專利名稱：用于改善臨界尺寸控制的抗反射涂層的制作方法
該申請是題為“改善臨界尺寸控制”的USSN09/221092(代理文檔號98P7982US)的部分延續(xù)，這里引用該文獻(xiàn)作為參考。
本發(fā)明一般涉及集成電路制造，具體涉及構(gòu)圖期間改善臨界尺寸(CD)控制。
在半導(dǎo)體集成電路(IC)的形成中，要在襯底上形成結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)例如對應(yīng)于如晶體管、電容器和電阻器等器件。這些器件互連以實(shí)現(xiàn)希望的電功能。
為形成器件，要在襯底上按需要重復(fù)淀積，并構(gòu)圖各層。一般采用平版印刷技術(shù)構(gòu)圖器件層。這種技術(shù)使用曝光源從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。光照射抗蝕層，用需要的圖形曝光。根據(jù)所用的是正型還是負(fù)型抗蝕劑，去掉抗蝕層的曝光或未曝光部分。然后，例如腐蝕未由抗蝕劑保護(hù)的部分，在襯底中形成結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)的尺寸取決于平版印刷系統(tǒng)的分辨能力。給定一代平版印刷系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的最小特征尺寸(F)稱作平版印刷基本規(guī)則(GR)。臨界尺寸(CD)定義為必須控制的最小特征尺寸。例如包括線寬、間隔、及接觸寬度。
由于光或到抗蝕層的反射的變化，CD會(huì)發(fā)生變化?？刂艭D的變化(CD控制)變?yōu)橹匾恼n題，尤其是隨著積極縮小GR(例如，0.25微米或更小)。在抗蝕劑下使用抗反射涂層(ARC)，減小底層造成的到抗蝕劑的反射變化，有助于CD控制。
ARC可按兩種作用模式使用，防止到抗蝕劑的反射變化。第一種模式是吸收，第二種模式是破壞性干涉。
按吸收模式，ARC吸收穿過它的光。以此方式，防止散射光不希望地曝光抗蝕劑。ARC應(yīng)具有合適的消光系數(shù)(k)和厚度，以便能完全吸收光。完全吸收光所需要的k和厚度隨曝光光源的波長改變。較高的k需要較薄的ARC層，以便可以完全吸收給定波長的給定量光。相反，較小的k需要較厚的ARC層，以便完全吸收給定波長的給定量光。例如，約0.5的k值需要ARC厚約1000埃，以吸收248納米(nm)的光。
按破壞性干涉模式，ARC下表面界面造成的反射相對于ARC上表面界面造成的反射相移。通過彼此合適地相移反射，它們可以被消掉(破壞性相消)。
一般情況下，可采用各種有機(jī)和無機(jī)ARC。有機(jī)ARC例如包括ShipleyCompany目前作為AR2和AR3銷售的化合物。無機(jī)ARC例如包括氮化硅、氮氧化硅、氫化氮氧化硅、氮化鈦、非晶硅、碳化硅和非晶碳。
有機(jī)ARC一般利用旋涂工藝淀積。有機(jī)ARC具有相對固定的折射率。不同的有機(jī)ARC可以有不同的折射率。為減少ARC/抗蝕劑界面處的反射，希望有機(jī)ARC的折射率與抗蝕劑的相匹配。由于有機(jī)ARC具有相對固定的折射率，一般只按吸收模式使用它們。
由于例如膜淀積或化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等處理，ARC下的膜疊層一般有很大厚度偏差。為抑制厚度偏差引起的效應(yīng)，需要較厚的有機(jī)ARC。使用較厚的有機(jī)ARC進(jìn)而需要較厚的抗蝕劑，以足以用作ARC開口工藝期間的腐蝕掩模。較厚的抗蝕劑會(huì)導(dǎo)致焦深的退化，特別是在較小GR(例如，0.25微米或更小)時(shí)，結(jié)果使工藝窗口變窄。因此致使在例如0.25微米或更小的GR情況下，使用有機(jī)ARC不具有誘人的前景。
另一方面，由于無機(jī)ARC沒有與有機(jī)ARC有關(guān)的任何缺點(diǎn)，所以已被廣泛采用。此外，無機(jī)ARC有以下優(yōu)點(diǎn)，例如有可調(diào)的特性、低缺陷水平、良好的保形性、相對于抗蝕劑有高腐蝕選擇性、及較小的擺動(dòng)率。
盡管可按兩種模式使用無機(jī)ARC，但在較小GR時(shí)，一般按破壞性干涉模式使用無機(jī)ARC。這是由于具有相當(dāng)高k值而按吸收模式起作用的無機(jī)ARC的折射率與抗蝕劑的折射率不匹配。在較小GR時(shí)，折射率的不匹配產(chǎn)生的駐波會(huì)變得更明顯，結(jié)果導(dǎo)致圖形退化，這是所不希望的。
為了在按破壞性干涉模式起作用時(shí)產(chǎn)生破壞性相消，無機(jī)ARC需要形成于不透明材料上或形成于非常均勻的透明材料上。在例如硅酸鹽玻璃等透明材料處于無機(jī)ARC下面時(shí)，透明材料的厚度偏差會(huì)造成反射強(qiáng)度的不一致。因而很難利用破壞性干涉效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。
由于底下的各層一般由例如硅酸鹽玻璃等透明材料構(gòu)成，這些材料具有較大厚度偏差，所以破壞性干涉帶來的局限會(huì)給提供具有良好CD控制的無機(jī)ARC工藝帶來許多困難。此外，在某些情況下，無機(jī)ARC可能會(huì)沾污上面的抗蝕劑(抗蝕劑污染)?？赡苄枰缪趸?SiO2)等帽蓋層，以避免抗蝕劑污染。抗蝕劑和帽蓋層間的折射率失配在抗蝕劑中產(chǎn)生駐波效應(yīng)，對CD控制有不良影響。
從上述討論可知，希望提供一種能改善CD控制的ARC層。


圖1是本發(fā)明的例示實(shí)施例；圖2a-b分別是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的無機(jī)ARC的折射率和消光系數(shù)的分布圖；圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的無機(jī)ARC的折射率的分布圖；圖4示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
本發(fā)明涉及改善平版印刷中的CD控制。根據(jù)本發(fā)明，通過采用具有第一和第二部分的無機(jī)ARC實(shí)現(xiàn)CD控制的改善。第一部分按吸收模式起作用，第二部分減小第一部分和光刻膠折射率的差異，從而減少抗蝕劑的反射率，以改善CD控制。
按另一實(shí)施例，無機(jī)ARC層的第二部分具有漸變的折射率，以減小第一部分和抗蝕劑間折射率的差異。在第二部分的下表面處，折射率約等于第一ARC層的折射率。在到達(dá)第二無機(jī)ARC上表面時(shí)，折射率逐漸減小到約等于抗蝕劑的折射率。提供漸變的折射率可以減小抗蝕劑的反射率，因而可以實(shí)現(xiàn)良好的CD控制。
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝。具體說，本發(fā)明涉及改善的CD控制，從而可以產(chǎn)生較寬的平版印刷工藝窗口。根據(jù)本發(fā)明，通過提供把吸收和破壞性干涉特性結(jié)合在一起的無機(jī)ARC，可以實(shí)現(xiàn)CD控制的改善。
圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的ARC層。例如ARC層130設(shè)置于半導(dǎo)體襯底110的表面和抗蝕層170之間?？刮g層例如包括平版印刷工藝所用的常規(guī)抗蝕劑。這種抗蝕劑既可以是正型也可以是負(fù)型抗蝕劑。
半導(dǎo)體襯底例如包括硅晶片。也可以采用其它類型的襯底，例如包括砷化鎵、鍺、絕緣體基外延硅或其它半導(dǎo)體或非半導(dǎo)體材料。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被部分處理過，包括結(jié)構(gòu)(未示出)。這些結(jié)構(gòu)用于例如形成如動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)等集成電路(IC)或其它類型的IC或電動(dòng)機(jī)械或機(jī)械裝置。為了討論方便，術(shù)語“襯底”用來泛指可以處于工藝流程的任何階段的襯底。
無機(jī)ARC層130形成于襯底上。無機(jī)ARC層例如包括介質(zhì)ARC(DARC)、金屬ARC、或其它無機(jī)抗反射材料。在一個(gè)實(shí)施例中，無機(jī)ARC包括DARC，例如氮化硅(SixNy)、氮氧化硅(SiNxOy)、氫化氮氧化硅或其它類型的介質(zhì)抗反射材料。在優(yōu)選實(shí)施例中，DARC包括氮氧化硅。無機(jī)ARC層利用例如化學(xué)汽相淀積(CVD)等常規(guī)技術(shù)淀積。
抗蝕劑形成于ARC層上?？梢允褂萌魏纬Ｒ?guī)抗蝕劑材料。典型的抗蝕劑材料的n值例如為1.74?？刮g劑利用常規(guī)技術(shù)形成?？刮g劑的厚度應(yīng)足以用作ARC開口工藝的腐蝕掩模。一般說，抗蝕層的厚度約為0.2-10微米。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，無機(jī)ARC層包括第一和第二部分135和140。第一無機(jī)ARC部分135以吸收模式起作用，第二無機(jī)ARC部分140減小第一無機(jī)ARC部分和光刻膠的折射率差。這種構(gòu)成減小了抗蝕劑的反射率，于是改善了CD控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一無機(jī)ARC部分135與襯底接觸。由于第一無機(jī)ARC部分以吸收模式起作用，所以襯底的特性不會(huì)影響其性能。
第一無機(jī)ARC部分基本上吸收了所有從中通過或其中反射的光。在一個(gè)實(shí)施例中，第一無機(jī)部分的k值至少約為0.2，較好是至少約為0.5。折射率取決于k值。在一個(gè)實(shí)施例中，第一無機(jī)ARC部分的k值約為0.56，n約為2.1。
對于給定的k值來說，第一無機(jī)ARC部分的厚度應(yīng)足以吸收從中通過或其中反射的光。在一個(gè)實(shí)施例中，該厚度約為5-150nm。自然，該厚度可以隨k值和第二ARC部分需要吸收的光量改變。
位于第一無機(jī)ARC部分上的第二ARC部分140用于減小兩層間即抗蝕劑和第一無機(jī)ARC部分間的折射率差。例如，第一無機(jī)ARC部分和抗蝕劑折射率差約為0.36(例如，2.1-1.74)。第二ARC部分可以減小該差(0.36)的大小，因而可以減小抗蝕劑的反射率。為減小兩層間的折射率差，第二無機(jī)ARC部分的n值選擇為介于兩層的折射率之間的值。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二無機(jī)ARC部分有漸變的折射率。漸變的折射率可以減小第一無機(jī)ARC部分和抗蝕劑間的折射率差。在一個(gè)實(shí)施例中，漸變的折射率從第二ARC部分的底部向上部，從約等于第一無機(jī)ARC部分的值減小到約等于抗蝕劑的值。
圖2a示出了第二無機(jī)ARC部分的折射率分布。如圖所示，第一部分的n值約為2.1，抗蝕層的n值約為1.74。這些值是以吸收模式起作用的第一無機(jī)ARC部分和常規(guī)抗蝕劑的典型值。自然，第一無機(jī)ARC和抗蝕劑可以有其它n值。
在第一和第二無機(jī)ARC部分的界面處，第二無機(jī)ARC的n值約等于第一無機(jī)ARC部分。第二無機(jī)ARC部分的n值隨著穿過第二無機(jī)ARC部分向抗蝕層減小。第二元機(jī)ARC部分的n值在第二無機(jī)ARC部分和抗蝕劑的界面處降低到抗蝕劑的n值。
消光系數(shù)某種程度上取決于n值。隨著n減小，k也減小。圖2b繪出了第二無機(jī)ARC部分的k值與對應(yīng)于圖2a曲線的n值的關(guān)系。如圖所示，隨著膜組分的改變以減小n值，k快速大幅度減小。
第二無機(jī)ARC部分的漸變折射率在圖2a中表示為平滑的漸變。也可以使用具有臺階式漸變的漸變折射率的第二無機(jī)ARC部分，如圖3所示。
例如，如圖2所示，第二無機(jī)ARC部分下部的n值開始約等于第一無機(jī)ARC部分的n值，并在上部下降到約等于抗蝕劑的n值。第二無機(jī)ARC部分中各部分的n值可以改變。例如，第二無機(jī)ARC部分的下部和上部的n值可以大于或小于第一無機(jī)ARC部分或抗蝕劑的n值。另外，折射率的漸變可以隨不同參數(shù)而改變，例如厚度或第一無機(jī)ARC部分和抗蝕劑間折射率差的大小。如果可以減小第一無機(jī)ARC部分和抗蝕劑間n值的差，那么便可以實(shí)現(xiàn)抗蝕劑反射率的減小。
在使用具有不同折射率的兩層時(shí)，會(huì)發(fā)生反射。如果下層以吸收模式起作用，則可以假定下層底部界面對上層的反射率沒有貢獻(xiàn)。這樣，上層的反射率定義為如下R＝Iref/Iin＝[(n1-n2)/(n1+n2)]2其中R＝反射率，Irwf＝反射光的強(qiáng)度，Iin＝入射光的強(qiáng)度，n1＝下層的折射率，n2＝上層的折射率。
參見圖4，圖4示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖4示出了第二無機(jī)ARC部分140，其具有漸變的折射率，在第一無機(jī)ARC部分135和抗蝕劑170間提供了附加界面141。帶有以吸收模式起作用的第一無機(jī)ARC部分135的抗蝕劑的反射率可以表示為RR＝R2+R1＝[(n2-nR)/(n2+nR)]2+[(n1-n2)/(n1+n2)]2其中RR＝抗蝕劑170的反射率，R2＝第二無機(jī)ARC部分的上部139的反射率，R1＝第二無機(jī)ARC部分的下部137的反射率，nR＝抗蝕層170的折射率，
n2＝第二無機(jī)ARC部分的上部139的折射率，n1＝第二無機(jī)ARC部分的下部137的折射率。
由于反射率和折射率間的非線性關(guān)系(即二次方)，由一個(gè)附加界面所提供的相鄰層間折射率差的減小導(dǎo)致了上層反射率的整體減小。
按本發(fā)明另一實(shí)施例，第二無機(jī)ARC部分具有為階梯函數(shù)的漸變折射率。在第二無機(jī)ARC部分內(nèi)形成多個(gè)子部分可以看出這種漸變折射率，每個(gè)子部分所選的n值不同，以便減小相鄰子部分間n值的差。具有包括X個(gè)子部分的第二無機(jī)ARC部分和以吸收模式起作用的第一無機(jī)ARC部分的抗蝕劑的反射率可以歸納如下RR＝R1+R2…+Rx其中RR＝抗蝕劑的反射率R1＝抗蝕劑下的第二無機(jī)ARC部分的子部分的反射率R2＝R1下的第二無機(jī)ARC部分的子部分的反射率Rn＝與第一無機(jī)ARC部分接觸的第二無機(jī)ARC部分的子部分的折射率。
由于具有一系列界面，相鄰子部間的折射率差減小，因而減小了抗蝕劑的反射率。第二無機(jī)ARC部分中子部分?jǐn)?shù)量增大，一般可以進(jìn)一步減小相鄰子部分n值間的差，于是抗蝕劑的整體反射率可以較大幅度下降。在相鄰子部分間的n值之差達(dá)到零或無限小時(shí)，在漸變折射率連續(xù)且平滑的情況下，上層或抗蝕劑的整體反射率達(dá)到零。
如上所述，第二無機(jī)ARC部分可形成為具有不同梯度的漸變n值，或不同數(shù)量的層，以便第一無機(jī)ARC部分和抗蝕劑的折射率間的差如愿減小?？梢赃x擇層數(shù)或特定的漸變n值，以滿足特殊要求或優(yōu)化特定工藝。另外，對整個(gè)第二ARC部分或其中的子部分沒有厚度方面的限制。然而，實(shí)際上，第二無機(jī)ARC部分應(yīng)相對薄，以減少抗蝕劑的消耗和成本。另外，相鄰子部分的折射率變化不必相同。此外，第一和第二無機(jī)ARC部分不必采用相同類型的無機(jī)ARC?？梢允褂貌煌臒o機(jī)ARC形成第一和第二ARC部分，來實(shí)現(xiàn)第一無機(jī)ARC部分與抗蝕劑間折射率減小。另外，也可以用有機(jī)ARC代替第一無機(jī)ARC部分。
可以通過調(diào)節(jié)無機(jī)ARC使其具有要求的n值分布，實(shí)現(xiàn)第二無機(jī)ARC部分的淀積，以形成漸變的折射率。例如，第一無機(jī)ARC部分淀積完成后，在CVD淀積第二無機(jī)ARC部分期間，可以連續(xù)改變前體氣流以合適地改變n值。例如可以控制氣流，形成平滑或階梯漸變的n值分布。也可以采用改變第二無機(jī)ARC部分的折射率的其它技術(shù)。
在某此情況下，特別是在使用包含氮的無機(jī)ARC時(shí)，會(huì)發(fā)生抗蝕劑污染。氮表現(xiàn)為與抗蝕劑相互作用，影響抗蝕劑的物理性質(zhì)，這是不希望的。在一個(gè)實(shí)施例中，在第二無機(jī)ARC部分的上部提供無氮或氮量減少的無機(jī)ARC子部分，以防止抗蝕劑污染。例如，在氮氧化硅的情況下，去除氮產(chǎn)生不與抗蝕劑相互作用的富硅氧化物。氮量減少或無氮子部分的厚度應(yīng)較薄，同時(shí)仍能防止抗蝕劑污染。該厚度例如為1nm或更小。
在某些應(yīng)用中，無機(jī)ARC具有硬掩模質(zhì)量。這種質(zhì)量對于例如雙鑲嵌應(yīng)用特別有益。為提供硬掩模質(zhì)量，第二無機(jī)ARC部分的上部分包括無機(jī)ARC硬掩模子部分。硬掩模子部分的厚度應(yīng)相對較薄，例如為約1nm或更小。
在一個(gè)實(shí)施例中，無機(jī)ARC硬掩模子部分包括富硅材料。硬掩模子部分例如由硅基DARC形成。這種硅基DARC例如包括氮化硅、氮氧化硅或包括硅的其它類型的DARC。在一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模部分包括淀積工藝期間其氮含量減少或被去除的氮氧化硅。富硅材料較好是可用作硬掩模，并能減少或避免抗蝕劑污染。
盡管結(jié)合不同的實(shí)施例展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以做出改進(jìn)和變化。因此，本發(fā)明的范圍并不參考上述介紹確定，而是參考所附權(quán)利要求書及其等同的整個(gè)范圍來確定。
權(quán)利要求
1.一種減小平版印刷中抗蝕劑反射率的方法，包括在襯底上淀積抗反射涂層(ARC)；及在ARC上淀積抗蝕層，其中ARC包括第一和第二部分，第一部分以吸收模式起作用，第二部分具有能夠減小第一部分和抗蝕劑間折射率差的折射率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第一ARC部分淀積于襯底上，第二ARC部分淀積于第一ARC部分上。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中第一ARC部分具有至少為0.2的消光系數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第二ARC部分是無機(jī)ARC。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中第二ARC部分的折射率介于第一ARC部分和抗蝕劑的折射率之間。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中第二ARC部分具有漸變的折射率，其中第一ARC部分下表面處的漸變折射率約等于第一ARC部分的折射率，第二ARC部分上表面處的漸變折射率約等于抗蝕劑的折射率。
全文摘要
這里介紹了一種減小抗蝕劑反射率的ARC。該ARC包括第一和第二部分。第一部分以吸收模式起作用,第二部分能夠減小抗蝕劑和第一ARC部分間折射率的差,因而改善了CD控制。
文檔編號H01L21/02GK1269532SQ00104809
公開日2000年10月11日 申請日期2000年3月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月25日
發(fā)明者D·特本, G·Y·李, Z·盧 申請人:因芬尼昂技術(shù)北美公司