用於注入光刻膠的保護層的製作方法
2023-12-01 22:35:26 1
專利名稱：用於注入光刻膠的保護層的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的形成。
背景技術：
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 件的特徵。在這些工藝中，光刻膠(PR)材料沉積在晶片上，然後暴露於經過中間掩模過濾 的光線。中間掩模通常是圖案化有模板特徵幾何結構的玻璃板，該幾何結構阻止光傳播透 過中間掩模。通過該中間掩模後，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機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 該暴露的區域，而在負光刻膠材料的情況中，去除該未暴露的區域。
發明內容
為了實現前面所述的以及按照本發明的目的，提供一種在基片中注入摻雜劑的方 法。在該基片上方形成圖案化光刻膠掩模，其中該圖案化光刻膠掩模具有圖案化光刻膠掩 模特徵。保護層通過執行循環沉積而沉積在該圖案化光刻膠掩模上方，其中每個循環包括 在光刻膠材料組成的圖案化掩模的表面上方沉積沉積層的沉積階段和提供垂直側壁的形 貌成形階段。離子束將摻雜劑注入該基片。去除該保護層和光刻膠掩模。本發明的這些和其他特徵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是可用於本發明的實施例的工藝的高層流程圖。圖2A-D是按照本發明的實施例處理的層疊的剖視示意圖。圖3是可用於實施本發明的等離子處理室的示意圖。圖4A-B說明適於實現用於本發明實施例的控制器的計算機系統。
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明。在下面的描述 中，闡述許多具體細節以提供對本發明的徹底理解。然而，對於本領域技術人員，顯然，本發 明可不利用這些具體細節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明。光刻膠掩模可用作將摻雜劑注入基片的離子注入掩模。已經發現某些光刻膠暴露 於高劑量和高能離子注入，該抗蝕劑會分解並形成硬皮，其中該聚合物性質上變成石墨，其 難以剝除。在這種情況下，需要強化學製劑或氧化的或侵蝕性等離子來剝除這種光刻膠，這通過相對產生材料(即該相對最初基片表面凹入材料)損失導致材料損失並影響電晶體性 能。為了便於理解，圖1是可用於本發明的實施例的工藝的高層流程圖。光刻膠圖案 化掩模形成在基片層上方(步驟104)。圖2A是基片層208的剖視示意圖。在這個示例中， 該基片層208在晶片204上方。另一示例中，該基片可以是晶片。帶有掩模特徵214的圖 案化光刻膠掩模212在該基片層208上方，其形成層疊200。可選的BARC或ARL (抗反射 層)可設在該基片和該光刻膠掩模之間。執行保護層的循環形成以在該光刻膠掩模上形成保護層(步驟108)。該循環保護 層形成過程包括至少兩個步驟在該光刻膠掩模特徵214的側壁上方沉積層(步驟109)和 之後成形該沉積層的形貌(步驟110)。圖2B是帶有保護層220的圖案化光刻膠掩模212 的剖視示意圖，該保護層由該循環保護層形成過程所形成、沉積在該特徵214的側壁上方。 該沉積層220在該掩模特徵214內形成沉積層特徵222。在這個實施例中，該保護層的形成 不會在該掩模特徵214的底部、基片層208的水平表面上方形成層，如所示。優選地，該保 護層不會在該掩模特徵底部的水平表面形成層，但是在該光刻膠掩模頂部上的水平表面上 形成層。使用離子注入將摻雜劑離子注入該基片(步驟112)。圖2C示出注入該基片208 的摻雜劑區域214。去除該保護層和光刻膠掩模(步驟116)。這個步驟可同時去除該保護 層和該圖案化光刻膠掩模。另一實施例中，這些層可在單獨的步驟中去除。因為該保護層， 傳統的光刻膠剝除工藝可用來去除該保護層和該光刻膠掩模。圖2D示出在去除該保護層 和光刻膠掩模之後的層疊200。可執行額外的形成步驟(步驟120)。例如，該摻雜區域可 用來形成電晶體。為了促進離子注入，優選地是該光刻膠具有增強的阻止能力用以阻止該離子束中 的離子。通常，設計用於離子注入的光刻膠(離子注入光刻膠)具有增強的阻止能力。在 不受到理論限制的情況下，相信該保護層將暴露於更高能量的粒子。在一個示例中，因為該 保護層具有更短的鏈以及更少的雙鍵，以及因為該保護層是沉積的聚合物，所以該高能粒 子不太可能導致這樣的聚合物交聯，因此可以輕易去除該保護層。儘管該光刻膠具有增強 的阻止能力用以停止該離子，在通過該保護層之後，該離子具有較低的能量，所以不太可能 導致該光刻膠形成石墨或交聯。矽基片中注入的示例在本發明的示例中，待注入層是矽層，其是該矽晶片204的一部分。248nm光刻膠 組成的圖案化光刻膠掩模設在該矽晶片204上方(步驟104)。光刻膠掩模特徵形成在該圖 案化光刻膠掩模212中。當前，對於248nm光刻膠掩模，使用傳統的工藝，該光刻膠的典型 ⑶是250-130nm。該基片設在等離子處理室中。圖3是用於執行該保護層形成和剝除的等離子處理室500的示意圖。該等離子處 理室500包括限制環502、上電極504、下電極508、氣體源510和排氣泵520。在等離子處 理室500，該基片位於該下電極508上。該下電極508結合合適的基片卡盤機構(例如，靜 電、機械夾具等)用以夾持該基片204。該反應器頂部528結合該上電極504，其設為正對 著該下電極508。該上電極504、下電極508和限制環502形成受限的等離子容積。氣體由 該氣體源510提供到受限的等離子容積並由該排氣泵520通過該限制環502和排氣口從該受限的等離子容積排出。第一 RF源544電氣連接至該上部電極504。第二 RF源548電氣 連接至該下部電極508。室壁552圍繞該限制環502、上部電極504和下部電極508。該第 一 RF源544和該第二 RF源548均可包括27MHz電源和2MHz電源。將RF功率連接到電極 的不同組合是可能的。在Exelan HPT 的情況下，其基本上與Exelan HP相同，只是具有連 接到該室的增加泵，由LAM Research Corporation，Fremont，California製造，其可用於本 發明的優選實施方式中，27MHz和2MHz電源兩者構成連接至的下部電極第二 RF電源548， 並且上部電極接地。控制器535以可控方式連接到RF源544，548、排氣泵520和該氣體源 510。圖4A和4B說明了一個計算機系統1300，其適於實現用於本發明的實施方式的控 制器535。圖4A示出該計算機系統一種可能的物理形式。當然，該計算機系統可以具有從 集成電路、印刷電路板和小型手持設備到巨型超級計算機的範圍內的許多物理形式。計算 機系統1300包括監視器1302、顯示器1304、機箱1306、磁碟驅動器1308、鍵盤1310和滑鼠 1312。磁碟1314是用來與計算機系統1300傳入和傳出數據的計算機可讀介質。圖4B是計算機系統1300的框圖的一個例子。連接到系統總線1320的是各種各樣 的子系統。處理器1322 (也稱為中央處理單元，或CPU)連接到存儲設備，包括存儲器1324。 存儲器1324包括隨機訪問存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。如本領域所公知的，ROM用 作向CPU單向傳輸數據和指令，而RAM通常用來以雙向的方式傳輸數據和指令。這兩種類 型的存儲器可包括下面描述的任何合適的計算機可讀介質。固定磁碟1326也是雙向連接 到CPU 1322;其提供額外的數據存儲並且也包括下面描述的任何計算機可讀介質。固定磁 盤1326可用來存儲程序、數據等，並且通常是次級存儲介質(如硬碟)，其比主存儲器慢。 可以理解的是保留在固定磁碟1326內的信息可以在適當的情況下作為虛擬存儲器以標準 的方式結合在存儲器1324中。可移動存儲器1314可以採用下面描述的任何計算機可讀介 質的形式。CPU 1322還連接到各種輸入/輸出設備，如顯示器1304、鍵盤1310、滑鼠1312和 揚聲器1330。通常，輸入/輸出設備可以是下面的任何一種視頻顯示器、軌跡球、滑鼠、鍵 盤、麥克風、觸摸顯示器、轉換器讀卡器、磁帶或紙帶閱讀器、書寫板、觸針、語音或手寫識別 器、生物閱讀器或其他計算機。CPU1322可選地可使用網絡接口 1340連接到另一臺計算機 或者電信網絡。利用這樣的網絡接口，計劃在執行上述方法步驟地過程中，CPU可從網絡接 收信息或者向網絡輸出信息。此外，本發明的方法實施方式可在CPU1322上單獨執行或者 可在如Internet的網絡上與共享該處理一部分的遠程CPU —起執行。另外，本發明的實施方式進一步涉及具有計算機可讀介質的計算機存儲產品，在 計算機可讀介質上有用於執行各種計算機實現的操作的計算機代碼。該介質和計算機代碼 可以是那些為本發明目的專門設計和構建的，或者它們可以是對於計算機軟體領域技術人 員來說公知並且可以得到的類型。計算機可讀介質的例子包括，但不限於磁介質，如硬碟、 軟盤和磁帶；光介質，如⑶-ROM和全息設備；磁-光介質，如光軟盤；以及為了存儲和執行 程序代碼專門配置的硬體設備，如專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)以及ROM和 RAM器件。計算機代碼的例子包括如由編譯器生成的機器代碼，以及包含高級代碼的文件， 該高級代碼能夠由計算機使用解釋器來執行。計算機可讀介質還可以是在載波中由計算機 數據信號攜帶的並且表示能夠被處理器執行的指令序列的計算機代碼。
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其他的示例可使用別的裝置以執行本發明。接著，執行該保護層的循環形成以提供該保護層(步驟108)。在這個示例中，該沉 積階段(步驟109)包括提供沉積氣體並由該沉積氣體生成等離子以形成沉積層。在這個 示例中，該沉積氣體包括聚合物形成製法。這種聚合物形成製法的示例是烴氣，如C2H2、CH4 和C2H4，以及氟碳氣體，如CH3F、CH2F2, CHF3> C4F6和C4F8。聚合物形成製法的另一示例是氟 碳化學製劑和含氫氣體，如CF4和H2製法。然後停止該沉積氣體。該形貌成形(步驟110)包括提供形貌成形氣體和由該形貌成形氣體生成形貌成 形等離子以成形該沉積層的形貌。該形貌成形氣體不同於該沉積氣體。如所示，該沉積階 段(步驟109)和該形貌成形階段(步驟110)發生不同次數。在這個示例中該形貌成形氣 體包括氟碳化學製劑，如CF4、CHF3和CH2F2。可添加其他氣體，如C0S02、N2和H2。在這個示 例中，提供2MHz的0瓦特和27MHz的800瓦特功率。然後停止該形貌成形氣體。在這個示例中，該沉積階段(步驟109)重複第二次。使用與上述相同的沉積製法。 在可選的實施例中，該沉積製法也可根據該第一沉積階段中的製法修改。該形貌成形階段(步驟110)重複第二次。使用與上述相同的形貌成形製法。該 形貌成形製法也可根據該第一沉積階段中使用的製法修改。該保護層形成工藝(步驟108)可重複許多循環，直到形成所需的保護層。優選地， 在這個示例中，循環的次數可以是1至10次。更優選地，循環的次數是2至3次。優選地， 該保護層的側壁厚度取決於該離子注入能量。優選地該保護層側壁厚度在5nm至30nm之 間。更優選地，該保護層側壁是15nm至25nm。該保護層的沉積期間或之後，打開可選的ARL。在該保護層沉積(步驟108)完成之後，利用離子注入將該摻雜劑注入該基片(步 驟112)。這種注入的另一示例是硼、砷或磷注入。然後去除該保護層和光刻膠掩模(步驟116)。可去除該保護層和光刻膠掩模的光 刻膠掩模示例是化學製劑剝除，或利用由O2或N2/H2形成的等離子剝除。還可執行額外的 形成步驟(步驟120)。優選地，每個沉積階段的每個沉積層在0. 5至30nm厚之間。更優選地，每個沉積 階段的每個沉積層在0. 5nm至5nm厚之間。最優選地，每個沉積階段的每個沉積層在1至 5nm厚。優選地，該保護層的形成執行1至10個循環。更優選地，該保護層的形成執行2至 3個循環。該創新性工藝的一個優點是通過隨後的、用於形貌成形各向異性蝕刻步驟將非垂 直的沉積形貌弄成垂直。該創新性工藝的另一優點是可添加和回蝕沉積層，在每個循環過 程中產生薄沉積層。這種薄的沉積層可幫助防止分層，形成單個厚的層會導致分層。單個厚 的層還會導致其他問題。另外，該循環工藝提供更多的控制參數，這允許更多的調節參數， 以提供更好的共形沉積層。因為該循環工藝貫穿⑶降低工藝中將方包化保持在最低程度， 在沉積形貌的底部部分的CD增益可保持增長。在本發明的一個實施例中，該保護層由碳和氫材料組成。儘管本發明依照多個實施方式描述，但是存在落入本發明範圍內的改變、置換和 各種替代等同物。還應當注意，有許多實現本發明方法和設備的可選方式。所以，其意圖是 下面所附的權利要求解釋為包括所有這樣的落入本發明主旨和範圍內的改變、置換和各種替代等同物。
權利要求
一種在基片中注入摻雜劑的方法，包括在該基片上方形成圖案化光刻膠掩模，其中該圖案化光刻膠掩模具有圖案化光刻膠掩模特徵；通過執行循環沉積將保護層沉積在該圖案化光刻膠掩模上，其中每個循環包括在光刻膠材料組成的圖案化掩模的表面上方沉積沉積層的沉積階段；以及提供垂直側壁的形貌成形階段；使用離子束將摻雜劑注入該基片中；以及去除該保護層和光刻膠掩模。
2.根據權利要求1所述的方法，其中該保護層的循環沉積執行至少兩個循環。
3.根據權利要求1-2任一項所述的方法，其中該保護層和圖案化光刻膠掩模在單個剝 除工藝中去除。
4.根據權利要求1-3任一項所述的方法，其中該保護層的側壁厚度在5nm至30nm之間。
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其中該沉積該保護層不會在整個該圖案化掩 模特徵底部形成保護層。
6.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其中該沉積該保護層在該圖案化光刻膠掩模 頂部形成該保護層。
7.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其中該光刻膠掩模由離子注入光刻膠材料組成。
8.根據權利要求1-7任一項所述的方法，其中該沉積階段包括 通入沉積氣體；將該沉積氣體形成為等離子；以及 停止該沉積氣體流。
9.根據權利要求1-8任一項所述的方法，其中該形貌成形階段包括 通入形貌成形氣體；將該形貌成形氣體形成等離子；以及 停止該形貌成形氣體流。
10.根據權利要求1-9任一項所述的方法，其中該去除該保護層和光刻膠掩模是化學 剝除。
11.根據權利要求2所述的方法，其中該保護層和圖案化光刻膠掩模在單個剝除工藝 中去除。
12.根據權利要求11所述的方法，其中該保護層的側壁厚度在5nm至30nm之間。
13.根據權利要求12所述的方法，其中該沉積該保護層不會在整個該圖案化掩模特徵 底部形成保護層。
14.根據權利要求13所述的方法，其中該沉積該保護層在該圖案化光刻膠掩模頂部形 成該保護層。
15.根據權利要求14所述的方法，其中該光刻膠掩模由離子注入光刻膠材料組成。
16.根據權利要求15所述的方法，其中該沉積階段包括 通入沉積氣體；將該沉積氣體形成為等離子；以及 停止該沉積氣體流。
17.根據權利要求16所述的方法，其中該形貌成形階段，包括 通入形貌成形氣體；將該形貌成形氣體形成等離子；以及 停止該形貌成形氣體流。
18.根據權利要求17所述的方法，其中該去除該保護層和光刻膠掩模是化學剝除。
19.根據權利要求1所述的方法，其中該保護層和圖案化光刻膠掩模在單個剝除工藝 中去除。
20.根據權利要求1所述的方法，其中該保護層的側壁厚度在5nm至30nm之間。
21.根據權利要求1所述的方法，其中該沉積該保護層不會在整個該圖案化掩模特徵 底部形成保護層。
22.根據權利要求1所述的方法，其中該沉積該保護層在該圖案化光刻膠掩模頂部形 成該保護層。
23.根據權利要求1所述的方法，其中該光刻膠掩模由離子注入光刻膠材料組成。
24.根據權利要求1所述的方法，其中該沉積階段包括 通入沉積氣體；將該沉積氣體形成為等離子；以及 停止該沉積氣體流。
25.根據權利要求24所述的方法，其中該形貌成形階段包括 通入形貌成形氣體；將該形貌成形氣體形成等離子；以及 停止該形貌成形氣體流。
26.根據權利要求1所述的方法，其中該去除該保護層和光刻膠掩模是化學剝除。
全文摘要
提供一種在基片中注入摻雜劑的方法。在該基片上方形成圖案化光刻膠掩模，其中該圖案化光刻膠掩模具有圖案化光刻膠掩模特徵。保護層通過執行循環沉積而沉積在該圖案化光刻膠掩模上方，其中每個循環包括在光刻膠材料組成的圖案化掩模的表面上方沉積沉積層的沉積階段和提供垂直側壁的形貌成形階段。離子束將摻雜劑注入該基片。去除該保護層和光刻膠掩模。
文檔編號H01L21/027GK101903978SQ200880123005
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月15日 優先權日2007年12月21日
發明者S·M·列扎·薩賈迪, 安德魯·R·羅馬諾 申請人:朗姆研究公司