在由電極320所支撐的硅襯底204上，使得此實(shí)施方式中的電極320也是襯底支撐件。脈沖控制器352導(dǎo)致偏置電壓的脈沖產(chǎn)生。脈沖控制器352可以是在匹配網(wǎng)絡(luò)318和襯底支撐件之間，或者在偏置電壓功率源316和匹配網(wǎng)絡(luò)318之間，或者在控制器324和偏置電壓功率源316之間，或者在一些其它構(gòu)造中導(dǎo)致偏置電壓的脈沖產(chǎn)生?？刂破?24為等離子體功率源306和晶片偏置電壓電源316設(shè)定點(diǎn)。
[0037]等離子體功率源306和晶片偏置電壓功率源316可構(gòu)造成在特定的射頻下操作，例如13.56MHz、27MHz、2MHz、400kHz或者其組合。等離子體功率源306和晶片偏置電壓功率源316可具有適當(dāng)?shù)拇笮∫蕴峁┮幌盗械墓β蕪亩@得期望的工藝性能。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，等離子體功率源306可提供在100至10000瓦范圍內(nèi)的功率，晶片偏置電壓功率源316可施加在10至2000V范圍內(nèi)的偏置電壓。另外，TCP線圈310和/或電極320可以是由兩個(gè)或兩個(gè)以上亞線圈或亞電極構(gòu)成，這些線圈和電極可由單個(gè)電源提供電力或者由多個(gè)電源提供電力。
[0038]如圖8中所示，等離子體處理系統(tǒng)300還包括氣體源/氣體供給機(jī)構(gòu)330。氣體源包括第一組分氣體源332、第二組分氣體源334、和第三組分氣體源335、以及任選地其它組分氣體源336。第一、第二、和第三組分氣體分別可以是4、隊(duì)和CH3F，如上所述。任選的組分氣體可以是用于蝕刻下伏層的蝕刻氣體。氣體源332、334、335和336經(jīng)過氣體進(jìn)口 340與處理室304流體連接。氣體進(jìn)口可位于等離子體室304中的任意有利位置，并且可采用用于噴射氣體的任意形式。然而，優(yōu)選地氣體進(jìn)口可構(gòu)造成形成“可調(diào)的”氣體噴射輪廓，這允許獨(dú)立地調(diào)節(jié)流到處理室304中的多個(gè)區(qū)域的各自氣體流量。經(jīng)由是壓力調(diào)節(jié)器的壓力控制閥342和泵344從處理室304中排出工藝氣體和副產(chǎn)物，泵344也用于維持等離子體處理室304內(nèi)部的特定壓力并且也提供氣體出口。氣體源/氣體供給機(jī)構(gòu)330是由控制器324控制?？衫肔am研究公司的Kiyo系統(tǒng)來實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0039]圖9是顯示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400的高級(jí)方框圖，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)適合于執(zhí)行本發(fā)明實(shí)施方式中所使用的控制器324。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可具有從集成電路、印刷電路板、和小型手持設(shè)備直到巨型超級(jí)計(jì)算機(jī)的許多實(shí)體形態(tài)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400包括一個(gè)或多個(gè)處理器402，并且還可以包括電子顯示裝置404(用于顯示圖像、文本、和其它數(shù)據(jù))、主存儲(chǔ)器406 (例如，隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM))、存儲(chǔ)器件408 (例如，硬盤驅(qū)動(dòng)器)、可移動(dòng)存儲(chǔ)器件410 (例如，光盤驅(qū)動(dòng)器)、用戶界面裝置412 (例如，鍵盤、觸摸屏、小鍵盤、鼠標(biāo)或其它指點(diǎn)裝置等)、和通信接口414(例如，無線網(wǎng)絡(luò)接口)。通信接口 414允許經(jīng)由鏈路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)400與外部設(shè)備之間傳輸軟件和數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)也可包括前述裝置/模塊所連接的通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)416 (例如，通信總線、交叉線(cross-over bar)、或者網(wǎng)絡(luò))。
[0040]經(jīng)由通信接口 414傳輸?shù)男畔⒖刹捎眯盘?hào)的形式，諸如電子、電磁、光學(xué)、或者能夠經(jīng)由傳送信號(hào)的通信鏈路被通信接口 414所接收的其它信號(hào)，并且可以是利用電線或電纜、光導(dǎo)纖維、電話線、蜂窩電話鏈路、無線射頻鏈路、和/或其它通信信道而實(shí)施。利用這種通信接口，可以預(yù)見在實(shí)施上述方法步驟的過程中，一個(gè)或多個(gè)處理器402可以接收來自網(wǎng)絡(luò)的信息，或者可以輸出信息至網(wǎng)絡(luò)。此外，本發(fā)明的方法實(shí)施方式可僅在處理器上實(shí)施或者可結(jié)合共享一部分處理的遠(yuǎn)程處理器通過網(wǎng)絡(luò)(諸如互聯(lián)網(wǎng))實(shí)施。
[0041]術(shù)語“非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”通常是用于指代介質(zhì)，諸如主存儲(chǔ)器、副存儲(chǔ)器、可移動(dòng)存儲(chǔ)器；和存儲(chǔ)裝置，諸如硬盤、閃速存儲(chǔ)器、磁盤驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)器、CD-ROM和其它形式的永久存儲(chǔ)器，并且不應(yīng)被理解成包括瞬時(shí)主題，諸如載波或信號(hào)。計(jì)算機(jī)代碼的實(shí)例包括機(jī)器代碼(諸如由編譯器生成的)、和含有由使用解釋器的計(jì)算機(jī)所執(zhí)行的更高等級(jí)代碼的文件。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)也可以是利用具體化為載波的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)而傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)代碼，并且代表一系列的可由處理器執(zhí)行的指令。
[0042]實(shí)例:在第一實(shí)施方式的蝕刻前等離子體處理(步驟106，如上所述)中，將來自氣體源330的含有H2和N2的處理氣體提供到處理室(受約束的等離子體體積340)中。處理氣體具有流率，對(duì)組分氣體H2和N2的流量比加以控制從而減小線寬粗糙度(LWR)。例如，H2與N2 (H2: N2)的流量比可以在2:1和10:1之間。優(yōu)選地，H2與N2的流量比是在3:1和7:1之間。更優(yōu)選地，H2與N2的流量比約為4:1。例如，H2的流率可以是200sCCm，可相對(duì)于H2,根據(jù)期望的流量比來調(diào)節(jié)N2的流量，例如至50sCCm。
[0043]在第二實(shí)施方式的蝕刻前等離子體處理中(如上所述的步驟206)，將來自氣體源330的含有H2、N2和CH3F的處理氣體提供到處理室(受約束的等離子體體積340)中。對(duì)N2相對(duì)于H2的流量比加以控制(步驟216)，以便光刻膠材料的蝕刻前等離子體處理(步驟210)減小掩模特征的線寬粗糙度。也對(duì)CH3F相對(duì)于H2的流量比加以控制(步驟218)，以便蝕刻前等離子體處理(步驟210)減小掩模特征的間隔關(guān)鍵尺寸(CD)。例如，H2與N2 (H2: N2)的流量比可以是在2:1和10:1之間。優(yōu)選地，H2與N2的流量比是在3:1和7:1之間。更優(yōu)選地，H2與N2的流量比為約4:1。例如，H2的流率可以是200SCCm，可相對(duì)于H2，調(diào)節(jié)N2的流率，例如50sccm。H2與氫氟烴(H2ICH3F)的流量比可以是在10:1和100:1之間。優(yōu)選地，H2與CH3F的流量比是在10:1和60:1之間。更優(yōu)選地，H2與CH3F的流量比是在10:1和40:1之間。例如，H2、N2和CH3F的流率可以分別為200sccm、50sccm、和5sccm。當(dāng)分別把H2和CH3F的流率設(shè)定為200sccm和50sccm時(shí),可增大CH3F的流率,例如在5sccm至15sccm的范圍內(nèi)。相對(duì)于H2的固定流量比，可以改變N2和CH3F兩者的流量比。一般來說，當(dāng)CH3F的流量比增大時(shí)，間隔關(guān)鍵尺寸減小。等離子體室的壓強(qiáng)可以是在ImT至20mT、優(yōu)選在5mT和15mT之間的范圍內(nèi)，或者約為10mT。也可調(diào)節(jié)功率以實(shí)現(xiàn)間隔關(guān)鍵尺寸與線寬粗糙度的減小的適當(dāng)組合。例如，TCP功率可以是在600W和1800W之間的范圍內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)間隔關(guān)鍵尺寸和線寬粗糙度(LWR)兩者的減小。TCP功率可以是約900W。
[0044]雖然已利用若干優(yōu)選實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但存在落在本發(fā)明范圍內(nèi)的改變、變更、修改、和各種替代的等同物。也應(yīng)當(dāng)指出的是，存在用于實(shí)施本發(fā)明方法和裝置的許多替代方式。因此，意圖是所附權(quán)利要求被理解成包括落在本發(fā)明真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有上述改變、變更、和各種替代等同方案。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將特征經(jīng)過光刻膠掩模形成到下伏層中的方法，所述光刻膠掩模具有圖案化的掩模特征，所述方法包括: 提供含有H2和N2的處理氣體； 由所述處理氣體產(chǎn)生等離子體； 使所述光刻膠掩模暴露于所述等離子體； 中斷所述處理氣體；和 將所述特征經(jīng)過經(jīng)等離子體處理的光刻膠掩模蝕刻到所述下伏層中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理氣體還含有氫氟烴。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氫氟烴是CH3F。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述掩模特征包括線圖案，所述方法還包括: 控制所述處理氣體中N2相對(duì)于H2的流量比，以便所述暴露過程減小所述掩模特征的線寬粗糙度(LWR)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中H2與N2(H2= N2)的流量比是在2:1和10:1之間。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述掩模特征包括線圖案，所述方法還包括: 控制所述處理氣體中CH3F相對(duì)于H2的流量比，以便所述暴露過程減小所述掩模特征的間隔關(guān)鍵尺寸(CD)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中H2與氫氟烴(H2ICH3F)的流量比是在10:1和100:1之間。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述掩模特征包括線圖案，并且所述暴露過程使所述光刻膠掩模能回流并且減小所述掩模特征的高度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述暴露過程減小所述掩模特征的線寬粗糙度(LffR) ο
10.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述暴露過程在所述掩模特征的側(cè)壁上形成基于C-N的沉積物。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述暴露過程使所述光刻膠掩模硬化，從而增強(qiáng)在形成所述特征期間所述下伏層對(duì)蝕刻劑的抗性。
12.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述掩模特征包括線圖案，所述方法還包括: 控制所述處理氣體中N2相對(duì)于H2的流量比，以便所述暴露過程減小所述掩模特征的線寬粗糙度(LWR)。
13.如權(quán)利要求1-3和12中任一項(xiàng)所述的方法，其中H2與N2(H2= N2)的流量比是在2:1和10:1之間。
14.如權(quán)利要求1-3和12-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述掩模特征包括線圖案，所述方法還包括: 控制所述處理氣體中CH3F相對(duì)于H2的流量比，以便所述暴露過程減小所述掩模特征的間隔關(guān)鍵尺寸(CD)。
15.如權(quán)利要求3和12-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中H2與氫氟烴(H2= CH3F)的流量比是在10:1和100:1之間。
16.如權(quán)利要求1-3和12-15中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述掩模特征包括線圖案，并且所述暴露過程使所述光刻膠掩模能回流并且減小所述掩模特征的高度。
17.如權(quán)利要求1-3和12-16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述暴露過程減小所述掩模特征的線寬粗糙度(LWR)。
18.如權(quán)利要求1-3和12-17中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述暴露過程在所述掩模特征的側(cè)壁上形成基于C-N的沉積物。
19.如權(quán)利要求1-3和12-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述暴露過程使所述光刻膠掩模硬化，從而增強(qiáng)在形成所述特征期間所述下伏層對(duì)蝕刻劑的抗性。
20.一種將特征經(jīng)過光刻膠掩模形成到下伏層中的方法，所述光刻膠掩模包括具有線寬粗糙度(LWR)和間隔關(guān)鍵尺寸(CD)的圖案化掩模特征，所述方法包括: 提供含有H2、N2和CH3F的處理氣體； 由所述處理氣體產(chǎn)生等離子體； 使所述光刻膠掩模暴露于所述等離子體，其中所述暴露過程減小所述掩模特征的所述線寬粗糙度和所述關(guān)鍵尺寸兩者； 中斷所述處理氣體；和 將所述特征經(jīng)過所述經(jīng)等離子體處理的光刻膠掩模蝕刻到所述下伏層中。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述暴露過程使所述光刻膠掩模能回流從而減小所述掩模特征的線寬粗糙度(LWR)和高度，同時(shí)在所述掩模特征的側(cè)壁上形成基于C-N的沉積物。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述暴露過程增強(qiáng)在形成所述特征期間所述下伏層相對(duì)于所述光刻膠掩模的選擇性。
23.如權(quán)利要求20-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述暴露過程增強(qiáng)在形成所述特征期間所述下伏層相對(duì)于所述光刻膠掩模的選擇性。
24.一種用于將特征經(jīng)過圖案化光刻膠掩模形成到下伏層中的裝置，所述裝置包括: 等離子體處理室，其包括: 構(gòu)成等離子體處理室殼體的室壁； 用于支撐并夾持在所述等離子體處理室殼體內(nèi)部的襯底的卡盤； 用于調(diào)節(jié)所述等離子體處理室殼體內(nèi)部的壓力的壓力調(diào)節(jié)器； 用于提供功率至所述等離子體處理室殼體以維持等離子體的至少一個(gè)電極或線圈； 用于將氣體提供到所述等離子體處理室殼體內(nèi)的氣體進(jìn)口 ；和 用于從所述等離子體處理室殼體排出氣體的氣體出口； 與所述氣體進(jìn)口流體連接的氣體源，其包括: 處理氣體源，其包括H2氣源、N2氣源、和任選的氫氟烴氣源；和 特征形成氣體源； 可控制地連接到所述氣源、所述卡盤、和所述至少一個(gè)電極或線圈的控制器，其包括: 至少一個(gè)處理器；和 非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括: 用于處理設(shè)置在所述下伏層上的光刻膠掩模的計(jì)算機(jī)可讀代碼，其包括: 用于提供含有H2、N2和任選的氫氟烴的處理氣體的計(jì)算機(jī)可讀代碼； 用于由所述處理氣體形成等離子體的計(jì)算機(jī)可讀代碼； 用于將所述光刻膠掩模暴露于所述等離子體的計(jì)算機(jī)可讀代碼，其中所述暴露過程減小所述掩模特征的線寬粗糙度(LWR)和關(guān)鍵尺寸(CD)兩者；和用于中斷所述處理氣體的計(jì)算機(jī)可讀代碼；和 用于將所述特征經(jīng)過所述經(jīng)等離子體處理的光刻膠掩模形成到所述下伏層中的計(jì)算機(jī)可讀代碼。
【文檔編號(hào)】H01L21/311GK104246992SQ201380018755
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月5日
【發(fā)明者】拉滕迪普·斯利瓦斯塔瓦, 鐘青華, 金太元, 高里·卡馬爾斯 申請(qǐng)人:朗姆研究公司