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可調(diào)且可去除的等離子體淀積的抗反射涂層的制作方法

文檔序號:6819429閱讀:233來源:國知局
專利名稱:可調(diào)且可去除的等離子體淀積的抗反射涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及制備基于非晶碳薄膜的可調(diào)的且可去除的抗反射涂層的方法。
由于邏輯和存儲芯片的特征尺度縮小到小于0.35μm,臨界尺寸(CD)公差變得更加嚴格。CD的變化與襯底的反射直接相關(guān),反射在DUV(深紫外光)波長(365,248,193nm)急劇增大。由于產(chǎn)生駐波效應(yīng)和對光致抗蝕劑的刻痕,襯底反射是非常不好的。駐波是薄膜干涉(TFI)或貫穿抗蝕劑全厚度的光強的周期性變化。這些光強的變化是由于抗蝕劑平面化隨下層形貌厚度不同而產(chǎn)生的。刻痕由襯底形貌和不均勻的襯底反射所造成,它將導(dǎo)致光致抗蝕劑層曝光能量的局域不同。為了有效地減弱這一反射,采用“旋涂”ARC和干法淀積抗反射涂層(ARC)。
在襯底/光致抗蝕劑層界面上形成的抗反射涂層被稱作底ARC(BARC)。各類旋涂BARC被廣泛地應(yīng)用于計算機芯片的制造,但它們存在嚴重的局限性。例如,它們的光可調(diào)性差,這意味著它們的折射率n和消光系數(shù)k不能精確地調(diào)到與光致抗蝕劑層和襯底的光學(xué)性能相匹配。此外,隨著特征尺寸縮小到四分之一微米,這些薄膜不能在底層形貌上保形淀積。對目前使用的旋涂BARC的綜述見于Semiconductor International,July 1996,169-175頁上,Ruth deJule所寫的“Resist Enhancement with Antireflective Coatings”。
為了克服這些問題,正在研究各類氣相淀積BARC。這些薄膜優(yōu)選地由等離子體增強化學(xué)氣相淀積所淀積。因此,它們可以克服在底層形貌上保形淀積。它們的光學(xué)性能也遠優(yōu)于各類旋涂BARC的光學(xué)性能。應(yīng)用材料公司(Applied Material Co.)提出了一種作為DUV BARC的氮氧化硅氣相淀積,發(fā)表在Solid State Technology,62頁,July1996,題目為“Applied Developed ARC Using Silane-based CVD”。這些薄膜確實具有好的光學(xué)可調(diào)性,即,通過改變加工條件可以變化n和k,但是在DUV曝光后它們的去除可能是困難的。用于去除SiN薄膜的氟化學(xué)試劑會刻蝕下面的襯底。
F.D.Bailey等人(美國專利#5,569,501),提出使用利用氣相淀積從碳氫化合物氦等離子體淀積非晶的氫化碳薄膜(α-CH)作為BARC。發(fā)現(xiàn)這些薄膜顯示出優(yōu)于旋涂ARC薄膜的光刻性能,而且它們能夠在氧等離子體中容易地去除且不會損害下面的結(jié)構(gòu)。然而,折射率n不能通過改變加工條件在寬的數(shù)值范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的一個目的是通過氣相淀積提供非晶碳薄膜,它們具有形成DUV(365,248,193nm)BARC所要求的光學(xué)特性。本方法可容易地推廣到目前應(yīng)用在半導(dǎo)體工業(yè)中的制造方法中。
本發(fā)明的另一個目的是通過氣相淀積在氬/碳氫化合物/氦/氫氣/碳氟化合物/氮氣/氧氣的混合物中實現(xiàn)淀積,優(yōu)選地碳氫化合物是環(huán)已胺或乙炔而碳氟化合物優(yōu)選的是六氟苯。通過限制或排除等離子體室中的碳氟化合物(HFB)流可得到較高的折射率,同樣通過增加HFB流和限制或排除碳氫化合物氣流可得到較低的折射率。較好的光學(xué)可調(diào)性可通過使用適當?shù)獨夂停蜓鯕獾牧髁縼淼玫?。氫氣用于調(diào)節(jié)光學(xué)特性還用于改進薄膜的耐久性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種利用氣相淀積在光致抗蝕劑層/襯底界面上淀積用作BARC具有優(yōu)化了的光學(xué)特性以減小反射的薄膜結(jié)構(gòu)的方法。加工氣體化學(xué)試劑和加工參數(shù)通常被特殊優(yōu)化以得到預(yù)選的光學(xué)特性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種利用氣相淀積來淀積具有能夠精細地調(diào)節(jié)的光學(xué)特性通過從ARC底層到頂層連續(xù)地改變折射率n建立一種梯度效應(yīng)的薄膜結(jié)構(gòu)的方法。更重要的是,如果ARC層的n優(yōu)選地與鄰近層相匹配的話,光致抗蝕劑層/ARC界面上將沒有反射,極大地改進CD控制。
本發(fā)明總體方案是具有可調(diào)的光學(xué)特性的α-CXH薄膜的氣相淀積,其中X是氟,氮,氧,或硅,或它們的組合。
本發(fā)明的更具體方案是利用氣相淀積從碳氫化合物/碳氟化合物/氫等離子體淀積氫化的碳薄膜,任選地保留少量的氮和/或氧,例如每次淀積大約1標準ccm。這里制成的薄膜能夠被調(diào)節(jié)與襯底的光學(xué)特性在365,248,193nm相匹配,使得它們可有益于底抗反射涂層。此外,與其它人研究的一些薄膜不同,本發(fā)明制備的薄膜能夠在形貌上保形地淀積,并還能夠在氧和/或氟反應(yīng)離子刻蝕過程中容易地去除,因此便于芯片制造中的構(gòu)圖。
本發(fā)明的另一個更具體方案是利用氣相淀積來淀積非晶碳薄膜的工藝,它包括如下步驟碳氫化合物、碳氟化合物和氫氣與少量的氧和/或氮氣混合;提供容納陰極和襯底的反應(yīng)室;引入上述反應(yīng)氣體到反應(yīng)室中;和施加rf偏壓到陰極上以引發(fā)等離子體并利用氣相淀積在襯底上淀積α-CXH薄膜。
更具體地,本發(fā)明提供一種利用包括六氟苯、氫、環(huán)已胺和乙炔的混合氣體來淀積非晶碳薄膜的方法,混合氣體可以用或可以不用氦和/或氬氣稀釋,通過氣相淀積反應(yīng)淀積薄膜。通過采用這一方法,反射率n和消光系數(shù)k可在UV和DUV波長被獨立地任意地調(diào)節(jié)。更具體地,UV和DUV反射率n和消光系數(shù)k可在365、248、193nm分別地從約1.40到約2.1和從約0.1到約0.6調(diào)節(jié)。因此,這些薄膜滿足用于底抗反射涂層的全部要求,因為它們現(xiàn)在與襯底和光致抗蝕劑的光學(xué)特性都匹配了。


圖1是用于實施本發(fā)明的氣相淀積裝置的簡圖。
圖2(a)顯示了底層形貌上的光致抗蝕劑層。標出了襯底和空氣界面的反射系數(shù);(b)顯示了在襯底形貌上頂和底ARC的光致抗蝕劑層。
圖3顯示了對不同光學(xué)常數(shù)n和k的在光致抗蝕劑層/ARC界面上作為單層碳ARC厚度函數(shù)的模擬反射系數(shù)曲線。
圖4顯示了對可調(diào)的具有不同厚度頂層的三層ARC的在光致抗蝕劑層/ARC界面上作為氟化的碳ARC厚度函數(shù)的模擬反射系數(shù)曲線。
圖5顯示了根據(jù)表1過程10淀積的單層碳ARC的反射系數(shù)與光致抗蝕劑層厚度(振蕩曲線)的關(guān)系圖。
圖6顯示了在雙鑲嵌加工中碳ARC的應(yīng)用。
本發(fā)明涉及從碳氫化合物和/或氟化的碳氫化合物(碳氟化合物)等離子體通過氣相淀積被用作光學(xué)可調(diào)的底反射涂層的高質(zhì)量的氫化/氟化的碳薄膜的制造方法。本發(fā)明制備的薄膜具有高度可調(diào)的折射率和消光系數(shù),這些參數(shù)能夠按照薄膜厚度任意地逐漸變化以與襯底和光致抗蝕劑層的光學(xué)特性相匹配。由本發(fā)明所制備的薄膜在UV和DUV的光學(xué)特性和光刻特征大大優(yōu)于其它薄膜所得到的特征,如由應(yīng)用材料公司(Applied Material Co.)提出或見于Bailey等人的美國專利#5,569,501的氮氧化硅。因此本發(fā)明的涂敷有非晶碳薄膜的Si襯底在光致抗蝕劑層/BARC界面對UV和DUV波長產(chǎn)生低的反射,大大地減少了薄膜干涉并減少了刻痕效應(yīng),并因此極大地改進CD控制。
圖1是等離子體增強化學(xué)氣相淀積裝置8的簡圖,該裝置被用于淀積本發(fā)明的非晶碳薄膜。該裝置包括反應(yīng)室10,具有節(jié)流閥11,它將反應(yīng)室10和真空泵(未示出)隔開。陰極19被安裝在反應(yīng)室10上并用絕緣墊圈20與之隔離。陰極19具有電阻加熱器17。襯底15被緊固在陰極19的內(nèi)端。如這里所預(yù)期的,陰極19與可調(diào)的射頻源14電連接,陰極19和射頻源14之間的阻抗通過使用匹配箱13相匹配。電接地由連接到反應(yīng)室10的平板16提供。
反應(yīng)室10還包括導(dǎo)管20,21,22,23,24,25,以通過一噴頭12將各種氣體材料引入反應(yīng)室10。例如,碳氫化合物氣體和預(yù)先混合的碳氫化合物氣體混合物被分別通過導(dǎo)管25和26引入反應(yīng)室10。氟化的碳氣體和氫氣分別通過導(dǎo)管21和20引入反應(yīng)室10。反應(yīng)氣體氧和氮被分別通過導(dǎo)管23和22引入反應(yīng)室10,同時用于清潔襯底的氬氣被通過導(dǎo)管24引入。
本發(fā)明使用的碳氫化合物氣體可以是任何第一能夠氣化第二能夠在本發(fā)明使用的反應(yīng)條件下形成等離子體的碳氫化合物。碳氫化合物一詞是指組成該化合物的分子僅僅是碳和氫原子。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,本過程可以使用飽和的或不飽和的碳氫化合物。根據(jù)定義,飽和碳氫化合物是分子僅僅包括碳單鍵的化合物,而不飽和化合物是分子包括至少一個碳雙鍵或三鍵的化合物。
在本發(fā)明一個具體的優(yōu)選實施方案中,用于形成非晶碳薄膜的優(yōu)選的反應(yīng)碳氫化合物和碳氟化合物氣體是環(huán)已胺和六氟苯(HFB),任意地在惰性氣體中稀釋。此外,應(yīng)當認識到預(yù)計碳氫化合物氣體的混合物例如環(huán)已胺/乙炔/甲烷也可作為本發(fā)明的反應(yīng)碳氫化合物氣體。
本發(fā)明使用的氣體具有高于約95.5%的純度。在優(yōu)選實施方案中,氣體具有約98.5%到99.99%的純度。更優(yōu)選地,氣體具有高于99.99%的純度。
碳氫化合物、碳氟化合物、氫、氦和氬氣體被首先通過單獨的流量控制器以充分的流量引入反應(yīng)室,以提供從約1mTorr到1000mTorr的氬、氫、碳氫化合物、碳氟化合物和氦的總壓強。為了提供更有效的非晶碳薄膜優(yōu)選地氬、氫、碳氫化合物、氦的混合物的壓強大約是1-500mTorr。上述條件可以通過在一個、兩個或三個氣缸中,以任何可能的組合預(yù)先混合氬、氫、碳氫化合物、碳氟化合物和氦來提供理想的氣體濃度而得到。優(yōu)選地氬、氫、碳氟化合物和碳氫化合物氣體通過單獨的流量流控制器引入反應(yīng)室。
可用于涂敷本發(fā)明非晶碳薄膜的合適的襯底包括如下材料例如塑料;金屬;各種玻璃;磁頭;電子芯片;電路板;半導(dǎo)體器件等等。要涂敷的襯底可以是能夠放入反應(yīng)室裝置的任何形狀或尺寸。因此,任何尺寸的規(guī)則的或不規(guī)則形狀的物體都可用在本發(fā)明中。優(yōu)選地,襯底是用在半導(dǎo)體器件制造中的Si襯底。
襯底被固定在反應(yīng)裝置的反應(yīng)濺射室內(nèi)的陰極托架上。反應(yīng)室被嚴格密封并抽真空到壓力讀數(shù)達到從約1×10-3到約1×10-7Torr范圍內(nèi)。
在反應(yīng)室抽真空到上述范圍的理想壓力后,襯底被加熱到從約25到約400℃的溫度。優(yōu)選地,襯底在整個淀積過程中在約50到約200℃的范圍內(nèi)保持恒溫。
在淀積非晶碳薄膜之前,襯底材料可以利用也可以不利用反應(yīng)室內(nèi)的rf陰極進行rf濺射清潔。本發(fā)明中使用的合適的清潔工藝包括用氫、氬、氧、氮或其混合物的rf等離子體清潔,可以單獨地進行或一系列合適的組合地進行。
在達到理想的抽氣氣壓后,混合氣體以約1到約1000sccm的流速被引入反應(yīng)室。更具體地反應(yīng)物氣體的流速從約1到約100sccm,且氫氣的流速從約1到約100sccm。最優(yōu)選地,HFB氣體的流速約4sccm且氫氣的流速約10sccm。氣體以約5到約200mTorr的壓力引入反應(yīng)室。最優(yōu)選地混合物以約75mTorr的壓力引入。
淀積過程中,rf偏壓被施加在安裝在陰極上的襯底上。在碳淀積過程中陰極的DC自偏壓范圍從約-10到約-1000Volt。該自偏壓是由于對陰極施加rf電源而得到的。射頻阻抗的匹配通過使用rf匹配箱得到。最優(yōu)選地,在整個實驗過程中襯底rf偏壓保持在約-600V。施加在襯底上的功率通量可在從約0.005到約5W/cm2的范圍內(nèi)。最優(yōu)選地,本發(fā)明中施加的功率通量在淀積過程中保持在約1.07W/cm2。
非晶碳薄膜以例如可以在襯底上連續(xù)涂敷薄膜的必要速率淀積在襯底上。更具體地,通過采用上面提到的操作參數(shù),非晶碳薄膜以約20到2000A/min的速率淀積到襯底上。最優(yōu)選地,在襯底上淀積非晶碳薄膜的速率是約215A/min。
根據(jù)本發(fā)明,淀積在襯底上的非晶碳薄膜的厚度在從約100到約8000A的范圍。更優(yōu)選地,非晶碳薄膜的厚度從約100到約1200A。要注意的是通過改變工藝參數(shù)例如偏壓,氣體流速,和氣體壓強,薄膜的光學(xué)常數(shù)可以改變。這里,薄膜的光學(xué)常數(shù)指的是折射率n和消光系數(shù)k。因此,非??赡軆H僅通過增加或減少薄膜的氟和/或氫/氟比就可將襯底制得具有特定光學(xué)常數(shù)。利用本過程制備的作為抗反射涂層應(yīng)用的非晶碳薄膜的優(yōu)選的光學(xué)常數(shù)的范圍在波長365,248和193nm時從約k=0.1到約k=0.6和約n=1.40到約n=2.1。
利用本發(fā)明制備的非晶碳薄膜能夠在UV(365nm)和DUV(248和193nm)應(yīng)用中用作理想的抗反射涂層(ARC)。比之氮化硅ARC而言,碳ARC的優(yōu)點是碳可以利用氧等離子體容易地去除而不損壞下層,因此增強了集成電路的線寬控制和性能。相反地,用氟基化學(xué)試劑去除SiNARC有刻蝕的傾向且因此具有潛在的損壞器件性能的特性。
在ARC工藝中,為了改進臨界尺寸(CD)控制并因此加強線寬控制,振蕩比和振幅被減小。振蕩比定義為S=4(R1R2)0.5e-ad(1)a=4πk/λ其中R1是光致抗蝕劑層/空氣界面的反射系數(shù),R2是光致抗蝕劑層/襯底界面的反射系數(shù),a是吸收系數(shù),d是光致抗蝕劑層厚度,k是消光系數(shù)以及λ是波長。在本發(fā)明中,我們主要考慮通過采用底ARC減小R2來降低振蕩比。解釋上述參數(shù)的重要性的圖示于圖2。通常,底ARC厚度被用這種方法計算即光致抗蝕劑層/BARC處的反射系數(shù)是最小值。為了實現(xiàn)這一點,對整個薄膜結(jié)構(gòu)的光學(xué)常數(shù)的知識是必要的,以便計算對最小反射系數(shù)的精確ARC厚度。
通常ARC厚度d根據(jù)所使用的薄膜結(jié)構(gòu)在約200到約1000A之間變化。消光系數(shù)k在約0.3到約0.6之間變化。更一般地,k值對DUV在約0.4到約0.5之間。折射率n在約1.4到約2.1之間變化。更一般地,n值對DUV在約1.52到約2.0之間。在淀積過程中通過向等離子體中加入少量的氟和氫得到較低的折射率,例如約1到約10sccm的氫和氟。
給出下面的例子用來說明本發(fā)明的范圍。因為這些給出的例子僅僅是說明的目的,在這里,本發(fā)明的實施不局限于此。
例1下面的例子說明了對兩種不同的薄膜結(jié)構(gòu)光致抗蝕劑層/BARC界面上反射系數(shù)R2的計算。運算采用了菲涅爾系數(shù),可見于各類標準教科書例如&#60光學(xué)&#62(Optics),作者E.Hecht和A.Zajac,Wiley于1979年出版,第312和313頁。這些模擬可被擴展到許多不同的結(jié)構(gòu)且不局限于下面的兩個例子。對結(jié)構(gòu)的每一層指定光學(xué)常數(shù)。如果薄膜在DUV下是透明的或半透明的,則薄膜厚度需要被指定以便考慮薄膜內(nèi)部多反射系數(shù)。
圖3顯示了在248nm對兩種不同薄膜結(jié)構(gòu)計算的作為ARC厚度函數(shù)的光致抗蝕劑層/ARC界面處的反射系數(shù)。對上部的結(jié)構(gòu),ARC直接淀積在Si上。對下部的結(jié)構(gòu)ARC淀積在一層薄的SiO2薄膜上。相應(yīng)的反射系數(shù)示于左側(cè)。在這些模擬中消光系數(shù)k被保持恒定等于0.5。折射率n從約1.5到2.0變化。對直接淀積在Si上的ARC薄膜,根據(jù)反射率(圖3上),厚度在約30到約60nm時得到最小反射系數(shù)。對淀積在SiO2薄膜上的ARC薄膜,根據(jù)反射率(圖3下),厚度在約60到約90nm時出現(xiàn)最小反射系數(shù)。圖3顯示了出現(xiàn)于不同ARC厚度情況的最小反射系數(shù),根據(jù)它可以使用薄膜組。因此,模擬對優(yōu)化ARC特性是必要的。
光致抗蝕劑層和SiO2在248nm的光學(xué)常數(shù)根據(jù)例3中討論的測量技術(shù)被選定。
例2下面的例子用來說明利用氣相淀積在六氟苯/氫氣體混合物中,在襯底上,優(yōu)選地為Si,淀積氫化的和氟化的非晶碳薄膜(用作ARC)的過程,具有與例1中所模擬的相類似的光學(xué)特性。
進行實驗來在直徑為五和八英寸的圓形Si襯底上淀積非晶碳薄膜。襯底,被預(yù)先清潔過,被(過濾過的)氮氣吹干以便在放在圖1中陰極19上之前去除殘余顆粒。此后,系統(tǒng)被抽真空到基本壓力讀數(shù)為約1×10-5Torr或更低。襯底在功率通量度0.4W/cm2、Ar壓力100mTorr的情況下被濺射清潔1分鐘以確保碳薄膜與Si襯底好的結(jié)合。非晶碳薄膜由六氟苯/氫氣的混合物淀積流比量為4∶10。陰極功率通量為1.07W/cm2,產(chǎn)生-600Volt的負的自偏壓,壓力為100mTorr。在整個淀積過程中,襯底被保持在180℃。當非氟化的薄膜被淀積時,六氟苯/氫氣被環(huán)已胺替換,在這種情況下,流速為10sccm且壓力為100mTorr。工藝參數(shù)的概略示于表1。本過程中采用的氣體具有高于99.99%的純度。非晶碳薄膜以約215A/min的速率淀積在襯底上。
例3下面的例子說明如何測量利用氣相淀積在環(huán)已胺/六氟苯氣體混合物中淀積的非晶碳薄膜的光學(xué)常數(shù)n和k。該測量技術(shù)可被應(yīng)用到許多不同工藝中且并不局限于本例子的描述。
光學(xué)常數(shù)的測量可以使用加拿大Santa Clara n&k技術(shù)公司制造的n&k分析儀。這一裝置的描述和操作見于美國專利No.4,905,170。該分析儀利用基于寬頻分光光度測定法的方法和由Forouhi和Bloomer(Phys.Rev.B,38,pp.1865-1874,1988)推出的光學(xué)常數(shù)公式。他們的分析是基于一個關(guān)于折射率n和消光系數(shù)k的物理模型,該模型可用于許多半導(dǎo)體和電解質(zhì)薄膜,對從深紫外到近紅外波長范圍是有效的。n和k都是光的波長λ的函數(shù),即,n=n(λ)和k=k(λ)。對純晶體金屬,n(λ)和k(λ)的值是彼此不同的,且是組成該晶體的化學(xué)元素的特征量。另一方面,對材料薄膜,n(λ)和k(λ)的值會依賴工藝條件。如果淀積薄膜的工藝件改變,薄膜的微結(jié)構(gòu)和組成會改變。微結(jié)構(gòu)或組成的任何改變都會造成薄膜n(λ)和k(λ)譜的值的改變。
任何材料的n(λ)和k(λ)譜不能直接測量,但可由反射系數(shù)量度R(λ)的去旋(do-convolution)確定。這一可測的量依賴薄膜厚度,薄膜的光學(xué)常數(shù)和襯底的性質(zhì)?!皀&k方法”提供一種準確的、快速的、且非破壞性的方法來解決反射系數(shù)的測量??捎蓪碚摰姆瓷湎禂?shù)和測量值的比較來進行運算。由這一比較薄膜厚度,光譜的n(λ)和k(λ)可以確定。
表1顯示了例2中所描述的由n&k分析儀測得的氣相淀積碳淀積薄膜的n和k值。對本例子中所使用的過程,n可以從約1.42到約2.14調(diào)節(jié),且k可以從約0.14到約0.58調(diào)節(jié)。當?shù)入x子體中加入氟時得到低的折射率。當沒有氟時,得到較高的折射率。
例4本例子描述如何能夠利用分層的薄膜結(jié)構(gòu)制備可調(diào)的碳ARC??烧{(diào)的ARC具有與底部的襯底(Si或SiO2)匹配的折射率和與上部的光致抗蝕劑層匹配的折射率。事實上,薄ARC附著層必須被首先淀積,因為制備低n薄膜的氟化的等離子體會損壞下面的Si或SiO2(圖4)。該可調(diào)ARC層的光學(xué)常數(shù)和層厚度必須通過減少ARC/光致抗蝕劑層界面上反射系數(shù)的方式選擇。為了實現(xiàn)它,必須進行例1中描述的248nm(DUV)的模擬。這些模擬采用三層結(jié)構(gòu),帶有15nm厚n=1.83且k=0.3的附著層,接著是n=1.52且k=0.48的低折射率層和與附著層光學(xué)常數(shù)相同的頂層。折射率1.52和1.83分別與襯底和光致抗蝕劑層的折射率嚴格匹配。如果附著層薄的話,反射系數(shù)曲線沒有明顯的變化。薄膜結(jié)構(gòu)和模擬示于圖4。ARC/光致抗蝕劑層界面的反射系數(shù)被當作對不同頂ARC層厚度的氟化ARC厚度的函數(shù)進行計算。實線表示表1中過程13所示的單非氟化ARC的反射系數(shù)。圖4顯示與單ARC層比較,通過采用可調(diào)的ARC反射系數(shù),變化平均地以因子4顯著地減小。
從本發(fā)明實際的加工過程可以得到可調(diào)的ARC的光學(xué)常數(shù)。附著層和頂ARC層對應(yīng)于表1中的過程8。氟化ARC層對應(yīng)于表1中的過程2。折射率可在淀積過程中通過光滑地改變氣體流條件光滑地逐漸變化(從約1.83到約1.52)。建立一個漸變過程可減少帶有頂ARC層和附著ARC層的氟化ARC層在界面處的內(nèi)部反射系數(shù)。
例5本例子說明如何產(chǎn)生形成在Si襯底上的薄膜結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)振蕩曲線。振蕩曲線是作為光致抗蝕劑層厚度的函數(shù)反射系數(shù)周期性變化的量度。臨界尺寸(CD)控制正比于振蕩曲線振幅的變化。因此,為了得到更好的器件性能有必要減少振蕩曲線的振幅。
本例子中如表1過程10所描述的那樣在Si襯底上在ARC薄膜上旋涂變化的光致抗蝕劑層厚度。ARC薄膜厚85nm。光致抗蝕劑層是DUV光致抗蝕劑層(UV4),來自Shipley,用于制造計算機芯片。具有類似光學(xué)特性的其它DUV光致抗蝕劑層也能用于本實驗中,本例子并不僅僅局限于使用UV4光致抗蝕劑層。光致抗蝕劑層在襯底上旋涂后,在90℃烘110sec。
利用n&k分析儀測量不同光致抗蝕劑層厚度在248nm處的反射系數(shù)。作為比較,在不包括BARC的襯底上,UV4光致抗蝕劑層加工和反射系數(shù)的測量也被進行。圖5顯示結(jié)果。通過使用BARC,比之沒有ARC的Si襯底振蕩率減小4倍。
例6本例子說明在器材特征尺寸減少到0.35nm以下時碳ARC如何用在雙鑲嵌加工中。不能使用旋涂ARC,因為它們在亞微形貌上不能保形。雙鑲嵌加工中,在加偏壓的同時淀積金屬然后平面化,例如,用化學(xué)-機械拋光。
圖6顯示了雙鑲嵌加工的流程簡圖。首先在包括平面化的金屬線的襯底上淀積一個絕緣體如SiO2,然后在絕緣體上用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)刻出一個凹槽,像圖6(a)所示的那樣。如前面例子所描述的碳ARC被淀積在絕緣體的頂部,光致抗蝕劑層在頂部上旋涂,通過光掩模曝光DUV并顯影(b)。BARC在氧或氟等離子體中反應(yīng)離子刻蝕。然后在氟等離子體中去除SiO2直到第一金屬線暴露(c)。光致抗蝕劑層和BARC被在氧等離子體中剝?nèi)?。最后第二金屬被淀積在襯底上并通過化學(xué)-機械拋光平面化(e和f)。
注意如果低折射率(n~1.5,表1)氟化的薄膜被用作絕緣體而不用SiO2層,則工藝可被極大地簡化。在這種情況下氟化碳薄膜作為BARC,包括淀積、RIE、和ARC去除的圖6的步驟都可減掉。
雖然本發(fā)明通過考慮這里的最佳的和不同的實施方案被具體地顯示和描述,熟悉本領(lǐng)域的人將會理解可以進行不背離本發(fā)明精神和范圍的形式上和細節(jié)上的發(fā)展和其它改變。
權(quán)利要求
權(quán)利要求書1.一種結(jié)構(gòu),包括至少一個襯底具有至少一個主要表面,至少一個精細的光學(xué)可調(diào)的抗反射涂層(BARC)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu),其特征在于BARC被一層光敏材料層涂敷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu),其特征在于襯底從一組材料中選擇,包括半導(dǎo)體、聚合物、玻璃、金屬及其任何一種組合,及磁頭、電子芯片、電路板、和半導(dǎo)體器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu),其特征在于BARC的擺動率減少至少約為4。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu),其特征在于光敏材料包括干片形式的光致抗蝕劑層。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu),其特征在于光敏材料和BARC界面反射系數(shù)接近0。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的結(jié)構(gòu),其特征在于襯底是半導(dǎo)體,包括硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu),其特征在于光致抗蝕劑層從一組材料中選擇,包括對UV波長范圍敏感的組合物,對DUV波長范圍敏感的組合物,和對UV和DUV波長范圍敏感的組合物。
9.一種抗反射涂層(BARC),置于襯底和光敏材料之間,其折射率和消光系數(shù)精細可調(diào),以便與光敏材料和襯底的折射率和消光系數(shù)在各自的界面上相匹配。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的BARC,其特征在于包括氣相淀積材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的BARC,其特征在于BARC在厚度上是均勻的,而光學(xué)不均勻,具有漸變的折射率。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的BARC,其特征在于折射率對365、248和193nm波長在約1.4到約2.1之間可調(diào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的BARC,其特征在于消光系數(shù)對365、248和193nm波長在約0.1到約0.6之間可調(diào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的BARC,其特征在于第一主要表面的折射率被調(diào)節(jié)到1.5,以便和與第一主要表面相接觸的襯底的主要表面的折射率相匹配,且第二主要表面被調(diào)節(jié)到1.8,以便和與第二主要表面相接觸的光致抗蝕劑層的折射率相匹配。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的BARC,其特征在于被包括進去的氣相淀積的材料是從一組材料中選擇的,包括類金剛石碳(DLC),氟化的類金剛石碳(FDLC),氟化的氫化類金剛石碳(FHDLC),氮化類金剛石碳(NDLC),非晶的氟化的氫化碳,非晶的氟化碳,氟化的四面體碳,非晶的氮化碳,非晶的氮化的氫化碳,氮化的四面體碳,和它們的任意組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的BARC,其特征在于氣相淀積的材料包括從一組中選擇的摻雜物,包括氧,硅及它們的混合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的BARC,其特征在于氣相淀積的材料是可以構(gòu)圖的,并且是可以在從一組中選擇的氣體中通過反應(yīng)離子刻蝕去除的,該組氣體包括氧,氟,及氧和氟的組合。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的BARC,其特征在于包括均勻厚度的單層薄膜,該薄膜對365,248和193nm的波長具有約1.42到約2.1的折射率和約0.3到約0.6的消光系數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求10的BARC,其特征在于對248nm波長具有約1.9的折射率和約0.4的消光系數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求10的BARC,其特征在于對248nm波長具有約1.8的折射率和約0.3的消光系數(shù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求11的BARC,其特征在于漸變的折射率從約1.4到約2.1。
22.根據(jù)權(quán)利要求11的BARC,其特征在于消光系數(shù)從約0.2到約0.6。
23.根據(jù)權(quán)利要求11的BARC,其特征在于襯底上具有約100到約2000埃的均勻厚度。
24.根據(jù)權(quán)利要求11的BARC,其特征在于襯底上具有約400A的均勻厚度。
25.根據(jù)權(quán)利要求11的BARC,其特征在于襯底上具有約900A的均勻厚度。
26.根據(jù)權(quán)利要求14的BARC,其特征在于消光系數(shù)為約0.4到約0.5。
27.根據(jù)權(quán)利要求14的BARC,其特征在于厚度為約100到約2000埃。
28.一種雙層結(jié)構(gòu),其中BARC的第一層淀積在襯底的第一主要表面上,具有約1.5的折射率,約.5的消光系數(shù),和約100到1000A的厚度。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的雙層結(jié)構(gòu),其特征在于BARC的兩層包括從從一組中選擇的材料,包括DLC,F(xiàn)DLC,F(xiàn)HDLC,NDLC,非晶的氟化的氫化碳,非晶的氟化碳,氟化的四面體碳,非晶的氮化碳,非晶的氮化的氫化碳,氮化的四面體碳,和它們的組合。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的雙層結(jié)構(gòu),其特征在于BARC材料包括從一組中選擇的摻雜物,包括氧,硅或它們的混合物。
31.權(quán)利要求28的雙層結(jié)構(gòu),其特征在于BARC的第二層淀積在襯底的第二主要表面上并用光敏材料覆蓋,光敏材料可用反應(yīng)離子刻蝕去除,該第二層具有約1.8的折射率,約0.3的消光系數(shù)和約200到約1000A的厚度。
32.一種多層結(jié)構(gòu),其中至少一層BARC中的折射率在層厚度中在較低值和較高值之間光滑地漸變。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的多層結(jié)構(gòu),其特征在于包括至少一層BARC,其中折射率在約20到300埃的均勻?qū)雍穸葍?nèi)從約1.8到約2.0光滑地漸變。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的多層結(jié)構(gòu),其特征在于包括至少一個BARC附加層,具有約1.5的折射率,約0.5的消光系數(shù),和約100到1000A的厚度。
35.根據(jù)權(quán)利要求32的多層結(jié)構(gòu),其特征在于包括至少一個BARC附加層,具有約1.8的折射率,約0.3的消光系數(shù),和約100到1000A的厚度。
36.根據(jù)權(quán)利要求32的多層結(jié)構(gòu),其特征在于包括至少一個BARC層,其中折射率從約1.8到約1.5光滑的漸變。
37.一種在襯底上制備干燥的淀積的BARC的工藝,包括如下步驟a)將襯底安裝在反應(yīng)室的電極上以便淀積BARC薄膜;b)反應(yīng)室抽真空;c)襯底加熱和預(yù)清潔;d)引入制備干燥的淀積BARC的氣體;e)在淀積過程中以一定功率通量對襯底施加rf偏壓,維持充分的時間,以便以約20到約2000A/min的速率淀積BARC,BARC的整個厚度為約100到約8000A;和f)采用關(guān)于所用特定類型的反應(yīng)室的已知辦法從反應(yīng)室中取出被涂敷的襯底。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的工藝,其特征在于安裝襯底的步驟包括安裝半導(dǎo)體襯底。
39.根據(jù)權(quán)利要求37的工藝,其特征在于將襯底安裝入反應(yīng)室的步驟包括將襯底安裝入反應(yīng)濺射室。
40.根據(jù)權(quán)利要求37的工藝,其特征在于反應(yīng)室抽真空的步驟包括將反應(yīng)室抽到約10-3到約10-7Torr。
41.根據(jù)權(quán)利要求37的工藝,其特征在于襯底加熱的步驟包括將襯底加熱到約25到約400℃。
42.根據(jù)權(quán)利要求37的工藝,其特征在于襯底預(yù)清潔的步驟包括襯底的rf濺射清潔。
43.根據(jù)權(quán)利要求37的工藝,其特征在于引入制備氣相淀積的BARC的氣體的步驟包括引入六氟苯氣體。
44.根據(jù)權(quán)利要求37的工藝,其特征在于在淀積過程中對襯底施加rf偏壓和功率的步驟包括以約-10到約-1000伏特施加rf偏壓和提供約1.07W/cm2的功率通量。
45.根據(jù)權(quán)利要求43的工藝,其特征在于引入HFB氣體的步驟還包括引入碳氫化合物氣體和調(diào)節(jié)各自相對量,相對增加HFB時,BARC的折射率較高。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的工藝,其特征在于包括在淀積過程中向反應(yīng)室中引入摻雜水平的氣體的步驟,所述氣體從包括氫、氧、及其組合的一組中選擇。
47.一種雙鑲嵌工藝,包括如下步驟a)提供襯底,包括平面化的與襯底的一個主要表面一樣高的第一金屬圖形;b)在襯底上淀積絕緣材料;c)在第一金屬線之上的絕緣材料上反應(yīng)離子刻蝕凹槽,但不完全穿透它;d)淀積BARC層;e)通過光掩模對DUV曝光,并顯影BARC層上的光致抗蝕劑層;f)利用氧或氟等離子體反應(yīng)離子刻蝕BARC,用氟等離子體刻蝕絕緣材料,直到金屬線表面;g)刻掉光致抗蝕劑層并保持BARC在氧等離子體中;和h)淀積并平面的第二金屬層。
全文摘要
公開了氣相淀積的BARC和制備基于非晶碳薄膜的可調(diào)且可去除的抗反射涂層的方法。這些薄膜可以是氫化的、氟化的、氮化的碳薄膜。該薄膜具有在UV和DUV波長,具體地365、248和193nm波長,分別從約1.4到約2.1和從約0.1到約0.6可調(diào)的折射率和消光系數(shù)。此外,本發(fā)明制備的薄膜可以高的保形性淀積于器件形貌上,且它們可用氧和/或氟離子刻蝕工藝刻蝕掉。因為它們獨特的特性,這些薄膜可被用來在UV和DUV波長形成可調(diào)的且可去除的抗反射涂層,以在光致抗蝕劑層/BARC涂層界面達到接近零的反射系數(shù)。該BARC極大地改進了半導(dǎo)體芯片的性能。
文檔編號H01L21/3205GK1204698SQ9810777
公開日1999年1月13日 申請日期1998年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月4日
發(fā)明者K·E·貝備徹, A·格列爾, A·C·卡利格列, C·杰尼斯, J·方坦尼, V·V·帕特爾 申請人:國際商業(yè)機器公司
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