用于直接形成纳米尺度的特征结构的方法及设备的制造方法
【专利说明】用于直接形成纳米尺度的特征结构的方法及设备
[0001 ] 领域
[0002]本文中的实施方式涉及在工件表面上或中形成次微米尺寸特征结构的领域。更特定而言，实施方式涉及在工件(例如制造集成电路装置中所使用的半导体基板)上或中形成纳米尺度特征结构，而不使用以下的传统光刻步骤:涂布光胶、通过掩模对光胶进行电磁能暴露、显影光胶、将所显影的光胶用作掩模来蚀刻下层材料的一或更多个层，及接着移除掩模。
[0003]相关技术的描述
[0004]对于较小集成电路的持续需求以及对于这些电路中装置的较大密度的持续需求，已在装置中造成一半间距(也就是晶片上相邻装置间的一半距离，今日达到22nm)的进化性降低，及造成进一步降低装置一半间距(及尺寸)的需求。为了以此间距形成装置及为了允许互连使用用以暴露光刻胶的192nm电磁波长的分辨率(resolut1n)限制来隔开(且大小是在192nm电磁波长的分辨率限制以下)的如此特征结构，已创造了特殊光刻术及掩模范例。然而，虽然这些技术能够形成在用以暴露光刻胶的电磁能的分辨率限制以下的尺寸(及间距)的装置，造成的装置中的变化是不可接受地高的，良好装置的生产率低于可接受的生产率，且多个图案化步骤、浸没式光刻术及其他这样的特殊处理步骤中的固有成本相对于所需，已对于制造造成的集成电路造成较高的成本。
[0005]此外，随着装置间距及尺寸缩小，用以将装置连接成集成电路的导线及导柱(接点及过孔)的间距及尺寸也缩小。在具有多层互连架构的集成电路中，导体的间隔及尺寸越大，互连层距晶片(装置层)越远。随着装置尺寸缩小，如同直接相邻于其的层，在装置层处的互连层的特征结构尺寸及间距同样地缩小。其结果是，在装置之间形成互连的成本也增加了，且由于形成这些互连层的问题，生产率、产量及装置质量也下降了。
[0006]发明概述
[0007]本文中的实施方式提供了在工件上沉积及蚀刻次微米、纳米尺寸特征结构的步骤，使用微尖端阵列或具有可使用电位来个别寻址的个别尖端的阵列来进行，以使得反应物或前驱物在相邻于个别通电的尖端的区域中立刻局部反应，以使用该反应的产物在工件上形成沉积物，或蚀刻工件的下层材料。在一个态样中，微尖端阵列经配置而具有数百个至数十亿个个别尖端，且各尖端可经个别配置以通过其来传递电流，且由此提供充足的能量以使得反应物或多个反应物反应且形成沉积物或蚀刻物。在另一态样中，蚀刻反应可直接完成于先前存在的材料上，而不需要进一步的反应物前驱物。又在进一步的态样中，实施方式可用以直接修改基板材料的纳米尺寸部分，或以纳米尺度掺杂这样的材料。
[0008]在本文中的实施方式中，具有许多自平板延伸或可自平板延伸的个别可偏压的尖端的平板(尖端平板)经配置，以连续的或停止启动的移动(也熟知为步进)，而可在工件的多个处理区域上选择性地安置。于各步骤，或随着尖端移动，前驱物气体引入尖端末端及工件之间，且电压电位施加至所选择的尖端以使前驱物气体反应，且因此修改工件表面，这例如是通过沉积在工件上所造成的反应物、或使用反应的产物来蚀刻工件的部分来进行的，其中受影响的工件部分在尖端末端的直径的数量级。此外，在以小于尖端末端的直径的数量级对于相对于彼此的更精细移动而配置尖端平板及工件，使得先前所形成的特征结构可被顺序地部分地覆写(例如当尖端平板是在步进模式时)，以通过以此更精细的距离移动尖端及再次施加电位以再次在工件表面上造成沉积或造成工件表面的蚀刻，来形成线。在工件表面上重复此步骤，以在工件表面上或中形成纳米尺度特征结构。尖端具有I至50纳米数量级(较佳地为I至1nm的数量级)的直径，且当电压施加于其上且尖端紧密地自工件隔开(例如自工件表面以5至20纳米的数量级隔开)时，位于工件及尖端之间的前驱物可局部地分解成其构成成分中的一或更多者。在一个态样中，前驱物是ALD前驱物，且ALD前驱物层在电压施加至尖端之前形成于工件上，且在尖端处施加额外的前驱物及电压使得ALD反应进行，且因此在工件上留下所需的前驱物原子种，同时其余的前驱物物种自工件表面泄出。在另一态样中，前驱物并不先结合至工件，而在尖端末端的电压电位使得涉及前驱物的沉积或蚀刻反应发生在工件表面处。
[0009]在实施方式中，尖端平板提供为至少一行沿线配置的隔开尖端，或为以线布置的多个尖端，且以相邻的行来布置线，以形成可个别寻址的尖端的三维阵列。在一个态样中，阵列提供为包括多行尖端，其中行为至少如要被处理的工件表面的最大宽度尺度一样长，且在尖端平板的跨距上提供多个平行的行。可以尖端的相同间距(中心至中心间隔)隔开所述行，或相较于行中的尖端的间隔，行的间隔可为不同的。此外，相邻行中的尖端位置可自行至行而偏移。尖端可通过互连至晶体管阵列(例如由纳米电线)来个别寻址，使得阵列中的个别晶体管(在其漏极处)互连至尖端中的个别者。基于控制器参数来选择个别晶体管栅极以开启或关闭，以选择性地通电尖端中的个别者以造成反应物的反应及相对应的蚀刻或沉积效应。
[0010]可使用图案化的光刻胶、氧化硅硬模、及例如氟基或氯基的化学物质或其混合，来自硅层蚀刻个别尖端，以选择性地蚀开下层的硅以在其中留下高度上数量级为10nm或更多的延伸锥形尖端。可自单晶基板(例如硅基板，其中用于控制个别尖端的致动的晶体管阵列已被或将被形成)部分或自晶体管阵列上生长的材料层提供硅层。与连接至阵列的个别驱动晶体管的漏极的互连件(纳米电线)定位来形成个别尖端，使得在制造时，各尖端可被个别寻址且可透过阵列的单一晶体管来充电至一电位。尖端所形成于其中的下层材料可首先形成为个别的隔离区域，这再次地是通过以下步骤来进行的:通过电子束光刻术来图案化光刻掩模、形成围绕尖端所要形成于其中的各区域的个别沟及以隔离材料来填充沟。因此，可彼此电性隔离地形成纳米尺度尖端的阵列，且可以一电位来个别寻址该阵列，该电位足以在数量级为尖端末端的直径的区域中造成前驱物反应物的反应，以在具有尖端尺寸的尺度的基板上形成特征结构。
[0011]在本文中的另一实施方式中，具有100,000行及100,000列尖端的尖端平板(其中尖端沿行而中心至中心地隔开20nm)提供了在4平方厘米的区域中具有100亿个个别尖端的尖端平板。可在工件上扫描尖端平板、相对于尖端平板扫描工件或它们皆可移动。当尖端平板相对于工件改变位置时，个别寻址其个别尖端以在其上施加电位以造成沉积或蚀刻反应。扫描步骤可使用维持于尖端上的电位而为连续的，或其可为步进配置，其中仅当尖端平板静止时才将尖端通电，且在电位再次施加至尖端之前，尖端平板再次以精细的运动步级来步进或扫描至新的位置。
[0012]尖端平板可用以在工件上直接形成三维、纳米尺度特征结构。通过在阵列的个别尖端上施加适当的电压，施加于尖端及工件之间的前驱物分子中的原子种之间的键合可被打断或取消结合，造成在尖端及工件之间的小空间中形成沉积或蚀刻物种。通过移动阵列来由适当的移动尖端，可全以纳米尺度来蚀刻或沉积三维特征结构(例如线)，由此对于形成非常精细的(也就是非常小的)工件特征结构，略过传统的、限于电磁波长的光刻成像处理。
[0013]附图简要说明
[0014]可通过参照实施方式(其中的某些绘示于随附的附图中)来拥有以上所简要概述的本发明的更特定描述，以便可以更详细的方式了解以上所载的本发明特征。应注意的是，然而，所附图示仅绘示此发明的一般实施方式且因此并不视为限制此发明的范围，因为该发明可接纳其他同等有效的实施方式。
[0015]图1是益于实行本文中所公开的实施方式的处理室的截面示意图；
[0016]图2是尖端平板的部分透视图，图示所述尖端平板的多个尖端的配置；
[0017]图3是一系列的三个尖端的示意侧视图，图示尖端平板上的尖端间的相对间距，及图示尖端平板及工件的相对间距；
[0018]图4是工件的部分平面图，图示尖端平板的路径及工件的校准特征结构；
[0019]图5是尖端平板的示意侧视图；
[0020]图6是尖端平板的示意顶视图；
[0021]图7是工件的部分平面图，图示所述工件上的多个参考位置；
[0022]图8是图7的工件的部分平面图，图示所述工件上的四个位置处的沉积；
[0023]图9是图8的工件的部分平面图，图示所述工件上的额外沉积，用以起始在工件的暴露表面上形成沉积线的步骤；
[0024]图10是图9的工件的部分平面图，图示跨越两个参考位置的线及部分完成的线，以及一个参考位置处的单一沉积；
[0025]图11是图10的工件的部分平面图，图示进一步的沉积，用以进一步限定部分完成的线；
[