矽基板上的圖案修複方法和矽基板上的圖案修復裝置的製作方法

2023-09-24 02:44:30 3

專利名稱：矽基板上的圖案修複方法和矽基板上的圖案修復裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及矽基板上的圖案修複方法和矽基板上的圖案修復裝置。
背景技術：
在半導體裝置的製造工序中，利用光刻工序在矽基板(半導體晶片)上形成精細 的電路圖案。該光刻工序中，利用光致抗蝕劑的塗布、曝光、顯影工序和以光致抗蝕劑等為 掩膜的蝕刻工序等，在矽基板上形成例如線或孔等規定的圖案。在這種光刻工序中，在進行蝕刻時，有時在圖案的側壁上會附著聚合物(所謂側 壁聚合物，side-wall polymer)。作為除去這種側壁聚合物的技術，已知利用由氟化氫和甲 醇等構成的清洗液來進行清洗的所謂溼式清洗技術(例如參照專利文獻1)。另外，作為將形成在接觸孔內的自然氧化膜除去的技術，已知使用氟化氫蒸汽與 乙醇蒸汽的混合蒸汽的方法(例如參照專利文獻2)。專利文獻1 日本特開平11-340183號公報專利文獻2 日本特開平5-47742號公報

發明內容
如上所述，一直以來，已知有利用溼式清洗來除去在光刻工序的途中產生的側壁 聚合物的技術，和利用蒸汽來除去接觸孔內形成的自然氧化膜的技術。不過，對於半導體裝置來說，隨著電路圖案越來越精細化，利用光刻工序形成的圖 案的線寬也有從例如56nm向43nm甚至32nm等精細化的趨勢。因而伴隨這種圖案的精細 化會產生下述問題。S卩，例如在矽基板上形成線寬32nm以下的線狀的圖案的情況下，若蝕刻後在大氣 中放置，則會因在圖案間的間隙內生長的異物導致圖案間的間隙被填埋，發生鄰接的圖案 成為彼此被異物連接的狀態的現象。另外，若在大氣中放置時間較長，則在圖案間生長的異 物的影響下，還會發生圖案坍塌的現象。這樣的異物可認為是蝕刻時殘留在圖案中的滷族 元素等與空氣中的氨等發生反應而產生的。並且，由於圖案的寬度和間隙的寬度微小，所以 推測會發生圖案間的間隙被異物填埋，圖案坍塌等現象。另外，在32nm等精細圖案的情況下，若進行溼式清洗，則清洗時會發生圖案間彼 此粘連的現象。其原因可認為主要是液體的表面張力導致圖案倒塌，另外根據情況的不同 也可認為水印殘留成分起了粘著劑的作用。因此，在32nm等精細圖案的情況下，進行溼式 清洗較為困難。如上所述，在矽基板上形成32nm以下的精細圖案的情況下，會發生圖案間的間隙 被異物填埋，或在異物的影響下導致圖案坍塌等現象。並且，在32nm以下的精細圖案的情 況下，因為進行溼式清洗較為困難，所以現有技術中只能將發生這種現象的矽基板廢棄。因 此，需要開發能夠除去在圖案間生長的異物，恢復該圖案的形狀的矽基板上的圖案修複方 法和矽基板上的圖案修復裝置。
本發明針對上述現有問題而完成，提供一種矽基板上的圖案修複方法和矽基板上 的圖案修復裝置，能夠將在矽基板上通過蝕刻形成的圖案間生長的異物除去，恢復該圖案 的形狀。本發明的矽基板上的圖案修複方法，將在通過蝕刻形成於矽基板上的圖案之間生 長的異物除去，使該圖案的形狀恢復，該矽基板上的圖案修複方法的特徵在於，具有將上 述矽基板收容於腔室內，將上述矽基板加熱到160°C以上的加熱工序。另外，本發明的矽基板上的圖案修復裝置，其特徵在於，包括收容矽基板的腔室； 將收容於上述腔室內的上述矽基板加熱到160°C以上的加熱機構；和向上述腔室內供給HF 氣體，將上述矽基板暴露在HF氣體氣氛下的HF氣體供給機構，利用上述加熱機構加熱上述 矽基板，並利用上述HF氣體供給機構將上述矽基板暴露在HF氣體氣氛下，由此將在通過蝕 刻形成於矽基板上的圖案之間生長的異物除去，使該圖案的形狀恢復。根據本發明，能夠提供一種矽基板上的圖案修複方法和矽基板上的圖案修復裝 置，能夠將在矽基板上通過蝕刻形成的圖案間生長的異物除去，恢復該圖案的形狀。


圖1是示意性地表示用於說明本發明的一個實施方式的矽基板上的圖案修複方 法的圖案結構例的模式圖。圖2是用於說明本發明的一個實施方式的矽基板上的圖案修複方法的圖。圖3是示意性地表示本發明的一實施方式的矽基板上的圖案修復裝置的模式圖。符號說明W 矽基板110:圖案111 間隙112:異物
具體實施例方式以下參照附圖針對實施方式說明本發明的詳細內容。圖1示意性地表示利用本發明的一個實施方式的矽基板上的圖案修複方法進行 修復的圖案結構的一個例子的模式圖。如該圖所示，在矽基板(半導體晶片)W上，通過蝕 刻形成有以一定間隔形成為一定寬度的線狀的圖案110，圖案110之間形成有間隙111。本 實施方式中，圖案110和間隙111的寬度為32nm以下。這些圖案110例如從下側起依次由構成矽基板W的單晶矽層100、SiO2層101、多 晶矽層102、SiO2層103、SiN層104、SiO2層105等構成。接著，參照圖2，對本發明的一個實施方式的矽基板上的圖案修複方法進行說明。 如圖2(a)所示，在蝕刻工序完成後，各圖案110間形成有間隙111，各圖案110為各自分離 的狀態。蝕刻工序完成後，若將矽基板W放置於大氣中，則如圖2 (b)所示，異物112在圖案 110之間生長。因此發生如下現象如圖2(b)中左側所示，圖案110之間的間隙111被異 物112填埋，鄰接的圖案110成為彼此被異物112連接的狀態，或圖2(b)中右側所示，在異物112的影響下圖案110成為坍塌的狀態。這樣的現象，在圖案110和間隙111的寬度較 大時(例如56nm等情況)沒有發生。上述異物112可認為是蝕刻時殘留在圖案110的滷族元素(氟等)與空氣中的氨 等發生反應而產生的。在用於形成圖案110的等離子體蝕刻中，多數情況下使用含氟的氣 體作為蝕刻氣體，可推定該情況下異物112至少含有氟矽酸銨。另外，上述現象例如由於將 矽基板W放置於空氣中1個月左右而發生。此外，從圖2(a)所示的狀態起，若進行加溼(溼 度85% )和加溫(溫度85°C )的加速試驗，則M小時左右就會發生。本實施方式中，從圖2(b)所示的狀態進行圖案修復，除去在圖案110的間隙中生 長的異物112，恢復該圖案110的形狀，使之為圖2(c)所示的狀態。該圖案修復中，將矽基 板W收容到腔室內，並將矽基板W至少加熱到160°C以上，優選加熱到200°C以上500°C以 下，由此除去異物112，使圖案110的形狀恢復。圖3表示本實施方式中使用的矽基板上的圖案修復裝置120的結構。該矽基板上 的圖案修復裝置120具有能夠使內部氣密地密閉的腔室121。在腔室121內，設置有用於載置矽基板W的載置臺122。並且，在該載置臺122內 設置有作為加熱機構的加熱器(未圖示)。此外，在腔室121中，設置有用於向腔室121內導入HF (氟化氫)氣體的HF氣體 導入部123和用於導入熱處理氣氛氣體(N2，Ar等)的熱處理氣氛氣體導入部124，以及用 於從腔室121內排氣的排氣部125。HF氣體導入部123與未圖示的HF氣體供給源連接，熱 處理氣氛氣體導入部1 與未圖示的隊氣體供給源和Ar氣體供給源等連接，排氣部125與 未圖示的真空泵連接。將矽基板W搬入上述結構的矽基板上的圖案修復裝置120的腔室121內，並載置 於載置臺122上，將矽基板W至少加熱到160°C以上。此時，腔室121內例如優選為從熱處 理氣氛氣體導入部1 導入的隊氣體氣氛或Ar氣體氣氛或者這些的混合氣體氣氛，但也 可以在大氣氣氛中加熱。常壓下氟矽酸銨的熔點為160°C，為了除去含有氟矽酸銨的異物112，加熱溫度優 選為160°C以上，更優選為200°C以上500°C以下。通過使加熱溫度為200°C以上，能夠有效 地除去異物112。另外，使加熱溫度的上限為500°C，是因為若加熱溫度升高超過500°C，對 構成半導體裝置的矽基板W會產生不好的影響。作為實施例1，將圖2(b)所示狀態下的矽基板W在常壓的隊氣體氣氛中加熱到 200°C，進行180秒圖案修復。其結果，能夠除去在圖案110之間生長的異物112，並且，對於 圖2(b)的右側所示圖案110坍塌的狀態，能夠返回圖案110立起的原本的狀態，能夠使圖 案110的形狀恢復，成為圖2(c)所示的狀態。另外，在加熱溫度為300°C的情況下也能夠獲 得同樣的結果。上述圖案修復中的加熱，若在大氣氣氛下進行，則加熱溫度200°C時圖案修復不完 全，但通過使加熱溫度為300°C，能夠獲得與上述N2氣體氣氛的情況下相同的結果。另外， 加熱工序也能夠在減壓氣氛下進行。此外，由於樣品的不同，存在僅通過上述加熱工序不能充分地除去在圖案110之 間生長的異物112來使該圖案110的形狀恢復的情況。這種情況下，可認為上述氟矽酸銨 等與大氣中的水分發生反應，異物112成為含有二氧化矽的狀態。
這種情況下，優選附加將矽基板暴露在HF氣體氣氛下的工序。這是因為，通過該 將矽基板暴露在HF氣體氣氛下的工序，能夠除去變成二氧化矽的異物112。實際上，作為實施例2，針對成為圖2 (b)所示狀態的矽基板，在以下的條件下，實 施將矽基板暴露在HF氣體氣氛下的工序，並接著實施加熱工序，進行圖案修復。將矽基板暴露在HF氣體氣氛下的工序壓力ISSOPa(IOjTorr)HF 氣體流量2800sccm溫度-10°C時間60秒加熱工序壓力226Pa(l. 71~01·!·)氣體流量:Ar= 1700sccm+N2 = 11. 3 升 / 分溫度200°C時間180 秒在上述實施例2中，能夠除去在圖案110之間生長的異物112，並且，對於如圖 2(b)右側所示圖案110坍塌的狀態而言，能夠恢復到圖案110立起的原來的狀態，使圖案 110的形狀恢復成圖2(c)所示的狀態。另外，在上述實施例2中，在實施將矽基板暴露在 HF氣體氣氛下的工序之後實施加熱工序，但也可以在實施加熱工序後實施將矽基板暴露在 HF氣體氣氛下的工序。此外，也可以同時實施將矽基板暴露在HF氣體氣氛下的工序和加 熱工序。另外，由於將矽基板暴露在HF氣體氣氛下，可能會因殘留氟的反應導致基板的矽 類材料中產生缺陷(例如參照日本特開平8464507號公報)，因此，為防止這種情況的發 生，可以追加去除殘留氟的工序，如在腔室121內搭載等離子體發生機構，利用含有氫原子 的氣體進行等離子體照射等。以上針對實施方式和實施例說明了本發明，但本發明並不限於上述實施方式和實 施例，當然可以有各種變形。
權利要求
1.一種矽基板上的圖案修複方法，將在通過蝕刻在矽基板上形成的圖案之間生長的異 物除去，使該圖案的形狀恢復，該矽基板上的圖案修複方法的特徵在於，具有將所述矽基板收容於腔室內，將所述矽基板加熱到160°C以上的加熱工序。
2.如權利要求1所述的矽基板上的圖案修複方法，其特徵在於， 所述圖案的線寬為32nm以下。
3.如權利要求1或2所述的矽基板上的圖案修複方法，其特徵在於， 所述加熱工序中的加熱溫度為200°C以上500°C以下。
4.如權利要求1或2中任一項所述的矽基板上的圖案修複方法，其特徵在於，還具有 將所述矽基板暴露在HF氣體氣氛中的工序。
5.如權利要求4所述的矽基板上的圖案修複方法，其特徵在於，同時進行將所述矽基板暴露在HF氣體氣氛中的工序和所述加熱工序。
6.如權利要求1或2中任一項所述的矽基板上的圖案修複方法，其特徵在於， 所述異物含有氟矽酸銨。
7.如權利要求1或2中任一項所述的矽基板上的圖案修複方法，其特徵在於， 所述異物含有二氧化矽。
8.—種矽基板上的圖案修復裝置，其特徵在於，包括 收容矽基板的腔室；將收容於所述腔室內的所述矽基板加熱到160°C以上的加熱機構；和 向所述腔室內供給HF氣體，將所述矽基板暴露在HF氣體氣氛中的HF氣體供給機構， 利用所述加熱機構加熱所述矽基板，並利用所述HF氣體供給機構將所述矽基板暴露 在HF氣體氣氛下，由此將在通過蝕刻形成於所述矽基板上的圖案之間生長的異物除去，使 該圖案的形狀恢復。
全文摘要
本發明提供一種矽基板上的圖案修複方法和矽基板上的圖案修復裝置，能夠將在通過蝕刻形成於矽基板上的圖案之間生長的異物除去，使該圖案的形狀恢復。該矽基板上的圖案修複方法，具有將矽基板收容於腔室內，將矽基板加熱到160℃以上的加熱工序。
文檔編號C23F1/08GK102140638SQ20111002536
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月19日 優先權日2010年1月20日
發明者山下扶美子, 田原慈, 西村榮一 申請人:東京毅力科創株式會社