TWI850276B - 蝕刻腔室中的方向性沉積 - Google Patents

Abstract

此處描述一種用於在蝕刻應用中形成垂直生長遮罩的方法。所揭露之實施例包含導入含鎢沉積前驅物以及一或多個載氣，同時點燃電漿，以選擇性地沉積鎢在圖案化蝕刻遮罩之正特徵部的場域上而不實質沉積在正特徵部之側壁或在圖案化蝕刻遮罩下方之目標層的外露表面上。

Description

蝕刻腔室中的方向性沉積

本發明係關於蝕刻腔室中的方向性沉積。

半導體裝置的製造包括微處理器、邏輯和儲存裝置的製造。可以使用多種技術來製造這樣的裝置，包括實現各種類型之遮罩的圖案化技術。一些製程係關於形成包括矽氧化物和矽氮化物的結構。 用於形成這種結構的一些技術可能限於同時包括蝕刻及沉積的圖案化技術。

此處所提供之背景描述係為了總體上呈現本揭露內容的目的。在此背景技術部分中所描述的範圍內，目前列名的發明人之工作成果以及在提出申請時可能無法以其他方式視為先前技術的描述方面，均未明確或隱含不利於本發明之先前技術。

本文提供用於處理半導體基板的方法和設備。本發明之一態樣涉及一種方法，其包含: 提供一半導體基板，其具有位於目標層上方之圖案化蝕刻遮罩，該圖案化蝕刻遮罩包含多個間隔開之正特徵部，該每一間隔開之正特徵部均具有場域及側壁; 且相對於該目標層而在該間隔開之正特徵部之該場域上選擇性沉積一垂直生長遮罩。

在諸多實施例中，該垂直生長遮罩包含至少一特徵部;且該垂直生長遮罩之該至少一特徵部的臨界尺寸係與該圖案化蝕刻遮罩之相對應的間隔開之正特徵部的臨界尺寸實質相同。

在一些實施例中，於該場域上沉積該垂直生長遮罩的步驟係於基板溫度介於約0℃至約160℃之間進行。

該方法亦包含使用該圖案化蝕刻遮罩以及該垂直生長遮罩兩者作為一遮罩來蝕刻該目標層。在一些實施例中，沉積該垂直生長遮罩以及蝕刻該目標層之該等步驟係同時進行。在一些實施例中，該沉積步驟以及該蝕刻步驟係藉由將該半導體基板暴露至氟碳化物氣體及含鎢氣體並點燃電漿而同時進行。該氟碳化物氣體及該含鎢氣體可以以該氟碳化物氣體流速對該含鎢氣體流速介於約10：1至約1：1之間的比率輸送。在一些實施例中，該氟碳化物氣體係以低於約80％之氟碳化物氣體及含鎢氣體之總體積的流速輸送。

在一些實施例中，該目標層包含非晶碳，且該沉積步驟以及該蝕刻步驟係藉由將該半導體基板同時暴露至氧氣電漿及含鎢電漿而同時執行。

在一些實施例中，該方法更包含循環交替進行選擇性沉積該垂直生長遮罩步驟以及蝕刻該目標層步驟。在一些實施例中，該目標層包含非晶碳，且該蝕刻步驟係藉由將該目標層暴露至氧氣電漿而執行。

在諸多實施例中，該垂直生長遮罩之間隔開之正特徵部之間的空間尺寸係與該圖案化蝕刻遮罩之該間隔開之正特徵部之間的空間尺寸實質相同。在一些實施例中，該圖案化蝕刻遮罩之該間隔開之正特徵部之間的該空間尺寸係於該垂直生長遮罩之該間隔開之正特徵部之間的該空間尺寸的約100％內。

在諸多實施例中，該間隔開之正特徵部之間的空間具有介於約50：1至約100：1之間的深寬比。

在諸多實施例中，兩相鄰之間隔開之正特徵部之間的空間尺寸為介於約10nm至約200nm之間。

在諸多實施例中，在該場域上選擇性沉積該垂直生長含鎢遮罩的步驟包含將該場域暴露至含鎢氣體。在一些實施例中，該含鎢氣體係與稀釋氣體一同輸送。該稀釋氣體可以是下列其中之一或多者：氬氣、氫氣、以及其混合物。該含鎢氣體可以是鎢鹵化物。在一些實施例中，該鎢鹵化物係選自由六氟化鎢以及六氯化鎢所組成之群組。在一些實施例中，於該場域上選擇性沉積該垂直生長遮罩之步驟更包含在含有含鎢氣體的環境中點燃電漿。該電漿係在約100 W至約500 W之間的電漿功率中產生。

在諸多實施例中，於該場域上選擇性沉積該垂直生長遮罩之步驟係在具有介於約10 mTorr至約100 mTorr的腔室壓力之處理室中執行。

在諸多實施例中，於該場域上選擇性沉積該垂直生長遮罩之步驟係包含調節例如電漿功率、腔室壓力或基板溫度之處理條件而執行。

在諸多實施例中，該圖案化蝕刻遮罩之厚度係介於約5 nm至約200 nm。

在諸多實施例中，該圖案化蝕刻遮罩包含選自由下列各者組成之群組的材料：矽氧化物、矽氮化物、矽氧氮化物及其組合。

在諸多實施例中，該圖案化蝕刻遮罩包含光阻。該目標層為抗反射塗層。在諸多實施例中，該目標層之厚度係介於約500 nm至約 5000 nm。

在另一態樣中涉及一種方法，其包含：提供一半導體基板，其具有位於目標層上方之圖案化蝕刻遮罩，該圖案化蝕刻遮罩包含多個間隔開之正特徵部，該每一間隔開之正特徵部均具有場域及側壁; 且相對於該目標層而在該間隔開之正特徵部之該場域上沉積一垂直選擇性生長含鎢遮罩。

在另一態樣中涉及一種方法，其包含：提供一半導體基板，其包含一含碳目標層、一抗反射層以及一圖案化光阻; 圖案化該抗反射層以形成一圖案化抗反射遮罩; 將該半導體基板暴露至含鎢前驅物並在條件下點燃電漿，以選擇性地沉積一含鎢遮罩，以在該圖案化抗反射遮罩之場域上形成一圖案化含鎢遮罩; 以及利用該圖案化抗反射遮罩以及該圖案化含鎢遮罩而使該含碳目標層圖案化。

在另一態樣中涉及一種方法，其包含：提供一半導體基板，其包含一目標層以及具有第一臨界尺寸之圖案化蝕刻遮罩;  將該半導體基板暴露至電漿，以在該圖案化蝕刻遮罩上形成具有第二臨界尺寸之鎢材料，該電漿係利用含鎢前驅物以及氬和氫氣的混合物於低於約160℃之基板溫度在約100W至約500W之間的電漿功率下所產生，俾使該第二臨界尺寸係為該第一臨界尺寸的約150％以內。

在另一態樣中涉及一種設備，其包含：反應室，其包含用以支撐基板之支座; 耦合至該反應室之電漿功率，其用以產生電漿; 耦合至該反應室之一或多個第一氣體入口; 耦合至該反應室之第二氣體入口; 以及控制器，包含執行下列操作之指令：使導入含鎢前驅物以及氬氣和氫氣之混合物; 使利用約100 W至約500 W之間的電漿功率產生該電漿; 以及使該支座之溫度設定在低於約160℃。

這些及其他態樣將參考附圖在下面進一步描述。

在以下描述中，闡述了許多具體細節以便提供對所呈現之實施例的透徹理解。然而，所揭露之實施例可以在沒有這些具體細節中的一些或全部的情況下實踐。在其他情況下，不詳細描述為人熟知之處理操作，以免不必要地模糊本揭露之實施例。雖然所揭露之實施例係結合特定實施例來說明，吾人應可理解此並不意欲限制所揭露之實施例。

在半導體裝置製造中，遮罩方法係用於圖案化及蝕刻基板。隨著基板長寬比的增加，對高選擇性硬遮罩的需求增加。各種圖案化方案係涉及形成正特徵部，例如用來當作蝕刻目標層之遮罩的介電間隔件。然而，某些介電間隔件可能易於被腐蝕，尤其是在介電間隔件之間之間隙的深寬比很大且間隙深度可能因此也較大的情況下，如此可能導致更長的蝕刻持續時間，以蝕刻介電間隔件下方的目標層。因此，在蝕刻目標層的過程中，一些介電間隔件可能會被腐蝕。

存在一些方法可以防止在蝕刻期間對蝕刻遮罩的腐蝕，但是這種方法涉及電漿增強化學氣相沉積（PECVD）製程，該製程會導致在蝕刻遮罩上產生麵包條狀的生長，從而降低了遮罩間之負特徵部的臨界尺寸並改變了特徵輪廓。對於具有非常高之深寬比的特徵部以及長時間的蝕刻操作，這是一個特別需要關注的問題。

對於這些遮罩的形成，其技術包括在蝕刻下伏層（例如目標層）及沉積額外遮罩材料之間交替進行，以解決在蝕刻過程中腐蝕遮罩的問題，其操作係涉及不同的製程氣體以及有時不同的工具，隨著晶圓從一站到另一站、甚至從一個工具到另一個工具的轉移而延長了處理時間。

本文提供了在圖案化基板的場域上沉積遮罩的方法並同時實質保留遮罩的臨界尺寸。在諸多實施例中，可以在遮罩的負特徵部中選擇性地蝕刻目標層，同時執行遮罩的沉積。

本文所述之垂直生長遮罩的沉積會隨著遮罩的沉積，使得幾乎沒有或完全沒有水平沉積。也就是說，在正基板之場域上的沉積會導致垂直生長遮罩之側壁大部分是垂直的，而不會改變圖案化遮罩的正特徵部之間的空間尺寸大小。進行沉積時，在正基板的側壁上基本上沒有沉積，並且大多數或所有的沉積僅在場域上發生。當遮罩垂直生長時，額外的沉積遮罩材料便大量沉積在現有的遮罩材料上，且生長基本上是垂直的。這也就是說，只有很少或完全沒有遮罩材料沉積在所沉積之遮罩的側壁上，且垂直生長遮罩可以生長至各種厚度，對特定應用很適合。 沉積是具選擇性的，因為其優先在正特徵部上、尤其是在這些特徵部的頂部上形成新材料。選擇性沉積可以以這樣的方式進行：在正特徵部的頂部垂直地形成新材料，而基本上不水平地延伸。因此，某些揭露之實施例的一個特別優點是能夠保持特徵部的臨界尺寸—也就是垂直生長遮罩沉積於其上之正特徵部之間的空間寬度—使得沉積之垂直生長遮罩的寬度基本上與其沉積於其上之下伏蝕刻遮罩相同。為了清楚起見，將垂直生長遮罩沉積於其上的材料稱為「下伏蝕刻遮罩」或「 蝕刻遮罩」，但應理解，可以使用包括聚合材料、介電質和半導體材料的多種材料。吾人將理解到蝕刻遮罩可以是圖案化的光阻。吾人亦將理解到蝕刻遮罩可以是圖案化之抗反射塗層，例如底部抗反射塗層（BARC）或介電抗反射塗層（DARC）。用語「垂直生長遮罩」用於指沉積在下伏蝕刻遮罩上方的材料，其導致對特徵部臨界尺寸以及遮罩寬度的保留。某些揭露之實施例的優點是避免使所形成之遮罩結構被修整或薄化的能力。薄化或修整的定義是，臨界尺寸減少超過臨界尺寸的2％，或者側壁出現凹陷或粗糙不平。

垂直生長遮罩可以是例如鎢金屬的含鎢材料。在許多實施例中，含鎢材料不是純金屬鎢，且可能包含一些雜質。儘管本文將鎢描述為一種材料範例，但應理解，藉由採用適當的反應劑及製程條件，可以使用其他含金屬的材料或甚至不含金屬的材料來達成垂直生長。

此處亦揭露了在相同操作期間，於蝕刻下方層的同時沉積垂直生長遮罩的方法。用於沉積垂直生長遮罩的製程條件亦可以用於蝕刻下伏之目標材料（例如抗反射層或非晶碳層），俾使基板每次暴露於製程條件（包括但不限於前驅物氣體、電漿條件、溫度和壓力），都會同時引起在下伏蝕刻遮罩上之垂直生長遮罩的形成以及對位於下伏蝕刻遮罩下方之下伏目標材料的蝕刻。 換句話說，只要一個製程便可同時在場域上形成垂直遮罩，並蝕刻特徵部中的目標材料。

所揭露之實施例包括選擇製程窗以及下伏遮罩圖案的幾何形狀，以實現垂直生長遮罩的垂直生長、對下伏目標材料的蝕刻或兩者皆有。

不受特定理論的束縛，據信幾何形狀的選擇性、材料的選擇性或兩者均有助於某些揭露實施例達成下列各者的能力：選擇性垂直生長，且在某些情況下同時蝕刻下伏之目標材料。幾何形狀的選擇性是指透過在具有第一幾何特性之基板的一個區域中相對於具有第二幾何特性之基板的另一個區域而沉積更多的材料來實現選擇性，該區域係基於所暴露之基板的幾何形狀或形貌而被定義為基板上的位置。這種選擇性的形式僅基於幾何形狀，而無需使用不同的材料來選擇性地增強或抑制沉積。一個區域相對於另一個區域具有較厚的沉積係以在每個區域中之沉積速率（隨時間單元沉積厚度）來支配。幾何形狀的選擇性可因基板上之負特徵部的深寬比來達成，且可能導致基板之場域上的沉積速率（即，對負特徵部之特徵部開口的任一側）大於負特徵部之側壁或底部區域上的沉積速率。據信，由於下伏蝕刻遮罩所界定之正特徵部之間的負特徵部的高深寬比，因此在某些揭露之實施例中可以實現垂直生長。

材料選擇性是指由於化學、物理、形態等（組成、晶格結構或任何其他性質）的材料差異，透過在基板的一種材料上相對於基板上的另一種材料而沉積更多的材料來實現選擇性; 也就是說，例如，在介電材料上的沉積速率可能大於在導電材料上的沉積速率。據信，由於在下伏蝕刻遮罩的表面（或垂直生長遮罩之沉積材料的表面）以及在下伏蝕刻遮罩下方之目標材料的表面之間的材料選擇性，在某些揭露的實施例中可以達成垂直生長。另外，當沉積垂直生長遮罩時，由於在垂直生長遮罩之沉積材料的表面與下伏蝕刻遮罩及下伏蝕刻遮罩下方之目標材料兩者的表面之間的材料選擇性，相信在某些揭露的實施例中可以達成垂直生長。這種選擇性的形式僅基於材料的差異，而無需不同的表面幾何形狀來選擇性地增強或抑制沉積。當然，在某些情況下，可以透過暴露表面上之幾何及組成差異的組合來賦予選擇性。

圖1為一製程流程圖，說明根據某些揭露之實施例而執行的操作。

在操作120，提供了一種具有在目標層上方之圖案化蝕刻遮罩之圖案化半導體基板。

半導體基板可以是矽晶圓，例如200mm的晶圓、300mm的晶圓、或450mm的晶圓，包括具有一或多個材料層（例如介電質、導電、或半導電材料）沉積於其上。非限制性的下層範例包括介電層和導電層，例如矽氧化物、矽氮化物、矽碳化物、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物以及金屬層（例如銅、鋁、鎢、鈷、釕、鉬、鉭等）。

圖案化蝕刻遮罩在本文中有時被稱為「下伏蝕刻遮罩」。圖案化蝕刻遮罩可以包括間隔開的正特徵部（與凹陷相對）。在蝕刻期間，間隔開的特徵部被轉移到基板之目標層正上方或是在目標層上方之中間層上。正特徵部的尺寸可以表徵為臨界尺寸，該臨界尺寸係測量在正特徵部的橫剖面中從一側壁到另一側壁之最短距離處的水平測量寬度。每個正特徵部包括側壁及外露的場域。外露場域為特徵部的頂部水平區域。場域可以被先前用來使圖案化蝕刻遮罩圖案化的遮罩所限定，例如圖案化光阻；在蝕刻期間，已移除用來使圖案化蝕刻遮罩圖案化的遮罩，留下圖案化蝕刻遮罩特徵部的外露場域。在諸多實施例中，在基板上之正特徵部的平均臨界尺寸為約10 nm至約200 nm之間。

相鄰特徵部之分開的距離即為特徵部的間距，其係從遮罩之正特徵部之間的第一空間的中心測量到正特徵部之另一側上的相鄰空間。正特徵部之間的距離在本文中可以被稱為「負特徵部」，其具有從兩個正特徵部之間的空間水平測量的「負特徵部開口」，也就是從正特徵部之側壁測量到相鄰特徵部之側壁。在某些實施例中，負特徵部的平均深寬比為至少約1 ：1，或介於在約50：1至約100：1之間。吾人將理解到，在一些實施例中，在基板的整個表面上可能存在各種特徵部尺寸和/或深寬比。吾人亦將理解到，在一些實施例中，在基板的整個表面上可能存在相同和/或相似的特徵部尺寸。

在某些實施例中，圖案化蝕刻遮罩具有約5 nm至約3000 nm的平均厚度。圖案化蝕刻遮罩的平均厚度是透過垂直測量從每個特徵部之正特徵部的場域到遮罩下方之緊鄰層的頂部之厚度的平均值而來。

在某些實施例中，圖案化蝕刻遮罩是介電材料、矽、碳、或聚合物材料。

在一些實施例中，介電材料包括矽氧化物、矽氮化物、矽氧氮化物（SiON） 或它們的組合。可以使用含矽前驅物以及一或多種含氧及/或含氮反應劑藉由熱技術或電漿輔助技術來沉積介電材料。作為示例，可以使用含氟碳化合物的化學物質以及可選的電漿來蝕刻介電材料。

「矽氧化物」在本文中指包括Si_x O_y 的任何和所有化學計量的可能性，包括x和y的整數值以及x和y的非整數值。例如，「矽氧化物」包括具有SiO_n 式的化合物，其中 1> n> 2 ，其中n可以是整數值或非整數值。「矽氧化物」可以包括例如SiO_1.8 的亞化學計量的化合物 。「矽氧化物」還包括二氧化矽（SiO₂ ）和一氧化矽（SiO）。「矽氧化物」還包括天然及合成變體，且還包括任何和所有的晶體和分子結構，包括圍繞中心矽原子之氧原子的四面體配位。「矽氧化物」還包括非晶矽氧化物和矽酸鹽。

「 矽氮化物」在本文中指包括Si_x N_y 的任何和所有化學計量的可能性，包括x和y的整數值以及x和y的非整數值，例如x=3且y=4。例如，「 矽氮化物」包括具有SiN_n 式的化合物，其中 1> n> 2 ，其中n可以是整數值或非整數值。「 矽氮化物」可以包括例如SiN_1.8 的亞化學計量的化合物 。「 矽氮化物」還包括Si₃ N₄ 和具有痕量及/或間隙氫（SiNH）的矽氮化物以及具有痕量的及/或間隙氧（SiON）的矽氮化物。「 矽氮化物」還包括天然及合成變體，且還包括任何以及所有晶格、晶體和分子結構，包括三角α-矽氮化物 (trigonal alpha-silicon nitride)、六角β-矽氮化物 (hexagonal beta-silicon nitride)和立方γ-矽氮化物 (cubic gamma-silicon nitride)。「 矽氮化物」還包括非晶矽氮化物，並且可以包括具有痕量雜質的矽氮化物。

在一些實施例中，聚合物材料具有化學式C_x H_y O_z ，並且可以預先透過旋塗法沉積並且使用包括氧氣和氟碳化物氣體及/或電漿的蝕刻化學劑來進行圖案化。在一些實施例中，聚合物材料是藉由暴露於輻射並使用例如EUV微影的微影技術顯影而圖案化的光阻。

在一些實施例中，圖案化蝕刻遮罩為圖案化光阻。

在一些實施例中，可以使用顯影的光阻作為遮罩來預先對圖案化蝕刻遮罩進行圖案化。在一些實施例中，圖案化蝕刻遮罩可以是抗反射層或包括抗反射層。例如，圖案化的蝕刻遮罩可以是BARC層，或者可以是DARC層。

在操作140中，將垂直生長遮罩沉積在圖案化蝕刻遮罩的外露場域上。使用前驅物和製程條件來沉積垂直生長遮罩，使得隨著時間而增加遮罩的沉積厚度，但在沉積遮罩時，基本上不沉積在圖案化蝕刻遮罩的側壁或垂直生長遮罩的側壁上。此行為可以稱之為「垂直生長」，但應當理解的是，「垂直」僅用作在基板以其作用表面水平定向之方式受到定向時描述該現象的用語。在一些實施例中，可以選擇前驅物和製程條件以調整沉積在垂直生長遮罩中之材料的輪廓。在一些實施例中，垂直生長遮罩為圖案化的含鎢遮罩。

垂直生長遮罩可以是含金屬的材料，也可以是非金屬的材料。垂直生長遮罩的材料範例包括例如矽的含矽材料、含碳材料、含硼材料、含鈦材料、含釕材料以及例如鎢金屬或摻雜鎢金屬的含鎢材料。

垂直生長遮罩可以藉由引入一或多種製程氣體並點燃電漿來沉積。所使用的一或多種製程氣體係取決於欲沉積在垂直生長遮罩的材料。在諸多實施例中，該一或多種處理氣體包括含金屬氣體。在一些實施例中，含金屬的氣體是金屬鹵化物。在一些實施例中，含金屬氣體為羰基金屬的氣體。含金屬氣體可包括含鎢氣體。含鎢氣體的範例包括鎢鹵化物，例如五氯化鎢、六氯化鎢以及五氟化鎢。在一些實施例中，含金屬氣體包括含鈦氣體，例如鈦氯化物（TiCl₄ ）。在一些實施例中，含金屬氣體包括含釕氣體，例如十二碳三釕（triruthenium dodecacarbonyl ，Ru₃ （CO）₁₂ ）。在諸多實施例中，該一或多種處理氣體包括含碳氣體或含硼氣體。含碳氣體範例包括甲烷（CH₄ ）、乙炔（C₂ H₂ ）和丙烯（C₃ H₆ ）。示例性的含硼氣體包括乙硼烷（B₂ H₆ ）。在諸多實施例中，使用含鎢氣體來沉積含鎢垂直生長遮罩。在諸多實施例中，使用含碳氣體來沉積含碳垂直生長遮罩。在諸多實施例中，使用含硼氣體來沉積含硼垂直生長遮罩。在諸多實施例中，使用含鈦氣體來沉積含鈦垂直生長遮罩。在諸多實施例中，使用含釕氣體來沉積含釕垂直生長遮罩。

在一些實施例中，在一或多種處理氣體的環境中點燃電漿。例如，在一些實施例中，可以在含鎢的氣體環境中點燃電漿。儘管本文描述了基於電漿的沉積製程，但在一些實施例中，可以透過選擇製程條件（例如腔室壓力、氣體流量、溫度等）來使用無電漿熱處理。

在一些實施例中，取決於垂直生長遮罩的材料，該一或多種處理氣體包括非金屬氣體，例如含矽氣體或含碳氣體。

用於沉積垂直生長遮罩的一或多種製程氣體可以與一或多種載氣和/或稀釋氣體一起輸送。在一些實施例中，載氣可以在輸送到容納基板的處理室之前被轉移。在一些實施例中，載氣係與一或多種處理氣體一起被輸送到處理室中。示例性載氣包括氬氣、氫氣、氦氣及其組合。

稀釋氣體可以與載氣組成相同，而可以與用於沉積垂直生長遮罩的製程氣體一起使用，也可以作為單獨的操作引入。稀釋氣體可用於限制鹵素類的蝕刻或修整，這些鹵素類可藉由使用金屬鹵化物分解而沉積垂直生長遮罩。可以用電漿點燃稀釋氣體以促進鹵素物質的清除。

為沉積垂直生長遮罩而輸送之氣體的成分可能會影響所沉積的垂直生長遮罩的沉積輪廓。具體而言，製程氣體的比率可用於調節垂直生長遮罩的方向性和生長速率。例如，在一些實施例中，六氟化鎢與氫的比率在大約1：0 至大約1：5之間，以實現垂直沉積之垂直生長遮罩的臨界尺寸在圖案化蝕刻遮罩之臨界尺寸的約150 ％以內。

具體而言，在一些實施例中，可以藉由引入六氟化鎢與氬和氫的混合物並點燃電漿來沉積垂直生長遮罩。

使用包括但不限於電漿功率和頻率的處理條件來點燃電漿，該條件的選擇係俾使圖案化遮罩的場域暴露於處理氣體環境中的電漿而隨著時間導致垂直生長遮罩厚度增加，而該垂直生長遮罩的臨界尺寸係實質與圖案化蝕刻遮罩的臨界尺寸相同，例如差距在大約10％之內或在大約5％之內。

在一些實施例中，點燃電漿，且處理氣體與圖案化蝕刻遮罩之場域發生反應以進行沉積處理。在一些實施例中，製程氣體與基板反應或被吸附到圖案化蝕刻遮罩之場域的表面上。在諸多實施例中，沉積是具優先性或選擇性的，使得沉積在圖案化蝕刻遮罩之場域上比在圖案化蝕刻遮罩的側壁上發生得更快。在一些實施例中，在圖案化蝕刻遮罩的側壁上基本上沒有沉積。在諸多實施例中，將處理氣體以氣態形式引入到腔室中，並且可任選地伴隨有例如氬氣、氦氣、氫氣或其組合的載氣。由處理氣體電漿產生的物質可以藉由在容納基板的處理腔室中形成電漿而直接產生，也可以在不容納基板的處理腔室中遠端產生，而可供應到容納基板的處理腔室中。

在一些實施例中，電漿係原位形成，使得電漿在腔室中的基板表面上直接形成。在諸多實施例中，電漿為電感耦合電漿或電容耦合電漿。在一些實施例中，施加約 0V至約 500V之間的偏壓到支撐基板的支座上，以使帶電電漿物種具方向性地行進朝向基板。

在諸多實施例中，單一晶圓的電漿功率在約100W至約500W之間。可以使用高頻和/或低頻電漿來產生電漿。

在操作140 期間，可以將基板溫度設置為大約20℃至大約80℃之間的溫度。將理解的是，基板溫度是為了加熱或冷卻基板本身而為支撐半導體基板的基座所設定的溫度，且不一定是在任何給定時間下基板本身的確切溫度。

可以在設置為約10 mTorr和約100 mTorr之間的腔室壓力的處理腔室中執行操作140。將理解的是，可以根據需要調節壓力以實現沉積速率和特定的沉積輪廓。在一些實施例中，調節壓力以實現大幅地垂直生長，使得垂直生長遮罩的臨界尺寸在圖案化蝕刻遮罩的臨界尺寸的約150 ％以內。

在諸多實施例中，為了沉積垂直生長遮罩，藉由調節製程條件（例如電漿功率、腔室壓力、基板溫度和/或氣流組成和/或流量和/或流動的氣體流量比而達成沉積速率、沉積輪廓以及沉積的方向性（即達成所沉積之垂直生長遮罩的某些形狀）。 沉積的選擇性還取決於垂直生長遮罩沉積在其上的材料以及基板的其他外露區域。

例如，相對於外露的含碳材料，可以在DARC材料上實現鎢垂直生長遮罩的沉積。具體而言，相對於外露的非晶碳化物材料，可以在矽氧氮化物材料上實現鎢垂直生長遮罩的沉積。在一些實施例中，相對於DARC材料，可以在聚合物BARC材料上實現垂直生長遮罩的沉積。

使用特定的特徵部幾何形狀也可以實現選擇性沉積。例如，在沉積之前，圖案化蝕刻遮罩的正特徵部之間的空間的深寬比可以在約50：1至約200：1的範圍內。在沉積前，圖案化蝕刻遮罩的正特徵部之間的負特徵部的寬度為介於約10 nm至大約200 nm之間，可以實現垂直生長遮罩的選擇性沉積。在圖案化蝕刻遮罩的正特徵部之間的負特徵部的深度為至少約20 nm的情況下，可以實現垂直生長遮罩的選擇性沉積。

可以透過在電漿增強化學氣相沉積型的製程中同時引入一或多種處理氣體和一或多種載氣並點燃電漿來執行操作140 。

在電漿增強原子層沉積(PEALD)型的製程中，可以透過以交替脈衝方式來引入一或多種處理氣體和一或多種載氣，並在引入處理氣體或載氣至少其中之一或兩者期間點燃電漿來執行操作140。

交替脈衝沉積係透過重複循環來進行。一個循環可以包括一個脈衝的第一氣體以及一個脈衝的第二不同氣體，其中第二氣體在第一氣體的脈衝期間不流動，且第一氣體在第二氣體的脈衝期間不流動。

在一個實例中，在操作140 期間執行的沉積循環是六氟化鎢的脈衝以及氬/氫混合物的脈衝。

沉積週期中的每個脈衝可以是特定的持續時間。第一氣體的脈衝和第二氣體的脈衝可以具有不同的持續時間。第一氣體的脈衝和第二氣體的脈衝可以具有相同的持續時間。在一實例中，六氟化鎢的脈衝可在約100 毫秒至約10秒之間，而氬/氫混合物的脈衝可在約100 毫秒至約10秒之間。

在一些實施例中，第二氣體用於清除或處理基板。例如，在一些實施例中，特定之圖案化蝕刻遮罩長時間暴露於六氟化鎢可導致圖案化蝕刻遮罩的劣化，且/或下伏目標層的長時間暴露可能導致目標層的劣化。交替引入六氟化鎢以及引入可以清除基板表面的載氣或載氣混合物可以防止對圖案化蝕刻遮罩及目標層的不想要之蝕刻或修整。在載氣脈衝期間，可點燃電漿。

在循環沉積的諸多實施例中，執行處理氣體和載氣的交替脈衝的多個循環，例如至少約2 個循環，或在約3 個循環到約20 個循環之間。另外，由於每個脈衝的持續時間可以變化，所以循環數便可以依據每個脈衝的持續時間以及垂直生長遮罩的期望厚度來決定。

在一些實施例中，取決於期望的沉積輪廓，製程條件可以依據每個循環而變化。

回到圖1 ，在操作160中，使用圖案化蝕刻遮罩和沉積的垂直生長遮罩作為遮罩來蝕刻位於圖案化蝕刻遮罩下方的目標層。圖案化蝕刻遮罩以及沉積的垂直生長遮罩具有相似的臨界尺寸，而間距保持相同，並且在遮罩的特徵部之間的空間兩側基本上是包括圖案化蝕刻遮罩材料以及垂直生長遮罩材料的側壁。使用這些特徵部作為遮罩來執行蝕刻，且使用對蝕刻目標層具有選擇性的化學物質，使得目標層的蝕刻速率實質上大於垂直生長遮罩的蝕刻速率。蝕刻速率取決於所使用之蝕刻氣體的組成以及製程條件。蝕刻氣體取決於目標層的材料以及目標層可能被蝕刻的深度。

在一例中，目標層為非晶碳層，且所使用的蝕刻氣體包括具有化學式為CxFyHz的氟碳化物，其中x是1-4 ，y 是1-8 ，且z是1-6。在蝕刻期間可以點燃電漿。對於單一晶圓，可以使用約50 W 至約3000 W 之間的電漿功率來點燃電漿。使用電漿功率300 W點燃之CF₄ 電漿進行之非晶碳的蝕刻速率可以是至少約1.5倍於鎢垂直生長遮罩的蝕刻速率。

儘管蝕刻可以是選擇性的，使得目標層的蝕刻速度比遮罩快，但是應當理解，在一些實施例中，垂直生長遮罩在長時間暴露於用於目標層的蝕刻化學物質下可能會劣化。在諸多實施例中，可以透過重複操作140來暫時停止對目標層的蝕刻，以沉積額外的垂直生長遮罩，然後再繼續在操作160中進行蝕刻。

在一些實施例中，操作140和160同時執行。也就是說，在一些實施例中，可以透過引入多個製程氣體的選擇並調節包括溫度和電漿功率的製程條件，以在蝕刻目標層的同時減少垂直生長遮罩的耗盡而在蝕刻目標層的同時發生垂直生長遮罩的沉積。具體示例在下面進一步描述。

同時蝕刻目標層和沉積垂直生長遮罩具有多個優點。首先，用於沉積垂直生長遮罩的氣體可以輸送到用於蝕刻目標層的同一腔室中，同時流入用於蝕刻目標層的蝕刻氣體，從而提高效率並避免在腔室之間、工作站之間或甚至在用於形成遮罩和蝕刻目標層的工具之間移動晶圓。其次，由於連續引入垂直生長遮罩沉積氣體化學物質，所以在蝕刻目標層時幾乎沒有或完全沒有遮罩劣化的風險。 如此可以允許蝕刻非常厚的材料，其涉及到在蝕刻非常厚的材料期間長時間暴露於蝕刻化學物質而不會使遮罩劣化。例如，待蝕刻的目標層的厚度可以在約500 nm至約5000 nm之間。第三，仔細調整製程條件，以使垂直生長遮罩的沉積具有與圖案化蝕刻遮罩的臨界尺寸基本相同的臨界尺寸，因此即使目標層暴露於垂直生長遮罩的沉積氣體中，垂直生長遮罩僅沉積在圖案化蝕刻遮罩的場域上或者在沉積的垂直生長遮罩的場域上，很少會或完全不會沉積在圖案化蝕刻遮罩或垂直生長遮罩之間的空間的側壁上。

同時蝕刻和沉積垂直生長遮罩涉及調節製程條件及氣流，以實現目標層的可容忍蝕刻速率並同時保持垂直生長遮罩的厚度以防止在蝕刻目標層期間劣化。在一些實施例中，同時執行操作140 和160 係涉及引入適於蝕刻目標層的一或多種氣體以及適於一起沉積垂直生長遮罩的一或多種氣體。上面關於操作160 中已描述了適於蝕刻目標層的一或多種氣體。上面關於操作140 中則描述了適於沉積垂直生長遮罩的一或多種氣體。在一些實施例中，適於蝕刻目標層的一或多種氣體包括氟碳化物氣體。在一些實施例中，適於沉積垂直生長遮罩的一或多種氣體包括含鎢的氣體。在諸多實施例中，氟碳化物氣體流速與含鎢氣體流速的比率會影響目標層的蝕刻速率以及垂直生長遮罩的沉積速率。在諸多實施例中，在目標層為非晶碳、且垂直生長遮罩是沉積在SiON圖案化蝕刻遮罩上的鎢遮罩的情況下，四氟化碳氣體流速與六氟化鎢氣體流速之比率在約20：1 至約1：1之間。 在一些實施例中，氟碳化物氣體係以低於所輸送之所有氣體之總流速的約80％的流速被輸送。在諸多實施例中，同時進行蝕刻和沉積可以導致在垂直生長遮罩的淨沉積速率0.5 nm/秒的情況下達到目標層1 nm/秒的淨蝕刻速率。

在一個示例中，目標層是非晶碳，且垂直生長遮罩是沉積在SiON圖案化蝕刻遮罩（具有50 nm的臨界尺寸）上之鎢遮罩的情況下，且垂直生長遮罩是透過在基板溫度為60 °C、腔室壓力為20 m Torr下執行三個循環所沉積的，每個循環包括流量30 sccm、持續時間為10 秒的一脈衝之六氟化鎢以及一脈衝的氬/氫電漿，其係在氬氣流速200 sccm、氫氣流速200 sccm、基板溫度60 °C、腔室壓力20 mTorr的條件，於300 W 的電漿功率下點燃。沉積之垂直生長遮罩的臨界尺寸為50 nm，厚度為50 nm ，且沒有在SiON圖案化蝕刻遮罩的側壁上沉積。

在另一實例中，目標層為非晶碳，且垂直生長遮罩是沉積在SiON圖案化蝕刻遮罩（具有50 nm的臨界尺寸）上之鎢遮罩。透過以大約10 sccm 的流速引入六氟化鎢、以50 sccm 的流速引入氟碳化物氣體（例如CH₂ F₂ 和SF₆ ）並點燃氦電漿 ，在沉積垂直生長遮罩的同時蝕刻非晶碳層，其中氦流速為300 sccm、電漿功率300 W、基板溫度40 ℃以及腔室壓力10 mTorr。沉積之垂直生長遮罩的臨界尺寸為50 nm，厚度為50 nm ，且沒有在SiON圖案化蝕刻遮罩的側壁上沉積，且蝕刻的非晶碳層的量小於約20A。

在一些實施例中，操作140和160可以交替執行、依序執行、也可以重複包含操作140接著操作160的循環並多次重複該循環。在一些實施例中，操作140係在執行操作160一段持續時間之後執行，使得操作140作用為補足垂直生長遮罩在操作過程160中的劣化。

下面進一步描述特定示例。

圖2為一製程流程圖，說明根據某些揭露之實施例而執行的操作。圖2提供了一製程流程範例，用於將圖案化光阻的圖案轉移到抗反射層並且在圖案化之抗反射遮罩上選擇性沉積一垂直遮罩，以形成包括抗反射層以及垂直遮罩兩者之多層遮罩，並使用多層遮罩來蝕刻目標層。

在操作220中，提供在目標層上方之抗反射層上具有圖案化光阻的圖案化半導體基板。吾人將理解到，在一些實施例中，可以有一個以上的抗反射層以及例如蓋層、阻障層等的其他層在基板上。

圖3 為操作220中所提供之示例性半導體基板的示意圖。儘管在此描述了特定的材料並且在圖3中描繪了特定的堆疊，但是應當理解，可以提供其他半導體基板用於圖2之操作220。

圖3包括目標層300，其可以是任何合適的材料。在一些實施例中，目標層300可以是非晶碳層。在目標層300上方的是DARC層302，在一些實施例中，它可以是一種含矽材料，例如矽氧化物、矽氮化物以及矽氧氮化物中的任何一或多種。在DARC層302 上方是BARC層305，其可以是透過旋塗法沉積的聚合物材料。BARC層305 的頂表面包括圖案化光阻307，其可以被微影圖案化且包含矽、碳或兩者兼具。

回到圖2，在操作230中，蝕刻抗反射層以形成圖案化蝕刻遮罩。操作230係涉及取決於層的材料，提供一或多種適於蝕刻抗反射層的蝕刻氣體，以及可選地點燃電漿並施加偏壓。蝕刻對於抗反射層的下伏層是選擇性的，以防止蝕刻下伏層。

圖4及圖5 顯示在操作230中蝕刻抗反射層之後的示例性半導體基板示意圖。圖4 顯示具有目標層300和DARC層302的基板，其中圖3之BARC層305經蝕刻後形成圖案化之BARC層405。如此形成了包括圖案化之BARC層405的圖案化蝕刻遮罩，其可接著被用於蝕刻例如DARC層302的下伏層。

在一些實施例中，操作230還包括蝕刻DARC層302。圖5顯示出在蝕刻BARC層305以形成圖案化BARC層405、蝕刻DARC層302以形成圖案化的DARC層502之後之具有目標層300的基板。圖案化光阻307係被移除以及/或因蝕刻不同的抗反射層而劣化。如此形成了包括圖案化BARC層405以及圖案化DARC層502兩者之圖案化蝕刻遮罩。

返回圖2 ，在操作240中，將垂直生長遮罩沉積在操作230中所形成的圖案化蝕刻遮罩的外露場域上。操作240可以使用任何合適的製程氣體、製程條件以及與上述圖1中所描述之操作140相關的其他特徵來進行。例如，可以在點燃電漿的同時，使用一或多個循環的含鎢前驅物以及氬氣與氫氣混合物的交替脈衝來沉積垂直生長遮罩。

圖6A和6B顯示一範例，其中，選擇性地形成一垂直遮罩的沉積，而不沉積在目標層300上且不蝕刻目標層300。圖6A顯示出繼圖5之後的基板，使得該基板包括目標層300、圖案化BARC層405以及圖案化DARC層502。可以是鎢的垂直生長遮罩600係沉積在圖案化BARC層405的場域上，而很少或完全沒有沉積在圖案化BARC層405或圖案化DARC層502 的側壁上或是在目標層300的外露表面上。

圖6B顯示出在圖2之操作240後，基板經執行一段持續時間而足以形成較厚的垂直生長遮罩620。如圖6B所示，基板可暴露於製程氣體和製程條件，以實現對垂直遮罩620的選擇性垂直沉積、但不沉積在圖案化BARC層405 或圖案化DARC層502的側壁上或目標層300的外露表面上。較厚的垂直生長遮罩620的臨界尺寸與圖案化DARC層502和圖案化BARC層405 的臨界尺寸大致相同。

回到圖2，在操作260中，使用圖案化蝕刻遮罩和垂直遮罩作為遮罩來蝕刻目標層300。可以使用上述關於圖1所述之關於操作160所述的任何合適的處理氣體、製程條件以及其他特徵來執行操作260。

如同圖1中之沉積和蝕刻操作一樣，操作240和260也可以同時執行，或者可以在單獨操作中執行，且可以重複多個循環。上述關於操作140和160 之同時、依序以及重複操作的變化均可應用於操作240和260。

圖7A和7B顯示出一範例，其中在蝕刻目標層的同時，垂直遮罩之選擇性沉積地形成並不會沉積在目標層上，也不蝕刻目標層。

圖7A顯示繼圖5之後的基板，使得該基板包括目標層300、圖案化BARC層405以及圖案化DARC層502。可以是鎢的垂直生長遮罩700沉積在圖案化BARC層405的場域上，而很少或完全沒有沉積在圖案化BARC層405 或圖案化DARC層502的側壁上或在目標層300的外露表面上。

圖7B顯示出在圖2之操作240及260同時在基板執行一段持續時間而足以大量蝕刻目標層300，以在目標層300中形成負特徵部702，進而形成蝕刻目標層307，並同時維持以及/或增加垂直生長遮罩700之厚度。持續暴露於用於沉積垂直生長遮罩700的氣體以及用於蝕刻目標層300的氣體的這兩種氣體可以達到這個結果。雖然在圖7B中垂直生長遮罩700的厚度被描繪為大致相同於圖7A中之垂直生長遮罩700的厚度，但吾人將理解到，在一些實施例中，在持續暴露於用於蝕刻目標層300的蝕刻氣體以及用於沉積垂直生長遮罩700的氣體這兩者之後，厚度可以是不同的。

圖8A和8B顯示顯示出一範例，其中垂直遮罩之沉積以及對在目標層的蝕刻係以交替脈衝的方式在循環處理中執行。垂直遮罩之選擇性地形成並不會沉積在目標層上，也不蝕刻目標層。

圖8A顯示繼圖5且執行操作260之後的基板，使得在蝕刻之前的垂直生長遮罩800 的輪廓暴露於用於使用圖案化BARC層405及圖案化DARC層502作為遮罩來蝕刻目標層300的蝕刻劑，以形成部分蝕刻目標層308。在此操作中，目標層300被蝕刻的量係以箭頭801標示，而垂直生長遮罩800可能有一些材料被蝕刻而造成蝕刻的垂直生長遮罩810。這種情況是可能發生的，當垂直生長遮罩800的蝕刻速率比目標層300 的蝕刻速率慢得多，但是暴露時間卻長得足以蝕刻一些垂直生長遮罩800。

圖8B顯示繼圖8A且在重複執行操作240之後的基板，以補充垂直生長遮罩820而不蝕刻部分蝕刻目標層308或沉積例如鎢的垂直生長遮罩材料在圖案化BARC層405 、圖案化DARC層502的側壁上或部分蝕刻目標層308的表面上。

圖8C顯示繼圖8B且在重複執行操作260之後的基板，以進一步蝕刻部分蝕刻目標層308以形成額外蝕刻目標層318，俾使附加的厚度被除去，如箭頭802所示。蝕刻還可以進一步除去一些補充的垂直生長遮罩820，以形成進一步的蝕刻垂直生長遮罩821。操作240和260 可交替重複循環以繼續蝕刻目標層並同時補充垂直生長遮罩。在一些實施例中，垂直生長遮罩會被沉積到足夠的厚度，使得不用執行垂直生長遮罩的再沉積。在一些實施例中，垂直生長遮罩被沉積到一定的厚度，使得垂直生長遮罩的再沉積僅在被蝕刻的目標層的每個厚度上執行一次，其可以根據所沉積的垂直生長遮罩的組成和厚度而變化。  在一些實施例中，是可能沉積一厚的垂直生長遮罩，之後蝕刻目標層而不必再沉積額外的垂直生長遮罩，尤其是在如果蝕刻化學物質相對於垂直生長遮罩而對蝕刻目標層具高度選擇性時。

本文所述的諸多實施例可用於多種應用，包括極紫外（EUV）圖案化、3D NAND遮罩蝕刻（例如蝕刻含碳材料或摻雜的含碳材料）以及衝壓應用。衝壓應用的一個例子是一種用於蝕刻高深寬比的孔和溝槽圖案的製程，以在孔或溝槽的底部「衝壓」出目標薄膜，並使在特徵頂部的薄膜損失最小。本文提供之用於在具有BARC和DARC層的堆疊上蝕刻含碳層的一些範例可能與EUV圖案化製程有關。 設備

在某些實施例中，感應耦合電漿（ICP）反應器可能適於執行某些揭露之實施例，其包括垂直遮罩的沉積以及使用垂直遮罩對目標層的蝕刻。這樣的ICP反應器已經在2013年12月10日提交之發明名稱為「IMAGE REVERSAL WITH AHM GAP FILL FOR MULTIPLE PETTERNING」的美國專利公開案第2014/0170853號中進行了描述，在此為了所有目的而將全文併入以供參照。儘管本文描述了ICP反應器，但是在一些實施例中，應當理解也可以使用電容耦合電漿反應器。

圖9示意性地顯示出適於實現本文某些實施例之感應耦合電漿整合蝕刻及沉積設備900 的橫剖面圖，其一範例為由加州弗里蒙特的Lam Research Corp. 所生產的Kiyo™反應器。感應耦合電漿設備900包括結構上由室壁及窗911所定義之總體處理室901。室壁可以由不銹鋼或鋁來製造。窗911可以由石英或其他介電材料製成。可選的內部電漿格柵950將總體處理室901切分成上部子腔室902和下部子腔室903。在大多數實施例中，電漿格柵950可以被移除，從而利用子腔室902及903的腔室空間。卡盤917位於下部子腔室903內靠近底部內表面之處。卡盤917之構造係用以接收並保持在其上執行蝕刻和沉積製程的半導體晶圓919。卡盤917可以是用於當存在晶圓919時支撐晶圓919的靜電卡盤。在一些實施例中，邊緣環（未示出）係圍繞卡盤917，並且當晶圓919存在於卡盤917上時，該邊緣環具有與晶圓919的頂表面近似平坦的上表面。卡盤917還包括靜電電極，用於夾持和脫夾晶圓。為此目的可以提供濾波器和DC箝位電源（未顯示）。也可以提供用於將晶圓919從卡盤917提起的其他控制系統。卡盤917可使用RF電源923來充電。 RF電源923係透過連接部927而連接到匹配電路921。匹配電路921則透過連接部925而連接到卡盤917。 以這種方式，RF電源923係連接到卡盤917。

電漿生成的元件包括位於窗911上方的線圈933。在一些實施例中，線圈未在揭露的實施例使用。線圈933由導電材料製成並且包括至少一完整的匝圈。圖9 所示之線圈933 的例子包括三個匝圈。線圈933之橫剖面顯示有符號，具有「X」符號的線圈係旋轉延伸進入頁面，而具有「●」線圈旋轉延伸出頁面。用於產生電漿的元件還包括RF電源941，其配置係用以供應RF功率至線圈933。一般而言，RF電源941係透過連接部945而連接到匹配電路939。匹配電路939則透過連接部943而連接到線圈933。 以這種方式，RF電源941係連接到卡盤917線圈933。一種可選的法拉第屏蔽949位於線圈933及窗911之間。法拉第屏蔽949係相對於線圈933而保持間隔開的關係。法拉第屏蔽949係設置在窗911的正上方。線圈933、法拉第屏蔽949以及窗911中之每一個的配置係用以實質與彼此平行。法拉第屏蔽可以防止金屬或其他物質沉積在電漿室901的介電窗上。

處理氣體（例如六氟化鎢的金屬鹵化物、氬、氫、氟碳化物等）可透過一或多個位於上腔室902中的主氣流入口960及/或透過一或多個側氣流入口970而流入處理腔室901中。同樣的，雖然沒有明確示出，類似的氣流入口可用於供給處理氣體至電容耦合電漿處理室。例如一段式或兩段式的機械乾式泵及/或渦輪分子泵940的真空泵可以用來將處理氣體自處理腔室901抽出、並維持處理腔室901內的壓力。例如在清除操作中，可能用於清洗腔室的泵可用於抽空腔室901，以防止鹵素物質修整或蝕刻遮罩。一種閥控制的導管可用於將真空泵流體連接至處理室901，以便選擇性的控制由真空泵提供之真空環境的應用。這可以在操作電漿處理期間採用一個例如節流閥（未示出）或擺閥（未示出）的封閉-迴路-控制的限流裝置而辦到。同樣地，也可以採用真空泵和連接至電容耦合電漿處理室之閥控制的流體連接部而達成。

在設備操作期間，可透過氣流入口960和/或970供應一或多種製程氣體。在某些實施例中，可僅透過主氣流入口960 供應製程氣體，或僅透過側氣流入口970。在一些情況下，在圖中所示的氣流入口可以替換成例如一或多個噴淋頭之更複雜的氣流入口。法拉第屏蔽949及/或可選的格柵950可以包括內部通道和孔，以允許將處理氣體輸送到腔室901中。法拉第屏蔽949及/或可選的格柵950其中之一或兩者都可以用作輸送製程氣體的噴淋頭。在一些實施例中，一液體汽化及輸送系統可位於腔室901的上游，使得一旦液體反應劑或前驅物被汽化，汽化的反應劑或前驅物便經由氣流入口960及/或970而被引入腔室901中。

從RF電源941供應射頻功率至線圈933，以引起RF電流流過線圈933。流過線圈933之RF電流會在線圈933附近產生電磁場。該電磁場則會在上部子腔室902 內產生感應電流。各種產生之離子和自由基與晶圓919 的物理及化學相互作用係選擇性地蝕刻晶圓上之特徵部並沉積層在晶圓上。

如果使用電漿格柵使得有上部子腔室902以及下部子腔室903兩者，感應電流便會作用於上部子腔室902中存在的氣體，而在上部子腔室902中產生電子-離子電漿。可選的內部電漿格柵950會限制下部子腔室903中的熱電子數量。在某些實施例中，該設備的設計和操作係俾使存在於下部子腔室903中的電漿為離子-離子電漿。

上部電子離子電漿以及下部離子離子電漿兩者都可以包含正離子和負離子，儘管離子離子電漿的負離子對正離子將具有更大比例。揮發性的蝕刻和/或沉積副產物可以透過端口922 而自下部子腔室903中除去。本文揭露之卡盤917可以在約10℃至約250℃的高溫下操作。溫度將取決於製程操作和特定配方。

當腔室901安裝在無塵室或製造設施中時，其可耦合至複數設備（未示出）。設備包括提供處理氣體、真空、溫度控制和環境顆粒控制的管線。當安裝在目標製造設備中時，這些設備便耦合到腔室901。另外，腔室901可以耦合至傳送腔室，該傳送腔室允許機器人使用典型的自動化方式將半導體晶圓傳送進出腔室901。

在一些實施例中，系統控制器930（其可以包括一或多個物理或邏輯控制器）控制了處理室的一些或全部操作。系統控制器930可以包括一或多個儲存裝置以及一或多個處理器。在一些實施例中，該設備包括在執行揭露實施例時，用於控制流速和持續時間的切換系統。在一些實施例中，該設備可具有高達約500ms或高達約750ms的切換時間。轉換時間可能取決於流動化學物質、所選配方、反應器結構和其他因素。

在一些實施例中，控制器930是系統的一部分，其可以是上述示例的一部分。這樣的系統可以包括半導體處理設備，其包括單一處理工具或多個處理工具、單一腔室或多個腔室、單一用於製程之平台或多個用於製程之平台，以及/或特定的處理組件（晶圓基座、氣流系統等）。這些系統可以與電子產品整合在一起，以在半導體晶圓或基板的處理之前、中、後來控制它們的操作。這些電子產品可以被稱為「控制器」，其可以控制單一系統或多個系統的各個部件或子部件。取決於處理參數和/或系統的類型，控制器930可經程式化而控制本文揭露之任一處理，包括處理氣體的輸送、溫度設定（例如，加熱和/或冷卻）、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻（RF）產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體輸送設定、位置和操作設定、晶圓進出工具和其他傳送工具的傳送、以及/或與特定系統連接或接口的負載鎖。

廣義來說，控制器930可以被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體及/或軟體的電子設備，其接收指令、發出指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點測量等。積體電路可包含韌體形式的晶片，其儲存程式指令、數位訊號處理器（DSP）、定義為專用積體電路（ASIC）的晶片及/或執行程式指令之一或多個微處理器或微控制器（例如軟體）。程式指令可以是以各種個別設定（或程式文件）的形式傳遞給控制器的指令，其定義用於在半導體晶圓或系統上或針對半導體晶片或系統執行特定處理的操作參數。在一些實施例中，操作參數可以是由製程工程師定義的配方的一部分，以在製造下列一或多個的期間完成一或多個處理步驟:層、材料、金屬、氧化物、矽、矽氧化物、表面、電路以及/或晶圓之晶粒。

在一些實施方式中，控制器930可以是電腦的一部份或是耦合至電腦，而該電腦則是整合至系統、耦合至系統或與系統聯網，或前述的組合。例如，控制器可以在「雲端」中或在晶圓廠電腦主機系統的全部或一部分中，如此可以允許對晶圓處理的遠端存取。該電腦可以對系統進行遠端存取，以監控製造操作的當前進度、檢查過去製造操作的歷史、檢查來自多個製造操作的趨勢或性能指標、改變當前製程的參數、設定製程步驟以接續當前製程、或開始新的製程。在一些例子中，遠端電腦（例如伺服器）可以通過網路向系統提供製程配方，該網路可以包含區域網路或網際網路。遠端電腦可以包含使用者界面，而使得能夠對參數及/或設定進行輸入或程式化，然後將參數及/或設定從遠端電腦傳送到系統。在一些例子中，控制器930接收數據形式的指令，其為在一或多個操作期間要執行的每個製程步驟指定參數。吾人應理解，參數係針對於欲進行製程的類型以及控制器用以與之相接或控制的工具類型。因此如上所述，可以例如透過包含被聯網在一起並朝著共同目的而工作的一或多個離散控制器（例如本文中所描述的過程和控制）來分佈控制器930。用於此種目的之分佈式控制器的例子為腔室中的一或多個積體電路，其與遠端（例如，在平台等級或作為遠端電腦的一部分）的一或多個積體電路進行通信，這些積體電路相結合以控制腔室中的製程。

系統範例可以包含電漿蝕刻室或模組、沉積室或模組、旋轉清洗室或模組、金屬電鍍室或模組、清潔室或模組、斜面邊緣蝕刻室或模組、物理氣相沉積（PVD）室或模組、化學氣相沉積（CVD）室或模組、ALD腔室或模組、ALE腔室或模組、離子植入室或模組、徑跡室或模組、以及可以與半導體晶圓製造和/或生產中相關聯或用於其中之任何其他半導體處理系統，而不受任何限制。

如上所述，取決於工具要執行的一或多個製程步驟，控制器可以與下列一或多個通信:其他工具電路或模組、其他工具組件、叢集工具、其他工具界面、相鄰工具、鄰近工具、遍佈工廠的工具、主電腦、另一控制器或用於可將晶圓容器往返於半導體製造工廠的工具位置和/或裝載埠之材料運輸的工具。

圖10 描繪了具有與真空傳輸模組1038（VTM）相接之諸多模組的半導體製程叢集架構。用於在多個儲存設施和處理模組之間「轉移」晶圓之轉移模組的配置可以被稱為「叢集工具架構」系統。在VTM 1038中顯示具有四個處理模組1020a-1020d的氣匣1030，也稱為負載鎖或傳送模組，其可以被個別最佳化以執行各種製造處理。舉例來說，處理模組1020a-1020d可以安裝用於執行基板蝕刻、沉積、離子注入、晶圓清潔、濺射和/或其他半導體製程。在一些實施例中，係在同一模組中執行垂直遮罩的沉積、對圖案化蝕刻遮罩的蝕刻以及對目標層的蝕刻中的任何一個。在一些實施例中，則是在同一工具的不同模組中執行垂直遮罩的沉積、對圖案化蝕刻遮罩的蝕刻以及對目標層的蝕刻中的任何一個。一或多個基板蝕刻處理模組（1020a-1020d中的任一個）可以如本文所揭露之方式實現，即用於垂直遮罩的沉積、對圖案化蝕刻遮罩的蝕刻以及對目標層的蝕刻中的任何一個、以及根據所揭露之實施例之其他合適的功能。氣匣1030和處理模組1020可被稱為「工作站」。每個工作站都有一個刻面1036而使該工作站介接於VTM1038。在每一刻面內，感應器1-18被用於當晶圓1026移動在各別工作站之間時檢測其通過。

機器人1022 在工作站之間轉移晶圓1026。在一實施例中，機器人1022具有一個臂，而在另一實施例中，機器人1022具有兩個臂，其中每個臂具有末端作用器1024，以拾取例如晶圓1026的晶圓進行運輸。大氣傳送模組（ATM）1040中的前端機器人1032係用於將晶圓1026從裝載端模組（LPM）1042中的卡匣或前開式晶圓傳送盒（FOUP）1034 傳送到氣匣1030。處理模組1020內之模組中心1028是用於放置晶圓1026的一個位置。在ATM 1040中的對準器1044係用於對準晶圓。

在示例性處理方法中，將晶圓放置在LPM 1042 中的其中一個FOUP 1034中。前端機器人1032將晶圓從FOUP 1034傳送到對準器10 44，這允許晶圓1026在蝕刻或處理之前適當的置中。在對準之後，晶圓1026被前端機器人1032移動到氣匣1030中。因為氣匣模組具有匹配ATM和VTM之間的環境的能力，所以晶圓1026能夠在兩個壓力環境下之間移動而不受損壞。晶圓1026被機器人1022從氣匣模組1030移動穿過VTM 1038而到處理模組 1020a-1020d 其中之一中。為了實現該晶圓移動，機器人1022 使用在其每個臂上的末端執行器1024。一旦晶圓1026處理完，便由機器人1022從處理模組1020a-1020d移動到氣匣組件1030。從這裡，晶圓1026便可以被前端機器人1032移動到FOUP 1034其中之一或到對準器1044。

應該注意的是，控制晶圓移動的電腦可以位於叢集架構的當地，也可以位於製造樓層中之叢集架構的外部，或者位於遠端的位置而透過網路連接到叢集架構。上面圖9所述之控制器可以用圖10中的工具來實現。

本文所揭露之實施例係描述了材料在例如晶圓、基板或其他工件之基板上的沉積。工件可以具有各種形狀、尺寸和材料。在此應用中，用語「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」和「部分製造的積體電路」可互換使用。精於本領域之具有一般技藝者將理解，用語「部分製造的積體電路」可以指稱是在其上進行積體電路製造的許多階段中的任何一個期間的矽晶圓。 結論

儘管出於清楚理解的目的已詳述了前述實施例，但是顯而易見的是，可以在所附申請專利範圍內進行某些改變和修改。吾人應該注意的是，有許多實現本實施例之製程、系統和設備的替代方式。因此，本實施例應被認為是說明性的而不是限制性的，且實施例並不受限於此處給出的細節。

120:步驟 140:步驟 160:步驟 220:步驟 230:步驟 240:步驟 260:步驟 300:目標層 302:DARC層 305:BARC層 307:圖案化光阻 308:部分蝕刻目標層 318:額外蝕刻目標層 405:圖案化BARC層 502:圖案化DARC層 600:垂直生長遮罩 620:垂直生長遮罩 700:垂直生長遮罩 702:負特徵部 800:垂直生長遮罩 801:箭頭 802:箭頭 810:蝕刻的垂直生長遮罩 820:垂直生長遮罩 821:蝕刻垂直生長遮罩 900:感應耦合電漿設備 901:總體處理室 902:上部子腔室 903:下部子腔室 911:窗 917:卡盤 919:晶圓 921:匹配電路 922:端口 923:RF電源 925:連接部 927:連接部 930:系統控制器 933:線圈 939:匹配電路 940:機械乾式泵及/或渦輪分子泵 941:RF電源 943:連接部 945:連接部 949:法拉第屏蔽 950:電漿格柵 960:主氣流入口 970:側氣流入口 1020a-1020d:處理模組 1022:機器人 1024:末端作用器 1026:晶圓 1028:模組中心 1030:氣匣 1032:前端機器人 1034:前開式晶圓傳送盒（FOUP） 1036:刻面 1038:真空傳輸模組（VTM） 1040:大氣傳送模組（ATM） 1042:裝載端模組（LPM） 1044:對準器

圖1為一製程流程圖，說明根據某些揭露之實施例而執行的操作;

圖2為一製程流程圖，說明根據某些揭露之實施例而執行的操作;

圖3、4、5、6A-6B、7A-7B和8A-8C為某些揭露之實施例中正在進行操作之基板的示意圖;

圖9為用於執行某些揭露之實施例之處理室範例的示意圖;

圖10為用於執行某些揭露之實施例之處理設備範例的示意圖。

220:步驟

230:步驟

240:步驟

260:步驟

Claims (24)

1. 一種用於處理基板之方法，包含：提供一半導體基板，其包含一含碳目標層、一抗反射層以及一圖案化光阻；圖案化該抗反射層以形成一圖案化抗反射遮罩；將該半導體基板暴露至含鎢前驅物並在條件下點燃電漿，以選擇性地沉積一含鎢遮罩，以在該圖案化抗反射遮罩之場域上形成一圖案化含鎢遮罩；以及利用該圖案化抗反射遮罩以及該圖案化含鎢遮罩而使該含碳目標層圖案化。
2. 一種用於處理基板之方法，包含：提供一半導體基板，其具有一目標層以及具有第一臨界尺寸之圖案化蝕刻遮罩；且將該半導體基板暴露至電漿，以在該圖案化蝕刻遮罩上形成具有第二臨界尺寸之鎢材料，該電漿係利用含鎢前驅物的一或更多脈衝以及氬和氫氣的混合物的一或更多脈衝於低於約160℃之基板溫度在約100W至約500W之間的電漿功率下所產生，其中該第二臨界尺寸係為該第一臨界尺寸的約150%以內。
3. 如請求項1之方法，其中選擇性地沉積該含鎢遮罩之該步驟包含將該場域暴露至含鎢氣體。
4. 如請求項3之方法，其中該含鎢氣體係與稀釋氣體一同輸送。
5. 如請求項4之方法，其中該稀釋氣體係選自由下列者所組成之群組：氬氣、氫氣、以及其混合物。
6. 如請求項3之方法，其中該含鎢氣體為鎢鹵化物。
7. 如請求項6之方法，其中該鎢鹵化物係選自由下列者所組成之群組：六氟化鎢以及六氯化鎢。
8. 如請求項3之方法，其中於該場域上選擇性沉積該含鎢遮罩之該步驟更包含在含有含鎢氣體的環境中點燃電漿。
9. 如請求項8之方法，其中該電漿係在約100W至約500W之間的電漿功率中產生。
10. 如請求項1之方法，其中選擇性地沉積該含鎢遮罩之該步驟係在具有介於約10mTorr至約100mTorr的腔室壓力之處理室中執行。
11. 如請求項1之方法，其中選擇性地沉積該含鎢遮罩之該步驟係包含調節選自由下列各者組成之群組的處理條件而執行：電漿功率、腔室壓力以及基板溫度。
12. 如請求項2之方法，其中該圖案化蝕刻遮罩之厚度係介於約5nm至約200nm。
13. 如請求項2之方法，其中該圖案化蝕刻遮罩包含選自由下列各者組成之群組的材料：矽氧化物、矽氮化物、矽氧氮化物及其組合。
14. 如請求項2之方法，其中該圖案化蝕刻遮罩包含光阻。
15. 如請求項1-2中之任一項之方法，其中該目標層包含抗反射塗層。
16. 如請求項1-2中之任一項之方法，其中該目標層之厚度係介於約500nm至約5000nm。
17. 一種用於處理基板之設備，其包含： 反應室，其包含用以支撐基板之支座，該基板包含具有第一臨界尺寸之圖案化蝕刻遮罩；耦合至該反應室之電漿功率，其用以產生電漿；耦合至該反應室之一或多個第一氣體入口；耦合至該反應室之第二氣體入口；以及控制器，包含用以造成一或更多操作之性能的指令，該操作包含：使導入含鎢前驅物以及氬氣和氫氣之混合物；使利用約100W至約500W之間的電漿功率產生該電漿；以及使該支座之溫度設定在低於約160℃，從而在該圖案化蝕刻遮罩上造成具有第二臨界尺寸之鎢材料的形成；其中該第二臨界尺寸係為該第一臨界尺寸的約150%以內。
18. 如請求項17之設備，其中該圖案化蝕刻遮罩之厚度係介於約5nm至約200nm。
19. 如請求項17之設備，其中該圖案化蝕刻遮罩包含選自由下列各者組成之群組的材料：矽氧化物、矽氮化物、矽氧氮化物及其組合。
20. 如請求項17之設備，其中該圖案化蝕刻遮罩包含光阻。
21. 如請求項17之設備，其中該基板更包含目標層。
22. 如請求項21之設備，其中該目標層包含抗反射塗層。
23. 如請求項21之設備，其中該目標層之厚度係介於約500nm至約5000nm。
24. 如請求項17之設備，其中該含鎢前驅物係在一或更多脈衝中引入，且該氬和氫氣之混合物係在一或更多脈衝中引入。

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