專利名稱：改進(jìn)的臨界尺寸控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及集成電路制造，特別地涉及構(gòu)圖期間的臨界尺寸控制的改進(jìn)。
在半導(dǎo)體集成電路形成中，要在襯底上形成各結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)例如對(duì)應(yīng)于如晶體管、電容器和電阻等器件。這些器件然后互連，以實(shí)現(xiàn)所需要的電功能。
為形成這些器件，要在襯底上重復(fù)淀積各層，并按需要進(jìn)行構(gòu)圖。各種光刻技術(shù)用于對(duì)這些器件層的構(gòu)圖。這些技術(shù)采用曝光光源，通過(guò)掩模將光圖像投射到形成于襯底表面上的光刻膠(抗蝕劑)層上。光照射抗蝕劑層，用所需要圖形對(duì)它進(jìn)行曝光。根據(jù)所采用的是正型還是負(fù)型抗蝕劑，去掉抗蝕劑層曝光或未曝光的部分。然后，例如腐蝕不被抗蝕劑保護(hù)的部分，在襯底上形成結(jié)構(gòu)。
各結(jié)構(gòu)的尺寸取決于光刻系統(tǒng)的分辨率能力。給定的光刻系統(tǒng)所能達(dá)到的最小結(jié)構(gòu)尺寸(F)稱為光刻基本規(guī)則(GR)。臨界尺寸(CD)定義為必須控制的最小結(jié)構(gòu)尺寸。這包括例如線寬、空間和接觸寬度。
由于照射到抗蝕劑層的光的變化，會(huì)發(fā)生CD的變化。尤其是隨著GR(例如0.25微米或更小)的不斷縮小，控制CD的變化(CD控制)變?yōu)橐粋€(gè)緊要的問題。采用抗蝕劑下的抗反射涂層(ARC)，減小底層引起的到抗蝕劑的反射率變化，有助于CD控制。
可以將ARC用于兩種操用模式的其中之一，以防止到抗蝕劑的反射率變化。第一種模式是吸收，第二種模式是破壞性干擾。
在吸收模式中，ARC吸收通過(guò)它的光。以此方式，使散射光最少，以避免不希望的抗蝕劑曝光。ARC應(yīng)具有適當(dāng)?shù)南庀禂?shù)(k)和厚度，以完全吸收光。所需完全吸收光的k和厚度隨于曝光光源的波長(zhǎng)而不同。較高的k值需要較薄的ARC層，以完全吸收給定波長(zhǎng)下的給定量的光。相反，較低的k值需要較厚的ARC層，以完全吸收給定波長(zhǎng)下的給定量的光。例如，約0.5的k需要ARC的厚度約為1000埃，以全部吸收248納米(nm)的光。
在破壞性干擾模式中，ARC的下表面的界面引起的反射相對(duì)于ARC上表面的界面引起的反射的相位發(fā)生移動(dòng)。由于彼此發(fā)生適當(dāng)?shù)南嘁?，它們彼此相?破壞性相消)。
通常，采用各種有機(jī)和無(wú)機(jī)ARC。有機(jī)ARC包括例如目前由Shipley公司標(biāo)為AR2和AR3的化合物。無(wú)機(jī)ARC包括例如氮化硅、氮氧化硅、氫化的氮氧化硅、氮化鈦、非晶硅、碳化硅和非晶碳。
有機(jī)ARC通常采用旋涂工藝淀積。對(duì)于給定的聚合物系統(tǒng)和染料填充狀態(tài)，有機(jī)ARC具有較固定的折射率。不同的有機(jī)ARC具有不同的折射率。為減小ARC/抗蝕劑界面的反射，尤其是在采用吸收模式的ARC時(shí)，希望有機(jī)ARC的折射率與抗蝕劑的折射率相匹配。由于有機(jī)ARC具有相對(duì)固定的折射率，在存在相當(dāng)大的襯底膜厚變化時(shí)，它們通常只用于吸收模式。
一般地，ARC下的膜層疊層由于例如膜淀積或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等加工存在相當(dāng)大的厚度變化。為抑制厚度變化引起的效應(yīng)，需要較厚的有機(jī)ARC。而采用較厚的ARC則需要較厚的抗蝕劑，以便足夠用作ARC開口工藝中的腐蝕掩模。較厚的抗蝕劑導(dǎo)致了聚焦深度變差，特別是在較小的GR(例如0.25微米或更小)時(shí)，引至加工窗口變窄。對(duì)于例如0.25微米或更小的GR工藝來(lái)說(shuō)，采用有機(jī)ARC缺乏吸引力。
另一方面，由于無(wú)機(jī)ARC沒有與有機(jī)ARC有關(guān)的任何缺點(diǎn)，所以變得越來(lái)越普及。此外，無(wú)機(jī)ARC具有一定的優(yōu)點(diǎn)，例如可調(diào)性、低缺陷等級(jí)、良好的成形和對(duì)抗蝕劑的高的腐蝕選擇性。
盡管無(wú)機(jī)ARC可以用于兩種模式中的任何一種，但最好是用于破壞性干擾模式。這是由于具有相當(dāng)高k以在吸收模式下起作用的無(wú)機(jī)ARC通常具有與抗蝕劑的折射率不匹配的折射率。GR越小，則折射率不匹配造成的駐波變得越明顯，結(jié)果圖形變差，這是不希望的。
為產(chǎn)生在破壞性干擾模式下起作用的破壞性相消，理想的是在半透明材料或很均勻的透明材料上形成無(wú)機(jī)ARC。當(dāng)例如硅酸鹽玻璃等透明材料在無(wú)機(jī)ARC下面時(shí)，透明材料的厚度變化產(chǎn)生不均勻的反射強(qiáng)度。所以很難采用破壞性干擾效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。
由于下面的各層通常由例如具有大厚度變化的硅酸鹽玻璃等透明材料構(gòu)成，所以破壞性干擾模式造成的局限在提供具有良好CD控制的無(wú)機(jī)ARC工藝方面產(chǎn)生了一些困難。此外，在某些情況下，無(wú)機(jī)ARC會(huì)污染其上的抗蝕劑(抗蝕劑沾污)。需要例如二氧化硅(SiO2)的遮蓋層，以避免抗蝕劑沾污?？刮g劑和遮蓋層之間折射率的不匹配在抗蝕劑中產(chǎn)生駐波效應(yīng)，對(duì)CD控制產(chǎn)生不良影響。
從上述討論可知，希望提供改進(jìn)的CD控制的ARC層。


圖1示出本發(fā)明的說(shuō)明性的實(shí)施例；圖2示出表示最小反射的曲線圖；和圖3是表示最小反射的曲線圖。
本發(fā)明涉及光刻技術(shù)中改進(jìn)的CD控制。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)采用多層ARC疊層實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的CD控制。多層ARC疊層包括按吸收和破壞性干擾模式起作用的第一和第二ARC層。在一個(gè)實(shí)施例中，第一ARC層按吸收模式起作用，第二ARC層按破壞性干擾模式起作用，以減小抗蝕劑的反射率，從而改善CD控制。
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工。特別是，本發(fā)明涉及改進(jìn)的CD控制，從而形成較寬的光刻工藝窗口。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)提供將吸收和破壞性干擾特性結(jié)合在一起的多層ARC疊層而實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的CD控制。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的ARC層。為了說(shuō)明目的，ARC層130設(shè)于半導(dǎo)體襯底110的表面和抗蝕劑層170之間。抗蝕劑層包括例如光刻中采用的任何抗蝕劑。這種抗蝕劑既可以是正型抗蝕劑，也可以是負(fù)型抗蝕劑。
半導(dǎo)體襯底包括例如一個(gè)硅晶片。也可采用例如包括砷化鎵、鍺、絕緣體上硅、或其它半導(dǎo)體或非半導(dǎo)體材料等其它類型的襯底。襯底可以處于工藝流程的不同階段。例如，襯底可以處于工藝流程的開始階段，或經(jīng)部分加工以包括若干結(jié)構(gòu)(未示出)。這些結(jié)構(gòu)例如可用于形成如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAMs)或其它類型的集成電路，或者是機(jī)電或機(jī)械器件。為了討論方便，術(shù)語(yǔ)“襯底”表示一般意義的襯底，它可以處于工藝流程的任何階段。
在襯底上形成ARC層130。如圖所示，ARC層包括多層ARC疊層。在一個(gè)實(shí)施例中，多層ARC疊層包括第一ARC層135和第二ARC層140。第二ARC層140形成于第一ARC層135上。第一ARC層135形成于襯底110上。第二ARC層上形成在抗蝕劑170下。這些ARC層的其中之一按吸收模式起作用，另一個(gè)按破壞性干擾模式起作用，以改進(jìn)CD控制。在一個(gè)實(shí)施例中，第一ARC層按吸收模式起作用，第二ARC層按破壞性干擾模式起作用。
第二ARC層的折射率選擇為減小抗蝕劑的反射率。在一個(gè)實(shí)施例中，折射率選擇為使抗蝕劑的反射率最小。通過(guò)減小第二ARC層下表面和上表面界面的反射強(qiáng)度之差，同時(shí)保持兩種反射相位的不同，從而實(shí)現(xiàn)抗蝕劑反射率的減小。在反射強(qiáng)度的差值達(dá)到零時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)抗蝕劑的反射率為零。如果反射的幅度精確等于零，則可以實(shí)現(xiàn)抗蝕劑的零反射。減小反射強(qiáng)度或使反射強(qiáng)度的差最小，可以增強(qiáng)或優(yōu)化破壞性干擾效應(yīng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一ARC層按吸收模式起作用。第一ARC層具有消光系數(shù)(k)和適當(dāng)?shù)暮穸纫晕掌渲械墓?。在一個(gè)實(shí)施例中，ARC的k值至少為0.2，較好至少是0.5，更好是至少1.0。在另一實(shí)施例中，ARC的k值至少為1.5。
對(duì)于給定的k和光量來(lái)說(shuō)，第一ARC層的厚度選擇為確保充分吸收其中的光。一般情況下，厚度為約5-150nm。當(dāng)然，對(duì)于不同應(yīng)用來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)不同的k值改變厚度。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一ARC層包括按吸收模式起作用的無(wú)機(jī)ARC。無(wú)機(jī)ARC包括介質(zhì)ARC(DARC)。DARC包括例如氮氧化硅、氫化氮氧化硅、碳化硅或?qū)τ诮o定曝光光源的波長(zhǎng)按吸收模式起作用的其它介質(zhì)抗反射材料。在一個(gè)實(shí)施例，DARC包括氮氧化硅。采用例如氮化鈦、非晶硅、非晶碳或?qū)τ诮o定曝光光源波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)按吸收模式起作用的其它抗反射材料等無(wú)機(jī)ARC，也可以形成第一ARC層。無(wú)機(jī)第一ARC層一般相對(duì)于抗蝕劑具有高的腐蝕選擇性，可以調(diào)節(jié)到具有高k值。這有利于使用較薄的第一ARC層。
第一ARC層采用例如化學(xué)汽相淀積(CVD)或物理汽相淀積等常規(guī)淀積技術(shù)形成于襯底表面上。也可以使用其它淀積技術(shù)。
第二ARC層140淀積于第一ARC層135上。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第二ARC層140按破壞性干擾模式起作用。
抗蝕劑形成于第二ARC層上。可以采用任何常規(guī)抗蝕材料。抗蝕劑采用常規(guī)技術(shù)形成。抗蝕劑的厚度足以用作ARC開口工藝和襯底腐蝕的腐蝕掩模。一般地，抗蝕劑層的厚度為約0.2-10微米。
如所述，多層ARC疊層結(jié)合吸收和破壞性干擾特性，以減小抗蝕劑層中的反射。
由于第二ARC層的底表面和頂表面形成的界面132和116處的材料間的折射率不同，產(chǎn)生了反射。這些反射穿過(guò)抗蝕劑或通過(guò)抗蝕劑反射。
抗蝕劑中可以實(shí)現(xiàn)的反射與反射強(qiáng)度間的差有直接關(guān)系。在反射強(qiáng)度的差變得越小時(shí)，抗蝕劑的反射率可以越小?？刮g劑的可接受反射率可以根據(jù)設(shè)計(jì)基本規(guī)則和工藝參數(shù)改變。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二ARC層減小了其上下表面處界面產(chǎn)生的反射間的差異，所以抗蝕劑的反射率可以減小。將該差異減小到所希望的水平，便可以得到可以接受的抗蝕劑反射率。較好是，第二ARC層使其上下表面處界面產(chǎn)生的反射間的差異最小，從而可以使抗蝕劑的反射率最小。更好是，第二ARC層產(chǎn)生具有大致相同強(qiáng)度的反射，從而可以實(shí)現(xiàn)約為零的反射率。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二ARC層包括按破壞性干擾模式起作用的無(wú)機(jī)ARC。在一個(gè)實(shí)施例中，無(wú)機(jī)ARC包括介質(zhì)ARC(DARC)。DARC例如包括氮化硅、氮氧化硅、氫化氮氧化硅或其它介質(zhì)抗反射材料。在一個(gè)實(shí)施例中，第二DARC包括氮氧化硅。也可以使用例如氮化鈦、非晶硅、非晶碳或按破壞性干擾模式起作用的其它無(wú)機(jī)抗反射材料。第二ARC層的形成采用常規(guī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二無(wú)機(jī)ARC的折射率選擇為減小其上下表面界面產(chǎn)生的反射之間的差，從而可以減小抗蝕劑的反射率。第二ARC層的折射率選擇為將反射之間的差減小到所希望的水平，從而可以得到可接受的抗蝕劑反射率。較好是，第二ARC層的折射率選擇為使其上下表面處界面產(chǎn)生的反射間的差異最小，從而可以使抗蝕劑的反射率最小。更好是，第二ARC層的折射率選擇為產(chǎn)生具有大致相同強(qiáng)度的反射，從而可以實(shí)現(xiàn)約為零的反射率。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，第二ARC層的折射率取決于其上和其下各層的折射率。在一個(gè)實(shí)施例中，第二ARC層的折射率約等于nx＝(nx-1nR)1/2(1)其中nx是抗蝕劑層下的第二ARC層的折射率的實(shí)數(shù)部分，nx-1是第二ARC層下的第一ARC層的折射率的實(shí)數(shù)部分，nR是第二ARC層上的抗蝕劑的折射率的實(shí)數(shù)部分。由于假定可以忽略二階反射，上述公式只考慮一階反射。
形成具有根據(jù)公式1的折射率的第二ARC層，使其上下表面處界面產(chǎn)生的反射之間的差最小。結(jié)果，抗蝕劑層的反射具有大致相同的強(qiáng)度。這可以使抗蝕劑的反射率最小。記住，第二ARC層的折射率可從公式1導(dǎo)出。根據(jù)例如抗蝕劑的可接受反射率水平等設(shè)計(jì)要求，某種程度上，第二ARC層的折射率值可從公式1導(dǎo)出。
由于k取決于n，在選擇了n后，便限定了第二ARC層的k值。一般情況下，第二ARC的選定n值會(huì)導(dǎo)致較低的k值。這可以確保到第二ARC層的反射強(qiáng)度不受影響或所受影響可忽略，第二ARC層的k值相當(dāng)小。在一個(gè)實(shí)施例中k值小于0.5，較好是小于0.3。
第二ARC層構(gòu)成為按破壞性干擾模式起作用。通過(guò)按破壞性模式構(gòu)成第二ARC層，從其上表面到抗蝕劑層反射的光和抗蝕劑層中向上反射通過(guò)第二ARC層的光被破壞性地疊加。結(jié)果，這些光彼此抵消。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二ARC層具有按硝壞性干擾模式起作的合適厚度。第二ARC層的厚度使其下和上表面處界面的反射，彼此相移約180度。從而產(chǎn)生破壞性相消。在一個(gè)實(shí)施例中，第二ARC層的厚度約為λ/4nx，其中λ是曝光光源的波長(zhǎng)，nx是第二ARC層的折射率。
通過(guò)選擇合適的折射率和厚度，第二ARC層在抗蝕劑層中產(chǎn)生強(qiáng)度大致相同且相位大致相反的反射，從而它們彼此相消。結(jié)果改進(jìn)了光刻期間的CD控制。
在操作時(shí)，曝光光源的光有選擇地對(duì)抗蝕劑層曝光，以在其上形成所需要的圖形。在光束180射到抗蝕劑170的表面上時(shí)，光的一部分182從表面反射，而一部分184透過(guò)抗蝕劑170。
在透過(guò)的部分184射到抗蝕劑170和第二ARC層140形成的界面132時(shí)。部分184的一部分186反射，而一部分190透過(guò)第二ARC層140。
部分190射到由第二ARC層140和第一ARC層135形成的界面116。這造成了將反射的部分192，和將透過(guò)第一ARC層135的部分194。由于第一ARC層按吸性模式起作用，所以透過(guò)部分194的全部或基本上全部都被吸收。部分194的任何保留光196被第一ARC層135和襯底110的界面112反射，并被第一ARC層吸收。
部分192穿過(guò)第二ARC層行進(jìn)。按破壞性干擾模式起作用的第二ARC層不吸性部分192。結(jié)果，部分192穿過(guò)界面132，進(jìn)入抗蝕劑層。
由于根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例選擇第二ARC層的折射率，所以穿過(guò)該界面并進(jìn)入抗蝕劑層的部分192具有約等于反射部分186的強(qiáng)度的強(qiáng)度。通過(guò)合適選擇第二ARC層的厚度反射部分186和192被破壞性相疊加，彼此相消或基本相消。于是通過(guò)減小抗蝕劑的反射率，實(shí)現(xiàn)了CD控制的改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例，多層ARC疊層130包括第一和第二ARC層135和140，它們分別按吸收模式和破壞性干擾模式起作用。
由于第一ARC層按吸收模式起作用，它的k值和厚度足以吸收其中的光，在一個(gè)實(shí)施例中，該ARC的k值至少為0.2，較好是至少0.5，更好是至少1.0。在另一個(gè)實(shí)施例中，該ARC的k值至少為1.5。對(duì)于給定k值和光量來(lái)說(shuō)，第一ARC層的厚度足以確保其中的光被吸收。一般情況下，厚度約為5-150nm。自然，該厚度可以根據(jù)不同應(yīng)用和不同k值改變。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一ARC層包括按吸收模式起作用的無(wú)機(jī)ARC。無(wú)機(jī)ARC例如包括介質(zhì)ARC(DARC)。在一個(gè)實(shí)施例中，DARC包括氮氧化硅。也可以采用在給定曝光光源的波長(zhǎng)下按吸收模式起作用的其它無(wú)機(jī)抗反射材料。
另外，第一ARC層包括有機(jī)ARC。第一有機(jī)ARC層較好具有比第二ARC層高的k值。此外，也可以采用對(duì)于給定曝光光源的波長(zhǎng)可以按吸收模式起作用，并且在例如第二ARC層和抗蝕劑的淀積等隨后工藝中保持穩(wěn)定的抗反射材料。
第一ARC層采用例如化學(xué)汽相淀積(CVD)或物理汽相淀積等常規(guī)淀積技術(shù)形成于襯底表面上。也可以采用例如旋涂等其它淀積技術(shù)，取決于ARC材料。
抗蝕劑170下第一ARC層135上的第二ARC層140按破壞性干擾模式起作用。在一個(gè)實(shí)施例中，第二ARC層包括有機(jī)ARC。可以用不同類型的有機(jī)ARC，例如Shipley的BARL，形成第二ARC層。有機(jī)ARC層采用不同的常規(guī)淀積技術(shù)淀積。例如旋涂法。采用有機(jī)ARC層作第二ARC層避免了抗蝕劑沾污的可能問題，避免了提供遮蓋層的要求。所以，避免了與遮蓋層有關(guān)的駐波效應(yīng)。在抗蝕劑沾污不會(huì)造成問題的情況下，無(wú)機(jī)ARC可用作第二ARC層。
第二ARC層產(chǎn)生從其下表面處界面116的反射和從其上表面處界面132的反射。這些反射穿過(guò)抗蝕劑，或通過(guò)抗蝕劑反射。
第二ARC層的參數(shù)例如n和厚度選擇為減小其上下表面處界間產(chǎn)生的反射之間的差，從而采用破壞性相消實(shí)現(xiàn)抗蝕劑反射率的減小。將該差減小到要求水平，從而采用破壞性相消實(shí)現(xiàn)可接受的抗蝕劑反射率。較好是，第二ARC層使其上下表面處界面產(chǎn)生的反射之間的差最小，從而采用破壞性相消可以使抗蝕劑的反射率最小。更好是，第二ARC層產(chǎn)生具有大致相同強(qiáng)度的反射，從而可以采用破壞性相消實(shí)現(xiàn)約為零的反射率。
第二ARC層上下表面處界面產(chǎn)生的反射取決于第一和第二ARC層及抗蝕劑的折射率。這種事實(shí)下，ARC層和抗蝕劑的折射率和厚度可以改變，可以選擇為由ARC疊層產(chǎn)生希望的效應(yīng)。
一般情況下，根據(jù)ARC的類型和起作用模式選擇第一和二ARC層的折射率及第一ARC層的厚度。例如，第一ARC按吸收模式起作用。在第一ARC層包括無(wú)機(jī)ARC層時(shí)，n取決于k值。一般說(shuō)，希望高k值，以便能夠使用較薄的有機(jī)ARC。這一般意味著根據(jù)第一ARC層的厚度參數(shù)選擇k值。在n取決于k值時(shí)，選擇了k隱含著限定了n。對(duì)于有機(jī)ARC來(lái)說(shuō)，對(duì)于給定類型的ARC，n和k固定。選擇特定類型的有機(jī)ARC使用，n值存在一定程度的靈活性。另外，使用包括無(wú)機(jī)ARC的第二ARC層，n值也存在靈活性。關(guān)于抗蝕劑，對(duì)于所用的給定類型抗蝕劑來(lái)說(shuō)，n、k和厚度也是固定的。選擇使用的抗蝕劑類型，抗蝕劑參數(shù)方面也存在靈活性。例如，根據(jù)抗蝕劑的類型，n可以為1.4-2.0。
對(duì)于給定的第一和第二ARC層及抗蝕劑，第二ARC層的厚度選擇為引起破壞性干擾。在一個(gè)實(shí)施例中，第二ARC層的厚度選擇為使在第二ARC層的下上表面處界面發(fā)生的反射被破壞性相消。在一個(gè)實(shí)施例中，該厚度選擇為使第二ARC層下上表面處界面的反射彼此相移180°。在一個(gè)實(shí)旋例中，該厚度選擇為使第二ARC層下表面處界面產(chǎn)生的反射，相對(duì)于第二ARC層上表面處界面產(chǎn)生的反射相移約180°。
由于減小了反射強(qiáng)度之間的差，第二ARC層產(chǎn)生的破壞性干擾減小了抗蝕劑的反射率。
反射光強(qiáng)度一般可表示為I＝R×R*(1)其中I是強(qiáng)度，R是材料的反射率，R*是材料反射率的倒數(shù)。關(guān)于圖1所示的多ARC層疊層，垂直入射(θ＝90度)時(shí)，由下標(biāo)表示的各層的反射率可表示為R170＝(r170+R140)/(1+r170×R140) (2)R140＝(r140+R135)/(1+r140×R135)exp(i2k140d140) (3)R135＝(r135)exp(i2k135d135) (4)其中d＝各層的厚度，k＝各層的波數(shù)， r＝各層的反射系數(shù)。波數(shù)可表示為k＝2πn/λ (5)其中n＝各層的復(fù)合折射率，λ＝曝光光源的波長(zhǎng)。各層的反射系數(shù)可表示為r＝(nx-n)/(nx+n)＝abs(r)exp(iφ) (6)其中nx＝各層以下的層的復(fù)合折射率，n＝各層的復(fù)合折射率，φ＝由于破壞性干擾反射的不等幅度造成的相移因子，是多層ARC疊層的各ARC層和抗蝕劑層的折射率的函數(shù)。
如上所述，目標(biāo)是減小抗蝕劑層的反射率或使之最小。從公式1可知，可通過(guò)減小其中的反射率減小抗蝕劑層中的光強(qiáng)(I)。在I達(dá)到零時(shí)，實(shí)現(xiàn)抗蝕劑層的最小反射，表示如下I＝R170×R170*＝min(I) (7)對(duì)于給定的抗蝕劑，I是參數(shù)d140、n140、k140、n135和k135的函數(shù)。通過(guò)一階導(dǎo)數(shù)可以得到第二ARC層的最佳厚度δI/δd140＝0 (8)設(shè)公式(8)等于零，得到抗蝕劑的最小或零反射率。求出d140，得到形成最小反射率的第二ARC層的厚度。
從公式(8)可以得到下式4πRe(n140)d140/λ+φ1-φ2＝m∏(m＝1，2...∞) (9)其中Re(n140)＝第二ARC層折射率的實(shí)數(shù)部分，d140＝第二ARC層的厚度，λ＝曝光光源的波長(zhǎng)，φ1、φ2由公式(6)確定，φ1介于第一ARC和第二ARC之間，φ2介于抗蝕劑和第二ARC之間，m表示發(fā)生最小反射率。
由于對(duì)于特定的有機(jī)ARC來(lái)說(shuō)n固定，所以可以解公式(9)，求第二ARC層的厚度(d140)，大致得到抗蝕劑層的最小反射率。該公式是自然衰減的諧波公式，將產(chǎn)生得到抗蝕劑層的最小反射的不同厚度。然而，由于要減小ARC開口工藝期間抗蝕劑的消耗，希望第二ARC層厚度選擇最小值。
一旦厚度d140確定，通過(guò)設(shè)定公式(7)等于零，便可以得到抗蝕劑和第二ARC界面的最小反射光。
I＝R170×R170*＝0可以確定第一ARC層或第二ARC層的最佳折射率。例如，在計(jì)算機(jī)模擬下，可以找到優(yōu)化的折射率。
從以上說(shuō)明可以看出，多層ARC層疊層是可優(yōu)化的，以減小抗蝕劑的反射率，從而改進(jìn)CD控制。對(duì)于不同ARC層和抗蝕劑的給定折射率，可以確定按破壞性干擾起作用的ARC層的最佳厚度，以使抗蝕劑的反射率最小。另外，選擇特殊層的特定折射率，可以形成具有希望厚度和光特性的ARC疊層。
例子進(jìn)行模擬以確定采用本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ARC疊層的抗蝕劑的反射。ARC疊層包括第一和第二ARC層。第一ARC層包括厚70nm按吸收模式起作用的介質(zhì)ARC，n為2.08，k為0.56。第二ARC層包括無(wú)機(jī)ARC層，n為1.77，k為0.24。圖2示出了作為第二ARC厚度的函數(shù)的抗蝕劑/ARC界面處的反射。從圖2可看出，在第二ARC層厚約48nm、115nm和180nm時(shí)，抗蝕劑/ARC界面的反射最小。于是，通過(guò)選擇第一和第二ARC層的合適n和k值，及第二ARC層的厚度，可以優(yōu)化ARC疊層，從而減小抗蝕劑的反射率或使之最小。
進(jìn)行比較采用常規(guī)ARC和本發(fā)明的ARC疊層時(shí)底層厚度變化的影響的模擬。常規(guī)ARC包括厚99nm的有機(jī)ARC層，n為1.77，k為0.24。ARC疊層包括第一和第二ARC層。第一ARC層包括厚70nm按吸收模式起作用的DARC，n為2.08，k為0.56。第二ARC層包括厚45nm的有機(jī)ARC層，n為1.77，k為0.24。ARC形成于硼硅玻璃(BSG)底層上。
圖3對(duì)作為BSG層厚度變化函數(shù)的ARC/抗蝕劑界面的反射進(jìn)行了測(cè)量。線90繪出了采用常規(guī)ARC作為BSG厚度函數(shù)的抗蝕劑的反射，線95繪出了采用ARC疊層的抗蝕劑的反射。從線90可知，常規(guī)ARC產(chǎn)生隨BSG厚度變化的反射。這是不希望的，導(dǎo)致了很差的CD控制。另一方面，線95示出了在ARC/抗蝕劑界面反射幾乎為零。這表示在抗蝕劑中沒有駐波，抗蝕劑中的反射與底層的厚度無(wú)關(guān)，結(jié)果改進(jìn)了CD控制。
盡管結(jié)合各實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以做出種種改進(jìn)和變化。因此，本發(fā)明的范圍并不由以上說(shuō)明所確定，而是由所附的權(quán)利要求書以其全部的等效范圍所確定。
權(quán)利要求
1.一種減小光刻中抗蝕劑的反射率的方法，包括在襯底上淀積抗反射涂層(ARC)，其中所述ARC按破壞性干擾模式和吸收模式起作用；及在所述ARC上淀積抗蝕層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀積ARC還包括淀積第一ARC層，其中所述第一ARC層按吸收模式起作用；及淀積第二ARC層，其中所述第二ARC層按破壞性干擾模式起作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述抗蝕劑淀積于所述第二ARC層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一ARC層能夠基本上全部吸收其中的來(lái)自用于對(duì)所述抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖的曝光光源的光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一ARC層具有能夠基本上吸收其中的來(lái)自用于對(duì)所述抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖的曝光光源的光的k值和厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一ARC層包括至少為0.2的k值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一ARC層包括至少為0.5的k值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述來(lái)自用于對(duì)所述抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖的曝光光源的光在所述第二ARC層的底表面和頂表面形成的界面處產(chǎn)生反射，所述第二ARC層將反射強(qiáng)度之間的差減小到所要求的水平，從而通過(guò)破壞性干擾可以得到可以接受的抗蝕劑反射率。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述來(lái)自用于對(duì)所述抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖的曝光光源的光在所述第二ARC層的底表面和頂表面形成的界面處產(chǎn)生反射，所述第二ARC層使反射強(qiáng)度之間的差減小到最小，從而通過(guò)破壞性干擾可以使所述抗蝕劑反射率最小。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述來(lái)自用于對(duì)所述抗蝕劑進(jìn)行構(gòu)圖的曝光光源的光在所述第二ARC層的底表面和定表面形成的界面處產(chǎn)生反射，所述第二ARC層使兩反射強(qiáng)度彼此大致相等，從而通過(guò)破壞性干擾可以使所述抗蝕劑反射率約為零。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一ARC層包括一個(gè)無(wú)機(jī)ARC層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一ARC層包括一個(gè)介質(zhì)ARC層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一ARC層包括一種在隨后的加工中保持穩(wěn)定的抗反射材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一ARC層包括一個(gè)有機(jī)ARC層。
15.根據(jù)權(quán)利要求11、12和14所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括的折射率能夠?qū)⑺龇瓷鋸?qiáng)度之間的差減小到所要求的水平。
16.根據(jù)權(quán)利要求11、12和14所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括的折射率能夠使所述反射強(qiáng)度之間的差減小到最小。
17.根據(jù)權(quán)利要求11、12和14所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括的折射率能夠使所述反射強(qiáng)度大致相同。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括一個(gè)無(wú)機(jī)ARC層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的折射率取決于所述第二ARC層之下和之上的層的折射率。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的折射率約為nx＝(nx-1nR)1/2，其中nx為所述第二ARC層的折射率的實(shí)數(shù)部分，nx-1為所述第二ARC層之下的層的折射率的實(shí)數(shù)部分，nR為所述第二ARC層之上的層的折射率的實(shí)數(shù)部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的破壞性干擾引起相位彼此不同的反射以產(chǎn)生破壞性相消。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的破壞性干擾引起相位彼此相差約180°的反射以產(chǎn)生破壞性相消。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的厚度選擇為產(chǎn)生反射的破壞性相消。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括的厚度約為λ/4nx，其中λ為所述曝光光源的波長(zhǎng)，nx為所述第二ARC層的折射率。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括一個(gè)無(wú)機(jī)ARC層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的折射率取決于所述第二ARC層的之下和之上的層的折射率。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的折射率約為nx＝(nx-1nR)1/2，其中nx為所述第二ARC層的折射率的實(shí)數(shù)部分，nx-1為所述第二ARC層之下的層的折射率的實(shí)數(shù)部分，nR為所述第二ARC層之上的層的折射率的實(shí)數(shù)部分。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的破壞性干擾引起相位彼此不同的反射以產(chǎn)生破壞性相消。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的破壞性干擾引起相位彼此相差約180°的反射以產(chǎn)生破壞性相消。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的厚度選擇為產(chǎn)生反射的破壞性相消。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的厚度約為λ/4nx，其中λ為所述曝光光源的波長(zhǎng)，nx為所述第二ARC層的折射率。
32.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括一個(gè)無(wú)機(jī)ARC層。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的折射率取決于所述第二ARC層之下和之上的層的折射率。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的折射率約為nx＝(nx-1nR)1/2，其中nx為所述第二ARC層的折射率的實(shí)數(shù)部分，nx-1為所述第二ARC層之下的層的折射率的實(shí)數(shù)部分，nR為所述第二ARC層之上的層的折射率的實(shí)數(shù)部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的破壞性干擾引起相位彼此不同的反射以產(chǎn)生破壞性相消。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的破壞性干擾引起相位彼此相差約180°的反射以產(chǎn)生破壞性相消。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的厚度選擇為產(chǎn)生反射的破壞性相消。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的厚度約為λ/4nx，其中λ為所述曝光光源的波長(zhǎng)，nx為所述第二ARC層的折射率。
39.根據(jù)權(quán)利要求11、12、13和14所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括一個(gè)有機(jī)ARC層。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括一個(gè)有機(jī)ARC層，所述有機(jī)ARC層避免抗蝕劑沾污。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括的厚度使所述抗蝕劑的反射率減小到所要求的水平。
42.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括的厚度使所述抗蝕劑的反射率減小到最小。
43.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層包括的厚度使所述抗蝕劑的反射率約為零。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的厚度由一階導(dǎo)數(shù)δI/δd得到，其中I等于所述抗蝕劑中的光的強(qiáng)度，d是所述第二ARC層的厚度。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，所述第二ARC層的厚度通過(guò)解公式4πRe(n)d/λ-φ1+φ2＝m∏(m＝1，2…∞)中的d得到，其中n是所述第二ARC層的折射率，d所述是第二ARC層的厚度。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其特征在于，所述m選擇為約等于1。
全文摘要
利用結(jié)合了吸收和破壞性干擾特性的抗反射涂層(ARC)以減小抗蝕劑中的反射,從而實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的臨界尺寸(CD)控制。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1268681SQ9912049
公開日2000年10月4日 申請(qǐng)日期1999年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月28日
發(fā)明者Z·魯, X·尹 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)北美公司