用于集成电路图案化的方法_2

文档序号:9632508阅读:来源:国知局
法的附加的实施例,可 W代替、删除或前后移动所描述的一些操作。方法100是实例,并且除了权利要求中明确声 明外,不旨在限制本发明。下面结合图2至图17描述方法100。
[0037] 在操作102中,如图2所示,方法100 (图1)提供衬底202。参考图2,在各个实施 例中,衬底202包括一个或多个材料层并且该衬底在制造工艺的中间阶段中用于形成器件 200。器件200可W是IC或IC的一部分,该IC可W包括:静态随机存取存储器(SRAM)和/ 或其他逻辑电路;无源组件,诸如电阻器、电容器和电感器;W及有源组件,诸如P型场效应 晶体管(PFET)、n型FET (N阳T)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、互补金属氧化 物半导体(CM0巧晶体管、双极型晶体管、高压晶体管、高频晶体管、其他存储器单元和它们 的组合。器件200可W包括S维器件和多栅极器件,诸如双栅极阳T、Fin阳T、S栅极阳T、 欧米茄阳T (omega阳T)、全环栅(GAA)器件和垂直GAA器件。在实施例中,衬底202是半 导体衬底(例如,晶圆)。在实施例中,衬底202包括晶体结构的娃。在可选实施例中,衬 底202包括:其他的元素半导体,诸如错;或化合物半导体,诸如碳化娃、神化嫁、神化铜和 憐化铜。衬底202可W包括绝缘体上娃(SOI)衬底(产生应变/生成应力W提高性能),包 括外延区、包括隔离区、包括渗杂区、包括一个或多个半导体器件或半导体器件的部分、包 括导电和/或不导电层和/或包括其他合适的部件和层。 阳03引在操作104中,方法100 (图1)在衬底202上方形成光刻胶层210。参考图3,在本 实施例中,形成光刻胶层210之前,在衬底202上方形成一个或多个材料层W作为蚀刻层, 诸如硬掩模层204、底部材料层206和抗反射涂覆(ARC)层208。在各个实施例中,可W省 略和/或替换材料层204/206/208中的一些,或者可选地,将其他的材料层添加在光刻胶层 210和衬底202之间。在实施例中,通过旋涂工艺来形成光刻胶层210,之后进行软烘烤工 艺。
[0039] 在各个实施例中,硬掩模层204可W使用非结晶的娃(a-Si)、氧化娃、氮化娃 (SiN)、氮化铁灯iN)、氮氧化娃(SiON)、碳氮化娃(SiCN)或其他合适的材料或组合;底部材 料层206可W包含娃、氧和/或碳,诸如SOC或旋涂玻璃(SOG) ;ARC层208可W是聚合材料 层或含娃材料层,诸如氧化娃、碳氧化娃和等离子体增强化学汽相沉积的氧化娃。可W通过 多种工艺来形成各个材料层204、206和208。例如,可W通过化学汽相沉积(CVD)、低压化 学汽相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)、物理汽相沉积(PVD)、原子层沉 积(ALD)或其他合适的沉积方法来形成各个材料层204、206和208。例如,可W使用包括六 氯乙硅烷(HCD或SizCle)、二氯甲硅烷值CS或SiHzClz)、双(叔下基氨基)硅烷度TBAS or QfeNzS"和乙硅烷〇)S或SizHe)的化学品通过CVD来形成硬掩模层204。
[0040] 光刻胶层210可W是正性光刻胶或负性光刻胶。正性光刻胶在光刻胶显影剂中通 常是不可溶的,但是通过暴露于诸如深紫外值UV)射线、极紫外巧UV)射线、电子束、X射线 的福射或其他合适的福射而变得可溶。一种示例性的正性光刻胶材料是化学放大光刻胶 (CAR),该化学放大光刻胶包含由酸不稳定基团(ALG)保护的主链聚合物。负性光刻胶具 有相反的表现,即,在光刻胶显影剂中通常是可溶的,但是通过暴露于诸如DUV射线、EUV射 线、电子束、X射线的福射或其他合适的福射而变得不可溶。一种示例性的负性光刻胶是聚 合物,该聚合物在被福射时形成分子内和/或分子间的交联,诸如乙基(a-径基)丙締酸 醋巧HMA)和甲基丙締酸(MAA)的聚合。
[0041] 在操作106中,方法100(图1)图案化光刻胶层210,从而形成光刻胶图案。在实 施例中,图案化工艺将图案从掩模(或光掩模或中间掩模)转印至光刻胶层210。可选地, 图案化工艺可W使用诸如电子束直写巧抓W)的无掩模图案化技术。在实施例中,图案化光 刻胶层210包括:将光刻胶层210暴露于福射;曝光后烘烤;在光刻胶显影剂中显影光刻胶 层210 ; W及硬烘烤,从而去除光刻胶层210的曝光部分(或者在负性光刻胶的情况下去除 未曝光部分)并在ARC层208上保留光刻胶层210的未曝光部分W作为光刻胶图案。福射 可W是DUV射线、EUV射线、电子束、X射线、离子束或其他合适的福射。在掩模用于图案化 光刻胶层210的实施例中,掩模可W是不同类型的,诸如透射式掩模或反射式掩模,W及可 W用各种技术形成掩模,诸如二元掩模或相移掩模(PSM)。在一个实例中,二元掩模包括透 明衬底(例如,烙凝石英)化及在掩模的不透明区域中涂覆有不透明材料(例如,铭)。在 另一个实例中,PSM包括被配置为具有适当的相差的各个部件W提高分辨率和成像质量。在 本实例中,图案化光刻胶层210 W形成线图案210 (图4)。为了简化的目的,线图案210在 "y"方向上W纵长方式进行定化在"X"方向上W宽度方式进行定化化及在"Z"方向上W 高度方式进行定位。在本实例中,单个线图案210用于简化和易于理解,并且不必将实施例 限于任何数量的线图案、任何布置的线图案和/或诸如沟槽图案、孔图案、具有弯曲的图案 等的其他类型的图案。
[0042] 在通常的光刻工艺中,随后进行蚀刻工艺,该蚀刻工艺使用线图案210作为蚀刻 掩模来蚀刻ARC层208,从而将图案转印至ARC层208 W及随后通过更多的蚀刻工艺转印 至衬底202。当将图案从光刻胶图案210转印至ARC层208时会出现问题。例如,线图案 210可能不具有理想的临界尺寸(CD)。例如,线图案210在"X"方向上的尺寸(或线图案 210的宽度)可能大于IC设计目标。在又一实例中,线图案210可能具有不期望的表面粗 糖度,诸如线边缘粗糖度(LER)和/或线宽粗糖度(LWR)。图5示出了线图案210的截面 图,示出了线图案210的侧壁的粗糖度。图6示出了在"y"方向(或线图案210的长度方 向)上沿着线图案210的表面粗糖度。在本实施例中,LER限定为边缘自对应于该边缘的线
的30偏差,或者在数学上, LWR限定为沿着该线的线 宽的3 O偏差,或者在数学上 。运种非理想的CD和不期 望的LER/LWR可W从线图案210转移至ARC层208并最终转移至衬底202,引起IC制造问 题。例如,线图案210可W用于图案化晶体管栅电极,该晶体管栅电极的栅极长度对应于线 图案210的宽度。因为栅极长度可W影响晶体管的功耗和/或切换速度,所W该栅极长度 成为晶体管的关键特征。不期望的CD和LER/LWR可W引起栅极长度脱离设计规格。更糟 的情况是,在蚀刻工艺期间,诸如频繁地用于栅极图案化的干蚀刻,线图案210由于缺少蚀 刻选择性而经受严重劣化,从而导致光刻胶膜损失W及增大的LER/LWR。在随后的蚀刻工艺 使用诸如线图案210的图案化的光刻胶层之前,本发明通过利用离子束处理该图案化的光 刻胶层来解决上述问题。实验室试验已经显示本发明的实施例可W减小光刻胶图案的CD、 LER和/或LWR。运对于诸如10纳米(nm) W及IOnm W上的先进工艺节点是非常期望的。 阳0创在操作108中,方法100(图1)利用离子束212来处理线图案210。在实施例中, 通过离子注入机来生成离子束212。参考图7,在本实施例中,离子束212是聚焦的离子束。 为了改进本实施例,离子束212 W从ARC层208的法线(即,本实例中的"Z"轴)至顶面倾 斜的角度被引导至线图案210 (或者也可W朝向ARC层208的顶面或衬底202)。该入射角 度在本发明中被称为"倾斜角度",并且在图8中示出了该倾斜角度。图8也示出了离子束 212的"扭转角度",该"扭转角度"是介于包含离子束212和"Z"轴的平面和包含"X"轴和 "Z"轴的平面之间的角度。该倾斜角度和扭转角度共同地限定了离子束212的入射方向。 再次参考图7,在本实施例中,离子束212 W大于或等于10°的倾斜角度被引导至线图案 210。在一些实例中,将倾斜角度
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