專(zhuān)利名稱(chēng)：減小ler的方法及實(shí)施該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體制造工藝領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種減小半導(dǎo)體器件中所形成特征結(jié)構(gòu)的線(xiàn)邊緣粗糙度(Line Edge Roughness, LER)的方法以及實(shí)施該方法的裝置。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的發(fā)展，集成電路上的集成密度日益提高。為了實(shí)現(xiàn)這種高集成度，器件特征的尺寸越來(lái)越小。這樣的特征例如包括半導(dǎo)體器件中形成的連接線(xiàn)、功能區(qū)域等。為了實(shí)現(xiàn)這種小尺寸特征，需要高分辨率的光刻工藝。但是，隨著特征尺寸(如線(xiàn)寬)減小，將會(huì)遇到所謂“線(xiàn)邊緣粗糙度”(LER)的問(wèn)題。所謂LER，是指半導(dǎo)體器件中形成的特征結(jié)構(gòu)的邊緣或側(cè)壁處的不規(guī)則程度。特征結(jié)構(gòu)中LER的出現(xiàn)可由相應(yīng)光刻步驟中使用的光刻膠中存在的LER導(dǎo)致。而光刻膠中存在的LER可由多種因素造成，例如光刻膠本身的材料特性、光刻時(shí)使用的掩模本身的LER等等。此外，光刻時(shí)使用的刻蝕工藝，如等離子刻蝕，也會(huì)導(dǎo)致特征中出現(xiàn)LER。特征中出現(xiàn)的這種LER最終將會(huì)影響器件的性能。例如，在形成柵極時(shí)如果存在 LER，則將會(huì)大大影響器件的截止?fàn)顟B(tài)漏電流和短溝道效應(yīng)的控制。因此，希望能夠盡可能減小半導(dǎo)體器件中特征結(jié)構(gòu)的LER。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種半導(dǎo)體器件制造方法及實(shí)施該方法的裝置，其中能夠充分減小半導(dǎo)體器件中所形成的特征結(jié)構(gòu)的線(xiàn)邊緣粗糙度(LER)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種減小半導(dǎo)體器件中特征結(jié)構(gòu)的LER的方法， 包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括特定特征結(jié)構(gòu)；平行于所述特定特征結(jié)構(gòu)方向、并與所述半導(dǎo)體襯底表面呈傾斜角度對(duì)所述特定特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子/等離子體刻蝕。優(yōu)選地，所述傾斜角度相對(duì)于半導(dǎo)體襯底的法線(xiàn)方向定義，且小于45°。優(yōu)選地，離子/等離子體刻蝕可以在離子注入機(jī)/等離子體刻蝕機(jī)中進(jìn)行。優(yōu)選地，在離子注入機(jī)中可以使用惰性氣體原子作為離子源，例如Ar或Xe。優(yōu)選地，等離子體刻蝕機(jī)中使用的等離子體源可以包括HBr或Cl2。優(yōu)選地，所述特定特征結(jié)構(gòu)為高于半導(dǎo)體襯底表面或低于半導(dǎo)體襯底表面的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。例如，所述特定特征結(jié)構(gòu)可以為凹槽、在替代柵工藝中將犧牲柵去除后的側(cè)墻內(nèi)壁、和/或柵極線(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件處理裝置，包括處理室；容納于所述處理室中的離子/等離子噴射頭和晶片臺(tái)，其中所述離子/等離子噴射頭用于噴射出離子/等離子束，所述晶片臺(tái)包括用于放置晶片的置物平面，所述置物平面的法線(xiàn)與離子/ 等離子束的射出方向之間的夾角為銳角。優(yōu)選地，可以采用等離子體刻蝕機(jī)或離子注入機(jī)來(lái)實(shí)施上述半導(dǎo)體器件處理裝置。根據(jù)本發(fā)明，可以有效減小半導(dǎo)體器件中所形成特征結(jié)構(gòu)的LER，從而避免由LER 造成的器件性能惡化。特別是對(duì)于晶體管器件，特征結(jié)構(gòu)特別是柵極LER的減小，可以避免閾值電壓的變化，從而防止截止?fàn)顟B(tài)下的漏電流，并因此增大信噪比。


通過(guò)以下參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和有點(diǎn)將更為清楚，在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柵極特征的局部結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為透視圖， (b)為左視圖，(c)為頂視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例對(duì)半導(dǎo)體器件的特征進(jìn)行離子/等離子轟擊的示意圖，其中(a)為透視圖，(b)為左視圖，(c)為頂視圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在離子/等離子束轟擊之后得到的結(jié)構(gòu)，其中(a) 為透視圖，(b)為左視圖，(c)為頂視圖；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用以實(shí)現(xiàn)LER減小工藝的刻蝕裝置。
具體實(shí)施例方式以下，通過(guò)附圖中示出的具體實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。在附圖中示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的層結(jié)構(gòu)示意圖。這些圖并非是按比例繪制的，其中為了清楚的目的，放大了某些細(xì)節(jié)，并且可能省略了某些細(xì)節(jié)。圖中所示出的各種區(qū)域、層的形狀以及它們之間的相對(duì)大小、位置關(guān)系僅是示例性的，實(shí)際中可能由于制造公差或技術(shù)限制而有所偏差，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際所需可以另外設(shè)計(jì)具有不同形狀、大小、相對(duì)位置的區(qū)域/層。需要指出的是，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種半導(dǎo)體器件的制造工藝中。在此為了說(shuō)明本發(fā)明，以晶體管結(jié)構(gòu)的柵極作為半導(dǎo)體器件的“特征”示例，來(lái)進(jìn)行描述。但是，這種描述不應(yīng)被理解為對(duì)本發(fā)明的限制。如在背景技術(shù)部分所述，目前的半導(dǎo)體器件中集成度越來(lái)越高。這就導(dǎo)致在相同面積的晶片上集成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)如晶體管越來(lái)越多。這可以通過(guò)降低晶體管的溝道長(zhǎng)度并同時(shí)控制不產(chǎn)生過(guò)多短溝道效應(yīng)發(fā)生來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是，無(wú)論利用何種方法來(lái)形成晶體管結(jié)構(gòu)，都離不開(kāi)使用光刻等工藝來(lái)形成柵極等特征。因此，這些特征不可避免地存在線(xiàn)邊緣粗糙度(LER)。特別是柵極的LER將導(dǎo)致器件閾值電壓發(fā)生變化，并因此減小器件的信噪比。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柵極特征的局部結(jié)構(gòu)示意圖。具體地，如圖1(a) 所示，在半導(dǎo)體襯底1001上形成有柵極1002。在此需要注意的是，這里僅僅示出了半導(dǎo)體襯底的一部分，該半導(dǎo)體襯底上還可以形成有其他特征例如晶體管結(jié)構(gòu)的源/漏極以及其他器件等。圖1 (b)和圖1 (C)分別示出了圖1 (a)中所示結(jié)構(gòu)的左視圖和頂視圖。在理想情況下，即，按照器件的設(shè)計(jì)，柵極1002的側(cè)壁應(yīng)該是平滑的，例如處于圖1(a)中所示xyz坐標(biāo)系的x-z平面中。但是，如圖1(b)和圖1(c)所示，由于如上所述制造工藝中存在的限制， 所得到的柵極1002的邊緣(側(cè)壁)存在一定的粗糙度(在圖中為了清楚說(shuō)明的目的，對(duì)這些細(xì)節(jié)進(jìn)行了放大)，即LER，這對(duì)于器件性能有著不利的影響。本發(fā)明的目的之一在于使得這種LER平滑，從而消除其對(duì)器件性能的影響。為此， 根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例，在制造得到圖1所示的結(jié)構(gòu)之后，還對(duì)柵極1002的側(cè)壁進(jìn)行離
子/等離子轟擊。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例對(duì)半導(dǎo)體器件的特征(例如，柵極)進(jìn)行離子/等離子轟擊的示意圖。如圖2(a)所示，向柵極1002施加離子/等離子束I。優(yōu)選地，離子/ 等離子束I的方向平行于待處理特征結(jié)構(gòu)的方向，具體地在本實(shí)施例中平行于柵極1002的側(cè)壁所在的平面(x-z平面)，并且半導(dǎo)體襯底1001的表面是傾斜的。這樣，離子/等離子束I的轟擊可以等價(jià)于在χ方向的轟擊Ix以及在ζ方向的轟擊Iz，如圖2(a)所示。圖2(b)和圖2(c)分別示出了圖2(a)中所示結(jié)構(gòu)的左視圖和頂視圖。如圖2(b)所示，ζ方向的轟擊Iz將使得柵極1002的側(cè)壁沿著ζ向平滑。具體地，凸出部分將比凹進(jìn)部分更大概率地受到離子束的轟擊，從而凸出部分與凹進(jìn)部分相比， 以更大的速率被“切削”。結(jié)果，由于ζ方向的轟擊Ιζ，柵極1002的側(cè)壁在ζ向變得平滑， 參見(jiàn)圖3(b)。另外，如圖2(c)所示，χ方向的轟擊Ix將使得柵極1002的側(cè)壁沿著χ向平滑。具體地，凸出部分將比凹進(jìn)部分更大概率地受到離子束的轟擊，從而凸出部分與凹進(jìn)部分相比，以更大的速率被“切削”。結(jié)果，由于X方向的轟擊IX，柵極1002的側(cè)壁在X向變得平滑，參見(jiàn)圖3(c)。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在通過(guò)上述的離子/等離子束轟擊之后得到的結(jié)構(gòu)。可以看出，柵極側(cè)壁的LER得到了大大的改進(jìn)。上述的這種離子/等離子束轟擊例如可以在離子注入機(jī)/等離子體刻蝕機(jī)中來(lái)進(jìn)行。例如，可以在離子注入機(jī)中使用惰性氣體原子，如Ar或Xe，以相對(duì)于半導(dǎo)體襯底呈傾斜角度的方向來(lái)進(jìn)行離子“注入”。控制離子“注入”的方向和能量，從而實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施LER 減小的離子刻蝕。此外，例如可以在等離子體刻蝕機(jī)中使用HBr或Cl2等作為等離子體源， 以相對(duì)于半導(dǎo)體襯底呈傾斜角度的方向來(lái)進(jìn)行等離子體刻蝕，從而實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施LER減小的等離子體刻蝕。在進(jìn)行離子注入時(shí)，可以選擇離子能量為5-50kev，離子注入的傾斜角度相對(duì)于半導(dǎo)體襯底的法線(xiàn)方向定義，且小于45°，例如可以選擇為30°。同樣對(duì)于等離子刻蝕，也可以選擇上述角度。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用以實(shí)現(xiàn)上述工藝的刻蝕裝置。如圖4所示，該刻蝕裝置100包括處理室101 ；以及容納于處理室101內(nèi)的離子/等離子噴射頭102和晶片臺(tái)104，其中離子/等離子噴射頭102用于噴射出離子/等離子束103，待處理的晶片 (特別地，包括半導(dǎo)體襯底105和其上形成的特征如柵極106)放置在晶片臺(tái)104的置物平面上。晶片臺(tái)104可繞垂直于側(cè)壁平面的軸旋轉(zhuǎn)(如圖中虛線(xiàn)所示)一定角度，從而使置物平面的法線(xiàn)與離子/等離子束的射出方向之間的夾角為銳角，并因此使置于其上的半導(dǎo)體襯底105 (包括柵極106)相對(duì)于離子/等離子束103傾斜，從而實(shí)施以上所述的減少LER的處理方法。該裝置例如可以通過(guò)離子注入機(jī)或等離子體刻蝕機(jī)來(lái)實(shí)施。以上針對(duì)晶體管結(jié)構(gòu)中的柵極進(jìn)行了描述。但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明可應(yīng)用于其他半導(dǎo)體器件、其他特征的處理。例如，所述特征不僅可以如上所述是柵極這樣高于半導(dǎo)體襯底表面的特征，而且可以是低于半導(dǎo)體襯底表面的特征，如凹槽等。另外，本發(fā)明例如還可以用于處理替代柵工藝中將犧牲柵去除后得到的側(cè)墻內(nèi)部。以上參照本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以了說(shuō)明。但是，這些實(shí)施例僅僅是為了說(shuō)明的目的，而并非為了限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物限定。 不脫離本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出多種替換和修改，這些替換和修改都應(yīng)落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種減小半導(dǎo)體器件中特征結(jié)構(gòu)的線(xiàn)邊緣粗糙度LER的方法，包括 提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括特定特征結(jié)構(gòu)； 平行于所述特定特征結(jié)構(gòu)方向、并與所述半導(dǎo)體襯底表面呈傾斜角度對(duì)所述特定特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子/等離子體刻蝕。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述傾斜角度相對(duì)于半導(dǎo)體襯底的法線(xiàn)方向定義， 且小于45°。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，離子/等離子體刻蝕在離子注入機(jī)/等離子體刻蝕機(jī)中進(jìn)行。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，在離子注入機(jī)中使用惰性氣體原子作為離子源。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述惰性氣體原子包括Ar或Xe。
6.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，等離子體刻蝕機(jī)中使用的等離子體源包括HBr或Cl2。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述特定特征結(jié)構(gòu)為高于半導(dǎo)體襯底表面或低于半導(dǎo)體襯底表面的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述特定特征結(jié)構(gòu)為凹槽。
9.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述特定特征結(jié)構(gòu)為在替代柵工藝中將犧牲柵去除后的側(cè)墻內(nèi)壁。
10.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述特定特征結(jié)構(gòu)為柵極線(xiàn)。
11.一種半導(dǎo)體器件處理裝置，包括 處理室；容納于所述處理室中的離子/等離子噴射頭和晶片臺(tái)，其中所述離子/等離子噴射頭用于噴射出離子/等離子束，所述晶片臺(tái)包括用于放置晶片的置物平面，所述置物平面的法線(xiàn)與離子/等離子束的射出方向之間的夾角為銳角。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，所述裝置為等離子體刻蝕機(jī)或離子注入機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種減小線(xiàn)邊緣粗糙度(LER)的方法以及實(shí)施該方法的裝置。該方法包括提供半導(dǎo)體襯底；在半導(dǎo)體襯底上形成半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括特定特征結(jié)構(gòu)；平行于特定特征結(jié)構(gòu)方向、并與半導(dǎo)體襯底表面呈傾斜角度對(duì)特定特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子/等離子體刻蝕。由此，可以有效減小由LER導(dǎo)致的器件性能惡化。
文檔編號(hào)H01L21/00GK102254808SQ201010181618
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者尹海洲, 朱慧瓏, 駱志炯 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所, 北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司