用于阻止蚀刻停止的金属氧化物基光致抗蚀剂的循环显影的制作方法

背景技术：

1、诸如集成电路的半导体设备的制造是涉及光刻的多步骤处理。一般而言，该处理包括在晶片上沉积材料，以及通过光刻技术对材料进行图案化以形成半导体设备的结构特征(例如，晶体管和电路)。本领域已知的典型光刻处理的步骤包括：准备衬底；通过例如旋涂施加光致抗蚀剂；将光致抗蚀剂以所需图案暴露，导致光致抗蚀剂的暴露区域或多或少地可溶于显影剂溶液中；通过使用显影剂溶液进行显影以去除光致抗蚀剂的暴露或未暴露区域；以及随后的处理，例如通过蚀刻或材料沉积以在已去除光致抗蚀剂的衬底区域上形成特征。

2、制造具有如此小的特征的设备的一个挑战是可靠且可再现地创建足够分辨率的光刻掩模的能力。当前的光刻处理通常使用193nm紫外(uv)光来暴露光致抗蚀剂。光的波长明显大于要在半导体衬底上产生的特征的所需尺寸，这一事实产生了固有的问题。实现小于光波长的特征尺寸需要使用复杂的分辨率增强技术，例如多重图案化。因此，人们对显影使用较短波长光(例如波长为10nm至15nm(例如13.5nm)的极紫外辐射(euv))的光刻技术存在极大的兴趣和研究努力。

3、然而，euv光刻处理可能带来挑战，包括低功率输出和图案化期间的光损失。与193nmuv光刻中使用传统有机化学放大抗蚀剂(car)类似，在euv光刻中使用时也有潜在的缺点，特别是因为它们在euv区域中吸收系数较低，并且光激活化学物质的扩散可能导致模糊或线边缘粗糙。此外，为了提供对底层设备层进行图案化所需的耐蚀刻性，在传统car材料中图案化的小特征可能会导致高深宽比，从而面临图案塌陷的风险。因此，仍然需要改进的euv光致抗蚀剂材料，其具有诸如减小的厚度、更大的吸光度和更大的耐蚀刻性等特性。

4、这里提供的背景描述是为了总体呈现本技术的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分中描述的范围内以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面既不明确也不暗示地承认是针对本技术的现有技术。

技术实现思路

1、提供了用于在euv暴露后显影基于金属或金属氧化物的薄膜光致抗蚀剂的处理，以去除非挥发性物质并阻止蚀刻停止。用蚀刻剂和氧化剂交替处理的重复循环；或用蚀刻剂处理然后用清洗剂处理是去除光致抗蚀剂中不需要的未暴露部分的有效技术。

2、因此，在第一方面，本发明涵盖一种用于处理半导体衬底的方法。在一些实施方案中，该方法包括在处理室中的基座上的半导体衬底上提供光图案化的含金属抗蚀剂；以及通过将光图案化的含金属抗蚀剂暴露于包括交替输送的蚀刻剂的脉冲和氧化剂的脉冲的至少一个循环来选择性地去除光图案化的含金属抗蚀剂的一部分，从而使光图案化的含金属抗蚀剂显影，以形成抗蚀剂掩模。

3、在一些实施方案中，所述蚀刻剂的所述脉冲和所述氧化剂的所述脉冲在时间上是分开的。

4、在一些实施方案中，所述基座在所述蚀刻剂的所述脉冲期间处于第一温度；且所述氧化剂在第二温度下被输送至所述处理室。

5、在一些实施方案中，所述基座在所述蚀刻剂的所述脉冲期间处于第一温度，并且所述基座在所述氧化剂的所述脉冲期间处于第二温度。

6、在一些实施方案中，所述蚀刻剂的所述脉冲的持续时间为约1秒至约120秒，并且所述氧化剂的所述脉冲的持续时间为约1秒至约120秒。

7、在一些实施方案中，所述第一温度为约-60℃至约120℃。

8、在一些实施方案中，所述第二温度为约20℃至约150℃。

9、在一些实施方案中，所述第二温度为约50℃至约250℃。

10、在一些实施方案中，从所述光图案化的含金属抗蚀剂去除所述蚀刻剂的所述脉冲的非挥发性副产物。

11、在一些实施方案中，所述光图案化的含金属抗蚀剂包含有机金属氧化物、金属氧化物、金属或有机金属。

12、在一些实施方案中，所述金属氧化物包括氧化锡。

13、在一些实施方案中，所述蚀刻剂是卤化物蚀刻剂。

14、在一些实施方案中，所述卤化物蚀刻剂是卤化氢、氢气和卤素气体、有机卤化物、酰基卤、碳酰卤、亚硫酰卤或其组合。

15、在一些实施方案中，所述卤化物蚀刻剂包括氟化氢、氯化氢、三氯化硼、溴化氢、碘化氢或其组合。

16、在一些实施方案中，所述蚀刻剂包括蚀刻剂等离子体。

17、在一些实施方案中，所述蚀刻剂等离子体是远程产生的。

18、在一些实施方案中，所述氧化剂包括氧气、臭氧、过氧化氢、水、一氧化二氮、一氧化氮、二氧化氮、硝酸、二氧化硫、氯、氟、溴、碘或其组合。

19、在一些实施方案中，所述氧化剂是包含水和氧气或氯的气态氧化剂。

20、在一些实施方案中，所述氧化剂包括氧化剂等离子体。

21、在一些实施方案中，所述氧化剂等离子体是远程产生的。

22、在一些实施方案中，所述方法还包括将所述光图案化的含金属抗蚀剂暴露于惰性等离子体气体。

23、在一些实施方案中，所述方法还包括在所述蚀刻剂的脉冲和所述氧化剂的脉冲之间或者在所述蚀刻剂的脉冲和所述氧化剂的脉冲的循环之后用惰性气体清扫所述处理室。

24、在一些实施方案中，通过暴露于蚀刻剂和氧化剂的交替脉冲来显影所述光图案化的含金属抗蚀剂是干法显影所述光图案化的含金属抗蚀剂。

25、在一些实施方案中，通过暴露于蚀刻剂和氧化剂的交替脉冲来显影所述光图案化的含金属抗蚀剂是湿法显影所述光图案化的含金属抗蚀剂。

26、在一些实施方案中，每个循环具有相同的蚀刻剂脉冲持续时间。

27、在第二方面，本发明包含一种处理半导体衬底的方法。在一些实施方案中，所述方法包括：在处理室中的基座上的半导体衬底上提供光图案化的含金属抗蚀剂；以及通过将所述光图案化的含金属抗蚀剂暴露于蚀刻剂，随后暴露于清洗剂，选择性地去除所述光图案化的含金属抗蚀剂的一部分，从而使所述光图案化的含金属抗蚀剂显影，以形成抗蚀剂掩模。

28、在一些实施方案中，所述清洗剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙腈、四氢呋喃、二甲基硫醚或其组合。

29、在一些实施方案中，在暴露于所述清洗剂期间，基座温度为约10℃至约50℃。

30、在一些实施方案中，所述清洗剂包括超临界流体。

31、在一些实施方案中，所述超临界流体是低表面张力超临界液体。

32、在一些实施方案中，所述低表面张力超临界液体是二氧化碳、二氧化硫、二甲醚或其组合。

33、在一些实施方案中，在暴露于所述清洗剂期间，处理室压强为约5psi至约3,000psi。

34、在一些实施方案中，从所述光图案化的含金属抗蚀剂去除来自蚀刻剂暴露的非挥发性副产物。

35、在一些实施方案中，所述光图案化的含金属抗蚀剂是有机金属氧化物、金属、金属氧化物或有机金属。

36、在一些实施方案中，所述金属氧化物是氧化锡。

37、在一些实施方案中，所述蚀刻剂是卤化物蚀刻剂。

38、在一些实施方案中，所述卤化物蚀刻剂是卤化氢、氢气和卤素气体、有机卤化物、酰基卤、碳酰卤、亚硫酰卤或其组合。

39、在一些实施方案中，所述卤化物蚀刻剂是氟化氢、氯化氢、三氯化硼、溴化氢、碘化氢或其组合。

40、在一些实施方案中，所述蚀刻剂包括蚀刻剂等离子体。

41、在一些实施方案中，所述蚀刻剂等离子体是远程产生的。

42、在第三方面，本发明包含一种促进衬底上的原子层蚀刻的方法。在一些实施方案中，该方法包括：在处理室中的基座上的半导体衬底上提供光图案化的含金属抗蚀剂；以及通过将所述光图案化的含金属抗蚀剂暴露于包括交替输送的蚀刻剂脉冲和氧化剂脉冲的至少一个循环，来选择性地去除所述抗蚀剂的一部分，从而显影所述光图案化的含金属抗蚀剂，以形成抗蚀剂掩模；由此消除了由于所述蚀刻剂脉冲的非挥发性副产物而导致的蚀刻停止。

43、在第四方面，本发明包含一种处理半导体衬底的方法。在一些实施方案中，所述方法包括：在处理室中的基座上的半导体衬底上提供干法沉积的光图案化金属氧化物euv抗蚀剂；以及通过暴露于包括交替输送的蚀刻剂的脉冲和氧化剂的脉冲的至少一个循环来选择性地去除所述euv抗蚀剂的euv未暴露部分，从而对所述光图案化金属氧化物euv抗蚀剂进行干法显影，以形成抗蚀剂硬掩模。

44、在第五方面，本发明包含一种用于进行抗蚀剂显影的装置。在一些实施方案中，所述装置包括：具有衬底支撑件的处理室；耦合到所述处理室的真空管线；耦合到所述处理室的蚀刻剂和氧化剂管线；以及控制器，其配置有用于处理半导体衬底的指令，所述指令包括用于以下操作的代码：在处理室中的半导体衬底上提供光致图案化的含金属抗蚀剂；以及通过暴露于包括交替输送的蚀刻剂脉冲和氧化剂脉冲的至少一个循环来选择性地去除所述抗蚀剂的一部分，从而显影所述光致图案化的含金属抗蚀剂，以形成抗蚀剂掩模。

45、在一些实施方案中，所述光图案化的含金属的抗蚀剂是光图案化的含金属的euv抗蚀剂，并且其中被配置有包括用于显影所述光图案化的含金属的euv抗蚀剂的代码的指令的所述控制器具有用于以下操作的代码：利用交替输送的蚀刻剂脉冲和氧化剂脉冲的至少一个循环，相对于所述euv抗蚀剂的euv暴露部分，选择性地去除euv未暴露部分，以形成所述抗蚀剂掩模。

46、在一些实施方案中，所述的装置还包括：耦合到所述衬底支撑件的一个或多个加热器，其中所述一个或多个加热器包括多个独立可控的温度控制区。

47、在一些实施方案中，所述装置还包括加热的氧化剂输送管线。

48、下面将参考相关附图详细描述所公开的实施方案的这些和其他特征。