專利名稱：在襯底上沉積材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)來沉積具有可調(diào)光學(xué)和蝕刻特性的薄膜材料。
背景技術(shù)：
加工集成電路和器件需要在襯底上沉積電子材料。沉積膜可以是襯底或最終電路的永久部分。在這種情況下，要選擇薄膜特性為電路運(yùn)行提供所需電子、物理或化學(xué)性能。在另一情況下，可以利用薄膜作為臨時(shí)層，這能夠簡(jiǎn)化器件或電路加工。例如，沉積膜可以作為掩膜，用于隨后的蝕刻工藝?？箍涛g膜可以圖案化，使其覆蓋在襯底的某些區(qū)域上，該區(qū)域不需通過蝕刻工藝除去。然后，隨后的工藝除去抗刻蝕膜以進(jìn)一步處理襯底。
在臨時(shí)層的另一實(shí)施例中，薄膜可以用以增強(qiáng)隨后的光刻圖案化操作。在一個(gè)實(shí)施方案中，具有特定光學(xué)性質(zhì)的薄膜沉積在襯底上，此后，將通常被稱為光刻膠的光敏成像薄膜涂覆到該薄膜上。然后，光刻膠通過曝光圖案化。選擇底層沉積膜的光學(xué)性質(zhì)以減少對(duì)曝光的反射，從而改進(jìn)光刻工藝的分辨率。這種薄膜通常被稱為抗反射涂層(此后稱為ARC)。
在臨時(shí)層的另一實(shí)施例中，薄膜可以同時(shí)用作硬掩膜和抗反射涂層。美國(guó)專利6,316,167中描述了這種薄膜。
在光刻工藝中集成ARC和/或硬掩膜層的關(guān)鍵考慮因素是，與光刻膠接觸的薄膜必須不影響光刻膠的能力以在襯底上產(chǎn)生理想的顯影后剖面(profile)。光刻膠可以沉積在抗反射涂層上、硬掩膜上或具有抗反射和硬掩膜兩種性質(zhì)的薄膜上。理想的是，通常，光刻膠構(gòu)件(photoresistfeature)的側(cè)壁平坦且垂直于襯底，且在襯底上暴露于光刻工具的區(qū)域上，不存在殘余的光刻膠(底腳，footing)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及在PECVD系統(tǒng)中的沉積方法，更具體的是，涉及沉積可調(diào)抗刻蝕ARC(TERA)層。本發(fā)明提供了一種在襯底上沉積TERA層的方法，其中，TERA層的至少一部分減少TERA層與光刻膠的反應(yīng)。


在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的PECVD系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖；圖2A-2C表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案用于防止在TERA層上形成光刻膠底腳的簡(jiǎn)化程序；圖3表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案用于在襯底上沉積包括第一部分和第二部分的TERA層的流程程序；圖4表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案用于在襯底上沉積包括第一部分和第二部分的TERA層的程序中的一組示例過程；圖5A-5B表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案用于在襯底上沉積包括第一部分和第二部分的TERA層的程序中的其它示例過程；和圖6A-6B表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案在TERA層上光刻膠構(gòu)件的截面SEM顯微照片。
具體實(shí)施方案圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的PECVD系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。在所示實(shí)施方案中，PECVD系統(tǒng)100包括處理室110、作為電容耦合等離子源一部分的上部電極140、噴淋板組件120、用于支撐襯底135的襯底托架130、壓力控制系統(tǒng)180和控制器190。
在一個(gè)實(shí)施方案中，PECVD 100可以包括一個(gè)利用閥178可以耦合到處理室110上的遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)175。在另一實(shí)施方案中，不需遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)和閥。
在一個(gè)實(shí)施方案中，PECVD系統(tǒng)100可以包括一個(gè)可以耦合到處理室110上的壓力控制系統(tǒng)180。例如，壓力控制系統(tǒng)180可以包括節(jié)流閥(未示出)和渦輪分子泵(TMP)(未示出)，且可以提供受控壓力到處理室110中。在可替換的實(shí)施方案中，壓力控制系統(tǒng)可以包括干泵。例如，室壓可以為約0.1mTorr到約100Torr?；蛘撸覊嚎梢詾榧s0.1Torr到約20Torr。
處理室110可以促進(jìn)等離子體在處理空間102中形成。PECVD系統(tǒng)100可以被配置成處理任何尺寸的襯底，例如200mm的襯底、300mm的襯底或更大的襯底。可替換的是，PECVD體統(tǒng)100可以在一個(gè)或多個(gè)處理室中通過產(chǎn)生等離子體來操作。
PECVD系統(tǒng)100包括耦合到處理室110上的噴淋板組件120。噴淋板組件安裝在襯底托架130的對(duì)面。噴淋板組件120包括中心區(qū)域122、邊緣區(qū)域124和輔助區(qū)域126。防護(hù)環(huán)128可以用于將噴淋板組件120耦合到處理室110上。
通過第一處理氣體管道123將中心區(qū)域122耦合到供氣系統(tǒng)131上。通過第二處理氣體管道125將邊緣區(qū)域124耦合到供氣系統(tǒng)131上。通過第三處理氣體管道127將輔助區(qū)域126耦合到供氣系統(tǒng)131上。
供氣系統(tǒng)131提供第一處理氣體到中心區(qū)域122，提供第二處理氣體到邊緣區(qū)域124，并提供第三處理氣體到輔助區(qū)域126?？梢苑謩e控制氣體化學(xué)組成和流速到這些區(qū)域。可替換的是，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域可以耦合到一起作為一個(gè)初級(jí)區(qū)域，供氣系統(tǒng)可以提供第一處理氣體和/或第二處理氣體到初級(jí)區(qū)域。在可替換的實(shí)施方案中，任何區(qū)域可以耦合到一起，供氣系統(tǒng)可以提供一種或多種合適的氣體。
供氣系統(tǒng)131可以包括至少一個(gè)用于提供前驅(qū)體的噴霧器(未示出)?？商鎿Q的是，不需噴霧器。在可替換的實(shí)施方案中，可以使用氣泡系統(tǒng)。
PECVD系統(tǒng)100包括可以耦合到噴淋板組件120上，并耦合到處理室110上的上部電極140。上部電極140可以包括溫度控制元件142。利用第一匹配網(wǎng)絡(luò)144可以將上部電極140耦合第一RF源146上?？商鎿Q的是，不需單獨(dú)的匹配網(wǎng)絡(luò)。
第一RF源146提供TRF信號(hào)到上部電極，第一RF源146可以在約0.1MHz至約200MHz的頻率范圍內(nèi)操作。TRF信號(hào)可以在約1MHz至約100MHz的頻率范圍內(nèi)，或者，在約2MHz至約60MHz的頻率范圍內(nèi)。第一RF源可以在約0瓦特至約10000瓦特的功率范圍內(nèi)操作，或者，第一RF源在約0瓦特至約5000瓦特的功率范圍內(nèi)操作。
上部電極140和RF源146是電容耦合等離子體源的一部分。電容耦合等離子體源可以用其它類型的等離子體源替代或補(bǔ)充，例如電感耦合等離子體源(ICP)、轉(zhuǎn)換器耦合等離子體源(TCP)、微波等離子體源、電子回旋共振(ECR)等離子體源、Helicon波等離子體源和表面波等離子體源。如本領(lǐng)域所公知的，在各種適當(dāng)?shù)牡入x子體源中可以去除或重新配置上部電極140。
例如，襯底135可以經(jīng)由機(jī)械襯底轉(zhuǎn)移系統(tǒng)(未示出)，通過閘式閥(slot valve，未示出)和室進(jìn)入-穿出通道(未示出)轉(zhuǎn)移入和轉(zhuǎn)移出處理室110，該襯底可以由襯底托架130接收，并且可以通過耦合到其上的設(shè)備機(jī)械轉(zhuǎn)移。一旦從襯底轉(zhuǎn)移系統(tǒng)接收了襯底135，那么利用通過耦合組件152可以耦合到襯底托架130上的轉(zhuǎn)移設(shè)備，可以使襯底135升高和/或降低。
襯底135可以經(jīng)由靜電夾緊系統(tǒng)固定到襯底托架130上。例如，靜電夾緊系統(tǒng)可以包括電極117和ESC供應(yīng)源156。例如，電壓范圍為約-2000V至約+2000V的箝位電壓可以提供到夾緊電極上?？商鎿Q的是，箝位電壓可以為約-1000V至約+1000V。在可替換的實(shí)施方案中，不需要ESC系統(tǒng)和供應(yīng)源。
襯底托架130可以包括頂桿(未示出)，用于將襯底降低和/或升高到襯底托架表面和/或由襯底托架表面將襯底降低和/或升高。在可替換的實(shí)施方案中，可以在襯底托架130中提供不同的升降裝置。在可替換的實(shí)施方案中，通過背部氣體系統(tǒng)，氣體可以傳送到襯底135的背部以改善襯底135和襯底托架130之間的氣隙導(dǎo)熱系數(shù)。
還可以提供溫度控制系統(tǒng)。在升溫或降溫時(shí)需要控制襯底的溫度的時(shí)候，可以利用這種系統(tǒng)。例如，可以包括例如電阻加熱元件或熱電加熱器/冷卻器的加熱元件132，且襯底托架130還可以包括熱交換系統(tǒng)134。加熱元件132可以耦合到供熱源158上。熱交換系統(tǒng)134可以包括一個(gè)冷卻液再循環(huán)流動(dòng)設(shè)備，該設(shè)備由襯底托架130接收熱量，并將熱量轉(zhuǎn)移到熱交換系統(tǒng)(未示出)，或當(dāng)加熱時(shí)，從熱交換系統(tǒng)轉(zhuǎn)移熱量。
而且，利用第二匹配網(wǎng)絡(luò)162可以將電極116耦合到第二RF源160上。可替換的是，不需要匹配網(wǎng)絡(luò)。
第二RF源160提供底部RF信號(hào)(BRF)到下部電極116上，第二RF源160可以在為約0.1MHz至約200MHz的頻率范圍內(nèi)操作。BRF信號(hào)的頻率可以為約0.2MHz至約30MHz，可替換的是，為約0.3MHz到約15MHz。第二RF源可以在約0瓦特至約1000瓦特的功率范圍內(nèi)操作，可替換的是，第二RF源在約0瓦特至約500瓦特的功率范圍內(nèi)操作。在各種不同實(shí)施方案中，可以不使用下部電極116，或者下部電極116可以是室中唯一的等離子體源，或者下部電極116可以補(bǔ)充任意其它等離子體源。
PECVD系統(tǒng)100還可以包括通過波紋管(bellows)154可耦合到處理室110上的轉(zhuǎn)移設(shè)備150。而且，耦合組件152可以將轉(zhuǎn)移設(shè)備150耦合到襯底托架130上。配置波紋管154使縱向轉(zhuǎn)移設(shè)備與處理室110外部的空氣隔離。
轉(zhuǎn)移設(shè)備150使得在噴淋板組件120和襯底135之間確定可變間隙104。間隙為約1mm至約200mm，可替換的是，間隙為約2mm到約80mm。在沉積過程中，可以固定間隙或改變間隙。
另外，襯底托架130還可以包括聚焦環(huán)106和陶瓷涂層108?？商鎿Q的是，不需聚焦環(huán)106和/或陶瓷涂層108。
至少一個(gè)室壁112包括涂層114以保護(hù)壁。例如，涂層114可以包括陶瓷材料。在可替換的實(shí)施方案中，不需涂層。而且，在處理室110中，可以使用陶瓷護(hù)罩(未示出)。
另外，可以用溫度控制系統(tǒng)控制室壁溫度。例如，可以在室壁上提供端口用于控制溫度。在室中進(jìn)行處理的同時(shí)，室壁溫度可以維持相對(duì)恒定。
而且，可以用溫度控制系統(tǒng)控制上部電極的溫度。溫度控制元件142可以用于控制上部電極的溫度。在室中進(jìn)行處理的同時(shí)，上部電極溫度可以維持相對(duì)恒定。
另外，PECVD系統(tǒng)100還可以包括可以用于控制污染和/或室清潔的遠(yuǎn)程等離子體系統(tǒng)195。
在可替換的實(shí)施方案中，處理室110例如還可以包括監(jiān)測(cè)端口(未示出)。監(jiān)測(cè)端口例如可以容許光學(xué)監(jiān)測(cè)處理空間102。
PECVD系統(tǒng)100還可以包括控制器190。控制器190可以耦合到室110、噴淋板組件120、襯底托架130、供氣系統(tǒng)131、上部電極140、第一RF匹配144、第一RF源146、轉(zhuǎn)移設(shè)備150、ESC供應(yīng)源156、供熱源158、第二RF匹配162、第二RF源160、凈化系統(tǒng)195、遠(yuǎn)程等離子體器件175和壓力控制系統(tǒng)180上。可以配置控制器為這些組件提供控制數(shù)據(jù)，并由這些組件接受例如處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。例如，控制器190可以包括微處理器、存儲(chǔ)器和數(shù)字I/O端口，該控制器能夠產(chǎn)生足以通訊并激活處理系統(tǒng)100的輸入以及監(jiān)測(cè)PECVD系統(tǒng)100的輸出的控制電壓。而且，控制器190可以與系統(tǒng)組件交換信息。而且，儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器中的程序可以用來根據(jù)工藝配方控制處理系統(tǒng)100的前述組件。另外，可以配置控制器190以分析工藝數(shù)據(jù)，比較工藝數(shù)據(jù)和目標(biāo)工藝數(shù)據(jù)，和運(yùn)用比較以改變工藝和/或控制沉積工具。而且，可以配置控制器以分析工藝數(shù)據(jù)，比較工藝數(shù)據(jù)和以往工藝數(shù)據(jù)，和運(yùn)用比較以預(yù)測(cè)、防止和/或顯示故障。
圖2A-2C表示本發(fā)明實(shí)施方案用于防止在TERA層上形成光刻膠底腳的簡(jiǎn)化程序。圖2A表示在TERA層上的光刻膠層210，該TERA層包括頂層220和底層230。例如，TERA的頂層220可以是厚度約150至約1000的層，TERA的底層230可以是厚度約300至約5000的層。在這個(gè)實(shí)施例中，TERA的底層230耦合到氧化物層240上。這不是必須的，TERA層可以沉積到除了氧化物以外的材料上。盡管圖2A-2C中示出了兩層，但這不是必須的。TERA堆可以包括一層或多層。
在圖2B中，利用至少一種光刻步驟和至少一種顯影步驟已經(jīng)處理了光刻膠層210。圖2B表示在TERA層上的光刻膠構(gòu)件(photoresistfaeture)212，該TERA層包括頂層220和底層230。而且，在光刻膠構(gòu)件212的基部示出了光刻膠底腳215。例如，光刻膠底腳可能是由TERA層的頂層220和光刻膠層210的相互作用而引起。光刻膠底腳可以是由TERA層材料和襯底材料之間的反應(yīng)和/或由從襯底的放出氣體而引起。在隨后處理襯底的步驟中，光刻膠基腳可以引起問題，應(yīng)該抑制其形成。TERA層的頂層220和底層230可以相同。
在圖2C中，利用本發(fā)明的方法已經(jīng)處理了光刻膠層210。圖2C示出了層250和在TERA層的層250上的光刻膠中的規(guī)整光刻膠構(gòu)件252和規(guī)整孔254，TERA層采用本發(fā)明的方法來沉積。如圖2C所示，構(gòu)件252和孔254的形狀為矩形，但這不是必須的。在可替換的實(shí)施方案中，可以存在正方形構(gòu)件和/或孔。
在這個(gè)實(shí)施例中，TERA的底層230耦合到氧化層240上。這不是必須的，除了氧化物以外，TERA層可以在其它材料上沉積。盡管圖2C中示出兩層(230和250)，但這不是必須的。TERA堆可以包括一層或多層。例如，可以用單層，例如250。
發(fā)明人相信，光刻膠底腳可以限制光刻膠材料在襯底上精確地形成納米結(jié)構(gòu)圖像的能力，且光刻膠底腳也可以對(duì)CD測(cè)量造成不利影響。發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)了用于最小化和/或消除光刻膠底腳的方法。
發(fā)明人還相信，光刻膠底腳是由在ARC和光刻膠之間的界面上的化學(xué)作用而引起，通常被稱為光刻膠中毒。例如，在ARC層的頂面存在的胺基物可以與化學(xué)增強(qiáng)光刻膠反應(yīng)并可以降低光刻膠-襯底界面附近的光刻膠顯影速率。這可以抑制顯影步驟中的光刻膠完全溶解，從而形成光刻膠底腳。發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)了一些方法，以確保TERA層的頂面(即，與光刻膠直接接觸的表面)與光刻膠不會(huì)發(fā)生可能不利地改變光刻膠的顯影特性的反應(yīng)。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案用于在襯底上沉積包括頂層和底層的TERA層的流程程序。例如，TERA層的底層可以采用第一工藝沉積，TERA層的頂層可以采用不同工藝來沉積。在310中，開始程序300。
在320中，可以提供室，該室可以包括等離子體源和可選耦合到第二RF源上的可轉(zhuǎn)移襯底托架。
在330中，襯底放置在可轉(zhuǎn)移襯底托架上。例如，可轉(zhuǎn)移襯底托架可以用于在上部電極表面和可轉(zhuǎn)移襯底托架的表面之間確定間隙。間隙范圍為約1mm至約200mm，或可替換的是，間隙范圍為約2mm到約80mm。在可替換的實(shí)施方案中，間隙尺寸可以改變。
在340中，TERA層的底層可以沉積在襯底上。
在底層沉積過程中，利用第一RF源，TRF信號(hào)可以提供到上部電極上。例如，第一RF源可以在約0.1MHz至約200MHz的頻率范圍內(nèi)操作?？商鎿Q的是，第一RF源可以在約1MHz到約100MHz的頻率范圍內(nèi)操作，或第一RF源可以在約2MHz到約60MHz的頻率范圍內(nèi)操作。第一RF源可以在約10瓦特至約10000瓦特的功率范圍內(nèi)工作，或可替換的是，第一RF源可以在約10瓦特至約5000瓦特的功率范圍內(nèi)工作。
而且，在底層沉積過程中，利用第二RF源，BRF信號(hào)可以提供到下部電極上。例如，第二RF源可以在約0.1MHz至約200MHz的頻率范圍內(nèi)操作?？商鎿Q的是，第二RF源可以在約0.2MHz至約30MHz的頻率范圍內(nèi)操作，或第二RF源可以在約0.3MHz至約15MHz的頻率范圍內(nèi)操作。第二RF源可以在約0.0瓦特至約1000瓦特的功率范圍內(nèi)操作，或可替換的是，第二RF源可以在約0.0瓦特至約500瓦特的功率范圍內(nèi)工作。在可替換的實(shí)施方案中，不需要BRF信號(hào)。
另外，噴淋板組件可以提供到處理室中，并耦合到上部電極上。噴淋板組件可以包括中心區(qū)域、邊緣區(qū)域和輔助區(qū)域，且噴淋板組件可以耦合到供氣系統(tǒng)上。在底層沉積過程中，第一處理氣體可以提供到中心區(qū)域中，第二處理氣體可以提供到邊緣區(qū)域中，和第三處理氣體可以提供到輔助區(qū)域中。
可替換的是，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域可以耦合到一起作為一個(gè)初級(jí)區(qū)域，供氣系統(tǒng)可以提供第一處理氣體和/或第二處理氣體到初級(jí)區(qū)域中。在可替換的實(shí)施方案中，任何區(qū)域可以耦合到一起，供氣系統(tǒng)可以提供一種或多種處理氣體。
第一處理氣體可以包括含硅前驅(qū)體和含碳前驅(qū)體的其中至少之一。也可以包括惰性氣體。例如，含硅前驅(qū)體和含碳前驅(qū)體的流量可以為約0.0sccm至約5000sccm，惰性氣體的流量可以為約0.0sccm至約10000sccm。含硅前驅(qū)體可以包括甲硅烷(SiH4)、正硅酸乙酯(TEOS)、一甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)、四甲基硅烷(4MS)、八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)和四甲基環(huán)四硅烷(TMCTS)的其中至少之一。含碳前驅(qū)體可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH的其中至少之一。惰性氣體可以是氬氣、氦氣和/或氮?dú)狻?br> 第二處理氣體可以包括含硅前驅(qū)體和含碳前驅(qū)體的其中至少之一。也可以包括惰性氣體。例如，含硅前驅(qū)體和含碳前驅(qū)體的流量可以為約0.0sccm至約5000sccm，惰性氣體的流量可以為約0.0sccm至約10000sccm。含硅前驅(qū)體可以包括甲硅烷(SiH4)、正硅酸乙酯(TEOS)、一甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)、四甲基硅烷(4MS)、八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)和四甲基環(huán)四硅烷(TMCTS)的其中至少之一。含碳前驅(qū)體可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH的其中至少之一。惰性氣體可以是氬氣、氦氣和/或氮?dú)獾钠渲兄辽僦弧?br> 另外，第三處理氣體可以包括含氧氣體、含氮?dú)怏w、含碳?xì)怏w和惰性氣體的其中至少之一。例如，含氧氣體可以包括O2、CO、NO、N2O和CO2的其中至少之一；含碳前驅(qū)體可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH的其中至少之一；含氮?dú)怏w可以包括N2和NF3的其中至少之一；和惰性氣體可以包括Ar和He的其中至少之一。第三處理氣體的流量可以為約0.0sccm至約10000sccm。
在底層沉積期間，可以獨(dú)立地確定第一處理氣體和第二處理氣體的流量。
底層可以包括一種材料，當(dāng)在波長(zhǎng)為248nm、193nm和157nm的其中至少之一測(cè)量時(shí)，該材料的折射率(n)為約1.5至約2.5，且當(dāng)在波長(zhǎng)為248nm、193nm和157nm的其中至少之一測(cè)量時(shí)，該材料的消光系數(shù)(k)為約0.10至約0.9。底層的厚度可以為約30.0nm至約500.0nm，沉積速率可以為約100/min至約10000/min。底層的沉積時(shí)間可以在約5秒至約180秒變化。
而且，在底層沉積期間，可以控制室壓和襯底溫度。例如，室壓可以為約0.1mTorr至約100.0Torr，襯底溫度可以為約0℃至約-500℃。
在350中，頂層可以沉積在底層上。
在TERA層的頂層沉積期間，利用第一RF源，TRF信號(hào)可以提供到上部電極上。例如，第一RF源可以在約0.1MHz至約200MHz的頻率范圍內(nèi)操作?？商鎿Q的是，第一RF源可以在約1MHz至約100MHz的頻率范圍內(nèi)操作，或第一RF源可以在約2MHz至約60MHz的頻率范圍內(nèi)操作。第一RF源可以在約10瓦特至約10000瓦特的功率范圍內(nèi)操作，或第一RF源可以在約10瓦特至約5000瓦特的功率范圍內(nèi)操作。
另外，噴淋板組件可以提供到處理室中，并可以耦合到上部電極上。噴淋板組件可以包括中心區(qū)域和邊緣區(qū)域，且噴淋板組件可以耦合到供氣系統(tǒng)上。在頂層沉積過程中，第一處理氣體可以提供到中心區(qū)域中，第二處理氣體可以提供到邊緣區(qū)域中和通過第三氣體區(qū)域第三處理氣體可以提供到室中。
可替換的是，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域可以耦合到一起作為一個(gè)初級(jí)區(qū)域，供氣系統(tǒng)可以提供第一處理氣體和/或第二處理氣體到初級(jí)區(qū)域。在可替換的實(shí)施方案中，任何區(qū)域可以耦合到一起，供氣系統(tǒng)可以提供一種或多種處理氣體。
第一處理氣體可以包括一種前驅(qū)體，該前驅(qū)體包含硅、碳和氧。也可以包括惰性氣體。例如，前驅(qū)體的流量可以為約0.0sccm至約5000sccm，惰性氣體的流量可以為約0.0sccm至約10000sccm。前驅(qū)體可以包括正硅酸乙酯(TEOS)、四甲基環(huán)四硅烷(TMCTS)、二甲基二甲氧基硅烷(DMDMOS)和八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)的其中至少之一，和惰性氣體可以包括氬氣、氦氣和氮?dú)獾钠渲兄辽僦弧?br> 第二處理氣體可以包括一種前驅(qū)體，該前驅(qū)體包含硅、碳和氧。也可以包括惰性氣體。例如，前驅(qū)體的流量可以為約0.0sccm至約5000sccm，惰性氣體的流量可以為約0.0sccm至約10000sccm。前驅(qū)體可以包括正硅酸乙酯(TEOS)、四甲基環(huán)四硅烷(TMCTS)、二甲基二甲氧基硅烷(DMDMOS)和八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)的其中至少之一，和惰性氣體可以包括氬氣、氦氣和氮?dú)獾钠渲兄辽僦弧?br> 第三處理氣體的流量可以為約0.0sccm至約10000sccm。第三處理氣體可以包括含氧氣體、含氮?dú)怏w和惰性氣體的其中至少之一。含氧氣體可以包括O2、CO、NO、N2O和CO2的其中至少之一。含氮?dú)怏w可以包括N2和NF3的其中至少之一。惰性氣體可以包括Ar和He的其中至少之一。
在可替換的實(shí)施方案中，第一處理氣體和第二處理氣體可以包括含硅前驅(qū)體、含碳?xì)怏w和含氧氣體。也可以包括惰性氣體。例如，含硅前驅(qū)體可以包括甲硅烷(SiH4)、正硅酸乙酯(TEOS)、一甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)、四甲基硅烷(4MS)的其中至少之一。而且，含碳前驅(qū)體可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH的其中至少之一。含氧前驅(qū)體可以包括O2、CO、NO、N2O和CO2的其中至少之一。另外，室壓可以低于約3Torr和/或襯底溫度高于約300℃。
在360中，結(jié)束程序300。頂層可以包括一種材料，當(dāng)波長(zhǎng)在248nm、193nm和157nm的其中至少之一測(cè)量時(shí)，該材料的折射率(n)為約1.5至約2.5，和當(dāng)波長(zhǎng)在248nm、193nm和157nm的其中至少之一測(cè)量時(shí)，該材料的消光系數(shù)(k)為約0.10至約0.9。
頂層的厚度可以為約150至約1000，沉積速率可以為約10/min至約5000/min。頂層的沉積時(shí)間可以在約5s至約200s變化。另外，由于頂層不與光刻膠反應(yīng)并會(huì)抑制從TERA層的下層的材料中放出氣體，所以頂層不會(huì)引起底腳。
在可替換的實(shí)施方案中，在頂層沉積過程中，利用第二RF源，BRF信號(hào)可以提供到下部電極上。例如，第二RF源可以在約0.1MHz至約200MHz的頻率范圍內(nèi)操作?？商鎿Q的是，第二RF源可以在約0.2MHz至約30MHz的頻率范圍內(nèi)操作，或第二RF源可以在約0.3MHz至約15MHz的頻率范圍內(nèi)操作。第二RF源可以在約0.0瓦特至約1000瓦特的功率范圍內(nèi)操作?？商鎿Q的是，第二RF源可以在約0.0瓦特至約500瓦特的功率范圍內(nèi)操作。
壓力控制系統(tǒng)可以耦合到室，并可以利用壓力控制系統(tǒng)來控制室壓。例如，室壓可以在約0.1mTorr至約100.0Torr的范圍內(nèi)。
溫度控制系統(tǒng)可以耦合到襯底托架上，并可以利用溫度控制系統(tǒng)來控制襯底溫度。例如，襯底溫度可以在約0℃至約500℃的范圍內(nèi)。溫度控制系統(tǒng)也可以耦合到室壁上，利用溫度控制系統(tǒng)可以控制室壁的溫度。例如，室壁的溫度可以為約0℃至約500℃。另外，溫度控制系統(tǒng)可以耦合到噴淋板組件上，利用溫度控制系統(tǒng)可以控制噴淋板組件的溫度。例如，噴淋板組件的溫度可以為約0℃至約500℃。
在可替換的實(shí)施方案中，340中的TERA層的底部的沉積與350中的TERA層的頂部的沉積相同。也就是說，TERA層基本上是均一的。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案用于在襯底上沉積TERA層的頂層的程序中的一組示例工藝。在可替換的實(shí)施方案中，可以使用一組不同的過程。
在第一步中，將處理氣體引入室中，確定操作壓力。例如，室壓可以變化至約5Torr，第一步的持續(xù)時(shí)間可以為約35s。處理氣體可以包括含硅、碳和氧的前驅(qū)體(例如TMCTS)和惰性氣體。例如，前驅(qū)體的流量可以為約150sccm，惰性氣體的流量可以為約1000sccm。在可替換的實(shí)施方案中，可以使用不同的壓力、不同的流量、不同的氣體、不同的前驅(qū)體和不同的持續(xù)時(shí)間。
在第二步中，可以改變惰性氣體的流量和室壓。例如，惰性氣體的流量可以變化至約420sccm，室壓可以變化至約1Torr。
在第三步中，可以進(jìn)行穩(wěn)定工藝。例如，前驅(qū)體的流量、惰性氣體的流量和室壓可以保持基本上恒定。
在第四步中，可以沉積TERA層的頂層。第一RF源可以提供RF信號(hào)(TRF)到上部電極上。TRF的頻率可以為約0.1MHz至約200MHz，TRF的功率可以為約10瓦特至約10000瓦特。例如，TRF的功率可以為約200瓦特。
在可替換的實(shí)施方案中，可以提供BRF信號(hào)，其頻率范圍為約0.1MHz至約200MHz且BRF功率范圍可以為約0瓦特至約1000瓦特。
在第五步中，TRF信號(hào)水平可以改變。處理氣體可以改變，流量可以改變。在所示實(shí)施方案中(圖4)，關(guān)閉TRF信號(hào)；前驅(qū)體的流量變化至約0.0sccm，惰性氣體的流量保持恒定。
在第六步中，TRF信號(hào)保持關(guān)閉，室壓可以改變，惰性氣體的流量可以保持基本上恒定。在所示的實(shí)施方案中(圖4)，室壓降低。
在第七步中，可以進(jìn)行清洗工藝。例如，惰性氣體的流量可以改變，室壓可以保持很低。
在第八步中，室壓可以增加，惰性氣體可以提供到室中。在所示的實(shí)施方案中(圖4)，RF信號(hào)是關(guān)閉的，惰性氣體的流量設(shè)置到約600sccm，室壓增加至約2Torr。
在第九和第十步中，可以進(jìn)行排出工藝。在所示的實(shí)施方案中(圖4)，打開TRF信號(hào)，含硅前驅(qū)體的流量設(shè)置到零，惰性氣體的流量設(shè)置到約600sccm，室壓維持在約2Torr。另外，可以進(jìn)行抬升工藝。例如，頂桿可以延伸以使襯底抬起離開襯底托架。另外，在抬升工藝的至少一部分中，可以提供RF信號(hào)。
在第十一步中，可以進(jìn)行清洗工藝。例如，可以改變TRF信號(hào)，可以改變室壓。在所示的實(shí)施方案中(圖4)，關(guān)閉TRF信號(hào)，含硅前驅(qū)體的流量設(shè)置為零，惰性氣體的流量設(shè)置為600sccm，室壓從約2Torr降低。
在第十二步中，抽空室，壓力保持很低。例如，在該步中，處理氣體沒有提供到室中。
圖5A-5B表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案用于在襯底上沉積TERA層部分的程序中的其它示例工藝。在第一步中，可以將處理氣體引入室中，確定操作壓力。例如，室壓可以變化至約5Torr，第一步的持續(xù)時(shí)間可以為約35s。處理氣體可以包括含硅的前驅(qū)體(例如3MS)和惰性氣體。例如，前驅(qū)體的流量可以為約350sccm，惰性氣體的流量可以為約600sccm。在可替換的實(shí)施方案中，可以使用不同的壓力、不同的流量、不同的氣體、不同的前驅(qū)體和不同的持續(xù)時(shí)間。
在第二步中，可以進(jìn)行穩(wěn)定工藝。例如，前驅(qū)體的流量、惰性氣體的流量和室壓可以保持基本上恒定。
在第三步中，可以沉積TERA層的底層。第一RF源可以提供RF信號(hào)(TRF)到上部電極中。TRF的頻率可以為約0.1MHz至約200MHz，TRF的功率范圍可以為約10瓦特至約10000瓦特。例如，TRF的功率可以為約800瓦特。另外，可以提供BRF信號(hào)，其中頻率為約0.1MHz至約200MHz且BRF功率范圍可以為0瓦特至約1000瓦特。例如，BRF的功率可以為約30瓦特。
在第四步中，TRF功率和BRF功率可以變化至約0瓦特。另外，前驅(qū)體的流量可以降至約0sccm。
在第五步中，前驅(qū)體的流量可以變化至約75sccm，惰性氣體的流量可以變化至約300sccm，含碳/氧氣體的流量可以變化至約400sccm。在可替換的實(shí)施方案中(圖5B)，可以降低壓力。
在第六步中，可以沉積TERA層的頂層。第一RF源可以提供RF信號(hào)(TRF)到上部電極中。TRF的頻率可以為約0.1MHz至約200MHz，TRF的功率可以為約10瓦特至約10000瓦特。例如，TRF功率可以為約800瓦特。
在第七步中，TRF功率可以變化至約0瓦特；含碳/氧氣體的流量可以變化至約0sccm；前驅(qū)體的流量可以變化至約0.0sccm；且惰性氣體的流量可以保持恒定。
在第八步中，可以降低室壓，惰性氣體可以提供到室中。
在第九步中，可以降低室壓，惰性氣體的流量可以變化至約0sccm。
在第十步中，可以增加室壓，惰性氣體可以提供到室中。例如，可以關(guān)閉RF信號(hào)；惰性氣體的流量設(shè)置到約600sccm；室壓增加至約2Torr。
在第十一和第十二步中，可以進(jìn)行排出工藝。在所示的實(shí)施方案中(圖4)，打開TRF信號(hào)，含硅前驅(qū)體的流量設(shè)置到零，惰性氣體的流量設(shè)置到約600sccm，室壓保持在約2Torr。另外，可以進(jìn)行抬升工藝。例如，頂桿可以延伸以使襯底抬起離開襯底托架。另外，在抬升工藝的至少一部分中，可以提供RF信號(hào)。
在第十三步中，可以進(jìn)行清洗工藝。例如，可以改變TRF信號(hào)，并可以改變室壓。在所示的實(shí)施方案中(圖4)，關(guān)閉TRF信號(hào)，含硅前驅(qū)體的流量設(shè)置為零，惰性氣體的流量設(shè)置為600sccm，室壓從約2Torr降低。
在十四步中，抽空室，壓力保持很低。例如，在該步中，處理氣體沒有提供到室中。
在以上實(shí)施例中，通過減少或基本上抑制與光刻膠的反應(yīng)和通過減少或基本上抑制由TERA層的下層的材料中放出氣體，TERA層的頂部減少了或甚至基本上抑制了底腳。
圖6A-6B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案在TERA層上光刻膠構(gòu)件的截面SEM顯微照片。圖6A表示在TERA層上光刻膠A的處理結(jié)果，圖6B表示在TERA層上光刻膠B的處理結(jié)果。圖6A和6B表示光刻膠的底腳是實(shí)質(zhì)上小的或者基本上消失了。注意，光刻膠構(gòu)件的剖面基本上是矩形的。光刻膠的底腳是基本上小的，因?yàn)門ERA層的至少頂層與光刻膠層相匹配以減少二者之間的反應(yīng)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，TERA底層和頂層可以依次在一個(gè)室中沉積。在底層和頂層沉積之間的時(shí)段中，關(guān)閉等離子體。在可替換的實(shí)施方案中，TERA底層和頂層可以依次在同一室中沉積而不需關(guān)閉等離子體。在另一實(shí)施方案中，TERA底層和頂層可以在各自的室中沉積。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在底層和頂層沉積之間，室壓保持在一特定壓力下。在可替換的實(shí)施方案中，在各層沉積之間的時(shí)段，可以抽空室。
盡管以上已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的某些具體實(shí)施方案，但本領(lǐng)域技術(shù)任意容易理解，可以對(duì)具體實(shí)施方案做出一些修改，而本質(zhì)上不脫離本發(fā)明的新穎指導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)。因此，所有這種修改被認(rèn)為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在襯底上沉積材料的方法，所述方法包括將襯底放置在具有等離子體源的室中，并將其放置在襯底托架上；通過提供處理氣在所述襯底上沉積可調(diào)抗刻蝕ARC(TERA)層，對(duì)于所述沉積的至少一部分，所述處理氣包括前驅(qū)體，其中，所述前驅(qū)體被選擇以減少與光刻膠的反應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在所述TERA層上形成數(shù)個(gè)光刻膠構(gòu)件，其中，所述光刻膠構(gòu)件的其中至少之一包括實(shí)質(zhì)上小的底腳。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括在所述TERA層上形成數(shù)個(gè)光刻膠構(gòu)件，其中，所述光刻膠構(gòu)件的其中至少之一包括一個(gè)基本上矩形的剖面。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括使所述TERA層的至少頂部與光刻膠層相匹配，以防止在所述光刻膠構(gòu)件上形成底腳；和在所述頂部上形成所述光刻膠層，所述光刻膠層包括數(shù)個(gè)基本上矩形的構(gòu)件。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述TERA層的沉積包括利用所述TERA層的頂部，使所述TERA層的底部與光刻膠層隔離，從而減少在光刻膠層中的光刻膠構(gòu)件上形成底腳。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述TERA層的沉積包括提供化學(xué)惰性層到化學(xué)活性層和光刻膠層之間，其中，選擇所述前驅(qū)體被選擇成產(chǎn)生不與所述光刻膠層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的介電材料。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述TERA層的沉積包括配置所述TERA層的至少頂部使其具有化學(xué)惰性表面，其中，具有基本上矩形剖面的數(shù)個(gè)光刻膠構(gòu)件可以形成在化學(xué)惰性表面上。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述TERA層的沉積包括配置所述TERA層的至少頂部以減少光刻膠中毒，其中，具有基本上矩形剖面的數(shù)個(gè)光刻膠構(gòu)件可以形成在TERA層上。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述TERA層的沉積包括在沉積時(shí)間期間，沉積所述TERA層的底部，其中，所述底部包括一種材料，當(dāng)在波長(zhǎng)為248nm、193nm和157nm的其中至少之一測(cè)量時(shí)，該材料的折射率(n)為約1.5至約2.5，且當(dāng)在波長(zhǎng)為248nm、193nm和157nm的其中至少之一測(cè)量時(shí)，該材料的消光系數(shù)(k)為約0.10至約0.9。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述底部的厚度為約30.0nm至約400.0nm。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述底部的沉積速率為約100/min至約10000/min。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述沉積時(shí)間為約5s至約180s 。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述等離子體源包括RF源且所述底部的沉積還包括在約0.1MHz至約200MHz頻率范圍內(nèi)操作所述RF源；和在約10瓦特至約10000瓦特功率范圍內(nèi)操作所述RF源。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，第二RF源耦合到所述襯底托架上，且所述底部的沉積還包括在約0.1MHz至約200MHz頻率范圍內(nèi)操作所述第二RF源；和在約0.0瓦特至約500瓦特功率范圍內(nèi)操作所述第二RF源。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，通過提供另一處理氣來沉積所述底部，該處理氣包括含硅前驅(qū)體和含碳前驅(qū)體的其中至少之一。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述提供另一處理氣包括流入流量為約0.0sccm至約5000sccm的所述含硅前驅(qū)體和/或含碳前驅(qū)體。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述另一處理氣包括甲硅烷(SiH4)、正硅酸乙酯(TEOS)、一甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)、四甲基硅烷(4MS)、八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)和四甲基環(huán)四硅烷(TMCTS)的其中至少之一。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述另一處理氣包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH的其中至少之一。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述另一處理氣包括惰性氣體，它包括氬氣、氦氣和氮?dú)獾钠渲兄辽僦弧?br> 20.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述底部的沉積還包括將室壓控制在約0.1mTorr至約100Torr的范圍內(nèi)。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述室壓為約0.1mTorr至約20Torr。
22.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述底部的沉積還包括提供DC電壓到耦合到所述襯底托架上的靜電夾盤(ESC)上，以使所述襯底與所述襯底托架夾緊，其中，所述DC電壓為約-2000V至約+2000V。
23.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述TERA層的沉積還包括在沉積期間沉積所述TERA層的頂部，其中，所述頂部包括一種材料，當(dāng)在波長(zhǎng)為248nm、193nm和157nm的其中至少之一測(cè)量時(shí)，該材料的折射率(n)為約1.5至約2.5，且當(dāng)在波長(zhǎng)為248nm、193nm和157nm的其中至少之一測(cè)量時(shí)，該材料的消光系數(shù)(k)為約0.10至約0.9。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述等離子體源包括RF源且所述頂部的沉積還包括在約0.1MHz至約200MHz頻率范圍內(nèi)操作所述RF源；和在約10.0瓦特至約10000瓦特功率范圍內(nèi)操作所述RF源。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述頂部的沉積速率為約10/min至約5000/min。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述沉積時(shí)間為約5s至約200s 。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，通過提供所述處理氣來沉積所述頂層，所述處理氣包括一種包含硅、碳和氧的前驅(qū)體和一種惰性氣。
28.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，通過提供所述處理氣來沉積所述頂層，所述處理氣包括含硅前驅(qū)體、含碳?xì)怏w、含氧氣體和惰性氣體。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述前驅(qū)體的流量為約0.0sccm至約5000sccm，且所述惰性氣體的流量為約0.0sccm至約10000sccm。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述前驅(qū)體包括四甲基環(huán)四硅烷(TMCTS)、正硅酸乙酯(TEOS)、二甲基二甲氧基硅烷(DMDMOS)和八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)的其中至少之一。
31.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述惰性氣體包括氬氣、氦氣和氮?dú)獾钠渲兄辽僦弧?br> 32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述處理氣包括一甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)和四甲基硅烷(4MS)的其中至少之一。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述頂部的沉積還包括將室壓控制在小于約3Torr。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述頂部的沉積還包括將襯底的溫度控制在大于約300℃。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述頂部的沉積還包括將襯底的溫度控制在大于約300℃。
36.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括將所述襯底的溫度控制在約0℃至約500℃。
37.如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括控制所述室的至少一個(gè)室壁的溫度。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述至少一個(gè)室壁的溫度為約0℃至約500℃。
39.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，一噴淋板組件被耦合到所述室上，且所述方法還包括控制所述噴淋板組件的溫度。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述噴淋板組件的溫度為約0℃至約500℃。
41.在襯底上沉積材料的方法，所述方法包括將襯底放置在具有等離子源的室中，并將其放置在襯底托架上；在所述襯底上沉積可調(diào)抗刻蝕ARC(TERA)層的第一部分，其中，將包括第一前驅(qū)體的第一處理氣提供到所述室中；和在所述TERA層的第一部分上沉積所述TERA層的第二部分，其中，將包括第二前驅(qū)體的第二處理氣提供到所述室中，其中選擇所述第二前驅(qū)體以減少與光刻膠的反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝在襯底上沉積具有可調(diào)光學(xué)和抗刻蝕特性的TERA薄膜的方法和裝置，其中，對(duì)于TERA薄膜沉積的至少一部分，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝采用一種減少與光刻膠反應(yīng)的前驅(qū)體。該裝置包括一個(gè)具有耦合到第一RF源上的上部電極和耦合到第二RF源上的襯底托架的室，和用于提供多步處理和前驅(qū)氣的噴淋頭。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1868034SQ200480030051
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者吹上紀(jì)明, 凱瑟琳娜·巴比徹 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社, 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司