专利名称：没有残余物的硬掩模修整的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及半导体器件的成形。更具体地，本发明涉及
在半导体器件的成形过程中将特征蚀刻进多晶硅层。
背景技术：
在半导体晶片处理过程中，4吏用7>知的图案化和蚀刻工 艺将半导体器件的特征限定在晶片中。在这工艺中，光刻胶(PR)
材料设置在晶片上并且然后暴露于由中间掩模过滤的光线。该中间 掩模通常是玻璃板，其图案化由模板特征几何图案，该图案阻止光 线穿过该中间掩才莫。通过该中间掩模后，光线接触光刻胶材料的表面。该光 线改变该光刻月交材料的化学成分从而显影#几可以去除光刻胶材料 的一部分。在正光刻胶材料的情况中，去除该暴露的区域，而在负 光刻胶材料的情况中，去除未暴露的区域。之后，蚀刻该晶片以从 不再受到该光刻胶材料保护的区域去除下层的材料，并由此在该晶 片中形成所需要的特征。
发明内容
为了实现前述的以及按照本发明的目的，提供一种在多 晶硅层中形成特征的方法。硬掩模层形成在该多晶硅层之上。光刻 胶掩模形成在该硬掩模层之上。通过该光刻胶掩才莫蚀刻该硬掩模层以形成图案化硬掩模。通过提供包含氧气和含氟化合物的不含碳的 修整气体修整该图案化硬掩模，由该修整气体形成等离子，并且修 整该硬掩模。通过该硬掩模将特征蚀刻进该多晶硅层。在本发明另一表现形式中，提供用来修整多晶硅层之上 的硬掩模的方法。提供包含氧气和含氟化合物的不含碳修整气体。 由该修整气体形成等离子。修整该硬掩模。在本发明另 一表现形式中，提供一种用于将特征形成进 蚀刻层的装置，该蚀刻层设置在硬掩模层下方，该硬掩模层设置在 光刻胶掩模下方。提供等离子处理室，其包括形成等离子处理室外 壳的室壁，用于在该等离子处理室外壳内支撑基片的基片支撑件， 用于调节该等离子处理室外壳内压力的压力调节器，至少一个电 极，用来向该等离子处理室外壳提供功率以维持等离子，气体入口， 用于将气体提供进该等离子处理室外壳，和气体出口，用于从该等 离子处理室外壳排出气体。与该气体入口流体连通的气体源包括氧 气气体源、含氟化合物气体源和多晶硅蚀刻气体源。控制器以可控 制;也方式连4妄到该气体源和该至少 一个电4及。该4空制器包4舌至少一 个处理器和计算机可读介质，其包括用于通过该光刻胶掩模蚀刻该 硬掩才莫层以形成图案化石更掩模的计算才几可读代7马；用于^f奮整该图案 化硬掩模的计算机可读代码，其包括用于通过该气体入口从该气体 源提供包含氧气和含氟化合物的不含碳修整气体进入该等离子处 理室的计算机可读代码，用于从该修整气体形成等离子的计算机可 读代码，和用于》务整该硬掩模的计算4几可读^码；以及用于通过该 硬掩才莫将特征蚀刻进该多晶硅层的计算机可读代Z马。
图更详细地/说明。
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在附图中，本发明作为示例i兌明，而不是作为限制，并 且在这些图中类似的参考标号指的是相似的零件，其中图1是可在本发明 一 实施例中使用的工艺的高层流程图。图2A-G按照本发明 一 实施例处理的栈的示意性剖视图。图3是可在实施本发明中使用的等离子处理室的示意图。图4A-B说明 一个计算机系统，其适于实现用在本发明实 施例中的控制器。
具体实施例方式现在将才艮据其如在附图中说明的几个实施方式来具体描 述本发明。在下面的描述中，阐述许多具体细节以提供对本发明的 彻底理解。然而，对于本领域技术人员，显然，本发明可不利用这 些具体细节的一些或者全部而实施。在有的情况下，/^知的工艺步 骤和/或结构没有i兌明，以避免不必要的混淆本发明。为了便于理解，图1是可在本发明 一 实施例中使用的工艺 的高层流程图。硬掩模层提供在多晶硅层之上(步骤104)。图2A是 基片204之上的多晶石圭层208的示意性剖4见图，在该多晶,圭之上形成 石更掩才莫层212， /人而形成栈200。图案化光刻胶掩模216形成在该硬掩模层212之上(步骤 108)。为了提供该图案化掩模，光刻胶层可首先形成在该蚀刻层之 上。修整该图案化光刻胶掩模216 (步骤112)，如图2B所示。 该修整是局部修整，因为该修整只是将该掩^t局部减小到所需要的CD。软BARC层可设置在该光刻胶和硬掩模之间，其变为在该硬掩 才莫打开之前将该PR/BARC修整到的水平。打开该硬掩才莫层212形成图案化硬掩4莫(步骤116)，如图 2C所示。剥除该光刻胶掩模216 (步骤120),如图2D所示。修整由该硬掩模层212形成的该图案化硬掩模(步骤 124)，如图2E所示。该硬掩模修整提供硬掩模修整气体，其不含碳 并且包括氧气和含氟化合物。优选地，氧气的流率大于该含氟化合 物的流率。该硬掩模修整气体形成等离子。该等离子修整该硬掩模 并且优选地提供相对多晶硅的无穷大的选择比。可才是供突破步骤 (步骤128)以完成在该硬掩模层212中形成特征。是否需要突破步 骤取决于随后的多晶硅蚀刻的化学制剂。通过该石更掩一莫蚀刻该多晶硅层208 (步骤132)以形成特 征224,如图2F所示。然后可剥除该硬掩模(步骤136)，如图2G所 示。是否需要硬掩模剥除取决于具体的门应用。
示例为了提供示例，硬掩模形成在多晶硅层之上。该硬掩模 可以是传统的硅基硬掩模材料，其优选地是SiN、富氮化硅(Silicon Rich Nitride) ( SRN )、 Si02、 TEOS和SiON。更优选地，该硬掩才莫 材料在这个示例中是双SiON/SRN硬掩模。光刻胶掩模形成在该硬掩模层之上(步骤108)。在这个 示例中，底部抗反射涂层(BARC)设置在该光刻胶掩模和硬掩模 层之间。在这个示例中，该光刻月交是193 nmPR。
然后修整该光刻胶掩模(步骤112)。 4吏用传统的光刻月交修整，如通过提供02、 HBr、 Cl2、 He、 CF4等的任何一个或多个构成的光刻胶修整气体(其形成等离子)。该基片然后可设置在蚀刻室中。图3是等离子处理系统300的示意图，包4舌等离子处理工具301。该等离子处J里工具301是电感耦合等离子蚀刻工具并且包括其中具有等离子处理室304的等离子反应器302。变压器耦合功率(TCP)控制器350和偏置功率控制器355分别控制TCP电源351和偏置电源356,影响在等离子室304中产生的等离子324。该TCP功率控制器350设置在用于TCP电源351的设定点，该电源配置为提供13.56MHz的射频信号(由TCP匹配网络352调谐)，至设置在该等离子室304附近的TCP线圈353。提供RF透明窗(transparent window ) 354以将TCP线圈353与等离子室304分开同时允许能量从TCP线圈353通过至等离子室304。通过蓝宝石圆片提供光学透明窗365,该圓片具有大约2.5cm ( l英寸)的直径并位于该RF透明窗354中的孑L内。该偏置功率控制器355设置在用于偏置电源356的设定点，该电源配置为提供RF信号(由偏置匹配网络357调谐)，至位于等离子室304内的卡盘电极308,在电极308上方产生直流(DC)偏置，该电极适于容纳正在处理的基片306，如半导体晶片工件。气体供应机构或气体源310包括一种或多种气体的 一个或多个源316,其通过气体歧管317连接以提供该工艺所需的正确化学制剂至等离子室304内部。排气机构318包括压力控制阀门319和排气泵320并且乂人该等离子室304内部去除凝:粒以及维持等离子室304内特定的压力。
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温度控制器380通过控制加热器电源384控制提供在该卡 盘308内的加热器382的温度。该等离子处理系统300还包括电控电 路370。等离子处理系统300还可包括终点探测器360。图4A和4B说明了一个计算^L系统1300,其适于实现用于 本发明的实施方式的控制回路的控制器370。图4A示出该计算机系 统一种可能的物理形式。当然，该计算才几系统可以具有乂人集成电i 各、 印刷电路板和小型手持设备到巨型超级计算机范围内的许多物理 形式。计算机系统1300包括监一见器1302、显示器1304、机箱1306、 f兹盘驱动器1308、 4建盘1310和鼠标1312。石兹盘1314是用来与计算才几 系统1300传入和传出数据的计算机可读介质。图4B是计算才几系统1300的才匡图的一个例子。连4妄到系统^ 总线1320的是各种各样的子系统。处理器1322 (也称为中央处理单 元，或CPU)连接到存储设备，包括存储器1324。存储器1324包括 随机访问存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。如本领域所公知 的，ROM用作向CPU单向传输数据和指令，而RAM通常用来以双 向的方式传输数据和指令。这两种类型的存〗诸器可包括下面描述的 任何合适的计算机可读介质。固定磁盘1326也是双向连接到CPU 1322;其提供额外的数据存储并且也包括下面描述的任何计算机可 读介质。固定》兹盘1326可用来存储程序、数据等，并且通常是次级 存储介质(如硬盘)，其比主存储器慢。可以理解的是保留在固定 磁盘1326内的信息可以在适当的情况下作为虚拟存4诸器以标准的 方式结合在存4诸器1324中。可移动存〗诸器1314可以采用下面描述的 任何计算机可读介质的形式。CPU 1322还连接到各种输入/输出设备，如显示器1304、 键盘1310、鼠标1312和扬声器1330。通常，输入/输出设备可以是下 面的任何一种视频显示器、轨迹球、鼠标、键盘、麦克风、触摸 显示器、转换器读卡器、磁带或纸带阅读器、书写板、触针、语音或手写识别器、生物阅读器或其他计算机。CPU 1322可选地可使用 网络接口 1340连接到另 一 台计算机或者电信网络。利用这样的网络 接口，计划在^^丸行上述方法步骤地过程中，CPU可从网络接收信息 或者向网络输出信息。此外，本发明的方法实施方式可在CPU1322 上单独执行或者可在如Internet的网络上与共享该处理一部分的远 程CPU—起执行。另外，本发明的实施方式进一步涉及具有计算机可读介 质的计算机存储产品，在计算机可读介质上有用于执行各种计算机 实现的操作的计算机代码。该介质和计算机代码可以是那些为本发 明目的专门设计和构建的，或者它们可以是对于计算积4欠件领域4支 术人员来谈/>知并且可以得到的类型。计算才几可读介质的例子包 括，但不限于》兹介质，如硬盘、软盘和磁带；光介质，如CD-ROM 和全息设备；磁-光介质，如光软盘；以及为了存储和执行程序代码 专门配置的硬件设备，如专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件 (PLD )以及ROM和RAM器件。计算冲几代码的例子包^舌如由编译 器生成的机器代码，以及包含高级代码的文件，该高级代码能够由 计算机使用解释器来执行。计算机可读介质还可以是在载波中由计 算机数据信号携带的并且表示能够被处理器执行的指令序列的计 算机代码。然后打开该硬掩模层(步骤116)。可使用传统的硬掩模 打开，其提供有下面 一种或多种硬掩模打开气体；CF4、 CH2F2、 CHF3 、 SF6、 02、 Ar、 He， N2等。优选地，氟基气体用作最主要的蚀刻剂。剥除该光刻月交(步骤120)。在这个示例中〗吏用传统灰化， 其使用02作为剥除气体。修整该硬掩模(步骤124 )。该硬掩一莫修整提供硬掩模修 整气体，其没有碳(不包含碳)并且包括氧气和含氟化合物。优选地，氧气流率大于该含氟化合物的流率。更优选地，该含氟化合物
是SF6和NF3的至少一个。更优选地，02流率超过SF6和NF3流率的5 倍。更优选地，02流率超过SF6和NF3流率的9倍。优选地，该修整 气体不含》灰。在这个示例中，该氟成分是SF6。该石更掩才臭修整气体 形成等离子。该等离子修整该硬掩模并且优选地提供相对多晶硅无 穷大的选择比。用于该硬掩模修整的示例制法提供IO mTorr压力。 通过该TCP线圏353应用1000瓦特。提供200 sccm 02和15 sccm SF6 的修整气体。在这个实施例中，没有使用突破蚀刻(步骤128)。在其 他实施例中，可使用传统的突石皮蚀刻，可以〗吏用氟基突石皮气体，如 CF4。蚀刻该多晶硅层(步骤132)。提供使用SF6和CH2F2多晶 硅蚀刻气体的传统的多晶硅蚀刻。可在没有突石皮步骤的情况下进4亍 这种多晶硅蚀刻。对于HBr基的多晶硅蚀刻，突石皮蚀刻是优选地。在没有受到理论限制的情况下，相信该创新性的工艺提 供硬掩模修整，其使用该修整气体的氧气来在该多晶硅之上提供薄 的保护SiO层。该薄的〗呆护层纟是供相对多晶^圭的无穷大的选择比。 结果，在该硬掩模修整过程中该多晶硅不会受损或蚀刻，这阻止该 修整影响或形成该多晶硅形貌。另外，通过修整该硬掩模，该光刻月l修整只需要较少。 该光刻胶掩模的修整也是垂直的减少该光刻胶的厚度。光刻胶掩模 过多的修整导致光刻胶掩模的刻面而使得光刻胶掩模过薄，这导致 蚀刻进该多晶硅的特征出现缺陷。为了进一 步减少可能由该光刻胶 修整导致的损伤，可纟是供不修整该光刻胶的实施例。
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该创新性工艺中不存在石灰也减小了线条边缘津且4造度，而 没有恶化线条边缘缩短。相信存在碳时会形成残余物，其增加粗糙 度。尽管本发明依照多个实施方式描述，^旦是存在落入本发 明范围内的改变、修改、置换和各种替代等同物。还应当注意，有 许多实现本发明方法和设备的可选方式。所以，其意图是下面所附 的权利要求解释为包括所有这样的落入本发明主旨和范围内的改 变、修改、置换和各种替代等同物。
权利要求
1. 一种用来在多晶硅层形成特征的方法，包括在该多晶硅层之上形成硬掩模层；在该硬掩模层之上形成光刻胶掩模；通过该光刻胶掩模蚀刻该硬掩模层以形成图案化硬掩模；修整该图案化硬掩模，包括提供包括氧气和含氟化合物的不含碳修整气体；由该修整气体形成等离子；和修整该硬掩模；和通过该硬掩模将特征蚀刻进该多晶硅层。
2. 如权利要求1所述的方法，其中该修整气体提供大于来自该含 氟化合物的氟原子流率的氧原子流率。
3. 如权利要求1-2任一项所述的方法，其中该硬掩模修整提供相 对多晶石圭无穷大的选择比。
4. 如权利要求1-3任一项所述的方法，进一步包括在通过该硬掩 模将特征蚀刻进该多晶硅层之后剥除该硬掩模。
5. 如权利要求l-4任一项所述的方法，其中该含氟化合物是SF6， 其中氧气流率大于SF6流率的5倍。
6. 如权利要求l-4任一项所述的方法，其中该含氟化合物是NF3， 其中氧气流率大于NF3流率的5倍。
7. 如权利要求l-4任一项所述的方法，其中该含氟化合物是SF6 和NF3的至少一个，其中氧气流率是该SF6和NF3流率的至 少9倍。
8. 如权利要求l-7任一项所述的方法，进一步包括修整该光刻胶 掩模。
9. 一种用于修整多晶硅层之上的硬掩模的方法，包括提供包括氧气和含氟化合物的不含碳的修整气体；由该修整气体形成等离子；和修整该硬掩模。
10. 如权利要求9所述的方法，其中该修整气体提供大于来自该含 氟化合物的氟原子流率的氧原子流率。
11. 如权利要求9-10任一项所述的方法，其中该硬掩模修整提供 相》十多晶石圭无穷大的选择比。
12. 如权利要求9-11任一项所述的方法，其中该含氟化合物是 SF6,其中氧气流率大于SF6流率的5倍。
13. 如权利要求9-11任一项所述的方法，其中该含氟化合物是 NF3,其中氧气流率大于NF3流率的5倍。
14. 一种用于在蚀刻层中形成特征的设备，该蚀刻层设在硬掩模层 下方，该硬掩模层设在光刻胶掩模下方，包括等离子处理室，包括室壁，形成等离子处理室外壳；基片支撑件，用于在该等离子处理室外壳内支撑基片；压力调节器，用于调节该等离子处理室外壳内压力；至少一个电^ l,用于^是供功率至该等离子处理室外 壳以维持等离子；气体入口，用于将气体提供进该等离子处理室外壳；和气体出口，用于从该等离子处理室外壳排出气体；气体源，与该气体入口流体连通，包4舌氧气气体源；含氟化合物气体源；和多晶硅蚀刻气体源；和控制器，以可控的方式连接到该气体源和该至少一个电 极，包括至少一个处理器；和计算才几可读介质，包括计算才几可读代码，用于通过该光刻月交掩才莫蚀刻 该硬掩模层以形成图案化硬掩模；计算机可读代码，用于修整该图案化硬掩模， 包括计算机可读代码，用于通过该气体入口从 该气体源纟是供包含氧气和含氟化合物的不含》友 的修整气体进入该等离子处理室；计算机可读代码，用于由该修整气体形成 等离子；和计算才几可读代Z马，用于》务整该》更掩才莫；和计算机可读代码，用于通过该硬掩模将特征蚀 刻进该多晶硅层。
全文摘要
提供一种将特征蚀刻进多晶硅层的方法。硬掩模层提供在该多晶硅层之上。光刻胶掩模形成在该硬掩模层之上。通过该光刻胶掩模蚀刻该硬掩模层以形成图案化硬掩模。通过提供包含氧气和含氟化合物的不含碳修整气体来修整该图案化硬掩模，由该修整气体形成等离子，和并且修整该硬掩模。通过该硬掩模将特征蚀刻进该多晶硅层。
文档编号H01L21/3213GK101461044SQ200780020952
公开日2009年6月17日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月5日
发明者汤姆·A·坎普 申请人:朗姆研究公司