CN101903978A - 用于注入光刻胶的保护层 - Google Patents
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Abstract
提供一种在基片中注入掺杂剂的方法。在该基片上方形成图案化光刻胶掩模，其中该图案化光刻胶掩模具有图案化光刻胶掩模特征。保护层通过执行循环沉积而沉积在该图案化光刻胶掩模上方，其中每个循环包括在光刻胶材料组成的图案化掩模的表面上方沉积沉积层的沉积阶段和提供垂直侧壁的形貌成形阶段。离子束将掺杂剂注入该基片。去除该保护层和光刻胶掩模。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件的形成。
背景技术
在半导体晶片处理过程中，使用公知的图案化和蚀刻工艺在晶片中形成半导体器件的特征。在这些工艺中，光刻胶(PR)材料沉积在晶片上，然后暴露于经过中间掩模过滤的光线。中间掩模通常是图案化有模板特征几何结构的玻璃板，该几何结构阻止光传播透过中间掩模。
通过该中间掩模后，该光线接触该光刻胶材料的表面。该光线改变该光刻胶材料的化学成分从而显影机可以去除该光刻胶材料的一部分。在正光刻胶材料的情况中，去除该暴露的区域，而在负光刻胶材料的情况中，去除该未暴露的区域。
发明内容
为了实现前面所述的以及按照本发明的目的，提供一种在基片中注入掺杂剂的方法。在该基片上方形成图案化光刻胶掩模，其中该图案化光刻胶掩模具有图案化光刻胶掩模特征。保护层通过执行循环沉积而沉积在该图案化光刻胶掩模上方，其中每个循环包括在光刻胶材料组成的图案化掩模的表面上方沉积沉积层的沉积阶段和提供垂直侧壁的形貌成形阶段。离子束将掺杂剂注入该基片。去除该保护层和光刻胶掩模。
本发明的这些和其他特征将在下面的具体描述中结合附图更详细地说明。
附图说明
在附图中，本发明作为示例而不是作为限制来说明，其中类似的参考标号指出相似的元件，其中：
图1是可用于本发明的实施例的工艺的高层流程图。
图2A-D是按照本发明的实施例处理的层叠的剖视示意图。
图3是可用于实施本发明的等离子处理室的示意图。
图4A-B说明适于实现用于本发明实施例的控制器的计算机系统。
具体实施方式
现在将根据其如在附图中说明的几个实施方式来具体描述本发明。在下面的描述中，阐述许多具体细节以提供对本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员，显然，本发明可不利用这些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，公知的工艺步骤和/或结构没有说明，以避免不必要的混淆本发明。
光刻胶掩模可用作将掺杂剂注入基片的离子注入掩模。已经发现某些光刻胶暴露于高剂量和高能离子注入，该抗蚀剂会分解并形成硬皮，其中该聚合物性质上变成石墨，其难以剥除。在这种情况下，需要强化学制剂或氧化的或侵蚀性等离子来剥除这种光刻胶，这通过相对产生材料(即该相对最初基片表面凹入材料)损失导致材料损失并影响晶体管性能。
为了便于理解，图1是可用于本发明的实施例的工艺的高层流程图。光刻胶图案化掩模形成在基片层上方(步骤104)。图2A是基片层208的剖视示意图。在这个示例中，该基片层208在晶片204上方。另一示例中，该基片可以是晶片。带有掩模特征214的图案化光刻胶掩模212在该基片层208上方，其形成层叠200。可选的BARC或ARL(抗反射层)可设在该基片和该光刻胶掩模之间。
执行保护层的循环形成以在该光刻胶掩模上形成保护层(步骤108)。该循环保护层形成过程包括至少两个步骤：在该光刻胶掩模特征214的侧壁上方沉积层(步骤109)和之后成形该沉积层的形貌(步骤110)。图2B是带有保护层220的图案化光刻胶掩模212的剖视示意图，该保护层由该循环保护层形成过程所形成、沉积在该特征214的侧壁上方。该沉积层220在该掩模特征214内形成沉积层特征222。在这个实施例中，该保护层的形成不会在该掩模特征214的底部、基片层208的水平表面上方形成层，如所示。优选地，该保护层不会在该掩模特征底部的水平表面形成层，但是在该光刻胶掩模顶部上的水平表面上形成层。
使用离子注入将掺杂剂离子注入该基片(步骤112)。图2C示出注入该基片208的掺杂剂区域214。去除该保护层和光刻胶掩模(步骤116)。这个步骤可同时去除该保护层和该图案化光刻胶掩模。另一实施例中，这些层可在单独的步骤中去除。因为该保护层，传统的光刻胶剥除工艺可用来去除该保护层和该光刻胶掩模。图2D示出在去除该保护层和光刻胶掩模之后的层叠200。可执行额外的形成步骤(步骤120)。例如，该掺杂区域可用来形成晶体管。
为了促进离子注入，优选地是该光刻胶具有增强的阻止能力用以阻止该离子束中的离子。通常，设计用于离子注入的光刻胶(离子注入光刻胶)具有增强的阻止能力。在不受到理论限制的情况下，相信该保护层将暴露于更高能量的粒子。在一个示例中，因为该保护层具有更短的链以及更少的双键，以及因为该保护层是沉积的聚合物，所以该高能粒子不太可能导致这样的聚合物交联，因此可以轻易去除该保护层。尽管该光刻胶具有增强的阻止能力用以停止该离子，在通过该保护层之后，该离子具有较低的能量，所以不太可能导致该光刻胶形成石墨或交联。
硅基片中注入的示例
在本发明的示例中，待注入层是硅层，其是该硅晶片204的一部分。248nm光刻胶组成的图案化光刻胶掩模设在该硅晶片204上方(步骤104)。光刻胶掩模特征形成在该图案化光刻胶掩模212中。当前，对于248nm光刻胶掩模，使用传统的工艺，该光刻胶的典型CD是250-130nm。该基片设在等离子处理室中。
图3是用于执行该保护层形成和剥除的等离子处理室500的示意图。该等离子处理室500包括限制环502、上电极504、下电极508、气体源510和排气泵520。在等离子处理室500，该基片位于该下电极508上。该下电极508结合合适的基片卡盘机构(例如，静电、机械夹具等)用以夹持该基片204。该反应器顶部528结合该上电极504，其设为正对着该下电极508。该上电极504、下电极508和限制环502形成受限的等离子容积。气体由该气体源510提供到受限的等离子容积并由该排气泵520通过该限制环502和排气口从该受限的等离子容积排出。第一RF源544电气连接至该上部电极504。第二RF源548电气连接至该下部电极508。室壁552围绕该限制环502、上部电极504和下部电极508。该第一RF源544和该第二RF源548均可包括27MHz电源和2MHz电源。将RF功率连接到电极的不同组合是可能的。在Exelan HPTTM的情况下，其基本上与Exelan HP相同，只是具有连接到该室的增加泵，由LAM Research Corporation，Fremont，California制造，其可用于本发明的优选实施方式中，27MHz和2MHz电源两者构成连接至的下部电极第二RF电源548，并且上部电极接地。控制器535以可控方式连接到RF源544，548、排气泵520和该气体源510。
图4A和4B说明了一个计算机系统1300，其适于实现用于本发明的实施方式的控制器535。图4A示出该计算机系统一种可能的物理形式。当然，该计算机系统可以具有从集成电路、印刷电路板和小型手持设备到巨型超级计算机的范围内的许多物理形式。计算机系统1300包括监视器1302、显示器1304、机箱1306、磁盘驱动器1308、键盘1310和鼠标1312。磁盘1314是用来与计算机系统1300传入和传出数据的计算机可读介质。
图4B是计算机系统1300的框图的一个例子。连接到系统总线1320的是各种各样的子系统。处理器1322(也称为中央处理单元，或CPU)连接到存储设备，包括存储器1324。存储器1324包括随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。如本领域所公知的，ROM用作向CPU单向传输数据和指令，而RAM通常用来以双向的方式传输数据和指令。这两种类型的存储器可包括下面描述的任何合适的计算机可读介质。固定磁盘1326也是双向连接到CPU 1322；其提供额外的数据存储并且也包括下面描述的任何计算机可读介质。固定磁盘1326可用来存储程序、数据等，并且通常是次级存储介质(如硬盘)，其比主存储器慢。可以理解的是保留在固定磁盘1326内的信息可以在适当的情况下作为虚拟存储器以标准的方式结合在存储器1324中。可移动存储器1314可以采用下面描述的任何计算机可读介质的形式。
CPU 1322还连接到各种输入/输出设备，如显示器1304、键盘1310、鼠标1312和扬声器1330。通常，输入/输出设备可以是下面的任何一种：视频显示器、轨迹球、鼠标、键盘、麦克风、触摸显示器、转换器读卡器、磁带或纸带阅读器、书写板、触针、语音或手写识别器、生物阅读器或其他计算机。CPU1322可选地可使用网络接口1340连接到另一台计算机或者电信网络。利用这样的网络接口，计划在执行上述方法步骤地过程中，CPU可从网络接收信息或者向网络输出信息。此外，本发明的方法实施方式可在CPU1322上单独执行或者可在如Internet的网络上与共享该处理一部分的远程CPU一起执行。
另外，本发明的实施方式进一步涉及具有计算机可读介质的计算机存储产品，在计算机可读介质上有用于执行各种计算机实现的操作的计算机代码。该介质和计算机代码可以是那些为本发明目的专门设计和构建的，或者它们可以是对于计算机软件领域技术人员来说公知并且可以得到的类型。计算机可读介质的例子包括，但不限于：磁介质，如硬盘、软盘和磁带；光介质，如CD-ROM和全息设备；磁-光介质，如光软盘；以及为了存储和执行程序代码专门配置的硬件设备，如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)以及ROM和RAM器件。计算机代码的例子包括如由编译器生成的机器代码，以及包含高级代码的文件，该高级代码能够由计算机使用解释器来执行。计算机可读介质还可以是在载波中由计算机数据信号携带的并且表示能够被处理器执行的指令序列的计算机代码。
其他的示例可使用别的装置以执行本发明。
接着，执行该保护层的循环形成以提供该保护层(步骤108)。在这个示例中，该沉积阶段(步骤109)包括提供沉积气体并由该沉积气体生成等离子以形成沉积层。在这个示例中，该沉积气体包括聚合物形成制法。这种聚合物形成制法的示例是烃气，如C2H2、CH4和C2H4，以及氟碳气体，如CH3F、CH2F2、CHF3、C4F6和C4F8。聚合物形成制法的另一示例是氟碳化学制剂和含氢气体，如CF4和H2制法。然后停止该沉积气体。
该形貌成形(步骤110)包括提供形貌成形气体和由该形貌成形气体生成形貌成形等离子以成形该沉积层的形貌。该形貌成形气体不同于该沉积气体。如所示，该沉积阶段(步骤109)和该形貌成形阶段(步骤110)发生不同次数。在这个示例中该形貌成形气体包括氟碳化学制剂，如CF4、CHF3和CH2F2。可添加其他气体，如COSO2、N2和H2。在这个示例中，提供2MHz的0瓦特和27MHz的800瓦特功率。然后停止该形貌成形气体。
在这个示例中，该沉积阶段(步骤109)重复第二次。使用与上述相同的沉积制法。在可选的实施例中，该沉积制法也可根据该第一沉积阶段中的制法修改。
该形貌成形阶段(步骤110)重复第二次。使用与上述相同的形貌成形制法。该形貌成形制法也可根据该第一沉积阶段中使用的制法修改。
该保护层形成工艺(步骤108)可重复许多循环，直到形成所需的保护层。优选地，在这个示例中，循环的次数可以是1至10次。更优选地，循环的次数是2至3次。优选地，该保护层的侧壁厚度取决于该离子注入能量。优选地该保护层侧壁厚度在5nm至30nm之间。更优选地，该保护层侧壁是15nm至25nm。
该保护层的沉积期间或之后，打开可选的ARL。
在该保护层沉积(步骤108)完成之后，利用离子注入将该掺杂剂注入该基片(步骤112)。这种注入的另一示例是硼、砷或磷注入。
然后去除该保护层和光刻胶掩模(步骤116)。可去除该保护层和光刻胶掩模的光刻胶掩模示例是化学制剂剥除，或利用由O2或N2/H2形成的等离子剥除。还可执行额外的形成步骤(步骤120)。
优选地，每个沉积阶段的每个沉积层在0.5至30nm厚之间。更优选地，每个沉积阶段的每个沉积层在0.5nm至5nm厚之间。最优选地，每个沉积阶段的每个沉积层在1至5nm厚。优选地，该保护层的形成执行1至10个循环。更优选地，该保护层的形成执行2至3个循环。
该创新性工艺的一个优点是通过随后的、用于形貌成形各向异性蚀刻步骤将非垂直的沉积形貌弄成垂直。该创新性工艺的另一优点是可添加和回蚀沉积层，在每个循环过程中产生薄沉积层。这种薄的沉积层可帮助防止分层，形成单个厚的层会导致分层。单个厚的层还会导致其他问题。另外，该循环工艺提供更多的控制参数，这允许更多的调节参数，以提供更好的共形沉积层。因为该循环工艺贯穿CD降低工艺中将方包化保持在最低程度，在沉积形貌的底部部分的CD增益可保持增长。
在本发明的一个实施例中，该保护层由碳和氢材料组成。
尽管本发明依照多个实施方式描述，但是存在落入本发明范围内的改变、置换和各种替代等同物。还应当注意，有许多实现本发明方法和设备的可选方式。所以，其意图是下面所附的权利要求解释为包括所有这样的落入本发明主旨和范围内的改变、置换和各种替代等同物。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种在基片中注入掺杂剂的方法，包括：
在该基片上方形成图案化光刻胶掩模，其中该图案化光刻胶掩模具有图案化光刻胶掩模特征；
通过执行循环沉积将保护层沉积在该图案化光刻胶掩模上，其中每个循环包括：
在图案化光刻胶掩模的表面上方沉积沉积层的沉积阶段；以及
提供垂直侧壁的形貌成形阶段；
使用离子束将掺杂剂注入该基片中；以及
去除该保护层和光刻胶掩模。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该保护层的循环沉积执行至少两个循环。
3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其中该保护层和图案化光刻胶掩模在单个剥除工艺中去除。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中该保护层的侧壁厚度在5nm至30nm之间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中该沉积该保护层不会在整个该图案化掩模特征底部形成保护层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中该沉积该保护层在该图案化光刻胶掩模顶部形成该保护层。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其中该光刻胶掩模由离子注入光刻胶材料组成。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中该沉积阶段包括：
通入沉积气体；
将该沉积气体形成为等离子；以及
停止该沉积气体流。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中该形貌成形阶段包括：
通入形貌成形气体；
将该形貌成形气体形成等离子；以及
停止该形貌成形气体流。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其中该去除该保护层和光刻胶掩模是化学剥除。
11.根据权利要求2所述的方法，其中该保护层和图案化光刻胶掩模在单个剥除工艺中去除。
12.根据权利要求11所述的方法，其中该保护层的侧壁厚度在5nm至30nm之间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该沉积该保护层不会在整个该图案化光刻胶掩模特征底部形成保护层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中该沉积该保护层在该图案化光刻胶掩模顶部形成该保护层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中该光刻胶掩模由离子注入光刻胶材料组成。
16.根据权利要求15所述的方法，其中该沉积阶段包括：
通入沉积气体；
将该沉积气体形成为等离子；以及
停止该沉积气体流。
17.根据权利要求16所述的方法，其中该形貌成形阶段，包括：
通入形貌成形气体；
将该形貌成形气体形成等离子；以及
停止该形貌成形气体流。
18.根据权利要求17所述的方法，其中该去除该保护层和光刻胶掩模是化学剥除。
19.根据权利要求1所述的方法，其中该保护层和图案化光刻胶掩模在单个剥除工艺中去除。
20.根据权利要求1所述的方法，其中该保护层的侧壁厚度在5nm至30nm之间。
21.根据权利要求1所述的方法，其中该沉积该保护层不会在整个该图案化掩模特征底部形成保护层。
22.根据权利要求1所述的方法，其中该沉积该保护层在该图案化光刻胶掩模顶部形成该保护层。
23.根据权利要求1所述的方法，其中该光刻胶掩模由离子注入光刻胶材料组成。
24.根据权利要求1所述的方法，其中该沉积阶段包括：
通入沉积气体；
将该沉积气体形成为等离子；以及
停止该沉积气体流。
25.根据权利要求24所述的方法，其中该形貌成形阶段包括：
通入形貌成形气体；
将该形貌成形气体形成等离子；以及
停止该形貌成形气体流。
26.根据权利要求1所述的方法，其中该去除该保护层和光刻胶掩模是化学剥除。
Claims (26)
1.一种在基片中注入掺杂剂的方法，包括：
在该基片上方形成图案化光刻胶掩模，其中该图案化光刻胶掩模具有图案化光刻胶掩模特征；
通过执行循环沉积将保护层沉积在该图案化光刻胶掩模上，其中每个循环包括：
在光刻胶材料组成的图案化掩模的表面上方沉积沉积层的沉积阶段；以及
提供垂直侧壁的形貌成形阶段；
使用离子束将掺杂剂注入该基片中；以及
去除该保护层和光刻胶掩模。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该保护层的循环沉积执行至少两个循环。
3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其中该保护层和图案化光刻胶掩模在单个剥除工艺中去除。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中该保护层的侧壁厚度在5nm至30nm之间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其中该沉积该保护层不会在整个该图案化掩模特征底部形成保护层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其中该沉积该保护层在该图案化光刻胶掩模顶部形成该保护层。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其中该光刻胶掩模由离子注入光刻胶材料组成。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其中该沉积阶段包括：
通入沉积气体；
将该沉积气体形成为等离子；以及
停止该沉积气体流。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其中该形貌成形阶段包括：
通入形貌成形气体；
将该形貌成形气体形成等离子；以及
停止该形貌成形气体流。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其中该去除该保护层和光刻胶掩模是化学剥除。
11.根据权利要求2所述的方法，其中该保护层和图案化光刻胶掩模在单个剥除工艺中去除。
12.根据权利要求11所述的方法，其中该保护层的侧壁厚度在5nm至30nm之间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该沉积该保护层不会在整个该图案化掩模特征底部形成保护层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中该沉积该保护层在该图案化光刻胶掩模顶部形成该保护层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中该光刻胶掩模由离子注入光刻胶材料组成。
16.根据权利要求15所述的方法，其中该沉积阶段包括：
通入沉积气体；
将该沉积气体形成为等离子；以及
停止该沉积气体流。
17.根据权利要求16所述的方法，其中该形貌成形阶段，包括：
通入形貌成形气体；
将该形貌成形气体形成等离子；以及
停止该形貌成形气体流。
18.根据权利要求17所述的方法，其中该去除该保护层和光刻胶掩模是化学剥除。
19.根据权利要求1所述的方法，其中该保护层和图案化光刻胶掩模在单个剥除工艺中去除。
20.根据权利要求1所述的方法，其中该保护层的侧壁厚度在5nm至30nm之间。
21.根据权利要求1所述的方法，其中该沉积该保护层不会在整个该图案化掩模特征底部形成保护层。
22.根据权利要求1所述的方法，其中该沉积该保护层在该图案化光刻胶掩模顶部形成该保护层。
23.根据权利要求1所述的方法，其中该光刻胶掩模由离子注入光刻胶材料组成。
24.根据权利要求1所述的方法，其中该沉积阶段包括：
通入沉积气体；
将该沉积气体形成为等离子；以及
停止该沉积气体流。
25.根据权利要求24所述的方法，其中该形貌成形阶段包括：
通入形貌成形气体；
将该形貌成形气体形成等离子；以及
停止该形貌成形气体流。
26.根据权利要求1所述的方法，其中该去除该保护层和光刻胶掩模是化学剥除。
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