用于先进图案化的线边缘粗糙度降低的保形可剥离碳膜的制作方法
背景
本实施例总体上涉及集成电路的制造，尤其涉及用于在蚀刻工艺期间改变特征的临界尺寸的方法。
背景技术：
缩减集成电路(ic)的大小产生改良的性能、增大的容量和/或降低的成本。每一大小缩减需要更复杂的技术以形成ic。光刻通常用以图案化基板上的ic。ic的示例性特征是材料的线，该材料可以是金属、半导体或绝缘体。线宽是线的宽度，而间隔是相邻线之间的距离。间距定义为两个相邻线上的同一点之间的距离。间距等于线宽与间隔之和。然而，由于诸如光学装置及光或辐射波长的因素，光刻技术具有最小间距，低于此最小间距，特定光刻技术无法可靠地形成特征。由此，光刻技术的最小间距可限制特征大小缩减。类似地，对经设计以产生宽度为100纳米或更大的通孔或线互连件的工具进行图案化通常不能产生更小的通孔。因此，在装置缩减到这些小尺寸时，当前的光刻工艺面临产生具有选定临界尺寸(cd)的图案的挑战。
ic特征沿一个边缘的宽度变化通常被称作线边缘粗糙度(ler)。ler已日益变为先进技术节点中的担忧，如对于100纳米或更小数量级的特征尺寸而言。在一个示例中，考虑小于14纳米技术节点的ler时，未经控制的ler可能在线程前端(frontend-of-line；feol)应用中导致渗漏性晶体管故障，或在线程后端(backend-of-line；beol)应用中导致互连件级别的可靠性损失。当前的ler在浸没光刻中及euv光刻中接近4-5纳米。
减少ler的一个方法是通过使用布植或电子束的光刻胶固化实现的。然而，这些方法降低产量及并不具有成本效益。此外，以上列举的光刻胶固化方法不提供临界尺寸(cd)缩小。需要cd缩小以扩展当前的浸没光刻流程，或协助利用euv获得更窄的尺寸。
在给定当前技术状态的情况下，先进技术节点应用持续需要缩减的cd及ler缩减。
技术实现要素：
本案中揭示的实施例总体上涉及用于减小特征的临界尺寸的方法及设备，该特征形成于光刻胶或硬掩模中。在一个实施例中，一种处理基板的方法可包括：在硬掩模层上的光刻胶层中形成图案，该图案形成一个或更多个特征，这些特征暴露硬掩模层的一部分；直接在光刻胶层上沉积保形有机层，该保形有机层的沉积包括将烃源、等离子体引燃气体，及稀释气体引入处理腔室；在处理腔室中产生等离子体以在图案化的特征及硬掩模的暴露部分上沉积保形有机层；通过蚀刻工艺从底部部分移除保形有机层；蚀刻硬掩模层的暴露部分以在硬掩模层中形成凹槽；及通过等离子体灰化方法同时移除保形有机层及图案化光刻胶层的剩余部分。
在另一实施例中，一种处理基板的方法可包括：向等离子体腔室提供基板，该基板在光刻胶层中包括图案，该光刻胶层沉积在硬掩模层上，该图案形成一个或更多个特征，这些特征暴露硬掩模层的一部分；将烃源、等离子体引燃气体及稀释气体引入处理腔室，其中烃源:等离子体引燃气体:稀释气体的体积流率的比例为1:0.5:20；在约300℃至约500℃的沉积温度下在处理腔室中产生等离子体；及直接在光刻胶及硬掩模的暴露上表面上沉积保形有机层，其中光刻胶及硬掩模的暴露表面各自具有1.6与1.7之间的折射率，并且消光系数在193纳米波长下为0.00与0.12之间，且其中在沉积保形有机层的同时维持基板温度小于100℃。
在另一实施例中，处理基板的方法可包括：向等离子体腔室提供在硬掩模上包括图案化光刻胶的基板，以通过图案化光刻胶暴露硬掩模的一部分；将烃源、等离子体引燃气体及稀释气体引入处理腔室，其中含氮烃源:等离子体引燃气体:稀释气体的体积流率的比例为1:0.5:20，含氮烃源包括一个或更多个选自由以下各者组成的组的含氮烃化合物：甲胺、二甲胺、三甲胺(tma)、三乙胺、苯胺、喹啉、吡啶、丙烯腈、苯甲腈，及上述各者的组合；在处理腔室中产生等离子体以在图案化特征及暴露的部分上沉积保形有机层；在由图案化光刻胶与硬掩模形成的图案的场区域、侧壁及底部部分上方沉积包含掺杂氮的非晶碳层的保形有机层，其中光刻胶具有1.6与1.7之间的折射率且消光系数在193纳米波长下为0.00与0.12之间，且具有化学通式siownx:hy的硬掩模，其中w的范围在1与50之间，x的范围在0与50之间，y的范围在0与50之间，且其中在光刻胶的光刻暴露波长下，硬掩模光学特性充分匹配光刻胶的光学特性。
附图说明
为详细理解以上记载的特征的方式，可通过参考实施例得到上文中简短概述的方法和装置的更具体的描述，实施例中的一些在附图中示出。然而，将注意，附图仅示出典型实施例，因此将不被视作限制其范围，因为这些方法及装置可承认其他同等有效的实施例。
图1是绘示根据本公开的一个实施例的与示例性图案化方法关联的步骤的流程图。
图2a-2h绘示了表示根据本公开的实施例的由图1记载的图案化方法的横截面视图。
为便于理解，在可能的情况下已使用相同附图标记以指定附图中共有的相同元件。设想在一个实施例中公开的元件可以有利地用于其他实施例而无需具体详述。
具体实施方式
本文中描述的实施例涉及超保形碳基材料的沉积以用于减少形成于光刻胶或硬掩模中的特征的临界尺寸及线边缘粗糙度。在各种实施例中，超保形碳基材料沉积在特征上方，这些特征形成于高分辨率光刻胶中。在一个示例中，低温保形可剥离有机层(在本文中被称作“保形有机层”)可直接沉积在光刻胶上。本公开中所述术语“低温”可指约150℃至约600℃的温度范围，例如约300℃至约500℃，如约450℃。在沉积前，光刻胶中将形成有特征。形成于光刻胶上方的保形有机层由此通过使特征的壁中的边缘不均匀性平滑化来缩减特征的cd及特征的ler。保形有机层具有对同一氧化学物起反应的优势，该氧化学物用以移除光刻胶层。由此，保形有机层可在基于干燥氧的等离子体中在光刻胶剥离的同时被剥离。此保形有机层/光刻胶组合剥离节省一个工艺步骤，由此降低成本。此外，能够在干燥等离子体中剥离克服了湿式剥离问题，诸如线塌陷(例如由于毛细效应)，且克服湿式剥离诱发的缺陷。
本文中所述实施例可通过使用任何适合的处理腔室而执行，腔室诸如等离子体增强化学气相沉积(pecvd)腔室。处理腔室可并入基板处理系统。适合系统的示例包括可使用dxztm处理腔室的
图1是描绘根据一个实施例的用于处理基板的方法100的流程图。图2a-2h绘示了表示如图1中所述的图案化工艺的横截面视图。方法100可包括：在步骤102中，在硬掩模层上的光刻胶层中形成图案，该图案形成一个或更多个特征，这些特征暴露硬掩模层的暴露部分；在步骤104中，在光刻胶层上沉积保形有机层；在步骤106中，通过蚀刻工艺从底部部分移除保形有机层以暴露硬掩模层的暴露部分；在步骤108中，蚀刻硬掩模层的暴露部分以在硬掩模层中形成凹槽；及在步骤110中，通过等离子体灰化方法同时移除保形有机层及图案化光刻胶层的剩余部分。
图2a描绘数个可能的层，这些层包括多层基板200。在图示中，多层基板200包括基板216、有效层214、氧化层212、金属层210、碳层208、抗反射层206、硬掩模层204及光刻胶层202。
在一些实施例中，多层基板200也可包括沉积在基板表面上的多个交替的氧化物及氮化物材料(即氧化物-氮化物-氧化物(ono))、一个或更多个氧化物或氮化物材料、多晶硅或非晶硅材料、与非晶硅交替的氧化物、与多晶硅交替的氧化物、与掺杂硅交替的无掺杂硅、与掺杂多晶硅交替的无掺杂多晶硅，或与掺杂非晶硅交替的无掺杂非晶硅。多层基板200可以是包括以下各者中的一者或更多者的层堆叠：晶态硅、氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、应变硅、硅锗、钨、氮化钛、掺杂或无掺杂多晶硅、掺杂或无掺杂硅晶片及图案化或非图案化晶片、绝缘体上硅(soi)、掺杂碳的氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石、低k电介质，及上述各者的组合。多层基板200也可包括包含碳质材料的层，该等碳质材料如光刻胶、抗反射涂层，及其他旋涂涂层。
方法100始于步骤102，在该步骤中，在硬掩模层上的光刻胶层中形成图案，该图案形成暴露硬掩模层的暴露部分的一个或更多个特征。向等离子体处理腔室提供多层基板200，其中多层基板200位于温度控制基板固持器或卡盘中。然后，多层基板200经平衡至一温度，该温度低于光刻胶层202的分解温度。在步骤102中，光刻胶层202安置在硬掩模层204上方并通过使用光刻型工艺而图案化。
光刻胶层202可以是对某一波长的电磁辐射十分灵敏的聚合物材料，且可经由旋涂工艺或cvd工艺而涂覆。在一些实施例中，光刻胶层202是对紫外线光十分灵敏的碳基聚合物，如酚醛树脂、环氧树脂等。光刻胶层202可以是正性或负性光刻胶。正性光刻胶可选自由以下各者组成的群组：248纳米光刻胶、193纳米光刻胶、157纳米光刻胶及具有重氮萘醌敏化剂的酚醛树脂基质。负性光刻胶可选自由聚顺异戊二烯及聚桂皮酸乙烯酯组成的组。显然，光刻胶材料将在远低于多层基板200中存在的其他非碳质层的温度下分解。本文中所述实施例中使用的光刻胶具有范围自100℃至150℃的分解温度。光刻胶分解导致图案化性能受损及不良的工艺产率。
如图2c所示，在步骤104中，保形有机层218沉积在由图案化光刻胶层202形成的场区域、侧壁及底部部分上方及缩减尺寸的图案转印硬掩模层204的上表面上方。保形有机层218可利用气态前体通过pecvd工艺安置在图案化光刻胶层202上方，这些气态前体经提供至包含多层基板200的反应器。
本公开的实施例可通过使用任何适合处理腔室而执行，该腔室如等离子体增强化学气相沉积(pecvd)腔室。处理腔室可并入具有温度受控卡盘的基板处理系统以固持多层基板200。适合系统的示例包括可使用dxztm处理腔室的
当保形有机层218在通过使用下文论述的工艺条件而沉积时，将实现至少约80％或更多的台阶覆盖率，例如约100％或更多，如120％。保形有机层218的厚度可在约
烃源可以是一或更多种烃化合物的混合物。烃源可包括气相烃化合物和/或气体混合物，该气体混合物包括液相烃化合物及载气的蒸汽，如下文中将进一步论述。等离子体引燃气体可以是氦，因为氦易于电离；然而也可使用诸如氩的其他气体。稀释气体可以是易于电离、相对大量且具有化学惰性的气体，如氩、氪、氙。在一些情况下，可引入额外氢稀释以进一步增大膜密度，如下文中将论述。
烃化合物可部分或完全为烃化合物的掺杂衍生物，衍生物包括烃化合物的含氟、含氧、含羟基及含硼衍生物。烃化合物可包含氮或利用含氮气体沉积，该含氮气体如氨，或烃化合物可具有诸如氟及氧的替代物。一般而言，可纳入烃源的烃化合物或其衍生物可通过通式cxhy描述，其中x具有1与20之间的范围，且y具有1与20之间的范围。在另一实施例中，可纳入烃源的烃化合物或其衍生物可通过通式cxhyfz描述，其中x具有1与24之间的范围，y具有1与50之间的范围，且z具有0至50的范围，且x与y+c的比例是1:2或更大。在又一实施例中，烃源可通过氧和/或氮取代化合物的通式cahbocfdne描述，其中a具有1与24之间的范围，b具有1与50之间的范围，c具有1至10的范围，d具有0至50的范围，e具有0至10的范围，且a与b+c+d+e的比例是1:2或更大。
适合烃化合物包括以下化合物中一者或更多者，例如诸如甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)、丙烷(c3h8)、丁烷(c4h10)及其异构物异丁烷、戊烷(c5h12)及其异构物异戊烷及新戊烷、己烷(c6h14)及其异构物2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2,3-二甲基丁烷，及2,2-二甲基丁烷的烷烃，等等。额外的适合烃类可包括：烯烃，如乙烯、丙烯、丁烯及其异构物、戊烯及其异构物等等；二烯，如丁二烯、异戊二烯、戊二烯、己二烯等等；及卤化烯烃，包括单氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯、氯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯等等。此外，炔类，如乙炔(c2h2)、丙炔(c3h4)、丁炔(c4h6)、乙烯基乙炔及其衍生物可用作碳前体。此外，可使用环烃，如苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯、乙苯、乙酰苯、苯甲酸甲酯、乙酸苯酯、苯乙炔(c8h6)、酚、甲酚、呋喃、α松油烯、异丙基甲苯、1,1,3,3-四甲基丁苯、第三丁醚、第三丁基乙烯、甲基丙烯酸甲酯，及第三丁基糠醚、具有化学式c3h2及c5h4的化合物、包括单氟苯、二氟苯、四氟苯、六氟苯的卤化芳族化合物，等等。也可使用卤化烃，如四氯化碳(ccl4)、二碘甲烷(ch2i2)、氟氯化碳(cfc)、三氯溴甲烷(brccl3)、1,1-二氯乙烯、溴苯，或上述各者的衍生物。
烃化合物的适合衍生物的示例可包括但不限于氟化烷烃、卤化烷烃，及卤化芳族化合物。氟化烷烃可包括但不限于单氟甲烷、二氟甲烷、三氟甲烷、四氟化碳、单氟乙烷、四氟乙烷、五氟乙烷、六氟乙烷、单氟丙烷、三氟丙烷、五氟丙烷、全氟丙烷、单氟丁烷、三氟丁烷、四氟丁烷、八氟丁烷、二氟丁烷、单氟戊烷、五氟戊烷、四氟己烷、四氟庚烷、六氟庚烷、二氟辛烷、五氟辛烷、二氟四氟辛烷、单氟壬烷、六氟壬烷、二氟癸烷、五氟癸烷，等等。卤化烯烃可包括但不限于单氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯、单氯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯，等等。卤化芳族化合物可包括但不限于单氟苯、二氟苯、四氟苯、六氟苯，等等。
可纳入含氮烃源的含氮烃化合物或其衍生物可通过通式cxhynz描述，其中x具有1与12之间的范围，且y具有2与20之间的范围，且z具有1与10之间的范围。适合的含氮烃化合物可包括以下化合物中的一者或更多者：甲胺、二甲胺、三甲胺(trimethylamine；tma)、三乙胺、喹啉、咪唑、乙烯基咪唑、乙腈、丙烯腈、苯胺、吡咯、吡啶、哌啶及苯甲腈。
在某些实施例中，诸如苯甲醛、乙酰苯、苯甲醚、二乙醚、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、乙醇胺、甲酚、吗啉或二乙烯基醚的含氧烃类化合物也可用于非晶碳膜的沉积。
可在引燃烃化合物及等离子体以开始沉积之前和/或同时将等离子体引燃气体引入pecvd腔室。等离子体引燃气体可以是高电离电位气体，该气体包括但不限于氦气、氢气、氮气、氩气及上述各者的组合。等离子体引燃气体也可以是化学惰性气体，如氦气、氮气或氩气。适合气体电离电位自约5ev(电子电位)至25ev。可在含氮烃源和/或烃源之前将等离子体引燃气体引入pecvd腔室，此举允许稳定等离子体得以形成且减小发生电弧的机会。
惰性气体通常用作稀释气体或载气以与烃源、等离子体引燃气体、含氮烃源或上述各者的组合一同流动。适合稀释气体可包括氩(ar)、氦(he)、氢(h2)、氮(n2)、氨(nh3)，诸如氪、氙的稀有气体，或上述气体的任何组合。在一个示例中，出于经济原因，氩用作稀释气体。ar、he，及n2可用以控制非晶碳层的密度及沉积速率。在一些情况下，添加h2和/或nh3可用以控制非晶碳层的氢比例。在诸如乙炔(c2h2)的炔或诸如丙烯的烯烃用作烃源的情况下，在沉积期间可不使用载气。
非晶碳的保形性可通过选择前体及沉积条件而得以增强。一般而言，具有较低h:c比例(比例小于1:1)的前体产出更高保形性。保形非晶碳膜的沉积的示例性工艺条件描述如下。
烃源、含氮气体及稀释气体可被引入pecvd腔室以沉积掺杂氮的非晶碳。烃源可以是任何适合的烃化合物，如上文所论述。如若使用液态烃源，则前体流可在约50毫克/分钟至约1000毫克/分钟之间。如若使用气态烃源，前体流可在约100sccm至约5000sccm之间，例如约200sccm至约600sccm。如若使用载气，载流可在约500sccm与约10000sccm之间。等离子体引燃气体可以是任何适合的等离子体引燃气体，如上文所论述，且等离子体引燃气体以自约0sccm至约50,000sccm的流速流动，例如在约400sccm至约8,000sccm之间。稀释气体可以是如上所述的任何稀释气体，及稀释气体以自约0sccm至约5,000sccm的流速供应，例如约500sccm至约1,000sccm。本文中所述流速意欲用于300毫米基板，此流速依据基板大小而可不同。
在各种实施例中，含氮气体可以约1:100至约20:1(例如约1:40至约10:1)的含氮气体相对于烃源的比例引入。稀释气体可以约2:1至约40:1(例如约20:1至约30:1)的稀释气体相对于烃源的比例引入。在一个实施例中，烃源:含氮气体:等离子体引燃气体:稀释气体的体积流率的比例为例如约1:1:0.5:20，例如约1:0.5:0.5:20，例如约1:0.2:0.5:20，例如约1:0.2:0.5:30，例如约1:0.2:0.5:40。
如若使用含氮烃源(如上所述)，则含氮烃气可以自约10sccm至约2,000sccm的流速流动，例如自约500sccm至约1,500sccm。倘若含氮烃源是液态前体，则含氮烃源流量可在15毫克/分钟与2,000毫克/分钟之间，例如在100毫克/分钟与1,000毫克/分钟之间。在一个实施例中，含氮烃源:等离子体引燃气体:稀释气体的体积流率为例如约1:0.5:20，例如约1:0.2:20，例如约1:0.8:20，例如约1:1:20，例如约1:0.5:30，例如约1:0.5:40。
在沉积期间，基板温度可维持在约0℃至约250℃之间，例如在约25℃与约150℃之间，如25℃与75℃之间，以便使对先前形成的特征或层的损害降至最低。处理腔室可维持在约100毫托至约100托的腔室压力下，例如自约2托至约15托，例如约8托或更大，如约20托。可通过在一功率密度下向基板表面区域施加自约0.001瓦特/平方厘米至约5瓦特/平方厘米的射频功率而产生等离子体，如自约0.01瓦特/平方厘米至约1瓦特/平方厘米，例如约0.04瓦特/平方厘米至约0.07瓦特/平方厘米。对于300毫米基板，功率施加可自约1瓦特至约2000瓦特，如自约10瓦特至约100瓦特。射频功率可以是单频或双频。双频射频功率施加被视作提供通量及离子能的独立控制，因为撞击膜表面的离子能影响膜密度。所施加的射频功率及一个或更多个频率的使用可基于基板大小及所用设备而不同。如若使用单频功率，则频率功率可在约10khz与约30mhz之间，例如约13.56mhz或更大，如27mhz或60mhz。如若双频射频功率用以产生等离子体，则可使用混合射频功率。混合射频功率可提供范围自约10mhz至约60mhz的高频功率，例如约13.56mhz、27mhz或60mhz，及范围自约10khz至约1mhz的低频功率，例如约350khz。电极间隔(即基板与喷淋头之间的距离)可以是自约200密耳(mils)至约1000密耳，例如自约280密耳至约300密耳间隔。
如本案中所论述的工艺范围提供掺杂氮的非晶碳层的沉积速率，该沉积速率范围自约
如上文所论述，在适宜条件下，包括碳、氮及氢原子的某个组合的高能等离子体与图案化光刻胶层202的表面反应并黏接至该表面，以形成保形有机层218。保形有机层218在光刻胶层202的表面上方均匀生长，且以物理及化学方式黏附至光刻胶层202的软碳表面。有利地，相信沉积的低温及光刻胶表面的低热能减少高能冲击碳、氮及氢原子的解吸附，由此导致原子对软碳光刻胶表面的更大黏着及黏接。在不欲受理论限制的情况下，保形碳膜对碳质光刻胶的表面的化学键结可通过碳-碳键结及碳-氮键结而实现。本文中执行的等离子体工艺可在基板表面处的原子中产生不饱和化学共价键及悬键，如含碳光刻胶。在表面上，碳悬键与高能碳自由基结合以形成新化学键。
低温方法通常产出更高的保形有机层218的生长率及更低的固有碳层应力。比较而言，由于增大的交联、收缩及密度差，更高的碳沉积温度具有更高的应力，此可导致碳层218的分层及光刻胶层202的畸变。此外，一些实施例中的意外优势是通过对烃及氮前体的明智选择而实现的。例如，丙烯及氨可产生对光刻胶的黏附性增强、台阶覆盖率增大及其他合乎需要的碳层特性的碳层。在一个示例中，丙烯气体及氨气以在约50:1与约5:1之间的按体积计的烃源与氮源的体积比而被引入处理腔室，且其中等离子体在处理腔室中产生并在约0.01瓦特/平方厘米与约10瓦特/平方厘米之间的射频功率密度下传送。
接着，在步骤106中，保形有机层218通过使用各向异性蚀刻工艺而被移除，如图2d中所图示。在此，使用等离子体蚀刻工艺从特征的顶部场区域与底部移除层218。在一些实施例中，选择性蚀刻工艺可以是各向异性蚀刻工艺，该工艺经设计以仅从基板水平表面蚀刻材料。该等工艺可具有等离子体蚀刻剂，一电偏压被施加至基板，以激励等离子体中的离子加速前往基板表面，并由此从底部移除保形有机层218，如图2d中所示。同时，此种工艺也可导致自光刻胶层202的场区域中显著移除保形有机层218，此举也在图2d中图示。使用氟与氧离子的反应性离子蚀刻是选择性蚀刻工艺的一个示例，该工艺有助于实施本公开的实施例。也可使用其他适合蚀刻方法，如通过非反应性离子来蚀刻。
图案转印硬掩模层204可以是源自于物理气相沉积(pvd)的硬掩模层，且可包含氧化硅或富硅氧化物，或pvdsin或富硅sin，或sic或富硅sic，或前述各者的组合，该组合包括一变化，该变化包括向化合物内的受控氢掺杂，该变化在此被称作硬掩模层或siownx:hy，其中w、x、y各自的浓度可在自0％至100％变化。在一个实施例中，w具有1与50之间的范围，x具有0与50之间的范围，y具有0至50的范围。
图案转印硬掩模层204将充当随后蚀刻序列的蚀刻掩模，且可以是介电层、抗反射层，或阻障层，并可具有一个以上的此种特性。
硬掩模层204产生为具有充分匹配光刻胶层202的光学特性的硬掩模。硬掩模层204的诸如折射率(n)及消光系数(k)的光学特性与光刻胶层202匹配，以使得光刻胶层202与硬掩模层204的接口不产生损害光刻图案化工艺的反射。在一些实施例中，匹配硬掩模与光刻胶的光学特性允许将在硬掩模层204上直接实施的光刻、蚀刻、光刻胶剥离及光刻胶再次施加的多个序列。此外，因为形成硬掩模层204的材料不受用以移除光刻胶层202及保形有机层218层的随后等离子体辅助的灰化工艺的影响，由此得以使随后的光刻胶工艺循环的光刻、蚀刻、光刻胶剥离及再次施加执行达到如在在硬掩模层204中形成期望图案所需要的次数。在一个实施例中，光刻胶层202及硬掩模层204具有等于1.6与1.7之间的折射率(n)，及在193纳米波长下等于0.00及0.12的消光系数(k)，如0.05。因此，暴露电磁能将不在硬掩模层204与覆盖的光刻胶层202的实体接口处反射或折射。
可经适配以用于及适合用于溅射沉积硬掩模层204的物理气相沉积(pvd)处理腔室(例如溅射处理腔室)的一个示例是impulsetm脉冲直流电pvd电介质腔室，该腔室可购自美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司。设想其他溅射处理腔室(包括可购自其他制造商的那些溅射处理腔室)也可经调适以实施本公开。
在步骤104、106和/或108中所述的保形有机层218的沉积、保形有机层218的移除及暴露部分的蚀刻可在步骤110中重复一或更多次。应注意，步骤104可单独重复，步骤104与106可依序重复；步骤104、106与108可依序重复；或上述各者的组合。在一个示例中，共完成四(4)个周期。第一周期由步骤104及106组成；第二周期由步骤104组成；第三周期由步骤104、106及108组成；及第四周期由步骤104及106组成。也可设想更多种组合。
如图2e所示，可选的第二保形有机层220沉积在由图案化光刻胶层202形成的场区域、侧壁及底部部分、保形有机层218及缩减尺寸图案转印硬掩模层204的上表面上方或之上。第二保形有机层220可利用气态前体通过pecvd工艺安置在保形有机层218及图案化光刻胶层202上方或之上，这些气态前体经提供至包含多层基板200的反应器。用于沉积工艺的适合处理腔室、气体及工艺参数大体上可与上文参考图2c所述相同。设想其他处理系统(包括可购自其他制造商的那些处理系统)也可经调适以实施本案所述实施例。
当第二保形有机层220在通过使用下文论述的工艺条件而沉积时，将实现至少约80％或更多的台阶覆盖率，例如约100％或更多，如120％。第二保形有机层220的厚度可在约
烃源可以是一或更多种烃化合物的混合物。烃源可包括气相烃化合物和/或气体混合物，该气体混合物包括液相烃化合物及载气的蒸汽，如参考图2c所述。沉积气体可通过使用等离子体引燃气体来引燃。等离子体引燃气体可以是氦，因为氦易于电离；然而也可使用诸如氩的其他气体。稀释气体可以是易于电离、相对大量且具有化学惰性的气体，如氩、氪、氙。在一些情况下，可引入额外氢稀释以进一步增大膜密度，如下文中将论述。
可在引燃烃化合物及等离子体以开始沉积之前和/或同时将等离子体引燃气体引入pecvd腔室。等离子体引燃气体可以是高电离电位气体，该气体包括但不限于氦气、氢气、氮气、氩气及上述各者的组合。等离子体引燃气体也可以是化学惰性气体，如氦气、氮气或氩气。适合气体电离电位自约5ev(电子电位)至25ev。可在含氮烃源和/或烃源之前将等离子体引燃气体引入pecvd腔室，此举允许形成稳定等离子体及减小电弧的机会。
惰性气体通常用作稀释气体或载气以与烃源、等离子体引燃气体、含氮烃源或上述各者的组合一同流动。适合的稀释气体及其参数可与参考图2c所述的稀释气体相同。非晶碳的保形性可通过选择前体及沉积条件而得以优化。一般而言，具有较低h:c比例(比例小于1:1)的前体产出更高的保形性。
如上文所论述，在适宜条件下，包括碳、氮及氢原子的某个组合的高能等离子体与图案化光刻胶层202的表面及保形有机层218的表面反应且黏接至该两个表面，以形成第二保形有机层220。第二保形有机层220在光刻胶层202的表面及保形有机层218上方均匀生长，并以物理及化学方式黏附至光刻胶层202及保形有机层218的表面。通过沉积第二保形有机层220，特征临界尺寸进一步缩减，而不会改变光刻胶层202的厚度。
低温方法通常产出更高的第二保形有机层220的生长率及更低的固有碳层应力。比较而言，由于增大的交联、收缩及密度差，更高的碳沉积温度具有更高的应力，此可导致第二保形有机层220的分层及光刻胶层202的畸变。此外，一些实施例中的进一步的意外优势是通过对烃及氮前体的明智选择而实现的。例如，丙烯及氨可产生对光刻胶黏附性增强、台阶覆盖率增大及其他期望的碳层特性的碳层。在一个示例中，丙烯气体及氨气以在约50:1与约5:1之间的按体积计的烃源与氮源的体积比例而被引入处理腔室，且其中等离子体在处理腔室中产生且在约0.01瓦特/平方厘米与约10瓦特/平方厘米之间的射频功率密度下传送。可选择不同的化学物以实现对保形有机层218的更佳黏着。
接着，第二保形有机层220通过使用各向异性蚀刻工艺而移除，如图2f中图示。在此，使用等离子体蚀刻工艺从特征的顶部场区域与底部移除第二保形有机层220。在一些实施例中，选择性蚀刻工艺可以是各向异性蚀刻工艺，该工艺经设计以仅从基板水平表面蚀刻材料。这类工艺可大体上类似于参考从底部移除保形有机层218所述的工艺，如参考图2c及图2d所述。同时，这种工艺也可导致自光刻胶层202的场区域中显著移除第二保形有机层220，此举也在图2d中图示。使用氟与氧离子的反应性离子蚀刻是选择性蚀刻工艺的一个示例，该工艺可用于实施本公开的实施例。也可使用其他适合的蚀刻方法，如通过非反应性离子来蚀刻。
如图2g中图示，在步骤108中，沉积在侧壁上的保形有机层218及第二保形有机层220充当蚀刻屏蔽以用于在硬掩模层204中产生缩小的尺寸特征。侧壁上的保形有机层218及第二保形有机层220的厚度界定蚀刻至硬掩模层204内的图案的临界尺寸。例如，如若最初形成于光刻胶中的凹槽或图案的宽度为40纳米，则在方向性或各向异性蚀刻之后，相对的侧壁上的宽度为5纳米的保形有机层218及相对侧壁上的宽度为5纳米的第二保形有机层220将使得硬掩模层204中蚀刻的图案的宽度缩小至20纳米。如若第二保形有机层220由相对于用以蚀刻硬掩模层204的蚀刻剂而言具有高蚀刻选择性的材料形成，则第二保形有机层220将仅缓慢或完全不蚀刻，从而保留在硬掩模层204中蚀刻的缩小临界尺寸特征，如图2e中所示。硬掩模层204的蚀刻可通过任何已知方法实施，以蚀刻形成硬掩模层204的材料。在一个实施例中，通过不会显著蚀刻保形有机层218或第二保形有机层220的工艺来实施蚀刻。对于保存第二保形有机层220的侧壁剩余物，同时在硬掩模层204中蚀刻缩小尺寸图案而言，诸如在偏压下通过使用反应性或非反应性离子进行蚀刻的方向性蚀刻可以是有利的。方向性选择性蚀刻工艺可以是方向性或各向异性蚀刻工艺，该工艺经设计以仅从基板水平表面蚀刻材料。此类工艺可在电偏压被施加至基板以激励等离子体中的离子加速前往基板表面的情况下使等离子体蚀刻剂特征化。在该等工艺中，加速的离子一般将行进深人图案凹槽，以便反应性物种的绝大部分影响凹槽底部部分，如图2f及图2g中所示。使用氟与氧离子的反应性离子蚀刻是选择性蚀刻工艺的一个示例，该工艺可用于实施本公开的实施例。也可使用其他蚀刻方法，如通过非反应性离子来蚀刻。
执行多个步骤以在安置在图2h中的基板216上方的有效层214中实现缩小尺寸。层214可描述为包含缩小尺寸线及通孔的有效层，这些线及通孔在介电材料中经图案化。如本文中所述，方法100可用于产生某种图案，这些图案所具有的临界尺寸小于特定光刻设备或工艺的能力。
本文中描述的实施例涉及超保形碳基材料的沉积，以用于减少形成于光刻胶或硬掩模中的特征的临界尺寸及线边缘粗糙度。通过在形成的特征上方沉积保形有机层，在蚀刻装置的组件层之前，蚀刻特征的大小可得以缩小，此缩小在一些情况下超过由装置可以光学方式产生的最小蚀刻尺寸。此外，保形有机层将使蚀刻光刻胶的侧壁粗糙度平滑化。由此，与由其他方法形成的特征相比，该方法所产生的特征将更小，且具有减少的缺陷。
尽管前述内容针对本文中所述方法及装置，但可在不背离其基本范围的前提下设计其他及进一步的实施例，且其范围由所附的权利要求书确定。
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