用于多图案化应用的光调谐硬掩模的利记博彩app
【专利说明】用于多图案化应用的光调谐硬掩模
[0001] 公开内容背景 发明领域
[0002] 本文的实施方式大体关于一种用于形成用在光刻（lithographic)多图案化制造 工艺中的硬掩模化ardmask)的制造方法。
【背景技术】 [0003] 描述
[0004] 可靠地生产次微米（SUbmicron)和更小的特征是半导体器件的极大型集成电路 (VLSI)和超大型集成电路扣LSI)的关键要求之一。然而，随着电路技术的持续小型化，尺 寸的大小和电路特征（诸如互连部（interconnect))的间距已对处理能力有额外需求。位 于此技术屯、脏部的多级（multilevel)互连部要求精确地成像及布置高深宽比的特征，运 些特征诸如是过孔（via)和其它互连部。可靠地形成运些互连部对于进一步增大器件和互 连部的密度是关键的。此外，形成次微米大小的特征和互连部并减少中间材料（诸如抗蚀 剂和硬掩模材料）的浪费是被期望的。 阳0化]随着下一代器件的电路密度增大，诸如过孔、沟槽、触点、器件、栅极之类的互连部 和其它特征的宽度或间距（pitch)W及上述特征之间的介电材料正减少到45皿和32皿的 尺寸。由于器件的缩放扩展到进一步低于光刻扫描器的解析极限，故采用了多图案化，W使 得能够满足当今集成器件的特征密度要求。多图案化是执行若干抗蚀剂涂布、光刻图案化 及蚀刻操作W在多个步骤中最终对膜层进行图案化的工艺。当组合时，重叠的图案化操作 在下方的硬掩模层中形成特征；当被完全图案化时，所述硬掩模层可被用来对下层进行图 案化，或作为注入或扩散掩模。
[0006] 在下方硬掩模层的简单、非多图案化过程中，目前用于曝光的"紫外光"波长 将反射离开抗蚀剂的未图案化界面和传统的硬掩模层，而且所述"紫外光"波长还可能 反射离开下方先前形成的特征，结果将影响抗蚀剂中的曝光和显影特征的侧壁和尺寸 的精准度。为了进行校正，可W在光刻掩模中采用光学邻近校正（opticalproximity correction;0PC)，从而在抗蚀剂曝光波长到达抗蚀剂的位置产生故意失真（intentional distortion)，结果使实际形成的显影特征满足了所期望的特征尺寸和轮廓。然而，由于更 小的几何尺寸及所提供的曝光紫外线电磁能量的反射，OPC无法在没有另外的处理的情况 下消除失真的效果。
[0007] 进行多图案化的一个使能者（en油Ier) -直是使用不透光的膜来阻挡曝光波 长穿透先前掩蔽的（masked)硬掩模层，所述硬掩模层有时被称为记忆层（memoryor memorizationlayer)。记忆层的作用是作为用于将图案蚀刻到层中的硬掩模，在所述层下 方可能是例如介电材料或在所述层下方可能是例如用于其它目的的掩模。为了多次对记忆 层进行图案化，在每个图案化步骤中使用了具有最上面抗蚀剂层的=层方案。所述=层具 有足够的蔽光度（opacity)来防止光刻抗蚀剂的曝光波长到达记忆层的表面，并从而防止 了曝光的电磁能量反射离开先前形成的硬掩模特征而回到抗蚀剂中，此举将导致其中的区 域非意图的（unintended)曝光。在多图案化方案的每个图案化步骤之后，必须使用湿式和 /或基于气体的化学物质来剥除所述=层，并且必须湿式清洁和干燥晶片和记忆层，而且在 多图案化的下一个图案之前施加的新=层可W被形成在记忆层中。
[0008] 虽然多图案化在解析度、焦点深度及光刻缺陷灵敏度等方面的益处是可W理解 的，但对于控制工艺预算及增加和保持产量仍有另外的需求。
[0009] 因此，需要一种用于W光刻方式在基板上产生经多图案化的硬掩模的改良方法。
【发明内容】
[0010] 本文的实施方式提供用于执行记忆或硬掩模层的多图案化的设备和方法，且不需 要重复地灰化和沉积光学不透明材料或=层堆叠，而且其中只需剥除抗蚀剂，并在清洁基 板之后再次施加抗蚀剂，W对硬掩模进行下一个图案化步骤。在一方面，此举通过施加作为 硬掩模层的薄膜来完成，所述薄膜被光调谐（tune)成在光刻曝光步骤的波长下匹配或非 常接近地匹配抗蚀剂的光学特性，从而提供在抗蚀剂-硬掩模层界面处不产生反射的硬掩 模层。在一个实施方式中，所述记忆层为PVD沉积的氧化娃或富娃氧化物、或PVDSiN或富 娃SiN、或SiC或富娃SiC、或前述各项的组合，包括化合物中含有受控的氨渗杂的变化，W 上被称为SiO典C,:H"，其中w、x、y及Z可W在从0%到100%的浓度中相对于彼此变化。诸 如SiOyNyC,:HJl之类的所述记忆层具有光学特性，运些光学特性在曝光波长（对于先进光 刻术通常为193nm)下实质上与待形成于所述记忆层上并被图案化的光刻胶的光学特性类 似（similar)或几乎匹配。因此，光刻胶和记忆（硬掩模）层的界面对于曝光波长是光学 上"不可见的"。运允许进行多次硬掩模的光刻和蚀刻程序，且无需施加、图案化及剥除中间 材料层，同时被曝光的光刻胶基本上不会在所期望的曝光图案中引发光学形貌或反射率的 变化。结果，每个后续的光刻曝光经历相同或几乎相同的反射率，运消除了对于进行复杂的 光学邻近校正及施加多次复杂的=层然后光刻、蚀刻及剥除所述=层的需求。
[0011] 本文的实施方式包括用于形成光学匹配的硬掩模的硬件，所述硬件包括累送系统 和腔室冷却系统、全面侵蚀（化11化Ceerosion)磁电管阴极、处理配件和气流设计、静电 夹盘巧SC)、脉冲式DC电源、渗杂的娃祀材及含H和/或0和/或N和/或C的气源。
[0012] 在一些实施方式中，所述硬件被配置成能够形成与具体所期望的抗蚀剂光学匹配 的SiOxNyCz:HJl。所述SiOxNyCz:HJ莫的折射率（n)和消光系数似可通过调整气流和生成 膜的W、X、y及Z值来调整，W使所述膜的光学特性与用W蚀刻所述层的抗蚀剂进行匹配。
[0013] 本公开内容的实施方式可W提供用于在膜堆叠上形成硬掩模的方法，包括W下步 骤：从设置于腔室中的祀材瓣射含娃材料到基板的表面上；W及输送工艺气体流，同时从 所述祀材瓣射所述含娃材料，其中所述工艺气体包含氧和氮，且其中调整所述工艺气体中 的氧对氮的比率，使得在意图使用的（intended)光刻曝光波长下，被瓣射材料的光学特性 具有与光刻胶层的光学特性实质相等的值，所述光刻胶层待设置于所述被瓣射材料的表面 上。
[0014] 本公开内容的实施方式可W进一步提供硬掩模层，所述硬掩模层包括设置于基板 的表面上的sicygi，其中调整所述SiOyNy层的娃、氧及氮含量，使得所述SiOjgi的折射 率（n)实质上等于待形成于所述SiOjgi上的抗蚀剂层的折射率（n)，并且运些折射率是 在意图使用的光刻曝光波长下测量的。所述SiOjgi还可W具有消光系数，所述消光系数 实质上等于待形成于所述SiOjgi上的所述抗蚀剂层的消光系数。 W巧]附图简单说巧
[0016] 因此，W可详细理解并获得上文所述的本文实施方式的特征的方式，可参照附图 中所图示的本文的实施方式来获得上文简要概述的本发明的更详细的描述。
[0017] 图1描绘传统的用于使用=层蚀刻对硬掩模层进行多图案化的循环。
[0018] 图2描绘本文中用于使用单层蚀刻对硬掩模层进行多图案化的实施方式。
[0019] 图3描绘能够形成硬掩模层的工艺腔室的一个实施方式的剖面图。
[0020] 图4A至图4M描绘用于使用单层蚀刻对硬掩模层进行多图案化的工艺流程图。
[0021] 图5描绘使用原位和远程等离子体活化的〇2进行灰化对硬掩模层所造成的变化。
[0022] 图6描绘使用原位和远程等离子体活化的进行灰化对硬掩模层所造成的变 化。
[0023] 图7图示适用于W光刻方式在基板上产生经多图案化的硬掩模的示例性群集工 具 700。
[0024] 为了便于理解运些实施方式，已尽可能使用相同的附图标记来标示各图所共有的 相同元件。预期，可W将一个实施方式的元件和特征有益地并入其他的实施方式中而无须 寶述。
[0025] 然而应注意的是，附图仅图示示例性实施方式，因而不应被视为是对本发明范围 的限制，因为本发明可允许其他实施方式。
【具体实施方式】
[00%] 在一些实施方式中，提供的硬掩模层具有相对于上覆的光刻胶层是实质上类似的 光学特性。硬掩模层的光学特性使得在光刻胶光刻波长下的光不会发生内部反射和折射， 或是所述内部反射和折射被最小化到经曝光的光刻胶特征的精准度不会发生衰退的程度。 提供的硬掩模层通过重复形成光刻胶于硬掩模层上、曝光光刻胶、将被显影的图案从光刻 胶转移到硬掩模层及剥除/灰化光刻胶W从硬掩模层去除光刻胶、及然后清洁和干燥用于 在上面直接接收另一光刻胶层的硬掩模层运些步骤来进行多次的图案化。
[0027] 硬掩模层也被称为记忆层，可W直接位于诸如晶片之类的半导体层上，并且硬掩 模层在上面提供掩模W用于离子注入或使渗杂剂扩散进入基板，而且硬掩模层还可W被用 来在被沉积的膜层中形成开口，W形成互连部W及其他特征和器件，诸如用于升起式栅极、 电容器等的膜层，运些膜层可形成在基板表面上。
[0028] 本文具体描述的实施方式公开了用于最终形成经多图案化的硬掩模的方法，所述 经多图案化的硬掩模最终被用来图案化和蚀刻介电互连材料，W形成含金属的特征，所述 特征具有高深宽比和/或小尺寸。如本文所讨论的，运些特征的高深宽比指的是深宽比超 过4:1的次微米结构，而小尺寸指的是尺寸约小于55nm的次微米结构。沉积工艺可包括在 处理过程中将至少一种惰性气体供应至工艺腔室中。通过在沉积工艺期间调整所供应的惰 性气体在气体混合物中的气体比率和分压，可W在整个基板表面上获得良好的轮廓控制和 膜均匀性形成。
[0029] 本文的实施方式提供的方法用于形成物理气相沉积（此后称为PVD)氧化娃或富 娃氧化物、或PVDSiN或富娃SiN、或SiC或富娃SiC、或前述各项的组合，包括化合物中 含有受控氨渗杂的变化，W上被称为SiOyNyC,:吊，其中W、X、y及Z可W在从0%到100% 的浓度中变化。SiOyNyC,:Hjl被生产作为硬掩模，所述硬掩模的光学特性与将被施加在上 面的光刻胶充分匹配，并用W在曝光波长（对于先进光刻为193nm)下蚀刻SiOyNyC,:Hj莫 层（所述膜层在本文有时被泛称为SiONC膜层），W使硬掩模与光刻胶在光学上难W区分。 在一些配置中，Si〇xNyCz:Hjl可包括具有所期望的光学特性的Si〇xCz:Hjl、Si〇xNy:Hjl 或SiOyNy(；:Hjl。硬掩模和抗蚀剂在光学特性上的匹配允许在硬掩模上直接进行光刻、蚀 亥IJ、抗蚀剂剥除及再次施加抗蚀剂的多个程序，W进一步进行硬掩模图案化；而抗蚀剂仍为 基本上"光学平坦化的"，且例如抗蚀剂的反射率不具有有意图（meaning化1)的光学形貌 (topogra地y)或变化。运使得后续的光刻曝光能够经历相同或大体上相同的反射率，省去 了对模拟（simulate)和进行复杂的光学邻近校正的需求。此外，光刻、蚀刻及剥除的多重 复杂=层循环可被省去，因为只需要将单一抗蚀剂层直接施加在硬掩模上。
[0030] 图1描绘传统的现有技术循环100的实例，循环100用于使用=层光刻胶来对硬 掩模层进行多图案化，所述=层光刻胶将被施加在硬掩模层上并用W蚀刻Si化膜层。传统 的循环100被描绘在图1的快照110至160中，快照110至160描绘随着处理进行的基板的 同一部分。在此实例中图示出双硬掩模蚀刻层的范例，其中待图案化的最终层低K层101被 第一硬掩模102、第一光学平坦化层103和灰化阻挡层104覆盖，并在上面形成记忆层105。 具体来说，基板109包括低K材料101，在低K材料101上形成氮化铁灯iN)金属硬掩模102 层，并将第一光学平坦化层103和灰化阻挡层104形成在上面。记忆层105 (硬掩模层）被 设置在灰化阻挡层104的顶表面上。设置在记忆层105的顶部上的是=层116。所述=层 包括第二光学平坦化层10