用于直接形成納米尺度的特征結(jié)構(gòu)的方法及設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于直接形成納米尺度的特征結(jié)構(gòu)的方法及設(shè)備
[0001 ] 領(lǐng)域
[0002]本文中的實施方式涉及在工件表面上或中形成次微米尺寸特征結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。更特定而言，實施方式涉及在工件(例如制造集成電路裝置中所使用的半導(dǎo)體基板)上或中形成納米尺度特征結(jié)構(gòu)，而不使用以下的傳統(tǒng)光刻步驟:涂布光膠、通過掩模對光膠進行電磁能暴露、顯影光膠、將所顯影的光膠用作掩模來蝕刻下層材料的一或更多個層，及接著移除掩模。
[0003]相關(guān)技術(shù)的描述
[0004]對于較小集成電路的持續(xù)需求以及對于這些電路中裝置的較大密度的持續(xù)需求，已在裝置中造成一半間距(也就是晶片上相鄰裝置間的一半距離，今日達到22nm)的進化性降低，及造成進一步降低裝置一半間距(及尺寸)的需求。為了以此間距形成裝置及為了允許互連使用用以暴露光刻膠的192nm電磁波長的分辨率(resolut1n)限制來隔開(且大小是在192nm電磁波長的分辨率限制以下)的如此特征結(jié)構(gòu)，已創(chuàng)造了特殊光刻術(shù)及掩模范例。然而，雖然這些技術(shù)能夠形成在用以暴露光刻膠的電磁能的分辨率限制以下的尺寸(及間距)的裝置，造成的裝置中的變化是不可接受地高的，良好裝置的生產(chǎn)率低于可接受的生產(chǎn)率，且多個圖案化步驟、浸沒式光刻術(shù)及其他這樣的特殊處理步驟中的固有成本相對于所需，已對于制造造成的集成電路造成較高的成本。
[0005]此外，隨著裝置間距及尺寸縮小，用以將裝置連接成集成電路的導(dǎo)線及導(dǎo)柱(接點及過孔)的間距及尺寸也縮小。在具有多層互連架構(gòu)的集成電路中，導(dǎo)體的間隔及尺寸越大，互連層距晶片(裝置層)越遠。隨著裝置尺寸縮小，如同直接相鄰于其的層，在裝置層處的互連層的特征結(jié)構(gòu)尺寸及間距同樣地縮小。其結(jié)果是，在裝置之間形成互連的成本也增加了，且由于形成這些互連層的問題，生產(chǎn)率、產(chǎn)量及裝置質(zhì)量也下降了。
[0006]發(fā)明概述
[0007]本文中的實施方式提供了在工件上沉積及蝕刻次微米、納米尺寸特征結(jié)構(gòu)的步驟，使用微尖端陣列或具有可使用電位來個別尋址的個別尖端的陣列來進行，以使得反應(yīng)物或前驅(qū)物在相鄰于個別通電的尖端的區(qū)域中立刻局部反應(yīng)，以使用該反應(yīng)的產(chǎn)物在工件上形成沉積物，或蝕刻工件的下層材料。在一個態(tài)樣中，微尖端陣列經(jīng)配置而具有數(shù)百個至數(shù)十億個個別尖端，且各尖端可經(jīng)個別配置以通過其來傳遞電流，且由此提供充足的能量以使得反應(yīng)物或多個反應(yīng)物反應(yīng)且形成沉積物或蝕刻物。在另一態(tài)樣中，蝕刻反應(yīng)可直接完成于先前存在的材料上，而不需要進一步的反應(yīng)物前驅(qū)物。又在進一步的態(tài)樣中，實施方式可用以直接修改基板材料的納米尺寸部分，或以納米尺度摻雜這樣的材料。
[0008]在本文中的實施方式中，具有許多自平板延伸或可自平板延伸的個別可偏壓的尖端的平板(尖端平板)經(jīng)配置，以連續(xù)的或停止啟動的移動(也熟知為步進)，而可在工件的多個處理區(qū)域上選擇性地安置。于各步驟，或隨著尖端移動，前驅(qū)物氣體引入尖端末端及工件之間，且電壓電位施加至所選擇的尖端以使前驅(qū)物氣體反應(yīng)，且因此修改工件表面，這例如是通過沉積在工件上所造成的反應(yīng)物、或使用反應(yīng)的產(chǎn)物來蝕刻工件的部分來進行的，其中受影響的工件部分在尖端末端的直徑的數(shù)量級。此外，在以小于尖端末端的直徑的數(shù)量級對于相對于彼此的更精細移動而配置尖端平板及工件，使得先前所形成的特征結(jié)構(gòu)可被順序地部分地覆寫(例如當尖端平板是在步進模式時)，以通過以此更精細的距離移動尖端及再次施加電位以再次在工件表面上造成沉積或造成工件表面的蝕刻，來形成線。在工件表面上重復(fù)此步驟，以在工件表面上或中形成納米尺度特征結(jié)構(gòu)。尖端具有I至50納米數(shù)量級(較佳地為I至1nm的數(shù)量級)的直徑，且當電壓施加于其上且尖端緊密地自工件隔開(例如自工件表面以5至20納米的數(shù)量級隔開)時，位于工件及尖端之間的前驅(qū)物可局部地分解成其構(gòu)成成分中的一或更多者。在一個態(tài)樣中，前驅(qū)物是ALD前驅(qū)物，且ALD前驅(qū)物層在電壓施加至尖端之前形成于工件上，且在尖端處施加額外的前驅(qū)物及電壓使得ALD反應(yīng)進行，且因此在工件上留下所需的前驅(qū)物原子種，同時其余的前驅(qū)物物種自工件表面泄出。在另一態(tài)樣中，前驅(qū)物并不先結(jié)合至工件，而在尖端末端的電壓電位使得涉及前驅(qū)物的沉積或蝕刻反應(yīng)發(fā)生在工件表面處。
[0009]在實施方式中，尖端平板提供為至少一行沿線配置的隔開尖端，或為以線布置的多個尖端，且以相鄰的行來布置線，以形成可個別尋址的尖端的三維陣列。在一個態(tài)樣中，陣列提供為包括多行尖端，其中行為至少如要被處理的工件表面的最大寬度尺度一樣長，且在尖端平板的跨距上提供多個平行的行。可以尖端的相同間距(中心至中心間隔)隔開所述行，或相較于行中的尖端的間隔，行的間隔可為不同的。此外，相鄰行中的尖端位置可自行至行而偏移。尖端可通過互連至晶體管陣列(例如由納米電線)來個別尋址，使得陣列中的個別晶體管(在其漏極處)互連至尖端中的個別者?；诳刂破鲄?shù)來選擇個別晶體管柵極以開啟或關(guān)閉，以選擇性地通電尖端中的個別者以造成反應(yīng)物的反應(yīng)及相對應(yīng)的蝕刻或沉積效應(yīng)。
[0010]可使用圖案化的光刻膠、氧化硅硬模、及例如氟基或氯基的化學(xué)物質(zhì)或其混合，來自硅層蝕刻個別尖端，以選擇性地蝕開下層的硅以在其中留下高度上數(shù)量級為10nm或更多的延伸錐形尖端?？勺詥尉Щ?例如硅基板，其中用于控制個別尖端的致動的晶體管陣列已被或?qū)⒈恍纬?部分或自晶體管陣列上生長的材料層提供硅層。與連接至陣列的個別驅(qū)動晶體管的漏極的互連件(納米電線)定位來形成個別尖端，使得在制造時，各尖端可被個別尋址且可透過陣列的單一晶體管來充電至一電位。尖端所形成于其中的下層材料可首先形成為個別的隔離區(qū)域，這再次地是通過以下步驟來進行的:通過電子束光刻術(shù)來圖案化光刻掩模、形成圍繞尖端所要形成于其中的各區(qū)域的個別溝及以隔離材料來填充溝。因此，可彼此電性隔離地形成納米尺度尖端的陣列，且可以一電位來個別尋址該陣列，該電位足以在數(shù)量級為尖端末端的直徑的區(qū)域中造成前驅(qū)物反應(yīng)物的反應(yīng)，以在具有尖端尺寸的尺度的基板上形成特征結(jié)構(gòu)。
[0011]在本文中的另一實施方式中，具有100,000行及100,000列尖端的尖端平板(其中尖端沿行而中心至中心地隔開20nm)提供了在4平方厘米的區(qū)域中具有100億個個別尖端的尖端平板。可在工件上掃描尖端平板、相對于尖端平板掃描工件或它們皆可移動。當尖端平板相對于工件改變位置時，個別尋址其個別尖端以在其上施加電位以造成沉積或蝕刻反應(yīng)。掃描步驟可使用維持于尖端上的電位而為連續(xù)的，或其可為步進配置，其中僅當尖端平板靜止時才將尖端通電，且在電位再次施加至尖端之前，尖端平板再次以精細的運動步級來步進或掃描至新的位置。
[0012]尖端平板可用以在工件上直接形成三維、納米尺度特征結(jié)構(gòu)。通過在陣列的個別尖端上施加適當?shù)碾妷?，施加于尖端及工件之間的前驅(qū)物分子中的原子種之間的鍵合可被打斷或取消結(jié)合，造成在尖端及工件之間的小空間中形成沉積或蝕刻物種。通過移動陣列來由適當?shù)囊苿蛹舛?，可全以納米尺度來蝕刻或沉積三維特征結(jié)構(gòu)(例如線)，由此對于形成非常精細的(也就是非常小的)工件特征結(jié)構(gòu)，略過傳統(tǒng)的、限于電磁波長的光刻成像處理。
[0013]附圖簡要說明
[0014]可通過參照實施方式(其中的某些繪示于隨附的附圖中)來擁有以上所簡要概述的本發(fā)明的更特定描述，以便可以更詳細的方式了解以上所載的本發(fā)明特征。應(yīng)注意的是，然而，所附圖示僅繪示此發(fā)明的一般實施方式且因此并不視為限制此發(fā)明的范圍，因為該發(fā)明可接納其他同等有效的實施方式。
[0015]圖1是益于實行本文中所公開的實施方式的處理室的截面示意圖；
[0016]圖2是尖端平板的部分透視圖，圖示所述尖端平板的多個尖端的配置；
[0017]圖3是一系列的三個尖端的示意側(cè)視圖，圖示尖端平板上的尖端間的相對間距，及圖示尖端平板及工件的相對間距；
[0018]圖4是工件的部分平面圖，圖示尖端平板的路徑及工件的校準特征結(jié)構(gòu)；
[0019]圖5是尖端平板的示意側(cè)視圖；
[0020]圖6是尖端平板的示意頂視圖；
[0021]圖7是工件的部分平面圖，圖示所述工件上的多個參考位置；
[0022]圖8是圖7的工件的部分平面圖，圖示所述工件上的四個位置處的沉積；
[0023]圖9是圖8的工件的部分平面圖，圖示所述工件上的額外沉積，用以起始在工件的暴露表面上形成沉積線的步驟；
[0024]圖10是圖9的工件的部分平面圖，圖示跨越兩個參考位置的線及部分完成的線，以及一個參考位置處的單一沉積；
[0025]圖11是圖10的工件的部分平面圖，圖示進一步的沉積，用以進一步限定部分完成的線；
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