專利名稱：用于注入光刻膠的保護(hù)層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的形成。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體晶片處理過程中，使用公知的圖案化和蝕刻工藝在晶片中形成半導(dǎo)體器 件的特征。在這些工藝中，光刻膠(PR)材料沉積在晶片上，然后暴露于經(jīng)過中間掩模過濾 的光線。中間掩模通常是圖案化有模板特征幾何結(jié)構(gòu)的玻璃板，該幾何結(jié)構(gòu)阻止光傳播透 過中間掩模。通過該中間掩模后，該光線接觸該光刻膠材料的表面。該光線改變該光刻膠材料 的化學(xué)成分從而顯影機(jī)可以去除該光刻膠材料的一部分。在正光刻膠材料的情況中，去除 該暴露的區(qū)域，而在負(fù)光刻膠材料的情況中，去除該未暴露的區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)前面所述的以及按照本發(fā)明的目的，提供一種在基片中注入摻雜劑的方 法。在該基片上方形成圖案化光刻膠掩模，其中該圖案化光刻膠掩模具有圖案化光刻膠掩 模特征。保護(hù)層通過執(zhí)行循環(huán)沉積而沉積在該圖案化光刻膠掩模上方，其中每個循環(huán)包括 在光刻膠材料組成的圖案化掩模的表面上方沉積沉積層的沉積階段和提供垂直側(cè)壁的形 貌成形階段。離子束將摻雜劑注入該基片。去除該保護(hù)層和光刻膠掩模。本發(fā)明的這些和其他特征將在下面的具體描述中結(jié)合附圖更詳細(xì)地說明。


在附圖中，本發(fā)明作為示例而不是作為限制來說明，其中類似的參考標(biāo)號指出相 似的元件，其中圖1是可用于本發(fā)明的實施例的工藝的高層流程圖。圖2A-D是按照本發(fā)明的實施例處理的層疊的剖視示意圖。圖3是可用于實施本發(fā)明的等離子處理室的示意圖。圖4A-B說明適于實現(xiàn)用于本發(fā)明實施例的控制器的計算機(jī)系統(tǒng)。
具體實施例方式現(xiàn)在將根據(jù)其如在附圖中說明的幾個實施方式來具體描述本發(fā)明。在下面的描述 中，闡述許多具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的徹底理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，顯然，本發(fā) 明可不利用這些具體細(xì)節(jié)的一些或者全部而實施。在有的情況下，公知的工藝步驟和/或 結(jié)構(gòu)沒有說明，以避免不必要的混淆本發(fā)明。光刻膠掩?？捎米鲗诫s劑注入基片的離子注入掩模。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些光刻膠暴露 于高劑量和高能離子注入，該抗蝕劑會分解并形成硬皮，其中該聚合物性質(zhì)上變成石墨，其 難以剝除。在這種情況下，需要強(qiáng)化學(xué)制劑或氧化的或侵蝕性等離子來剝除這種光刻膠，這通過相對產(chǎn)生材料(即該相對最初基片表面凹入材料)損失導(dǎo)致材料損失并影響晶體管性 能。為了便于理解，圖1是可用于本發(fā)明的實施例的工藝的高層流程圖。光刻膠圖案 化掩模形成在基片層上方(步驟104)。圖2A是基片層208的剖視示意圖。在這個示例中， 該基片層208在晶片204上方。另一示例中，該基片可以是晶片。帶有掩模特征214的圖 案化光刻膠掩模212在該基片層208上方，其形成層疊200?？蛇x的BARC或ARL (抗反射 層)可設(shè)在該基片和該光刻膠掩模之間。執(zhí)行保護(hù)層的循環(huán)形成以在該光刻膠掩模上形成保護(hù)層(步驟108)。該循環(huán)保護(hù) 層形成過程包括至少兩個步驟在該光刻膠掩模特征214的側(cè)壁上方沉積層(步驟109)和 之后成形該沉積層的形貌(步驟110)。圖2B是帶有保護(hù)層220的圖案化光刻膠掩模212 的剖視示意圖，該保護(hù)層由該循環(huán)保護(hù)層形成過程所形成、沉積在該特征214的側(cè)壁上方。 該沉積層220在該掩模特征214內(nèi)形成沉積層特征222。在這個實施例中，該保護(hù)層的形成 不會在該掩模特征214的底部、基片層208的水平表面上方形成層，如所示。優(yōu)選地，該保 護(hù)層不會在該掩模特征底部的水平表面形成層，但是在該光刻膠掩模頂部上的水平表面上 形成層。使用離子注入將摻雜劑離子注入該基片(步驟112)。圖2C示出注入該基片208 的摻雜劑區(qū)域214。去除該保護(hù)層和光刻膠掩模(步驟116)。這個步驟可同時去除該保護(hù) 層和該圖案化光刻膠掩模。另一實施例中，這些層可在單獨的步驟中去除。因為該保護(hù)層， 傳統(tǒng)的光刻膠剝除工藝可用來去除該保護(hù)層和該光刻膠掩模。圖2D示出在去除該保護(hù)層 和光刻膠掩模之后的層疊200?？蓤?zhí)行額外的形成步驟(步驟120)。例如，該摻雜區(qū)域可 用來形成晶體管。為了促進(jìn)離子注入，優(yōu)選地是該光刻膠具有增強(qiáng)的阻止能力用以阻止該離子束中 的離子。通常，設(shè)計用于離子注入的光刻膠(離子注入光刻膠)具有增強(qiáng)的阻止能力。在 不受到理論限制的情況下，相信該保護(hù)層將暴露于更高能量的粒子。在一個示例中，因為該 保護(hù)層具有更短的鏈以及更少的雙鍵，以及因為該保護(hù)層是沉積的聚合物，所以該高能粒 子不太可能導(dǎo)致這樣的聚合物交聯(lián)，因此可以輕易去除該保護(hù)層。盡管該光刻膠具有增強(qiáng) 的阻止能力用以停止該離子，在通過該保護(hù)層之后，該離子具有較低的能量，所以不太可能 導(dǎo)致該光刻膠形成石墨或交聯(lián)。硅基片中注入的示例在本發(fā)明的示例中，待注入層是硅層，其是該硅晶片204的一部分。248nm光刻膠 組成的圖案化光刻膠掩模設(shè)在該硅晶片204上方(步驟104)。光刻膠掩模特征形成在該圖 案化光刻膠掩模212中。當(dāng)前，對于248nm光刻膠掩模，使用傳統(tǒng)的工藝，該光刻膠的典型 ⑶是250-130nm。該基片設(shè)在等離子處理室中。圖3是用于執(zhí)行該保護(hù)層形成和剝除的等離子處理室500的示意圖。該等離子處 理室500包括限制環(huán)502、上電極504、下電極508、氣體源510和排氣泵520。在等離子處 理室500，該基片位于該下電極508上。該下電極508結(jié)合合適的基片卡盤機(jī)構(gòu)(例如，靜 電、機(jī)械夾具等)用以夾持該基片204。該反應(yīng)器頂部528結(jié)合該上電極504，其設(shè)為正對 著該下電極508。該上電極504、下電極508和限制環(huán)502形成受限的等離子容積。氣體由 該氣體源510提供到受限的等離子容積并由該排氣泵520通過該限制環(huán)502和排氣口從該受限的等離子容積排出。第一 RF源544電氣連接至該上部電極504。第二 RF源548電氣 連接至該下部電極508。室壁552圍繞該限制環(huán)502、上部電極504和下部電極508。該第 一 RF源544和該第二 RF源548均可包括27MHz電源和2MHz電源。將RF功率連接到電極 的不同組合是可能的。在Exelan HPT 的情況下，其基本上與Exelan HP相同，只是具有連 接到該室的增加泵，由LAM Research Corporation，F(xiàn)remont，California制造，其可用于本 發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，27MHz和2MHz電源兩者構(gòu)成連接至的下部電極第二 RF電源548， 并且上部電極接地?？刂破?35以可控方式連接到RF源544，548、排氣泵520和該氣體源 510。圖4A和4B說明了一個計算機(jī)系統(tǒng)1300，其適于實現(xiàn)用于本發(fā)明的實施方式的控 制器535。圖4A示出該計算機(jī)系統(tǒng)一種可能的物理形式。當(dāng)然，該計算機(jī)系統(tǒng)可以具有從 集成電路、印刷電路板和小型手持設(shè)備到巨型超級計算機(jī)的范圍內(nèi)的許多物理形式。計算 機(jī)系統(tǒng)1300包括監(jiān)視器1302、顯示器1304、機(jī)箱1306、磁盤驅(qū)動器1308、鍵盤1310和鼠標(biāo) 1312。磁盤1314是用來與計算機(jī)系統(tǒng)1300傳入和傳出數(shù)據(jù)的計算機(jī)可讀介質(zhì)。圖4B是計算機(jī)系統(tǒng)1300的框圖的一個例子。連接到系統(tǒng)總線1320的是各種各樣 的子系統(tǒng)。處理器1322 (也稱為中央處理單元，或CPU)連接到存儲設(shè)備，包括存儲器1324。 存儲器1324包括隨機(jī)訪問存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。如本領(lǐng)域所公知的，ROM用 作向CPU單向傳輸數(shù)據(jù)和指令，而RAM通常用來以雙向的方式傳輸數(shù)據(jù)和指令。這兩種類 型的存儲器可包括下面描述的任何合適的計算機(jī)可讀介質(zhì)。固定磁盤1326也是雙向連接 到CPU 1322;其提供額外的數(shù)據(jù)存儲并且也包括下面描述的任何計算機(jī)可讀介質(zhì)。固定磁 盤1326可用來存儲程序、數(shù)據(jù)等，并且通常是次級存儲介質(zhì)(如硬盤)，其比主存儲器慢。 可以理解的是保留在固定磁盤1326內(nèi)的信息可以在適當(dāng)?shù)那闆r下作為虛擬存儲器以標(biāo)準(zhǔn) 的方式結(jié)合在存儲器1324中?？梢苿哟鎯ζ?314可以采用下面描述的任何計算機(jī)可讀介 質(zhì)的形式。CPU 1322還連接到各種輸入/輸出設(shè)備，如顯示器1304、鍵盤1310、鼠標(biāo)1312和 揚(yáng)聲器1330。通常，輸入/輸出設(shè)備可以是下面的任何一種視頻顯示器、軌跡球、鼠標(biāo)、鍵 盤、麥克風(fēng)、觸摸顯示器、轉(zhuǎn)換器讀卡器、磁帶或紙帶閱讀器、書寫板、觸針、語音或手寫識別 器、生物閱讀器或其他計算機(jī)。CPU1322可選地可使用網(wǎng)絡(luò)接口 1340連接到另一臺計算機(jī) 或者電信網(wǎng)絡(luò)。利用這樣的網(wǎng)絡(luò)接口，計劃在執(zhí)行上述方法步驟地過程中，CPU可從網(wǎng)絡(luò)接 收信息或者向網(wǎng)絡(luò)輸出信息。此外，本發(fā)明的方法實施方式可在CPU1322上單獨執(zhí)行或者 可在如Internet的網(wǎng)絡(luò)上與共享該處理一部分的遠(yuǎn)程CPU —起執(zhí)行。另外，本發(fā)明的實施方式進(jìn)一步涉及具有計算機(jī)可讀介質(zhì)的計算機(jī)存儲產(chǎn)品，在 計算機(jī)可讀介質(zhì)上有用于執(zhí)行各種計算機(jī)實現(xiàn)的操作的計算機(jī)代碼。該介質(zhì)和計算機(jī)代碼 可以是那些為本發(fā)明目的專門設(shè)計和構(gòu)建的，或者它們可以是對于計算機(jī)軟件領(lǐng)域技術(shù)人 員來說公知并且可以得到的類型。計算機(jī)可讀介質(zhì)的例子包括，但不限于磁介質(zhì)，如硬盤、 軟盤和磁帶；光介質(zhì)，如⑶-ROM和全息設(shè)備；磁-光介質(zhì)，如光軟盤；以及為了存儲和執(zhí)行 程序代碼專門配置的硬件設(shè)備，如專用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)以及ROM和 RAM器件。計算機(jī)代碼的例子包括如由編譯器生成的機(jī)器代碼，以及包含高級代碼的文件， 該高級代碼能夠由計算機(jī)使用解釋器來執(zhí)行。計算機(jī)可讀介質(zhì)還可以是在載波中由計算機(jī) 數(shù)據(jù)信號攜帶的并且表示能夠被處理器執(zhí)行的指令序列的計算機(jī)代碼。
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其他的示例可使用別的裝置以執(zhí)行本發(fā)明。接著，執(zhí)行該保護(hù)層的循環(huán)形成以提供該保護(hù)層(步驟108)。在這個示例中，該沉 積階段(步驟109)包括提供沉積氣體并由該沉積氣體生成等離子以形成沉積層。在這個 示例中，該沉積氣體包括聚合物形成制法。這種聚合物形成制法的示例是烴氣，如C2H2、CH4 和C2H4，以及氟碳?xì)怏w，如CH3F、CH2F2, CHF3> C4F6和C4F8。聚合物形成制法的另一示例是氟 碳化學(xué)制劑和含氫氣體，如CF4和H2制法。然后停止該沉積氣體。該形貌成形(步驟110)包括提供形貌成形氣體和由該形貌成形氣體生成形貌成 形等離子以成形該沉積層的形貌。該形貌成形氣體不同于該沉積氣體。如所示，該沉積階 段(步驟109)和該形貌成形階段(步驟110)發(fā)生不同次數(shù)。在這個示例中該形貌成形氣 體包括氟碳化學(xué)制劑，如CF4、CHF3和CH2F2。可添加其他氣體，如C0S02、N2和H2。在這個示 例中，提供2MHz的0瓦特和27MHz的800瓦特功率。然后停止該形貌成形氣體。在這個示例中，該沉積階段(步驟109)重復(fù)第二次。使用與上述相同的沉積制法。 在可選的實施例中，該沉積制法也可根據(jù)該第一沉積階段中的制法修改。該形貌成形階段(步驟110)重復(fù)第二次。使用與上述相同的形貌成形制法。該 形貌成形制法也可根據(jù)該第一沉積階段中使用的制法修改。該保護(hù)層形成工藝(步驟108)可重復(fù)許多循環(huán)，直到形成所需的保護(hù)層。優(yōu)選地， 在這個示例中，循環(huán)的次數(shù)可以是1至10次。更優(yōu)選地，循環(huán)的次數(shù)是2至3次。優(yōu)選地， 該保護(hù)層的側(cè)壁厚度取決于該離子注入能量。優(yōu)選地該保護(hù)層側(cè)壁厚度在5nm至30nm之 間。更優(yōu)選地，該保護(hù)層側(cè)壁是15nm至25nm。該保護(hù)層的沉積期間或之后，打開可選的ARL。在該保護(hù)層沉積(步驟108)完成之后，利用離子注入將該摻雜劑注入該基片(步 驟112)。這種注入的另一示例是硼、砷或磷注入。然后去除該保護(hù)層和光刻膠掩模(步驟116)?？扇コ摫Ｗo(hù)層和光刻膠掩模的光 刻膠掩模示例是化學(xué)制劑剝除，或利用由O2或N2/H2形成的等離子剝除。還可執(zhí)行額外的 形成步驟(步驟120)。優(yōu)選地，每個沉積階段的每個沉積層在0. 5至30nm厚之間。更優(yōu)選地，每個沉積 階段的每個沉積層在0. 5nm至5nm厚之間。最優(yōu)選地，每個沉積階段的每個沉積層在1至 5nm厚。優(yōu)選地，該保護(hù)層的形成執(zhí)行1至10個循環(huán)。更優(yōu)選地，該保護(hù)層的形成執(zhí)行2至 3個循環(huán)。該創(chuàng)新性工藝的一個優(yōu)點是通過隨后的、用于形貌成形各向異性蝕刻步驟將非垂 直的沉積形貌弄成垂直。該創(chuàng)新性工藝的另一優(yōu)點是可添加和回蝕沉積層，在每個循環(huán)過 程中產(chǎn)生薄沉積層。這種薄的沉積層可幫助防止分層，形成單個厚的層會導(dǎo)致分層。單個厚 的層還會導(dǎo)致其他問題。另外，該循環(huán)工藝提供更多的控制參數(shù)，這允許更多的調(diào)節(jié)參數(shù)， 以提供更好的共形沉積層。因為該循環(huán)工藝貫穿⑶降低工藝中將方包化保持在最低程度， 在沉積形貌的底部部分的CD增益可保持增長。在本發(fā)明的一個實施例中，該保護(hù)層由碳和氫材料組成。盡管本發(fā)明依照多個實施方式描述，但是存在落入本發(fā)明范圍內(nèi)的改變、置換和 各種替代等同物。還應(yīng)當(dāng)注意，有許多實現(xiàn)本發(fā)明方法和設(shè)備的可選方式。所以，其意圖是 下面所附的權(quán)利要求解釋為包括所有這樣的落入本發(fā)明主旨和范圍內(nèi)的改變、置換和各種替代等同物。
權(quán)利要求
一種在基片中注入摻雜劑的方法，包括在該基片上方形成圖案化光刻膠掩模，其中該圖案化光刻膠掩模具有圖案化光刻膠掩模特征；通過執(zhí)行循環(huán)沉積將保護(hù)層沉積在該圖案化光刻膠掩模上，其中每個循環(huán)包括在光刻膠材料組成的圖案化掩模的表面上方沉積沉積層的沉積階段；以及提供垂直側(cè)壁的形貌成形階段；使用離子束將摻雜劑注入該基片中；以及去除該保護(hù)層和光刻膠掩模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該保護(hù)層的循環(huán)沉積執(zhí)行至少兩個循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項所述的方法，其中該保護(hù)層和圖案化光刻膠掩模在單個剝 除工藝中去除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，其中該保護(hù)層的側(cè)壁厚度在5nm至30nm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的方法，其中該沉積該保護(hù)層不會在整個該圖案化掩 模特征底部形成保護(hù)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的方法，其中該沉積該保護(hù)層在該圖案化光刻膠掩模 頂部形成該保護(hù)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其中該光刻膠掩模由離子注入光刻膠材料組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的方法，其中該沉積階段包括 通入沉積氣體；將該沉積氣體形成為等離子；以及 停止該沉積氣體流。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的方法，其中該形貌成形階段包括 通入形貌成形氣體；將該形貌成形氣體形成等離子；以及 停止該形貌成形氣體流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的方法，其中該去除該保護(hù)層和光刻膠掩模是化學(xué) 剝除。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中該保護(hù)層和圖案化光刻膠掩模在單個剝除工藝 中去除。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中該保護(hù)層的側(cè)壁厚度在5nm至30nm之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該沉積該保護(hù)層不會在整個該圖案化掩模特征 底部形成保護(hù)層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該沉積該保護(hù)層在該圖案化光刻膠掩模頂部形 成該保護(hù)層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中該光刻膠掩模由離子注入光刻膠材料組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該沉積階段包括 通入沉積氣體；將該沉積氣體形成為等離子；以及 停止該沉積氣體流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中該形貌成形階段，包括 通入形貌成形氣體；將該形貌成形氣體形成等離子；以及 停止該形貌成形氣體流。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中該去除該保護(hù)層和光刻膠掩模是化學(xué)剝除。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該保護(hù)層和圖案化光刻膠掩模在單個剝除工藝 中去除。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該保護(hù)層的側(cè)壁厚度在5nm至30nm之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該沉積該保護(hù)層不會在整個該圖案化掩模特征 底部形成保護(hù)層。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該沉積該保護(hù)層在該圖案化光刻膠掩模頂部形 成該保護(hù)層。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該光刻膠掩模由離子注入光刻膠材料組成。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該沉積階段包括 通入沉積氣體；將該沉積氣體形成為等離子；以及 停止該沉積氣體流。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中該形貌成形階段包括 通入形貌成形氣體；將該形貌成形氣體形成等離子；以及 停止該形貌成形氣體流。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該去除該保護(hù)層和光刻膠掩模是化學(xué)剝除。
全文摘要
提供一種在基片中注入摻雜劑的方法。在該基片上方形成圖案化光刻膠掩模，其中該圖案化光刻膠掩模具有圖案化光刻膠掩模特征。保護(hù)層通過執(zhí)行循環(huán)沉積而沉積在該圖案化光刻膠掩模上方，其中每個循環(huán)包括在光刻膠材料組成的圖案化掩模的表面上方沉積沉積層的沉積階段和提供垂直側(cè)壁的形貌成形階段。離子束將摻雜劑注入該基片。去除該保護(hù)層和光刻膠掩模。
文檔編號H01L21/027GK101903978SQ200880123005
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者S·M·列扎·薩賈迪, 安德魯·R·羅馬諾 申請人:朗姆研究公司