采用包含氟代烃的聚合物的高保真构图的制作方法
【专利摘要】在衬底上形成硬掩膜层、软掩膜层和光致抗蚀剂的叠层。对所述光致抗蚀剂进行构图以包括至少一个开口。通过各向异性蚀刻将所述图形转移到所述软掩膜层中，该各向异性蚀刻形成包含比氟多的碳的富碳聚合物。可以通过采用利用包含比氟多的氢的氟代烃分子产生的包含氟代烃的等离子体，形成所述富碳聚合物。所述富碳聚合物涂覆所述软掩膜层的侧壁，并且防止转移到所述软掩膜中的图形被加宽。随后去除所述光致抗蚀剂，并且将所述软掩膜层中的图形转移到所述硬掩膜层中。所述硬掩膜层的侧壁被所述富碳聚合物涂覆，以防止转移到所述硬掩膜中的图形被加宽。
【专利说明】采用包含氟代烃的聚合物的高保真构图
【技术领域】
[0001]本公开涉及半导体处理方法，特别地涉及采用高密度等离子体进行高保真构图(patterning)的方法以及实现该方法的结构。
【背景技术】
[0002]在小尺度和小间距方案下的图形转移需要高精确度。在小尺度下进行图形转移的典型现象是由于等离子体处理导致构图材料变形。所述变形典型地发生在软(碳基)材料中的掩膜被转移到较硬的材料(例如，半导体材料、氧化硅、氮化硅、氧氮化硅和金特性材料)中时。
[0003]已知所述图形变形源于等离子体对软材料的显著改性，该改性最终导致软材料的机械故障。具体地，等离子体聚合物与软构图材料的相互作用可导致显著的问题。
[0004]所提出的解决该问题的方案包括使用新颖构图材料或者使用硬化工艺。能够进行高保真图形转移的适当的新颖构图材料难以识别(identify)。硬化工艺需要在升高的温度下进行处理，这可由于附加的热循环对器件性能的不希望的影响而导致负面地影响器件性能。已经提出了新颖的方法，其中采用替代的构图材料，该材料的化学计量被调整以减少图形变形现象的发生。
【发明内容】
[0005]在衬底上沉积硬掩膜层和软掩膜层的叠层。在所述软掩膜层之上施加光致抗蚀齐U，并且对所述光致抗蚀剂进行光刻构图以在其中形成至少一个开口。通过各向异性蚀刻将所述至少一个开口的图形转移到所述软掩膜层中，该各向异性蚀刻形成包含比氟多的碳的富碳聚合物。可以通过采用利用包含比氟多的氢的氟代烃分子产生的包含氟代烃的等离子，形成所述富碳聚合物。所述富碳聚合物涂覆所述软掩膜层的侧壁，并且防止转移到所述软掩膜中的图形被加宽。将所述软掩膜层中的图形转移到所述硬掩膜层中。所述硬掩膜层的侧壁被涂覆有所述富碳聚合物以防止转移到所述硬掩膜层中的图形被加宽。所述富碳聚合物通过使所述软掩膜层内和所述硬掩膜层内的开口的横向加宽最小化，实现了高保真度图形转移。
[0006]根据本公开的一方面，提供了一种形成构图的结构的方法，该方法包括:形成叠层，所述叠层自下而上包括衬底、非碳基的硬掩膜层、包含碳基材料的软掩膜层、以及光致抗蚀剂；对所述光致抗蚀剂进行光刻构图；以及采用各向异性蚀刻将所述光致抗蚀剂中的图形转移到所述软掩膜层中。在所述软掩膜层的开口周围的侧壁上形成包含碳和氟的富碳聚合物，其中在所述富碳聚合物中碳与氟的原子比大于I。
[0007]根据本公开的另一方面，提供了另一种形成构图的结构的方法。所述方法包括:形成叠层，所述叠层自下而上包括衬底、非碳基的硬掩膜层、包含碳基材料的软掩膜层、以及光致抗蚀剂；对所述光致抗蚀剂进行光刻构图；通过将所述光致抗蚀剂中的图形转移到所述软掩膜层中而对所述软掩膜层进行构图；以及采用各向异性蚀刻将所述软掩膜层中的图形转移到所述硬掩膜层中。在所述软掩膜层的顶面上、所述软掩膜层的侧壁上以及所述硬掩膜层的侧壁上连续地(contiguously)形成包含碳和氟的富碳聚合物。在所述富碳聚合物中碳与氟的原子比大于I。
[0008]根据本公开的又一方面，提供了一种构图的结构。该构图的结构包括:叠层，所述叠层自下而上包括衬底、非碳基的硬掩膜层、包含碳基材料的软掩膜层；以及富碳聚合物，其包含碳和氟并且位于所述软掩膜层的开口周围的侧壁上，其中在所述富碳聚合物中碳与氟的原子比大于I。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是根据本公开的第一实施例在对光致抗蚀剂进行光刻构图之后的第一示例性结构的垂直横截面图。
[0010]图2是根据本公开的第一实施例在将光致抗蚀剂中的图形转移到软掩膜层中的过程中第一示例性结构的垂直横截面图。
[0011]图3是根据本公开的第一实施例在完成光致抗蚀剂中的图形向软掩膜材料中的转移之后第一示例性结构的垂直横截面图。
[0012]图4是根据本公开的第一实施例在将软掩膜层中的图形转移到硬掩膜层中的过程中第一示例性结构的垂直横截面图。
[0013]图5是根据本公开的第一实施例在将软掩膜层中的图形转移到硬掩膜层中之后第一示例性结构的垂直横截面图。
[0014]图6是根据本公开的第一实施例在去除了软掩膜层并且将硬掩膜层中的图形转移到下伏的(underlying)衬底中之后第一示例性结构的垂直横截面图。
[0015]图7是根据本公开的第二实施例在对光致抗蚀剂进行构图之后第二示例性结构的垂直横截面图。
[0016]图8是根据本公开的第二实施例在将光致抗蚀剂中的图形转移到软掩膜层中并且随后去除光致抗蚀剂之后第二示例性结构的垂直横截面图。
[0017]图9是根据本公开的第二实施例在将软掩膜层中的图形转移到上部硬掩膜层中之后第二示例性结构的垂直横截面图。
[0018]图10是根据本公开的第二实施例在去除软掩膜层之后第二示例性结构的垂直横截面图。
[0019]图11是在将上部硬掩膜层中的图形转移到下部硬掩膜层中之后第二示例性结构的垂直横截面图。
[0020]图12是根据本公开的第二实施例在去除了上部硬掩膜层并且将下部硬掩膜层中的图形转移到下伏的衬底中之后第二示例性结构的垂直横截面图。
【具体实施方式】
[0021]如上所述，本公开涉及采用高密度等离子体进行高保真构图的方法以及实现该方法的结构，现在参考附图详细描述所述方法和结构。贯穿附图，相同的参考数字或字母用于表示相似或等同的部件。附图未必按比例绘制。
[0022]参考图1，根据本公开第一实施例的第一示例性结构包括衬底10、硬掩膜层20、软掩膜层30和光致抗蚀剂37。
[0023]衬底10可以包括半导体材料、绝缘体材料、导电材料或其组合。所述半导体材料可以是诸如硅、锗、碳或其合金的元素半导体材料、II1-V化合物半导体材料、I1-VI化合物半导体材料或者其任何组合或叠层。可以用诸如B、Ga、In、P、As和Sb的电掺杂剂掺杂所述半导体材料。在衬底中可以存在多种半导体材料。所述绝缘体材料可以是掺杂的或未掺杂的氧化硅、氧化硅的掺杂衍生物、氮化硅、氧氮化硅、介电常数大于3.9的电介质金属氧化物、或者其组合或叠层。在衬底10中可以存在多种绝缘体材料。所述导电材料可以包括诸如Cu、W、T1、Ta、Al、WN、TiN, TaN, WC, TiC, TiC或其合金的金特性材料。衬底10可以包括至少一个半导体器件(未示出)，例如场效应晶体管、结晶体管、二极管、晶闸管、电容器、电感器或者本领域中已知的其它任何半导体器件或光学器件。此外，衬底10可以包括接触层级(level)电介质材料层和嵌入在其中的接触过孔结构。此外，衬底10可以包括至少一个本领域中已知的互连层级电介质材料层和金属互连结构。
[0024]硬掩膜层20包括非碳基材料。如本申请中所使用的，如果材料内的所有键中超过10 %的键是与至少一个碳原 子成键，则该材料是“碳基的”。因此，如果材料内的所有键中的包括至少一个碳原子的百分比为10%或更少，则该材料是非碳基的。硬掩膜层20包括与衬底10的上部的主要材料不同的材料。在一个实施例中，硬掩膜层20包括诸如氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、电介质金属氧化物或其组合的电介质材料。硬掩膜层20可以例如通过化学气相沉积(CVD)形成。硬掩膜层20的厚度可以为5nm-300nm,但也可以采用更小和更大的厚度。
[0025]软掩膜层20包括碳基材料。在一个实施例中，软掩膜层20的碳基材料不是光敏的。软掩膜层20可以包括例如有机平面化材料、底部抗反射涂层(BARC)材料或者其叠层。在一个实施例中，软掩膜层20可以包括非光敏的有机聚合物，该有机聚合物至少包含C、O和H。
[0026]所述有机平面化材料可以是包含C、H和N的有机聚合物。所述有机平面化材料能够在反应离子蚀刻工艺期间产生蚀刻残留物，所述残留物被再次沉积在有机平面化层的未蚀刻部分上。在一个实施例中，所述有机平面化材料可以是无氟(F)的。在一个实施例中，所述有机平面化材料可以是无硅(Si)的。如本申请中所定义的，当材料中的某原子元素的水平处于或低于用本领域中可用的分析方法能够检测到的痕量水平，则该材料无该原子元素。在一个实施例中，所述有机平面化材料可以是无Si和F的。所述有机平面化材料的非限制性实例包括 JSR HM8006.JSR HM8014.AZ UM10M2、Shin Etsu 0DL102、其它类似的能够从供应商(例如JSR、TOK> Sumitomo、Rohm&Haas)处商业购买的材料。可以通过例如旋涂沉积所述有机平面化材料。
[0027]BARC材料包括减少在随后照射的波长下在光致抗蚀剂37上的光反射。BARC材料典型地包括含有光吸收体材料和聚合物材料的有机材料。例如，BARC材料可以包括被羟基烷基或烷氧基烷基取代的交联剂成分，基于二苯丽的、基于二苯讽的、或者基于二苯亚讽的染料成分，以及丙烯酸树脂。BARC材料也可以是含Si的抗反射材料，即在材料的组成中包含硅。BARC材料的组成可以根据光致抗蚀剂37的组成而被优化。可以通过例如旋涂沉积所述BARC材料。
[0028]软掩膜层20的厚度可以为20nm-600nm，典型地为40nm_300nm，但在本申请中也可以预期更小和更大的厚度。
[0029]可以在软掩膜层20的顶面上形成可选的电介质氧化物层35。可选的电介质氧化物层35包括可以是例如氧化硅的电介质氧化物材料。可选的电介质氧化物层35可以是通过旋涂而沉积的旋涂氧化物，并且在固化之后形成氧化硅层，或者可以是本领域中已知的诸如低温氧化物的通过化学气相沉积而沉积的氧化硅层。可选的电介质氧化物层35的厚度可以为5nm-80nm,但也可以采用更小和更大的厚度。
[0030]光致抗蚀剂37直接形成在软掩膜层20的顶面上，或者形成在可选的电介质氧化物层35的顶面上。光致抗蚀剂37可以通过例如旋涂形成。光致抗蚀剂37可以是深紫外(DUV)光致抗蚀剂、中紫外(MUV)光致抗蚀剂、极紫外(EUV)光致抗蚀剂或者电子束(e-束)光致抗蚀剂。抗蚀剂37的材料对在某波长范围内的光或电子辐射的照射起反应，并且例如通过交联而被化学改变。光致抗蚀剂37的厚度可以为30nm-600nm，并且典型地为60nm-300nm,但也可以采用更小和更大的厚度。
[0031]光致抗蚀剂37被光刻曝光，并且随后被显影。在光刻曝光和显影之后，在光致抗蚀剂37内形成具有第一宽度《I的开口。软掩膜层30的顶面在光致抗蚀剂37中的开口的底部被物理暴露。
[0032]参考图2，将第一示例性结构置于被构造用于等离子体蚀刻(即反应离子蚀刻)的处理室中。对所述第一示例性结构进行采用第一包含氟代烃的等离子体的第一各向异性蚀亥|J。在该第一各向异性蚀刻的初始阶段期间，光致抗蚀剂37中的图形被转移到软掩膜层30的上部中。
[0033]被供给到所述处理室中的气体的成分包括具有CxHyFz的组成的一种或多种氟代烃气体(下文中称为“氟代烃气体”)，其中X是选自3、4、5和6的整数，y和Z是正整数，并且y 大于 z。例如，所述氟代烃气体可以包括 C3H5F3^ C3H6F2, C3H7F, C3H4F2, C3H5F, C3H3F, C4H6F4,C4H7F3、C4H8F2、C4H9F, C4H5F3、C4H6F2, C4H7F, C4H4F2, C4H5F, C5H7F5, C5H8F4, C5H9F3、C5H10F2、C5HnF、C5H6F4, C5H7F3, C5H8F2, C5H9F, C5H5F3, C5H6F2, C5H7F, C6H8F6, C6H9F5, C6H10F4, C6H11F3, C6H12F2, C6H13F,C6H7F5, C6H8F4, C6H9F3, C6H10F2^C6H11F, C6H6F4, C6H7F3, C6H8F2 和 C6H9F 中的一种或多种。对应地，包含氟代烃的等离子体包括CxHyFz的离子。被供给到所述处理室中的气体的成分还包括02、N2, H2, NH3> SO2和/或C0S，以便软掩膜层30的有机材料能够被所述等离子体氧化。因此，第一包含氟代烃的等离子体包括02、N2, H2, NH3、SO2和/或COS的等离子体。可选地，可以附加地使Ar、Ne和/或He在所述处理室中流动以向所述等离子体的成分添加(一种或多种)惰性气体的离子。
[0034]CxHyFz的非限制性具体实例包括烷烃、烯烃和炔烃，其中X是选自3、4、5和6的整数，y和z是正整数，并且y大于z。
[0035]在一个实施例中，氟代烃气体可以包括化学式为CxHyFz的一种或多种氟代烷烃气体，其中X是选自3、4和5的整数，y和Z是正整数，并且y大于Z。所述一种或多种氟代烷烃气体可以包括但不限于:诸如1-氟丙烷、2-氟丙烷的由C3H7F表示的饱和线型氟代烃(liner fluorohydrocarbon);诸如 1，1-二氟丙烷、2，2-二氟丙烷、1，2-二氟丙烷、1，3-二氟丙烷的由C3H6F2表示的饱和线型氟代烃；诸如1，I, 1-三氟丙烷、1，1，2_三氟丙烷、1，1，3-三氟丙烷、1，2，2-三氟丙烷的由C3H5F3表示的饱和线型氟代烃；诸如氟环丙烷的由C3H5F表示的饱和环状氟代烃；诸如1，2- 二氟环丙烷的由C3H4F2表示的饱和环状氟代烃；诸如1-氟丁烷、2-氟丁烷的由C4H9F表示的饱和线型氟代烃；诸如1-氟-2-甲基丙烷、I, 1- 二氟丁烷、2，2- 二氟丁烷、I, 2- 二氟丁烷、I, 3- 二氟丁烷、I, 4- 二氟丁烷、2，3- 二氟丁烧、1，1- 二氟-2-甲基丙烧、1，2- 二氟-2-甲基丙烧、1，3- 二氟-2-甲基丙烧的由C4H8F2表示的饱和线型氟代烃；诸如1，1，1-三氟丁烷、1，1，1-三氟-2-甲基丙烷、1，1，2_三氟丁烷、1，1，3-三氟丁烷、1，1，4-三氟丁烷、2，2，3-三氟丁烷，2，2，4-三氟丁烷、1，1，2-三氟-2-甲基丙烷的由C4H7F3表示的饱和线型氟代烃；诸如1，I, I, 2-四氟丁烷、1，I, I, 3-四氟丁烧、1，I, I, 4-四氟丁烧、1，1,2,2-四氟丁烧、1，1,2,3-四氟丁烧、1，1,2,4-四氟丁烧、1，I, 3, 3-四氟丁 烧、1，I, 3, 4-四氟丁 烧、1，1,4，4-四氟丁 烧、2，2，3，3-四氟丁 烧、2，2, 3, 4-四氟丁烧、1，2, 3, 4-四氟乙烧、1，I, I, 2-四氟-2-甲基丙烧、1，I, I, 3-四氟-2-甲基丙烷、1，I, 2，3-四氟-2-甲基丙烷、1，I, 3，3-四氟-2-甲基丙烷的由C4H6F4表示的饱和线型氟代烃；诸如氟环丁烷的由C4H7F表示的饱和环状氟代烃；诸如1，1-二氟环丁烷、1，2-二氟环丁烷、1，3-二氟环丁烷的由C4H6F2表示的饱和环状氟代烃；诸如1，1，2-三氟环丁烷、1，1，3-三氟环丁烷的由C4H5F3表示的饱和环状氟代烃；诸如1-氟戊烷、2-氟戊烷、3-氟戊烧、1_氟_2_甲基丁烧、1-氟-3-甲基丁烧、2-氟-3-甲基丁烧、1-氟-2，2-二甲基丙烧的由C5H11F表示的饱和线型氟代烃；诸如1，1-二氟戊烷、2，2-二氟戊烷、3，3-二氟戊烷、1，2-二氟戊烷、1，3_ 二氟戊烷、1，4-二氟戊烷、1,5-二氟戊烷、1，1-二氟-2-甲基丁烷、1，1_ 二氟-3-甲基丁烧、1，2-二氟-2-甲基丁烧、1，2-二氟-3-甲基丁烧、1，3-二氟-2-甲基丁烧、
I,3- 二氟-3-甲基丁烧、I, 4- 二氟-2-甲基丁烧、2，2- 二氟-3-甲基丁烧、2，3- 二氟-2-甲基丁烧、1，1- 二氟-2，2- 二甲基丙烧、1，3- 二氟2，2- 二甲基丙烧、1-氟-2-氟甲基丁烧的由C5HltlF2表示的饱和线型氟代烃；诸如1，I, 1-三氟戊烷、I, I, 2-三氟戊烷、I, I, 3-三氟戊烧、I, I, 4- 二氟戍烧、I, I, 1- 二氟-2-甲基丁烧、I, I, 2- 二氟2，3- 二甲基丙烧的由C5H9F3表示的饱和线型氟代烃；诸如氟环戊烷、1-氟-2-甲基环丁烷、1-氟-3-甲基环丁烷、(氟甲基)环丁烷的由C5H9F表示的饱和环状氟代烃；诸如1，2- 二氟环戊烷、I, 3- 二氟环戊烷、1，1-二氟-2-甲基环丁烷、1，1-二氟-3-甲基环丁烷的由C5H8F2表示的饱和环状氟代烃；诸如1，I, 2-三氟环戊烷、1，2，3，三氟环戊烷的由C5H7F3表示的饱和环状氟代烃。
[0036] 作为补充或者替代地，氟代烃气体可以包括化学式为CxHyFz的一种或多种氟代烯烃气体，其中X是选自3、4和5的整数，y和z是正整数，并且y大于z。所述一种或多种氟代烯烃气体可以包括但不限于:诸如3-氟丙烯、1-氟丙烯、2-氟丙烯的由C3H5F表示的不饱和线型氟代烃；诸如1，1- 二氟丙烯、3，3- 二氟丙烯的由C3H4F2表示的不饱和线型氟代烃；诸如3-氟环丙烯、1-氟环丙烯的由C3H3F表示的不饱和环状氟代烃；诸如1-氟丁烯、2-氟丁烯、3-氟丁烯、4-氟丁烯、1-氟-2- 丁烯、2-氟-2- 丁烯、1-氟-2-甲基丙烯、3-氟-2-甲基丙烯、2_(氟甲基)_丙烯的由C4H7F表示的不饱和线型氟代烃；诸如1，1-二氟-2-甲基丙烯、3，3- 二氟-2-甲基丙烯、2_(氟甲基)_氟丙烯、3，3- 二氟丁烯、4，4- 二氟丁烯、1，2- 二氟丁烯、1，1- 二氟-2- 丁烯、1，4- 二氟-2- 丁烯的由C4H6F2表示的不饱和线型氟代烃；诸如 4，4, 4- 二氟丁烯、3，3, 4- 二氟丁烯、1，I, 1- 二氟 _2_ 丁烯、1，I, 4- 二氟 _2_ 丁烯的由C4H5F3表示的不饱和线型氟代烃；诸如1-氟环丁烯、3-氟环丁烯的由C4H5F表示的不饱和环状氟代烃；诸如3，3- 二氟环丁烯、3，4- 二氟环丁烯的由C4H4F2表示的不饱和环状氟代烃；诸如1_氟戍烯、2_氟戍烯、3-氟戍烯、4-氟戍烯、5-氟戍烯、1-氟-2-戍烯、2-氟-2-戍烯、3-氟-2-戍烯、4-氟-2-戍烯、5-氟-2-戍烯、1-氟-2-甲基丁烯、1-氟-3-甲基丁烯、3-氟-2-甲基丁烯、3-氟-3-甲基丁烯、4-氟-2-甲基丁烯、4-氟-3-甲基丁烯、1-氟-2-甲基_2_ 丁烯、1-氟-3-甲基-2-丁烯、2-氟-3-甲基-2-丁烯、2-(氟甲基)-丁烯的由C5H9F表示的不饱和线型氟代烃；诸如3，3- 二氟戊烯、4，4- 二氟戊烯、5，5- 二氟戊烯、1，2- 二氟戊烯、3，4- 二氟戊烯、3，5- 二氟戊烯、4，5- 二氟戊烯的由C5H8F2表示的不饱和线型氟代烃；诸如1-氟环戊烯、3-氟环戊烯、4-氟环戊烯的由C5H7F表示的不饱和环状氟代烃；诸如3，3-二氟环戊烯、4，4-二氟环戊烯、1，3-二氟环戊烯、1，4-二氟环戊烯、3，5-二氟环戊烯的由C5H6F2表示的不饱和环状氟代烃。
[0037]作为补充或者替代地，所述氟代烃气体可以包括化学式为CxHyFz的一种或多种氟代炔烃气体，其中X是选自3、4和5的整数，y和Z是正整数，并且y大于Z。所述一种或多种氟代炔烃气体可以包括但不限于:诸如3-氟丙炔的由C3H3F表示的不饱和线型氟代烃；诸如3，3- 二氟丙炔的由C3H2F2表示的不饱和线型氟代烃；诸如3-氟丁炔、4一氟丁炔、1-氟-2- 丁炔的由C4H5F表示的不饱和线型氟代烃；诸如3，3- 二氟丁炔、4，4- 二氟丁炔、3，4- 二氟丁炔、I, 4- 二氟-2- 丁炔的由C4H4F2表示的不饱和线型氟代烃；诸如3-氟戊炔、
4-氟戍炔、5-氟戍炔、1-氟-2_戍炔、4-氟-2-戍炔、5-氟-2-戍炔、3_(氟甲基)-丁炔的由C5H7F表示的不饱和线型氟代烃；诸如3，3-二氟戊炔、4，4-二氟戊炔、5，5-二氟戊炔、
3,4- 二氟戍炔、4，5- 二氟戍炔、1，1- 二氟-2-戍炔、4，4- 二氟_2_戍炔、5，5- 二氟_2_戍炔、4，5- 二氟-2-戍炔、3_( 二氟甲基)-丁炔、3_(氟甲基)-4-氟丁炔的由C5H6F2表不的不饱和线型氟代烃。
[0038]在一个实施例中，可以将具有CpkF1的组成的另外的氟代烃气体添加到具有CxHyFz的组成的氟代烃气体中，其中j是选自I和2的整数，并且/或者k小于I。CjHkF1气体与CxHyFz的混合可以在软掩膜层的侧壁上产生具有高碳含量和高密度的包含氟代烃的聚合物。
[0039]或者，可以用具有CjHkF1的组成的氟代烃气体替代具有CxHyFz的组成的氟代烃气体，其中j是选自I和2的整数，并且/或者k小于I。在这种情况下，被供给到所述处理室中的气体的成分还包括o2、n2、h2、nh3、so2和/或COS。注意，所沉积的氟代烃聚合物的特性与用于产生等离子体的氟代烃气体的成分的变化相对应地变化。
[0040]一旦与软掩膜层30中的碳基材料反应，第一包含氟代烃的等离子体就在软掩膜层30中的开口 31周围的侧壁上产生包含氟代烃的聚合物，由此用所述聚合物涂覆所述侧壁。所述包含氟代烃的聚合物包含碳、氢和氟，并且碳在所述包含氟代烃的聚合物中的原子浓度大于氟在所述包含氟代烃的聚合物中的原子浓度。在一个实施例中，所述包含氟代烃的聚合物包含非挥发性化合物，该化合物与软掩膜层20中的非光敏有机聚合物相互作用而形成交联化合物。如本申请中所使用的，如果化合物在297.3K下在真空中不蒸发，则其为非挥发性的。
[0041]该包含氟代烃的聚合物在本申请中称为第一“富碳”的包含氟代烃的聚合物33。“富碳”的包含氟代烃的聚合物在本申请中是指其中碳的原子浓度大于氟的原子浓度的聚合物。换言之，在任何“富碳”聚合物中碳与氟的原子比大于I。
[0042]第一富碳的包含氟代烃的聚合物33所包含的氢的原子浓度是第一富碳的包含氟代烃的聚合物33中的碳的原子浓度的至少一半。在一个实施例中，第一富碳的包含氟代烃的聚合物33中氢与碳的原子比为0.5到3.0。[0043]第一富碳的包含氟代烃的聚合物33是碳基聚合物，即，其中所有键的超过10%与至少一个碳原子成键。在一个实施例中，第一富碳的包含氟代烃的聚合物33包含原子浓度为30%到40%的碳、原子浓度为40%到50%的氢、原子浓度为5.0%到10.0%的氟、以及原子浓度小于5%的氧。
[0044]在软掩膜30的侧壁上的第一富碳的包含氟代烃的聚合物33的厚度足够厚，以防止第一包含氟代烃的等离子体的离子穿透第一富碳的包含氟代烃的聚合物33并且防止所述离子与软掩膜层30的碳基材料相互作用。第一富碳的包含氟代烃的聚合物33的厚度可以为Inm到5nm，取决于用于产生第一包含氟代烃的等离子体的工艺条件。
[0045]在一个实施例中，在小于IkeV的等离子体能量下在缺乏氧的情况下，不能用任何包含氟代烃的等离子体蚀刻第一富碳的包含氟代烃的聚合物33。 [0046]图2中所示的第一示例性结构是包括叠层的构图的结构，所述叠层自下而上包括衬底10、非碳基的硬掩膜层20、以及包含碳基材料的软掩膜层20。第一富碳的包含氟代烃的聚合物33位于软掩膜层30的开口 31周围的侧壁上。第一富碳的包含氟代烃的聚合物33在开口 31的底面与软掩膜层30的最顶面之间的整个侧壁上连续地延伸。
[0047]在一个实施例中，从第一包含氟代烃的等离子体沉积的第一富碳的包含氟代烃的聚合物33具有大于软掩膜层20的以原子百分比计的碳浓度。
[0048]参考图3，随着第一各向异性蚀刻继续，光致抗蚀剂37中图形的转移进行到软掩膜层30的底面，直到硬掩膜层20的顶面被暴露。硬掩膜层20可以用作第一各向异性蚀刻的蚀刻停止层。例如，伴随硬掩膜层20的顶面的物理暴露在第一包含氟代烃的等离子体中离子的组成的变化可以通过光学装置检测，并且该变化可以用作触发第一各向异性蚀刻的即刻终止或延迟终止(在过蚀刻之后)的信号。
[0049]在图3的构图的结构中，第一富碳的包含氟代烃的聚合物33在软掩膜层30的最底面与软掩膜层30的最顶面之间的整个侧壁上连续地延伸。
[0050]开口 31周围的软掩膜层30的两个相对侧壁之间的距离在本申请中被称为第二宽度为《2。由于第一富碳的包含氟代烃的聚合物33保护不直接暴露于第一包含氟代烃的等离子体的软掩膜层30的部分，因此开口 31并不随着第一各向异性蚀刻的进展而变宽。因此，第二宽度w2可以与第一宽度wl基本上相同。
[0051]在软掩膜层30的各向异性蚀刻期间，至少光致抗蚀剂37的上部被消耗。当硬掩膜层20的最顶面在开口 31中被物理暴露时光致抗蚀剂37的下部可被保留，或者，整个光致抗蚀剂37可以在硬掩膜层20的最顶面在开口 31中被物理暴露之前被消耗。在软掩膜层30的各向异性蚀刻期间，可选的电介质氧化物层35可以不被消耗、被部分消耗或者被全部消耗。对应地，在用于对软掩膜层30进行构图的各向异性蚀刻步骤结束时，即，当硬掩膜层20的最顶面被物理暴露时，可选的电介质氧化物层35可以存在，或者可以不存在。
[0052]参考图4，将第一示例性结构置于被构造成用于等离子体蚀刻的处理室中。该处理室可以与用于第一各向异性蚀刻的处理室相同或者不同。对所述第一示例性结构进行采用第二包含氟代烃的等离子体的第二各向异性蚀刻。在该第二各向异性蚀刻的初始阶段期间，软掩膜层30中的图形被转移到硬掩膜层20的上部中。
[0053]被供给到所述处理室中的气体的成分包括具有CpHt^的组成的一种或多种氟代烃气体(下文中称为“氟代烃气体”)，其中P是选自3、4、5和6的整数，q和r是正整数，并且q 大于 r。例如，所述氟代烃气体包括 C3H5F3、C3H6F2、C3H7F、C3H4F2、C3H5F、C3H3F、C4H6F4、C4H7F3、C4H8F2, C4H9F, C4H5F3^ C4H6F2, C4H7F, C4H4F2, C4H5F, C5H7F5, C5H8F4, C5H9F3^ C5H1(IF2、C5HnF、C5H6F4,C5H7F3、C5H8F2^C5H9F, C5H5F3、C5H6F2^C5H7F, C6H8F6、C6H9F5, C6H10F4, C6H11F3, C6H12F2^C6H13F, C6H7F5,C6H8F4, C6H9F3, C6H10F2^C6H11F, C6H6F4, C6H7F3, C6H8F2 和 C6H9F 中的一种或多种。对应地，第二包含氟代烃的等离子体包括CpHtR的离子。可选地，被供给到所述处理室中的气体的成分可以包括O2或C0、N2、Ar和或He。换言之，第二包含氟代烃的等离子体可选地包括O2或C0、N2、Ar和或He的等离子体。第二包含氟代烃的等离子体的组成和/或能量可以与用于第一各向异性蚀刻的第一包含氟代烃的等离子体的组成和/或能量相同或不同。具有CpHt^的组成的氟代烃气体可以是具有如上所述的化学式CxHyFz的任何氟代烃气体，其中P是选自3、
4、5和6的整数，q和r是正整数，并且q大于r。在一个实施例中，具有CpHtR的组成的氟代烃气体可以选自包括烷烃、烯烃和炔烃的CxHyFz的任何上面列出的非限制性的具体例子，其中X是选自3、4、5和6的整数，y和z是正整数，并且y大于z。
[0054]一旦与软掩膜层30中的碳基材料反应，第二包含氟代烃的等离子体就在软掩膜层30的顶面、软掩膜层30的侧壁(软掩膜层30中的开口 31周围)、以及硬掩膜层20的侧壁(硬掩膜层20中的开口 21周围)上产生包含氟代烃的聚合物。该包含氟代烃的聚合物涂覆软掩膜层30的顶面、软掩膜层30的侧壁和硬掩膜层20的侧壁。该包含氟代烃的聚合物包含碳、氢和氟，并且碳在该包含氟代烃的聚合物中的原子浓度大于氟在该包含氟代烃的聚合物中的原子浓度。在一个实施例中，该包含氟代烃的聚合物包含非挥发性化合物，该化合物与软掩膜层20中的非光敏有机聚合物反应以形成交联化合物。
[0055]该包含氟代烃的聚合物在本申请中称为第二富碳的包含氟代烃的聚合物23。第二富碳的包含氟代烃的聚合物23的组成可以与上述的通过第一各向异性蚀刻产生的第一富碳的包含氟代烃的聚合物33的组成相同或不同。
[0056]第二富碳的包含氟代烃的聚合物23所包含的氢的原子浓度是第二富碳的包含氟代烃的聚合物23中的碳的原子浓度的至少一半。在一个实施例中，第二富碳的包含氟代烃的聚合物23中氢与碳的原子比为0.5到3.0。
[0057]第二富碳的包含氟代烃的聚合物23是碳基聚合物。在一个实施例中，第二富碳的包含氟代烃的聚合物23包含原子浓度为30%到40%的碳、原子浓度为40%到50%的氢、原子浓度为5.0%到10.0 %的氟、以及原子浓度小于5%的氧。
[0058]在软掩膜30的侧壁上的第二富碳的包含氟代烃的聚合物23的厚度足够厚，以防止第二包含氟代烃的等离子体的离子穿透第二富碳的包含氟代烃的聚合物23并且防止所述离子与软掩膜层30的碳基材料相互作用。第二富碳的包含氟代烃的聚合物23的厚度可以为Inm到5nm，取决于用于产生第二包含氟代烃的等离子体的工艺条件。
[0059] 由于在本公开的第二各向异性蚀刻工艺中产生了相当大量的富碳的包含氟代烃的聚合物，因此相对于用于常规各向异性蚀刻工艺的能量，第二包含氟代烃的等离子体的能量可以显著降低。富碳的包含氟代烃的聚合物的量相当足，以能够采用本领域中可用的分析仪器测量，所述分析仪器例如为俄歇电子显微镜(AES)。具体地，当常规等离子体需要200eV的最小离子能量时，第二包含氟代烃的等离子体中的离子可以具有小于200eV的能量。本公开的第二包含氟代烃的等离子体中的离子可以具有IOeV-1keV之间的平均动能。在一个实施例中，本公开的第二包含氟代烃的等离子体中的离子可以具有IOeV-1OOeV之间的平均动能。
[0060]在一个实施例中，在小于IkeV的等离子体能量下在缺乏氧的情况下，不能用任何含氟代烃的等离子体蚀刻第二富碳的包含氟代烃的聚合物23。
[0061]图4示出的第一示例性结构是包括材料叠层的构图的结构。所述材料叠层自下而上包括衬底10、非碳基的硬掩膜层20、以及包含碳基材料的软掩膜层20。第二富碳的包含氟代烃的聚合物23位于软掩膜层30的顶面和侧壁上并且位于硬掩膜层20的侧壁上。第二富碳的包含氟代烃的聚合物23在硬掩膜20内的开口 21的底面与软掩膜层30的最顶面之间的整个侧壁之上连续地延伸。
[0062]在一个实施例中，从第二包含氟代烃的等离子体沉积的第二富碳的包含氟代烃的聚合物23具有比软掩膜层20高的以原子百分比计的碳浓度。
[0063]参考图5，随着第二各向异性蚀刻继续，软掩膜层20中图形的转移进行到硬掩膜层20的底面，直到衬底10的顶面被暴露。衬底10可以用作第二各向异性蚀刻的蚀刻停止层。例如，伴随着衬底10的顶面的物理暴露在第二包含氟代烃的等离子体中离子的成分的变化可以通过光学装置检测，并且该变化可以用作触发第二各向异性蚀刻的即刻终止或延迟终止(在过蚀刻之后)的信号。
[0064]在图5的构图的结构中，第二富碳的包含氟代烃的聚合物23从软掩膜层的顶面上方在软掩膜层30和硬掩膜层20的整个侧壁之上连续地延伸，并且延伸到衬底10的顶面。
[0065]硬掩膜层20的两个相对侦彳壁之间的距离在本申请中被称为第三宽度为w3。由于第二富碳的包含氟代烃的聚合物23保护硬掩膜层20以及不直接暴露于第二包含氟代烃的等离子体的软掩膜层30的部分，因此硬掩膜层中的开口 21并不随着第二各向异性蚀刻的进展而变宽。因此，第三宽度w2可以与第二宽度w2基本上相同。
[0066]参考图6，例如可以通过灰化或者湿法蚀刻去除软掩膜层30。例如，可以通过采用有机溶剂的另一湿法蚀刻去除第二富碳的包含氟代烃的聚合物23。
[0067]硬掩膜层20中的图形被转移到衬底10中，从而形成具有第四宽度《4的腔11，第四宽度w4可以与第三宽度w3基本相同。第四宽度w4可以与第一宽度wl大致相同，S卩，在衬底10中形成的腔11的横向尺寸可以与光致抗蚀剂37中的开口的宽度基本相同。因此，本公开的所述第一各向异性蚀刻和所述第二各向异性蚀刻可以以高保真度在下伏的衬底中复制在构图的光致抗蚀剂中的横向尺寸。
[0068]参考图7，可以通过用多个硬掩膜层的叠层代替第一示例性结构中的硬掩膜层20，从图1的第一示例性结构得到根据本公开的第二实施例的第二示例性结构。例如，自下而上为下部硬掩膜层20’和上部硬掩膜层20〃的叠层。下部硬掩膜层20’和上部硬掩膜层20"中的每一者可以具有可用于第一示例性结构中的硬掩膜层20的任何材料。下部硬掩膜层20’和上部硬掩膜层20"中每一者的厚度可以与硬掩膜层20的厚度相同。下部硬掩膜层20’和上部硬掩膜层20〃具有不同的成分。下部硬掩膜层20’和上部硬掩膜层20〃中的每一者可以例如通过化学气相沉积(CVD)形成。
[0069]参考图8，执行根据第一实施例的图2-4的处理步骤以在软掩膜层20中形成开口31。在这些处理步骤中上部硬掩膜层20〃用作第一实施例中的硬掩膜层20。
[0070]参考图9，执行根据第一实施例的图5和6的处理步骤，以在上部硬掩膜层20〃中形成开口，在这些处理步骤中上部硬掩膜层20〃用作第一实施例中的硬掩膜层20。上部硬掩膜层20〃的两个相对侧壁之间的横向距离在本申请中被称为上部第三宽度w3〃，其可以与第一宽度wl基本相同。
[0071]参考图10，例如，通过灰化、至少一次湿法蚀刻或者它们的组合，去除软掩膜层30和第二富碳的包含氟代烃的聚合物23。
[0072]参考图11，采用将上部硬掩膜层20〃用作蚀刻掩膜的各向异性蚀刻，将上部硬掩膜层20"中的图形转移到下部硬掩膜层20’中。下部硬掩膜层20’的两个相对侧壁之间的横向距离在本申请中被称为下部第三宽度w3’，其可以与上部第三宽度w3〃基本相同。
[0073]参考图12，例如通过蚀刻上部硬掩膜层20〃而不蚀刻下部硬掩膜层20’的湿法蚀亥|J，相对于下部硬掩膜层20’选择性地去除上部硬掩膜层20〃。下部硬掩膜层20’中的图形被转移到衬底10中以形成具有第四宽度w4的腔11，第四宽度《4可以与下部第三宽度w3’基本相同。第四宽度w4可以与第一宽度wl基本相同，S卩，在衬底10中形成的腔11的横向尺寸可以与光致抗蚀剂37中的开口的宽度基本相同。由此，本公开的第一各向异性蚀刻和第二各向异性蚀刻可以以高保真度在下伏的衬底中复制在构图的光致抗蚀剂中的横向尺寸。
[0074]尽管以其中顺序地采用第一各向异性蚀刻和第二各向异性蚀刻的实施例描述了本公开，也可以使用采用第一各向异性蚀刻但不采用第二各向异性蚀刻的本公开的实施例。此外，也可以使用采用第二各向异性蚀刻但不采用第一各向异性蚀刻的本公开的实施例。在其中不采用本公开的第一各向异性蚀刻或第二各向异性蚀刻的实施例中，可以用本领域中已知的各向异性蚀刻代替第一各向异性蚀刻或第二各向异性蚀刻。
[0075]第一各向异性蚀刻和/或第二各向异性蚀刻的使用，通过用至少一个富碳的包含氟代烃的聚合物钝化软掩膜层和/或至少一个硬掩膜层的侧壁，使得光致抗蚀剂与衬底之间的图形的横向尺寸的改变最小化。对于开口光刻构图的光致抗蚀剂，以及对于通过将光致抗蚀剂中的图形的转移而在衬底中形成的腔，可以采用高纵横比。此外，所述软掩膜层、所述至少一个硬掩膜层和所述衬底中的开口或腔的不加宽防止了在第一和第二各向异性蚀刻期间图形的塌陷。因此，通过使用本公开的第一和/或第二包含氟代烃的等离子体，可以显著地提高在衬底中的腔中复制的图形相对于光刻印制在光致抗蚀剂上的原始图形的保真度。
[0076]尽管已经就特定实施例描述了本公开，但是显然，考虑到前面的描述，大量备选方案、修改和变型对于本领域技术人员是显而易见的。因此，本公开旨在包含落入本公开和后面的权利要求的范围和精神内所有这些备选方案、修改和变型。
【权利要求】
1.一种形成构图的结构的方法，包括: 形成叠层，所述叠层自下而上包括衬底、非碳基的硬掩膜层、包含碳基材料的软掩膜层、以及光致抗蚀剂； 对所述光致抗蚀剂进行光刻构图；以及 采用各向异性蚀刻将所述光致抗蚀剂中的图形转移到所述软掩膜层中，其中在所述软掩膜层的开口周围的侧壁上形成包含碳和氟的富碳聚合物，其中在所述富碳聚合物中碳与氟的原子比大于I。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述各向异性蚀刻采用包含氟代烃的等离子体，并且所述富碳聚合物是通过所述包含氟代烃的等离子体与所述软掩膜层的相互作用而产生的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述包含氟代烃的等离子体包括CxHyFz的离子，其中X是选自3、4、5和6的整数，y和z是正整数，并且y大于z。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括: 在将所述图形转移到所述软掩膜层中之后去除所述光致抗蚀剂；以及 将所述软掩膜层中的图形转移到所述硬掩膜层中。
5.根据权利要求4所 述的方法，其中，通过采用另一包含氟代烃的等离子体的另一各向异性蚀刻，将所述软掩膜层中的所述图形转移到所述硬掩膜层中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过所述包含氟代烃的等离子体与所述软掩膜层的相互作用，产生接触所述硬掩膜层的侧壁的另一富碳聚合物。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述另一富碳聚合物在所述软掩膜层的顶面、所述软掩膜层的侧壁以及所述硬掩膜层的所述侧壁上连续地延伸。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述另一包含氟代烃的等离子体包括CpHt^的离子，其中P是选自3、4、5和6的整数，q和r是正整数，并且q大于r。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述叠层还包括形成在所述衬底与所述硬掩膜层之间的另一硬掩膜层，并且所述方法还包括: 在对所述硬掩膜层进行构图之后去除所述软掩膜层；以及 采用另外的各向异性蚀刻将所述硬掩膜层中的图形转移到所述另一硬掩膜层中。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述富碳聚合物所包含的氢的原子浓度是所述富碳聚合物中碳的所述原子浓度的至少一半。
11.一种形成构图的结构的方法，包括: 形成叠层，所述叠层自下而上包括衬底、非碳基的硬掩膜层、包含碳基材料的软掩膜层、以及光致抗蚀剂； 对所述光致抗蚀剂进行光刻构图； 通过将所述光致抗蚀剂中的图形转移到所述软掩膜层中而对所述软掩膜层进行构图，以及 采用各向异性蚀刻将所述软掩膜层中的图形转移到所述硬掩膜层中，其中在所述软掩膜层的顶面上、所述软掩膜层的侧壁上以及所述硬掩膜层的侧壁上连续地形成包含碳和氟的富碳聚合物，其中在所述富碳聚合物中碳与氟的原子比大于I。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述各向异性蚀刻采用包含氟代烃的等离子体，并且所述富碳聚合物是通过所述包含氟代烃的等离子体与所述软掩膜层的相互作用产生的。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述包含氟代烃的等离子体包括CpHt^的离子，其中P是选自3、4、5和6的整数，q和r是正整数，并且q大于r。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，通过采用另一包含氟代烃的等离子体的另一各向异性蚀刻，将所述光致抗蚀剂中的所述图形转移到所述软掩膜层中，并且所述方法还包括在将所述光致抗蚀剂中的所述图形转移到所述软掩膜层中之后去除所述光致抗蚀剂。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述另一包含氟代烃的等离子体包括CxHyFz的离子，其中X是选自3、4、5和6的整数，y和z是正整数，并且y大于z。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述叠层还包括形成在所述衬底与所述硬掩膜层之间的另一硬掩膜层，并且所述方法还包括: 在对所述硬掩膜层进行构图之后去除所述软掩膜层；以及 采用另外的各 向异性蚀刻将所述硬掩膜层中的图形转移到所述另一硬掩膜层中。
17.—种构图的结构，包括: 叠层，所述叠层自下而上包括衬底、非碳基的硬掩膜层、包含碳基材料的软掩膜层；以及 富碳聚合物，其包含碳和氟并且位于所述软掩膜层的开口周围的侧壁上，其中在所述富碳聚合物中碳与氟的原子比大于I。
18.根据权利要求17所述的构图的结构，其中，所述富碳聚合物具有大于所述软掩膜层的碳浓度。
19.根据权利要求17所述的构图的结构，其中，所述富碳聚合物在所述开口的底面与所述软掩膜层的最顶面之间的整个所述侧壁上连续地延伸。
20.根据权利要求17所述的构图的结构，其中，所述富碳聚合物在所述软掩膜层的顶面、所述软掩膜层的所述侧壁、以及位于所述软掩膜层中的所述开口下方的所述硬掩膜层中的下伏开口的侧壁上连续地延伸。
21.根据权利要求17所述的构图的结构，还包括:光致抗蚀剂，其包括覆盖在所述软掩膜层中的所述开口之上的上覆开口。
22.根据权利要求17所述的构图的结构，其中，所述富碳聚合物所包含的氢的原子浓度是所述富碳聚合物中碳的所述原子浓度的至少一半。
23.根据权利要求22所述的构图的结构，其中，所述富碳聚合物中氢与碳的原子比为0.5 到 3.0。
24.根据权利要求17所述的构图的结构，其中，所述软掩膜层包括含有C、O和H的非光敏有机聚合物。
25.根据权利要求24所述的构图的结构，其中，所述富碳聚合物包括非挥发性化合物，所述非挥发性化合物与所述非光敏有机聚合物相互作用而形成交联化合物。
【文档编号】G03F7/20GK103946954SQ201280052536
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年10月24日 优先权日:2011年10月26日
【发明者】M·布林克, S·U·恩格尔曼, N·C·M·富勒, M·A·古罗恩, 宫副裕之, 中村昌洋 申请人:国际商业机器公司, 日本瑞翁株式会社