[發明專利]等離子體蝕刻前處理光刻膠而形成特征的方法和裝置

無效

• 申請號: 201380018755.8
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN104246992A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 拉滕迪普·斯利瓦斯塔瓦;鐘青華;金太元;高里·卡馬爾斯
• 申請（專利權）人: 朗姆研究公司
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311;H01L21/3065
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠

技術領域

本發明涉及光刻膠掩模特征的線寬粗糙度(LWR)的減小、以及掩模特征的關鍵尺寸(CD)的控制。更具體地，本發明涉及一種圖案化光刻膠掩模的蝕刻前等離子體處理，經過該光刻膠掩模在下伏層中形成特征。

背景技術

在半導體晶片處理期間，利用眾所周知的圖案化和蝕刻工藝在晶片中限定半導體器件的特征。在這些工藝中，可使光刻膠(PR)材料沉積在晶片上然后暴露于經光柵過濾的光。光柵可以是用示例性特征幾何結構圖案化的透明平板，該特征幾何結構阻止光線經過光柵的傳播。

在穿過光柵后，光線接觸光刻膠材料的表面。光改變光刻膠材料的化學組成以便顯影劑可以去除一部分的光刻膠材料，從而形成圖案化的光刻膠掩模。在正型光刻膠材料的情況下將暴露區去除，在負型光刻膠材料的情況下將未暴露區去除。之后，對晶片進行蝕刻以便從不再由圖案化光刻膠掩模保護的區域中去除下伏層材料，由此在晶片中形成期望的特征。

當半導體集成電路特征的關鍵尺寸(CD)縮小到小于45nm時，利用常規光刻工藝對線與間隔特征的光刻膠掩模層的控制達到其極限。不良的和變形的線邊緣、以及不完全被顯影的光刻膠層殘留物將導致在線與間隔特征邊緣處的明顯粗糙度，即線寬粗糙度(LWR)，從而導致線邊緣粗糙度(LER)和線與間隔特征的關鍵尺寸的變化，該變化被定義為關鍵尺寸的σ(標準差)并且以nm為單位。在半導體器件制造所需的多蝕刻處理步驟期間，該不均勻的蝕刻圖案將被轉移和/或擴大，從而導致器件性能的下降和產量損失。

當從上往下看時，理想的特征具有“像直尺般平直”的邊緣，如圖1A中所示。然而，由于如上所述的各種原因，實際的線特征會呈現鋸齒狀并且具有由于特征粗糙側壁所導致的線寬粗糙度(LWR)。線寬粗糙度(LWR)包括低頻率粗糙度，諸如擺動(如圖1B中所示)，和高頻率粗糙度，諸如不規則的邊緣表面(如圖1C中所示)。實際上，線寬粗糙度是高頻率線寬粗糙度與低頻率線寬粗糙度的組合。當從上往下看時，線寬粗糙度是線性特征邊緣的平滑程度的衡量尺度。具有高線寬粗糙度的特征通常是非常不受歡迎的，因為沿線特征所測量的關鍵尺寸將會在不同的位置而變化，使得所形成的器件的操作不可靠。

發明內容

為了實現前述目的并且根據本發明的目的，而提供了一種使特征經過光刻膠掩模形成到下伏層中的方法。光刻膠掩模具有圖案化的掩模特征。提供含有H₂和N₂的處理氣體。由處理氣體產生等離子體，并且使光刻膠掩模暴露于等離子體。中斷處理氣體，然后將特征經過經等離子體處理的光刻膠掩模蝕刻到下伏層中。

掩模特征可包括線條-間隔圖案；所述方法包括：控制處理氣體中N₂相對于H₂的流量比，以便暴露過程減小掩模特征的線寬粗糙度(LWR)。H₂與N₂(H₂:N₂)的流量比可以是在2:1和10:1之間。暴露過程可使得在掩模特征高度降低的同時光刻膠掩模能回流，并且減小掩模特征的線寬粗糙度(LWR)。

根據本發明的一個方面，處理氣體還含有氫氟烴。氫氟烴可以是CH₃F。本發明方法還可包括控制處理氣體中CH₃F相對于H₂的流量比，以便暴露過程減小掩模特征的間隔關鍵尺寸(CD)。H₂與氫氟烴(H₂:CH₃F)的流量比可以是在10:1和100:1之間。暴露過程可在掩模特征的側壁上形成基于C-N的沉積物。暴露過程可使光刻膠掩模硬化，從而增強在形成特征期間掩模對下伏層的選擇性。

根據本發明的另一方面，提供了一種使特征經過光刻膠掩模形成到下伏層中的方法，其中光刻膠掩模包括具有線寬粗糙度(LWR)和間隔關鍵尺寸(CD)的圖案化掩模特征。提供含有H₂、N₂和CH₃F的處理氣體。由處理氣體產生等離子體并且使光刻膠掩模暴露于等離子體，其中通過使光刻膠掩模暴露于等離子體而減小掩模特征的線寬粗糙度和間隔關鍵尺寸。中斷處理氣體。將特征經過經等離子體處理的光刻膠掩模蝕刻到下伏層中。

暴露過程使光刻膠掩模能回流從而減小線寬粗糙度(LWR)和掩模特征的高度，同時在掩模特征的側壁上形成基于C-N的沉積物。暴露過程也可增強在形成特征期間光刻膠掩模對下伏層的選擇性。