专利名称：利用处理的光刻胶来制造半导体器件的方法
技术领域：
本发明涉及制造半导体器件的方法，并且更具体地，涉及该方法中光刻胶的使用。
背景技术：
随着半导体的制造具有越来越小的尺度，光刻技术向着越来越小的波长演进。在降低的波长处提供的光导致对于不同光刻胶的需求。这不仅是由于波长造成光特性的改变所导致，还由于降低强度的光所导致。由于光刻胶的所需改变，光刻胶在它们的成分上也发生变化，并从而改变其对于刻蚀剂的反应。一种负面效果是该光刻胶比以前的光刻胶更加快速地刻蚀。例如在248纳米，多晶硅对光刻胶的刻蚀速率比约为3比1。对于在193纳米处有用的光刻胶，该比值显著地降低至约1.5比1。不希望增加光刻胶的厚度，这是由于有关焦点深度的问题造成的。另一负面特性是在刻蚀工艺过程中，对于小尺度，在刻蚀期间必然出现的薄化(thinning)过程中，光刻胶甚至可出现坍塌(collapse)。认为此坍塌问题是由于用于较低波长的光刻胶的硬度降低造成的。例如，普通193纳米光刻胶的杨氏模数(Young’s modulus)(杨氏模数是硬度的常用量度)比普通248纳米光刻胶低约40％。
从而，存在对于一种半导体制造工艺的需求，这种制造工艺可以缓解或者减少这些问题中的一个或多个。
通过示例说明本发明，并且本发明不限于附图，其中相同的引用标记表示相同的元件，并且其中图1是半导体器件在根据现有技术的处理的某一阶段的剖面图；
图2是图1的半导体器件在根据现有技术的处理的随后阶段的剖面图；图3是图2的半导体器件在根据现有技术的随后阶段的剖面图；图4是图3的半导体器件的俯视图；图5是图2的半导体器件在根据本发明实施例的处理的随后阶段的剖视图；图6是图5的半导体器件在根据本发明该实施例的处理的随后阶段的剖视图；图7是图6的半导体器件在根据本发明该实施例的处理的随后阶段的剖视图；图8是图7的半导体器件的俯视图；图9是图7和8的半导体器件在根据本发明该实施例的处理的随后阶段的剖视图；图10是图9的半导体器件在根据本发明该实施例的处理的随后阶段的剖视图。
技术人员知道，图中的元件仅出于简明的目的说明，并不一定按比例绘制。例如，图中一些元件的尺度可能相对于其它元件夸大，以有助于提高对于本发明各个实施例的理解。
具体实施例方式
在一个方面中，通过刻图用于形成晶体管栅极的导体层来制造半导体器件。形成栅极的工艺具有刻图覆盖导体层的光刻胶的步骤。该刻图的光刻胶被剪裁，因此其宽度降低。向该剪裁的光刻胶施加氟，优选为F2，以增大它的硬度以及对于导体层的选择性。利用剪裁的和氟化的光刻胶作为掩模，刻蚀导体层形成用作栅极的导体元件。形成晶体管，其中导电柱是栅极。通过参考附图和下面的说明可更好地理解这一点。
图1中所示是半导体器件10，包括衬底12、衬底12上的电介质14、层16、光刻胶元件18、光刻胶元件20以及光刻胶元件22。衬底12具有电介质14下方的半导体层，用于形成源极与漏极。衬底12可以是SOI衬底，其中电介质层位于半导体层下方。在此示例中层16是多晶硅，但也可以是其它材料，特别是例如金属的导体材料。进一步地，还可以包括未示出的其它层。例如，抗反射涂层(ARC)可处于层16之上，并因此处于层16和光刻胶元件18、20以及22之间。光刻胶元件18-22由包含氢的商用193纳米光刻胶材料形成。光刻胶元件18-22可具有最小的尺度，例如193纳米技术的100纳米。
图2中所示的是剪裁步骤之后的器件10，其中光刻胶元件18-22的宽度降低至原始宽度的约40％，因此每一个的最终宽度是约40纳米。利用各向同性刻蚀工艺，优选为干法各向同性刻蚀实现剪裁。希望横向刻蚀速率较高，但是它难以与降低光刻胶18-22高度的刻蚀速率相比较。光刻胶18-22的高度实际上可比宽度降低得多。如图2中剪裁的光刻胶元件18-22目的是成为形成晶体管栅极的掩模。
图3中所示的是利用光刻胶元件18-22作为掩模的层16的部分刻蚀。所示的该部分刻蚀约为层16的三分之一，表示在层16中形成的想要的栅极36、38以及40的一部分。常见的结果是光刻胶元件倒伏或者变形。光刻胶段30是光刻胶元件18在刻蚀过程中倒伏的结果。变形的光刻胶元件32和34分别由光刻胶元件20和22在刻蚀条件下形成。对于层16是多晶硅的示例刻蚀条件是含有氯、溴化氢、氧以及氩的等离子体，压力低于一百毫托，温度处于30至100摄氏度的范围内，各种气体的气流速率处于10-200SCCM的范围内，源功率处于200-2000瓦特的范围内，以及偏置功率处于0-200瓦特的范围之内。变形的刻蚀元件还有可能在后续的处理中倒伏，并且即使不发生倒伏，它们也将遮掩层16的刻蚀。坍塌的光刻胶元件30在比希望更宽的区域内阻止刻蚀，但该区域还是太薄，以致于它将完全被刻蚀透，因此在将形成栅极处刻蚀多晶硅。这是不能修复的缺陷位置，并将导致使器件不能正常操作的失效。
图4中所示的是图3的器件10的俯视图。这表示光刻胶元件30、32和34具有低频和高频变化，该变化负面影响这些元件的功效。在元件30没有倒伏的区域中，元件30边缘处的变化40表示低频变化效果的幅度。对于变化40，20纳米的幅度并不少见。高频变化常常可以是8纳米。优选地，这些高频和低频变化尽可能地低。
图4中所示是在开始利用氟源52刻蚀层16之前，氟化光刻胶元件18-22的优选替换。优选地，氟源52以F2的形式(分子氟)提供氟。这将光刻胶元件18、20和22的特性分别转换为氟化的光刻胶元件54、56和58，如图6中半导体器件50所示。分子氟优于原子氟，F，因为它不仅在光刻胶18-22的表面反应，还在反应之前扩散至内部。由于光刻胶元件18-22非常薄，形成的氟化光刻胶元件54-58将遍布氟。优选地，作为在氮中稀释的分子氟气体施加氟。温度优选为30摄氏度。或者，有效温度范围可以是10至40摄氏度。气体温度也是有效的，但是在更高的温度，例如70摄氏度，可发现有害的效果。氟浓度约为1％。该浓度可以改变。较低的浓度将增加所需的时间。对于1％的浓度，十分钟是有效的。压力优选为大气压，但是降低的压力可能是有利的，例如能够使用相同的腔室，或者至少相同的工具，在其中刻蚀多晶硅层。如果压力降低，初始氟浓度需要成比例增加，以保持处理时间相同。通常，整个工具被保持在大气压之下。认为氟具有替换氢原子的效果，因此氟化元件54-58不仅比光刻胶元件18-22具有更多的氟，而且具有更少的氢。这具有降低刻蚀速率和增加氟化光刻胶元件54-58硬度的效果。在该氟化步骤之后，执行层16的刻蚀。
图7中所示的是在与图3和4中所示的半导体器件10的刻蚀的相同时间与条件下，层16的部分刻蚀之后的半导体器件50。由于降低的刻蚀速率与增加的氟化光刻胶元件54-58的硬度，这些元件54-58并不坍塌，并且保持它们的形状，而且在层16中形成想要的栅极60、62和64的部分。尺度减少量明显小于图3和4中所示的光刻胶元件32与34的尺寸减少量。图8中所示的是图7的半导体器件50的俯视图。它表示在高频和低频变化方面存在改善。不太可能完全消除这些变化，但是可以显著降低。即使降低1/3也是显著的改善。
图9中所示的是在完成层16的刻蚀之后的半导体器件50。它表示完成通过层16形成栅极60、62和64。这是栅极形成的希望结果。氟化光刻胶元件部分54-58即使在完成层16的刻图之后也具有相当的高度。这在工艺中提供了余量，并且还提供降低光刻胶厚度并因此增加光刻胶工艺聚焦预算的机会。
图10中所示的是利用栅极60、62和64形成晶体管80、82和84之后的半导体器件50。栅极60、62和64的周围分别是侧壁隔离66、68和70。源/漏区72在一侧与栅极60相邻，源/漏74在栅极60和62之间，源/漏区76在栅极62与64之间并且源/漏区78在栅极64的一侧，对着源/漏区76。源/漏区74为晶体管80和82共用，但优选地可由绝缘区分隔为两个区域。类似地，源/漏区为晶体管82和84共用，但是可由绝缘区分隔为两个区域。
从而可看出，利用193纳米光刻胶的工艺可用于产生剪裁成远低于光刻技术本身的分辨率之下的尺度的栅极，并且可在单个工具中执行此工艺。在施加光刻胶之后，半导体器件可进入单个传统工具并在其中处理，直到完成栅极。
除了在剪裁之后氟化光刻胶元件之外，还可以在剪裁之前施加氟化，特别是对于测量目的。通常，甚至测量193纳米光刻胶宽度的工艺使光刻胶退化。可在剪裁之前施加原子氟化，然后进行测量，以确保光刻胶的起始宽度如所需。如果这样，剪裁工艺甚至可开始于氟化的光刻胶。因为使用原子氟化仅导致氟化的外涂层，所以在去除氟化的外层之后，可以继续剪裁工艺，就好像没有经历氟化步骤。可在任何阶段进行氟化，以进行测量。氟化可用作防护剂，因此能够为了任何目的从工具取出晶片，然后再返回该工具以继续进行处理。
还有另一种卤素，具体为氯，可以代替氟实现类似的目的。例如，可在使用氟的地方用氯代替。另外，另一卤素还可能是有效的，那么卤素可简单地代替氟。在这种情况下，用卤素处理光刻胶元件以利用卤素原子代替氢原子的工艺可被视为光刻胶元件的卤化。
在前面的说明书中，已经参考特定实施例说明了本发明。然而，本领域的技术人员明白，可进行各种修改与变化而不脱离由下面权利要求说明的本发明的范围。例如，栅极被说明为多晶硅，但是它们还可以是其它材料，例如金属。因此，说明书与图将视为解释性，而不是限制意义，并且所有这些修改将包括在本发明的范围之内。
上面对于特定实施例说明了益处、其它优势和问题的解决方案。然而，这些益处、优势、问题的解决方案以及使任何益处、优势或解决方案出现或显得更加明显的任何要素将不被视为任何或所有权利要求的关键的、必须的或本质的特征。如此处所使用，术语“包括“或其另外的变形，目的是涵盖非排它性的内容，使得包括要素列表的过程、方法、物品或装置不仅包括这些要素，而且包括没有明确列出的或这些过程、方法、物品或装置固有的要素。
权利要求
1.一种形成半导体器件的方法，包括提供衬底；提供覆盖所述衬底、将被刻图的层；提供覆盖在所述将被刻图的层上的刻图的光刻胶层，所述刻图的光刻胶层具有最小尺度；剪裁所述刻图的光刻胶层；处理所述剪裁的刻图的光刻胶层，以使所述光刻胶层的性质变得对于后续刻蚀处理更加耐受；以及将所述剪裁的刻图光刻胶层的图案传送至将要被刻图的层。
2.如权利要求1的所述方法，其中所述将要被刻图的层包括层的堆叠。
3.如权利要求2的所述方法，所述层的堆叠包括覆盖在将要被刻图的下面层上的牺牲层。
4.如权利要求1的所述方法，其中所述剪裁包括通过机械与化学处理中的至少一个来降低所述最小尺度。
5.如权利要求4的所述方法，其中机械处理包括反应离子刻蚀(RIE)和离子轰击刻蚀中的至少一种。
6.如权利要求4的所述方法，其中化学处理包括至少与氧反应。
7.如权利要求4的所述方法，其中所述最小尺度被降低到所述最小尺度的最多80％。
8.如权利要求4的所述方法，其中所述最小尺度为100纳米的数量级，并且其中通过剪裁，所述最小尺度降低至20-80纳米数量级的范围内。
9.如权利要求1的所述方法，其中所述性质包括化学与物理特性中的至少一种。
10.如权利要求1的所述方法，其中所述处理包括卤化。
11.如权利要求10的所述方法，其中所述卤化包括原子与分子卤化中的至少一种。
12.如权利要求10的所述方法，其中所述卤化包括氟化与氯化中的至少一种。
13.如权利要求12的所述方法，进一步地，其中所述氟化包括原子与分子氟化中的至少一种。
14.如权利要求12的所述方法，进一步地，其中所述氯化包括原子与分子氯化中的至少一种。
15.如权利要求1的所述方法，其中所述后续刻蚀处理至少包括图案传送刻蚀处理。
16.如权利要求1的所述方法，其中所述刻图的光刻胶层的特征在于第一高频线路边缘粗糙量，并且其中处理所述剪裁的刻图的光刻胶层促进下列至少一个i)降低高频线路边缘粗糙度，以及ii)对附加的高频线路边缘粗糙度的耐受。
17.如权利要求1的所述方法，其中在相同工具和分离工具中的至少一个中执行所述剪裁与所述处理。
18.如权利要求1的所述方法，其中所述将要被刻图的层包括导体材料、半导体材料以及绝缘材料中的至少一种。
19.如权利要求1的所述方法，其中所述剪裁的刻图的光刻胶层包括用于形成晶体管的控制电极的一部分。
20.一种半导体器件，包括衬底；在所述衬底上形成的绝缘层；在所述绝缘层上形成的导电层；以及在所述导电层上形成的光刻胶层，所述光刻胶层包括刻图的光刻胶层，所述刻图的光刻胶层进一步包括剪裁的刻图的光刻胶层，所述剪裁的刻图的光刻胶层已经被处理以将所述光刻胶层的性质变得对于后续刻蚀处理更加耐受。
21.一种用于制造半导体器件的装置，所述半导体器件包括衬底，在所述衬底上形成的绝缘层，在所述绝缘层上形成的导电层以及在所述导电层上形成的光刻胶层，所述光刻胶层包括刻图的光刻胶层，所述装置包括用于剪裁所述刻图的光刻胶层的剪裁模块；以及用于处理所述剪裁的刻图的光刻胶层，以将所述光刻胶层的性质变得对于后续刻蚀处理更加耐受的处理模块。
全文摘要
通过刻图用于形成晶体管(80、82、84)栅极(60、62、64)的导电层(16)制造半导体器件(50)。形成栅极(60、62、64)的工艺具有刻图覆盖导电层(16)的光刻胶(54、56、58)的步骤。剪裁刻图的光刻胶(54、56、58)使得其宽度降低。向剪裁的光刻胶(54、56、58)施加氟，优选为F
文档编号H01L21/311GK1918700SQ200580004804
公开日2007年2月21日 申请日期2005年1月12日 优先权日2004年2月13日
发明者塞萨尔·M·加尔萨, 威廉·D·达林顿, 斯坦利·M·菲利皮亚克, 詹姆斯·E·瓦谢克 申请人:飞思卡尔半导体公司