專利名稱：改善沉積的介電膜上的顯影后光刻膠外形的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)來沉積具有可調節(jié)光學和刻蝕特性的薄膜。
背景技術：
集成電路和器件制作要求在襯底上沉積電子材料。所沉積的膜可能是襯底或完成電路的永久性部分。這種情況下，選擇膜特性以提供電路工作所需的電、物理或化學性質。在其他情況下，膜可被用作臨時層，該臨時層使能或簡化了器件或電路制作。例如，所沉積的膜可用作后續(xù)刻蝕處理的掩模?？梢詧D案化抗刻蝕膜，從而使其覆蓋襯底上不希望被刻蝕處理移去的區(qū)域。然后，后續(xù)處理可以移去抗刻蝕膜，以允許對襯底進行進一步處理。
在臨時層的另一個示例中，膜可用來提高后續(xù)的光刻圖案化操作。在一個實施例中，具有特定光學性質的膜被沉積在襯底上，然后在膜上涂覆感光成像膜(其通常被稱為光刻膠)。然后通過曝光圖案化光刻膠。選擇下層沉積膜的光學性質以減小曝光光的反射，從而提高光刻處理的分辨率。這種膜通常被稱為抗反射涂層(下文中簡稱為ARC)。
在臨時層的另一個示例中，膜既可用來充當硬掩模，又可用來充當抗反射涂層，如在美國專利6316167中描述的膜。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及PECVD系統(tǒng)中的沉積工藝，更具體而言，涉及具有改善的光刻膠相容性的可調節(jié)抗刻蝕ARC(TERA)層的沉積。更具體而言，沉積工藝的最終步驟被用來修飾TERA層表面從而在后續(xù)的光刻操作期間減少和/或消除了殘留的光刻膠(底腳)。


在附圖中圖1圖示了根據本發(fā)明實施例的PECVD系統(tǒng)的簡化框圖；圖2A-2C示出了根據本發(fā)明實施例用于阻止在TERA層上形成光刻膠底腳的簡化過程；圖3示出了根據本發(fā)明實施例用于在襯底上沉積包括第一部分和第二部分的TERA層的過程的簡化流程圖；以及圖4示出了根據本發(fā)明實施例在用于在襯底上沉積包括第一部分和第二部分的TERA層的過程中使用的一組示例性處理。
具體實施例方式
圖1圖示了根據本發(fā)明實施例的PECVD系統(tǒng)的簡化框圖。在圖示實施例中，PECVD系統(tǒng)100包括處理室110、作為電容耦合等離子體源的一部分的上電極140、噴淋板組件120、用于支持襯底135的襯底夾持器130、壓強控制系統(tǒng)180和控制器190。
在一個實施例中，PECVD系統(tǒng)100可以包括遠程等離子體系統(tǒng)175，遠程等離子體系統(tǒng)175可以利用閥178耦合到處理室110。在另一個實施例中，遠程等離子體系統(tǒng)和閥不是必需的。遠程等離子體系統(tǒng)175可用于室清洗。
在一個實施例中，PECVD系統(tǒng)100可以包括壓強控制系統(tǒng)180，壓強控制系統(tǒng)180可以耦合到處理室110。例如，壓強控制系統(tǒng)180可以包括節(jié)流閥(未示出)和渦輪分子泵(TMP)(未示出)，并且可以在處理室110中提供受控壓強。在替換實施例中，壓強控制系統(tǒng)可以包括干燥泵。例如，室壓強的范圍可以從約0.1mTorr到約100Torr。或者，室壓強的范圍可以從約0.1Torr到約20Torr。
處理室110可以有利于處理空間102中等離子體的形成。PECVD系統(tǒng)100可被配置為處理任意尺寸的襯底，如200mm襯底、300mm襯底或更大的襯底?；蛘撸琍ECVD系統(tǒng)100可通過在一個或多個處理室中生成等離子體來進行操作。
PECVD系統(tǒng)100包括耦合到處理室110的噴淋板組件120。噴淋板組件正對于襯底夾持器130安裝。噴淋板組件120包括中心區(qū)域122、邊緣區(qū)域124和副區(qū)域126。屏蔽環(huán)128可用來將噴淋板組件120耦合到處理室110。
中心區(qū)域122通過第一處理氣體管線123耦合到氣體供應系統(tǒng)131。邊緣區(qū)域124通過第二處理氣體管線125耦合到氣體供應系統(tǒng)131。副區(qū)域126通過第三處理氣體管線127耦合到氣體供應系統(tǒng)131。
氣體供應系統(tǒng)131向中心區(qū)域122提供第一處理氣體，向邊緣區(qū)域124提供第二處理氣體，向副區(qū)域126提供第三處理氣體。這些區(qū)域的氣體化學成分和流率可以獨立控制。或者，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域可以耦合在一起作為單個主區(qū)域，并且氣體供應系統(tǒng)可以向主區(qū)域提供第一處理氣體和/或第二處理氣體。在替換實施例中，任何一個區(qū)域都可以耦合在一起，并且氣體供應系統(tǒng)可以適當?shù)靥峁┮环N或多種處理氣體。
氣體供應系統(tǒng)131可以包括用于提供前驅體的至少一個蒸餾器(未示出)?；蛘撸麴s器不是必需的。在替換實施例中，可以使用鼓泡系統(tǒng)。
PECVD系統(tǒng)100包括上電極140，上電極140可以耦合到噴淋板組件120和處理室110。上電極140可以包括溫度控制單元142。上電極140可以利用第一匹配網絡144耦合到第一RF源146?；蛘?，單獨的匹配網絡不是必需的。
第一RF源146向上電極提供TRF信號，第一RF源146可以工作在從約0.1MHz到約200MHz的頻率范圍內。TRF信號可以處于從約1MHz到約100MHz的頻率范圍內，或者處于從約2MHz到約60MHz的頻率范圍內。第一RF源可以工作在從約0W到約10000W的功率范圍內，或者第一RF源可以工作在從約0W到約5000W的功率范圍內。
上電極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被其他類型的等離子體源替代或補充，如電感耦合等離子體(ICP)源、變壓器耦合等離子體(TCP)源、微波賦能等離子體源、電子回旋共振(ECR)等離子體源、螺旋(Helicon)波等離子體源和表面波等離子體源。如本領域中所公知的，在各種合適的等離子體源中可以取消或重配置上電極140。
襯底135例如可以經由機械襯底轉移系統(tǒng)(未示出)通過縫隙閥(未示出)和室進料通孔(未示出)移入和移出處理室110，并且其可以被襯底夾持器130接收，并被耦合到夾持器130的設備機械平移。一旦從襯底轉移系統(tǒng)接收到襯底135，就可以利用平移設備150升高和/或降低襯底135，平移設備150可以通過耦合組件152耦合到襯底夾持器130。
襯底135可以經由靜電鉗制系統(tǒng)附著到襯底夾持器130。例如，靜電鉗制系統(tǒng)可以包括電極117和ESC電源156。可以向鉗制電極提供范圍例如可以從約-2000V到約+2000V的鉗制電壓?；蛘撸Q制電壓范圍可以從約-1000V到約+1000V。在替換實施例中，ESC系統(tǒng)和電源不是必需的。
襯底夾持器130可以包括用于從襯底夾持器的表面升高和/或降低襯底的抬升釘(未示出)。在替換實施例中，可以在襯底夾持器130中提供不同的抬升裝置。在替換實施例中，氣體例如可以經由背面氣體系統(tǒng)傳送到襯底135的背面，以提高襯底135和襯底夾持器130之間的氣體間隙熱導。
還可以提供溫度控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可用在當提升或降低溫度時需要襯底的溫度控制的場合。例如，可以包括加熱元件132，如電阻加熱元件或熱電加熱器/冷卻器，并且襯底夾持器130還可以包括熱交換系統(tǒng)134。加熱元件132可以耦合到熱源158。熱交換系統(tǒng)134可以包括再循環(huán)冷卻劑流裝置，該裝置從襯底夾持器130接收熱量，并將熱量傳遞到熱交換系統(tǒng)(未示出)，或者在加熱時傳遞來自熱交換系統(tǒng)的熱量。
另外，電極116可以利用第二匹配網絡162耦合到第二RF源160。或者，匹配網絡不是必需的。
第二RF源160向下電極116提供底部RF信號(BRF)，第二RF源160可以工作在從約0.1MHz到約200MHz的頻率范圍內。BRF信號可以處于從約0.2MHz到約30MHz的頻率范圍內，或者處于從約0.3MHz到約15MHz的頻率范圍內。第二RF源可以工作在從約0.0W到約1000W的功率范圍內，或者第二RF源可以工作在從約0.0W到約500W的功率范圍內。在各種實施例中，下電極116可以不使用，或者可以是室內的唯一等離子體源，或者可以補充任何附加的等離子體源。
PECVD系統(tǒng)100還可以包括平移設備150，平移設備150可以通過伸縮管154耦合到處理室110。另外，耦合組件152可以將平移設備150耦合到襯底夾持器130。伸縮管154被配置為將垂直的平移設備相對于處理室110外部的大氣密封。
平移設備150允許在噴淋板組件120和襯底135之間建立可變間隙104。間隙范圍可以從約1mm到約200mm，或者間隙范圍可以從約2mm到約80mm。間隙可以保持固定，或者間隙可以在沉積工藝期間改變。
另外，襯底夾持器130還可以包括聚焦環(huán)106和陶瓷蓋108?；蛘?，聚焦環(huán)106和/或陶瓷蓋108不是必需的。
至少一個室壁112可以包括保護壁的涂層114。例如，涂層114可以包括陶瓷材料。在替換實施例中，涂層不是必需的。此外，在處理室110內可以使用陶瓷罩(未示出)。另外，可以使用溫度控制系統(tǒng)來控制室壁溫度。例如，可以在室壁中提供端口以控制溫度。在室中執(zhí)行工藝的同時，室壁溫度可以維持相對恒定。
另外，可以使用溫度控制系統(tǒng)來控制上電極的溫度。可以使用溫度控制元件142來控制上電極溫度。在室中執(zhí)行工藝的同時，上電極溫度可以維持相對恒定。
此外，PECVD系統(tǒng)100還可以包括可用于控制污染的凈化系統(tǒng)195。
在替換實施例中，處理室110例如還可以包括監(jiān)視端口(未示出)。監(jiān)視端口例如可以對處理空間102進行光學監(jiān)視。
PECVD系統(tǒng)100還包括控制器190?？刂破?90可以耦合到室110、噴淋板組件120、襯底夾持器130、氣體供應系統(tǒng)131、上電極140、第一RF匹配144、第一RF源146、平移設備150、ESC電源156、加熱器電源158、第二RF匹配162、第二RF源160、凈化系統(tǒng)195、遠程等離子體設備175和壓強控制系統(tǒng)180。控制器可被配置為向這些組件提供控制數(shù)據并從這些組件接收諸如工藝數(shù)據之類的數(shù)據。例如，控制器190可以包括微處理器、存儲器和數(shù)字I/O端口，數(shù)字I/O端口能夠生成足以與處理系統(tǒng)100通信、激活處理系統(tǒng)100的輸入、并監(jiān)視來自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。另外，存儲在存儲器中的程序可用來根據工藝流程控制PECVD系統(tǒng)100的前述組件。另外，控制器190可被配置用來分析工藝數(shù)據，將工藝數(shù)據與目標工藝數(shù)據相比較，并使用比較結果來改變工藝和/或控制沉積工具。另外，控制器還可被配置用來分析工藝數(shù)據，將工藝數(shù)據與歷史工藝數(shù)據相比較，并使用比較結果來預測、防止和/或聲明故障。
圖2A-2C示出了根據本發(fā)明實施例用于阻止在TERA層上形成光刻膠底腳的簡化過程。圖2A示出了TERA層上的光刻膠層210，TERA層包括頂部部分220和底部部分230。例如，TERA層的頂部部分220是厚度從約150A到約1000A的層，TERA層的底部部分230是厚度從約300A到約5000A的層。在該示例中，TERA底部部分230耦合到氧化層240。這不是必需的，TERA層也可以沉積在除氧化物外的其他材料上。盡管在圖2A-2C中示出了兩層，但這不是必需的。TERA疊層可以包括一層或多層。
在圖2B中，光刻膠層210已被利用至少一步光刻和至少一步顯影處理。圖2B示出了TERA層上的光刻膠特征212，TERA層包括頂部部分220和底部部分230。另外，光刻膠底腳215被圖示為在光刻膠特征212的底座上。例如，光刻膠底腳可能由TERA層的頂部部分220與光刻膠層210之間的相互作用引起。光刻膠底腳可能由TERA層材料與襯底材料和/或來自襯底的排出氣之間的反應引起。光刻膠底腳在后續(xù)的襯底處理步驟中可能會引起問題，因此應當阻止其形成。
在圖2C中，光刻膠層210已被利用本發(fā)明的方法處理。圖2C示出了利用本發(fā)明的方法沉積的TERA層上的層250以及層250上光刻膠中的精確限定出的光刻膠特征252和光刻膠中的精確限定出的開口254。如圖2C所示，特征252和開口254可以具有基本為矩形的形狀，但這不是必需的。在替換實施例中，可以存在正方形的特征和/或開口。在圖2C中，光刻膠底腳很小或者已被消除。
在該示例中，TERA底部部分230耦合到氧化層240。這不是必需的，TERA層也可以沉積在除氧化物之外的其他材料上。盡管在圖2C中示出了三層(230、220和250)，但這不是必需的。TERA疊層可以包括一層或多層。例如，可以使用諸如層250之類的單層。
發(fā)明人相信光刻膠底腳可能限制光刻膠材料在襯底上精確成像為納米結構的能力，并且光刻膠底腳還可能對CD測量有不利的影響。發(fā)明人已經開發(fā)了用于使光刻膠底腳最小和/或消除光刻膠底腳的方法。
發(fā)明人還相信光刻膠底腳可能由ARC和光刻膠界面處的化學反應引起，這種反應通常稱為光刻膠中毒。例如，存在于ARC層頂面上的基于胺的物質可能與化學放大光刻膠反應，并且減小接近光刻膠-襯底界面處的光刻膠顯影速率。這可能阻止在顯影步驟期間光刻膠的完全溶解，從而產生了光刻膠底腳。發(fā)明人已經開發(fā)出方法以確保TERA層的頂面(即，與光刻膠直接接觸的表面)不與光刻膠以這樣的方式反應，該方式對光刻膠顯影特性有不利的影響。
此外，發(fā)明人相信如果在光刻膠和ARC層之間形成過強的粘附接合，則也可能發(fā)生光刻膠底腳。通常希望在光刻膠和下層之間具有好的粘附以保證光刻膠不會在后續(xù)處理期間從襯底上脫落。然而，如果粘附接合太強，則被曝光的光刻膠可能不能在顯影步驟期間完全移去。殘留的光刻膠可能存在于被曝光的區(qū)域中，尤其是在與未曝光的圖案相鄰的區(qū)域中，并且所得到的光刻膠外形可能表現(xiàn)出底腳。發(fā)明人已經開發(fā)出方法來生成具有這樣的頂表面的TERA層，該頂表面相對于光刻膠表現(xiàn)出適當?shù)恼掣叫再|。這種情況下，粘附力足以強到防止脫落，但是還不至于生成帶底腳的顯影后外形或者在曝光區(qū)域中有殘留光刻膠。
為了減少底腳，TERA層可以利用后處理等離子體來進行后處理，以改變TERA層的至少一部分。
以上技術不僅可應用于TERA頂層，還可以應用于TERA層的任何部分，即使TERA層只有單層也是如此。
圖3示出了根據本發(fā)明實施例用于在襯底上沉積包括頂部部分和底部部分的TERA層的過程的簡化流程圖。例如，TERA層的底部部分可以利用第一工藝來沉積，而TERA層的頂部部分可以利用不同工藝來沉積。
過程300開始于310。
在330，襯底被放置在處理室中的襯底夾持器上。例如，襯底夾持器可用來建立上電極表面和襯底夾持器的表面之間的間隙。間隙范圍可以從約1mm到約200mm，或者間隙范圍可以從約2mm到約80mm。襯底夾持器是可平移的。從而，在替換實施例中，間隙尺寸可以改變。
在340，可以在襯底上沉積TERA層的底部部分。在替換實施例中，TERA層的底部部分不是必需的。
在底部部分沉積工藝期間，可以利用第一RF源向上電極提供TRF信號。例如，第一RF源可以工作在從約0.1MHz到約200MHz的頻率范圍內。或者，第一RF源可以工作在從約1MHz到約100MHz的頻率范圍內，或者工作在從約2MHz到約60MHz的頻率范圍內。第一RF源可以工作在從約10W到約10000W的功率范圍內，或者第一RF源可以工作在從約10W到約5000W的功率范圍內。
另外，在底部部分沉積工藝期間，可以利用第二RF源向襯底夾持器中的下電極提供BRF信號。例如，第二RF源可以工作在從約0.1MHz到約200MHz的頻率范圍內?；蛘撸诙F源可以工作在從約0.2MHz到約30MHz的頻率范圍內，或者工作在從約0.3MHz到約15MHz的頻率范圍內。第二RF源可以工作在從約0.0W到約1000W的功率范圍內，或者第二RF源可以工作在從約0.0W到約500W的功率范圍內。在替換實施例中，BRF信號不是必需的。
另外，噴淋板組件可以被提供在處理室中，并且可以耦合到上電極。噴淋板組件可以包括中心區(qū)域、邊緣區(qū)域和副區(qū)域，并且噴淋板組件可以耦合到氣體供應系統(tǒng)。在底部部分沉積工藝期間，第一處理氣體可以提供到中心區(qū)域，第二處理氣體可以提供到邊緣區(qū)域，第三處理氣體可以提供到副區(qū)域。
或者，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域可以耦合在一起作為單個主區(qū)域，并且氣體供應系統(tǒng)可以向主區(qū)域提供第一處理氣體和/或第二處理氣體。在替換實施例中，任何區(qū)域都可以耦合在一起，并且氣體供應系統(tǒng)可以提供一種或多種處理氣體。
第一處理氣體和第二處理氣體可以包括含硅前驅體和含碳前驅體中的至少一種。還可以包括惰性氣體。例如，含硅前驅體和含碳前驅體的流率范圍可以從約0.0sccm到約5000sccm，惰性氣體的流率范圍可以從約0.0sccm到約10000sccm。含硅前驅體可以包括甲硅烷(SiH4)、原硅酸四乙酯(TEOS)、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)中的至少一種。含碳前驅體可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一種。惰性氣體可以是氬、氦和/或氮。
另外，第三處理氣體可以包括含氧氣體、含氮氣體、含碳氣體和惰性氣體中的至少一種。例如，含氧氣體可以包括O2、CO、NO、N2O和CO2中的至少一種；含碳前驅體可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一種；含氮氣體可以包括N2和NF3中的至少一種；惰性氣體可以包括Ar和He中的至少一種。第三處理氣體的流率范圍可以從約0.0sccm到約10000sccm。
在底部部分的沉積期間，第一處理氣體和第二處理氣體的流率可以獨立地建立。
底部部分可以包括這樣的材料，該材料的折射率(n)在以248nm、193nm和157nm波長中的至少一個測量時范圍從約1.5到約2.5，消光系數(shù)(k)在以248nm、193nm和157nm波長中的至少一個測量時范圍從約0.10到約0.9。底部部分可以包括范圍從約30.0nm到約500.0nm的厚度，并且沉積速率的范圍可以從約100A/min到約10000A/min。底部部分沉積時間可以從約5秒變化到約180秒。
在350中，可以在底部部分上沉積頂部部分。在替換實施例中，底部部分不是必需的，例如，頂部部分可以單獨沉積在襯底上。
在TERA層的頂部部分沉積期間，可以利用第一RF源向上電極提供TRF信號。例如，第一RF源可以工作在從約0.1MHz到約200MHz的頻率范圍內。或者，第一RF源可以工作在從約1MHz到約100MHz的頻率范圍內，或者工作在從約2MHz到約60MHz的頻率范圍內。第一RF源可以工作在從約10W到約10000W的功率范圍內，或者第一RF源可以工作在從約10W到約5000W的功率范圍內。
另外，噴淋板組件可以被提供在處理室中，并且可以耦合到上電極。噴淋板組件可以包括中心區(qū)域和邊緣區(qū)域，并且噴淋板組件可以耦合到氣體供應系統(tǒng)。在頂部部分沉積工藝期間，第一處理氣體可以提供到中心區(qū)域，第二處理氣體可以提供到邊緣區(qū)域，第三處理氣體可以經過第三氣體區(qū)域提供到室。
或者，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域可以耦合在一起作為單個主區(qū)域，并且氣體供應系統(tǒng)可以向主區(qū)域提供第一處理氣體和/或第二處理氣體。在替換實施例中，任何區(qū)域都可以耦合在一起，并且氣體供應系統(tǒng)可以提供一種或多種處理氣體。
第一處理氣體和第二處理氣體可以包括含硅前驅體和含碳前驅體中的至少一種。例如，含硅前驅體和含碳前驅體的流率范圍可以從約0.0sccm到約5000sccm，惰性氣體的流率范圍可以從約0.0sccm到約10000sccm。含硅前驅體可以包括甲硅烷(SiH4)、原硅酸四乙酯(TEOS)、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)和二甲基二甲氧基硅烷(DMDMOS)中的至少一種。含碳前驅體可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一種。惰性氣體可以包括氬、氦和氮中的至少一種。
第三處理氣體可以包括含氧氣體、含氮氣體和惰性氣體中的至少一種。含氧氣體可以包括O2、CO、NO、N2O和CO2中的至少一種。含氮氣體可以包括N2和NF3中的至少一種。惰性氣體可以包括Ar和He中的至少一種。第三處理氣體的流率范圍可以從約0.0sccm到約10000sccm。
在頂部部分的沉積期間，第一處理氣體、第二處理氣體和第三處理氣體的流率可以獨立地建立。
頂部部分可以包括這樣的材料，該材料的折射率(n)在以248nm、193nm和157nm波長中的至少一個測量時范圍從約1.5到約2.5，消光系數(shù)(k)在以248nm、193nm和157nm波長中的至少一個測量時范圍從約0.10到約0.9。
頂部部分可以包括范圍從約5.0nm到約400.0nm的厚度，并且沉積速率的范圍可以從約50A/min到約5000A/min。頂部部分沉積時間可以從約5秒變化到約180秒。
在替換實施例中，在頂部部分沉積工藝期間，可以利用第二RF源向下電極提供BRF信號。例如，第二RF源可以工作在從約0.1MHz到約200MHz的頻率范圍內?；蛘?，第二RF源可以工作在從約0.2MHz到約30MHz的頻率范圍內，或者工作在從約0.3MHz到約15MHz的頻率范圍內。第二RF源可以工作在從約0.0W到約1000W的功率范圍內?；蛘撸诙F源工作在從約0.0W到約500W的功率范圍內。
壓強控制系統(tǒng)可以耦合到室，并且可以利用壓強控制系統(tǒng)來控制室壓強。例如，室壓強的范圍可以從約0.1mTorr到約100Torr。
溫度控制系統(tǒng)可以耦合到襯底夾持器，并且可以利用溫度控制系統(tǒng)來控制襯底溫度。例如，襯底溫度的范圍可以從約0℃到約500℃。溫度控制系統(tǒng)也可以耦合到室壁，并且可以利用溫度控制系統(tǒng)來控制室壁的溫度。例如，室壁溫度的范圍可以從約0℃到約500℃。另外，溫度控制系統(tǒng)可以耦合到噴淋板組件；并且可以利用溫度控制系統(tǒng)來控制噴淋板組件的溫度。例如，噴淋板組件溫度的范圍可以從約0℃到約500℃。
在360中，可以在TERA沉積后執(zhí)行后處理等離子體工藝來修飾TERA層的表面。通過利用含氧氣體執(zhí)行后工藝等離子體處理，可以改進TERA表面上的光刻膠外形，并且減少或消除了光刻膠底腳。或者，可以使用含氫氣體。還可以包括惰性氣體。
在后處理等離子體工藝期間，可以利用第一RF源向上電極提供TRF信號。例如，第一RF源可以工作在從約0.1MHz到約200MHz的頻率范圍內?；蛘撸谝籖F源可以工作在從約1MHz到約100MHz的頻率范圍內，或者工作在從約2MHz到約60MHz的頻率范圍內。第一RF源可以工作在從約0.1W到約10000W的功率范圍內，或者第一RF源可以工作在從約1.0W到約5000W的功率范圍內。
另外，可以在處理室中提供處理氣體。例如，處理氣體的流率范圍可以從約0.0sccm到約10000sccm。處理氣體可以包括含氧氣體和含氫氣體中的至少一種。還可以包括惰性氣體。含氧氣體可以包括NO、N2O、O2、CO和CO2中的至少一種，含氫氣體可以包括H2O和H2中的至少一種，惰性氣體可以包括Ar、He和N2中的至少一種。在后處理工序期間，處理氣體和惰性氣體的流率可以獨立地建立。
在后處理等離子體工藝期間，ESC電壓不是必需的?；蛘撸珽SC電壓可以從鉗制電位降到較低電位。例如，較低電位可以約為0V。
后處理等離子體工藝可以包括解夾持工序。例如，在頂部部分沉積工藝期間，抬升釘可被啟動?；蛘?，解夾持可以在施加后處理等離子體之前或之后發(fā)生?；蛘?，解夾持工序不是必需的。后處理等離子體工藝可以從約2秒延伸到約180秒。
在等離子體工藝期間室壓強可以保持恒定。另外，室壓強可以在后處理工序期間改變。例如，室壓強可以從約0.1mTorr變化到約100Torr。
過程300在370結束。
圖4示出了根據本發(fā)明實施例在用于在襯底上沉積TERA層的過程中使用的一組示例性處理。在第一步中，處理氣體被引入到室中，并且操作壓強被建立。例如，室壓強可以被建立在約8Torr，并且第一步的持續(xù)時間可以為60秒。處理氣體可以包括含硅前驅體、含碳前驅體和惰性氣體。例如，可以采用流率分別為約100sccm和約600sccm的3MS和He。在替換實施例中，可以使用不同的壓強和不同的持續(xù)時間。
在第二步中，可以執(zhí)行穩(wěn)定處理。例如，可以改變一種或多種處理氣體的流率，并且可以將鉗制電壓施加到ESC。例如，He的流率可以減小到約300sccm。
在第三步中，可以沉積TERA層的底腳部分。第一RF源可以向上電極提供RF信號(TRF)，第二RF源可以向下電極提供RF信號(BRF)，下電極可以是襯底夾持器的一部分。例如，TRF的頻率范圍可以從約0.1MHz到約200MHz，TRF功率范圍可以從約10W到約10000W。同樣，BRF的頻率范圍可以從約0.1MHz到約200MHz，BRF功率范圍可以從約0.1W到約1000W。在圖示實施例(圖4)中，TRF頻率約為13.56MHz；TRF功率約為700W；BRF頻率約為2MHz；BRF功率約為50W；ESC電壓約為-200V。在替換實施例中，可以使用不同的頻率、功率水平和鉗制電壓。
在第四步中，可以執(zhí)行預備處理?？梢愿腡RF和BRF信號水平，可以改變處理氣體，并且可以修改流率。在圖示實施例(圖4)中，TRF信號被關閉；BRF信號被關閉；ESC電壓不變。另外，改變含硅前驅體的流率，并且含氧氣體被供應到處理室中。或者，等離子體可被關閉，并且室壓強的范圍可以從約1mTorr到約20Torr，且處理氣體包括含硅前驅體、含碳前驅體、含氧氣體和惰性氣體中的至少一種?；蛘?，可以維持等離子體，同時向室提供惰性氣體。或者，可以去掉底層沉積和覆蓋層沉積之間的第四步，從而使覆蓋層沉積在底層沉積之后立即發(fā)生。在圖4的實施例中，3MS的流率減小到約75sccm，并且引入流率約為50sccm的CO2。
在第五步中，可以沉積TERA層的頂層部分。第一RF源可以向上電極提供RF信號(TRF)，并且可以向處理室提供處理氣體的不同組合。例如，TRF的頻率范圍可以從約0.1MHz到約200MHz，TRF功率范圍可以從約10W到約10000W。另外，處理氣體的組合可以包括含硅前驅體、含碳前驅體、含氧氣體和惰性氣體。在圖示實施例(圖4)中，TRF頻率約為13.56MHz；TRF功率約為400W；ESC電壓約為-200V；含硅前驅體包括流率約為75sccm的3MS，含氧氣體包括流率約為50sccm的CO2，惰性氣體包括流率約為300sccm的He。在替換實施例中，可以使用不同的頻率、功率水平和氣體。
在第六步和第七步中，可以執(zhí)行凈化處理。例如，可以改變一種或多種處理氣體的流率；可以更改TRF信號；可以改變ESC電壓；并且可以修改壓強。在圖示實施例(圖4)中，TRF信號被關閉；含硅前驅體(3MS)的流率被設為0；含氧氣體(CO2)的流率被設為0；惰性氣體(He)的流率保持恒定；ESC電壓被設為0。
在第八步中，室被抽空，壓強降低。例如，在該步期間不向室提供處理氣體。
在第九步中，可以增大室壓強。例如，可以向處理室供應一種或多種處理氣體，并且室壓強可以維持在預定水平。在圖示實施例(圖4)中，RF信號被關閉；含硅前驅體(3MS)的流率被設為0；含氧氣體(CO2)的流率被設為約36sccm；惰性氣體(He)的流率被設為約600sccm；室壓強維持在約2Torr。
在第十步中，可以執(zhí)行后等離子體處理工藝。例如，TRF信號可用來建立等離子體。在圖示實施例(圖4)中，TRF信號被開啟；含硅前驅體(3MS)的流率被設為0；含氧氣體(CO2)的流率被設為約36sccm；惰性氣體(He)的流率被設為約600sccm；室壓強維持在約2Torr。
在第十一步中，可以執(zhí)行抬升處理。例如，抬升釘可以伸出以將襯底抬離襯底夾持器。
在第十二步中，可以執(zhí)行凈化處理。例如，可以更改TRF信號，并且可以改變室壓強。在圖示實施例(圖4)中，TRF信號被關閉；含硅前驅體(3MS)的流率被設為0；含氧氣體(CO2)的流率被設為約36sccm；惰性氣體(He)的流率被設為約600sccm；室壓強從約2Torr開始減小。
在第十三步中，室被抽空，壓強降低。例如，在該步期間不向室提供處理氣體。
以上示例說明了通過利用PECVD過程沉積底層和頂層可以沉積TERA層。在可作為替換的過程中，可以沉積單個TERA層。
在該實施例中，在一個室中順序沉積TERA底層和頂層。在底層和頂層沉積之間的時間段中，等離子體被關閉。在替換實施例中，可以在同一室中順序沉積TERA底層和頂層，而不用關閉等離子體。在替換實施例中，可以在單獨的室中分別沉積TERA底層和頂層。
在該實施例中，在底層和頂層沉積之間室被保持在特定壓強。在替換實施例中，在層沉積之間室可被抽空。
以上示例說明可以沉積TERA層的頂部部分，并且可以在TERA層的頂部上形成與光刻膠相容的表面以阻止光刻膠底腳的形成。
盡管以上僅僅詳細描述了本發(fā)明的某些示例性實施例，但是本領域技術人員將容易地意識到，可以在示例性實施例中進行許多修改，而不實質上脫離本發(fā)明的新穎教導和優(yōu)點。因此，所有這些修改都應當包括在本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種用于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，并置于襯底夾持器上；在所述襯底上沉積可調節(jié)刻蝕光刻膠ARC(TERA)層，其中包含前驅體的處理氣體被提供到所述室中；以及將所述TERA層暴露于后處理等離子體，其中在所述TERA層上生成與光刻膠相容的表面。
2.如權利要求1所述的方法，還包括在所述TERA層的與光刻膠相容的表面上形成多個光刻膠特征，其中所述光刻膠特征中的至少一個包括基本很小的底腳。
3.如權利要求1所述的方法，還包括在所述TERA層的與光刻膠相容的表面上形成多個光刻膠特征，其中所述光刻膠特征中的至少一個包括精確限定出的矩形外形。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述暴露包括利用含氧氣體和含氫氣體中的至少一種創(chuàng)建所述后處理等離子體。
5.如權利要求4所述的方法，其中在所述創(chuàng)建期間采用流率范圍從約0.0sccm到約10000sccm的含氧氣體，并且所述含氧氣體包括H2O、NO、N2O、O2、CO和CO2中的至少一種。
6.如權利要求4所述的方法，其中在所述創(chuàng)建期間采用流率范圍從約0.0sccm到約10000sccm的含氫氣體，并且所述含氫氣體包括H2O和H2中的至少一種。
7.如權利要求4所述的方法，其中在所述創(chuàng)建期間還采用流率范圍從約0.0sccm到約10000sccm的惰性氣體，并且所述惰性氣體包括Ar、He和N2中的至少一種。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述等離子體源具有RF源，并且所述暴露還包括使所述RF源工作在從約0.1MHz到約200MHz的頻率范圍內；以及使所述RF源工作在從約0.1W到約200W的功率范圍內。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述后處理等離子體具有從約2秒變化到約180秒的壽命。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述沉積TERA層的操作包括在沉積時間期間沉積所述TERA層的底部部分，其中所述底部部分包括如下的材料，該材料的折射率(n)在以248nm、193nm和157nm波長中的至少一個測量時范圍從約1.5到約2.5，消光系數(shù)(k)在以248nm、193nm和157nm波長中的至少一個測量時范圍從約0.10到約0.9。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述底部部分的沉積發(fā)生的速率從約100A/min到約10000A/min。
12.如權利要求10所述的方法，其中所述沉積時間范圍從約5秒到約180秒。
13.如權利要求10所述的方法，其中所述等離子體源具有RF源，并且所述底部部分的沉積還包括使所述RF源工作在從約0.1MHz到約200MHz的頻率范圍內；以及使所述RF源工作在從約10.0W到約10000W的功率范圍內。
14.如權利要求13所述的方法，其中第二RF源耦合到所述襯底夾持器，并且所述底部部分的沉積還包括使所述第二RF源工作在從約0.1MHz到約200MHz的頻率范圍內；以及使所述第二RF源工作在從約0.0W到約500W的功率范圍內。
15.如權利要求10所述的方法，其中所述底部部分的沉積還包括提供所述處理氣體，其中所述處理氣體包括含硅前驅體和含碳前驅體中的至少一種。
16.如權利要求15所述的方法，其中所述提供處理氣體的操作包括使所述含硅前驅體和/或所述含碳前驅體以第一速率流入，所述第一速率的范圍從約0.0sccm到約5000sccm。
17.如權利要求15所述的方法，其中所述處理氣體包括甲硅烷(SiH4)、原硅酸四乙酯(TEOS)、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)中的至少一種。
18.如權利要求15所述的方法，其中所述處理氣體包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一種。
19.如權利要求15所述的方法，其中所述處理氣體包括惰性氣體，所述惰性氣體包括氬、氦和氮中的至少一種。
20.如權利要求10所述的方法，其中所述底部部分的沉積還包括利用壓強控制系統(tǒng)控制室壓強，其中所述室壓強的范圍從約0.1mTorr到約100Torr。
21.如權利要求20所述的方法，其中所述室壓強的范圍從約0.1Torr到約20Torr。
22.如權利要求10所述的方法，其中所述底部部分的沉積還包括向耦合到所述襯底夾持器的靜電卡盤(ESC)提供DC電壓以將所述襯底鉗制到所述襯底夾持器，其中所述DC電壓的范圍從約-2000V到約+2000V。
23.如權利要求1所述的方法，其中所述TERA層的沉積還包括在沉積時間期間沉積所述TERA層的頂部部分，其中所述頂部部分包括如下的材料，該材料的折射率(n)在以248nm、193nm和157nm波長中的至少一個測量時范圍從約1.5到約2.5，消光系數(shù)(k)在以248nm、193nm和157nm波長中的至少一個測量時范圍從約0.10到約0.9。
24.如權利要求23所述的方法，其中所述等離子體源具有RF源，并且所述頂部部分的沉積還包括使所述RF源工作在從約1MHz到約100MHz的頻率范圍內；以及使所述RF源工作在從約10.0W到約2000W的功率范圍內。
25.如權利要求23所述的方法，其中所述頂部部分的沉積發(fā)生的速率從約10A/min到約5000A/min。
26.如權利要求23所述的方法，其中所述沉積時間范圍從約5秒到約180秒。
27.如權利要求23所述的方法，其中用于所述頂部部分的處理氣體包括惰性氣體以及包含硅、碳和氧的前驅體。
28.如權利要求23所述的方法，其中用于所述頂部部分的處理氣體包括含硅前驅體、含碳氣體、含氧氣體和惰性氣體。
29.如權利要求27所述的方法，其中所述前驅體以第一速率流入，所述惰性氣體以第二速率流入，所述第一速率的范圍從約0.0sccm到約5000sccm，所述第二速率的范圍從約0.0sccm到約10000sccm。
30.如權利要求27所述的方法，其中所述前驅體包括四甲基環(huán)四硅烷(TMCTS)、原硅酸四乙酯(TEOS)、二甲基二甲氧基硅烷(DMDMOS)和八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)中的至少一種。
31.如權利要求27所述的方法，其中所述惰性氣體包括氬、氦和氮中的至少一種。
32.如權利要求1所述的方法，還包括控制所述襯底的溫度。
33.如權利要求32所述的方法，其中所述襯底的溫度的范圍從約0℃到約500℃。
34.如權利要求1所述的方法，還包括控制所述室的至少一個室壁的溫度。
35.如權利要求34所述的方法，其中所述至少一個室壁的溫度的范圍從約0℃到約500℃。
36.如權利要求1所述的方法，其中噴淋板組件耦合到所述室，并且所述方法還包括控制所述噴淋板組件的溫度。
37.如權利要求36所述的方法，其中所述噴淋板組件的溫度的范圍從約0℃到約500℃。
38.如權利要求1所述的方法，還包括在創(chuàng)建所述后處理等離子體的同時解夾持所述襯底。
39.如權利要求1所述的方法，還包括在創(chuàng)建所述后處理等離子體之前解夾持所述襯底。
40.如權利要求1所述的方法，還包括在所述后處理等離子體消失之后解夾持所述襯底。
41.如權利要求1所述的方法，還包括在創(chuàng)建所述后處理等離子體的同時抬升所述襯底。
42.如權利要求1所述的方法，還包括在創(chuàng)建所述后處理等離子體之前抬升所述襯底。
43.如權利要求1所述的方法，還包括在所述后處理等離子體消失之后抬升所述襯底。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于改善沉積的介電膜上的顯影后光刻膠外形的方法和裝置。該方法包括利用等離子體增強化學氣相沉積工藝在襯底上沉積具有可調節(jié)光學和抗刻蝕性質的TERA膜，并利用等離子體工藝后處理TERA膜。該裝置包括室和用于提供多種前驅體和處理氣體的噴淋頭，其中室具有耦合到第一RF源的上電極和耦合到第二RF源的襯底夾持器。
文檔編號C23C16/30GK1867695SQ200480029963
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權日2003年11月6日
發(fā)明者吹上紀明, 凱瑟琳娜·巴比徹 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社, 國際商業(yè)機器公司