專利名稱：沒有殘余物的硬掩模修整的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的成形。更具體地，本發(fā)明涉及
在半導(dǎo)體器件的成形過程中將特征蝕刻進多晶硅層。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體晶片處理過程中，4吏用7>知的圖案化和蝕刻工 藝將半導(dǎo)體器件的特征限定在晶片中。在這工藝中，光刻膠(PR)
材料設(shè)置在晶片上并且然后暴露于由中間掩模過濾的光線。該中間 掩模通常是玻璃板，其圖案化由模板特征幾何圖案，該圖案阻止光 線穿過該中間掩才莫。通過該中間掩模后，光線接觸光刻膠材料的表面。該光 線改變該光刻月交材料的化學(xué)成分從而顯影#幾可以去除光刻膠材料 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，去除未暴露的區(qū)域。之后，蝕刻該晶片以從 不再受到該光刻膠材料保護的區(qū)域去除下層的材料，并由此在該晶 片中形成所需要的特征。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)前述的以及按照本發(fā)明的目的，提供一種在多 晶硅層中形成特征的方法。硬掩模層形成在該多晶硅層之上。光刻 膠掩模形成在該硬掩模層之上。通過該光刻膠掩才莫蝕刻該硬掩模層以形成圖案化硬掩模。通過提供包含氧氣和含氟化合物的不含碳的 修整氣體修整該圖案化硬掩模，由該修整氣體形成等離子，并且修 整該硬掩模。通過該硬掩模將特征蝕刻進該多晶硅層。在本發(fā)明另一表現(xiàn)形式中，提供用來修整多晶硅層之上 的硬掩模的方法。提供包含氧氣和含氟化合物的不含碳修整氣體。 由該修整氣體形成等離子。修整該硬掩模。在本發(fā)明另 一表現(xiàn)形式中，提供一種用于將特征形成進 蝕刻層的裝置，該蝕刻層設(shè)置在硬掩模層下方，該硬掩模層設(shè)置在 光刻膠掩模下方。提供等離子處理室，其包括形成等離子處理室外 殼的室壁，用于在該等離子處理室外殼內(nèi)支撐基片的基片支撐件， 用于調(diào)節(jié)該等離子處理室外殼內(nèi)壓力的壓力調(diào)節(jié)器，至少一個電 極，用來向該等離子處理室外殼提供功率以維持等離子，氣體入口， 用于將氣體提供進該等離子處理室外殼，和氣體出口，用于從該等 離子處理室外殼排出氣體。與該氣體入口流體連通的氣體源包括氧 氣氣體源、含氟化合物氣體源和多晶硅蝕刻氣體源?？刂破饕钥煽?制;也方式連4妄到該氣體源和該至少 一個電4及。該4空制器包4舌至少一 個處理器和計算機可讀介質(zhì)，其包括用于通過該光刻膠掩模蝕刻該 硬掩才莫層以形成圖案化石更掩模的計算才幾可讀代7馬；用于^f奮整該圖案 化硬掩模的計算機可讀代碼，其包括用于通過該氣體入口從該氣體 源提供包含氧氣和含氟化合物的不含碳修整氣體進入該等離子處 理室的計算機可讀代碼，用于從該修整氣體形成等離子的計算機可 讀代碼，和用于》務(wù)整該硬掩模的計算4幾可讀^碼；以及用于通過該 硬掩才莫將特征蝕刻進該多晶硅層的計算機可讀代Z馬。
圖更詳細(xì)地/說明。


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在附圖中，本發(fā)明作為示例i兌明，而不是作為限制，并 且在這些圖中類似的參考標(biāo)號指的是相似的零件，其中圖1是可在本發(fā)明 一 實施例中使用的工藝的高層流程圖。圖2A-G按照本發(fā)明 一 實施例處理的棧的示意性剖視圖。圖3是可在實施本發(fā)明中使用的等離子處理室的示意圖。圖4A-B說明 一個計算機系統(tǒng)，其適于實現(xiàn)用在本發(fā)明實 施例中的控制器。
具體實施例方式現(xiàn)在將才艮據(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，/^知的工藝步 驟和/或結(jié)構(gòu)沒有i兌明，以避免不必要的混淆本發(fā)明。為了便于理解，圖1是可在本發(fā)明 一 實施例中使用的工藝 的高層流程圖。硬掩模層提供在多晶硅層之上(步驟104)。圖2A是 基片204之上的多晶石圭層208的示意性剖4見圖，在該多晶,圭之上形成 石更掩才莫層212， /人而形成棧200。圖案化光刻膠掩模216形成在該硬掩模層212之上(步驟 108)。為了提供該圖案化掩模，光刻膠層可首先形成在該蝕刻層之 上。修整該圖案化光刻膠掩模216 (步驟112)，如圖2B所示。 該修整是局部修整，因為該修整只是將該掩^t局部減小到所需要的CD。軟BARC層可設(shè)置在該光刻膠和硬掩模之間，其變?yōu)樵谠撚惭?才莫打開之前將該PR/BARC修整到的水平。打開該硬掩才莫層212形成圖案化硬掩4莫(步驟116)，如圖 2C所示。剝除該光刻膠掩模216 (步驟120),如圖2D所示。修整由該硬掩模層212形成的該圖案化硬掩模(步驟 124)，如圖2E所示。該硬掩模修整提供硬掩模修整氣體，其不含碳 并且包括氧氣和含氟化合物。優(yōu)選地，氧氣的流率大于該含氟化合 物的流率。該硬掩模修整氣體形成等離子。該等離子修整該硬掩模 并且優(yōu)選地提供相對多晶硅的無窮大的選擇比?？刹攀枪┩黄撇襟E (步驟128)以完成在該硬掩模層212中形成特征。是否需要突破步 驟取決于隨后的多晶硅蝕刻的化學(xué)制劑。通過該石更掩一莫蝕刻該多晶硅層208 (步驟132)以形成特 征224,如圖2F所示。然后可剝除該硬掩模(步驟136)，如圖2G所 示。是否需要硬掩模剝除取決于具體的門應(yīng)用。
示例為了提供示例，硬掩模形成在多晶硅層之上。該硬掩模 可以是傳統(tǒng)的硅基硬掩模材料，其優(yōu)選地是SiN、富氮化硅(Silicon Rich Nitride) ( SRN )、 Si02、 TEOS和SiON。更優(yōu)選地，該硬掩才莫 材料在這個示例中是雙SiON/SRN硬掩模。光刻膠掩模形成在該硬掩模層之上(步驟108)。在這個 示例中，底部抗反射涂層(BARC)設(shè)置在該光刻膠掩模和硬掩模 層之間。在這個示例中，該光刻月交是193 nmPR。
然后修整該光刻膠掩模(步驟112)。 4吏用傳統(tǒng)的光刻月交修整，如通過提供02、 HBr、 Cl2、 He、 CF4等的任何一個或多個構(gòu)成的光刻膠修整氣體(其形成等離子)。該基片然后可設(shè)置在蝕刻室中。圖3是等離子處理系統(tǒng)300的示意圖，包4舌等離子處理工具301。該等離子處J里工具301是電感耦合等離子蝕刻工具并且包括其中具有等離子處理室304的等離子反應(yīng)器302。變壓器耦合功率(TCP)控制器350和偏置功率控制器355分別控制TCP電源351和偏置電源356,影響在等離子室304中產(chǎn)生的等離子324。該TCP功率控制器350設(shè)置在用于TCP電源351的設(shè)定點，該電源配置為提供13.56MHz的射頻信號(由TCP匹配網(wǎng)絡(luò)352調(diào)諧)，至設(shè)置在該等離子室304附近的TCP線圈353。提供RF透明窗(transparent window ) 354以將TCP線圈353與等離子室304分開同時允許能量從TCP線圈353通過至等離子室304。通過藍(lán)寶石圓片提供光學(xué)透明窗365,該圓片具有大約2.5cm ( l英寸)的直徑并位于該RF透明窗354中的孑L內(nèi)。該偏置功率控制器355設(shè)置在用于偏置電源356的設(shè)定點，該電源配置為提供RF信號(由偏置匹配網(wǎng)絡(luò)357調(diào)諧)，至位于等離子室304內(nèi)的卡盤電極308,在電極308上方產(chǎn)生直流(DC)偏置，該電極適于容納正在處理的基片306，如半導(dǎo)體晶片工件。氣體供應(yīng)機構(gòu)或氣體源310包括一種或多種氣體的 一個或多個源316,其通過氣體歧管317連接以提供該工藝所需的正確化學(xué)制劑至等離子室304內(nèi)部。排氣機構(gòu)318包括壓力控制閥門319和排氣泵320并且乂人該等離子室304內(nèi)部去除凝:粒以及維持等離子室304內(nèi)特定的壓力。
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溫度控制器380通過控制加熱器電源384控制提供在該卡 盤308內(nèi)的加熱器382的溫度。該等離子處理系統(tǒng)300還包括電控電 路370。等離子處理系統(tǒng)300還可包括終點探測器360。圖4A和4B說明了一個計算^L系統(tǒng)1300,其適于實現(xiàn)用于 本發(fā)明的實施方式的控制回路的控制器370。圖4A示出該計算機系 統(tǒng)一種可能的物理形式。當(dāng)然，該計算才幾系統(tǒng)可以具有乂人集成電i 各、 印刷電路板和小型手持設(shè)備到巨型超級計算機范圍內(nèi)的許多物理 形式。計算機系統(tǒng)1300包括監(jiān)一見器1302、顯示器1304、機箱1306、 f茲盤驅(qū)動器1308、 4建盤1310和鼠標(biāo)1312。石茲盤1314是用來與計算才幾 系統(tǒng)1300傳入和傳出數(shù)據(jù)的計算機可讀介質(zhì)。圖4B是計算才幾系統(tǒng)1300的才匡圖的一個例子。連4妄到系統(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〗諸器可包括下面描述的 任何合適的計算機可讀介質(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可 讀介質(zhì)。固定》茲盤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?？梢岳斫獾氖潜Ａ粼诠潭?磁盤1326內(nèi)的信息可以在適當(dāng)?shù)那闆r下作為虛擬存4諸器以標(biāo)準(zhǔn)的 方式結(jié)合在存4諸器1324中?？梢苿哟妗街T器1314可以采用下面描述的 任何計算機可讀介質(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。CPU 1322可選地可使用 網(wǎng)絡(luò)接口 1340連接到另 一 臺計算機或者電信網(wǎng)絡(luò)。利用這樣的網(wǎng)絡(luò) 接口，計劃在^^丸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)明的實施方式進一步涉及具有計算機可讀介 質(zhì)的計算機存儲產(chǎn)品，在計算機可讀介質(zhì)上有用于執(zhí)行各種計算機 實現(xiàn)的操作的計算機代碼。該介質(zhì)和計算機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積4欠件領(lǐng)域4支 術(shù)人員來談/>知并且可以得到的類型。計算才幾可讀介質(zhì)的例子包 括，但不限于》茲介質(zhì)，如硬盤、軟盤和磁帶；光介質(zhì)，如CD-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。計算沖幾代碼的例子包^舌如由編譯 器生成的機器代碼，以及包含高級代碼的文件，該高級代碼能夠由 計算機使用解釋器來執(zhí)行。計算機可讀介質(zhì)還可以是在載波中由計 算機數(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 算機代碼。然后打開該硬掩模層(步驟116)?？墒褂脗鹘y(tǒng)的硬掩模 打開，其提供有下面 一種或多種硬掩模打開氣體；CF4、 CH2F2、 CHF3 、 SF6、 02、 Ar、 He， N2等。優(yōu)選地，氟基氣體用作最主要的蝕刻劑。剝除該光刻月交(步驟120)。在這個示例中〗吏用傳統(tǒng)灰化， 其使用02作為剝除氣體。修整該硬掩模(步驟124 )。該硬掩一莫修整提供硬掩模修 整氣體，其沒有碳(不包含碳)并且包括氧氣和含氟化合物。優(yōu)選地，氧氣流率大于該含氟化合物的流率。更優(yōu)選地，該含氟化合物
是SF6和NF3的至少一個。更優(yōu)選地，02流率超過SF6和NF3流率的5 倍。更優(yōu)選地，02流率超過SF6和NF3流率的9倍。優(yōu)選地，該修整 氣體不含》灰。在這個示例中，該氟成分是SF6。該石更掩才臭修整氣體 形成等離子。該等離子修整該硬掩模并且優(yōu)選地提供相對多晶硅無 窮大的選擇比。用于該硬掩模修整的示例制法提供IO mTorr壓力。 通過該TCP線圏353應(yīng)用1000瓦特。提供200 sccm 02和15 sccm SF6 的修整氣體。在這個實施例中，沒有使用突破蝕刻(步驟128)。在其 他實施例中，可使用傳統(tǒng)的突石皮蝕刻，可以〗吏用氟基突石皮氣體，如 CF4。蝕刻該多晶硅層(步驟132)。提供使用SF6和CH2F2多晶 硅蝕刻氣體的傳統(tǒng)的多晶硅蝕刻。可在沒有突石皮步驟的情況下進4亍 這種多晶硅蝕刻。對于HBr基的多晶硅蝕刻，突石皮蝕刻是優(yōu)選地。在沒有受到理論限制的情況下，相信該創(chuàng)新性的工藝提 供硬掩模修整，其使用該修整氣體的氧氣來在該多晶硅之上提供薄 的保護SiO層。該薄的〗呆護層纟是供相對多晶^圭的無窮大的選擇比。 結(jié)果，在該硬掩模修整過程中該多晶硅不會受損或蝕刻，這阻止該 修整影響或形成該多晶硅形貌。另外，通過修整該硬掩模，該光刻月l修整只需要較少。 該光刻膠掩模的修整也是垂直的減少該光刻膠的厚度。光刻膠掩模 過多的修整導(dǎo)致光刻膠掩模的刻面而使得光刻膠掩模過薄，這導(dǎo)致 蝕刻進該多晶硅的特征出現(xiàn)缺陷。為了進一 步減少可能由該光刻膠 修整導(dǎo)致的損傷，可纟是供不修整該光刻膠的實施例。
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該創(chuàng)新性工藝中不存在石灰也減小了線條邊緣津且4造度，而 沒有惡化線條邊緣縮短。相信存在碳時會形成殘余物，其增加粗糙 度。盡管本發(fā)明依照多個實施方式描述，^旦是存在落入本發(fā) 明范圍內(nèi)的改變、修改、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、修改、置換和各種替代等同物。
權(quán)利要求
1. 一種用來在多晶硅層形成特征的方法，包括在該多晶硅層之上形成硬掩模層；在該硬掩模層之上形成光刻膠掩模；通過該光刻膠掩模蝕刻該硬掩模層以形成圖案化硬掩模；修整該圖案化硬掩模，包括提供包括氧氣和含氟化合物的不含碳修整氣體；由該修整氣體形成等離子；和修整該硬掩模；和通過該硬掩模將特征蝕刻進該多晶硅層。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中該修整氣體提供大于來自該含 氟化合物的氟原子流率的氧原子流率。
3. 如權(quán)利要求1-2任一項所述的方法，其中該硬掩模修整提供相 對多晶石圭無窮大的選擇比。
4. 如權(quán)利要求1-3任一項所述的方法，進一步包括在通過該硬掩 模將特征蝕刻進該多晶硅層之后剝除該硬掩模。
5. 如權(quán)利要求l-4任一項所述的方法，其中該含氟化合物是SF6， 其中氧氣流率大于SF6流率的5倍。
6. 如權(quán)利要求l-4任一項所述的方法，其中該含氟化合物是NF3， 其中氧氣流率大于NF3流率的5倍。
7. 如權(quán)利要求l-4任一項所述的方法，其中該含氟化合物是SF6 和NF3的至少一個，其中氧氣流率是該SF6和NF3流率的至 少9倍。
8. 如權(quán)利要求l-7任一項所述的方法，進一步包括修整該光刻膠 掩模。
9. 一種用于修整多晶硅層之上的硬掩模的方法，包括提供包括氧氣和含氟化合物的不含碳的修整氣體；由該修整氣體形成等離子；和修整該硬掩模。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中該修整氣體提供大于來自該含 氟化合物的氟原子流率的氧原子流率。
11. 如權(quán)利要求9-10任一項所述的方法，其中該硬掩模修整提供 相》十多晶石圭無窮大的選擇比。
12. 如權(quán)利要求9-11任一項所述的方法，其中該含氟化合物是 SF6,其中氧氣流率大于SF6流率的5倍。
13. 如權(quán)利要求9-11任一項所述的方法，其中該含氟化合物是 NF3,其中氧氣流率大于NF3流率的5倍。
14. 一種用于在蝕刻層中形成特征的設(shè)備，該蝕刻層設(shè)在硬掩模層 下方，該硬掩模層設(shè)在光刻膠掩模下方，包括等離子處理室，包括室壁，形成等離子處理室外殼；基片支撐件，用于在該等離子處理室外殼內(nèi)支撐基片；壓力調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)該等離子處理室外殼內(nèi)壓力；至少一個電^ l,用于^是供功率至該等離子處理室外 殼以維持等離子；氣體入口，用于將氣體提供進該等離子處理室外殼；和氣體出口，用于從該等離子處理室外殼排出氣體；氣體源，與該氣體入口流體連通，包4舌氧氣氣體源；含氟化合物氣體源；和多晶硅蝕刻氣體源；和控制器，以可控的方式連接到該氣體源和該至少一個電 極，包括至少一個處理器；和計算才幾可讀介質(zhì)，包括計算才幾可讀代碼，用于通過該光刻月交掩才莫蝕刻 該硬掩模層以形成圖案化硬掩模；計算機可讀代碼，用于修整該圖案化硬掩模， 包括計算機可讀代碼，用于通過該氣體入口從 該氣體源纟是供包含氧氣和含氟化合物的不含》友 的修整氣體進入該等離子處理室；計算機可讀代碼，用于由該修整氣體形成 等離子；和計算才幾可讀代Z馬，用于》務(wù)整該》更掩才莫；和計算機可讀代碼，用于通過該硬掩模將特征蝕 刻進該多晶硅層。
全文摘要
提供一種將特征蝕刻進多晶硅層的方法。硬掩模層提供在該多晶硅層之上。光刻膠掩模形成在該硬掩模層之上。通過該光刻膠掩模蝕刻該硬掩模層以形成圖案化硬掩模。通過提供包含氧氣和含氟化合物的不含碳修整氣體來修整該圖案化硬掩模，由該修整氣體形成等離子，和并且修整該硬掩模。通過該硬掩模將特征蝕刻進該多晶硅層。
文檔編號H01L21/3213GK101461044SQ200780020952
公開日2009年6月17日 申請日期2007年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月5日
發(fā)明者湯姆·A·坎普 申請人:朗姆研究公司