用于半导体图案化应用的氧化锡及碳化锡材料的制作方法

本文描述的实施方式大体涉及膜堆叠及蚀刻工艺，用于以高选择性及对图案化工艺的良好轮廓控制来蚀刻膜堆叠。

背景技术：

1、极大规模集成(very large scale integration；vlsi)及超大规模集成(ultralarge scale integration；ulsi)半导体元件的生产涉及可靠地生产亚微米及更小的特征。然而，随着电路技术的持续小型化，电路特征(如互连)的大小及间距的尺寸对处理能力提出了更多要求。为了进一步增大元件及互连密度，该技术核心的多级互连涉及高深宽比特征的精确成像及放置，高深宽比特征诸如通孔及其他互连结构。此外，亦寻求形成亚微米尺寸的特征及互连，同时减少中间材料(如抗蚀剂及硬掩模材料)的浪费。

2、随着特征尺寸变得越来越小，对更高深宽比(定义为特征深度与特征宽度之比)的需求稳步增长至10：1甚至更高。开发能够可靠地形成具有如此高深宽比的特征的膜堆叠及蚀刻工艺是一个重大挑战。光刻曝光及显影工艺的不准确控制或低分辨率可能导致用于将特征转移到膜堆叠中的各个层的关键尺寸不良，从而产生不可接受的线宽粗糙度(linewidth roughness；lwr)。大的线宽粗糙度(lwr)及不当的扭曲轮廓会导致不准确的特征转移到膜堆叠，从而最终导致元件失效及良率损失。

3、此外，在蚀刻此种膜堆叠期间，在蚀刻工艺中产生的副产物或其他材料的再沉积或累积会积聚在正在被蚀刻的特征的顶部及/或侧壁上，从而不利地阻塞了正在材料层中形成的特征的开口。为膜堆叠选择的不同材料会导致在膜堆叠中再沉积的副产物的不同量或分布。此外，由于被蚀刻特征的开口因材料的累积再沉积而变窄及/或密封，反应性蚀刻剂被阻止到达特征的下表面，因此限制了可获得的深宽比。此外，再沉积材料或副产物的累积会随机及/或不规则地粘附到正在被蚀刻的特征的顶表面及/或侧壁上，所得的不规则轮廓及再沉积材料的生长会改变反应性蚀刻剂的流动路径，导致在材料层中形成的特征的弯曲或扭曲轮廓。不准确的轮廓或结构尺寸会导致元件结构崩溃，最终导致元件失效及低产品良率。此外，对膜堆叠中包含的材料的不良蚀刻选择性会不利地导致不准确的轮廓控制，从而最终导致元件失效。

4、因此，本领域需要一种合适的膜堆叠及蚀刻方法，用于在膜堆叠中蚀刻具有目标轮廓及小尺寸的特征。

技术实现思路

1、本文描述的实施方式大体涉及膜堆叠及蚀刻工艺，用于以高选择性及对图案化工艺的良好轮廓控制来蚀刻膜堆叠。

2、在一个方面中，提供了在基板上形成特征的方法。该方法包括在基板上形成心轴(mandrel)层，其中心轴层是碳化锡层或氧化锡层。该方法进一步包括图案化心轴层。该方法进一步包括在图案化的心轴层上保形地形成间隔物层。该方法进一步包括图案化间隔物层。

3、实施方式可包括以下一或更多者。图案化的心轴层被选择性地从图案化的间隔物层移除。在基板上形成心轴层包括使用物理气相沉积(physical vapor deposition pvd)工艺、化学气相沉积(chemical vapor deposition；cvd)工艺或原子层沉积(atomic layerdeposition；ald)工艺沉积心轴层。图案化心轴层包括供应包含含卤素气体及氧气的第一气体混合物，并在第一气体混合物中施加第一射频源功率设定。含卤素气体选自cl2气体、hbr气体或其组合。第一气体混合物进一步包括选自n2、o2、cos、so2或其组合的钝化气体。间隔物层包括不同于心轴层材料的材料，并且选自氧化硅、氮化硅、金属氧化物或多晶硅。心轴上形成有硬掩模层。硬掩模层包括选自多晶硅、纳米晶硅、非晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、非晶碳、类金刚石碳、氮化钛、氧化钛、氮氧化钛、氮化钽、氧化钽、氮氧化钽或任何其他合适的材料或上述材料的组合的材料。基板包括氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化铝、氧化锆、氧化钛或上述材料的组合。

4、在另一方面中，提供了在基板上形成特征的方法。该方法包括在基板之上形成的膜堆叠上形成硬掩模层，其中硬掩模层包括氧化锡或碳化锡。该方法进一步包括向基板供应第一蚀刻气体混合物；及蚀刻硬掩模层以形成图案化的硬掩模层。

5、实施方式可包括以下一或更多者。该方法进一步包括向基板供应第二蚀刻气体混合物，并蚀刻由图案化硬掩模层暴露的膜堆叠。膜堆叠包括多个介电层。膜堆叠包括氧化物-氮化物-氧化物(oxide-nitride-oxide；ono)层。膜堆叠包括硅及硅锗的交替层。选择性地移除硬掩模层。第一蚀刻气体混合物包括含卤素气体。含卤素气体选自cl2气体、hbr气体或上述材料的组合。第一蚀刻气体混合物进一步包括选自n2、o2、cos、so2或上述材料的组合的钝化气体。

6、在又一方面中，提供在基板上形成特征的方法。该方法包括在基板之上形成的膜堆叠上形成图案化的硬掩模层，其中图案化的硬掩模层包括碳。该方法进一步包括向基板供应第一蚀刻气体混合物。该方法进一步包括蚀刻由硬掩模层暴露的膜堆叠以形成图案化的膜堆叠。该方法进一步包括在图案化的硬掩模层及图案化的膜堆叠上形成衬垫层，其中衬垫层包括氧化锡或碳化锡。

7、实施方式可包括以下各者中一或更多者。衬垫层通过ald工艺形成。将衬垫层暴露于湿化学品或干等离子体以移除衬垫层。图案化的硬掩模层包括非晶碳、类金刚石碳或上述材料的组合。膜堆叠包括多个介电层。膜堆叠包括氧化物-氮化物-氧化物(ono)层。膜堆叠包括硅及硅锗的交替层。

8、在另一方面中，一种非暂时性计算机可读介质上储存有指令，当由处理器执行时，这些指令使得该工艺执行上述设备及/或方法的操作。

技术特征：

1.一种在基板上形成特征的方法，包括：

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

3.如权利要求1所述的方法，其中图案化所述心轴层的步骤包括：

4.如权利要求1所述的方法，其中所述间隔物层包括与所述心轴层的材料不同的材料，并且选自氧化硅、氮化硅、金属氧化物或多晶硅。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述心轴层具有形成在其上的硬掩模层。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述硬掩模层包括选自多晶硅、纳米晶硅、非晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、非晶碳、类金刚石碳、氮化钛、氧化钛、氮氧化钛、氮化钽、氧化钽、氮氧化钽或任何其他合适的材料或上述材料的组合的材料。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述基板包括氧化硅、氮化硅、氧化铪、氧化铝、氧化锆、氧化钛或上述材料的组合。

8.一种在基板上形成特征的方法，包括：

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

11.如权利要求8所述的方法，其中所述第一蚀刻气体混合物包括含卤素气体。

12.如权利要求3或11所述的方法，其中所述含卤素气体选自cl2气体、hbr气体或上述材料的组合。

13.如权利要求9所述的方法，其中所述第一蚀刻气体混合物进一步包括选自n2、o2、cos、so2或上述材料的组合的钝化气体。

14.一种在基板上形成特征的方法，包括：

15.如权利要求14所述的方法，其中所述衬垫层通过原子层沉积工艺形成。

16.如权利要求14所述的方法，进一步包括：

17.如权利要求14所述的方法，其中所述图案化的硬掩模层包括非晶碳、类金刚石碳或上述材料的组合。

18.如权利要求9或14所述的方法，其中所述膜堆叠包括多个介电层。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述膜堆叠包括氧化物-氮化物-氧化物(ono)层。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述膜堆叠包括硅和硅锗的交替层。

技术总结
提供了一种使用锡基材料作为心轴、硬掩模及衬垫材料来图案化半导体材料的方法及设备。本揭示案的一或更多个实施方式在多种图案化应用期间使用氧化锡及/或碳化锡材料作为硬掩模材料、心轴材料及/或衬垫材料。氧化锡或碳化锡材料相对于其他高选择性材料如金属氧化物(例如TiO<subgt;2</subgt;、ZrO<subgt;2</subgt;、HfO<subgt;2</subgt;、Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;)更容易剥离，以避免影响关键尺寸及产生缺陷。此外，氧化锡及碳化锡具有低折射率、低k值，并且在663纳米以下是透明的以用于光刻覆盖。

技术研发人员：林永振,郎纪一,黃和湧
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13