專利名稱：通過Ar濺射進行硬質掩膜CD控制的方法
技術領域：
本發明涉及一種通過蝕刻蝕刻層而在半導體晶片上形成半導體器件的方法。更具體地，本發明涉及將特征蝕刻到硅基蝕刻層中。
背景技術：
在通過硬質掩膜來蝕刻硅基層時，硬質掩膜的側壁可能腐蝕，這增加了被蝕刻特征的空間⑶，其中條(bar)⑶變小。

發明內容
為了實現上述并且依照本發明的目的，提供一種用于在等離子體處理腔室中通過 帶圖案硬質掩膜將特征蝕刻到硅基蝕刻層中的方法。提供硅濺射以將硅從硅基蝕刻層濺射到帶圖案硬質掩膜的側壁上以在所述帶圖案硬質掩膜上形成額外側壁。通過帶圖案硬質掩膜來蝕刻所述蝕刻層。在本發明的另一呈現形式中，提供一種用于在等離子體處理腔室中通過帶圖案硬質掩膜將特征蝕刻到硅基蝕刻層中的方法。提供硅濺射，以將硅從硅基蝕刻層濺射到該帶圖案硬質掩膜的側壁上以在該帶圖案硬質掩膜上形成額外側壁，所述提供硅濺射包括使濺射氣體流入所述等離子體處理腔室中，其中所述濺射氣體包括氬氣并且無蝕刻劑；將濺射氣體形成等離子體以產生氬離子；提供大于200伏的偏壓，所述偏壓用足夠的能量將所述等離子體中的氬離子加速至所述硅基蝕刻層以使硅從所述硅基蝕刻層濺射；以及停止所述濺射氣體的流動。通過該帶圖案硬質掩膜來蝕刻所述蝕刻層。下面在本發明的詳細描述中并且結合下面的附圖對本發明的這些以及其它特征進行更加詳細的說明。


在附圖的圖中通過舉例說明而非限制的方式闡釋了本發明，其中相似的附圖標記指代相似的元件，并且在附圖中圖I為本發明的實施例的流程圖。圖2A-D為利用創造性工藝形成特征的示意圖。圖3為可用于本發明的實施例中的等離子體處理腔室的示意圖。圖4為可用于實現本發明的計算機系統的示意圖。圖5為硅濺射步驟的更詳細的流程圖。圖6為氧化步驟的更詳細的流程圖。圖7為蝕刻硅基蝕刻層的更詳細的流程圖。
具體實施例方式現在將參照如附圖中圖示出的幾個優選實施例對本發明進行詳細的說明。在下面的說明中，為了提供對本發明的全面理解，闡述了多個具體的細節。然而，本領域技術人員顯而易見的是，可不通過這些具體細節中的一些或全部來實現本發明。在其它實例中，為了避免不必要地混淆本發明，未對公知的工藝步驟和/或結構進行詳細的說明。圖I是本發明的實施例的高級流程圖。在該實施例中，帶圖案硬質掩膜形成在硅基蝕刻層的上方(步驟104)。硅基蝕刻層可以為襯底的部分，諸如硅晶片，或者可以為襯底上方的層，諸如形成在硅晶片上方的多晶硅層。硅基蝕刻層主要為硅，諸如單晶硅或多晶硅，或者為非定形硅，其可具有摻雜劑。硅基蝕刻層放置于等離子體處理腔室中(步驟108)。蝕刻層經過硅濺射(步驟112)。硅濺射將硅從硅基蝕刻層濺射到硬質掩膜的側壁上。將濺射的硅氧化(步驟116)。對硅基蝕刻層進行蝕刻(步驟118)。從等離子體處理腔室中去除襯底(步驟120)。在本發明的優選實施例中，氧化硅的硬質掩膜沉積到硅蝕刻層上方(步驟104)。在另一實施例中，硬質掩膜為氮化硅。圖2A為上面已經形成有帶圖案氧化硅掩膜204的硅蝕刻層208的示意性剖視圖。一個或多個中間圖案層可以布置在硅蝕刻層208和帶圖案氧化娃硬質掩膜204之間。另外，一個或多個層可以位于硬質掩膜204的上方或蝕刻層208的下方。在該示例中，多晶硅層212形成在硬質掩膜204的上方。硅基蝕刻層放置在處理工具中(步驟108)。圖3示意性地示出了依照本發明的一個實施例可用于執行蝕刻硅晶片的工藝的等離子體處理系統300的示例。等離子體處理系統300包括等離子體反應器302，離子體反應器302中設有等離子體處理腔室304。通過匹配網絡308調諧的等離子體電源306將電力供給至位于電力窗312附近的TCP線圈310以在等離子體處理腔室304中形成等離子體314。TCP線圈(上部電源)310可配置為在處理腔室304內生成均勻擴散輪廓。例如，TCP線圈310可被配置為在等離子體314中產生螺旋管形電力分布。設置電力窗312以將TCP線圈310與等離子體腔室304分離，同時容許能量從TCP線圈310傳遞至等離子體腔室304。由匹配網絡318調諧的晶片偏壓電源316向電極320提供電力以在由電極320支撐的晶片322上設定偏壓。控制器324設定用于等離子體電源306和晶片偏壓電源316的點。等離子體電源306和晶片偏壓電源316可配置為運行于特定無線電頻率，諸如例如13. 56MHz、27MHz、2MHz、400MHz、或它們的組合。為了獲得期望的工藝性能，等離子體電源306和晶片偏壓電源316可以適當地調整大小以供給一定范圍的電力。例如，在本發明的一個實施例中，等離子體電源306可以供給范圍從300瓦至10000瓦的電力，并且晶片偏壓電源316可以供給范圍從IOV至1000V的偏壓。另外，TCP線圈310和/或電極320可由兩個以上的分線圈或分電極構成，這些分線圈或分電極可由單個電源供電或由多個電源供電。如圖3所示，等離子體處理系統300進一步包括氣體源/氣體供給機構330。氣體源包括氬氣源332、蝕刻氣體源334以及任選地額外氣體源336。氣體源332、334和336通過氣體入口 340與處理腔室304流體連接。氣體入口可以位于腔室304中的任意有利位置處，并且可具有任何用于噴射氣體的形式。然而，優選的是，氣體入口可配置為生成“可調諧”氣體噴射輪廓，這使得可對流到處理腔室304中的多個區的氣體的各個流進行單獨調節。處理氣體和副產物經由壓強控制閥342和泵344從腔室304移除，這還用于在等離子體處理腔室304內保持特定壓強。氣體源/氣體供給機構330由控制器324控制。由LamResearch Corporation提供的Kiyo系統可用于實現本發明的實施例。圖4是示出計算機系統400的高級框圖，計算機系統400適于實現在本發明的實施例中使用的控制器324。計算機系統可以具有多種物理形式，范圍從集成電路、印刷電路板和小型手持式裝置到巨型超級計算機。計算機系統400包括一個或多個處理器402，并且還可包括電子顯示裝置404 (用于顯示圖形、文本以及其它數據)、主存儲器406 (例如，隨機存取存儲器(RAM))、存儲裝置408 (例如，硬盤驅動器)、可移除存儲裝置410 (例如，光盤驅動器)、用戶接口裝置412 (例如，鍵盤、觸摸屏、鍵墊、鼠標或其它指針裝置等)，以及通信接口 414 (例如，無線網絡接口)。通信接口 414容許軟件和數據經由鏈路在計算機系統400和外部裝置之間傳送。系統還可以包括通信基礎結構416 (例如，通信總線、跨接桿或網絡)，上述裝置/模塊與通信基礎結構416連接。經由通信接口 414傳送的信息可以為如電子、電磁、光的信號或者能夠經由運載信號并且可利用電線或電纜、光纖、電話線、蜂窩電話鏈路、無線電頻率鏈路和/或其它通 信信道實現的通信鏈路由通信接口 414接收的其它信號的形式。通過這種通信接口，可預期在執行上述方法步驟的過程中一個或多個處理器402可接收來自網絡的信息，或者可將信息輸出到網絡。此外，本發明的方法實施例可以在處理器上單獨執行或者可以結合共享處理的部分的遠程處理器在諸如因特網等網絡上執行。術語“非暫態計算機可讀介質” 一般用于指代諸如主存儲器、輔助存儲器、可移除存儲裝置以及存儲裝置(例如，硬盤、快擦寫存儲器、磁盤驅動存儲器、CD-ROM以及其它形式的持久性存儲器)等介質，而不應當解釋為覆蓋暫態主體，諸如載波或信號。計算機代碼的示例包括機器碼(例如，由編譯器生成的)，以及利用解釋程序通過計算機執行的含有高級代碼的文件。計算機可讀介質還可以為由計算機數據信號發送的計算機代碼，該計算機數據信號以載波具體實現并且代表能夠由處理器執行的指令序列。在該實施例中，蝕刻層208為晶片322的部分。在其它實施例中，蝕刻層208為形成在晶片322上方的層。提供硅濺射，以將硅從硅基蝕刻層濺射到硬質掩膜的側壁上(步驟112)以在硬質掩膜的側壁上方形成硅側壁。圖5是提供硅濺射的更詳細的流程圖。濺射氣體流入等離子體處理腔室304中(步驟504)。提供RF以使濺射氣體形成等離子體(步驟508)。提供偏壓以將來自等離子體的離子從濺射氣體加速至蝕刻層(步驟512)。偏壓足夠高以便離子使得來自蝕刻層的硅被濺射并且再次沉積到硬質掩膜的側壁上(步驟516)。圖2B是蝕刻層208和硬質掩膜204的剖視圖，示意性地示出了加速至蝕刻層208而使得硅220被濺射以在硬質掩膜204的側壁上方形成硅層224的離子216。濺射氣體的流動停止(步驟520)。在該實施例中，使濺射的硅氧化(步驟116)。在一個實施例中，在濺射期間提供氧化。例如，氧氣中添加有濺射氣體，以使得在濺射工藝中濺射氣體包括Ar和氧氣，以及其它可能的惰性氣體，所有這些氣體均無蝕刻劑，因為這些氣體中沒有一種會對硅基層進行化學蝕刻。氧氣添加有濺射氣體以在濺射期間提供氧化的濺射配方的示例是提供3毫托的壓強。氣體源/氣體供給機構330使IOOsccm的Ar和5sccm的O2流入等離子體處理腔室304中。等離子體電源306向腔室提供440瓦的RF功率以使氣體形成等離子體。晶片偏壓電源316提供500伏到晶片322，這將Ar離子加速至晶片從而引起濺射。
在該實施例中，為了提供足夠的濺射，至少200伏的偏壓是優選的。更優選地，偏壓在400伏和1000伏之間。最優選地，偏壓為約500伏。在該實施例中，濺射氣體主要包含Ar和氧氣。在其它實施例中，其它的濺射氣體可具有其它惰性氣體，諸如Ne、Xe和He，這些可與Ar —起使用或替代Ar。因此，濺射氣體包括惰性氣體和氧氣。更優選地，濺射氣體主要包含至少一種惰性氣體和氧氣。更優選地，濺射氣體主要包含Ar和氧氣。最優選地，濺射氣體無蝕刻劑，因為在濺射工藝期間僅濺射用于提供形成側壁的濺射硅。在這種情況下，不期望使用由蝕刻劑提供的化學蝕刻。這種濺射氣體將含有至少50%的惰性氣體，其余為氧氣。更優選地，濺射氣體含有至少90%的惰性氣體以及在5%至10%之間的O2。測試結果已經表明了由95%的Ar和5%的O2組成的濺射氣體的有效性。在另一實施例中，在濺射之后提供氧化。圖6是在濺射硅之后氧化濺射的硅(步驟116)的更詳細的流程圖。使諸如氧氣之類的氧化氣體流入等離子體處理腔室中(步驟604)。 由氧化氣體形成的等離子體將硅側壁氧化以形成氧化硅(步驟608)。停止氧化氣體的流動(步驟612)。用于該實施例的濺射配方的示例，其中在濺射之后進行氧化，提供3毫托的壓強。氣體源/氣體供給機構330使IOOsccm的Ar流入等離子體處理腔室304中。等離子體電源306向腔室提供440瓦的RF功率以使氣體形成等離子體。晶片偏壓電源316向晶片322提供500伏，從而將Ar離子加速至晶片以引起濺射。用于該實施例的氧化配方的示例，其中在濺射之后進行氧化，提供20毫托的壓強。氣體源/氣體供給機構330使200sCCm的O2流入等離子體處理腔室304中。等離子體電源306向腔室提供660瓦的RF功率以使氣體形成等離子體。晶片偏壓電源316不向晶片322提供偏壓，從而不存在離子到晶片的加速。在該實施例中，濺射氣體主要包含Ar，并且在隨后的氧化步驟中的氧化氣體主要包含氧氣。在其它的實施例中，濺射氣體可以與之前段落中討論的濺射氣體相同，但是不含有任何氧化氣體。氧化氣體中O2的含量可以很低。優選地，氧化氣體將含有至少95%的02。優選地，氧化偏壓小于200伏。更優選地，氧化偏壓小于100伏。最優選地，不存在偏壓。在另一實施例中，不提供氧化。圖2C是氧化之后或者在濺射完成之后不提供氧化的實施例中蝕刻層208的剖視圖。在該實施例中，硅濺射幾乎完全去除了多晶硅層212。在其它的實施例中，多晶硅層被完全去除。濺射的硅在硬質掩膜204的側壁上形成了側壁224。當提供氧化時，側壁為氧化硅224。如果不提供氧化，則側壁為可能經過一定環境氧化的硅。利用硬質掩膜和側壁作為蝕刻掩膜來蝕刻硅基蝕刻層(步驟118)。圖7是蝕刻硅基蝕刻層的更詳細的流程圖(步驟118)。蝕刻氣體流入到等離子體處理腔室中(步驟704)。蝕刻氣體形成等離子體(步驟708)。來自蝕刻氣體的等離子體用于蝕刻硅基蝕刻層。使蝕刻氣體的流動停止(步驟712)。蝕刻配方的示例提供40毫托的壓強。氣體源/氣體供給機構330使500sccm的HBr流入到等離子體處理腔室304中。等離子體電源306向腔室提供1000瓦的RF功率以使氣體形成等離子體。晶片偏壓電源316向晶片322提供400伏。圖2D是完成蝕刻之后形成蝕刻特征228的蝕刻層208的剖視圖。在該示例中，在蝕刻完成之后，一些硬質掩膜204得以保留。在其它的示例中，硬質掩膜204可以在蝕刻期間完全移除。側壁224也可以內蝕刻。在該示例中，一些側壁224保留，但是在其它實施例中側壁224可以完全移除。無需形成濺射側壁，利用氧化硅硬質掩膜對硅的蝕刻可以將硬質掩膜修整(trim)的量多于Inm至2nm，使得蝕刻特征空間的寬度在蝕刻期間增加多于2nm至4nm。蝕刻特征CD的這種增加在一些情況下是不可接受的。由太柔軟的材料形成側壁不足以防止CD的增力口。意外的發現是，利用Ar從蝕刻層濺射硅防止了 CD的增加。在一些實施例中，側壁可用于減小蝕刻特征寬度。還發現，可以通過提供氧化來進一步減小修整量。盡管已經根據多個優選的實施例對本發明進行了說明，存在落在本發明的范圍內的改動、置換和替代的等同方案。還應當注意的是，存在實現本發明的方法和裝置的多種可 選方式。因此，目的在于隨附的權利要求書被解釋為包含落在本發明的主旨和范圍內的全部這些改動、置換和替代的等同方案。
權利要求
1.一種在等離子體處理腔室通過帶圖案硬質掩膜將特征蝕刻到硅基蝕刻層中的方法，所述方法包括 提供硅濺射以將硅從所述硅基蝕刻層濺射到所述帶圖案硬質掩膜的側壁上以在所述帶圖案硬質掩膜上形成側壁；以及 通過所述帶圖案硬質掩膜來蝕刻所述蝕刻層。
2.如權利要求I所述的方法，其中，所述提供所述硅濺射包括 使濺射氣體流入所述等離子體處理腔室中，其中所述濺射氣體包括惰性氣體并且無蝕刻劑； 使所述濺射氣體形成等離子體以生成惰性氣體離子；以及 提供偏壓，所述偏壓用足夠的能量將所述等離子體中的所述惰性氣體離子加速至所述硅基蝕刻層以使硅從所述硅基蝕刻層濺射。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述提供偏壓提供大于200伏的偏壓。
4.如權利要求2所述的方法，其中，所述濺射氣體主要包含至少一種惰性氣體。
5.如權利要求4所述的方法，其中，所述至少一種惰性氣體包括氬氣。
6.如權利要求2所述的方法，其中，所述濺射氣體含有至少95%的氬氣。
7.如權利要求2所述的方法，進一步包括使所濺射的硅形成氧化硅。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述使所濺射的硅形成氧化硅包括 在提供所述硅濺射之后以及在蝕刻所述蝕刻層之前，使氧氣流入所述等離子體處理腔室中；以及 使所述氧氣形成等離子體。
9.如權利要求8所述的方法，其中，所述使所濺射的硅形成氧化硅進一步包括提供小于200伏的偏壓。
10.如權利要求7所述的方法，其中，所述使所濺射的硅形成氧化硅包括在提供所述硅濺射期間以及在蝕刻所述蝕刻層之前，使氧氣流入所述等離子體處理腔室中。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述濺射氣體主要包含至少一種惰性氣體和氧氣。
12.如權利要求11所述的方法，其中，所述至少一種惰性氣體包括氬氣。
13.如權利要求12所述的方法，其中，所述濺射氣體含有至少95%的氬氣。
14.如權利要求10所述的方法，其中，所述濺射氣體主要包含90%的至少一種惰性氣體，并且其余主要包含O2。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述至少一種惰性氣體為氬氣。
16.一種在等離子體處理腔室通過帶圖案硬質掩膜將特征蝕刻到硅基蝕刻層中的方法，所述方法包括 提供硅濺射以使硅從所述硅基蝕刻層濺射到所述帶圖案硬質掩膜的側壁上以在所述帶圖案硬質掩膜上形成側壁，包括 使濺射氣體流入所述等離子體處理器腔室中，其中所述濺射氣體包括氬氣并且無蝕刻劑； 使所述濺射氣體形成等離子體以產生氬離子； 提供大于200伏的偏壓，所述偏壓用足夠的能量將所述等離子體中的所述氬離子加速至所述硅基蝕刻層以使硅從所述硅基蝕刻層濺射；以及 停止所述濺射氣體的流動；以及 通過所述帶圖案硬質掩膜來蝕刻所述蝕刻層。
17.如權利要求16所述的方法，進一步包括使所濺射的硅形成氧化硅。
18.如權利要求16所述的方法，其中，所述濺射氣體主要包含90%的Ar。
全文摘要
本發明提供了一種在等離子體處理腔室中通過帶圖案硬質掩膜將特征蝕刻到硅基蝕刻層中的方法。提供硅濺射以使硅從硅基蝕刻層濺射到帶圖案硬質掩膜的側壁上以在帶圖案硬質掩膜上形成側壁。通過帶圖案硬質掩膜來蝕刻所述蝕刻層。
文檔編號C23C14/34GK102903609SQ201210252048
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月20日 優先權日2011年7月28日
發明者李元哲, 傅乾 申請人:朗姆研究公司