TWI496196B - 植入光阻之保護層 - Google Patents
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Description
本發明係關於半導體元件之構成，尤有關於植入用之光阻的保護層。
本發明係關於半導體元件之構成。
在半導體晶圓處理期間，係使用熟知的圖案化及蝕刻處理而將半導體元件的特徵部定義在晶圓內。在此等處理之中，光阻(PR，photoresist)材料沉積於晶圓上，然後曝露於初縮遮罩所過濾的光。此初縮遮罩一般為以可阻擋光線傳播通過初縮遮罩之示範特徵部幾何加以圖案化的玻璃板。
在通過初縮遮罩之後，光接觸光阻材料的表面。光改變了光阻材料的化學組成，使得顯影劑可以移除光阻材料的一部分。在正光阻材料的情況下，經過曝露的區域被移除；而在負光阻材料的情況下，未經過曝露的區域被移除。
為達成前述目標及根據本發明之目的，茲提供一種用於在基板中植入摻雜劑的方法。於基板之上形成一圖案化光阻遮罩，其中該圖案化光阻遮罩具有圖案化光阻遮罩特徵部。一保護層藉由施行循環沉積而沉積於該圖案化光阻遮罩上，其中各循環包含：一沉積階段，用以在該光阻材料之圖案化遮罩的表面上沉積一沉積層；及一輪廓成型階段，用以提供垂直的側壁。使用離子束植入摻雜劑進入基板。將該保護層及光阻遮罩移除。
以下將透過本發明之詳細敘述並結合下述圖式，更詳細說明本發明之上述及其他特徵。
本發明今將參考其如附圖所示之幾個較佳實施例加以詳述。
在接下來的敘述中，提出許多特定細節以提供對於本發明的全盤瞭解。然而，明顯地，熟習本技藝者應理解，本發明可在沒有部分或全部此等特定細節下被實施。在其他例子中，並未詳細敘述熟知的處理步驟及/或結構，以避免不必要地混淆本發明。
可使用光阻遮罩作為植入摻雜劑至基板內之離子植入遮罩。吾人已發現，當某些光阻曝露於高劑量及高能量之離子植入時，光阻會分解並形成一硬外皮，此處之聚合物本質上會變成具有石墨性質，此物質將很難剝除。在此等情況下，需要刺激性的化學品或氧化性的或侵犯性的電漿，以藉由相對於原始基板表面產生材料損失(亦即凹陷之材料)而剝除此等光阻，其導致材料損失並影響電晶體效能。
為幫助瞭解，圖1係可使用在本發明一實施例中之製程的高階流程圖。將一光阻圖案化遮罩形成在基板層上(步驟104)。圖2A係基板層208之概略橫剖面圖。在此例中，基板層208位於晶圓204之上。在另一例中，基板可為晶圓本身。帶有遮罩特徵部214的圖案化光阻遮罩212位於基板層208之上，其形成堆疊200。一選擇性的底部抗反射塗層(BARC)或抗反射層(ARL，antireflective layer)可設置於基板及光阻遮罩之間。
施行保護層之循環構成步驟，以形成保護層於光阻遮罩之上(步驟108)。該保護層之循環構成處理包含至少兩個步驟：沉積一膜層於光阻遮罩特徵部214的側壁之上(步驟109)，然後成型沉積層的輪廓(步驟110)。圖2B係帶有保護層220之圖案化光阻遮罩212的概略橫剖面圖，該保護層係經保護層之循環構成步驟而形成，其沉積於特徵部214的側壁之上。保護層220在遮罩特徵部214之內形成保護層特徵部222。在此實施例中，如圖所示，該保護層的構成步驟並未在遮罩特徵部214底部之水平基板層208表面上形成膜層。較佳地，該保護層不形成在遮罩特徵部的底部之水平面上，但形成在光阻遮罩頂部的水平表面上。
使用離子植入而將摻雜劑離子植入基板(步驟112)。圖2C顯示被植入基板層208內之摻雜區域230。保護層及光阻遮罩被移除
(步驟116)。此步驟可同時地移除保護層及圖案化光阻遮罩。在另一實施例中，此等膜層可在個別步驟中被移除。因為有保護層，故可使用習用的光阻剝除處理來移除保護層及光阻遮罩。圖2D顯示保護層及光阻遮罩已移除之後的堆疊200。吾人可施行額外的構成步驟(步驟120)。舉例來說，摻雜區域可用於形成電晶體。
為了幫助離子植入，光阻最好具有增強的阻擋能力以阻擋離子束中的離子。一般來說，為離子植入而設計的光阻(離子植入光阻)會有增強的阻擋能力。不受理論約束，據信保護層將曝露於較高能量的離子。在一範例中，因為保護層具有較短的鏈長及較少的雙鍵，及因為保護層為沉積的聚合物，高能量的離子較不可能導致此等聚合物交聯，而因此使保護層得以容易移除。雖然光阻具有增強的阻擋能力以阻擋離子，但在通過保護層之後，該離子具有較低的能量也因此較不可能導致光阻形成石墨或交聯。
矽基板之植入範例
在本發明之一範例中，植入的目標層為一矽層，其為矽晶圓204的一部分。將一248nm光阻之圖案化光阻遮罩置於該矽晶圓204之上(步驟104)。將一光阻遮罩特徵部形成在圖案化光阻遮罩中。目前，就248nm光阻遮罩而言，使用習用製程之典型光阻臨界尺寸(CD)可為250-130nm。該基板被置於電漿處理室中。
圖3為可用於施行保護層構成及剝除步驟之電漿處理室500的概略圖。電漿處理室500包含限制環502、上部電極504、下部電極508、氣體源510、及排氣泵浦520。在電漿處理室500中，基板放置於下部電極508之上。下部電極508包含一用以固持晶圓204之合適基板挾持機構(例如靜電、機械式箝制或相似物)。反應器頂部528包含直接面對下部電極508而配置的上部電極504。上部電極504、下部電極508、及限制環502定義限制電漿容積。氣體由氣體源510供應至限制電漿容積，並藉由排氣泵浦520經限制環502及排氣口而自限制電漿容積排出。第一射頻(RF)源544電連接至上部電極504。第二射頻(RF)源548電連接至下部電極508。室壁552圍繞限制環502、上部電極504、及下部電極508。
第一射頻(RF)源544及第二射頻(RF)源548兩者皆可包含27MHz功率源及2MHz功率源。連接RF功率至電極的不同組合是可能的。在可用於本發明之一較佳實施例之Exelan HPTTM
中，其基本上與具有附加渦輪泵浦(Turbo Pump)至處理室的Exelan HP相同(由LAM Research CorporationTM
of Fremont,California所製造)，27MHz及2MHz功率源兩者組成連接至下部電極的第二RF功率源548，而上部電極接地。控制器535可控制地連接至RF源544、548、排氣泵浦520、及氣體源510。
圖4A及4B顯示一電腦系統1300，其適合施行用於本發明之實施例中的控制器535。圖4A顯示該電腦系統之一可能實體形式。當然，電腦系統可具有許多實體形式，範圍從積體電路、印刷電路板、及小的手提裝置到龐大的超級電腦。電腦系統1300包含監視器1302、顯示器1304、外殼1306、磁碟機1308、鍵盤1310、及滑鼠1312。磁碟1314係一電腦可讀取之媒體，用以將資料傳入及傳出電腦系統1300。
圖4B係電腦系統1300之方塊圖的一例。多樣的次系統附加到系統匯流排1320。處理器1322(亦稱為中央處理單元，或CPUs)耦合至儲存裝置，該裝置包含記憶體1324。記憶體1324包含隨機存取記憶體(RAM，random access memory)及唯讀記憶體(ROM，read-only memory)。如本技藝中為人所熟知者，ROM用來單向地傳輸資料及指令至CPU，而RAM一般係以雙向的方式傳輸資料及指令。這兩種記憶體的型式可包含以下所述任何合適的電腦可讀取媒體。一固定磁碟1326亦雙向耦合至CPU 1322；其提供額外的資料儲存容量且亦可包含以下所述之任何電腦可讀取媒體。固定磁碟1326可用於儲存程式、資料、及相似物且一般係較主要儲存體更慢的次要儲存媒體(例如硬碟)。吾人應當瞭解：在適當情況下，可將保存在固定磁碟1326內的資訊，以如同虛擬記憶體之標準方式合併至記憶體1324中。可移動式磁碟1314可採用以下所述之任何電腦可讀取媒體的形式。
CPU 1322亦耦合至許多輸入/輸出裝置，例如顯示器1304、
鍵盤1310、滑鼠1312、及揚聲器1330。一般來說，一輸入/輸出裝置可為下列任一種：視訊顯示器、軌跡球、滑鼠、鍵盤、麥克風、觸碰感應顯示器、轉換器讀卡機、磁帶或紙帶讀取機、輸入板、輸入筆、聲音或手寫辨識器、生物辨識讀取機、或其它的電腦。CPU 1322可選擇性地藉由網路介面1340而耦合至另一電腦或電信網路。利用此等網路介面，在執行上述方法步驟的過程中，吾人預期CPU可自網路接收資訊或將資訊輸出至網路。此外，本發明的方法實施例可單獨在CPU 1322上執行，或可結合分攤一部分處理之遠端CPU而經由例如網際網路的網路來執行。
此外，本發明之實施例更有關於具有電腦可讀取媒體之電腦儲存產品，其上具有執行許多電腦實施操作用之電腦碼。該媒體及電腦碼可為了本發明之目的而特別設計或建構，或其可為熟習電腦軟體技藝者所熟知或可得之種類。電腦可讀取媒體之範例包含但不限制於：磁性媒體，例如硬碟、軟碟、及磁帶；光學媒體，例如CD-ROMs及全像裝置；磁性-光學媒體，例如光讀磁碟；以及特別用以儲存及執行程式碼的硬體裝置，例如專用積體電路(ASICs，application-specific integrated circuits)、可程式化邏輯元件(PLDs，programmable logic devices)、以及ROM及RAM元件。電腦碼的範例包含例如編譯器所產生之機器碼、及藉由電腦使用解譯器所執行的含有較高階程式碼的檔案。電腦可讀取媒體亦可為藉由電腦資料訊號加以傳輸之電腦碼，該電腦資料訊號被具體化於載波中並代表一連串可由處理器執行之指令。
其他範例可使用其他裝置以完成本發明。
接下來，施行保護層之循環構成步驟以提供保護層(步驟108)。在此例中，該沉積階段(步驟109)包含供應沉積氣體及自沉積氣體產生電漿以形成沉積層。在此例中，該沉積氣體包含聚合物形成處方。此等聚合物形成處方的一範例為：例如C2
H2
、CH4
、及C2
H4
的碳氫化合物氣體，及例如CH3
F、CH2
F2
、CHF3
、C4
F6
、及C4
F8
的氟碳化合物氣體。另一聚合物形成處方的範例將為氟碳化合物化學品及含氫氣體，例如CF4
及H2
的處方。該沉積氣體隨
後被停止供應。
輪廓成型(步驟110)包含供應輪廓成型氣體及自輪廓成型氣體產生輪廓成型電漿以成型沉積層的輪廓。該輪廓成型氣體與沉積氣體不同。如例示，沉積階段(步驟109)及輪廓成型階段(步驟110)發生在不同時間。在此例中，輪廓成型氣體包含氟碳化合物化學品，例如CF4
、CHF3
、及CH2
F2
。可添加其他氣體例如COS O2
、N2
、及H2
。在此例中，功率的供應電力係以2MHz下之0watts及27MHz下之800watts加以供應。輪廓成型氣體隨後被停止供應。
在此例中，重複該沉積階段(步驟109)第二次。如上述之相同沉積處方在此被使用。在供選擇的實施例中，沉積處方亦可由第一次沉積階段的處方修改而來。
重複該輪廓成型階段(步驟110)第二次。如上述之相同輪廓成型處方在此被使用。輪廓成型處方亦可由第一次輪廓成型階段的處方修改而來。
保護層構成處理(步驟108)可重複數個循環直到形成期望的保護層為止。較佳地，在此例中，循環次數可自1至10次。更佳地，循環次數為2至3次。較佳地，保護層側壁的厚度係取決於離子植入之能量。保護層側壁的厚度較佳地係介於5nm至30nm之間。更佳地，保護層的側壁係15nm至25nm。
在保護層的沉積期間或之後，可打開一選擇性的ARL。
在保護層的沉積(步驟108)完成之後，以離子植入法將摻雜劑植入基板中(步驟112)。此一植入的範例可為硼、砷、或磷植入。
隨後移除保護層及光阻遮罩(步驟116)。可以移除保護層及光阻遮罩的範例可為化學剝除或使用形成自O2
或N2
/H2
之電漿的剝除。亦可施行額外的構成步驟(步驟120)。
較佳地，各沉積階段的各沉積層厚度為0.5nm至30nm之間。更佳地，各沉積階段的各沉積層厚度為0.5nm至5nm之間。最佳地，各沉積階段的各沉積層厚度為1nm至5nm之間。較佳地，保護層的構成步驟施行1至10個循環。更佳地，保護層的構
成步驟施行2至3個循環。
本發明製程的一個優點為：非垂直的沉積輪廓可藉由隨後輪廓成型用的非等向性蝕刻步驟而製作得更垂直。本發明製程的另一個優點為：沉積層可被添加並回蝕而導致在各循環期間形成一薄沉積層。此一薄層可幫助防止剝層，其可導因於單一厚層的形成。單一厚層亦會導致其他問題。此外，該循環製程提供更多控制參數(其使更多參數為可調)，以提供較佳之保角形沉積層。因為該循環製程在整個CD減小處理中將保持麵包條(bread-loaf)最小化，在沉積輪廓之底部部分的CD增益可持續增加。
在本發明之一實施例中，該保護層係由碳及氫材料所構成。
雖然本發明已就幾個較佳實施例加以描述，仍有落入本發明範疇內之變更、替換、及各種替代等效物。也應當注意仍有許多施行本發明之方法及裝置的替代方式。因此意謂下附之申請專利範圍應解釋為包含落入本發明之真實精神及範疇內的所有此等變更、替換、及各種替代等效物。
100‧‧‧步驟
104‧‧‧步驟
108‧‧‧步驟
109‧‧‧步驟
110‧‧‧步驟
112‧‧‧步驟
116‧‧‧步驟
120‧‧‧步驟
124‧‧‧步驟
200‧‧‧堆疊
204‧‧‧晶圓
208‧‧‧基板層
212‧‧‧圖案化光阻遮罩
214‧‧‧遮罩特徵部
220‧‧‧保護層
222‧‧‧保護層特徵部
230‧‧‧摻雜區域
500‧‧‧電漿處理室
502‧‧‧限制環
504‧‧‧上部電極
508‧‧‧下部電極
510‧‧‧氣體源
520‧‧‧排氣泵浦
528‧‧‧反應器頂部
535‧‧‧控制器
544‧‧‧射頻源
548‧‧‧射頻源
552‧‧‧室壁
1300‧‧‧電腦系統
1302‧‧‧監視器
1304‧‧‧顯示器
1306‧‧‧外殼
1308‧‧‧磁碟機
1310‧‧‧鍵盤
1312‧‧‧滑鼠
1314‧‧‧(可移動式)磁碟
1320‧‧‧系統匯流排
1322‧‧‧處理器
1324‧‧‧記憶體
1326‧‧‧固定磁碟
1330‧‧‧揚聲器
1340‧‧‧網路介面
本發明在隨附圖示之圖中以範例而非限制的方式說明，且其中類似參考數字關聯於相似元件，其中：
圖1為可使用在本發明之一實施例之處理的高階流程圖。
圖2A-D為根據本發明之一實施例處理的堆疊之概略橫剖面圖。
圖3為一電漿處理室的概略圖，其可用於實施本發明。
圖4A-B顯示一電腦系統，其適合施行用於本發明之實施例中的控制器。
100‧‧‧開始
104‧‧‧形成光阻圖案化遮罩
108‧‧‧沉積保護層
109‧‧‧沉積
110‧‧‧輪廓成型
112‧‧‧離子植入
116‧‧‧移除保護層及光阻遮罩
120‧‧‧額外之形成步驟
124‧‧‧結束
Claims (11)
- 一種用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，包含：形成一圖案化光阻遮罩於該基板之上，其中該圖案化光阻遮罩具有圖案化光阻遮罩特徵部；藉由施行一循環沉積而將一保護層沉積於該圖案化光阻遮罩上，其中各循環包含；一沉積階段，用以在該圖案化光阻遮罩的表面上方沉積一沉積層；及一輪廓成型階段，用以提供垂直的側壁；使用一離子束植入一摻雜劑至該基板內；及移除該保護層及該圖案化光阻遮罩，其中施行該保護層之循環沉積至少兩個循環，且各沉積階段之各沉積層具有介於0.5nm至5nm的厚度。
- 如申請專利範圍第1項之用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，其中該保護層及該圖案化光阻遮罩在單一剝除程序中被移除。
- 如申請專利範圍第1項之用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，其中該保護層具有厚度介於5nm至30nm之間的側壁。
- 如申請專利範圍第1項之用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，其中該沉積該保護層之步驟在橫跨該圖案化遮罩特徵部之底部不形成一保護層。
- 如申請專利範圍第1項之用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，其中該沉積該保護層之步驟在該圖案化光阻遮罩頂部形成一保護層。
- 如申請專利範圍第1項之用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，其中該圖案化光阻遮罩由一離子植入光阻材料所製成。
- 如申請專利範圍第1項之用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，其中該沉積階段包含：流入一沉積氣體，該沉積氣體含有C2 H2 ；將該沉積氣體形成成為一電漿；及 停止該沉積氣體之流動。
- 如申請專利範圍第1項之用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，其中該輪廓成型階段包含：流入一輪廓成型氣體，該輪廓成型氣體含有氟碳化合物氣體及作為添加劑之COS；將該輪廓成型氣體形成成為一電漿；及停止該輪廓成型氣體之流動。
- 如申請專利範圍第1項之用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，其中該移除該保護層及該圖案化光阻遮罩之步驟係一化學剝除。
- 如申請專利範圍第1項之用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，其中各沉積階段之各沉積層具有介於1nm至5nm的厚度。
- 如申請專利範圍第1項之用於在一基板中植入一摻雜劑的方法，其中施行該保護層之循環沉積二至三個循環。
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