專利名稱：使用多個掩模步驟減小臨界尺寸的方法
使用多個掩模步驟減小臨界尺寸的方法發(fā)明背景本發(fā)明涉及半導體器件的形成。在半導體晶片加工期間，使用公知的圖案化和蝕刻工藝在晶片內定義半導體器件的特征。在這些工藝中，光致抗蝕劑(PR)材料被沉 積在晶片上且隨后暴露于被分劃板過濾的光。該分劃板通常是玻璃 板，該玻璃板使用阻擋光穿過分劃板的示例性特征幾何形狀來圖案化。在穿過分劃板之后，光接觸光致抗蝕劑材料的表面。光改變光致 抗蝕劑材料的化學成分，以致顯影劑可以移除光致抗蝕劑材料的一部 分。對于正型光致抗蝕劑材料的情形，曝光區(qū)域被移除，而對于負型 光致抗蝕劑材料的情形，未曝光區(qū)域被移除。此后，該晶片被蝕刻來 從不再受該光致抗蝕劑材料保護的區(qū)域移除底層材料，且由此在晶片 內定義期望的特征。各代光致抗蝕劑是已知的。深紫外(DUV)光致抗蝕劑通過248nm 的光來曝光。為了方便理解，圖1A為襯底104上的層108的示意性橫 斷面視圖，其中在層108上方的ARL (抗反射層)110上方有圖案化光 致抗蝕劑層112，這些層將被蝕刻，從而形成疊層100。光致抗蝕劑圖 案具有臨界尺寸(CD)，該臨界尺寸可以是最小特征的寬度116。由于 依賴于波長的光學性能，通過較長波長的光曝光的光致抗蝕劑具有較 大的理論最小臨界尺寸。特征120可隨后通過該光致抗蝕劑圖案被蝕刻，如圖1B所示。理 想地，該特征的CD (特征的寬度)等于光致抗燭劑112內的特征的CD 116。實踐中，由于形成小面(faceting)、光致抗蝕劑的腐蝕或者底 切，特征的CD 116可能大于光致抗蝕劑的CD 112。該特征還可能是 漸縮的，其中特征的CD至少與光致抗蝕劑的CD—樣大，但是其中該 特征在接近特征底部的地方漸縮而具有較小的寬度。這種漸縮會提供 不可靠的特征。為了提供具有更小CD的特征，正在研究使用更短波長的光形成的 特征。193nm的光致抗蝕劑由193nm的光啄光。使用相移分劃板和其 他技術，使用193nm的光致抗蝕劑可以形成90nm至100nmCD的光致 抗蝕劑圖案。這將能夠提供CD為90nm至100nm的特征。157nm的光 致抗蝕劑由157nm的光啄光。使用相移分劃板和其他技術，可以形成 亞90nm CD的光致抗蝕劑圖案。這將能夠提供CD為亞90nm的特征。使用較短波長的光致抗蝕劑相對于使用較長波長的光致抗蝕劑會 產生額外的問題。為了獲得接近理論極限的CD，光刻設備應更為精確， 這將要求更為昂貴的光刻設備。目前，193nm的光致抗蝕劑和157nm 的光致抗蝕劑并不具有與較長波長的光致抗蝕劑一樣高的選擇性，且 在等離子體蝕刻條件下更容易變形。諸如在形成存儲裝置中，在蝕刻導電層時，期望增大裝置密度而 不降低性能。圖2A為用于當導電線之間的間隔根據現有技術太小時制作導電線 的光致抗蝕劑掩模的橫斷面視圖。阻擋層206可被置于諸如晶片的襯 底204上。諸如金屬層或多晶硅層的介電層208形成于阻擋層206上。 諸如DARC層的抗反射層(ARL) 210形成于介電層208上。光致抗蝕 劑掩模212a形成于ARL 210上。在該實例中，線掩模214a具有定義 為線寬"L"的寬度，如圖所示的那樣。間隔222具有寬度"S"，如 圖所示的那樣。節(jié)距長度"P"被定義為線寬和間隔寬度之和P = L+S， 如圖所示的那樣。期望減小該節(jié)距長度。減小節(jié)距長度的一種方式是減小間隔寬度。圖2B為用于當導電線 或介電溝槽線之間的間隔根據現有技術太小時制作導電線或介電溝槽 線的光致抗蝕劑掩模的橫斷面視圖。阻擋層206可置于諸如晶片的襯 底204上。諸如金屬層或多晶硅層或介電層的導電層或介電層208形 成于阻擋層206上。諸如DARC層的抗反射層(ARL) 210形成于層208 上。光致抗蝕劑掩模212形成于ARL 210上。在該實例中，光致抗蝕 劑掩模212b形成線掩模214b，光致抗蝕劑殘余218形成于線掩模214b 之間的間隔中。光致抗蝕劑殘余218的存在是由于在線掩模214b之間 提供太小的間隔而引起，因為更難以從小的間隔移除殘余。這會限制 可提供的導電線的密度。發(fā)明內容為了實現前述內容且依據本發(fā)明的目的，提供了一種用于在蝕刻 層內形成特征的方法。在蝕刻層上形成第一掩模，其中該第一掩模定 義具有寬度的多個間隔。在該第一掩模上形成側壁層，其中該側壁層 減小由該第一掩模定義的間隔的寬度。通過該側壁層在該蝕刻層中蝕 刻成特征，其中該特征具有比由該第 一掩模定義的間隔的寬度小的寬 度。移除該掩模和側壁層。通過執(zhí)行下述步驟而執(zhí)行附加特征步驟。 在該蝕刻層上形成附加掩模，其中該附加掩模定義具有寬度的多個間 隔。在該附加掩模上形成側壁層，其中該側壁層減小由該附加掩模定 義的間隔的寬度。通過該側壁層在該蝕刻層中蝕刻成特征，其中該特 征具有比由該第 一掩模定義的間隔的寬度小的寬度。移除該掩模和側 壁層。在本發(fā)明的另一表現形式中，提供了一種用于在蝕刻層內形成特 征的方法。在蝕刻層上形成第一掩模，其中該第一掩模定義具有寬度 的多個間隔，且其中該多個間隔具有臨界尺寸和節(jié)距。在該第一掩模 上形成側壁層，其中該側壁層減小由該第一掩模定義的間隔的寬度。 通過該側壁層在該蝕刻層中蝕刻成特征，其中該間隔的寬度和臨界尺寸比該第一掩模內的間隔的寬度和間隔的臨界尺寸小至少50%。移除 該掩模和側壁層。通過下述步驟而執(zhí)行附加特征步驟。在該蝕刻層上 形成附加掩模，其中該附加掩模定義具有寬度的多個間隔，且其中該 多個間隔具有臨界尺寸和節(jié)距。在該附加掩模上形成側壁層，其中該 側壁層減小由該附加掩模定義的間隔的寬度。通過該側壁層在該蝕刻 層中蝕刻成特征，其中這些特征的寬度和臨界尺寸比該第一掩模內的 間隔的寬度和間隔的臨界尺寸小至少50%，且其中這些特征具有比該 第 一 掩模內的間隔的節(jié)距和該附加掩模內的間隔的節(jié)距小至少5 0 %的 節(jié)距。移除該掩模和側壁層。附加掩?？梢愿M一步減小CD。例如，3 個掩?？梢蕴峁┘s65%的縮小，而4個掩?？梢蕴峁?5%的縮小，等合附圖而更詳細地來描述。


通過附圖的圖示，示例性地而非限制性地說明本發(fā)明，附圖中相 同的參考編號表示相似的元件，且附圖中
圖1A-B為根據現有技術蝕刻的疊層的示意性橫斷面視圖。圖2A-B為根據現有技術形成的掩模的示意性橫斷面視圖。圖3為可以用于本發(fā)明的實施例中的工藝的高級流程圖。圖4A-H為根據本發(fā)明實施例加工的疊層的示意性橫斷面視圖。圖5A-F為根據本發(fā)明的另一實施例加工的疊層的示意性橫斷面視圖。圖6為沉積側壁層的步驟的更詳細的流程圖。 圖7為可用于實踐本發(fā)明的等離子體處理室的示意圖。 圖8A-B圖解說明了計算機系統(tǒng)，該計算機系統(tǒng)適用于實現本發(fā)明 實施例中所使用的控制器。圖9A-C為沉積的橫斷面視圖。圖10為可以用于實踐本發(fā)明的用于蝕刻導電層的裝置的示意圖。
具體實施方式
發(fā)明。在下面的描述中，列出了許多具體細節(jié)，以便提供對本發(fā)明的 徹底的理解。然而，本領域技術人員顯而易見的是，沒有這些具體細 節(jié)中的一些細節(jié)或者全部細節(jié)也可以實踐本發(fā)明。換言之，沒有詳細 地描述公知的工藝步驟與/或結構，以免不必要地模糊本發(fā)明。本發(fā)明提供了具有小臨界尺寸(CD)的特征。更確切地說，本發(fā) 明提供了具有比用于蝕刻特征的光致抗蝕劑圖案的CD小的CD的特 征。為了便于理解，圖3為可以用于本發(fā)明實施例的工藝的高級流程 圖。執(zhí)行第一特征步驟(步驟302 )。提供圖案化的第一掩模，(步驟 304 )。圖4A為本發(fā)明的實施例中的圖案化掩模的橫斷面視圖。阻擋 層406可置于諸如晶片的襯底404上。諸如導電金屬層或多晶硅層或 介電層的蝕刻層408形成于阻擋層406上。諸如DARC層的抗反射層 (ARL) 410形成于蝕刻層408上。圖案化的第一掩模412形成于ARL 410上。在這個實例中，線掩模414具有定義為線寬"Lp"的寬度，如 圖所示的那樣。光致抗蝕劑掩模內的間隔422具有寬度"Sp"，如圖所 示的那樣。光致抗蝕劑掩模的節(jié)距長度"P/'被定義為線寬和間隔寬度 之和Pp = Lp+Sp，如圖所示的那樣。這些寬度是由用于形成該光致抗蝕
劑掩模的光刻技術的分辨率決定的。期望減小該節(jié)距長度。側壁層形成于掩模上以減小CD，(步驟308 )。圖4B為具有沉積 在第一掩模的側壁上的側壁層420的圖案化的第一掩模412的示意性 橫斷面視圖。側壁層420在掩模間隔內形成側壁層特征424，其中側壁 層特征424具有比第一掩模的間隔CD小的減小的間隔CD。優(yōu)選地，所 沉積的第一掩模的減小的間隔CD比第一掩模特征的間隔CD小50% 。 還期望該側壁層具有基本上垂直的側壁428，這些側壁如所示的那樣是 高度共形的(conformal )?；旧洗怪钡膫缺诘膶嵗秊樽缘椎巾斉c特 征底部形成88。至90°的角度的側壁。共形側壁具有厚度從特征的頂 部到底部基本上相同的沉積層。非共形側壁可形成小面或者形成面包 條(bread-loafing)結構，這提供了不是基本上垂直的側壁。(因為 小面結構而)漸縮的側壁或面包條側壁會增大沉積層CD，并提供不良 的蝕刻掩模。優(yōu)選地，側壁上的沉積厚于第一掩模特征底部上的沉積。 更優(yōu)選地，沒有層沉積在第一掩模特征的底部上。隨后通過側壁層間隔在蝕刻層408中蝕刻成第一組特征，(步驟 312 )。圖4C示出了在蝕刻層408中所蝕刻成的第一組特征432。在 本實例中，在蝕刻層408中所蝕刻成的第一組特征432具有等于沉積 層特征的間隔CD的CD寬度。實踐中，第一組特征432的特征的CD可 以略大于沉積層420的特征的CD。然而，由于沉積層特征的CD顯著小 于光致抗蝕劑412的CD，所以蝕刻層408中的特征的CD仍小于光致 抗蝕劑412的CD。如果沉積層的CD僅略小于光致抗蝕劑的CD，或者 如果沉積層被形成小面或面包條，則要被蝕刻的層的CD可能不小于光 致抗蝕劑的CD。此外，形成小面或面包條的沉積層會導致要被蝕刻的 層中的形成小面或不規(guī)則形狀的特征。還期望最小化在該光致抗蝕劑 特征底部上的沉積。在本實例中，在要被蝕刻的層4 08中所蝕刻成的 特征的CD比該光致抗蝕劑特征的CD小約50%。隨后剝離光致抗蝕劑和沉積層，(步驟316)。這可以作為單個步 驟來完成，或者作為具有分離的沉積層移除步驟和光致抗蝕劑剝離步 驟的兩個分離步驟來完成。灰化可被用于該剝離工藝。圖4D示出了移 除該沉積層和光致抗蝕劑掩模之后的襯底400。第一特征步驟(302 ) 完成。隨后執(zhí)行附加的特征步驟(步驟318)。在所蝕刻的特征上形成圖
案化的附加掩模，(步驟320 )，該蝕刻的特征在這種情況下為第一組 蝕刻特征。圖4E示出了襯底404，其中第二光致抗蝕劑掩模442形成 于蝕刻層408上，其中第二光致抗蝕劑掩模442覆蓋第一組特征432 且其中第二光致抗蝕劑掩模中的間隔444形成于第一組蝕刻特征432之間。側壁層隨后沉積在該附加掩模特征的側壁上，以減小CD，(步驟 324 )。圖4F為附加掩模442的示意性橫斷面視圖，其中側壁層450 沉積在附加掩模442的側壁上。側壁層450在掩模間隔內形成側壁層 特征454，其中側壁層特征454具有比附加掩模的間隔CD小的減小的 間隔CD。優(yōu)選地，側壁層特征的減小的間隔比附加掩模特征的間隔CD 小50%。還期望掩模層特征422具有基本上垂直的側壁，這些側壁如 圖所示的那樣是高度共形的。基本上垂直的側壁的實例為自底到頂與 特征底部形成88。至90°的角度的側壁。優(yōu)選地，側壁上的沉積厚于 光致抗蝕劑特征底部上的沉積。更優(yōu)選地，沒有層沉積在光致抗蝕劑 特征的底部上。在蝕刻層中蝕刻成特征，(步驟324 )，從而在第一組蝕刻特征 432之間形成第二組蝕刻特征452，如圖4G所示的那樣。隨后剝離該 光致抗蝕劑和沉積層，(步驟332 )，如圖4H所示的那樣。蝕刻層的 線寬被示為L"蝕刻層內的特征的間隔寬度被示為Sf。特征的節(jié)距長 度被示為Pf，其中Pf=L—Sf。為了比較，圖4A中的光致抗蝕劑掩模節(jié) 距Pp、光致抗蝕劑線寬Lp和光致抗蝕劑間隔Sp被示于圖4G中，以與 特征節(jié)距Pf、特征線寬Lf和特征間隔寬度Sf比較。在本實施例中，特 征P,的節(jié)距長度為光致抗蝕劑掩模的節(jié)距長度Pp的一半，因為特征之 間的線寬Lf為光致抗蝕劑掩模的線寬Lp的一半且特征間隔寬度Sf為光 致抗蝕劑掩模間隔Sp的一半。因此，通過使節(jié)距長度、線寬和特征寬 度減'J、一半，同時使用相同的光致抗蝕劑光刻工藝，本發(fā)明工藝能夠 使用兩個掩模步驟來使蝕刻特征分辨率加倍。由于本實施例僅使用兩個掩模，所有在重復步驟(步驟336 )確定 該工藝不重復。三個掩模的實例在另一實例中，使用三個掩模的工藝將節(jié)距長度、線寬和特征尺 寸減小67%。執(zhí)行第一特征步驟(步驟302 )。提供圖案化的第一掩
模，(步驟304 )。圖5A為本發(fā)明的實施例中的光致抗蝕劑掩模的橫 斷面視圖。阻擋層506可置于諸如晶片的襯底504上。諸如金屬層或 多晶硅層或介電層的蝕刻層508形成于阻擋層506上。諸如DARC層的 抗反射層(ARL) 510形成于蝕刻層508上。光致抗蝕劑掩模512形成 于ARL 510上。在本實例中，線掩模514具有定義為線寬"Lp"的寬 度，如圖所示的那樣。光致抗蝕劑掩模內的間隔522具有寬度"Sp"， 如圖所示的那樣。光致抗蝕劑掩模的節(jié)距長度"Pp"被定義為線寬和間 隔寬度之和PP = LP+SP，如圖所示的那樣。這些寬度是由用于形成該光 致抗蝕劑掩模的光刻技術的分辨率決定的。期望減小該節(jié)距長度。側壁層隨后沉積于光致抗蝕劑特征的側壁上，以減小CD，(步驟 308 )。圖5B為具有沉積在特征514的側壁上的側壁層520的圖案化 的光致抗蝕劑掩模512的示意性橫斷面視圖。側壁層520在光致抗蝕 劑特征514之內形成側壁層特征524，其中側壁層特征524具有比光 致抗蝕劑特征的間隔CD小的減小的間隔CD。優(yōu)選地，側壁層特征的減 小的間隔比光致抗蝕劑特征的間隔CD小至少66%。還期望該側壁層特 征具有基本上垂直的側壁，這些側壁如圖所示的那樣是高度共形的。隨后通過側壁層特征在蝕刻層508中蝕刻成第一組特征，(步驟 512 )。圖5B示出了在蝕刻層508中所蝕刻成的第一組特征532。在 本實例中，在蝕刻層508中所蝕刻成的第一組特征532具有等于側壁 層特征的間隔CD的CD寬度。實踐中，第一組特征432的特征的CD可 以略大于側壁層420的特征的CD。在本實例中，在要被蝕刻的層508 中所蝕刻成的特征的CD比該光致抗蝕劑特征的CD小約67%。隨后剝離光致抗蝕劑和側壁層，(步驟316)。這可以作為單個步 驟來完成，或者作為具有分離的側壁層移除步驟和光致抗蝕劑剝離步 驟的兩個分離步驟來完成?；一杀挥糜谠搫冸x工藝。第一特征步驟 (302 )被完成。隨后執(zhí)行附加特征步驟(步驟318)。在所蝕刻的特征上形成圖案 化光致抗蝕劑掩模(步驟320 )，該所蝕刻的特征在這種情況下為第一 組蝕刻特征。圖5C示出了襯底504，其中第二光致抗蝕劑掩模542形 成于蝕刻層508上，其中第二光致抗蝕劑掩模542覆蓋第一組特征532 且其中第二光致抗蝕劑掩模中的間隔544形成于第一組蝕刻特征532 之間。
側壁層55Q隨后沉積在第二光致抗蝕劑特征的側壁上，以減小 CD，(步驟324 )。側壁層550在光致抗蝕劑特征之內形成側壁層特 征，其中側壁層特征554具有比光致抗蝕劑特征的間隔CD小的減小的 間隔CD。優(yōu)選地，側壁層特征的減小的間隔比光致抗蝕劑特征的間隔 CD小約66。/。。還期望沉積層特征具有基本上垂直的側壁，這些側壁如 圖所示的那樣是高度共形的。在蝕刻層中蝕刻成特征，(步驟324 )，從而形成第二組蝕刻特征 552，如圖5D所示的那樣。第二組特征552的每個特征在第一組特征 532的兩個特征之間，除非第二組特征552的特征位于這些特征的端 部。隨后剝離該光致抗蝕劑和沉積層，(步驟332 )。附加特征步驟(步 驟318 ) #1完成。隨后確定是否重復該附加特征步驟(步驟336 )。由于該工藝使用 三個掩模且僅產生兩個掩模，所以重復該附加特征步驟(步驟318)。 圖案化光致抗蝕劑掩模形成于所蝕刻的特征上，(步驟320 )，這些所 蝕刻的特征在這種情況下為第一組蝕刻特征和第二組蝕刻特征。圖5E 示出了襯底504，其中第三光致抗蝕劑掩模562形成于蝕刻層508上， 其中第三光致抗蝕劑掩模562覆蓋笫一組特征532和第二組特征552， 且其中第三光致抗蝕劑掩模中的間隔564形成于第一組蝕刻特征532 與第二組蝕刻特征552之間。側壁層570隨后沉積在笫二光致抗蝕劑特征的側壁上，以減小 CD，(步驟324 )。側壁層570在光致抗蝕劑特征之內形成側壁層特 征，其中該側壁層特征具有比光致抗蝕劑特征的間隔CD小的減小的間 隔CD。優(yōu)選地，該側壁層特征的減小的間隔比光致抗蝕劑特征的間隔 CD小約66。/。。還期望側壁層特征具有基本上垂直的側壁，這些側壁如 圖所示的那樣是高度共形的。在蝕刻層中蝕刻成特征，(步驟324 )，從而形成第三組蝕刻特征 572，如圖5F所示的那樣。第三組蝕刻特征572的每一特征在第二組 特征552的特征與第一組特征532的特征之間，除非第三組特征的特 征位于端部。隨后剝離該光致抗蝕劑和沉積層，(步驟332 )。附加特 征步驟(步驟318)完成。由于這是三個掩模工藝的第三個掩模，所以 重復條件(步驟336 )的答案為"否"且該工藝結束。蝕刻層的線寬被示為Lf。蝕刻層中的特征的間隔寬度被示為Sf。
特征的節(jié)距長度被示為Pf，其中Pf-Lf+Sf。為了比較，圖5A中的光致 抗蝕劑掩模節(jié)距長度P"光致抗蝕劑線寬Lp和光致抗蝕劑間隔Sp被示 于圖5G中，用于與特征節(jié)距長度Pf、特征線寬Lf和特征間隔寬度Sf 進行比較。在本實施例中，特征的節(jié)距長度Pf為光致抗蝕劑掩模的節(jié) 距長度Pp的1/3，因為特征之間的線寬L為光致抗蝕劑掩模的線寬Lp 的1/3且特征間隔寬度Sf為光致抗蝕劑掩模中的間隔Sp的1/3。因此， 通過使節(jié)距長度、線寬和特征寬度減小1/3，同時使用相同的光致抗蝕 劑光刻工藝，本發(fā)明工藝能夠使用三個掩模步驟來使蝕刻特征分辨率 成三倍。理論上，可以使用n個掩模將分辨率增大n倍。 使用氣體調制形成側壁在優(yōu)選實施例中，使用氣體調制形成共形側壁。優(yōu)選地，側壁是 由聚合物材料形成，且該掩模為光致抗蝕劑聚合物，使得可以在與執(zhí) 行蝕刻和剝離相同的室內原地執(zhí)行側壁層的沉積，并使得該剝離可以 移除該掩模和側壁層。圖6為使用氣體調制在掩模上形成側壁層以減小CD (步驟308和 324 )的更詳細的流程圖。在本實施例中，在掩模上形成側壁層以減小 CD (步驟308和324 )包括沉積階段604和剖面成形(profile shaping)階段608。沉積階段使用第 一氣體化學物質形成等離子體， 該等離子體在掩模的側壁上沉積側壁層。本發(fā)明可被用于蝕刻介電層或導電層。在下文中提供可被用來針 對介電層或導電層實踐本發(fā)明的實例配方。介電材料蝕刻的實例圖7為可被用于沉積側壁層、蝕刻和剝離的等離子體處理室700 的示意圖。等離子體處理室700包括限制環(huán)702、上電極704、下電極 708、氣體源710和排氣泵720。氣體源710包括沉積氣體源712和剖 面成形氣體源716。氣體源710可包括附加的氣體源，諸如包括蝕刻氣 體源718。在等離子體處理室700之內，襯底404被置于下電極708 上。下電極708包含合適的襯底夾緊機構(例如靜電、機械夾具等)， 用于保持襯底404。反應器頂部728包括布置成與下電極708直接相 對的上電極704。上電極704、下電極708和限制環(huán)702限定了封閉的 等離子體容積。氣體由氣體源710供給該封閉的等離子體容積，并由
排氣泵720通過限制環(huán)702和排氣口從該封閉的等離子體容積排放。 第一 RF源744電連接到上或下電極704。第二 RF源748電連接到下 電極708。室壁752圍繞限制環(huán)702、上電極704和下電極708。第一 RF源744和第二 RF源748均包括高頻(27至300 )MHz電源和低頻(2 至14)MHz電源。將RF功率連接到電極的不同組合是可能的?？刂破?7 35可控地連接到RF源744、 748、氺^氣泵720和氣體源710。圖8A和8B圖解說明了計算機系統(tǒng)1300，該計算機系統(tǒng)1300適 于實施用于本發(fā)明實施例中的控制器735。圖8A示出了該計算機系統(tǒng) 的一種可能的物理形式。當然，該計算機系統(tǒng)可具有許多物理形式， 這些物理形式從集成電路、印刷電路板以及小型手持裝置一直變化到 巨型超級計算才幾。計算才幾系統(tǒng)1300包括監(jiān)視器1302、顯示器1304、 外殼1306、磁盤驅動器1308、鍵盤1310和鼠標1312。磁盤1314為 用于將數據往返于計算機系統(tǒng)1300傳輸的計算機可讀介質。圖8B為計算機系統(tǒng)1300的框圖的實例。各種子系統(tǒng)附著到系統(tǒng) 總線1320。處理器1322 (也稱為中央處理器或CPU)耦合到包括存儲 器1324的存儲裝置。存儲器1324包括隨機存取存儲器(RAM)和只讀 存儲器(ROM)。如本領域中所公知的那樣，ROM用于將數據和指令單 向地傳輸到CPU,而RAM通常被用來以雙向方式傳輸數據和指令。這些 以及其他類型的存儲器可包括如下所述的任何適當形式的計算機可讀 介質。固定磁盤1326也雙向耦合到CPU 1322;其提供了附加的數據 存儲容量且也可以包括任意下述計算機可讀介質。固定磁盤1326可用 于存儲程序、數據等，并通常是比初級存儲慢的次級存儲介質(諸如 硬盤)。將會理解，保持在固定磁盤1326之內的信息在恰當的情況下 可以按標準方式作為虛擬存儲器結合到存儲器1324中?？梢苿哟疟P 1314可以采取任意下述計算機可讀介質的形式。CPU 1322還耦合到各種輸入/輸出裝置，諸如耦合到顯示器1304、 鍵盤1310、鼠標1312和揚聲器1330以及用于控制該工藝的反饋和前 進系統(tǒng)。 一般而言，輸入/輸出裝置可以是下述中的任意一種視頻顯 示器、跟蹤球、鼠標、鍵盤、麥克風、觸敏顯示器、換能器卡片讀取 器、磁帶或紙帶讀取器、寫字板、輸入筆、語音或手寫識別器、生物 測定讀取器、或者其他計算機。CPU 1322可選地4吏用網絡接口 1340 耦合到另一計算機或電信網絡。利用這種網絡接口，設想該CPU在執(zhí)
行上述方法步驟的過程中可以從網絡接收信息，或者可以將信息輸出到網絡。此外，本發(fā)明的方法實施例可以單獨在CPU 1322上執(zhí)行，或 者可以結合分享部分該工藝的遠程CPU通過諸如因特網的網絡來執(zhí)行。此外，本發(fā)明的實施例還涉及具有計算機可讀介質的計算機存儲 產品，該計算機可讀介質上具有用于執(zhí)行各種計算機實施操作的計算 機代碼。該介質和計算機代碼可以是專門設計和構造用于本發(fā)明的介 質和計算機代碼，或者可以是計算機軟件領域的技術人員公知和可得到的類型的介質和計算機代碼。計算機可讀介質的實例包括但不限 于諸如硬盤、軟盤和磁帶的磁介質；諸如CD-ROM和全息照相裝置的 光學介質；諸如光磁軟盤的磁光介質；以及專門配置來存儲和執(zhí)行程 序代碼的硬件裝置，諸如專用集成電路(ASIC )、可編程邏輯裝置(PLD ) 和ROM及RAM裝置。計算機代碼的實例包括諸如由編譯器產生的機器 代碼，以及包含由計算機使用解釋器執(zhí)行的更高級代碼的文件。計算 機可讀介質還可以是由包含在載波中的計算機數據信號傳送且代表處 理器可執(zhí)行的指令序列的計算機代碼。 其他實例可以使用其他沉積裝置。沉積階段604的一個實例為CH3F沉積，該CH3F沉積為在通過將渦 輪泵的Vat閥門設置在1000來建立的、在60毫托的壓力下使用250 sccm (標準立方厘米每分鐘)的Ar和50 sccm的CH3F化學物質的沉 積。27 MHz的RF源提供500瓦特的功率，而2MHz的RF源提供100 瓦特的功率。室的溫度維持在201C。冷卻襯底的氦氣冷卻壓力為15 托。這種配方導致形成聚合物側壁層。剖面成形階段608的一個實例可以是。F6/02/CO沉積，該 C4F6/02/C0沉積為在通過將渦輪泵的Vat閥門設置在1000來建立的、 在50亳托的壓力下使用270 sccm的Ar、 12 sccm的C4F" 8 sccm的 (L和100 sccm的CO化學物質的沉積。27 MHz的RF源提供1500瓦特 的功率，而2MHz的RF源提供480瓦特的功率。室的溫度維持在20TC。 冷卻襯底的氦氣冷卻壓力為15托。圖9A為來自沉積階段的沉積層920的橫斷面視圖。沉積層920形 成于掩模912上。在本實例中，沉積階段形成了如輪廓924所示的"面 包條"沉積層。該面包條沉積層的特征在于特征頂部附近較厚的側壁 沉積和特征底部附近較薄(或者無)側壁沉積。此外，本實例中的面 包條在特征的整個底部表面上形成層，如所示的那樣。因此，該沉積 提供了非共形側壁沉積。這種沉積并不提供期望的基本上垂直的側 壁。該面包條最終夾斷頂部，其隨后不能被用作掩蔽層，因為接觸將 #皮隔離且無法完成蝕刻。圖9B為其中僅使用剖面成形階段的沉積層930的橫斷面視圖。在 本實例中，剖面成形階段形成"形成小面的"沉積層，如輪廓934所 示的那樣。形成小面的沉積層的特征在于特征頂部附近較薄(或者無) 側壁沉積和特征底部附近較厚的側壁沉積。"形成小面的，，沉積并不 會沉積在特征的整個底部表面上。因此，該沉積也提供了非共形側壁 沉積。如果頂部附近的側壁太薄，則會導致光致抗蝕劑掩模的小面形 成。這種沉積并不提供期望的基本上垂直的側壁。光致抗蝕劑掩模的 角的小面形成會導致更低的蝕刻選擇性和快速的掩模腐蝕。掩模的小 面形成還會導致所蝕刻的剖面的小面形成。在幾乎所有情形中， 一旦 掩模形成小面，則最終的所蝕刻的剖面也形成小面，因為掩模垂直剖 面通常轉化為所蝕刻的材料。圖9C為由6個周期的2秒沉積和25秒剖面成形形成的沉積層940 的橫斷面視圖。如可以看出的那樣，沉積層具有垂直側壁，且在特征 底部表面具有很少或無沉積。為了提供多個階段的6個周期工藝，能 夠快速地交替氣體配方的氣體調制裝置將是優(yōu)選的設備?？刂瞥练e階段604和剖面成形階段608的時間的比率的能力提供 了另一控制變量。恰當的比率將提供如圖9C所示的基本上垂直和共形 的側壁。這樣的沉積層也能夠保護光致抗蝕劑掩模，以增加蝕刻選擇 性。可以用于控制該沉積剖面的本發(fā)明所提供的其他控制參數為周 期數目、總沉積時間、沉積/成形階段時間比率、氣體化學物質類型和 比率(諸如CH3F/0" 。F6/02、 CH2F2、 CHF3、 CF4、 H2、 CH4、 C2H4、 SiH4等)。優(yōu)選地，該沉積階段使用碳氫化合物和碳氟化合物的化學 物質。該碳氫化合物優(yōu)選為CH4和C2仏中的至少一種。碳氟化合物優(yōu)選 為CHsF、 CH2F2、 CHF3、 。F6和。F8中的至少一種。在沉積階段優(yōu)選4吏用 的其他氣體混合物為CF^和H2。優(yōu)選地，該剖面成形階段使用有其他添 加劑或者無其他添加劑的碳氟化合物化學物質。優(yōu)選地，該碳氟化合 物為CH2F2、 CHF3和CR中的至少一種。優(yōu)選地，其他添加劑是Ar、 Xe、 He、 Ne、 02、 N2和H2中的至少一種。多階段沉積允許剖面成形步驟來移除不需要的沉積。此外，單個 長時間沉積會導致起泡(blistering)。優(yōu)選地，該剖面成形步驟還通過用離子轟擊該聚合物而使該聚合物致密。使用多個周期來形成沉 積層還提供更精細的CD控制。此外，該多周期多階段沉積提供了剖面 控制。面包條的減少使遮蔽減少，這改善了蝕刻剖面。另外，多周期、 多階段沉積減小了線擺動，該線擺動是由沉積層的應力引起，該應力 致使光致抗蝕劑線擺動。此外，該剖面成形步驟防止或減少掩模特征 底部上的沉積，以防止來自沉積的殘余，這種殘余來自位于掩模特征 底部上的沉積層的再濺射材料。優(yōu)選地，使用至少兩個周期形成該沉積層。更優(yōu)選地，〗吏用至少 六個周期形成該沉積層。周期的數目取決于CD減小的數量，且不限于 2或6。形成具有更小臨界尺寸的特征而無需改變光致抗蝕劑的能力考慮 到更小的特征而不用購買新的光刻設備。如果使用更新一代的光致抗 蝕劑，則本發(fā)明為更新一代的光致抗蝕劑提供了小的CD，從而考慮到 更新的光刻和光致抗蝕劑系統(tǒng)的擴展。在其他實施例中，可以使用三種或更多不同氣體化學物質，從而 在形成側壁層時提供三種或更多不同沉積或蝕刻階段。導電層蝕刻的實例實例配方、即可用于沉積和蝕刻側壁層和導電層的裝置示于圖 10。圖10為用于沉積和使沉積層成形的這樣一種裝置1000的示意圖。 等離子體處理室1000包括感應天線(或線圏)1002、氣體分配盤(gas distribution plate, GDP) 1004、襯底支架1008、氣體源1010和 排氣泵1020。氣體源1010與氣體分配盤1004流體連接，且包括沉積 氣體源1012和蝕刻氣體源1016。氣體源1010可包括附加氣體源，諸 如包括第二蝕刻或沉積氣體源。在等離子體處理室1000之內，襯底404 被置于襯底支架1008上。襯底支架1008包含適當的襯底夾緊機構(例 如靜電、機械夾具等)，用于保持襯底404。反應器頂部1028包括石 英介電窗口 1076，該石英介電窗口 1076允許能量從天線1002傳輸到 室中。介電窗口 1076、襯底支架1008和陽極化鋁室壁1052限定了封 閉的等離子體容積。氣體由氣體源1010供給該封閉的等離子體容積，
并由排氣泵1020通過排氣口從該封閉的等離子體容積排放。第一 RF 源1044電連接到天線。第二 RF源1048電連接到襯底支架1008。在 這個實例中，第一 RF源1044提供頻率為13. 56MHz的信號，而第二 RF源1048提供頻率為13. 56MHz的信號。其他實施例可以使用硬掩模作為該掩模。在這些實施例中，光致 抗蝕劑掩?？杀挥脕泶蜷_硬掩模。側壁層可以置于硬掩模上，以減小 間隔。在替換方案中，側壁層可以在蝕刻該硬掩模之前置于該光致抗 蝕劑上。本發(fā)明還允許研究比當前裝置超前若干代的裝置。光刻系統(tǒng)尚不 能用于創(chuàng)建這些裝置。本發(fā)明允許當前光刻系統(tǒng)提供比當前光刻裝置 小好幾代的裝置，從而允許制作具有被認為當前光刻裝置無法企及的 臨界尺寸的裝置。掩模中的間隔可被用來在蝕刻層中蝕刻成孔或溝槽。 本發(fā)明可以用于許多不同類型的等離子體處理工具，諸如用于 Exelan和TCP類型蝕刻器、混合PVD、 CVD、 MW、 RIE、 M0RIE、 TCP、 ICP等。盡管已經依據多個優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是有落入本發(fā)明 的范圍內的多種變更、置換和各種替代等同。應該注意，有多種可替 換的方式來實施本發(fā)明的方法和設備。因此，下述所附權利要求旨在 被解釋為包括落在本發(fā)明的真正精神和范圍內的所有這些變更、置換 和各種替代等同。
權利要求
1.一種用于在蝕刻層中形成特征的方法，該方法包括在該蝕刻層上形成第一掩模，其中該第一掩模定義具有寬度的多個間隔；在該第一掩模上形成側壁層，其中該側壁層減小由該第一掩模定義的間隔的寬度；通過該側壁層在該蝕刻層中蝕刻成特征，其中所述特征具有比由該第一掩模定義的間隔的寬度小的寬度；移除該掩模和側壁層；以及執(zhí)行附加特征步驟，該附加特征步驟包括在該蝕刻層上形成附加掩模，其中該附加掩模定義具有寬度的多個間隔；在該附加掩模上形成側壁層，其中該側壁層減小由該附加掩模定義的間隔的寬度；通過該側壁層在該蝕刻層中蝕刻成特征，其中所述特征具有比由該附加掩模定義的間隔的寬度小的寬度；以及移除該掩模和側壁層。
2. 如權利要求1所述的方法，還包括重復附加特征步驟至少一次。
3. 如權利要求1至2中的任意一項所述的方法，其中，在第一掩 模上形成側壁層是至少一個周期，該周期包括沉積階段，該沉積階段以第一氣體化學物質形成沉積等離子體，從而在該第一掩模的側壁上形成沉積；以及剖面成形階段，該剖面成形階段以第二氣體化學物質來使該第一掩模的側壁上的沉積的剖面成形，其中該第一氣體化學物質不同于該 第二氣體化學物質；以及其中，在附加掩模上形成側壁層是至少一個周期，該周期包括 沉積階段，該沉積階段以第三氣體化學物質形成沉積等離子體，從而在附加掩模的側壁上形成沉積；以及剖面成形階段，該剖面成形階段以第四氣體化學物質來使附加掩模的側壁上的沉積的剖面成形，其中該第三氣體化學物質不同于該第四氣體化學物質。
4. 如權利要求3所述的方法，其中，在第一掩模上形成側壁層被執(zhí)行至少兩個周期，而在附加掩模上形成側壁層被執(zhí)行至少兩個周期。
5. 如權利要求1至4中的任意一項所述的方法，其中，形成側壁 層形成基本上垂直的側壁。
6. 如權利要求1至5中的任意一項所述的方法，還包括將該蝕刻 層置于等離子體處理室中，其中形成側壁層和蝕刻在該等離子體處理室之內完成。
7. 如權利要求1至5中的任意一項所述的方法，其中，第一掩模 和附加掩模為光致抗蝕劑掩模，并且其中，側壁層由聚合物材料形成。
8. 如權利要求7所述的方法，還包括利用單個剝離步驟來剝離光 致抗蝕劑掩模和側壁層。
9. 如權利要求8所述的方法，其中，剝離該光致抗蝕劑掩模和側 壁層包括灰化光致抗蝕劑掩模和側壁層。
10. 如權利要求9所述的方法，其中，灰化光致抗蝕劑掩模和側 壁層是在與形成該側壁層和蝕刻相同的等離子體處理室中執(zhí)行的。
11. 如權利要求1至10中的任意一項所述的方法，其中，形成側 壁層形成具有側壁厚度和光致抗蝕劑特征底部厚度的側壁層，其中該 側壁厚度大于光致抗蝕劑特征底部厚度。
12. 如權利要求3至11中的任意一項所述的方法，其中，沉積階段是面包條沉積。
13. 如權利要求1至12中的任意一項所述的方法，其中，特征的 寬度比由第一掩模定義的間隔的寬度小至少50%。
14. 如權利要求1至13中的任意一項所述的方法，其中，第一掩模中的間隔具有節(jié)距長度，并且其中，蝕刻層中所形成的特征具有比 由該第 一 掩模定義的間隔的節(jié)距長度小至少5 0 %的節(jié)距長度。
15. —種半導體器件，其由如權利要求1至14中的任意一項所述 的方法形成。
16. —種用于在蝕刻層中形成特征的方法，該方法包括 在該蝕刻層上形成第一掩模，其中該第一掩模定義具有寬度的多個間隔，且其中該多個間隔具有臨界尺寸和節(jié)距；在該第一掩模上形成側壁層，其中該側壁層減小由該第一掩模定 義的間隔的寬度；通過該側壁層在該蝕刻層中蝕刻成特征，其中所述特征具有寬度 和臨界尺寸，其中所述特征的寬度比該第一掩模中的間隔的寬度小至少50%，且所述特征的臨界尺寸比該第一掩模中的間隔的臨界尺寸小 至少50%;移除該掩模和側壁層；以及 執(zhí)行附加特征步驟，該附加特征步驟包括在該蝕刻層上形成附加掩模，其中該附加掩模定義具有寬度 的多個間隔，且其中該多個間隔具有臨界尺寸和節(jié)距；在該附加掩模上形成側壁層，其中該側壁層減小由該附加掩 模定義的間隔的寬度；通過該側壁層在該蝕刻層中蝕刻成附加特征，其中所述附加 特征具有寬度和臨界尺寸，其中所述附加特征的寬度比該附加掩模中的間隔的寬度小至少50%，且所述附加特征的臨界尺寸比該 附加掩模中的間隔的臨界尺寸小至少50%,以及其中所述特征和 附加特征具有比該第 一掩模中的間隔的節(jié)距和該附加掩模中的間 隔的節(jié)距小至少50%的節(jié)距；以及 移除該掩模和側壁層。
17. 如權利要求16所述的方法，其中，在第一掩模上形成側壁層 包括至少兩個周期，其中每個周期包括沉積階段，該沉積階段以第一氣體化學物質形成沉積等離子體，從而在該第一掩模的側壁上形成沉積；以及剖面成形階段，該剖面成形階段以第二氣體化學物質來使該第一掩模的側壁上的沉積的剖面成形，其中該第一氣體化學物質不同于該 第二氣體化學物質；以及其中，在附加掩模上形成側壁層包括至少兩個周期，其中每個周期包括沉積階段，該沉積階段以第三氣體化學物質形成沉積等離子 體，從而在該附加掩模的側壁上形成沉積；以及剖面成形階段，該剖面成形階段以第四氣體化學物質來使該 附加掩模的側壁上的沉積的剖面成形，其中該第三氣體化學物質 不同于該第四氣體化學物質。
18. 如權利要求16至17中的任意一項所述的方法，還包括將該 蝕刻層置于等離子體處理室中，其中形成側壁層、蝕刻以及移除掩模 和側壁層在該等離子體處理室之內完成。
19. 如權利要求16至18中的任意一項所述的方法，其中，第一 掩模為光致抗蝕劑掩模，并且其中，側壁層為聚合物材料的側壁層。
20. 如權利要求19所述的方法，其中，硬掩模被置于該光致抗蝕 劑掩模與要被蝕刻的層之間。
全文摘要
提供了一種用于在蝕刻層中形成特征的方法。在該蝕刻層上形成第一掩模，其中該第一掩模定義具有寬度的多個間隔。在該第一掩模上形成側壁層。通過該側壁層在該蝕刻層中蝕刻成特征，其中所述特征具有比由該第一掩模定義的間隔的寬度小的寬度。移除該掩模和側壁層。在該蝕刻層上形成附加掩模，其中該附加掩模定義具有寬度的多個間隔。在該附加掩模上形成側壁層。通過該側壁層在該蝕刻層中蝕刻成特征，其中該特征的寬度小于由該第一掩模定義的間隔的寬度。移除該掩模和側壁層。
文檔編號H01L21/027GK101164143SQ200680011242
公開日2008年4月16日 申請日期2006年1月20日 優(yōu)先權日2005年2月3日
發(fā)明者J·馬克斯, R·S·M·薩亞迪 申請人:蘭姆研究有限公司