公開內(nèi)容背景

發(fā)明領(lǐng)域

本文的實(shí)施方式大體關(guān)于一種用于形成用在光刻(lithographic)多圖案化制造工藝中的硬掩模(hardmask)的制造方法。

背景技術(shù)：
描述

可靠地生產(chǎn)次微米(submicron)和更小的特征是半導(dǎo)體器件的極大型集成電路(VLSI)和超大型集成電路(ULSI)的關(guān)鍵要求之一。然而，隨著電路技術(shù)的持續(xù)小型化，尺寸的大小和電路特征(諸如互連部(interconnect))的間距已對處理能力有額外需求。位于此技術(shù)心臟部的多級(multilevel)互連部要求精確地成像及布置高深寬比的特征，這些特征諸如是過孔(via)和其它互連部?？煽康匦纬蛇@些互連部對于進(jìn)一步增大器件和互連部的密度是關(guān)鍵的。此外，形成次微米大小的特征和互連部并減少中間材料(諸如抗蝕劑和硬掩模材料)的浪費(fèi)是被期望的。

隨著下一代器件的電路密度增大，諸如過孔、溝槽、觸點(diǎn)、器件、柵極之類的互連部和其它特征的寬度或間距(pitch)以及上述特征之間的介電材料正減少到45nm和32nm的尺寸。由于器件的縮放擴(kuò)展到進(jìn)一步低于光刻掃描器的解析極限，故采用了多圖案化，以使得能夠滿足當(dāng)今集成器件的特征密度要求。多圖案化是執(zhí)行若干抗蝕劑涂布、光刻圖案化及蝕刻操作以在多個步驟中最終對膜層進(jìn)行圖案化的工藝。當(dāng)組合時(shí)，重疊的圖案化操作在下方的硬掩模層中形成特征；當(dāng)被完全圖案化時(shí)，所述硬掩模層可被用來對下層進(jìn)行圖案化，或作為注入或擴(kuò)散掩模。

在下方硬掩模層的簡單、非多圖案化過程中，目前用于曝光的“紫外光”波長將反射離開抗蝕劑的未圖案化界面和傳統(tǒng)的硬掩模層，而且所述“紫外光”波長還可能反射離開下方先前形成的特征，結(jié)果將影響抗蝕劑中的曝光和顯影特征的側(cè)壁和尺寸的精準(zhǔn)度。為了進(jìn)行校正，可以在光刻掩模中采用光學(xué)鄰近校正(optical proximity correction；OPC)，從而在抗蝕劑曝光波長到達(dá)抗蝕劑的位置產(chǎn)生故意失真(intentional distortion)，結(jié)果使實(shí)際形成的顯影特征滿足了所期望的特征尺寸和輪廓。然而，由于更小的幾何尺寸及所提供的曝光紫外線電磁能量的反射，OPC無法在沒有另外的處理的情況下消除失真的效果。

進(jìn)行多圖案化的一個使能者(enabler)一直是使用不透光的膜來阻擋曝光波長穿透先前掩蔽的(masked)硬掩模層，所述硬掩模層有時(shí)被稱為記憶層(memory or memorization layer)。記憶層的作用是作為用于將圖案蝕刻到層中的硬掩模，在所述層下方可能是例如介電材料或在所述層下方可能是例如用于其它目的的掩模。為了多次對記憶層進(jìn)行圖案化，在每個圖案化步驟中使用了具有最上面抗蝕劑層的三層方案。所述三層具有足夠的蔽光度(opacity)來防止光刻抗蝕劑的曝光波長到達(dá)記憶層的表面，并從而防止了曝光的電磁能量反射離開先前形成的硬掩模特征而回到抗蝕劑中，此舉將導(dǎo)致其中的區(qū)域非意圖的(unintended)曝光。在多圖案化方案的每個圖案化步驟之后，必須使用濕式和/或基于氣體的化學(xué)物質(zhì)來剝除所述三層，并且必須濕式清潔和干燥晶片和記憶層，而且在多圖案化的下一個圖案之前施加的新三層可以被形成在記憶層中。

雖然多圖案化在解析度、焦點(diǎn)深度及光刻缺陷靈敏度等方面的益處是可以理解的，但對于控制工藝預(yù)算及增加和保持產(chǎn)量仍有另外的需求。

因此，需要一種用于以光刻方式在基板上產(chǎn)生經(jīng)多圖案化的硬掩模的改良方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文的實(shí)施方式提供用于執(zhí)行記憶或硬掩模層的多圖案化的設(shè)備和方法，且不需要重復(fù)地灰化和沉積光學(xué)不透明材料或三層堆疊，而且其中只需剝除抗蝕劑，并在清潔基板之后再次施加抗蝕劑，以對硬掩模進(jìn)行下一個圖案化步驟。在一方面，此舉通過施加作為硬掩模層的薄膜來完成，所述薄膜被光調(diào)諧(tune)成在光刻曝光步驟的波長下匹配或非常接近地匹配抗蝕劑的光學(xué)特性，從而提供在抗蝕劑-硬掩模層界面處不產(chǎn)生反射的硬掩模層。在一個實(shí)施方式中，所述記憶層為PVD沉積的氧化硅或富硅氧化物、或PVD SiN或富硅SiN、或SiC或富硅SiC、或前述各項(xiàng)的組合，包括化合物中含有受控的氫摻雜的變化，以上被稱為SiO_xN_yC_z:H_w，其中w、x、y及z可以在從0％到100％的濃度中相對于彼此變化。諸如SiO_xN_yC_z:H_w層之類的所述記憶層具有光學(xué)特性，這些光學(xué)特性在曝光波長(對于先進(jìn)光刻術(shù)通常為193nm)下實(shí)質(zhì)上與待形成于所述記憶層上并被圖案化的光刻膠的光學(xué)特性類似(similar)或幾乎匹配。因此，光刻膠和記憶(硬掩模)層的界面對于曝光波長是光學(xué)上“不可見的”。這允許進(jìn)行多次硬掩模的光刻和蝕刻程序，且無需施加、圖案化及剝除中間材料層，同時(shí)被曝光的光刻膠基本上不會在所期望的曝光圖案中引發(fā)光學(xué)形貌或反射率的變化。結(jié)果，每個后續(xù)的光刻曝光經(jīng)歷相同或幾乎相同的反射率，這消除了對于進(jìn)行復(fù)雜的光學(xué)鄰近校正及施加多次復(fù)雜的三層然后光刻、蝕刻及剝除所述三層的需求。

本文的實(shí)施方式包括用于形成光學(xué)匹配的硬掩模的硬件，所述硬件包括泵送系統(tǒng)和腔室冷卻系統(tǒng)、全面侵蝕(full face erosion)磁電管陰極、處理配件和氣流設(shè)計(jì)、靜電夾盤(ESC)、脈沖式DC電源、摻雜的硅靶材及含H和/或O和/或N和/或C的氣源。

在一些實(shí)施方式中，所述硬件被配置成能夠形成與具體所期望的抗蝕劑光學(xué)匹配的SiO_xN_yC_z:H_w層。所述SiO_xN_yC_z:H_w膜的折射率(n)和消光系數(shù)(K)可通過調(diào)整氣流和生成膜的w、x、y及z值來調(diào)整，以使所述膜的光學(xué)特性與用以蝕刻所述層的抗蝕劑進(jìn)行匹配。

本公開內(nèi)容的實(shí)施方式可以提供用于在膜堆疊上形成硬掩模的方法，包括以下步驟：從設(shè)置于腔室中的靶材濺射含硅材料到基板的表面上；以及輸送工藝氣體流，同時(shí)從所述靶材濺射所述含硅材料，其中所述工藝氣體包含氧和氮，且其中調(diào)整所述工藝氣體中的氧對氮的比率，使得在意圖使用的(intended)光刻曝光波長下，被濺射材料的光學(xué)特性具有與光刻膠層的光學(xué)特性實(shí)質(zhì)相等的值，所述光刻膠層待設(shè)置于所述被濺射材料的表面上。

本公開內(nèi)容的實(shí)施方式可以進(jìn)一步提供硬掩模層，所述硬掩模層包括設(shè)置于基板的表面上的SiO_xN_y層，其中調(diào)整所述SiO_xN_y層的硅、氧及氮含量，使得所述SiO_xN_y層的折射率(n)實(shí)質(zhì)上等于待形成于所述SiO_xN_y層上的抗蝕劑層的折射率(n)，并且這些折射率是在意圖使用的光刻曝光波長下測量的。所述SiO_xN_y層還可以具有消光系數(shù)，所述消光系數(shù)實(shí)質(zhì)上等于待形成于所述SiO_xN_y層上的所述抗蝕劑層的消光系數(shù)。

附圖簡單說明

因此，以可詳細(xì)理解并獲得上文所述的本文實(shí)施方式的特征的方式，可參照附圖中所圖示的本文的實(shí)施方式來獲得上文簡要概述的本發(fā)明的更詳細(xì)的描述。

圖1描繪傳統(tǒng)的用于使用三層蝕刻對硬掩模層進(jìn)行多圖案化的循環(huán)。

圖2描繪本文中用于使用單層蝕刻對硬掩模層進(jìn)行多圖案化的實(shí)施方式。

圖3描繪能夠形成硬掩模層的工藝腔室的一個實(shí)施方式的剖面圖。

圖4A至圖4M描繪用于使用單層蝕刻對硬掩模層進(jìn)行多圖案化的工藝流程圖。

圖5描繪使用原位和遠(yuǎn)程等離子體活化的O₂進(jìn)行灰化對硬掩模層所造成的變化。

圖6描繪使用原位和遠(yuǎn)程等離子體活化的H₂/N₂進(jìn)行灰化對硬掩模層所造成的變化。

圖7圖示適用于以光刻方式在基板上產(chǎn)生經(jīng)多圖案化的硬掩模的示例性群集工具700。

為了便于理解這些實(shí)施方式，已盡可能使用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示各圖所共有的相同元件。預(yù)期，可以將一個實(shí)施方式的元件和特征有益地并入其他的實(shí)施方式中而無須贅述。

然而應(yīng)注意的是，附圖僅圖示示例性實(shí)施方式，因而不應(yīng)被視為是對本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

在一些實(shí)施方式中，提供的硬掩模層具有相對于上覆的光刻膠層是實(shí)質(zhì)上類似的光學(xué)特性。硬掩模層的光學(xué)特性使得在光刻膠光刻波長下的光不會發(fā)生內(nèi)部反射和折射，或是所述內(nèi)部反射和折射被最小化到經(jīng)曝光的光刻膠特征的精準(zhǔn)度不會發(fā)生衰退的程度。提供的硬掩模層通過重復(fù)形成光刻膠于硬掩模層上、曝光光刻膠、將被顯影的圖案從光刻膠轉(zhuǎn)移到硬掩模層及剝除/灰化光刻膠以從硬掩模層去除光刻膠、及然后清潔和干燥用于在上面直接接收另一光刻膠層的硬掩模層這些步驟來進(jìn)行多次的圖案化。

硬掩模層也被稱為記憶層，可以直接位于諸如晶片之類的半導(dǎo)體層上，并且硬掩模層在上面提供掩模以用于離子注入或使摻雜劑擴(kuò)散進(jìn)入基板，而且硬掩模層還可以被用來在被沉積的膜層中形成開口，以形成互連部以及其他特征和器件，諸如用于升起式柵極、電容器等的膜層，這些膜層可形成在基板表面上。

本文具體描述的實(shí)施方式公開了用于最終形成經(jīng)多圖案化的硬掩模的方法，所述經(jīng)多圖案化的硬掩模最終被用來圖案化和蝕刻介電互連材料，以形成含金屬的特征，所述特征具有高深寬比和/或小尺寸。如本文所討論的，這些特征的高深寬比指的是深寬比超過4:1的次微米結(jié)構(gòu)，而小尺寸指的是尺寸約小于55nm的次微米結(jié)構(gòu)。沉積工藝可包括在處理過程中將至少一種惰性氣體供應(yīng)至工藝腔室中。通過在沉積工藝期間調(diào)整所供應(yīng)的惰性氣體在氣體混合物中的氣體比率和分壓，可以在整個基板表面上獲得良好的輪廓控制和膜均勻性形成。

本文的實(shí)施方式提供的方法用于形成物理氣相沉積(此后稱為PVD)氧化硅或富硅氧化物、或PVD SiN或富硅SiN、或SiC或富硅SiC、或前述各項(xiàng)的組合，包括化合物中含有受控氫摻雜的變化，以上被稱為SiO_xN_yC_z:H_w，其中w、x、y及z可以在從0％到100％的濃度中變化。SiO_xN_yC_z:H_w層被生產(chǎn)作為硬掩模，所述硬掩模的光學(xué)特性與將被施加在上面的光刻膠充分匹配，并用以在曝光波長(對于先進(jìn)光刻為193nm)下蝕刻SiO_xN_yC_z:H_w膜層(所述膜層在本文有時(shí)被泛稱為SiONC膜層)，以使硬掩模與光刻膠在光學(xué)上難以區(qū)分。在一些配置中，SiO_xN_yC_z:H_w層可包括具有所期望的光學(xué)特性的SiO_xC_z:H_w層、SiO_xN_y:H_w層或SiO_xN_yC_z:H_w層。硬掩模和抗蝕劑在光學(xué)特性上的匹配允許在硬掩模上直接進(jìn)行光刻、蝕刻、抗蝕劑剝除及再次施加抗蝕劑的多個程序，以進(jìn)一步進(jìn)行硬掩模圖案化；而抗蝕劑仍為基本上“光學(xué)平坦化的”，且例如抗蝕劑的反射率不具有有意圖(meaningful)的光學(xué)形貌(topography)或變化。這使得后續(xù)的光刻曝光能夠經(jīng)歷相同或大體上相同的反射率，省去了對模擬(simulate)和進(jìn)行復(fù)雜的光學(xué)鄰近校正的需求。此外，光刻、蝕刻及剝除的多重復(fù)雜三層循環(huán)可被省去，因?yàn)橹恍枰獙我豢刮g劑層直接施加在硬掩模上。

圖1描繪傳統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)循環(huán)100的實(shí)例，循環(huán)100用于使用三層光刻膠來對硬掩模層進(jìn)行多圖案化，所述三層光刻膠將被施加在硬掩模層上并用以蝕刻SiO₂膜層。傳統(tǒng)的循環(huán)100被描繪在圖1的快照110至160中，快照110至160描繪隨著處理進(jìn)行的基板的同一部分。在此實(shí)例中圖示出雙硬掩模蝕刻層的范例，其中待圖案化的最終層低K層101被第一硬掩模102、第一光學(xué)平坦化層103和灰化阻擋層104覆蓋，并在上面形成記憶層105。具體來說，基板109包括低K材料101，在低K材料101上形成氮化鈦(TiN)金屬硬掩模102層，并將第一光學(xué)平坦化層103和灰化阻擋層104形成在上面。記憶層105(硬掩模層)被設(shè)置在灰化阻擋層104的頂表面上。設(shè)置在記憶層105的頂部上的是三層116。所述三層包括第二光學(xué)平坦化層106及依序形成在上面的含硅抗反射層107和光刻膠108。在現(xiàn)有技術(shù)中，記憶層是使用化學(xué)氣相沉積形成的，其中硅和氧前驅(qū)物通常在等離子體環(huán)境中結(jié)合，以形成硬掩模膜。

在第一快照110中，使用光刻來曝光光刻膠108，并在光刻膠108中顯影出圖案特征118。特征118表示通過光刻曝光和后續(xù)的抗蝕劑顯影而去除光刻膠108的區(qū)域。

在第二快照120中，執(zhí)行蝕刻工藝，以將第一特征125蝕刻為穿過第二光學(xué)平坦化層106和記憶層105。在蝕刻工藝期間，光刻膠108至少部分地被蝕刻掉，并且硅抗反射層107的暴露部分、第二光學(xué)平坦化層106及記憶層105被蝕刻。

在第三快照130中，三層116被灰化或以其他方式從記憶層105被剝除。這在層堆疊的頂表面上留下局部圖案化的記憶層105。此外，記憶層具有由于先前如第二快照120中所圖示的蝕刻處理而穿過所述記憶層的開口135。開口135只是需要在記憶層105中產(chǎn)生的總圖案的一部分。然而，由于所產(chǎn)生的形貌的緣故，進(jìn)一步光刻記憶層105需要重新平坦化以及光隔離記憶層105。因此，另一個三層145被形成在記憶層105的頂部上。此舉涉及沉積第二次施加的第二光學(xué)平坦化層106和硅抗反射層107，隨后在上面施加光刻膠108。

在第四快照140中，新的重新形成的三層145在光刻曝光和對抗蝕劑層108進(jìn)行顯影之后已被圖案化，以形成第二圖案148。第二圖案148被用于第五快照150中圖示的第二蝕刻中。第二蝕刻步驟去除重新形成的三層145和記憶層105中的材料(圖示為漏斗形特征或開口155)。如第六快照160中所圖示，在第二次剝除處理之后，記憶層105上三層(145)的剩余部分被去除。記憶層105此時(shí)有兩個形成的開口135和165。

對于同一硬掩模層的每次圖案化步驟，先前的三層必須從基板被剝除，基板必須進(jìn)行清潔，且然后必須施加新的三層。圖1中描述的操作需要沉積6層(兩個三層)，以進(jìn)行平坦化或光學(xué)上使晶片平整，以便在形成第六快照中所見的開口135和165時(shí)為光刻操作保持聚焦(focus)并在光學(xué)上隔離記憶層105。以下討論的實(shí)施方式提供用于以多個圖案化步驟在硬掩模層中制備多個開口的設(shè)備和方法，且在后續(xù)的光刻步驟期間無需光學(xué)上平坦化或隔離經(jīng)圖案化的硬掩模層，以進(jìn)一步圖案化硬掩模層。圖2描繪依據(jù)本文的一個實(shí)施方式的用于多圖案化光學(xué)匹配的硬掩模層的新循環(huán)200。

如圖2中圖示的新循環(huán)200包括基板的一部分的快照210至260，借助新循環(huán)200兩個開口235和265分別以兩個不同的光刻步驟形成在硬掩模層205中。在實(shí)例中，基板包括低K材料201，在低K材料201上有TiN金屬硬掩模202以及第一光學(xué)平坦化層203(底層)和抗反射涂層/灰化阻擋層204(中間層)。“記憶”硬掩模層205(在上面形成的硬掩模層)被設(shè)置在ARC/灰化阻擋層204的頂表面上。ARC/灰化阻擋層204可包括具有抗反射特性(在λ＝193nm下)及蝕刻終止和灰化阻擋特性二者的薄膜，以用于在硬掩模層205上進(jìn)行蝕刻和PR剝除。ARC/灰化阻擋層204可以由硅基材料來形成。ARC/灰化阻擋層204可以擇一地從氮化鋁(AlN)、AlON、SiN、TiN或其它具有抗反射特性、蝕刻終止特性、灰化阻擋特性的堅(jiān)固材料形成，而且ARC/灰化阻擋層204也可以選擇性地被去除。例如，ARC/灰化阻擋層204可以通過在基板的表面上沉積AlN層來形成。AlN層可以借助物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、原子層沉積或借助其他適當(dāng)?shù)姆椒▉硇纬?。設(shè)置在硬掩模層205頂部上的只有光刻膠層208，使得光刻膠層208至少部分地與硬掩模層205直接接觸。

硬掩模層205可以是具有各種范圍從0％至100％的w、x、y及z值的SiO_xN_yC_z:H_w膜。在一些情況下，SiON、SiOC或SiONC類型的膜可以被摻雜有氫(H)，如本文所用的命名“:H”所表示的。硬掩模層205的成分被調(diào)整成在用于光刻圖案化的曝光波長(通常是193nm)下匹配光刻膠層208的n和K值。借助物理氣相沉積從硅靶材形成的SiO_xN_y膜具有在曝光波長193nm下范圍在1.5至2.5之間的折射率n及約0至0.3的消光系數(shù)K。SiO_xN_yC_z:H_w膜的邊界(termination)可能影響形成在上面的下一層(即光刻膠層208)的特性。因此，在一些配置中，理想的是調(diào)整硬掩模層205與光刻膠層208的界面處或邊界區(qū)域且在硬掩模層205中的材料的成分和/或特性。在硬掩模層205與光刻膠層208的界面處的硬掩模層205的邊界區(qū)域可以只有幾?；騿螌雍瘛Ｔ谝粋€實(shí)例中，可能理想的是通過在沉積工藝的后段期間關(guān)閉載氮和/或載氫氣體流來調(diào)整界面區(qū)域中的氫(H)和/或氮(N)濃度，使得在邊界區(qū)域中的H和/或N濃度至少小于所形成的層的其余部分中的H和/或N濃度。在一個實(shí)例中，在硬掩模層205表面處的氫濃度小于貫穿所沉積的硬掩模層205厚度的平均氫濃度，和/或在硬掩模層205表面處的氮濃度小于貫穿所沉積的硬掩模層205厚度的平均氮濃度?？梢岳靡灾T如離子化的氬(Ar)氣之類的氣體原子轟擊所沉積的硬掩模層205表面來改變所形成的硬掩模層205的成分(例如H和/或N濃度)或晶體結(jié)構(gòu)。轟擊工藝可以通過在基板表面上形成等離子體及然后對基板或基板支撐件(基板在所述基板支撐件上)進(jìn)行偏壓來執(zhí)行，使得等離子體中的離子化的氣體原子轟擊基板的表面。在一個配置中，轟擊工藝作為形成硬掩模層205的最后一個步驟執(zhí)行，以便改變和/或調(diào)整膜的表面能和表面的潤濕角特性。因此，通過使用以上討論的工藝之一，可以調(diào)整邊界區(qū)域和硬掩模層205表面的特性，使得表面是疏水性的或至少比均勻成分類型的硬掩模層和/或“初沉積的(as-deposited)”硬掩模層更疏水。此外，通過使用這些工藝中的至少一種工藝，可以將硬掩模層205制成惰性且穩(wěn)定的，以免毒害(poison)形成在上面的光刻膠層208。由于膜的化學(xué)計(jì)量并不是與沉積溫度非常相關(guān)的，所以低溫沉積是可能的。

另外，轟擊所沉積的硬掩模層205表面的離子也可以被偏壓到基板，以在硬掩模層205上沉積光刻膠層208之前促進(jìn)基板的光滑表面。離子至基板的偏壓越強(qiáng)，則基板表面變得越致密且越平滑。可以使用轟擊工藝來使硬掩模層205的表面平滑，使得表面不具有諸如小凸起或草皮層(divot)之類的顯著粗糙部分或肉眼可見特征，這些顯著粗糙部分或肉眼可見特征在對光刻膠進(jìn)行圖案化時(shí)可能分散光刻波長。有益地，在硬掩模層205中蝕刻出臨界尺寸之前密切控制光刻膠層208中的圖案。

在一些實(shí)施方式中，調(diào)整硬掩模層205的特性，使得在圖案化程序的光刻圖案相的對準(zhǔn)過程中，可使先前在硬掩模層205中形成的對準(zhǔn)標(biāo)記或?qū)?zhǔn)圖案在對準(zhǔn)檢查波長(通常是530或630nm)下與設(shè)置在硬掩模層205上的光刻膠層可區(qū)別。硬掩模層205的折射率n或消光系數(shù)K可以在對準(zhǔn)波長(530nm/630nm)下與光刻膠層208不同，而在光刻曝光波長(193nm)下仍然類似。消光系數(shù)可以是對波長敏感的。因此，硬掩模層205可以被摻雜氫(H)、硼(B)或鉀(K)?？梢詫诫s原子添加到靶材，或可以在沉積工藝期間使用工藝氣體來調(diào)整硬掩模層205僅在所期望的波長下的光學(xué)特性。因此，可以將硬掩模層205調(diào)諧成在193nm的光刻波長下實(shí)質(zhì)上匹配折射率n和消光系數(shù)K，而同時(shí)在530nm或630nm的對準(zhǔn)波長下具有不同的折射率n或消光系數(shù)K?；蛘?，可以將染料加入硬掩模層295，以使硬掩模層205在193nm的光刻波長下與光刻膠層245可區(qū)別，但在530nm或630nm的對準(zhǔn)波長下不可區(qū)別。

如本文所述，硬掩模和抗蝕劑的光學(xué)特性是足夠類似的，以能夠僅使用上面的單層抗蝕劑來重復(fù)地對硬掩模進(jìn)行圖案化。為了成為光學(xué)上平坦的，在硬掩模和抗蝕劑的界面處的反射率需要為至多1-2％。由于反射率有區(qū)別功能，故必須匹配n&K，以使得在兩種材料的界面處無反射；簡單地匹配n是不夠的。對于相對于光刻膠層208匹配的硬掩模層205來說，n&K充分匹配，使得菲涅耳(Fresnel)方程式預(yù)測出<2％的反射率。然而，在最先進(jìn)的光刻術(shù)中，菲涅耳方程式應(yīng)預(yù)測出<0.5％的反射率。硬掩模層和光刻膠的n&K值差異提供硬掩模與抗蝕劑充分匹配的指標(biāo)(indicator)。對光刻膠層208充分匹配的硬掩模層205具有在±0.01內(nèi)的K值和在±0.01內(nèi)的n值。

為了將氮或氫并入被濺射的Si中，存在于濺射腔室中的氧水平必須非常低。即使在1/10的O₂/N₂比之下，“10％”的O₂值足以滿足即排除氮至經(jīng)PVD沉積的硅中的懸垂Si鍵(鍵合部位)的鍵合。例如，對于100個硅懸垂鍵(鍵合部位)的原子來說，引入100個O₂的原子和10,000個N₂的原子，這100個O₂原子將與Si懸垂鍵鍵合以排除N₂。因此，少量的(little)氮將會被并入膜中。因此，借助膜的O₂/N₂比來調(diào)整折射率n可以在沉積工藝過程中通過使O₂氣流匱乏來調(diào)整。

在圖2的第一個快照中，使用193nm波長的“紫外光”(電磁能)來將圖案曝光到光刻膠層208上，光刻膠層208被顯影以形成孔218。光刻工具可以同時(shí)印出十億個這樣的特征。然而，隨著芯片變得越來越密集，芯片設(shè)計(jì)已要求超過數(shù)十億個特征。為了完成此要求，光刻工具在單次操作中只曝光待形成于表面中或表面上的總特征的一部分。剩余特征的圖案在后續(xù)操作期間被對準(zhǔn)于基板上。然后，剩余的特征在后續(xù)操作中被形成在層上或?qū)又?。因此，光刻曝光三十億個特征可能需要至少3個循環(huán)。

孔218是待形成于硬掩模層205中的較大設(shè)計(jì)圖案的一部分。光刻膠層208中的圖案孔218暴露出在孔218中的硬掩模層205的頂表面。硬掩模層205具有匹配或幾乎匹配光刻膠層208的折射率(n)和消光系數(shù)(K)。通過匹配或幾乎匹配光刻膠層208和硬掩模層205的光學(xué)特性n和K，光刻膠層208和硬掩模層205的界面不會或至少僅最低限度地反射或折射光刻波長的紫外光，因此所述界面對于光刻曝光波長而言變成“不可見的”。結(jié)果，不管在所述界面處是否存在三維特征，光刻膠層208和硬掩模層205都一起對193nm的紫外線曝光波長顯現(xiàn)為光學(xué)上平整或平坦化的，而且不需要為下面硬掩模的每次圖案化步驟產(chǎn)生光學(xué)平坦化層。在一個實(shí)施方式中，光刻膠層208和硬掩模層205具有折射率n＝1.6和消光系數(shù)K＝0.05。結(jié)果，曝光電磁能量將不在硬掩模層205和上覆的光刻膠層208的實(shí)體界面處發(fā)生反射或折射。

在第二快照220中，可選擇的共形聚合物226被沉積在硬掩模層205和光刻膠層208的暴露表面上，并在共形聚合物226上執(zhí)行蝕刻工藝，以產(chǎn)生開口225。193nm波長的光刻對于可以形成在光刻膠層208中的諸如溝槽之類的特征的尺寸(寬度)具有實(shí)際的限制。共形聚合物的沉積使得能夠獲得比單獨(dú)由193nm的光刻所能夠獲得的特征更窄的特征?；蛘撸梢岳脤τ诠饪谈〉牟ㄩL來產(chǎn)生所期望寬度的圖案。在此情況下將不使用共形聚合物。

在第三快照230中，在蝕刻下面的硬掩模層205以形成第一開口235之后，在不顯著改變硬掩模層205的折射率(n)或消光系數(shù)(K)值的情況下，通過灰化操作去除共形聚合物側(cè)壁226和光刻膠層208。在一個實(shí)施方式中，使用遠(yuǎn)程O₂等離子體來灰化光刻膠層208?；蛘?，使用可選擇地在遠(yuǎn)程等離子體源中被活化之后的含氫氣體和含氮?dú)怏w(諸如H₂和N₂)的混合物來灰化光刻膠層208。開口235只代表需要在硬掩模層205中產(chǎn)生的總圖案的一部分。

灰化可以使用遠(yuǎn)程等離子體源進(jìn)行或原位進(jìn)行。為了支持多個灰化操作，硬掩模層205的折射率(n)和消光系數(shù)(K)值的變化必須是最小的。圖5描繪使用原位形成的O₂等離子體505和遠(yuǎn)程形成的O₂等離子體550進(jìn)行灰化時(shí)硬掩模層205的變化。

原位形成O₂等離子體505的影響的三個圖表在圖510中描繪橫跨(across)層的記憶層(即硬掩模層或硬掩模層)厚度、在圖520中描繪橫跨層的記憶層折射率，以及在圖530中描繪橫跨層的記憶層消光系數(shù)。對于圖510至530，將厚度、折射率及消光系數(shù)描繪在y軸上。沿著x軸描繪的是在位于沿著從基板中心到外邊緣的同心圓的樣品位置處的49(四十九)個測量值。測量是在灰化前506和灰化后507進(jìn)行的。如圖510中所圖示，從灰化前506到灰化后507記憶層的厚度改變了。如圖520中所圖示，從灰化前506到灰化后507記憶層的折射率改變了。而且如圖530中所圖示，從灰化前506到灰化后507記憶層的消光系數(shù)改變了。使用原位形成的O₂等離子體進(jìn)行的灰化表現(xiàn)出小的厚度變化，而且隨著O₂含量增加，SiON中的折射率有極微少的降低，此舉可能是SiON的氧化所導(dǎo)致的。

遠(yuǎn)程形成的O₂等離子體550作為灰化介質(zhì)的影響的三個圖示在圖560中描繪橫跨層的記憶層厚度，在圖570中描繪橫跨層的記憶層折射率，以及在圖580中描繪橫跨層的記憶層消光系數(shù)。再次地，對于圖560至580，將厚度、折射率及消光系數(shù)描繪在y軸上。沿著x軸描繪的是在位于沿著從基板中心到外邊緣的同心圓的樣品位置處的49個測量值。如圖560中所圖示，從灰化前506到灰化后507記憶層的厚度大體上并未改變。如圖570中所圖示，從灰化前506到灰化后507記憶層的折射率大體上并未改變。而且如圖580中所圖示，從灰化前506到灰化后507記憶層的消光系數(shù)大體上并未改變。

圖6描繪使用原位形成的和遠(yuǎn)程形成的含氫(H₂)氣體和含氮(N₂)氣體的等離子體混合物(H₂/N₂)605和650進(jìn)行灰化時(shí)，硬掩模層205中的變化。

與圖5的方式相同，遠(yuǎn)程形成的H₂/N₂等離子體605作為灰化介質(zhì)的影響的三個圖示在圖610中描繪橫跨層的記憶層厚度，在圖620中描繪橫跨層的記憶層折射率，以及在圖630中描繪橫跨層的記憶層消光系數(shù)。對于圖610至630，將厚度、折射率及消光系數(shù)描繪在y軸上。沿著x軸描繪的是在位于沿著從基板中心到外邊緣的同心圓的樣品位置處的49個測量值。測量是在灰化前606和灰化后607進(jìn)行的。如圖610中所圖示，從灰化前606到灰化后607記憶層的厚度大體上并未改變。如圖620中所圖示，從灰化前606到灰化后607記憶層的折射率大體上并未改變。而且如圖630中所圖示，從灰化前606到灰化后607記憶層的消光系數(shù)大體上并未改變。

原位形成的H₂/N₂等離子體650的影響的三個圖示在圖660中描繪橫跨層的記憶層厚度，在圖670中描繪橫跨層的記憶層折射率，以及在圖680中描繪橫跨層的記憶層消光系數(shù)。再次地，對于圖660至680，將厚度、折射率及消光系數(shù)描繪在y軸上。沿著x軸描繪的是在位于沿著從基板中心到外邊緣的同心圓的樣品位置處的49個測量值。如圖660中所圖示，從灰化前606到灰化后607記憶層的厚度改變了。如圖670中所圖示，從灰化前606到灰化后607記憶層的折射率改變了。而且如圖680中所圖示，從灰化前606到灰化后607記憶層的消光系數(shù)改變了。使用原位形成的H₂/N₂等離子體進(jìn)行的灰化顯示消光系數(shù)有一定量的增大。

因此，對于用作灰化介質(zhì)的O₂氣體或H₂/N₂氣體來說，遠(yuǎn)程形成等離子體以用于從記憶層(硬掩模層)205灰化抗蝕劑所引起的硬掩模層205的折射率(n)和消光系數(shù)(K)值變化顯著小于使用原位形成的等離子體所引起的這些值的變化。這允許光刻、蝕刻及剝除抗蝕劑以在硬掩模中形成特征的多個程序的進(jìn)行，而無需承受光學(xué)形貌或反射率的變化。

再次參照圖2的快照240，為了能夠?qū)τ惭谀?05進(jìn)行第二次圖案化，光刻膠245被沉積并顯影于硬掩模層205上，目的是圖案化硬掩模層205中剩余的開口。在每個光刻操作之前，使用530nm或630nm的波長將開口的圖案在基板上與硬掩模層205中所蝕刻出的圖案對準(zhǔn)。硬掩模層205具有在193nm的光刻波長下匹配光刻膠層245的折射率(n)和消光系數(shù)(K)，硬掩模層205和光刻膠層245的界面對于曝光電磁能是在光學(xué)上不可區(qū)分的。然而，硬掩模層205具有在約530nm或約630nm的波長下與光刻膠層245不同的折射率(n)和消光系數(shù)(K)，以允許光刻圖案的對準(zhǔn)。因此，硬掩模層205的n和K在193nm的波長下與光刻膠245的n和K是不可區(qū)分的，而在530nm或630nm的波長下是可區(qū)分的。這消除了先前需要光學(xué)平坦化或遮蔽先前蝕刻的特征以免暴露于光刻電磁能而在硬掩模層205上沉積另外的材料的需求。也就是說，已不再需要如圖1所示的沉積包括第二光學(xué)平坦化層106和硅抗反射層107的三層。此外，由于在193nm的光刻波長下硬掩模層205與上覆的抗蝕劑之間沒有界面反射或有可接受地小的界面反射，故可以不需要光學(xué)鄰近校正來校正隨后的光刻操作中的形貌，而且申請人已經(jīng)在未使用光學(xué)鄰近校正的情況下用光學(xué)匹配的抗蝕劑和記憶層完成了圖案化。

在第四快照240中，圖案248已被光刻曝光并顯影在光刻膠245中。圖案248是待形成在硬掩模層205中的較大設(shè)計(jì)圖案的一部分。在蝕刻工藝之前共形聚合物被沉積在硬掩模層205和光刻膠層208的暴露表面上。或者，共形聚合物的沉積可以發(fā)生在蝕刻硬掩模層205的過程中。

在第五快照250中，在蝕刻操作之后顯示出硬掩模層205中的開口265。蝕刻之后，在圖案248的側(cè)壁256上共形聚合物是可見的。在第六快照260中，通過灰化操作去除共形聚合物側(cè)壁256和光刻膠層245。以不意圖地改變硬掩模層205的折射率(n)或消光系數(shù)(K)值的方式進(jìn)行灰化操作。在集成電路的制造工藝中，可以對基板進(jìn)行多次光刻處理。然而，在同一硬掩模層205上進(jìn)行多個蝕刻和灰化的光刻循環(huán)并未顯著改變硬掩模層205的折射率(n)或消光系數(shù)(K)值。結(jié)果，不需要沉積光學(xué)平坦化層和硅抗反射層及使用光學(xué)鄰近校正以形成開口235、265。

通過匹配硬掩模和光刻膠在193nm波長下的n(折射率)和K值兩者，形成了硬掩模SiO_xN_yC_Z。在另一個實(shí)施方式中，硬掩模是SiO₂。再次地，這涉及調(diào)整硬掩模的n和K，以在193nm波長下匹配光刻膠(軟掩模)的n和K，同時(shí)在530nm或630nm波長下對硬掩模和光刻膠的n和K進(jìn)行區(qū)分。現(xiàn)有技術(shù)用以形成SiON膜層的化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝需要較高的溫度，并產(chǎn)生具有較高K值的膜，因?yàn)闅鋸墓柰榍膀?qū)物被并入膜中。此外，現(xiàn)有技術(shù)的膜層通常含有形成酸的N-H或胺鍵，所述酸干擾光刻膠并可能引起可能需要被去除的副產(chǎn)物即浮渣。氫形成吸收193nm波長的Si-H，并因此提高了K值。此舉在滿足SOC膜的熱預(yù)算所要求的低沉積溫度(通常<200℃)下尤其是真實(shí)的。因此，使用CVD使SiON層的消光系數(shù)(K)或電磁能吸收變得太高。申請人在本文中公開了可以形成物理氣相沉積(PVD)形成的SiO_xN_yC_Z膜或?qū)?，所述SiO_xN_yC_Z膜或?qū)涌梢员徽{(diào)諧至相關(guān)抗蝕劑的n和K值。此外，可以在遠(yuǎn)低于200℃下形成硬掩模層，而且已經(jīng)在約20至25℃下通過在反應(yīng)性氛圍中濺射硅沉積了可接受的光調(diào)諧硬掩模層。

然而，硅是難以濺射的。通常，當(dāng)濺射介電層時(shí)，表面將積聚導(dǎo)致形成電弧和靶材粒子射出的電荷。使用脈沖DC允許從濺射靶材用的負(fù)極快速切換到掃描(sweeping)或電荷刷除(charge scrubbing)(中和介電表面上的所有電荷)靶材用的正極。

圖3圖示適用于濺射沉積材料的示例性物理氣相沉積(PVD)工藝腔室300(例如濺射工藝腔室)?？蛇m用于形成SiO_xN_yC_Z膜層的工藝腔室的一個實(shí)例為可購自位于Santa Clara,California(加州圣克拉拉市)的Applied Materials,Inc.(應(yīng)用材料公司)的PVD工藝腔室。預(yù)期，其他的濺射工藝腔室(包括來自其他制造商的那些工藝腔室)也可適用于實(shí)施本發(fā)明。

工藝腔室300包括腔室主體308，腔室主體308中具有界定的處理空間318。腔室主體308具有側(cè)壁310和底部346。腔室主體308和工藝腔室300的相關(guān)部件的尺寸不受限制，而且這些尺寸通常是按比例大于待處理的基板390的尺寸。任何適當(dāng)?shù)幕宄叽缍伎梢赃M(jìn)行處理。適當(dāng)?shù)幕宄叽绲膶?shí)例包括具有200mm直徑、300mm直徑或450mm直徑的基板。

腔室蓋組件304被安裝在腔室主體308的頂部上。腔室主體308可以由鋁或其它適當(dāng)?shù)牟牧现瞥??；宄鋈肟?30被形成為穿過腔室主體308的側(cè)壁310，以利于傳送基板390進(jìn)出工藝腔室300。出入口330可被耦接至傳送腔室和/或基板處理系統(tǒng)的其他腔室。

水蒸汽產(chǎn)生(WVG)系統(tǒng)334被耦接到工藝腔室300中界定的處理空間318。WVG系統(tǒng)334借助于O₂和H₂的催化反應(yīng)產(chǎn)生超高純度的水蒸汽?；蛘?，WVG系統(tǒng)334也可以根據(jù)需要通過直接將水(H₂O)蒸發(fā)成為水蒸汽來產(chǎn)生水蒸汽。WVG系統(tǒng)334具有內(nèi)襯有催化劑的反應(yīng)器、或在其中借助于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水蒸汽的催化劑盒。催化劑可以包括諸如鈀、鉑、鎳、上述金屬的組合及上述金屬的合金之類的金屬或合金。雖然水蒸汽通常是通過使H₂和O₂流入反應(yīng)器來產(chǎn)生的，但O₂可以被補(bǔ)充或使用另一種氧源化合物替代，所述氧源化合物諸如是NO、N₂O、NO₂、N₂O₅、H₂O₂或O₃。在一個實(shí)施方式中，根據(jù)需要使用H₂和N₂O來形成水蒸汽。超高純度的水對于提供H₂O至處理空間318中以用于形成具有O₂和H₂離子的等離子體是理想的。

氣源328被耦接到腔室主體308，以供應(yīng)工藝氣體至處理空間318中。在一個實(shí)施方式中，若必要的話工藝氣體可以包括惰性氣體、非反應(yīng)性氣體及反應(yīng)性氣體?？捎蓺庠?28所提供的工藝氣體的實(shí)例包括但不限于氬氣(Ar)、氦(He)、氖氣(Ne)、氪(Kr)、氙(Xe)、氮?dú)?N₂)、氧氣(O₂)、氫氣(H₂)、H₂O(來自WVG系統(tǒng)334且以蒸汽形式)、組成氣體(forming gas)(N₂+H₂)、氨(NH₃)、甲烷(CH₄)、一氧化碳(CO)和/或二氧化碳(CO₂)、及其他氣體。

泵送口350被形成為穿過腔室主體308的底部346。泵送裝置352被耦接到處理空間318，以抽空并控制處理空間318內(nèi)的壓力。泵送系統(tǒng)和腔室冷卻設(shè)計(jì)使得在適合熱預(yù)算需求的溫度(例如-25℃至+500℃)下能夠有高本底真空(base vacuum)(1E-8托或更低)和低上升速率(1,000毫托/分鐘)。泵送系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成提供精確的工藝壓力控制，工藝壓力是RI控制和調(diào)整的關(guān)鍵參數(shù)。

蓋組件304通常包括靶材320和耦接至靶材320的接地外殼組件326。靶材320提供在PVD工藝期間可被濺射并沉積到基板390表面上的材料源。在DC濺射過程中靶材320作為等離子體電路的陰極。

靶材320或靶材板可從用于沉積層的材料、或在腔室中待形成的沉積層的元素制成。諸如電源332之類的高電壓電源被連接到靶材320，以利于從靶材320濺射材料。在一個實(shí)施方式中，靶材320可以由包括硅(Si)、鈦(Ti)金屬、鉭金屬(Ta)、鉿(Hf)、鎢(W)金屬、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋁(Al)、上述金屬的合金、上述各項(xiàng)的組合或類似物的材料制成。此外，在處理過程中來自靶材的電子發(fā)射可以由n型或p型摻雜的靶材控制。靶材可以被摻雜有諸如硼(B)之類的導(dǎo)電元素。靶材材料可以具有單晶與(versus)多晶結(jié)構(gòu)。例如，靶材可以包括Si，其中整個Si靶材的晶格是單晶。在本文所描繪的示例性實(shí)施方式中，靶材可以由本征Si、或摻雜的導(dǎo)電Si、或特定成分的SiO_xN_yC_z:H_w復(fù)合靶材制成。在一個實(shí)施方式中，靶材是純度99.999％且摻雜有每cm²約1×10¹⁸個硼原子的Si。

靶材320通常包括外圍部分324和中央部分316。外圍部分324被設(shè)置在腔室的側(cè)壁310上。靶材320的中央部分316可以具有彎曲表面，所述彎曲表面稍微朝向設(shè)置在基板支撐件338上的基板390的表面延伸。靶材320與基板支撐件338之間的間距被保持在約50mm與約350mm之間。值得注意的是，靶材320的尺寸、形狀、材料、構(gòu)造和直徑可以為了特定工藝或基板要求而變化。在一個實(shí)施方式中，靶材320可以進(jìn)一步包括具有中央部分的背板，所述中央部分由期望被濺射到基板表面上的材料粘合(bond)和/或制成。靶材320還可以包括共同形成靶材的相鄰?fù)咂?tile)或分段材料。

蓋組件304還可以包括安裝在靶材320上方的全面侵蝕磁電管陰極302，在處理過程中全面侵蝕磁電管陰極302增強(qiáng)從靶材320有效濺射材料。全面侵蝕磁電管陰極302允許容易和快速的工藝控制及訂制的膜特性，同時(shí)確保在整個晶片上有一致的靶材侵蝕和均勻的SiO_xN_yC_z:H_w膜沉積，其中各個w、x、y及z值范圍從0％到100％。磁電管組件的實(shí)例包括線性磁電管、蛇形磁電管、螺旋磁電管、雙指狀磁電管、矩形化螺旋磁電管及其他磁電管。

蓋組件304的接地外殼組件326包括接地框架306和接地外殼312。接地外殼組件326還可以包括其它的腔室屏蔽構(gòu)件、靶材屏蔽構(gòu)件、暗區(qū)屏蔽物及暗區(qū)屏蔽框架。接地外殼312借助接地框架306耦接到外圍部分324，接地框架306界定處理空間318中且在靶材320的中央部分下方的上部處理區(qū)域354。接地框架306將接地外殼312與靶材320電絕緣，同時(shí)經(jīng)由側(cè)壁310提供到達(dá)工藝腔室300的腔室主體308的接地路徑。接地外殼312把在處理過程中產(chǎn)生的等離子體束縛在上部處理區(qū)域354內(nèi)，并且接地外殼312從靶材320的有限(confined)中央部分316驅(qū)逐(dislodge)出靶材源材料，從而使得被驅(qū)逐出的靶材源得以主要被沉積在基板表面上而不是腔室側(cè)壁310上。在一個實(shí)施方式中，接地外殼312可以由一個或更多個工件片段和/或借助本領(lǐng)域已知工藝進(jìn)行的數(shù)個這些工件的粘合來形成，這些工藝諸如是焊接、膠合、高壓壓縮等。

延伸穿過腔室主體308底部346的軸340耦接到升降機(jī)構(gòu)344。升降機(jī)構(gòu)344被配置成使基板支撐件338在下面的傳送位置與上面的處理位置之間移動。波紋管342環(huán)繞軸340并耦接到基板支撐件338，以在中間提供撓性(flexible)密封，從而保持腔室處理空間318的真空完整性。

基板支撐件338可以是靜電夾盤，并且基板支撐件338具有電極380。靜電夾盤(ESC)338利用相反電荷的吸引來保持絕緣基板390和導(dǎo)電基板390兩者，以用于進(jìn)行光刻工藝，并且靜電夾盤(ESC)338由DC電源381供電。ESC 338包括嵌入介電主體內(nèi)的電極。DC電源381可以提供約200至約2000伏的DC夾持電壓至電極。DC電源381還可以包括系統(tǒng)控制器，系統(tǒng)控制器通過導(dǎo)引DC電流至電極來控制電極380的操作，以用于夾持和釋放基板390。

可以將PVD工藝的溫度保持在低于沉積于硬掩模層205下方的有機(jī)膜變得易揮發(fā)的溫度。例如，溫度可以低于約250攝氏度，并且溫度具有約50攝氏度的限度(margin)來防止硬掩模層205下方的有機(jī)膜除氣(gas out)并污染腔室。ESC 338在器件整合要求熱預(yù)算所要求的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行。例如；可拆卸式ESC 338(DTESC)用于零下25℃至100℃的溫度范圍，中溫ESC 338(MTESC)用于100℃至200℃的溫度范圍，高溫或高溫可偏壓或高溫高均勻性ESC 338(HTESC或HTBESC或HTHUESC)用于從200℃至500℃的溫度范圍，這確保晶片快速均勻地升溫。

在工藝氣體被引入PVD腔室300之后，氣體被激發(fā)以形成等離子體。諸如一個或更多個感應(yīng)器線圈之類的天線376可以被提供在PVD腔室300附近。天線電源375可以對天線376進(jìn)行供電，以將諸如RF能之類的能量感應(yīng)耦合到工藝氣體，以形成等離子體于PVD腔室300的處理區(qū)域中。替代地或另外地，包括基板390下方的陰極和基板390上方的陽極的處理電極可以被用來耦合RF電力以產(chǎn)生等離子體。還控制PVD腔室300中其他部件操作的控制器可以控制電源375的操作。

遮蔽框架322設(shè)置在基板支撐件338的外圍區(qū)域上，并且遮蔽框架322被配置成限制(confine)從靶材320被濺射到基板表面所期望的部分的源材料的沉積。腔室屏蔽物336可以設(shè)置在腔室主體308的內(nèi)壁上，而且腔室屏蔽物336具有向內(nèi)延伸到處理空間318并配置成支撐遮蔽框架322的唇部356，所述遮蔽框架322被設(shè)置為圍繞基板支撐件338。當(dāng)基板支撐件338被升到用于進(jìn)行處理的上部位置時(shí)，設(shè)置在基板支撐件338上的基板390的外邊緣被遮蔽框架322接合，而且遮蔽框架322被升起并遠(yuǎn)離腔室屏蔽物336。當(dāng)基板支撐件338被降低到靠近基板傳送出入口330的傳送位置時(shí)，遮蔽框架322回到腔室屏蔽物336上。升降桿(未圖示)被選擇性地移動穿過基板支撐件338，以將基板390升舉到基板支撐件338上方，以便借助傳送機(jī)械手或其它適當(dāng)?shù)膫魉蜋C(jī)構(gòu)接近基板390。

控制器348被耦接到工藝腔室300?？刂破?48包括中央處理單元(CPU)360、存儲器358及支持電路362?？刂破?48被用來控制工藝程序、調(diào)節(jié)從氣源328進(jìn)入工藝腔室300的氣流及控制靶材320的離子轟擊。CPU 360可以是任何形式的、可在工業(yè)環(huán)境中使用的通用計(jì)算機(jī)處理器。軟件程序可以被儲存在存儲器358中，存儲器358諸如是隨機(jī)存取存儲器、只讀存儲器、軟盤或硬盤驅(qū)動器、或其他形式的數(shù)字儲存器。支持電路362以傳統(tǒng)的方式被耦接到CPU 360，而且支持電路362可以包括高速緩存、時(shí)鐘電路、輸入/輸出子系統(tǒng)、電源及類似者。當(dāng)由CPU 360執(zhí)行軟件程序時(shí)，軟件程序?qū)PU轉(zhuǎn)變成專用計(jì)算機(jī)(控制器)348，專用計(jì)算機(jī)348控制工藝腔室300，使得工藝依據(jù)本發(fā)明執(zhí)行。軟件程序也可以被第二控制器(未圖示)執(zhí)行和/或儲存，所述第二控制器位于PVD腔室300的遠(yuǎn)程處。

在處理過程中，材料從靶材320被濺射出并沉積在基板390的表面上。靶材320和基板支撐件338被電源332相對于彼此和/或相對于地面施加偏壓，以保持從氣源328所供應(yīng)的工藝氣體形成等離子體。來自等離子體的離子向著靶材320被加速并撞擊靶材320，引起靶材材料從靶材320被驅(qū)逐出。被驅(qū)逐出的靶材材料和反應(yīng)性工藝氣體一起在基板390上形成具有所期望的成分的層。RF、DC或快速切換的脈沖DC電源或上述各項(xiàng)的組合提供可調(diào)諧的靶材偏壓，以精確地控制濺射成分和SiO_xN_yC_z:H_w材料的沉積速率。

在一些實(shí)施方式中，同樣理想的是在SiO_xN_yC_z:H_w層沉積工藝的不同階段期間分別施加偏壓到基板。因此，偏壓可以從源385(例如DC和/或RF源)被提供到基板支撐件338中的偏壓電極386(或夾盤電極380)，使得在沉積工藝的一個或更多個階段期間，基板390將被形成于等離子體中的離子轟擊。施加偏壓于電極可用以使基板表面平滑，并增加基板表面的疏水性。在一些工藝實(shí)例中，在已經(jīng)進(jìn)行了SiO_xN_yC_z:H_w膜的沉積工藝之后將偏壓施加到基板?；蛘?，在一些工藝實(shí)例中，在SiO_xN_yC_z:H_w膜的沉積工藝期間施加偏壓。因此，當(dāng)在整個沉積工藝期間都保持基板偏壓時(shí)，轟擊原子會添加動能到在基板表面的沉積材料上。例如，可以使用約50瓦特與約1100瓦特之間的能量以將離子偏壓至基板，以形成平滑的致密膜。較大的偏壓驅(qū)動具有較大能量的離子到達(dá)基板表面。例如，后處理工藝可以使用含氬(Ar)氣體，并且后處理工藝可通過提供諸如介于約200-1100瓦之間的偏壓能以在基板表面處導(dǎo)引SiO_xN_yC_z:H_w膜(即硬掩模層205)的離子而使基板膜平滑。硬掩模層的平滑膜表面有益地防止光刻的光在顛簸表面上散射，所述光散射可能會影響光刻膠層中形成的特征的品質(zhì)。在另一個實(shí)例中，后處理工藝可以使用包括氬(Ar)氣的工藝氣體。后處理可以使SiO_xN_yC_z:H_w膜的表面更加穩(wěn)定和疏水。

獨(dú)特硬件和工藝的組合產(chǎn)生與上面待形成的抗蝕劑光學(xué)匹配的SiO_xN_yC_z:H_w。所述SiO_xN_yC_z:H_w膜的折射率(n)和消光系數(shù)(K)通過調(diào)整氣流和生成膜的化學(xué)計(jì)量是可調(diào)的。當(dāng)表面不再導(dǎo)電時(shí)，則靶材被毒化了。所以，當(dāng)在靶材表面的氣體氛圍中的反應(yīng)性物種特別富含反應(yīng)性物種而使介電層被形成在整個靶材面上、并且靶材的性能在電學(xué)上就像介電質(zhì)而非導(dǎo)體或半導(dǎo)體時(shí)，則發(fā)生了毒化模式的濺射。含H和/或O和/或N和/或C的氣體可在靶材表面上發(fā)生反應(yīng)并毒化靶材表面，以產(chǎn)生所期望的SiO_xN_yC_z:H_w化學(xué)計(jì)量，以使得光學(xué)“不可見性”和蝕刻選擇性的組合能夠最適合器件的需求。此外，甲烷(CH₄)、一氧化碳(CO)、氫氣(H₂)或二氧化碳(CO₂)也可以被用作毒化氣體，以實(shí)現(xiàn)n和K值的更可調(diào)性以及所期望的蝕刻選擇性。例如，可以使用H₂來形成薄膜或SiH單層，以便提高光吸收K，且由于層的薄度(tenuity)而不會提高反射率n。因此，含H氣體可以形成光吸收層。

硬件還可以包括氣箱。在進(jìn)入腔室之前在氣箱中對氣體進(jìn)行混合是一種確保各種工藝氣體的均勻氣體混合物以用于均勻毒化靶材的方式。所述氣箱可以混合H₂與N₂以微調(diào)K。將把O₂添加到NH混合物中(比先混合O₂和H₂更穩(wěn)定且較不危險(xiǎn))。使用兩個O₂質(zhì)量流量控制器(MFC)。一個質(zhì)量流量控制器用于約100-200sccm的O₂的大量控制(bulk control)；且一個質(zhì)量流量控制器用于約5sccm的O₂的細(xì)微控制。也可以將工藝氬氣(Ar)加入混合物中。這確保進(jìn)入腔室之前為均勻的氣體混合物。在一個實(shí)施方式中，在SiO_xN_yC_z:H_w膜完全形成之前可以關(guān)閉H和N氣體，以免毒化待形成于頂部上的光刻膠層。在一個實(shí)例中，提供20％O₂/60％N₂/20％Ar的氣流混合物比率到腔室的處理區(qū)域，腔室被保持在3.5毫托下，同時(shí)輸送3kW的脈沖DC電力到靶材。然而，在一些情況下，可以將氣流混合物提供到腔室的處理區(qū)域，同時(shí)輸送DC、脈沖DC、RF和/或脈沖RF電力到靶材。

示例性的物理氣相沉積(PVD)工藝腔室300可以是群集工具的一部分。圖7圖示適用于在基板上產(chǎn)生和蝕刻經(jīng)多圖案化的硬掩模的示例性群集工具700。群集工具700特征為至少一個如上所述的物理氣相沉積(PVD)腔室300。群集工具700的實(shí)例為可購自Santa Clara,California(加州圣克拉拉市)的Applied Materials,Inc.(應(yīng)用材料公司)的系統(tǒng)。也可以使用由其他公司生產(chǎn)的群集工具。

群集工具700可以包括一個或更多個用于傳送基板進(jìn)出群集工具700的裝載鎖定腔室706A、706B。通常，由于群集工具700是處在真空下，所以裝載鎖定腔室706A、706B可以將引入群集工具700的基板“抽空(pump down)”。第一機(jī)械手710可以在裝載鎖定腔室706A、706B與第一組的一個或更多個基板處理腔室712、714、716、718(圖示出4個)之間傳送基板。每個處理腔室712、714、716、718可以被裝配成執(zhí)行數(shù)個基板處理操作，這些基板處理操作除了包括周期性層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、諸如PVD腔室300的物理氣相沉積(PVD)、預(yù)清潔、除氣、轉(zhuǎn)向(orientation)及其它的基板處理之外，還包括本文所述的蝕刻處理。

第一機(jī)械手710還可以將基板傳送至/自一個或更多個中間傳送腔室722、724。中間傳送腔室722、724可以被用以保持超高真空條件，同時(shí)使基板得以在群集工具700內(nèi)被傳送。第二機(jī)械手730可以在中間傳送腔室722、724與第二組的一個或更多個處理腔室732、734、736、738之間傳送基板。與處理腔室712、714、716、718類似，處理腔室732、734、736、738可以被裝配成執(zhí)行各種基板處理操作，這些基板處理操作除了包括例如周期性層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、預(yù)清潔、熱處理/除氣、及轉(zhuǎn)向之外，還包括本文所述的蝕刻處理。若對于待由群集工具700所執(zhí)行的特定工藝不必要的話，可以從群集工具700移除任何的基板處理腔室712、714、716、718、732、734、736、738。

用于形成圖4A-4M的結(jié)構(gòu)的說明性多處理群集工具700可以包括多達(dá)四個類似地被構(gòu)造成上述PVD腔室300的PVD腔室732、734、736、738(在734與736之間具有第五腔室可選項(xiàng))。PVD或ALD腔室712或714可被配置成沉積薄的ARC/灰化層(例如AlN或SiN或TiN)。熱處理腔室716、718可以能夠執(zhí)行諸如除氣工藝之類的熱處理工藝。除氣工藝可以去除在腔室操作期間可能以其他方式釋氣(outgas)的潛在污染物。在一個構(gòu)造中，熱處理腔室716、718適用于在約200-300攝氏度的溫度及100毫托或范圍更低的壓力下完成除氣工藝。此外，熱處理腔室716、718可以在群集工具700中進(jìn)行處理之前預(yù)熱基板。

群集工具700可被用以執(zhí)行在以上圖2和以下圖4中描述的方法。在處理過程中，待處理的基板可以在艙(未圖示)中到達(dá)群集工具700。基板被工廠界面機(jī)械手(未圖示)從艙傳送到真空相容的裝載鎖定室706A、706B。然后第一機(jī)械手710將基板移入除氣腔室716或718，以用于進(jìn)行除氣和預(yù)熱。然后第一機(jī)械手710從除氣腔室716或718拾取基板并將基板載入中間傳送腔室722，或可選地載入腔室712或714，以用于沉積ARC/灰化層(例如AlN層)，然后載入中間傳送腔室722。第二機(jī)械手730將基板從中間傳送腔室722移入PVD腔室732、734、736或738。在PVD腔室732、734、736或738中可以在基板上形成硬掩模層(例如圖2中的硬掩模層205)。然后第二機(jī)械手730從PVD腔室732拾取基板，并將基板傳送至中間傳送和冷卻腔室724中。第一機(jī)械手710將基板移到裝載鎖定室706B，使得可以在群集工具700外部對基板進(jìn)行隨后的光刻操作。

在一些工藝流程中，使含硬掩模層的基板在群集工具700中進(jìn)行進(jìn)一步的處理可能是理想的，或更典型地是使含硬掩模層的基板在類似于圖7所圖示的群集工具構(gòu)造的單獨(dú)群集工具中進(jìn)行處理。在任一種情況下，含有經(jīng)圖案化的抗蝕劑的基板被放置在裝載鎖定腔室706A中。然后第一機(jī)械手710將基板載入熱處理腔室716中。在熱處理腔室716中基板被暴露于除氣工藝。然后第一機(jī)械手710從熱處理腔室712拾取基板，并且第一機(jī)械手710傳送基板通過傳送腔室724到達(dá)第二機(jī)械手730、并進(jìn)入蝕刻腔室714用于進(jìn)行硬掩模的蝕刻及之后進(jìn)行基板的灰化。群集工具700可以將基板從蝕刻腔室714移到熱處理腔室716，以用于進(jìn)行后續(xù)的除氣。所述工藝本身可以重復(fù)，直到在硬掩模層中形成完整的圖案，并將基板放置在蝕刻腔室714中以用于進(jìn)行下層的蝕刻。

圖4A至圖4M圖示制造多個交叉的溝槽494、498于光可調(diào)諧的“記憶”或硬掩模層423中的程序。在圖4A中圖示的是下面的基板，圖案將從硬掩模的圖案最終被蝕刻至所述下面基板中。在圖4B中，諸如TiN ARC層422之類的抗反射涂層(ARC)被形成在基板421上。然后，如本文所述的光可調(diào)諧硬掩模層423被沉積在ARC層422上，如圖4C中所見。諸如通過旋涂在上面形成具有與硬掩模層匹配的光學(xué)性質(zhì)的抗蝕劑層424，以產(chǎn)生如圖4D中所圖示的結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在參照圖4E，在光刻工藝中借助掩模(未圖示)使抗蝕劑層在圖案中曝光之后，將抗蝕劑層424顯影，留下具有抗蝕劑層中的特征430的抗蝕劑層424，特征430被具有寬度或“臨界尺寸”且在432特征之間的抗蝕劑分隔。圖4F圖示其中具有被顯影的特征430的抗蝕劑所覆蓋的基板421的頂視圖。之后，使基板421暴露于反應(yīng)性離子蝕刻環(huán)境中，其中選擇性蝕刻下面硬掩模材料的蝕刻氣體被引入并被激發(fā)成等離子體，而且基板或基板保持件被施加偏壓，方向性地(directionally)且至少部分地向內(nèi)蝕刻出硬掩模層423表面的開口440，從而復(fù)制抗蝕劑中被顯影的圖案。如圖4G中所圖示，產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)具有被硬掩模層423的壁所分隔的開口440，在硬掩模層423的曝光和顯影過程中硬掩模層423的壁保持抗蝕劑層424中所形成的臨界尺寸432。之后，覆蓋經(jīng)圖案化的硬掩模層423的抗蝕劑的剩余部分在O₂或H₂/O₂遠(yuǎn)程等離子體中被剝除，以灰化(剝除)抗蝕劑而不會顯著或意圖影響下面硬掩模層423的光學(xué)特性，從而產(chǎn)生圖4H中圖示的輪廓。

現(xiàn)在參照圖4I，部分被蝕刻的硬掩模層上具有通過旋涂或類似工藝形成的第二光刻膠層441，其中第二抗蝕劑也與光調(diào)諧的硬掩模層423光學(xué)匹配。之后，如圖4K中所圖示，在抗蝕劑層441中曝光并顯影溝槽特征，其中溝槽特征460正交(orthogonally)于第一抗蝕劑層441中的溝槽特征430而延伸。在圖4J至圖4L中，基板相對于前面的圖被旋轉(zhuǎn)90度。之后，通過抗蝕劑層441將下面的硬掩模層423蝕刻出特征以提供溝槽480，如圖4L和圖4M中所圖示。

通過使用光可調(diào)諧的硬掩模，可以在同一硬掩模層上以連續(xù)的圖案化步驟通過僅剝除所使用的抗蝕劑、清潔表面及施加新的抗蝕劑來形成多個近納米圖案(near nanopattern)(圖4中的溝槽)，從而顯著減少了時(shí)間、降低了成本及多圖案化硬掩模的復(fù)雜性。

雖然在此公開內(nèi)容中的描述涉及用于將硬掩模的折射率(n)和消光系數(shù)(K)與光刻膠進(jìn)行匹配的方法，但用于匹配這些特性的相同手段也可以被應(yīng)用到其它的材料層。舉例來說，沉積匹配材料可被視為用作ARC膜、鈍化膜或緩沖膜。PVD膜因PVD膜的高純度、高密度及低溫沉積能力而被區(qū)分。本發(fā)明的使用可以改變目前使用的圖案化材料和膜堆疊。因此，用于形成硬掩模的方法可被應(yīng)用于各種經(jīng)歷光刻操作的層及材料。

雖然前文針對本發(fā)明的實(shí)施方式，但在不背離本發(fā)明的基本范圍的情況下可以設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的實(shí)施方式，而且本發(fā)明的范圍由以下的權(quán)利要求書確定。