原子层沉积光刻技术的制作方法

原子层沉积光刻技术的制作方法
【专利摘要】在本揭示案中提供执行原子层沉积光刻工艺的方法与设备。在一个实施例中，在器件中的材料层上形成特征的方法包括以下步骤：脉冲第一反应剂气体混合物至设置于处理腔室中的基板的表面以在基板表面上形成材料层的第一单层、引导高能辐射以处理第一单层的第一区，及脉冲第二反应剂气体混合物至基板表面以选择性地在第一单层的第二区上形成第二单层。
【专利说明】原子层沉积光刻技术

【技术领域】
[0001] 本发明通常关于原子层沉积光刻工艺的方法与设备，更明确地，本发明关于半导 体领域中利用原子层沉积工艺以及光刻工艺以在基板表面上形成特征/结构的方法与设 备。

【背景技术】
[0002] 集成电路已经发展成可在单一芯片上包括数百万个部件（诸如，晶体管、电容器 与电阻器）的复杂器件。芯片设计的发展持续地需要更快的电路与更大的电路密度。对更 大电路密度的需求迫使集成电路部件的尺寸降低。
[0003] 随着集成电路部件的尺寸降低（例如，降低至次微米尺寸），将需要更多元件被放 置于半导体集成电路的特定区域中。因此，光刻工艺在精确地与准确地且不伤害地转移更 小的特征至基板上已经变得越来越具有挑战性。为了转移精确与准确的特征至基板上，期 望的高解析光刻工艺需要具有适当的光线源，适当的光线源可提供在期望波长范围下的辐 射以用于暴露。再者，光刻工艺需要以最小结构与/或临界尺寸任一者转移特征至光阻层 上。近来，已经利用极紫外光（EUV)辐射源来提供短暴露波长以进一步降低可印刷于基板 上的最小尺寸。然而，在上述小尺寸下，在后续蚀刻工艺过程中经常发生光阻层的崩溃或伤 害，这造成无法成功地转移结构至基板表面上。
[0004] 在习知光刻工艺中，设置于基板上的光阻层的某些部分被暴露至入射辐射以经受 化学转换。在传统正型暴露工艺中，在显影工艺过程中以碱性水溶液移除经历化学转换的 光阻层的暴露部分。随着形成于微电子器件上的特征尺寸持续缩小，会因为水的毛细力量 与表面张力造成的影像崩溃而使碱性水溶液显影剂变得有问题。再者，溶液基础的显影剂 倾向在显影工艺后留下非期望的污染物于基板上，藉此负面地影响基板清洁度。
[0005] 因此，需要方法与设备来控制具有最小结构伤害的光刻工艺的工艺缺陷，以得到 具有期望临界尺寸至基板表面上的准确结构转移。


【发明内容】

[0006] 在本揭示案中提供执行原子层沉积光刻工艺的方法与设备。在一个实施例中，在 器件中的材料层上形成特征的方法包括以下步骤：脉冲第一反应剂气体混合物至设置于处 理腔室中的基板的表面以在基板表面上形成材料层的第一单层、引导高能辐射以处理第一 单层的第一区，及脉冲第二反应剂气体混合物至基板表面以选择性地在第一单层的第二区 上形成第二单层。
[0007] 在另一个实施例中，在器件中的材料层上形成特征的方法包括以下步骤：引导光 线辐射以处理材料层的第一单层的第一区，材料层的第一单层是通过执行于原子层沉积工 艺中的第一反应剂气体混合物的脉冲来沉积的；持续执行原子层沉积工艺以在材料层的第 一单层上形成第二单层；及移除由光线辐射处理的第一区中的第一单层。
[0008] 在又另一个实施例中，被配置以执行原子沉积层工艺与光刻工艺的处理腔室包括 腔室主体，腔室主体具有腔室盖，腔室盖设置于腔室主体上以在腔室主体中界定内部处理 区；基座，基座设置于内部处理区中；气体输送系统，气体输送系统设置于腔室主体上以输 送反应剂气体进入内部处理区；能量束源，能量束源设置于腔室盖下以引导高能辐射朝向 内部处理区；及遮罩，遮罩设置于能量束源与基座之间。

【专利附图】

【附图说明】
[0009] 为了详细理解本发明上述的特征，可参照某些图示于附图中的实施例来理解简短 概述于
【发明内容】
中的本发明的更明确描述。然而，需注意附图仅图示本发明的典型实施例 而因此附图不被视为本发明的范围的限制因素，因为本发明可允许其他等效实施例。
[0010] 图1描绘适合执行本发明的一个实施例的原子层沉积（ALD)光刻处理腔室的一个 实施例的剖面图；
[0011] 图2描绘可利用图1中描绘的ALD光刻处理腔室来执行的ALD光刻工艺的流程图； 及
[0012] 图3A-图3E描绘在执行根据本发明的一个实施例的ALD光刻工艺的不同阶段过 程中的半导体器件的横剖面图。
[0013] 为了促进理解，已经尽可能应用相同的元件符号来标示图式中共有的相同元件。 预期一个实施例的元件与特征可有利地并入其他实施例而不需特别详述。
[0014] 然而，需注意附图仅图示本发明的示范性实施例而因此附图不被视为本发明的范 围的限制因素，因为本发明可允许其他等效实施例。

【具体实施方式】
[0015] 在本揭示案中提供执行原子层沉积（ALD)光刻工艺的方法与设备。ALD光刻工艺 利用ALD工艺及光刻工艺以形成特征至基板表面上，而未利用习知光阻层与/或硬遮罩层。 ALD光刻处理腔室提供双重功能：沉积原子层沉积层以及执行光刻工艺（例如，能量束处理 工艺）以在原子层沉积层上形成特征/结构。基板可包括一个或多个非导电材料，非导电 材料诸如硅、氧化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃与蓝宝石。基板亦可包括介电材料，介电材料 诸如二氧化硅、有机硅酸盐与掺杂碳的氧化硅。再者，取决于应用，基板可包括任何其他材 料（诸如，金属氮化物与金属合金）。在一个或多个实施例中，基板可形成包括栅极介电层 与栅极电极层的栅极结构，以促进与后续形成于栅极结构上的互连特征（诸如，插座、介层 窗、接点、接线与电线）的连接。基板可用于集成电路、太阳能、MEMs或其他器件制造。
[0016] 此外，基板并不限于任何特定尺寸或形状。基板可为具有200mm直径、300mm直径 或其他直径（例如，450mm等等）的圆形基板。基板亦可为任何多边形、正方形、矩形、弯曲 或其他非圆形工件，例如用于制造平板显示器的多边形玻璃基板。
[0017] 本发明提供沉积/形成材料层于基板上的方法，上述方法通过ALD工艺并接着光 刻工艺（例如，能量束处理工艺）以在沉积材料层上形成特征/结构。工艺可有效地形成具 有期望的小临界尺寸的特征/结构至基板表面上，而不必利用习知光阻层与/或硬遮罩层 来辅助转移特征/结构至基板表面上，藉此改善制造循环时间与成本亦降低制造复杂度。 ALD与光刻工艺两者可有利地被执行于单一腔室中。
[0018] 图1是ALD光刻处理腔室134的一个实施例的示意性横剖面图。ALD光刻处理腔室 134包括适合用于循环沉积的气体输送设备130,循环沉积诸如ALD或化学气相沉积（CVD)。 本文所用的术语ALD与CVD指的是依序引导反应剂以沉积薄层于基板结构上。反应剂的依 序引导可加以重复以沉积数个薄层从而形成共形层至期望厚度。腔室134亦可适用于搭配 光刻工艺的其他沉积技术。
[0019] 腔室134包括腔室主体129,腔室主体129具有侧壁131与底部132。形成通过腔 室主体129的狭缝阀通道133提供机器人（未图示）路径以输送基板102并自腔室134取 回基板102 (诸如，200mm、300mm或450mm半导体基板或玻璃基板）。
[0020] 基板支撑件192被设置于腔室134中且在处理过程中支撑基板102。基板支撑件 192被安装至举升件114以升高并降低基板支撑件192与设置于基板支撑件192上的基板 102。举升板116连接至控制举升板116的高度的举升板致动器118。可升高与降低举升板 116,以升高与降低可移动地设置通过基板支撑件192的销120。销120被用来升高与降低 基板支撑件192的表面上的基板102。基板支撑件192可包括真空夹盘、静电夹盘或夹紧 环，以在处理过程中固定基板102至基板支撑件192的表面。
[0021] 可加热基板支撑件192以加热设置于基板支撑件192上的基板102。举例而言，可 利用嵌入式加热元件（例如，电阻式加热器）或利用辐射热（例如，设置于基板支撑件192 上的加热灯）加热基板支撑件192。净化环122可被设置于基板支撑件192上以界定净化 通道124,净化通道124提供净化气体至基板102的周边部分以避免周边部分上的沉积。
[0022] 气体输送设备130被设置于腔室主体129的上部以提供气体（诸如，处理气体与 /或净化气体）至腔室134。泵送系统178连通于泵送通道179以自腔室134排出任何期 望气体，并有助于维持腔室134的泵送区域166内部的期望压力或期望压力范围。
[0023] 在一个实施例中，气体输送设备130包括扩张通道190,扩张通道190具有气体入 口 137A、137B以自两个相似阀142A、142B提供气流。可一起与/或分开地提供来自阀142A、 142B的气流。
[0024] 在一个配置中，阀142A与阀142B耦接至分开的反应剂气体源但耦接至相同的净 化气体源。举例而言，阀142A耦接至反应剂气体源138而阀142B耦接至反应剂气体源139， 且阀142AU42B两者皆耦接至净化气体源140。各个阀142AU42B包括具有阀座组件144A、 144B的输送管路143A、143B以及包括具有阀座组件146A、146B的净化管路145A、145B。输 送管路143AU43B连通于反应剂气体源138、139并连通于扩张通道190的气体入口 137A、 137B。输送管路143A、143B的阀座组件144A、144B控制来自反应剂气体源138、139的反 应剂气体至扩张通道190的流动。净化管路145AU45B连通于净化气体源140并与输送管 路143A、143B相交于输送管路143A、143B的阀座组件144A、144B的下游。净化管路145A、 145B的阀座组件146A、146B控制来自净化气体源140的净化气体至输送管路143A、143B的 流动。若载气被用来输送来自反应剂气体源138U39的反应剂气体，可应用相同的气体作 为载气与净化气体（即，作为载气与净化气体的氩气）。
[0025] 各个阀142A、142B可为零无效空间（zero dead volume)阀，以在关闭阀的阀座组 件144AU44B时冲洗来自输送管路143AU43B的反应剂气体。举例而言，净化管路145A、 145B可位于邻近于输送管路143A、143B的阀座组件144A、144B。当关闭阀座组件144A、144B 时，净化管路145AU45B可提供净化气体以冲洗输送管路143AU43B。在所示的实施例中， 净化管路145A、145B位于稍微离开输送管路143A、143B的阀座组件144A、144B，以致打开时 净化气体并非直接被输送进入阀座组件144A、144B。本文所用的零无效空间阀被界定成具 有微不足道的无效空间（即，非必须为零无效空间）的阀。各个阀142AU42B可适以提供 反应剂气体138、139与净化气体140的组合气流与/或分开气流。可通过打开与关闭净化 管路145A的阀座组件146A的隔膜片来提供净化气体的脉冲。可通过打开与关闭输送管路 143A的阀座144A的隔膜片来提供来自反应剂气体源138的反应剂气体的脉冲。
[0026] 功率源103被耦接至盖105,盖105设置于腔室主体129上。功率源103被配置 以提供功率至设置于功率源103下方的能量束源106,通过形成于功率源103与能量束源 106之间的缝104来连接功率源103与能量束源106。在一个实施例中，能量束源106可为 任何能够提供UV光线或其他高能辐射的适当高能辐射源，诸如汞微波弧灯、脉冲式氙闪光 灯、高效UV发光二极管阵列与电子束产生器。UV灯泡可为密封式等离子体灯泡，密封式等 离子体灯泡填充有一个或多个由功率源103激发的气体（诸如，氙（Xe)或汞（Hg))。自能 量束源106发射的光经通过设置于能量束源106下方的窗111进入基板表面。窗111可由 具有足够厚度的石英玻璃所制成，以维持真空而不破裂。光罩与/或特征转移遮罩113被 设置于基板102与窗111之间。可在窗111与基板102的表面之间调整特征转移遮罩113 的位置，以助于转移特征/结构至基板102的表面上。当打开能量束源106时，设置于处理 腔室134中的光罩/特征转移遮罩113可通过仅允许来自能量束源106的光线的一部分通 过光罩/特征转移遮罩113而到达基板102的某些区，保护某些其他区免于暴露至光线来 加以辅助。能量束源106以及光罩/特征转移遮罩113作为特征/结构转移机制，特征/ 结构转移机制被配置以执行光刻工艺以转移特征/结构至设置于基板表面上的材料层上， 而不在沉积工艺过程中与/或沉积工艺后破坏真空。
[0027] 在一个实施例中，光罩/特征转移遮罩113可提供形成于光罩/特征转移遮罩113 中的特征/结构，该特征/结构的尺寸小于180nm，以在有影像降低或没有影像降低下转移 相似特征/结构至基板表面上。关于如何执行利用能量束源106以及光罩/特征转移遮罩 113的光刻工艺的细节将参照图2-图3E进一步描述于下。
[0028] 在图1中，控制单元180可被耦接至腔室134以控制处理条件。控制单元180包 括中央处理单元（CPU) 182、支持电路184与存储器186,存储器186包含相关的控制软件 183。控制单元180可为任何形式的通用计算机处理器的一者，通用计算机处理器可被用于 工业设定以控制多个腔室与子处理器。CPU 182可利用任何适当的存储器186,存储器186 诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘驱动器、光盘驱动器、硬盘或任何适当形式的数字 储存器（本地或远端）。多个支持电路可被耦接至CPU 182以支持腔室134。控制单元180 可被耦接至位于邻近各个腔室部件的另一个控制器，诸如阀142AU42B的可编程逻辑控制 器148AU48B。通过多个信号电缆来处理控制单元180与腔室134的各个其他部件之间的 双向连通，多个信号电缆统称为信号总线188,某些信号总线188描绘于图1中。除了来自 气体源138、139、140与来自阀142A、142B的可编程逻辑控制器148A、148B的处理气体与净 化气体的控制外，控制单元180可被配置以对基板处理中所用的其他活动的自动化控制负 责，其他活动诸如基板传送、温度控制、腔室排空等其他活动，某些上述活动将于本文其他 地方描述。
[0029] 图2描绘工艺200的一个实施例的流程图，工艺200用以执行ALD光刻工艺以在 基板上的半导体器件结构中形成图案化原子层沉积材料层。图2中描述的工艺200对应于 下文所述的图3A-3E中描绘的制造阶段。图3A-3E描绘在工艺200所描述的不同阶段过程 中基板（例如，图1中所描绘的基板102)的示意性横剖面图，基板被配置以形成具有期望 结构/特征的原子层沉积材料层于基板上。
[0030] 工艺200开始于框202,框202提供基板（例如，图3A中所描绘的基板102)进入 处理腔室（例如，基板102设置于图1中所描绘的处理腔室134中）或其他适当处理腔室。 图3A中所示的基板102可包括诸如结晶硅（例如，Si〈100>或Si〈lll>)、氧化硅、应变硅、 硅锗、掺杂或未掺杂的聚硅、掺杂或未掺杂的硅基板与图案化或未图案化的基板绝缘体上 硅（SOI)、掺杂碳的氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石的材料。基板102可具 有多种尺寸以及矩形或正方形面板，尺寸诸如200mm、300mm或450mm直径或其他尺寸。除 非另有指明，本文所述的实施例与实例可执行于具有200mm直径、300mm直径或450mm直径 (例如，300mm直径）的基板上。
[0031] 基板102具有第一表面302,第一表面302向上暴露面对能量束源106与气体入口 137AU37B而可在第一表面302上轻易地执行ALD光刻工艺。
[0032] 框204处，在将基板102传送进入处理腔室134之后，供应第一反应剂气体混合物 的脉冲进入处理腔室134以如图3B中所示般在基板102的表面302上形成材料层305的 第一单层304。在第一反应剂气体混合物的脉冲过程中，可依所需在热ALD工艺或等离子体 ALD工艺过程中，将第一反应剂气体混合物与还原气体混合物（"反应剂（诸如，氢气（H2) 或NH 3气体）同时、依序供应进入处理腔室134,或者可不具有还原气体混合物而供应第一 反应剂气体混合物进入处理腔室134。可被供应进入处理腔室134的适当第一反应剂气体 混合物可包括含硅气体（诸如SiH 4、Si2H6或其他适当含硅化合物）、含钽气体、含钛气体、 含钴气体、含钨气体、含铝气体、含镍气体、含铜气体、含硼气体、含磷气体、含氮气体或其他 可沉积适合用于半导体器件的单层于基板表面的适当气体。本文所述的交替试剂（即，在 沉积工艺过程中与反应剂前体用来形成单层的还原剂）的实例可包括氢（诸如，H 2或氢原 子）、氮（诸如，N2或氮原子）、氨（NH3)、肼（N 2H4)、氢与氨混合物（H2/NH3)、硼烷（BH 3)、二硼 烷（B2H6)、三乙基硼烷（Et3B)、硅烷（SiH 4)、二硅烷（Si2H6)、三硅烷（Si3H8)、四硅烷（Si 4H10)、 甲基硅烷（SiCH6)、二甲基硅烷（SiC2H 8)、三氢化磷（PH3)、上述的衍生物、上述的等离子体或 上述的组合物。
[0033] 在框204处第一反应剂气体混合物的脉冲过程中，第一反应剂气体混合物的脉冲 持续预定时间间隔。本文所用的术语脉冲指的是注射进入处理腔室的材料的剂量。在第一 反应剂气体混合物的每个脉冲之间或在第一与第二反应剂气体混合物（将进一步讨论于 下）的每个脉冲之间，可在第一与/或第二反应剂前体气体混合物的各个脉冲之间或多个 脉冲之后将净化气体混合物脉冲进入处理腔室，以移除未与基板表面反应/未由基板表面 吸附的杂质或残余前体气体混合物（例如，来自反应剂气体混合物的未反应杂质等等），以 便可自处理腔室抽出杂质或残余前体气体混合物。
[0034] 在框204处的操作中，脉冲第一反应剂气体混合物的脉冲进入处理腔室134,以形 成材料层305的第一单层304。脉冲进入处理腔室134的第一反应剂前体气体混合物的各 个脉冲可沉积材料层305的第一单层304,使第一单层304具有约3 A与约5 A之间的厚度。
[0035] 在第一反应剂前体气体混合物的脉冲过程中，亦可调节多个处理参数。在一个实 施例中，将处理压力控制在约7托与约30托之间。处理温度在约125°C与约450°C之间。可 将RF功率控制在约100瓦与约2000瓦之间。可将第一反应剂气体混合物中供应的反应剂 气体控制在约5sccm与约lOsccm之间。可在约lOOsccm与约700sccm之间供应还原气体 (例如，NH3气体）。
[0036] 框206处，如图3C中所示，自能量源106引导光束308至材料层305的第一单层 304以处理第一单层304的第一区310。接着，位于第一区310中的材料层305经处理以形 成材料层305的经处理层306。通过光罩/特征转移遮罩113发射的来自能量源106的光束 308仅移动至材料层305的第一区310,材料层305的第一区310未由光罩/特征转移遮罩 113所保护。传送通过光罩/特征转移遮罩113的光线仅处理材料层305的第一区310而 未处理材料层305的保护区312。在光线处理后，位于第一区310中的材料层305经历化学 转换并且被转换成经处理层306 (蚀刻剂可移除的材料）。接着，可通过包含适当蚀刻剂的 工艺后续地自基板表面302化学地移除来移除此经处理材料306。亦可预期材料层305可 替代地为蚀刻可处理的，而能量处理将经处理层306转换成抗蚀刻层以用于负型图案化。
[0037] 在一个实施例中，自能量束源106引导的光束308可为极UV光线、深UV光线、电 子束、X光、离子束或其他适当光束。在一个实例中，自能量束源106引导的光束308可为 波长在约5nm与约400nm之间的UV光线。
[0038] 据信引导用来形成经处理层306的光线能量会伤害、固化、修饰或改变材料层305 的化学键结或原子结构，藉此形成膜性质不同于基板表面302上的未处理材料层305的经 处理层306。通过进行上述处理，可取得选择性膜交替工艺以仅选择性地改变材料层305的 一部分的膜性质而保持材料层305的另一部分不变。因此，可依所需后续地执行选择性蚀 刻/膜移除工艺以仅自基板表面302选择性地移除材料层的一部分（即，经处理或未经处 理部分，取决于工艺而定）。
[0039] 框208处，在材料层305的第一区310上执行光线处理工艺后，供应第二反应剂气 体混合物的脉冲进入处理腔室134以如图3D中所示般在基板102的表面302上形成材料 层305的第二单层314。在第二反应剂气体混合物的脉冲过程中，可依所需在热ALD工艺或 等离子体ALD工艺过程中，将第二反应剂气体混合物与还原气体混合物（或称为反应剂） (诸如，氢气（H 2)或NH3气体）同时、依序供应进入处理腔室134,或者可不具有还原气体混 合物而供应第二反应剂气体混合物进入处理腔室134。据信第二单层314通过化学反应而 被吸附至第一单层304上，化学反应用以允许来自第二单层314的原子稳固地被吸附于来 自第一单层304的原子上。由于经历过光线处理工艺的经处理层306可具有不同于未经处 理的第一单层304的化学性质，经处理层306中的原子可能无法成功地吸附来自第二单层 314的原子，藉此仅允许来自第二单层314的原子被吸附于第一未处理单层304的原子上。 在此方式中，后续形成的第二单层314仅选择性地沉积于未经处理的第一单层304上，藉此 有助于后续执行的移除工艺仅自基板表面选择性地移除经处理的第一单层304而不攻击 第二单层314,这将参照图3E的框212处进一步讨论于下。在替代负型工艺中，第二单层 314被设置于经处理层306上，而移除第一单层304的未经处理部分。
[0040] 在一个实施例中，可供应进入处理腔室134的适当第二反应剂气体混合物可包括 含硅气体（诸如SiH 4、Si2H6或其他适当含硅化合物）、含氧气体（诸如，H20、0 2或03)、含钽 气体、含钛气体、含钴气体、含钨气体、含铝气体、含镍气体、含铜气体、含硼气体、含磷气体、 含氮气体或其他可沉积适合用于半导体器件的单层于基板表面的适当气体。本文所述的 交替试剂（即，在沉积工艺过程中与反应剂前体用来形成单层的还原剂）的实例可包括氢 (诸如，H2或氢原子）、氮（诸如，N2或氮原子）、氨（NH3)、肼（N 2H4)、氢与氨混合物（H2/NH3)、 硼烷（BH 3)、二硼烷（B2H6)、三乙基硼烷（Et3B)、硅烷（SiH 4)、二硅烷（Si2H6)、三硅烷（Si3H8)、 四硅烷（Si 4H1(l)、甲基硅烷（SiCH6)、二甲基硅烷（SiC2H 8)、三氢化磷（PH3)、上述的衍生物、上 述的等离子体或上述的组合物。
[0041] 在框208处第二反应剂气体混合物的脉冲过程中，第二反应剂气体混合物的脉冲 持续预定时间间隔。本文所用的术语脉冲指的是注射进入处理腔室的材料的剂量。在第二 反应剂气体混合物的每个脉冲之间或在框204与206处执行的第一与第二反应剂气体混合 物的每个脉冲之间，可在第一与/或第二反应剂前体气体混合物的各个脉冲之间或多个脉 冲之后将净化气体混合物脉冲进入处理腔室，以移除未与基板表面反应/未由基板表面吸 附的杂质或残余前体气体混合物（例如，来自反应剂气体混合物的未反应杂质等等），以便 可自处理腔室抽出杂质或残余前体气体混合物。
[0042] 在框208处的操作中，脉冲第二反应剂气体混合物的脉冲进入处理腔室134,以选 择性地在保护区312中未处理的第一单层304上形成第二单层314。脉冲进入处理腔室134 的第二反应剂前体气体混合物的各个脉冲可沉积材料层305的第二单层314,使第二单层 314具有约3 A与约5 A之间的厚度。
[0043] 在第二反应剂前体气体混合物的脉冲过程中，亦可调节多个处理参数。在一个实 施例中，将处理压力控制在约5托与约30托之间。处理温度在约125°C与约450°C之间。可 将RF功率控制在约100瓦与约800瓦之间。可将第二反应剂气体混合物中供应的反应剂 气体控制在约5sccm与约20sccm之间。可在约lOOsccm与约700sccm之间供应还原气体 (例如，NH 3气体）。
[0044] 在反应剂前体气体混合物的每个脉冲之间或多个脉冲之后，接着将净化气体混合 物供应进入处理腔室134以自处理腔室净化出残余物与杂质。亦可在净化气体混合物的脉 冲过程中调节多个处理参数。在一个实施例中，将处理压力控制在约1托与约100托之间。 处理温度在约125°C与约450°C之间。可将RF功率控制在约100瓦与约800瓦之间。可在 约200sccm与约lOOOsccm之间供应Ar或N 2气体。
[0045] 在净化气体混合物的脉冲之后，可如图2中所示的循环210般接着重复地执行额 外循环直到达到材料层305的期望厚度范围为止，循环开始于第一与/或第二反应剂气体 混合物的脉冲接着为净化气体混合物的脉冲。当框204处第一反应剂气体混合物的脉冲的 后续循环开始时，可调节处理压力与其他处理参数至预定水平以帮助沉积材料层305的后 续单层。
[0046] 值得注意的是可依所需在提供不同功能的不同腔室中执行框204、206与208。举 例而言，在框204处，可在第一沉积腔室中执行沉积工艺以形成第一单层。随后，在框206 处，可接着将基板传送至具有光线源的第二腔室，光线源具有期望的波长范围以执行光线 暴露工艺。之后，在框208处，可接着将基板传送回第一腔室以完成沉积第二单层于第一单 层上。或者，在框208处，可依所需将基板传送至第三处理腔室以完成沉积第二单层于基板 上。值得注意的是第一、第二与/或第三处理腔室可全部并入群集工具中，且可在第一、第 二与/或第三处理腔室之间（或回到第一处理腔室）传送基板且不破坏真空与暴露基板至 大气。
[0047] 在框212处，在材料层305达到预定厚度后，可自处理腔室134移除基板102,以执 行移除工艺以便如图3E中所示般自基板表面302移除经处理层306。值得注意的是在第一 单层304上形成第二单层314后，来自第二单层314的原子将与来自第一单层304的原子 反应以形成复合材料316,复合材料316包括来自第一单层304与第二单层314两者的原 子。
[0048] 在一个实施例中，移除工艺可为被配置以自基板102移除经处理层306的任何适 当蚀刻/显影工艺。移除工艺的适当实例包括干蚀刻工艺、湿蚀刻工艺、显影工艺、灰化工 艺或其他适当的膜移除工艺。可应用任何可用来移除经处理层306的传统适当蚀刻工艺。 在完成移除工艺后，移除了残留于基板302上的经处理层306,这暴露在暴露区310中下方 的基板102的表面303。
[0049] 在一个实施例中，可通过提供含卤素气体的干蚀刻工艺来执行移除工艺以自基板 102移除经处理层306。含卤素气体的适当实例包括氯气（Cl2)、三氟化氮（NF3)、六氟化硫 气体（SF6)、含碳与氟气体（诸如，CF4、CHF3、或C4F 8)、氯气（Cl2)、氯化硼（BC13)与氯化氢 (HC1)等等。在某些实施例中，可以含卤素气体供应某些还原试剂以执行移除工艺。适当 的还原试剂包括但不限于碳氢化合物气体，诸如一氧化碳（C0)、氧气（0 2)、甲烷（CH4)、乙烷 (C2H6)、乙烯（C 2H4)与上述的组合等等。
[0050] 在基板102上执行与完成移除工艺之后，可取得具有期望特征形成于基板上的材 料层。通过进行上述处理，可排除搭配利用光阻层与/或硬遮罩层的显影工艺的传统光刻 工艺，因为现在可将特征/结构直接转移至材料层上而不必利用额外的光阻层与/或硬遮 罩层。因此，接着可有效地降低并改善制造复杂度、成本与循环时间。
[0051] 因此，在本揭示案中提供执行ALD光刻工艺的方法与设备。ALD光刻工艺利用ALD 工艺以及光刻工艺来在基板表面上形成特征，而不利用由光阻层与/或硬遮罩层形成的传 统遮罩。本文所述的ALD光刻工艺有效地降低制造复杂度、成本与循环时间并改善制造灵 活性与生产率。
[0052] 虽然上文关于本发明的某些实施例，但可在不悖离本发明的基本范围下设计出本 发明的其他实施例与进一步实施例，且本发明的范围由权利要求书所确定。
【权利要求】
1. 一种在器件中的材料层上形成数个特征的方法，所述方法包括以下步骤： (a) 脉冲第一反应剂气体混合物至基板的表面，以在所述基板表面上形成材料层的第 一单层，所述基板设置于处理腔室中； (b) 引导高能辐射以处理所述第一单层的第一区；及 (c) 脉冲第二反应剂气体混合物至所述基板表面，以选择性地在所述第一单层的第二 区上形成第二单层。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤： 选择性地移除通过所述高能辐射处理且设置于所述第一单层的所述第一区中的所述 第一单层。
3. 如权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤： 在移除所述基板表面上的经处理的第一单层后，在所述第一单层与所述第二单层中形 成数个结构或特征。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光线辐射是波长在约5nm与约400nm之 间的UV光线源。
5. 如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤： 使所述第二单层与所述第一单层反应以形成材料层。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，引导所述高能辐射的步骤进一步包括以下 步骤： 引导所述高能辐射至未由遮罩保护的所述第一单层的所述第一区，其中所述高能辐射 通过所述遮罩。
7. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，移除所述第一单层的步骤包括以下步骤： 执行蚀刻工艺，以自所述基板表面移除所述经处理的第一单层。
8. 如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤： 在所述第一反应剂气体混合物或所述第二反应剂气体混合物的脉冲之后，脉冲净化气 体混合物至所述处理腔室。
9. 如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤： 重复步骤（a)至步骤（c)直到达到所述第一单层与所述第二单层的预定总厚度为止。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，引导所述高能辐射的步骤包括以下步骤： 改变所述第一区中的所述第一单层的数个化学性质。
11. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（a)至所述步骤（c)被执行于单 一处理腔室中。
12. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，脉冲所述第一反应剂气体混合物与所述第 二反应剂气体混合物的所述步骤（a)与所述步骤（c)被执行于所述处理腔室中，而所述步 骤（b)被执行于另一处理腔室中。
13. -种在器件中的材料层上形成数个特征的方法，包括以下步骤： 引导高能辐射以处理材料层的第一单层的第一区，所述材料层的所述第一单层是通过 执行于原子层沉积工艺中的第一反应剂气体混合物的脉冲来沉积的； 持续执行所述原子层沉积工艺以在所述材料层的所述第一单层上形成第二单层；及 移除所述第一区中由光线辐射处理的所述第一单层。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，持续执行所述原子层沉积工艺的步骤包 括以下步骤： 选择性地仅在所述第一单层的第二区上形成所述第二单层，所述第一单层的所述第二 区未受所述高能辐射处理。
15. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，移除所述第一单层的步骤进一步包括以 下步骤： 自所述基板表面选择性地移除所述经处理的第一单层而不移除所述第二单层。
16. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述光线福射是波长在约5nm与约400nm 之间的UV光线源。
17. -种被配置以执行原子沉积层工艺与光刻工艺的处理腔室，包括： 腔室主体，所述腔室主体具有腔室盖，所述腔室盖设置于所述腔室主体上以在所述腔 室主体中界定内部处理区； 基座，所述基座设置于所述内部处理区中； 气体输送系统，所述气体输送系统设置于所述腔室主体上，以输送反应剂气体进入所 述内部处理区； 能量束源，所述能量束源设置于所述腔室盖下，以引导高能辐射朝向所述内部处理区； 及 遮罩，所述遮罩设置于所述能量束源与所述基座之间。
18. 如权利要求17所述的处理腔室，其特征在于，所述能量束源提供UV光线、深UV光 线、电子束或离子束。
19. 如权利要求17所述的处理腔室，其特征在于，所述遮罩是光罩，所述光罩被配置以 传输所述光线的一部分至所述内部处理区。
20. 如权利要求17所述的处理腔室，其特征在于，所述气体输送系统适以在所述处理 腔室中执行原子层沉积工艺。
21. -种在半导体器件中的材料层上形成数个特征的方法，所述方法包括以下步骤： (a) 脉冲第一反应剂气体混合物至基板的表面，以在所述基板表面上形成材料层的第 一单层，所述基板设置于处理腔室中； (b) 引导光线辐射以处理所述第一单层的第一区； (c) 脉冲第二反应剂气体混合物以选择性地在所述第一单层的所述第一区上形成第二 单层；及 (d) 选择性地移除所述第一单层的第二区，所述第一单层的所述第二区未受所述光线 辐射处理。
【文档编号】H01L21/205GK104115257SQ201380009300
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2012年2月21日
【发明者】B·吴, A·库玛, O·那拉玛苏 申请人:应用材料公司