專利名稱：用于高數(shù)值孔徑和浸潤式光刻的分級式抗反射涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及一種分級的抗反射涂層以及該抗反射涂層在集成電路的 制造中的應(yīng)用，還涉及用于沉積戶，分級抗反射涂層的方法。
現(xiàn)有技術(shù)
近年來，集成電路己經(jīng)發(fā)展成復(fù)雜器件中，其在單個芯片上通常包括幾百萬 的晶體管、電容器、電阻器和其它的電子元件。因此，增加電路的密度既是內(nèi)在 的一種需求，也是為了獲得更快和更加有效的電路元件的持續(xù)需要。對于具有更 大的電路密度的速度更快的電路的組合需求對于用來制造這種集成電路的材料提 出相應(yīng)要求。具有較大電路密度的快速電路的需求導(dǎo)致使用低電阻率導(dǎo)電材料(例如銅)和/或低介電常數(shù)絕緣材料(其介電常劍氐于大約3.8)。
具有更大電路密度的快速元件也X寸用于集成電路制造的工藝程雜出要求。 例如，在使用傳統(tǒng)光刻技術(shù)的工藝程序中，會g量敏感抗蝕層通常形成在基底上的 堆疊的材料層上方。然后，圖案的圖像可以被導(dǎo)入能量敏感抗蝕層中。之后，利 用能量敏感抗蝕層作為掩膜，導(dǎo)入所述能量敏感抗蝕層的圖案被轉(zhuǎn)印到形成在基 底上的一層或多層材料堆中。然后，禾傭化學(xué)和/或物理蝕亥擠lJ，將導(dǎo)入戶腿能量 敏感抗蝕層的圖案轉(zhuǎn)印到材料層中。通常將化學(xué)蝕亥擠lj設(shè)計為對材料層的蝕刻選 擇性大于對能量敏感抗蝕層的蝕刻選擇性，這通常表示該化學(xué)蝕亥擠鵬以比蝕刻 所述能量敏感抗蝕層快的速率蝕刻所述材料層。堆疊的一層或多層材料層的較快 的蝕刻速率通常防止了能Si(感抗蝕層在完成圖案轉(zhuǎn)印之前就被耗盡。
在制造集成電路中所使用的光刻成像工具采用了遠紫外(DUV)成像波長， 例如248nm或193面的波長，從而產(chǎn)生抗蝕層圖案。該DUV成像波長是公知可 以提高抗蝕層圖案分辯率的，這是由于較短波長的衍射效應(yīng)被削弱。但是，許多 底層材料(例如多晶硅和金屬硅化物)所增加的反射性可能會降級DUV波長下得 到的抗蝕層圖案。而且，為了禾U用較小的節(jié)距(5250-300nm)謝亍印制，通常情況下使用具有高數(shù)值 L徑的透鏡進行浸潤式光刻。隨著數(shù)值 L徑(na)增大到超
過0.9，并且節(jié)距尺寸減少到小于100nm，來自于非法線入射角的光線反射變成主 要的反身個源。
用來使得來自底部材料層的反射最小化的一種方法是使用一種抗反射涂層 (arc)。該arc在圖案化抗t螺之前形成在反射材料層上方。該arc通常在抗 蝕層成像的過程中抑制底層材料層的反射，從而在能量敏感抗蝕層中進行更精確 的圖案復(fù)制。但是，當前有效的抗反射涂層技術(shù)不能ft率決來自非法線入射角的光 反射的問題。
考慮到傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，在現(xiàn)有技術(shù)中需要能夠減小來自非法線入射角的光 反射的抗反身中凃?qū)印?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例涉及形成分級抗反身個凃?qū)?。根?jù)一個實施例，在基底上形成 一個或多個無定形碳層。在一個或多個無定,層上形成抗Mlt涂層(arc)，其 中該arc層具有隨著戶;M arc層的厚度而改變的吸收系數(shù)。能M感抗1:4Ji材 料形鵬arc層上。通過使能難感抗t娠暴露于圖案輻射，圖案的圖像被導(dǎo)入 能量敏感抗蝕材料層中。對導(dǎo)入到能量敏感抗蝕材料層中的圖像進行顯影。在另 一個實施例中，該arc層和無定開M層在相同的處理系統(tǒng)或者相同的處理室中原 位沉積，而不會破壞真空。
根據(jù)另一個實施例，提供一種形成器件的方法。該方、 2^括在基底上形成一 個或多個無定開M層。arc層形，一層或多層無定形碳上，其中該arc層的 吸收系數(shù)隨著該arc層的厚度而改變，其中該一個或多個無定開M層以及arc 層在相同的處理系統(tǒng)或相同的處理室中原位沉積，而不會破壞真空。
根據(jù)另一個實施例，提供一種在光刻工藝中使用的抗反射涂層(arc)材料 層。該arc層由包括一個或多個碳源、硅源和氧源的氣體混合物所形成，其中該 arc層的吸收系數(shù)隨著arc層的厚度而改變。在另一個實施例中，該氣體混合 物還包括惰性氣體。
在其它實施例中，戶脫arc層的吸收系數(shù)的范圍處于大約0至1.0之間。在 另一個實施例中，通過調(diào)制一個或多個碳源、惰性氣體、硅源和氧源的流動而形
成臓ARC層。


因此，為了詳細理解上述列舉的本發(fā)明的特征，下面參照實施例對上述發(fā)明 內(nèi)容部分中推，的本發(fā)明進行更加具體的說明，其中一些實施例在附圖中示出。 但是，應(yīng)當注意，附圖僅僅示出了本發(fā)明的典型實施例，因此不能認為附圖限制 了本發(fā)明的范圍，這是因為本發(fā)明還包括其它等效實施例。
圖1示出了一種用來實踐本發(fā)明的實施例的裝置的示意圖2A-2E示出了在集成電路制造的不同階段的基底結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖， 其包括本發(fā)明的分級抗反針凃?qū)拥囊粋€實施例；
圖3A-3E示出了在集成電路制造的不同階段的鑲嵌結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖， 其包括本發(fā)明的分級抗反iJ1^層的一個實施例；
圖4A4C示出了在集成電路制造的不同階段的基底結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖， 其包括本發(fā)明的分級抗反躭凃?qū)拥囊粋€實施例；以及
圖5A-5D示出了在集成電路制造的不同階段的基底結(jié)構(gòu)的示意性橫截面圖， 其包括多層分級ARC結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施例一般性地提供一種分級抗反射涂層，該分級抗反射涂層在集 成電路制造過程中的應(yīng)用，以及沉積所述分級抗反射涂層的方法。光學(xué)特性，特 別是由光吸收系數(shù)(k)和折射率(n)所測出的光學(xué)特性，在整個薄膜上連續(xù)改 變。
圖1示出了晶片處理系統(tǒng)10的示意圖，該處理系統(tǒng)IO可以用來進行分級ARC 和無定形碳層的沉積。該裝置通常包括處理室100、充氣板130、控制單元110， 以及其它硬件元件，例如電源、真空泵等等，這些在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的用來制 造集成電路元件的裝置。系統(tǒng)10的示例包括CENTURA⑧系統(tǒng)，PRECISION 5000 系統(tǒng)和PRODUCER 系統(tǒng)，所有的這些系統(tǒng)都是由California, Santa Clara的 Applied Materials公司0ff隨。
處理室100通常包括支撐底座150，其用來支撐例如半導(dǎo)體晶片190的基底。該座150通?？梢岳梦灰茩C構(gòu)160在腔室100內(nèi)沿垂直方向移動。根據(jù)特定 的過程，該晶片190可以通過在底座150中嵌入的加熱元件170被加熱到所期望 的溫度。例如，可以通過將來自AC電源106的電流施加給加熱元件170 W戶;M 底座150進行電阻式加熱，從而加熱晶片190。例如熱電偶的溫度傳感器172可以 嵌入晶片支撐底座150中，從而與處理控制系統(tǒng)(未示出)相配合來監(jiān)控底座150 的 鵬。由熱電偶讀取的 鵬可以用在反饋回路中，從而控制加熱元件170的電 源106，以便保持晶片的M^或者將^U^控制在適合特定處理場合的所期望的溫 度。此外，底座150可以使用本領(lǐng)域中已知的替代加熱禾口/或冷卻結(jié)構(gòu)，例如等離 子體和/或輻射加熱結(jié)構(gòu)或7賴卩通道(未示出)。
真空泵102可以用來抽空處理室100的空氣，并且保持室100內(nèi)的期望氣流 和動態(tài)壓力。工藝氣體M噴射頭120被導(dǎo)入腔室100，該噴射頭120位于晶片支 撐底座150的上方。該噴射頭120通常可以連接到充氣板130，其控制^lf共用于 工藝禾聘的不同步驟中的不同氣體。
噴射頭120和晶片支撐底座150還可以形成一對間隔電極。因此，假設(shè)間隔 電極之間的電勢差足以點燃和維持等離子體，當這些電極之間產(chǎn)生電場時，通過 噴射頭120導(dǎo)入腔室100的工藝氣體被點燃成為等離子體。通常，通過將晶片支 撐底座150經(jīng)匹配網(wǎng)絡(luò)(未示出)連接到射頻(RF)電源104而產(chǎn)生等離子體的 驅(qū)動電場。此外，該RF電源和匹配網(wǎng)絡(luò)可以耦合到噴射頭120，或者耦合到噴射 頭120和晶片支撐底座150。
等離子體增強型化學(xué)氣相淀積(PECVD)技術(shù)通常通過將電場施加到基底表 面附近的反應(yīng)區(qū)域來促進反應(yīng)性氣體的激活和/劍軍離，從而在基底表面的正上方 產(chǎn)生活性粒子的等離子區(qū)。等離子區(qū)中的活性粒子減少了化學(xué)反應(yīng)所需的能量， 從而實際上降低了這種PECVD處理的所需溫度。
在本發(fā)明的實施例中，通過 化合物的等離子體增強型熱分解完成無定形 碳層的沉積，其中碳氫化合物例如丙烯(C3H6)。丙烯可以在充氣板130的控制下 被導(dǎo)入處理室100。碳氫化合物可以例如作為被調(diào)節(jié)的流過噴射頭120的氣體被導(dǎo) 入處理室。
可以由一個或多個質(zhì)量流量控制器(未示出)和例如計算機的控制單元110 對流過充氣板130的氣體進行適當?shù)目刂坪驼{(diào)節(jié)。噴射頭120使得來自充氣板130的工藝氣體均勻地分布并且導(dǎo)入接近晶片表面的處理室100中。例如，控制單元
110可以包括中央處理單元(CPU) 112、支持電路114以及包含相關(guān)控制軟件116 禾口/或相關(guān)工藝翻的多個存儲單元?？刂茊卧?10可以用于自動控制晶片處理所
需的各種步驟，例如晶片傳輸、氣體流量控制、溫度控制、腔室抽空，以及本領(lǐng)
域中已知的其它被電子控制器所控制的處理過程。通過共同被稱為信號總線118 的大量信號電纜，可以處理控制單元110和裝置10的各種元件之間的雙向通信， 其中的一些信號總線在圖1中被示出。
本發(fā)明中使用的加熱底座150可以由鋁制成，而且可以包括KA在底座150 的晶片支撐表面192下方一定距離的加熱元件170。該加熱元件170可以由封裝在 INCOLOY⑧保護套管中的鎳鉻導(dǎo)線制成。通腿當?shù)恼{(diào)節(jié)提供給加熱元件170的 電流，在準備晶片和沉積薄膜的過程中，晶片190和底座150可以維持在相對恒 定溫度。這可以通過反饋控制回路來實現(xiàn)，其中該底座150的溫度持續(xù)受嵌入底座150的溫度傳感器172的監(jiān)控。該信息可以通過信號總線118傳送到控制單元 110，其可以通過發(fā)送必要的信號給加熱器電源而響應(yīng)。隨后對電源106進行調(diào)節(jié)， 以維持并且控制戶;M底座150處于所期望的溫度，也就是，適特定處理過程的 鵬。因此，當工藝氣體混合物逸出晶片190上方的噴射頭120時，則在經(jīng)加熱 晶片190的表面191處發(fā)生碳氫化合物的等離子體增強型熱分解，從而導(dǎo)致晶片 190上的無定,層的沉積。
在本發(fā)明的一個實施例中，可以fflii碳源、硅源和氧源的等離子CVD反應(yīng)形 成分級ARC層。在一些實施例中，例如氦或氬的情性氣體也被添加，以穩(wěn)定等離 子體并且控制沉積速率。在一個特定的實施例中，通過形成等離子體并且改變氣 體混合物的組成而形成分級的ARC層，其中氣體混合物包括甲基硅烷、二氧化碳 和氦。這種沉積的過程有利于將氧結(jié)合到薄膜中，這也有助于改變分級ARC層的 光線吸收系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的分級ARC材料可以被沉積，從而具有在深UV輻射波長處的大 約1到大約2.2 (含)之間的變化折射率(n)。在一些特定的實施例中，在1到2.2 (含)之間的窄折射率范圍上，光線吸收系數(shù)(k)可以被明顯的改變(例如，在 大約O至l.O之間)。
所述沉積的分級ARC層通常具有可調(diào)的氧、碳以及氫含量。需要控制所述分
級ARC層中的所述氧、碳和氫的含量來調(diào)節(jié)它的光學(xué)特性。例如，當氧含量增加 時，光線吸收系數(shù)則減小。
波長在250nrn以下時，所述分級ARC層的光線吸收系數(shù)可以在大約0到大 約1.0之間改變，從而使其適于用作DUV波長的抗反射凃?qū)?ARC)。該分級ARC 層的吸收系數(shù)可以作為沉積溫度的函數(shù)而變化。
所述分級DARC層的吸收系數(shù)還可以作為所述氣體混合物中使用的添加成分 的函數(shù)而變化。特別是，氣體混合物中H2的存在可以增加k值達大約10X至大約 100%。還可以iM改變功率來改變該吸收系數(shù)。例如，當功率減小時k值將會增 加。另一禾中改變k值的方法是改變氣術(shù)荒動速率。例如，增加硅烷或其它包含SiH 的分子的流量則會增加所述k值。
集成電路制細呈
A.具有無定形碳硬掩膜的分級ARC
圖2A-2E示出了集成電路制敬程中的不同階段的基底200的示意性橫截面 圖，其包括具有作為硬掩膜的無定形碳層的分級DARC層。通常，基底200是指 在其上進行處理的任意的工件，并且基底結(jié)構(gòu)250通常用來表示基底200以及形 成在基底200上的其它材料層。基底200可以是較大結(jié)構(gòu)(未示出)的一部分， 該較大結(jié)構(gòu)例如是當前示例中的STI (淺溝絕緣)結(jié)構(gòu)、晶體管的柵極器件、DRAM 器件或者雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。根據(jù)處理過程的特定階段，基底200可以對應(yīng)于硅基底， 或者形成在所述基底上的其它材料層。例如，圖2A示出了具有按照傳統(tǒng)技術(shù)形成 在其上的材料層202的基底結(jié)構(gòu)250的橫截面圖。所述材料層202可以是氧化物 (例如，二氧化硅)。 一般膚況下，所述基底200可以包括硅、硅化物、金屬或其 它材料的層。圖2a示出了一個實施例，其中戶脫基底200是具有形成在其上的二 氧化硅層的硅。
圖2B示出了沉積在圖2A的基底結(jié)構(gòu)250上的無定形碳層204。該無定形碳 層204由戯化合物和例如氬(Ar)或氦(He)的情性氣體的氣體混合物所形成。 戶;f^aS化合物具有iK CxHy，其中x的范圍在2到10之間，y的范圍在2到22 之間。例如，丙烯(QH6)、丙炔(C3H4)、丙烷(C3H8)、 丁烷(QHk))、 丁烯(C4H8)、 丁二烯(C晶)、乙醛(C2H2)，戊烷、戊烯、戊二烯、環(huán)戊烷、環(huán)戊二烯、苯、甲苯、a萜品烯、酚、甲基異丙基苯、降冰片二烯以及它們的組合物可以用作碳
氫化合物。液體前體可以用來沉積無定形碳薄膜。在2005年12月29日公開的、
CARBONFILMS"、公開號為No.2005/0287771的美國專利申請中也討論了在無定 開M薄膜的沉積過程中液體前體的使用，該美國專利申請在這里被結(jié)合用作參考， 結(jié)合程度是它不與當前的說明書沖突。這些液體前體包括但不限制于甲苯、a萜 品烯(A-TRP)，以及降冰片二烯(BCHD)。對姐也，如果希望，例如氫氣(H2)、 氮氣(N2)、氨(NH3)或其組合物的多種氣體也可以添加到"誠氣體混合物中。 氬(Ar)、氦(He)和氮(N2)可以用來控制戶脫無定形碳層的密度和沉積速率。 添加H2禾口/或NH3可以用來控制戶，無定開M層的氫比率。
通常，以下的沉積工藝參數(shù)可以用來形成戶;M無定形碳層204。該工藝參數(shù)
包括晶片溫度的范圍從大約iocrc到大約50(rc，腔室壓力從大約i托到大約20
托，烴氣(CxHy)的流量從大約50 seem至!l大約50,000 seem (例如，每8英寸晶 片)，RF功率在大約3W/ir^到大約20W/in2，并且豐誠巨在大約200 mil到大約1,200 mil之間。上述的工藝參數(shù)給戶服無定開誠層掛共了從大約100 A/min到大約10000 A /min的典型沉積速率，并且可以在由California,Santa Clam的Applied Materials 公司得到的沉積腔室中的300mm基底上實施。戶腿無定臓層的厚度是可變的， 這取決于處理過程的特定階段。通常，所述無定形碳層的厚度可以在大約500 A 到大約IO，OOOA之間。
在2003年6月3日授權(quán)的、標題為"METHOD FOR DEPOSITION AN AMORPHOUS CARBON LAYER"、專利號為No.6573030的美國專利中描述了所 述無定形碳層204的一個實施例的其它方面，該美國專利在這里被結(jié)合用作參考， 結(jié)合禾號是它不與當前的說明書沖突。
分級ARC層206可以形成在戶，無定開M層204上。所述分級ARC層206 抑制底層的反射提供能量感抗蝕層的精確的圖案復(fù)制。分級ARC層206傳統(tǒng) 上可以利用例如PECVD的多種CVD處理過程形，無定形碳層204上。在一個 實施例中，通過由碳源、硅源、氧源以及惰性氣體的氣體混合物形成的等離子體 形成戶，分級ARC層206。所述硅源可以包括硅烷、乙硅烷、氯硅烷、二氯甲硅 烷、三甲基硅烷，以及四甲基硅烷。所述硅源還可以包括有機硅化合物，例如四乙氧基甲硅烷(TEOS)、三乙氧基氟硅烷(triethoxyfluorosilane,TEFS)、 1，3，5,7-四 甲基環(huán)四硅氧烷(l,3，5,7-tetramethylcyclotetosiloxane， TMCTS)、 二甲基二乙氧基 硅垸(dimethyldiethoxy，DMDE)、八甲SJf四硅氧烷(octomethylcyclotetrasiloxane， OMCTS)以及其組合物。氧源可以包J旗氣(02)、臭氧(03)、 一氧化二氮(N20)、 一氧化碳(CO)、 二氧化碳(C02)、水(H20)、 2，3-丁二酮或其組合物。所述惰 性氣體由包括氬、氦、氖、氪、氤及其組合物的組中選擇。所述碳源由包括丙烯 (C3H6)、丙炔(C3H4)、丙烷(C3H8)、 丁烷(C4H1())、 丁烯(C4H》、丁二烯(C4He)、 乙醛(C2H2)、戊烷、戊烯、戊二烯、環(huán)戊烷、環(huán)戊二烯、苯、甲苯、ot萜品烯、 酚、甲基異丙基苯、降冰片二烯以及其組合物的組中選擇。在一個實施例中，所 述氣體混合物包括硅烷(流量為10—2000sccm)， 二氧化碳(流量為IOO — lOOOOOsccm)，以及氦(流量為0—10000sccm)。通過改變前述氣體的流量來實現(xiàn) 戶，ARC層的光線特性的改變。
所述分級ARC層206在波長小于大約250nm的情況下折射率(n)的范圍可 以在大約1.0到2,2之間，并且吸收系數(shù)(k)在大約0到大約1.0的范圍，從而使 得其適于在DUV波長用作ARC。所述分級ARC層206包括隨層的厚度改變的吸 收系數(shù)(k)。也就是，所述分級ARC層206具有形成在其中的成梯度變化的吸收 系數(shù)。這種梯度形成為形成層期間的氣體混合物的纟顯度以及組成的函數(shù)。當所述 分級ARC具有梯度時，可以允許兩個材料層的折射率(n)和吸收系數(shù)(k)相類 似，因此分級ARC具有最小的反射和最大的傳輸。然后，戶服無定開誠ARC的 戶/M折射率(n)和吸收系數(shù)(k)可以逐漸被調(diào)節(jié)，以吸收其中傳輸?shù)乃泄狻?在這個實施例中，所述分級ARC層的底部的n和k值與基底的n和k值類似。在 一個實施例中，這兩個材料層的吸收系數(shù)(k)在大約+/—0.05的范圍內(nèi)匹配。
在一個實施例中，所述無定形碳和分級ARC層在相同的系統(tǒng)中或者處理室中 原位形成，而不破壞真空。該原位層不僅僅作為抗反I中凃?qū)?，也作為一種硬撤莫。 所述原位層在與無定形碳層相同的條件下沉積，但是添加了例如硅、碳化硅、三 甲硅烷或者硅烷的硅源以及隨后的氧前體。在腔室中的氣體的流量調(diào)節(jié)允許分級 沉積臓原位層。
所述敏感抗蝕材料208的層可以形成在分級ARC層206上。會gM感抗蝕 材料208的層可以旋轉(zhuǎn)涂覆在基底上達到大約2000A至大約6000A的厚度。大多數(shù)能量感抗蝕材料者樹波長小于大約450nrn的紫外線(UV)輻射敏感。DUV 抗蝕材料通常對波長為245nm或193nm的UV輻射敏感。在一個實施例中，在所 述分級ARC層206和所述能Si(感抗蝕材料208之間使用用于將能M感抗蝕材 料208粘結(jié)到ARC層206的附割，劑(例如六甲基二硅，HMDS)。
可以通過將這種能fii(感抗蝕材料208經(jīng)掩膜210暴露于UV輻射下，從而 將圖案的圖像導(dǎo)入能Si(感抗蝕材料208層中。導(dǎo)入能量斂感抗蝕材料208層中 的圖案的圖像可以由含iS的顯影劑顯影，從而限定出通過該層的圖案，如圖2C所 示。此后，參考圖2D，在能魏感抗蝕材料208中限定的圖案被轉(zhuǎn)印成穿過戶腿 分級ARC層206和戶脫無定幵誠層204的圖案。禾傭戶艦?zāi)芪焊锌刮g材料208 作為掩膜，該圖案被轉(zhuǎn)印成穿過戶;M分級ARC層206和所述無定形碳層204的圖 案。禾U用氣體混合物，圖案被轉(zhuǎn)印而穿過戶，分級ARC層206，其中該氣體混合 物包括包含氫的碳氟化合物(C;FyHz)以及從由氫氣(H2)、氮氣(N2)、氧氣(02)、 氬(Ar)和氦(He)所組成的組中選擇出的一種或多種氣體。可以禾,臭氧、氧 氣或者氨等離子單獨地、或者再結(jié)合溴化氫(HBr)、氮氣(N2)、四氟化碳(CF4)、 氬(Ar)及其它氣體來蝕刻戶，無定形碳層204。這些層都可以以不同的工藝步驟 在原位蝕刻。原位應(yīng)當被廣義地理解，并包括但不限制于在給定的腔室內(nèi)，例如
在等離子體腔室內(nèi)，或者系統(tǒng)內(nèi)，例如集成群集工具，而不會將戶;M材料暴露于
中間污染環(huán)境下，例如在工藝步驟之間和工具內(nèi)的腔室之間破壞真空。與將基底 再定位到其它處理室或區(qū)域相比，原位處理通常使得處理時間最少以及使得可能 的污染最小。
圖2E示出了禾U用戶腿無定開淑層204作為硬掩膜，使得在無定開誠層204 中限定的圖案被轉(zhuǎn)印成穿過戶，二氧化硅層202的圖案，完成集成電路的制造。 在二氧化硅層202被圖案fct后，可以通過利用臭氧、氧氣、或者氨等離子單獨 地、或者再結(jié)合氟化物、氮或氫等離子體進行的蝕刻，使得所述無定形碳層204 脫離基底200。
在制造過程的特定示例中，在戶，分級ARC層以及戶，無定JM層中限定的 圖案可以結(jié)合到集成電路的結(jié)構(gòu)中，例如鑲嵌結(jié)構(gòu)。鑲嵌結(jié)構(gòu)通常用來在集成電 路上形成金屬互連。其它的結(jié)構(gòu)包括STI (淺溝絕緣)結(jié)構(gòu)、用于晶體管的柵極器 件、DRAM器件或雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
圖3A-3E示出了鑲嵌結(jié)構(gòu)制微程的不同階段的基底260的示意性橫截面圖， 該基底中包括其中的無定形碳層。根據(jù)處理的特定階段，基底260可以對應(yīng)于硅 基底，或者已經(jīng)形成在戶;M基底上的其它材料層。例如，圖3A示出了具有形成在 其上的介電層262的基底260的橫截面圖。0M介電層262可以是氧化物(例如， 二氧化硅、氟硅酸鹽玻璃)。通常，基底260可以包括本領(lǐng)域中已知的硅、硅化物、 金屬、或其它材料層作為介電層。其它的實施例考慮使用非介電材料，例如導(dǎo)電 或半導(dǎo)體材料。
圖3A示出了本發(fā)明的一個實施例，其中基底260為具有形成在其上的氟硅 玻璃層的硅。戶腿介電層262的厚度在大約5000A至U大約10000A之間，這 取決于制造出的結(jié)構(gòu)的尺寸。按照上面討論的工藝參數(shù)，分級ARC層264形成在 介電層上。在一個實施例中，分級ARC層和無定形碳層在原位形成，由原位層264 表示。戶，原位層264既作為抗反身t凃?qū)右沧鳛橛惭赟莫。戶/M原位層264在與無 定開滅層相同的劍牛下沉積，但是添加了例如硅、碳化硅、TMS或硅烷的硅源， 以及隨后的氧前體。腔室中的氣體的流量調(diào)節(jié)允許戶，原位層264分級沉積。原 位層264的戶膽無定臓部分的厚度為大約500A到大約1/mi，并且原位層264 的分級ARC部分可以在大約200A到大約2000A之間。參考圖3B，所述原位層 264可以被圖案化并且蝕刻，以限定觸點/通道開口 266，并且在形成戶;M觸點y通 道的區(qū)域處將介電層262暴露。所述原位層264可以利用傳統(tǒng)的光刻技術(shù)圖案化， 并且可以禾,氧和/或氨等離子體蝕刻。所述圖案可以利用氣體混合物來轉(zhuǎn)印而穿 過原位層264的分級ARC部分，其中氣體混合物包括包含氫的碳氟化合物 (CxFyHz)以及從由氫氣(H2)、氮氣(N2)、氧氣(02)、氬(Ar)和氦(He)所 組成的組中選擇出的一種或多種氣體?？梢院虛沓粞?、氧氣或氨等離子體制蟲地、 或者再組合溴化氫(HBr)、氮氣(N2)、四氟化碳(CF4)、氬(Ar)及其它氣體來 蝕刻原位層264的無定開織層部分。可以利用不同的工藝步驟在原位蝕刻這些層。
如圖3C所示，可以禾U用原位層264的所述無定,部分作為硬撤莫，將形成 在原位層264中的觸點y通道開口 266轉(zhuǎn)印到介電層262中。利用反應(yīng)性離子蝕刻 或其它各向異性蝕刻方 封蟲刻戶脫觸點y通道266。在觸點/通道266轉(zhuǎn)印到戶脫介 電層262之后，余下的原位層264可以利用上面討論的蝕刻劑從介電層262脫離， 如圖3D所示。
參考圖3E，金屬化結(jié)構(gòu)可以利用導(dǎo)電材料274形成在觸點/通道266中，其中 導(dǎo)電材料例如鋁、銅、鴇或其組合物。通常，用銅來形成金屬化結(jié)構(gòu)，因為它的 電阻率低(大約1.7μΩ-cm)。所述導(dǎo)電材料274可以利用化學(xué)氣相淀積、物理氣相 淀積、電鍍或其組合方法沉積，以形成鑲嵌結(jié)構(gòu)。最好是，例如鉭、氮化鉭或其 它合適的阻擋材料的阻擋層272首先在所述金屬化結(jié)構(gòu)中共形地沉積，從而防止 金屬遷移到周圍介電材料層262中。此外，所示介電層262最好具有低的介電常 數(shù)(介電常數(shù)小于大約4.5)，從而防止在戶;M金屬化結(jié)構(gòu)的相鄰的觸點/通道266 之間的電容耦合。
B.分級抗反射涂層(ARC)
圖4A-4C示出了集成電路制皿程中的不同階段的基底300的示意性橫截面 圖，其包括分級抗RI寸涂層(ARC)。通常，基底300是指在其上進行膜處理的任 意的工件，并且基底結(jié)構(gòu)350通常用來表示基底300以及形成在基底300上的其 它材料層。根據(jù)處理過程的特定階段，基底300可以對應(yīng)于硅基底，或者是已經(jīng) 形成在所述基底上的其它材料層。例如，圖4A示出了基底結(jié)構(gòu)350的橫截面圖， 其中基底300是形成在硅晶片上的氧化層。
按照上述的工藝參數(shù)，分級ARC層302可以形成在基底300上。所述分級 ARC層在波長小于大約250nm的情況下的折射率(n)在大約1.0到2.2之間，并 且吸收系數(shù)(k)在大約0到大約1.0之間，從而使得其適于用作DUV波長下的 ARC。所述分級ARC層包括隨著層的厚度改變的吸收系數(shù)(k)。也就是，所述分 級ARC層具有形成在其中的成梯度變化的吸收系數(shù)。這種梯度形成為形成層期間 的氣體混合物的溫度以及組成的函數(shù)。當所述分級ARC具有梯度時，兩個材料層 的折射率(n)和吸收系數(shù)(k)可以類似，因此分級ARC具有最小的反射和最大 的傳輸。然后，戶艦無定形碳ARC的戶脆折射率(n)和吸收系數(shù)(k)可以逐漸 被調(diào)節(jié)到吸收其中傳輸?shù)乃泄?。在這個實施例中，戶腿分級ARC層的底部的n 和k值與基底的n和k值類似。在一個實施例中，這兩個材料層的吸收系數(shù)(k) 在大約+/—0.05的范圍內(nèi)匹配。
所述分級ARC層的厚度還可以根據(jù)處理的特定階段而改變。通常，所述分級 ARC層的厚度為大約200A到2000A之間。
圖4B描述了形成在圖4A的基底結(jié)構(gòu)350上的能量敏感抗蝕材料304層。能 Si(感抗蝕材料層可以旋轉(zhuǎn)涂覆到基底上達一定厚度，該厚度處于大約2000A至 大約6000A的范圍內(nèi)。所述能m感抗蝕材料可以選自對DUV輻射敏感的材料， 該DUV輻射的波長小于250nm。在這個實施例中，所述分級ARC層的頂部的n 和k值對應(yīng)于戶;M能iit感抗1:媚的n和k值。
通過將這種能Si(感抗蝕材料304經(jīng)掩膜306暴露于DUV輻射下，將該圖 案的圖像導(dǎo)入能難感抗蝕材料304層中。被導(dǎo)入能量敏感抗蝕材料304層中的 圖案的圖像可以由合適的顯影劑顯影，從而限定出通過該層的圖案。此后，如圖 4C所示，在能Si(感抗蝕材料304中限定的圖案被轉(zhuǎn)印成穿過戶誠分級ARC層 302的圖案?？梢岳媚躆感抗蝕材料304作為掩膜，轉(zhuǎn)印所述圖案而穿過戶腿 分級ARC層302。禾傭氣體混合物進行蝕刻，該圖案被轉(zhuǎn)印穿過戶腿分級ARC 層302，其中該氣體混合物包括包含氫的碳氟化合物(CxFyHz)以及從由氫氣(H2)、 氮氣(N2)、氧氣(02)、氬(Ar)和氦(He)所組成的組中選擇出的一種或多種 氣體。在圖案化戶脫分級ARC層302之后，這種圖案可以可選地被轉(zhuǎn)印到戶脫基 底300中。
C.多層分級抗反針凃?qū)?ARC)
圖5A-5D示出了集成電路制造過程中的不同階段的基底400的示意性橫截面 圖，其中基底400包括多層分級抗反針凃?qū)?ARC)結(jié)構(gòu)。通常，基底400是指 在其上進行薄膜處理的任意的工件，并且基底結(jié)構(gòu)450通常用來表示基底400以 及形成在基底400上的其它材料層。根據(jù)處理過程的特定階段，基底400可以對 應(yīng)于硅基底，或者是已經(jīng)形成在戶;M基底上的其它材料層。例如，圖5A示出了基 底結(jié)構(gòu)450的橫截面圖，其中基底400是一種硅晶片。
按照上述的工藝參數(shù)，第一分級ARC層402可以形成在基底400上。戶，第 一分級ARC層402可以主要用于光吸收，因此，所述第一分級ARC層402在波 長小于大約250nrn的情況下折射率在大約1.0到大約2.2之間，并且吸收系數(shù)(k) 在大約0.0到大約1.0之間。戶;M第一分級ARC層402的厚度可以根據(jù)處理的特 定階段而改變。通常，戶欣第一分級ARC層402的厚度在大約300A到大約1500A 之間。
第二分級ARC層404可以形鵬戶腿第一分級ARC層402上。戶艦第二分 級ARC層404還可以按照上述的工藝參數(shù)而形成。戶艦第二分級ARC層404在 波長小于大約250nm的情況下還可以具有從大約1.0到大約2.2之間的折射率，并 且吸收系數(shù)(k)的范圍在大約0.0到大約1.0之間。另外的分級ARC層可以包括 在戶，多層分級ARC結(jié)構(gòu)中。
圖5B示出了形成在圖5A的戶艦基底結(jié)構(gòu)450上的能魏感抗蝕材料406層。 能M感抗蝕材料層可以旋轉(zhuǎn)涂覆在戶，基底上達一定厚度，其厚度在大約2000A 到大約6000A之間。戶服能量敏感抗蝕材料對波長小于250nm的DUV輻射敏感。 M將這種暴露敏感抗蝕材料406經(jīng)掩膜408暴 ￡ DUV輻射下，將圖案的圖像 導(dǎo)入能Si(感抗蝕材料406層中。被導(dǎo)入能魏感抗蝕材料406層中的圖案的圖 像可以由合適的顯影劑顯影，從而限定M該層的圖案，如圖5C中所示。此后， 參考圖5D，禾擁能Si(感抗蝕材料406作為掩膜，在能魏感抗蝕材料406中限 定的圖案被轉(zhuǎn)印成穿過分級ARC層404、 402的圖案。利用M的化學(xué)蝕刻劑， 例如氣體混合物，圖案被轉(zhuǎn)印穿過戶;M分級ARC層404、 402，其中該氣體混合物 包括包含氫的碳氟化合物(CxFyHz)以及從由氫氣(H2)、氮氣(N2)、氧氣(02)、 氬(Ar)和氦(He)所組成的組中選擇出的一種或多種氣體。在圖案化所述多層 ARC之后，這種圖案可以可選地被轉(zhuǎn)印到所述基底中。
雖然前面已經(jīng)描述了本發(fā)明的實施例，但是可以不脫離其基本范圍而設(shè)計出 本發(fā)明的其它和進一步的實施例，并且其范圍由所附的權(quán)利要求來確定。
權(quán)利要求
1、一種器件形成方法，其包括在基底上形成一層或多層無定形碳層；在一層或多層無定形碳層上形成抗反射涂層(ARC)層，其中所述ARC層的吸收系數(shù)隨著所述ARC層的厚度而改變；在所述ARC層上形成第一層能量敏感抗蝕材料；通過將所述能量敏感抗蝕材料暴露于圖案化輻射下，將圖案的圖像導(dǎo)入第一層能量敏感抗蝕材料中；以及顯影出導(dǎo)入第一層能量敏感抗蝕材料的所述圖案的圖像。
2、 如權(quán)利要求1戶脫的方法，還包括禾傭第一層會^Si(感抗蝕材料作為掩職每戶腿圖案轉(zhuǎn)印到所述ARC層； 將戶腿圖案轉(zhuǎn)印成穿過戶腿一層或多層無定臓層的圖案；以及 利用所述一層或多層無定形碳層作為掩膜，將限定在一層或多層無定形碳層 的至少一個區(qū)域中的所述圖案轉(zhuǎn)印到0M基底中。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述一層或多層無定形碳層以及戶，ARC 層在相同的處理系統(tǒng)中或者在相同的處理室中原位沉積，而不破壞真空。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述吸收系數(shù)的范圍為0至1.0之間。
5、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述ARC層的折射率的范圍為1.0至2.2 之間。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過調(diào)節(jié)一個或多個碳源、惰性氣體、硅 源和氧源的流量形成戶，ARC層。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述ARC層的底部的所述吸收系數(shù)與所 述無定，層的所述吸收系數(shù)在+/—0.05的范圍內(nèi)相對應(yīng)。
8、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述ARC層的頂部的所述吸收系數(shù)與第 一層能*^感抗蝕層的戶腿吸收系數(shù)在+/—0.05的范圍內(nèi)相對應(yīng)。
9、 如權(quán)禾腰求1戶腿的方法，其中戶;M基底具有形成在其上的一層或多層材料層。
10、 一種器件形成方法，包括 在基底上形成一層或多層無定，層；以及在所述一層或多層無定，層上形成抗反射涂層ARC層，其中所述ARC層 的吸收系數(shù)隨著戶皿ARC層的厚度而改變，其中戶皿一層或多層的無定形碳層和 戶皿ARC層在相同的處理系統(tǒng)中或者形成在相同的處理室中原位沉積，而不會破 壞真空。
11、 如權(quán)利要求10所述的方法，還包括 在戶皿ARC層上形，一層會,感抗蝕材料；通過將所述第一層能量敏感抗蝕材料暴露于圖案化輻射下，將圖案的圖像導(dǎo) 入臓第一層能纖感抗蝕材料中；顯影導(dǎo)入戶，能SS(感抗i^M中的所述圖案的圖像；禾,戶，能M感抗蝕材料層作為掩膜，將戶，圖案轉(zhuǎn)印到戶，ARC層以及 一層或多層無定形碳層；以及禾傭一層或多層無定形碳層作為掩膜，將限定在所述一層或多層無定形碳層 的至少一個區(qū)域中的所述圖案轉(zhuǎn)印到所述基底中。
12、 如權(quán)利要求10戶腿的方法，其中戶脫吸收系數(shù)的范圍為0到1.0之間。
13、 如權(quán)禾腰求10戶腿的方法，其中M調(diào)節(jié)一個或多個碳源、惰性氣體、硅源和氧源的流量形成戶;f^ ARC層。
14、 如權(quán)利要求10所述的方法，其中通過使氧源和硅激1A所述相同的處理 系統(tǒng)鄉(xiāng)鵬目同的處理室中而形成臓ARC層。
15、 如權(quán)利要求10戶腿的方法，其中戶服抗反針凃?qū)拥暮穸仍?00A和2000A 之間。
16、 一種用于光刻工藝的抗反躭凃?qū)?ARC)材料層，戶脫ARC層由氣體混 合物形成，該氣體混合物包括一個或多個碳源、硅源、氧源，其中所述ARC層的吸收系數(shù)隨著戶;M ARC層的厚度而改變。
17、 如權(quán)禾腰求16戶膽的抗反針凃?qū)?，其中戶艦ARC層的折射率的范圍為 1.0至2.2。
18、 如權(quán)禾腰求16戶脫的抗反針凃?qū)?，其中戶腿氣體混合物中的戶腿一個或 多個碳源具有iKCxHy，其中x為2至10， y為2至22。
19、 如權(quán)利要求16所述的抗反針凃?qū)?，其中卩，一個或多個碳源從包括丙烯、丙炔、丙烷、丁垸、丁烯、丁二烯、乙炔、戊烷、雌、戊二烯、環(huán)鵬、環(huán)戊 二烯、苯、甲苯、a祐品烯、酚、甲基異丙基苯、降冰片二烯及其組合的組中選擇。
20、如權(quán)利要求16戶腿的抗反針凃?qū)樱渲袘敉榷栊詺怏w從包f旗、氬、氮及其組合的組中選擇。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用分級抗反射涂層形成器件的方法。在基底上形成一層或多層無定形碳層。在一層或多層無定形碳層上形成抗反射涂層(ARC)，其中所述ARC層的吸收系數(shù)隨著所述ARC層的厚度而改變。在所述ARC層上形成能量敏感抗蝕材料。通過將所述能量敏感抗蝕材料暴露于圖案化的輻射下，將圖案的圖像導(dǎo)入能量敏感抗蝕材料層中。顯影出導(dǎo)入能量敏感抗蝕材料層的所述圖案的圖像。
文檔編號G03F7/20GK101174099SQ20071014217
公開日2008年5月7日 申請日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者克旺達克·道格拉斯·李, 桑-葉·貝蒂·唐, 溫迪·H·葉, 薩德哈·拉蒂, 馬丁·J·西蒙斯, 馬修·斯普勒 申請人:應(yīng)用材料公司