專利名稱：在低溫及減小的沉積速率下形成teos蓋層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及集成電路的制造，尤其涉及通過(guò)需要先進(jìn)掩模方案的精密微調(diào)蝕刻技術(shù)(trim etch technique)在襯底上形成小型電路元件，諸如場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵電極，其中所述電路元件的尺寸明顯小于相關(guān)光刻技術(shù)的分辨率。
背景技術(shù)：
近年來(lái)集成電路內(nèi)電路元件的特征尺寸持續(xù)減小的趨勢(shì)未來(lái)仍會(huì)繼續(xù)下去，而其中，必須建立可重復(fù)且強(qiáng)固的過(guò)程，使得以成本有效的方式形成大量集成電路成為可能。目前，可作為大規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)品的復(fù)雜集成電路所含元件的尺寸遠(yuǎn)小于用來(lái)將圖案從掩模轉(zhuǎn)移至形成在襯底上的材料層中的光刻設(shè)備的光學(xué)分辨率。當(dāng)前電路元件的最小尺寸為100納米及以下，其中用來(lái)將圖案從掩模以光學(xué)方式轉(zhuǎn)移至襯底表面的輻射波長(zhǎng)是在紫外光范圍內(nèi)，例如248納米，而在最近開(kāi)發(fā)的技術(shù)中約為193納米。在此波長(zhǎng)范圍內(nèi)，光學(xué)透射元件(例如透鏡)的吸收相當(dāng)大，且會(huì)隨著波長(zhǎng)的進(jìn)一步減小而大幅增加。因此，僅僅通過(guò)減小光刻設(shè)備的光源波長(zhǎng)來(lái)發(fā)展并不容易做到，且可能難以應(yīng)用于具有50納米及以下的特征尺寸的電路元件的大規(guī)模生產(chǎn)。因此需要先進(jìn)的微調(diào)過(guò)程以便從最小尺寸得到最終想要的尺寸，該最小尺寸可通過(guò)光刻以光刻膠特征(resist features)而實(shí)現(xiàn)。
因此，將電路圖案可靠地從掩模轉(zhuǎn)移至襯底的總分辨率一方面取決于光刻設(shè)備的固有光學(xué)分辨率、與光刻圖案化過(guò)程相關(guān)的材料(諸如，光刻膠與任何用來(lái)將光刻膠中的有害散射與駐波效應(yīng)最小化的抗反射涂層(anti-reflective coating，ARC))的特性、以及涉及形成光刻膠層與ARC層并在曝光后蝕刻這些層的沉積與蝕刻程序。尤其是，光刻膠的高度非線性行為結(jié)合復(fù)雜的ARC層與光刻掩模技術(shù)，使得形成所具有的尺寸遠(yuǎn)小于光刻設(shè)備的固有光學(xué)分辨率的光刻膠圖案成為可能。此外，施加進(jìn)一步的后光刻(post-lithography)微調(diào)蝕刻過(guò)程以進(jìn)一步減小光刻膠圖案的特征尺寸，而該光刻膠圖案在隨后的各向異性步驟中將當(dāng)作蝕刻掩模，所述各向異性步驟用于將該光刻膠圖案轉(zhuǎn)移至下方的材料層中。因此，此光刻膠微調(diào)過(guò)程能將柵極電極的臨界尺寸減小為遠(yuǎn)小于光刻波長(zhǎng)的尺寸。
不過(guò)，因?yàn)槿魏螙艠O長(zhǎng)度的變化會(huì)直接轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K器件運(yùn)作速度的對(duì)應(yīng)變化，因此很重要的是要精確控制光刻膠微調(diào)過(guò)程以便形成準(zhǔn)確界定的掩模，用于隨后的各向異性蝕刻過(guò)程以便對(duì)柵極層疊(gatelayer stack)進(jìn)行圖案化。由于器件的持續(xù)按比例縮小需要將光刻膠微調(diào)的概念進(jìn)一步延伸以得到對(duì)于給定曝光波長(zhǎng)的期望減小臨界尺寸，因此必須使光刻膠層厚度適應(yīng)于微調(diào)過(guò)程期間的增大光刻膠材料去除量，從而會(huì)顯著退化由光刻膠與底部抗反射涂層(ARC)組成的層疊的光學(xué)特性。特別是，底部ARC的反射率會(huì)顯著影響光刻后的線寬(linewidth)，并導(dǎo)致其變化可能無(wú)法通過(guò)隨后的微調(diào)過(guò)程在設(shè)計(jì)規(guī)則所規(guī)定的嚴(yán)格過(guò)程偏差內(nèi)有效地予以補(bǔ)償。
基于這個(gè)理由，最近已發(fā)展出一種過(guò)程技術(shù)，該技術(shù)提出將非晶碳層結(jié)合介電蓋層(cap layer)作為底部ARC層，從而顯著增強(qiáng)對(duì)反射率的控制。此外，可對(duì)應(yīng)于光刻膠層厚度減小的微調(diào)后光刻膠特征，而輕易地將碳/蓋層堆疊予以圖案化，從而在用來(lái)蝕刻多晶硅層的碳/蓋層堆疊內(nèi)形成硬掩模特征。
以下參考圖1a-1c，詳細(xì)描述根據(jù)碳/蓋層堆疊形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極的典型傳統(tǒng)流程。
圖1a示意了半導(dǎo)體器件100在材料圖案化之前的剖面圖，所述圖案化是基于使用了248納米或193納米的波長(zhǎng)的先進(jìn)光刻過(guò)程，并基于借助了硬掩模的先進(jìn)蝕刻過(guò)程，該硬掩模依次被光刻膠掩模特征圖案化，而該光刻膠掩模特征通過(guò)相對(duì)應(yīng)的光刻膠微調(diào)過(guò)程加以微調(diào)。
半導(dǎo)體器件100包括襯底101，例如硅襯底或SOI(絕緣體上硅)襯底，其上形成有要圖案化的材料層，諸如，包括柵極絕緣層103與多晶硅層104的柵極層疊102。在多晶硅層104上形成非晶碳層105，接著再形成蓋層106，該蓋層106通?？捎啥趸?、氮氧化硅(siliconoxynitride)、無(wú)氮介電層(nitrogen-free dielectric layers)、或類似物所構(gòu)成，其中使用氮氧化硅可能是因?yàn)橥ㄟ^(guò)改變氧/氮比例可調(diào)節(jié)光學(xué)特性。非晶碳層105與蓋層106的設(shè)計(jì)方式使得它們組合起來(lái)作為對(duì)特定曝光波長(zhǎng)以及對(duì)所使用光刻膠類型的有效抗反射涂層。如上所述，在圖案化多晶硅層期間，抗反射涂層的反射率可顯著影響光刻膠微調(diào)過(guò)程的精確度，從而也影響最后所得的多晶硅特征的柵極長(zhǎng)度。對(duì)于50納米或更小的柵極長(zhǎng)度而言，偏差必須在1納米以下才能符合器件規(guī)格。因此，由層106與層105形成的抗反射涂層必須在整個(gè)襯底101上以及在不同襯底間提供高度一致的反射率，以便減小具有初始橫向尺寸108與初始高度109的光刻膠掩模特征107的尺寸變化。
用來(lái)形成如圖1a所示的半導(dǎo)體器件100的典型流程可包括以下過(guò)程。首先，形成柵極層疊102，其中可通過(guò)先進(jìn)的氧化和/或沉積過(guò)程形成柵極絕緣層103，以便得到具有所需厚度與材料成分的柵極介電層。隨后，可通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)用成熟的過(guò)程配方來(lái)沉積多晶硅層104。之后，通過(guò)等離子體增強(qiáng)CVD從適當(dāng)?shù)那绑w來(lái)沉積非晶碳層105，其中層105厚度的調(diào)整是考慮了其光學(xué)特性以及在隨后用于圖案化多晶硅層104的各向異性蝕刻過(guò)程期間的蝕刻選擇性。然后，可用PECVD沉積蓋層106(例如由氮氧化硅組成)，其中選擇蓋層106的厚度與材料成分以便提供特定曝光波長(zhǎng)所需的相位偏移(phase shifting)，從而結(jié)合非晶碳層105以減少光刻曝光期間曝光輻射的背反射。之后，沉積光刻膠層，使其特性適應(yīng)于光刻期間所使用的特定曝光波長(zhǎng)，其中除了在任何曝光前后的烘烤過(guò)程期間的一定程度的收縮以外，光刻膠層的厚度基本上對(duì)應(yīng)于光刻膠掩模特征107的初始高度109。為了要在給定的景深下實(shí)現(xiàn)光刻過(guò)程的高分辨率，有必要根據(jù)所使用的曝光波長(zhǎng)而形成厚度約100至300納米的光刻膠層。在光刻膠層曝光與顯影后，光刻膠掩模特征107A以虛線顯示的尺寸減小是從初始橫向尺寸108減小為期望的最終橫向尺寸108A，伴隨著初始高度109對(duì)應(yīng)地減小為最終高度109A。最終高度109A可能不足以用作直接圖案化多晶硅層104的蝕刻掩模，所述圖案化是用于所需柵極長(zhǎng)度的量級(jí)約在80至100納米的半導(dǎo)體器件的典型流程?；谶@個(gè)理由，因而提供非晶碳層105，且可用反應(yīng)性離子蝕刻(reactive ionetching)將其輕易地圖案化，其中，在光刻膠掩模特征107經(jīng)過(guò)光刻膠微調(diào)過(guò)程以變成減小的光刻膠掩模特征107A之后，光刻膠掩模特征107的最終高度109A足以允許可靠地圖案化非晶碳層105與蓋層106。蓋層106對(duì)于基本上避免光刻膠層和下方的非晶碳層105直接接觸是有必要的，否則會(huì)導(dǎo)致光刻膠毒化(resist poisoning)且增大最終所得多晶硅特征的缺陷率。關(guān)于這方面的理由可能是在碳與光刻膠間界面的化學(xué)反應(yīng)，從而可能改變光刻膠的光學(xué)特性并造成顯影不足的光刻膠部分，該顯影不足的光刻膠部分隨后可能被圖案化于多晶硅層104內(nèi)。
圖1b示意了半導(dǎo)體器件100的剖面圖，是在完成光刻膠微調(diào)過(guò)程以及隨后的反應(yīng)性離子蝕刻過(guò)程之后，以便用減小的光刻膠掩模特征107A形成硬掩模，其中該硬掩模由碳層105的剩余物105A與蓋層106的剩余物106A所組成。之后，在各向異性蝕刻多晶硅層104之前，可先去除該減小的光刻膠掩模特征107A，其中也可消耗掉薄蓋層剩余物106A，而由非晶碳層剩余物105A提供所需的蝕刻選擇性并允許橫向尺寸108A轉(zhuǎn)移至多晶硅層104中。
圖1c示意了半導(dǎo)體器件100的剖面圖，是在完成各向異性蝕刻過(guò)程之后，從而形成基本上具有橫向尺寸108A的多晶硅特征104A。盡管上述流程允許形成具有50納米或更小的橫向尺寸108A的多晶硅特征104A，不過(guò)，結(jié)果觀察到多晶硅特征104A會(huì)出現(xiàn)中等程度的高缺陷率。相關(guān)研究似乎顯示缺陷率與用來(lái)界定硬掩模105A的蓋層106的類型有關(guān)。例如，由氮氧化硅構(gòu)成的蓋層106會(huì)出現(xiàn)顯著的缺陷率，從而致使形成過(guò)程不可靠，而提供以二氧化硅形式的蓋層106有可能可減小缺陷率，其中根據(jù)目前可利用的過(guò)程配方可能無(wú)法以可靠的方式控制對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)沉積過(guò)程。
鑒于上述問(wèn)題，需要一種改良過(guò)程，用于形成通過(guò)碳硬掩模來(lái)圖案化多晶硅特征的蓋層，其中缺陷率減小并且過(guò)程可靠性增強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，本發(fā)明致力于一種方法，用于在圖案化多晶硅特征的非晶碳硬掩模層上形成二氧化硅蓋層。雖然本發(fā)明不受限于以下的解釋，但相信用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積以370℃或更低溫度提供的二氧化硅層能顯著減少最終所得多晶硅特征的缺陷?；诖税l(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)可用于形成二氧化硅層的等離子體增強(qiáng)CVD過(guò)程，以便能可靠地將二氧化硅層的厚度控制在5至50納米的范圍內(nèi)，如用來(lái)提供與下方的非晶碳層有關(guān)的期望光學(xué)特性所需要。由于通常以TEOS為基礎(chǔ)的等離子體增強(qiáng)CVD過(guò)程在較低溫度下會(huì)呈現(xiàn)增大的沉積速率，而根據(jù)本發(fā)明較低溫度對(duì)于降低缺陷率是必需的，因此在某些實(shí)施例中，將沉積過(guò)程予以控制以提供減小的沉積速率，以便能可靠地控制層的厚度，從而確保二氧化硅/非晶碳層堆疊的所需光學(xué)特性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)例示性實(shí)施例，一種形成二氧化硅蓋層的方法包括在襯底之上形成非晶碳層，且在溫度約為370℃或更低時(shí)、在等離子體氣氛中從TEOS沉積二氧化硅于該非晶碳層上，以形成厚度約在5至50納米范圍內(nèi)的蓋層。
在另一實(shí)施例中，本方法進(jìn)一步包括以基本上相等的流速將氦和氧供應(yīng)至所述等離子體氣氛。
在另一實(shí)施例中，本方法進(jìn)一步包括在沉積所述二氧化硅之前將氦和氧供應(yīng)至所述襯底的環(huán)境。
在另一實(shí)施例中，本方法進(jìn)一步包括通過(guò)抽吸(pumping)并同時(shí)以小于沉積期間流速的流速來(lái)供應(yīng)氦和氧，而在沉積所述二氧化硅之后去除反應(yīng)副產(chǎn)物。
根據(jù)本發(fā)明的另一例示性實(shí)施例，一種形成抗反射層的方法包括在襯底之上形成待圖案化的材料層，且在該材料層之上形成具有第一厚度的非晶碳層。然后，以低于約370℃的溫度在該非晶碳層上形成具有第二厚度的二氧化硅層，其中選擇該第一與第二厚度，以便對(duì)一特定曝光波長(zhǎng)產(chǎn)生約為2％或更小的反射率。
在另一實(shí)施例中，所述二氧化硅是通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積用TEOS作為前體而形成的。
在另一實(shí)施例中，本方法進(jìn)一步包括將所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積期間的沉積速率控制到大約每分鐘200至400納米的范圍。
在另一實(shí)施例中，將所述沉積速率調(diào)整至大約每分鐘280至320納米的范圍。
在另一實(shí)施例中，所述二氧化硅是在大約330℃或更低溫度沉積的。
在另一實(shí)施例中，所述二氧化硅是在大約280℃至320℃范圍內(nèi)的溫度沉積的。
在另一實(shí)施例中，所述二氧化硅是在大約300℃的溫度沉積的。
在另一實(shí)施例中，本方法進(jìn)一步包括通過(guò)將所述等離子體氣氛的壓力調(diào)節(jié)至大約4.5至6.5托的范圍而控制沉積速率。
在另一實(shí)施例中，本方法進(jìn)一步包括將TEOS供應(yīng)調(diào)節(jié)至大約每分鐘600毫克或更少。
在另一實(shí)施例中，將所述TEOS供應(yīng)調(diào)節(jié)至大約每分鐘450毫克至每分鐘550毫克的范圍內(nèi)。
在另一實(shí)施例中，將所述TEOS供應(yīng)調(diào)節(jié)至大約每分鐘500毫克。
在另一實(shí)施例中，本方法進(jìn)一步包括在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積期間以基本上相等的流速將氦和氧供應(yīng)至等離子體氣氛。
在另一實(shí)施例中，本方法進(jìn)一步包括在沉積所述二氧化硅之前將氦和氧供應(yīng)至所述襯底的環(huán)境。
在另一實(shí)施例中，本方法進(jìn)一步包括通過(guò)抽吸并同時(shí)以小于沉積期間流速的流速來(lái)供應(yīng)氦和氧，而在沉積所述二氧化硅之后去除反應(yīng)副產(chǎn)物。


本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目的和實(shí)施例界定于隨附的權(quán)利要求中，并從參考附圖的以下詳細(xì)說(shuō)明將變得更顯而易見(jiàn)，在附圖中圖1a至1c示意了不同制造階段期間的半導(dǎo)體器件的剖面圖，所述制造階段根據(jù)傳統(tǒng)的流程，用來(lái)通過(guò)非晶碳硬掩模形成多晶硅層特征；以及圖2a至圖2e示意了不同制造階段中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面圖，所述制造階段根據(jù)本發(fā)明的例示性實(shí)施例，使用于低溫形成的二氧化硅蓋層通過(guò)碳硬掩模將多晶硅層圖案化。
具體實(shí)施例方式
盡管是參考例示在以下詳細(xì)說(shuō)明中以及附圖中的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的，但是應(yīng)了解，以下詳細(xì)說(shuō)明以及附圖并不意在將本發(fā)明限制于所公開(kāi)的特定例示性實(shí)施例，而是，所說(shuō)明的例示性實(shí)施例僅僅是舉例說(shuō)明本發(fā)明的不同方面，本發(fā)明的范圍由隨附的權(quán)利要求所界定。
參考圖2a至圖2e，現(xiàn)在詳述本發(fā)明的其他例示性實(shí)施例。
在圖2a中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200包括襯底201，例如硅襯底、SOI(絕緣體上硅)襯底、或任何其他的合適襯底，所述襯底201上已形成有在其中適合形成電路元件的半導(dǎo)體層。在襯底201上形成要依照特定設(shè)計(jì)規(guī)則予以圖案化的材料層204，其中材料層204可為層疊202的一部分。例如，層疊202可代表包括柵極絕緣層203與以多晶硅層形式的材料層204的柵極層疊。不過(guò)，層疊202可包括用于形成目前這一代與下一代器件的電路元件所需的任何其他適當(dāng)材料層?；旧嫌煞蔷紭?gòu)成的碳層205位于層疊202上，其中針對(duì)下方材料層204的蝕刻選擇性適當(dāng)選擇碳層205的厚度，而該材料層204要在隨后的各向異性蝕刻過(guò)程中被圖案化以形成電路元件，諸如柵極長(zhǎng)度小于80納米、特別是小于50納米的極先進(jìn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極。例如，所考慮的各向異性蝕刻過(guò)程可界定碳層205對(duì)多晶硅層204的蝕刻選擇性約為1∶10或更小，從而將碳層205的厚度選擇為多晶硅層204厚度的約30％至50％，以提供充分的安全余裕(safety margin)。
用于形成如圖2a所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的典型流程可包括先前參考圖1a所描述的過(guò)程，因此在此不再詳述。不過(guò)，應(yīng)了解在此背景下，可通過(guò)等離子體增強(qiáng)CVD用任何適當(dāng)?shù)某练e工具形成碳層205。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可用Applied Materials所售、商標(biāo)為ProducerTM或DXZTM的沉積工具形成碳層205。
圖2b示意了在高級(jí)制造階段中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200。將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200暴露于氣態(tài)環(huán)境(gaseous ambient)220，該氣態(tài)環(huán)境220可在與先前用來(lái)形成碳層205相同的沉積工具內(nèi)建立，或者在可能使用的任何其他不同適當(dāng)沉積工具內(nèi)建立?？紤]到工具利用率與處理量，在一特定實(shí)施例中，可采用上述指定的Applied Materials的沉積工具。氣態(tài)環(huán)境220可用約4.5托至6.5托的特定壓力來(lái)界定，例如，約5.5托。此外，可將惰性載氣(諸如氦)以及反應(yīng)組份(諸如氧)供應(yīng)至氣態(tài)環(huán)境220，以便在碳層205上提供適當(dāng)?shù)臍怏w混合物與濃度。在一特定實(shí)施例中，以大體相似的流速供應(yīng)載氣與氧，其中，取決于沉積工具的特定性，流速值可在2500sccm至3500sccm的范圍內(nèi)，例如約3000sccm。同時(shí)，可通過(guò)相應(yīng)的液體注射系統(tǒng)供應(yīng)液態(tài)TEOS(tetra-ethyl-ortho-silicate，正硅酸四乙酯)，通常該液體注射系統(tǒng)并入在傳統(tǒng)PECVD工具內(nèi)。取決于沉積工具的幾何特定性，TEOS的典型供應(yīng)速率約在400至600毫克/分鐘的范圍內(nèi)，例如，約500毫克/分鐘。在將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200暴露于氣態(tài)環(huán)境220期間，可將襯底201維持在等于或低于370℃的基本上不變的溫度下，而在一特定實(shí)施例中，可將襯底201的溫度保持在約280至330℃之間，例如可將襯底201的溫度保持在約300℃。建立氣態(tài)環(huán)境220以便“準(zhǔn)備”半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200用于隨后的低溫二氧化硅沉積，其中，充分降低沉積速率以便能控制厚度，從而控制最終所得二氧化硅層的光學(xué)特性。
在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，建立氣態(tài)環(huán)境220之前可有一個(gè)或更多的穩(wěn)定化步驟(stabilization step)，用來(lái)使襯底201達(dá)到期望的溫度，而無(wú)減小襯底201周圍環(huán)境壓力的顯著氣體流動(dòng)或抽吸活動(dòng)。此外，可將沉積期間襯底201相對(duì)于輸送載氣以及反應(yīng)氣體的噴灑頭(showerhead)的距離調(diào)整為期望數(shù)值，如實(shí)際沉積步驟期間所使用。此外，當(dāng)將壓力調(diào)整為約10托以下的范圍但仍顯著高于實(shí)際沉積步驟期間的壓力時(shí)，可將載氣(諸如氦)予以引入，并可隨后將氧供給至該氣態(tài)環(huán)境。
在另一穩(wěn)定化步驟中，可將壓力減少至實(shí)際的沉積壓力，同時(shí)將數(shù)量增加的液態(tài)TEOS(例如，約在700毫克/分鐘(mg/m)的范圍內(nèi))供給至氣態(tài)環(huán)境220，以便“沖洗”襯底201的表面與具有氣態(tài)TEOS的氣態(tài)環(huán)境220。接下來(lái)，可執(zhí)行調(diào)整步驟以將TEOS供給速率調(diào)整至沉積期間的實(shí)際供給速率，如以上所指定，以便“準(zhǔn)備”環(huán)境220用于適度低的二氧化硅沉積速率。
圖2c示意了在實(shí)際沉積二氧化硅期間的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200。為此目的，通過(guò)將通常提供于傳統(tǒng)PECVD工具中的相應(yīng)等離子體激活裝置(未顯示)予以激活，而建立等離子體氣氛220A。在沉積期間，將參考圖2b所述的氣態(tài)環(huán)境220的參數(shù)基本上維持不變，其中沉積速率約達(dá)200至400納米/分鐘的范圍內(nèi)。因此，沉積速率足夠高以便確保有合理的生產(chǎn)量，同時(shí)，另一方面，可通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇沉積時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)形成在碳層205上的二氧化硅層206的厚度206B的控制。
在一特定實(shí)施例中，選擇沉積時(shí)間以便得到在約5至50納米范圍內(nèi)的厚度206B，而在其他特定實(shí)施例中，約在3至10秒內(nèi)得到約在8至40納米范圍內(nèi)的厚度206B。如前所述，可通過(guò)控制厚度206B來(lái)調(diào)節(jié)二氧化硅層206的光學(xué)特性，以便與碳層205結(jié)合時(shí)可對(duì)指定曝光波長(zhǎng)獲得期望的低反射率。由于用PECVD沉積的二氧化硅的折射率眾所周知，或者可通過(guò)測(cè)量相應(yīng)的測(cè)試襯底(其上已形成有通過(guò)以上所指定的沉積參數(shù)而制備的二氧化硅層)來(lái)輕易地確定以上所指定的沉積參數(shù)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，所以可預(yù)先確定厚度206B的適當(dāng)期望值，然后可基于期望厚度來(lái)控制沉積。
可通過(guò)中斷等離子體激活裝置和/或通過(guò)中斷TEOS供給來(lái)中斷沉積二氧化硅形成層206的過(guò)程。之后，可中斷TEOS供給并減小載氣(諸如，氦)的流速以及減小氧的流速來(lái)執(zhí)行抽吸步驟。在一實(shí)施例中，相比于沉積流速，氧的流速可減小50％以上，而氦的流速小于氧的流速。最后，可中斷氧的供給，同時(shí)維持氦的供給，之后，中斷所有氣體的供給，同時(shí)仍通過(guò)持續(xù)的抽吸動(dòng)作來(lái)去除反應(yīng)副產(chǎn)物。
在一特定的實(shí)施例中，可用一沉積配方來(lái)建立氣態(tài)環(huán)境220、使其穩(wěn)定、提供等離子體氣氛220A、以及通過(guò)抽吸而去除氣體副產(chǎn)物，其中該配方可包括以下步驟在約300℃的溫度且不供給任何氣體，將襯底201的周圍環(huán)境穩(wěn)定化8至12秒；配置一個(gè)與沉積幾何一致的相應(yīng)處理室?guī)缀危?，設(shè)定噴灑頭與襯底201之間的距離，而同時(shí)仍不提供氣流且將溫度維持于沉積溫度約8至12秒；將氦以基本上對(duì)應(yīng)于沉積流速的流速引入約4至6秒；在約9托的增大壓力下，以例如約3000sccm的沉積流速供應(yīng)氧8至12秒，以建立氣態(tài)環(huán)境220；以例如約750至850毫克/分鐘的增大供給速率來(lái)激活TEOS供給，同時(shí)將環(huán)境壓力減小至沉積壓力，例如約5.5托；
通過(guò)將供給速率減小到約450至550毫克/分鐘約13至17秒，同時(shí)保持其余參數(shù)基本上不變，而將氣態(tài)環(huán)境220內(nèi)的TEOS含量降(ramping)至所需的沉積值；以基本上不變的參數(shù)建立等離子體氣氛220A，同時(shí)將沉積時(shí)間控制在約3至8秒的時(shí)間段內(nèi)，以便得到約在5至50納米范圍內(nèi)的最終二氧化硅厚度；減小氦與氧的流速，同時(shí)中斷TEOS的供給以及等離子體的產(chǎn)生，其中可將氦的流速調(diào)整為約1000sccm至1200sccm且將氧的流速調(diào)整為約1200sccm至1400sccm持續(xù)2至5秒；中斷氧的供給，同時(shí)保持氦的供給或?qū)⒑さ牧魉僭龃笾良s1200sccm至1400sccm，同時(shí)仍抽吸走反應(yīng)副產(chǎn)物；中斷所有氣體的供給同時(shí)仍去除副產(chǎn)物達(dá)約9至13秒。
圖2d示意了根據(jù)上述任一沉積方法完成二氧化硅層206沉積后的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200。此外，在二氧化硅層206上形成光刻膠層207，其中，二氧化硅層206與碳層205結(jié)合作為抗反射層，以便減小入射UV光束222的反射率，該入射UV光束222散射回光刻膠層207中而作為反射的或散射的光束223，而該光束223的強(qiáng)度約為2％或以下。如前所述，使光刻膠層207適應(yīng)于光刻技術(shù)，即，指定的曝光波長(zhǎng)，其中另外選擇光刻膠層207的厚度以便提供隨后用于圖案化層206與205的蝕刻過(guò)程期間所需的覆蓋。例如，在193納米的光刻過(guò)程中，光刻工具的景深會(huì)限制光刻膠層的厚度，因此，相比于248納米的光刻過(guò)程，通常需要較薄的光刻膠層。不過(guò)，由于用于形成二氧化硅層206的沉積過(guò)程有良好的可控制性，因此反射率(即，光束223與222的強(qiáng)度比率)可減小至2％甚至更小。同時(shí)，根據(jù)上述低溫過(guò)程形成的二氧化硅層提供了與碳層205有足夠穩(wěn)定的界面，并且也可靠地抑制了層207內(nèi)光刻膠與碳層205之間的任何化學(xué)反應(yīng)，從而顯著降低了最終所得的圖案化多晶硅特征的缺陷率。在曝光與顯影光刻膠層207之后，可用成熟的蝕刻化學(xué)方法執(zhí)行光刻膠微調(diào)過(guò)程，以獲得對(duì)應(yīng)光刻膠特征的最終期望橫向尺寸，然后將該光刻膠特征用作圖案化層206與205的蝕刻掩模。對(duì)應(yīng)的蝕刻配方是成熟的，并允許分別用突破蝕刻步驟(breakthrough etch step)與隨后的各向異性蝕刻過(guò)程來(lái)圖案化層206與205，而光刻膠層207的初始高度約為300納米或甚至更少。
圖2e示意了多個(gè)仍被碳蝕刻硬掩模特征205A覆蓋的多晶硅特征204A，而蓋層206的剩余物已在用于圖案化多晶硅層204以形成基本上呈現(xiàn)期望橫向尺寸208A的多晶硅特征204A的蝕刻期間被“消耗”掉。由于低溫等離子體增強(qiáng)CVD過(guò)程，而使缺陷率(即，損壞的或不符規(guī)格的、或有多晶硅剩余物的、或有顯著橫向尺寸偏離的多晶硅特征204A的數(shù)目)減小，因而可用193納米光刻過(guò)程或甚至用248納米光刻過(guò)程來(lái)制造具有50納米及以下(例如，45納米及以下)的期望橫向尺寸208A的多晶硅特征204A。取決于光刻與蝕刻過(guò)程的特定性，相比于使用例如氮氧化硅蓋層的傳統(tǒng)流程中所制備的特征，多晶硅特征(諸如，用193納米光刻光刻膠制備在測(cè)試襯底上的特征204A)的缺陷率會(huì)約小10倍。相信顯著減小的缺陷率是源于光刻膠毒化程度的降低，該光刻膠毒化可能是由氮與193納米光刻膠之間的反應(yīng)所造成。
結(jié)果，本發(fā)明提供一種用于形成二氧化硅層的改良技術(shù)，其利用了因中等低的沉積速率而使得高度過(guò)程控制成為可能的低溫等離子體增強(qiáng)CVD過(guò)程，因此能將二氧化硅層的光學(xué)特性針對(duì)下方的碳層而精確地調(diào)整，然后結(jié)合在一起而用作反射率為2％或更小的有效抗反射涂層。此外，相比于傳統(tǒng)方法，低溫PECVD沉積產(chǎn)生較小的缺陷率，從而增強(qiáng)過(guò)程穩(wěn)固性且提供可基于248納米或193納米光刻過(guò)程進(jìn)一步按比例縮小器件的潛力。
由于上述說(shuō)明，本發(fā)明的其他修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將會(huì)顯而易見(jiàn)。因此，應(yīng)將本說(shuō)明視為僅僅是例示性的，其目的是為了給本領(lǐng)域的技術(shù)人員揭示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一般方式。應(yīng)了解，在此所顯示及說(shuō)明的本發(fā)明的形式應(yīng)作為目前的優(yōu)選實(shí)施例。
產(chǎn)業(yè)適用性本發(fā)明涉及制備微結(jié)構(gòu)中所使用蓋層的過(guò)程。因此，產(chǎn)業(yè)適用性是很明顯的。
權(quán)利要求
1.一種形成二氧化硅蓋層的方法，所述方法包括在襯底(201)上形成非晶碳層(205)；以及在等離子體氣氛(220)中，在約370℃或以下的溫度，從TEOS沉積二氧化硅(206)于所述非晶碳層(205)上，以形成厚度約在5至50納米范圍內(nèi)的所述蓋層(206)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在約330℃或以下的溫度沉積所述二氧化硅。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在約280℃至320℃范圍內(nèi)的溫度沉積所述二氧化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在約300℃的溫度沉積所述二氧化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括將所述等離子體氣氛的壓力調(diào)整至約4.5至6.5托的范圍內(nèi)，以控制沉積速率。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括將TEOS供給調(diào)整至約每分鐘600毫克或更少。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，將所述TEOS供給調(diào)整至約每分鐘450毫克至每分鐘550毫克的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，將所述TEOS供給調(diào)整至約每分鐘500毫克。
9.一種形成抗反射層的方法，所述方法包括在襯底(201)上形成要圖案化的材料層(202)；在所述材料層(202)上形成具有第一厚度的非晶碳層(205)；在低于或等于370℃的溫度中在所述非晶碳層(205)上形成具有第二厚度(206b)的二氧化硅層(206)，其中，選擇所述第一厚度與第二厚度以便產(chǎn)生對(duì)特定曝光波長(zhǎng)約為2％或更小的反射率。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，將所述第二厚度調(diào)整至約5至50納米的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種用于碳硬掩模層的二氧化硅蓋層的形成方法，以用于圖案化具有50納米及更小的臨界尺寸的多晶硅層特征。為此目的，使用低溫等離子體增強(qiáng)CVD過(guò)程，其中保持低沉積速率以改善層厚度的可控制性，從而改善二氧化硅層的光學(xué)特性。
文檔編號(hào)H01L21/3213GK1846297SQ200480024861
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者H·呂爾克, K·許伊, K·羅梅羅 申請(qǐng)人:先進(jìn)微裝置公司