专利名称：蒸发聚合物喷射沉积系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及半导体器件的制造，并且更具体地涉及的是使用蒸发聚合物喷射沉积系统在半导体器件上形成薄膜的系统。
背景技术：
集成电路(IC)产业经历了迅速的增长。IC材料和设计的技术进步产生了多代IC， 每一代都具有比上一代更小并且更复杂的电路。尽管如此，这些进步增加了加工和制造IC 的复杂性。由于实现了这些进步，IC的加工和制造也需要类似的发展。在IC的发展过程中，功能密度(即，每个芯片区域所互连的器件数量)大体上随着几何尺寸(即，使用制造工艺所能制造出的最小的部件)的减小而增加。尽管如此，在半导体制造中实现越来越小的部件和工艺仍存在挑战。例如，在制造半导体器件的过程中，可以在器件上形成一个或多个图案化的硬掩模部件。可以使用蚀刻工艺来形成图案化部件。这样的蚀刻工艺会在部件中造成尖锐的内角，该内角会减小器件蚀刻性能。可通过向器件添加光刻胶/保形的涂层来填充该尖锐的角。传统上通过在器件上滴下大量液态的光刻胶/保形涂层，并且旋转器件晶圆以使该液态涂层扩散。该工艺不能在传统的CMOS处理室中进行。另外，该工艺形成不均勻的涂层，例如，在器件上凸出的部件之间的高梯度位置中的薄涂层和在低位置中的厚涂层。因此，旋转涂覆工艺大体上无法实现均勻的高梯度覆盖聚合物薄层。传统的涂覆系统的其他问题包括具有高温CVD沉积工艺，在该工艺中，如果以光刻胶膜涂覆结构晶圆，会出现污染问题。应理解的是，传统的旋转涂覆系统无法在半导体器件晶圆上实现基本上均勻的聚合物型薄膜沉积。因此，本发明的目的在于，提供一种使用蒸发聚合物喷射沉积系统在半导体器件上形成薄膜的改善的系统。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种使用蒸发聚合物喷射沉积系统在半导体器件上形成薄膜的改善的系统。根据本发明的一个方面，提供了一种一种蒸发喷射沉积装置包括处理室；流体线，设置所述流体线以传输聚合物流体和溶剂混合物；以及喷射头，所述喷射头在所述处理室附近与所述流体线连接，所述喷射头被设置成接收所述聚合物流体和溶剂混合物并且雾化所述聚合物流体和溶剂混合物，从而以基本上蒸发的形式喷出所述聚合物流体和溶剂混合物。在该装置中，所述处理室包括底座和围绕着所述底座的侧壁，所述侧壁离开所述底座朝向所述喷射头延伸，所述处理室设置成支撑半导体晶圆，以及所述装置设置成在半导体晶圆上提供厚度小于100埃的涂层。在该装置中，所述流体线和所述喷射头被另外设置成提供溶剂蒸汽，所述溶剂蒸汽基本上脱离所述聚合物流体；或者所述喷射头被设置成将所述聚合物流体和溶剂混合物雾化为具有直至大约25微米范围内的液滴尺寸；或者所述喷射头被设置成雾化所述聚合物流体和溶剂混合物以在大约1埃每秒至大约5埃每秒的速度范围内在喷射头附近的表面上形成涂层。根据本发明的另一方面，还提供了一种光刻胶喷射沉积系统包括处理室；流体线，被设置成传输光刻胶流体；喷射头，在所述处理室附近与所述流体线连接，被设置成接收所述光刻胶流体并且雾化所述光刻胶流体，从而以基本上蒸发的形式喷出所述光刻胶流体；以及在处理室中的加热装置，所述加热装置被设置成向用于接收所述光刻胶流体的半导体晶圆提供硬烘烤工艺。在该系统中，所述处理室包括底座和围绕着所述底座的侧壁，所述侧壁从所述底座离开朝向所述喷射头延伸，所述加热装置被设置成加热所述光刻胶流体至大约100°C至大约200°C的温度范围，以及所述加热装置被设置成在大约1秒至大约60秒的时间范围内加热所述光刻胶流体。在该系统中，所述流体线和所述喷射头被另外设置成提供溶剂蒸汽，所述溶剂蒸汽基本上脱离所述光刻胶流体；或者所述喷射头被设置成将所述光刻胶流体雾化为具有直至大约25微米范围内的液滴尺寸；或者所述喷射头被设置成雾化所述光刻胶流体以在大约1埃每秒至大约5埃每秒的速度范围内在半导体晶圆上形成涂层。根据本发明的另一方面，提供了一种向半导体晶圆表面涂敷薄膜的方法，所述方法包括提供蒸发喷射沉积系统；提供半导体器件晶圆；在蒸发喷射沉积系统上的雾化喷射头附近放置所述半导体器件晶圆；以及朝向所述半导体器件晶圆雾化聚合物/溶剂溶液，由此在所述半导体器件晶圆上沉积所述溶液。本发明的该方法进一步包括在将所述溶液沉积在所述半导体器件晶圆上之后， 对所述半导体器件晶圆进行硬烘烤工艺，其中，在大约100°c至大约200°C的温度范围内， 在大约1秒至大约60秒的时间段内进行硬烘烤工艺。在该方法中，沉积在所述半导体器件晶圆上的溶液具有小于大约100埃的厚度， 并且所述溶液包括PEMGA、PEMG、环乙醇、EL以及其组合。本发明的该方法还包括在将所述溶液沉积在所述半导体器件晶圆上之后，向所述半导体器件晶圆应用溶剂喷射修整工艺，其中，用于所述工艺的溶剂包括异丙醇、乙醇、 丙醇以及其组合；或者在半导体器件晶圆上以大约1埃/秒至大约5埃/秒的速度沉积所述溶液。
图1是在晶圆上形成薄膜层的方法的实施例的流程图；图2示出与图1的方法步骤相应的蒸发喷射沉积装置的实施例的截面图；图加示出与图1的方法步骤相应的蒸发喷射沉积装置的实施例的立体图；图3示出半导体晶圆和具有各种凸出部件的硬掩模层的实施例的截面图；图4和图5是在形成薄聚合物层的不同阶段中，图2的蒸发喷射沉积装置的实施例的截面图和图3的半导体晶圆硬掩模层的实施例的截面图。图6和7是硬掩模部件以及其中具有部件中被薄膜涂层填充的尖角的孔的不同实施例的俯视图。
具体实施例方式本发明大体上涉及半导体制造并且更具体地涉及蒸发聚合物喷射沉积系统以及用于在半导体器件晶圆上形成薄膜的方法。应理解的是，尽管以下公开提供了多种不同实施例或实例，用于实现本发明的不同特征。以下将描述部件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本发明。另外，本发明可以在多个实例中重复参考符号和/或字符。这种重复用于简化和清楚，并且其本身不表示所述多个实施例和/或配置之间的关系。与传统的化学汽相沉积(CVD)和旋转式涂覆系统相比，本发明提供一种系统以蒸发聚合物流体并且然后在半导体晶圆上沉积蒸发的流体。使用这种系统，可以形成非常薄的并且基本上均勻的聚合物膜，从而基本上覆盖所有被涂覆的结构面。换言之，本发明的实施例所提供的是使用蒸发/雾化喷射沉积系统在不平整半导体器件/晶圆上形成基本上均勻的薄膜的系统和方法。实质上，本发明的实施例将蒸发的聚合物流体喷射在半导体晶圆上以形成均勻的薄聚合物膜，而传统的涂覆系统使用大滴的流体进行涂覆，并且旋转器件以使流体扩散。应理解的是，蒸发/雾化喷射沉积系统的益处在于，该系统在半导体晶圆上能够填充处在高梯度的凸起的部件(诸如凸起的硬掩模部件)上的无法使用传统系统进行填充的尖锐的内角。其他的益处包括解决了本领域公知的在抗蚀刻晶圆上进行高温薄膜沉积的传统问题。图1示出在晶圆(诸如半导体器件晶圆210)上形成薄膜层的方法100的实施例的流程图。在此，参考图2-7所示的器件来描述该方法100。方法100以方框102开始，在此，提供喷射沉积装置。图2示出被设置成实施方法100的相应步骤的喷射沉积装置200的实施例的截面图。在实施例中，喷射沉积装置200是蒸发喷射沉积系统，该系统在待涂覆的表面(如半导体晶圆201)上方雾化保形(conformal)的涂层流体，如聚合物/溶剂溶液。该喷射装置 200包括处理室202、喷射头204以及流体线206。在实施例中，该处理室202包括加热装置 209。在一个实施例中，处理室202是底部闭合容器，具有底座和围绕着底座四周从底座朝向喷射头向上延伸的侧壁。因此，该处理室202设置成保持和支撑一个或多个半导体器件/晶圆，并且接住喷射头204喷射过多的流体部分。该处理室202可以由基本上不渗透喷射头204所蒸发的聚合物和溶剂混合物的材料形成。在可选实施例中，该处理室202 可以是特定的一个或多个CMOS工艺的处理室。喷射头204通过流体线206接收待蒸发的流体。该流体线接收从存储器(未示出)传送的流体。在实施例中，该流体被加热地并且/或在压力下提供给喷射头，因此，喷射头204可以接收流体混合物，蒸发/雾化该流体，并且在处理室202中朝向目标表面喷出该蒸发的流体。喷射头204和流体线206都可以由基本上不渗透喷射头204所蒸发的聚合物和溶剂混合物的材料形成。图2A示出与图1的方法100的步骤相应的蒸发喷射沉积装置200的另一实施例的立体图。该实施例包括处理室202、多个喷射头204A和204B，以及多条流体线206A和 206B，流体线向喷射头204A和204B分别提供聚合物/溶剂溶液和高压队/空气。可以改变队/空气的压力以有助于蒸发流体混合物。处理室202可以包括风扇、鼓风机或其他装置(未示出)以使空气或其他气体203(例如，N2)在处理室202中向下流动并且从排气孔 205排出以有助于喷射工艺100。处理室202也包括用于在处理室202中稳固地保持晶圆 210的晶圆保持器207。然后，方法100进行前进到方框104，在此，提供半导体器件晶圆210。方法100在任何表面上形成薄的涂层，尽管如此，在该实例中讨论的是半导体器件晶圆210。图3示出具有硬掩模层212的半导体晶圆的实施例的截面图，该硬掩模层被图案化成在其中具有各种凸起的部件。虽然在此被描述成硬掩模层212，但是，方法100能够在任何衬底部分上形成聚合物层(包括任何图案化层)。该硬掩模部件212具有在部件212之间的开孔214。 由于图案中所含尺寸非常小，所以在俯视图中观看(此处未示出，如下所述，参见图6)，用于图案化硬掩模层212的蚀刻工艺在各种部件212之间形成小的，尖锐的内角。在实施例中，晶圆210包括一个或多个待蚀刻的Si层、SiO2层、多晶硅层、介电层和/或其他材料的层(例如，下层212)。在实施例中，硬掩模层212包括Si02、SiN、Si0N和/或其他合适的材料。在其他实施例中，晶圆层210可以包括硬掩模的第二层，诸如，Si02、SiN、Si0N、TiN和或其他硬掩模材料的第二层，其中，这两个层都形成在其他的半导体器件层上(未示出)。 如果这两个层都是硬掩模层，可以由不同的材料形成用于硬掩模212的蚀刻选择性。在可选择的实施例可选实施例中，晶圆210可以包括半导体部件，诸如，源极、漏极、栅极、绝缘隔离部件和其他半导体部件。换言之，晶圆210可以包括任何使用图案化层，(诸如，硬掩模层21 作为蚀刻工艺的图案而进行蚀刻的层或材料。方法100进一步前进到方框106，在此，将晶圆210放置在喷射头204附近，如在处理室202中。图4是被放置在蒸发喷射沉积装置200附近的晶圆210的截面图。将晶圆210放置在喷射头204附近之后，方法100前进到方框108，在此，喷射头 204接收聚合物/溶剂混合物，蒸发该混合物，并且朝向晶圆210喷射/发射该蒸发的混合物208以在晶圆210上形成薄膜层220(参见图幻。使用聚合物蒸汽208致使在硬掩模部件212上、沿着孔214的侧壁以及在孔214中的晶圆210上所形成的薄膜220具有基本上均勻的厚度。例如，可以形成高度小于100埃的薄膜层220。尽管如此，也可以形成其他高度的薄膜层220。在实施例中，稀释的聚合物/溶剂溶液可以是抗蚀刻溶剂。例如，该溶剂溶液的成分包括丙二醇甲醚(PEMG)、丙二醇甲醚醋酸酯(PEMGA)、环己醇、乳酸乙酯以及其组合物。系统可以具有在大约0. 5cp至大约2. 5cp范围之内的光刻胶粘度(厘泊cp)。在此，Icp = ImPa ·s = 0.001 (kg .m—1 .s—1)。在一个实施例中，聚合物与溶剂的比例为0. 1% 至 10%。蒸发喷射沉积装置200可以具有在大约1埃每秒至大约5埃每秒范围之内的沉积速度。尽管如此，也可以使用其他的沉积速度。在实施例中，喷射头204可以蒸发聚合物/ 溶剂流体以具有小于大约25微米的液滴大小。在沉积聚合物层220之后，可以在聚合物层 220上进行可选的溶剂喷射修整工艺以在一个或多个区域中减小聚合物层220的厚度。在实施例中，流体是聚合物/溶剂混合物。因此，溶剂蒸发时在晶圆210上留下的是聚合物层220。当暴露在环境中时，可以自然地发生溶剂蒸发。另外，可以在聚合物220上实施加热工艺以加速溶剂的蒸发。相应地，方法100可以前进到方框110，在此，在聚合物 220上进行硬烤硬烘烤工艺以去除驱散溶剂。另外，硬烘烤工艺可使聚合物层220变平，因而，如图6和7所示，对硬掩模部件212之间的尖锐的内角进行填充。可以在处理室202中使用加热元件209进行硬烘烤工艺。在其他实施例中，硬烘烤工艺可以在单独的加热室中进行。在实施例中，硬烘烤工艺可以在大约100°C至大约200°C范围内的温度进行。特定的实例是在大约130°C至大约150°C范围内的温度进行硬烘烤工艺。该硬烘烤加热工艺可以在1秒至大约60秒的周期中进行。例如，硬烘烤工艺进行时间大约为20秒的硬烘烤。尽管如此，应理解的是，其他温度和其他时间也可以用于本发明的系统和方法。图6和7是硬掩模部件212、230以及具有尖锐的角222、234的孔214、232的不同实施例的俯视图，孔被聚合物层220通过本发明的硬烘烤工艺进行填充。如上所述，可以在半导体衬底上的任何图案化的部件上形成喷射涂覆的聚合物膜。在实施例中，用于在半导体器件上形成薄膜的工艺包括使用多边缘启用图案化(MEEP，multiple edge enabled patterning)工艺，该工艺使用间隔图案化技术以端对端地合并间隔膜图案。该间隔图案化技术也被称为“间距减半”工艺，并且在序列号为12/370，152于2009年2月12日提交并且于2010年8月12日公开的US公开号为 2010/0203734A1的专利申请中详细地进行描述。此后，间隔的氧化膜顶部是敞开的，并且喷射涂覆该蒸发的聚合物流体以在该间隔的氧化膜上提供非常薄的膜。然后，可以对聚合物膜进行硬烘烤工艺以填充部件内角中的微小空隙。可以蚀刻底部硬掩模层以将内角变平。 其他实施例可以使用低温和/或室温原子层沉积(ALD)工具来沉积ALD-氧化物或ALD-SiN 膜，并且其他实施例可以使用双膜图案化工艺。从上文中应理解到，用于形成薄膜的蒸发喷射沉积装置的实施例包括处理室、流体线以及在处理室附近与流体线连接的喷射头。该流体线被设置成向喷射头传输聚合物流体和溶剂混合物。喷射头被设置成接收聚合物流体和溶剂混合物，并且雾化该聚合物流体和溶剂混合物，从而以基本上蒸发的形式喷出该聚合物流体和溶剂混合物，从而在表面上沉积，并且由此在溶剂蒸发之后在表面上形成聚合物薄膜。在其他实施例中提出光刻胶喷射沉积系统包括处理室、流体线、在处理室附近与流体线连接的喷射头以及在处理室中的加热装置。流体线被设置成传输光刻胶流体，喷射头被设置成从流体线中接收光刻胶流体并且雾化该光刻胶流体，从而以基本上蒸发的形式喷出该光刻胶流体。加热装置被设置成向接收光刻胶流体的半导体晶圆提供硬烘烤工艺。在又一个实施例中，本发明提供一种向半导体晶圆表面涂覆薄膜的方法。该方法包括提供蒸发喷射沉积系统和提供半导体器件晶圆。该方法进一步包括在蒸发喷射沉积系统的雾化喷射头附近放置半导体器件晶圆。另外，该方法包括朝向半导体器件晶圆雾化聚合物/溶剂溶液，由此将溶液沉积在半导体器件晶圆上。所描述的蒸发沉积系统和方法提供多种优于传统系统的优点，其中一些包括在如下内容中·在半导体器件上提供平滑的聚合物层，由于聚合物的内聚力，该聚合物层的传统的微小的聚合物表面空隙被自然填满；·改善传统线路边缘/宽度上的粗糙度；
·改善MEEP工艺中传统的掐峰空间(pinched peak space)；·提供能够用于注入工艺的基本上均勻的保形抗蚀刻厚度；·与原子层沉积(ALD)工艺相比费用较低的工艺；以及·减小对涂层的污染这些和其他的特征和优点对本领域不同技术人员来讲应是显而易见的。从而，本发明提供一种蒸发聚合物喷射沉积系统和方法。由于该系统和方法已通过展现某些特征而公开，所以本发明有益于任何现已知的或未来开发出的半导体工艺。尽管上述说明示出和描述出的一个或多个实施例，但本领域的技术人员应了解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种形式上和细节上的变化。因此，应根据本发明宽泛地解释权利要求。
权利要求
1.一种蒸发喷射沉积装置包括 处理室；流体线，设置所述流体线以传输聚合物流体和溶剂混合物；以及喷射头，所述喷射头在所述处理室附近与所述流体线连接，所述喷射头被设置成接收所述聚合物流体和溶剂混合物并且雾化所述聚合物流体和溶剂混合物，从而以基本上蒸发的形式喷出所述聚合物流体和溶剂混合物。
2.根据权利要求1所述的蒸发喷射沉积装置，其中，所述处理室包括底座和围绕着所述底座的侧壁，所述侧壁离开所述底座朝向所述喷射头延伸，所述处理室设置成支撑半导体晶圆，以及所述装置设置成在半导体晶圆上提供厚度小于100埃的涂层。
3.根据权利要求1所述的蒸发喷射沉积装置，其中，所述流体线和所述喷射头被另外设置成提供溶剂蒸汽，所述溶剂蒸汽基本上脱离所述聚合物流体；或者所述喷射头被设置成将所述聚合物流体和溶剂混合物雾化为具有直至大约25微米范围内的液滴尺寸；或者所述喷射头被设置成雾化所述聚合物流体和溶剂混合物以在大约1埃每秒至大约5埃每秒的速度范围内在喷射头附近的表面上形成涂层。
4.一种光刻胶喷射沉积系统包括 处理室；流体线，被设置成传输光刻胶流体；喷射头，在所述处理室附近与所述流体线连接，被设置成接收所述光刻胶流体并且雾化所述光刻胶流体，从而以基本上蒸发的形式喷出所述光刻胶流体；以及在处理室中的加热装置，所述加热装置被设置成向用于接收所述光刻胶流体的半导体晶圆提供硬烘烤工艺。
5.根据权利要求4所述的光刻胶喷射沉积系统，其中，所述处理室包括底座和围绕着所述底座的侧壁，所述侧壁从所述底座离开朝向所述喷射头延伸，所述加热装置被设置成加热所述光刻胶流体至大约100°C至大约200°C的温度范围，以及所述加热装置被设置成在大约1秒至大约60秒的时间范围内加热所述光刻胶流体。
6.根据权利要求4所述的光刻胶喷射沉积系统，其中，所述流体线和所述喷射头被另外设置成提供溶剂蒸汽，所述溶剂蒸汽基本上脱离所述光刻胶流体；或者所述喷射头被设置成将所述光刻胶流体雾化为具有直至大约25微米范围内的液滴尺寸；或者所述喷射头被设置成雾化所述光刻胶流体以在大约1埃每秒至大约5埃每秒的速度范围内在半导体晶圆上形成涂层。
7.一种向半导体晶圆表面涂敷薄膜的方法，所述方法包括 提供蒸发喷射沉积系统；提供半导体器件晶圆；在蒸发喷射沉积系统上的雾化喷射头附近放置所述半导体器件晶圆；以及朝向所述半导体器件晶圆雾化聚合物/溶剂溶液，由此在所述半导体器件晶圆上沉积所述溶液。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在将所述溶液沉积在所述半导体器件晶圆上之后，对所述半导体器件晶圆进行硬烘烤工艺，其中，在大约100°C至大约200°C的温度范围内，在大约1秒至大约60秒的时间段内进行硬烘烤工艺。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，沉积在所述半导体器件晶圆上的溶液具有小于大约100埃的厚度，并且所述溶液包括PEMGA、PEMG、环乙醇、EL以及其组合。
10.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在将所述溶液沉积在所述半导体器件晶圆上之后，向所述半导体器件晶圆应用溶剂喷射修整工艺，其中，用于所述工艺的溶剂包括异丙醇、乙醇、丙醇以及其组合；或者在半导体器件晶圆上以大约1埃/秒至大约5埃/秒的速度沉积所述溶液。
全文摘要
一种用于形成薄膜的蒸发喷射沉积装置包括处理室、流体线以及在处理室附近与流体线连接的喷射头。流体线被设置成向喷射头传输聚合物流体和溶剂混合物。喷射头被设置成接收聚合物流体和溶剂混合物并且雾化该聚合物流体和溶剂混合物，从而以基本上蒸发的形式喷出该聚合物流体和溶剂混合物以沉积在表面上，并且由此在溶剂蒸发之后在该表面上形成聚合物薄膜。在实施例中，该蒸发喷射沉积装置可以包括加热装置以对聚合物进行硬烘烤工艺。在实施例中，蒸发喷射沉积装置被设置成向该薄膜聚合物提供沉积后溶剂喷射修整工艺。本发明还提供了一种蒸发聚合物喷射沉积系统。
文档编号H01L21/027GK102468141SQ20111022899
公开日2012年5月23日 申请日期2011年8月10日 优先权日2010年11月1日
发明者吕奎亮, 张庆裕, 谢铭峰 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司