專利名稱：無氮介電防反射涂層和硬掩模的制作方法
發(fā)明
背景技術：
領域本發(fā)明涉及集成電路的制造，并涉及一種用于在襯底上沉積介電層的工藝以及由該介電層所形成的結構。
背景技術：
在現(xiàn)代半導體器件的制造中，主要步驟之一便是通過氣體的化學反應而在襯底上形成金屬和介電層。這樣的沉積工藝被稱為化學氣相沉積或CVD。傳統(tǒng)的CVD工藝將反應氣體供應到襯底表面，在襯底表面上發(fā)生熱誘或增能化學反應，從而產(chǎn)生所期望的層。
自從數(shù)十年前首次引入半導體器件以來，半導體器件幾何結構在尺寸上已顯著減小。其后，在一個芯片上所集成的器件數(shù)量每兩年增加一倍。未來的工廠將會生產(chǎn)出幾何結構更小的器件。
為了進一步減小集成電路上器件的尺寸，該行業(yè)正采用具有低電阻率的導電材料和具有低介電常數(shù)(介電常數(shù)小于4.0)的絕緣體，以減少相鄰金屬線之間的電容耦合。這樣一種低介電常數(shù)(低κ)材料包括硅、氧和碳，并且在鑲嵌(damascene)部件的制造過程中可以作為介電材料沉積。一種具有低電阻率的導電材料是銅及其合金，它們已成為1/4微米以下互連技術的選擇材料，因為銅的電阻率比鋁低，(銅為1.7μΩ-cm，鋁為3.1μΩ-cm)，并具有較高的電流容量和較高承載能力。這些特性對于支持在高集成度和加快的器件速率下所出現(xiàn)的較高的電流密度而言，是重要的。此外，銅具有期望的導熱率并且可以獲得高純態(tài)的銅。
遺憾的是，銅難以蝕刻，因而難以得到精確的圖案。利用傳統(tǒng)的用于形成互連的沉積和蝕刻工藝來蝕刻銅一直較少令人滿意。因此，人們正在開發(fā)用于制造含有銅和低κ介電材料的互連的新方法。
一種用于形成垂直和水平互連的方法利用了鑲嵌或雙重鑲嵌的方法。在鑲嵌方法中，對一種或多種介電材料，包括低κ介電材料，進行沉積和圖案蝕刻，從而形成形成垂直互連(通孔)和水平互連(連線)。然后，將導電材料例如銅以及用于防止銅擴散到周圍的低κ介電材料中的阻擋層材料嵌入被蝕刻的圖案中。然后，將殘留在襯底區(qū)域的位于被蝕刻圖案外部的所有多余的銅和阻擋層材料去除掉。
然而，低κ介電材料通常是多孔的，且因此而易于發(fā)生導電材料的層間擴散，這能夠造成短路和器件失效。將某種介電阻擋層材料用于銅鑲嵌結構中，從而減少或防止層間擴散。傳統(tǒng)的介電阻擋層通常具有7或7以上的高介電常數(shù)。高κ介電材料與周圍低κ介電材料的結合會導致介電疊層所具有的介電常數(shù)比期望的更高。
此外，形成鑲嵌結構需要利用光刻工藝。例如，在利用傳統(tǒng)光刻技術的處理順序中，一個能量敏感的抗蝕層形成于襯底上的一疊材料層之上。許多下部材料層是反射紫外光的。這些反射會使形成于能量敏感的抗蝕材料中的部件(例如連線和通孔)的尺寸失真。當將193nm的輻射和反射金屬層一起使用時，這種失真是非常討厭的。一種推薦用來使下部材料層的反射減至最小的技術使用了一種防反射涂層(ARC)。在抗蝕層圖案化之前，在反射材料層之上形成該ARC。ARC在抗蝕層成像期間抑制了下部材料層的反射，從而在能量敏感的抗蝕層中提供了精確的圖案復制。
然而，傳統(tǒng)的ARC材料含有氮，包括氮化硅和氮化鈦。ARC層中的氮可以使光阻材料的成分發(fā)生化學改變。氮和光阻材料之間的化學反應被稱為光阻毒化(photoresist poisoning)。發(fā)生改變的光阻材料可能不會像希望的那樣被光刻圖案化，且從而導致在光阻材料中所形成的部件不精確，或者在光阻圖案化之后有過多的光阻材料殘留物殘留在襯底表面上，這兩者均會對后續(xù)的處理例如蝕刻處理造成不利影響。例如，氮可以中和光阻材料與ARC界面附近的酸，從而導致殘留物形成，即通常所說的“底腳(footing)”，這又會進一步導致在部件的底部和側壁的界面處形成彎曲的或圓形的形狀。
此外，在傳統(tǒng)拋光處理中，低κ材料在拋光和去除導電材料期間易受表面缺陷或部件變形的影響。一種限制或減少表面缺陷和變形的解決方案是，在低κ材料中圖案化和蝕刻部件輪廓之前，先在暴露的低κ材料之上沉積一個硬掩模。硬掩模能夠抵抗損壞和變形。硬掩模在后續(xù)材料沉積和平面化或材料去除處理期間還可保護下層低κ材料，從而減少缺陷形成和部件變形。
同樣，傳統(tǒng)的硬掩模材料在拋光期間對氧化物或金屬并不具有足夠的選擇性，這可導致硬掩模的過早去除，從而使下層材料暴露于該處理。暴露的低κ介電材料可能受到損壞，從而導致表面缺陷和部件變形。此外，硬掩模和ARC材料可在蝕刻了下層介電層之后作為該結構的一部分而存在，并對該結構的總介電常數(shù)起到貢獻作用。傳統(tǒng)硬掩模材料通常具有7或7以上的高介電常數(shù)，這樣制成的介電疊層所具有的介電常數(shù)比期望的介電常數(shù)高。當前的硬掩模材料尚未滿意地被制造成既是低κ材料，又具有足夠的拋光選擇性，以用于鑲嵌制造中。
由傳統(tǒng)材料形成的硬掩模和ARC材料可呈現(xiàn)出多孔表面。這些小孔被稱為針孔。針孔能夠完全貫穿ARC層而形成，從而使沉積在ARC層上的光阻材料暴露于ARC層之下的材料，例如氮化硅。來自氮化硅或其他含氮材料中的氮可以穿過ARC層擴散，并使光阻材料的成分化學改變，從而導致光阻毒化。
此外，隨著器件尺寸縮小到0.13μm或以下，以及芯片制造商開始采用雙重鑲嵌工藝來獲得更快和更高級別的特性，在光刻技術中出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)。由于為了形成0.13μm或以下的部件，光刻圖案化波長被降至193nm，因此人們正在開發(fā)新型光阻(PR)以與193nm波長的光刻技術一起使用。當前介電防反射涂層(例如SiOxNy)中的胺基(NH2)中和了193nm PR中的酸催化劑。由于PR中的被中和部分不能溶解在顯影劑中，因此出現(xiàn)底腳。使用較短的193nm波長還會使襯底的反射增加，并加大了控制關鍵尺寸的變化(CD搖擺)的難度，而對于這種較短波長，有效的光刻處理要求襯底反射率低于1％。
關于CD搖擺的控制，雙重鑲嵌處理面臨其他的挑戰(zhàn)。例如，A1的互連處理包括覆蓋A1層的沉積、對A1進行圖案化光刻處理，以及介電間隙的填充。A1層對深紫外光(DUV)波長的高反射率和吸收率使得任何DUV都不能透射過A1層。因此，A1層下面的各種結構對A1層之上的任何反射均無貢獻。相反，對于雙重鑲嵌處理來說，類氧化物的低κ介電材料對圖案化波長是透明的，以致襯底反射會依賴于下層結構而變化。此外，防反射層要求雙重鑲嵌的應用要與低κ金屬層間介電材料(IMD)具有足夠的層間粘合力。當前的防反射涂層材料和工藝還不能夠令人滿意地符合這些要求。
因此，需要一種改進的工藝和材料，用于形成介電材料，這些介電材料適于作為防反射涂層或硬掩模，具有對鑲嵌應用來說令人滿意的蝕刻選擇性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個方面一般而言提供了一種沉積無氮介電層的方法，該無氮介電層系供作硬掩?；蚍婪瓷渫繉又?。一方面，本發(fā)明提供了一種處理襯底的方法，其包括將一種處理氣體引入處理腔中，所述處理氣體包括一種無氧硅烷基化合物以及一種含氧和碳的化合物；并且使所述處理氣體反應，從而將無氮介電材料沉積在所述襯底上，其中所述無氮介電材料至少包括硅和氧。
本發(fā)明的另一方面提供了一種處理襯底的方法，其包括在襯底表面上沉積至少一個介電層，在至少一個有機物或無機物層上形成一個硬掩模層，其中硬掩模層的沉積是通過包括如下步驟的工藝進行的使包括一種無氧硅烷基化合物以及一種含氧和碳的化合物的處理氣體反應，從而將無氮介電材料沉積在襯底上，其中硬掩模層包括硅和氧，并且所具有的氧化物對硬掩模的選擇性為約4∶1或更高，在硬掩模層的至少一個區(qū)域內(nèi)限定一個圖案，并且通過在所述硬掩模層的至少一個區(qū)域中所形成的所述圖案，而在所述至少一個有機物或無機物層中形成圖案輪廓。
本發(fā)明的另一方面提供了一種處理襯底的方法，其包括沉積第一防反射層；并且在所述第一防反射層上沉積第二防反射層，其中第二防反射層是通過一定工藝沉積的，該工藝包括將一種處理氣體引入處理腔中，所述處理氣體中的化合物包括一種無氧硅烷基化合物以及一種含氧和碳的化合物；并使所述處理氣體反應，從而將無氮介電材料沉積在所述襯底上，其中所述無氮介電材料至少包括硅和氧。


上文已對本發(fā)明進行了簡要概括，下面將參照附圖所示的具體實施例來詳細描述本發(fā)明，以便人們能夠更加詳細地理解實現(xiàn)本發(fā)明特征的方式。
然而，需要注意的是，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實施例，因此不能被認為是對本發(fā)明范圍的限制，因為本發(fā)明還可包容其他等效的圖1是一個橫斷面視圖，示出了一個包括此處所述的無氮防反射涂層的雙重鑲嵌結構。
圖2A-圖2H是橫斷面視圖，示出了雙重鑲嵌沉積順序的一個實施例。
圖3A-圖3G是橫斷面視圖，示出了雙重鑲嵌沉積順序的一個實施例。
圖4是一個表明光反射的、雙層防反射涂層的示意圖。
圖5是一個表明SiH4/無氮氣體流動比率與消光系數(shù)之間關系的圖表。
圖6示出了作為處理條件函數(shù)的、后氧灰化消光系數(shù)減小的結果。
圖7示出了9天保存期監(jiān)視后的消光系數(shù)的變化。
圖8示出了作為處理條件函數(shù)的壓應力。
為了進一步理解本發(fā)明的各個方面，請參考下面的詳細描述。
具體實施例方式
此處所描述的本發(fā)明的各個方面涉及沉積無氮介電材料的方法。在用于鑲嵌或雙重鑲嵌工藝的金屬化方案中，無氮介電材料可被用作防反射涂層，其與介電材料或硬掩模介電層相鄰。
一方面，通過使處理氣體反應來沉積無氮介電材料，該處理氣體包括一種硅烷基化合物以及一種含氧和碳的化合物，例如二氧化碳或有機硅化合物。無氮介電材料至少包括硅和氧，并且可以進一步包括碳?？梢酝ㄟ^等離子體增強化學氣相沉積過程來沉積無氮介電材料。所沉積的無氮介電材料可表現(xiàn)出約11或更小的介電常數(shù)，例如約4或更小。
對于此處所述的處理過程，合適的硅烷基化合物包括無氧硅烷基化合物。無氧硅烷基化合物的可有下列通式SixH2x+2、SixHyClz、(CH3)zSixHy或它們的組合，可被用于此處所描述的沉積過程，X可等于1至4，Y可等于2X+1，而Z可等于1至2X+2。這樣的化合物的示例包括硅烷、乙硅烷、氯硅烷、二氯乙硅烷、六氯硅烷、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷及其組合。無氧硅烷基化合物中的一種或多種可被用于此處所述的沉積過程。硅烷基化合物例如硅烷，可以是以介于約100sccm和約700sccm之間的流速，而被提供給一個等離子體處理腔。
合適的含氧和碳的化合物包括二氧化碳、一氧化碳以及含有氧的有機硅化合物。合適的含有氧的有機硅化合物包括四乙氧基硅烷(TEOS)；三乙氧基氟硅烷(TEFS)；1，3，5，7-四甲基環(huán)硅氧烷(TMCTS)；二甲基二乙氧基硅烷；二甲基二甲氧基硅烷；1，3-二甲基二硅氧烷；1，1，3，3-四甲基二硅氧烷(TMDSO)；六甲基二硅氧烷(HMDS)；1，3-二(硅醇亞甲基)二硅氧烷；二(1-甲基二硅惡烷基)甲烷；2，2-二(1-甲基二硅惡烷基)丙烷；六甲氧基二硅氧烷(HMDOS)；1，3，5-三硅烷醇-2、4，6-環(huán)丙烷；八甲基環(huán)四二硅氧烷(OMCTS)；1，3，5，7，9-五甲基環(huán)五硅氧烷；1，3，5，7-四硅醇-2，6-二氧-4，8-二亞甲基；六甲基環(huán)三硅氧烷；及它們的組合。
有機硅化合物被用來為所沉積的無氮介電材料提供氧和碳的來源。液態(tài)含氧有機硅化合物，例如TEOS，可以被氣化，并以約2000mgm或更高的流速供應到等離子體處理腔。通常是將無氧硅烷基化合物和液態(tài)有機硅化合物按照一定的流速比供應到處理腔的，該流速比介于約1(sccm)∶20(mgm)至約6(sccm)∶5(mgm)之間。
其他可以提供氧和碳來源的材料，例如一氧化碳和二氧化碳，可以和有機硅化合物一起使用，或者被用作有機硅化合物的替代物。
如果含氧有機硅化合物發(fā)生反應從而沉積無氮介電材料，該無氮介電材料的氧含量介于約15原子百分率至約50原子百分率之間，例如介于約15原子百分率至約30原子百分率之間，以具有足夠的層特性來完成防反射涂層或硬掩模層。所沉積的膜的硅含量可介于約20原子百分率至約50原子百分率之間，氫的原子百分率介于約20至約30之間，且通常碳的原子百分率小于約15。所述膜通常被認為是一種摻碳氧化硅，具有此處所描述的相應的硅、氧以及碳原子百分率。
沉積膜中的氧、硅和碳的含量可以變化。例如，已觀察到提高硅烷基前體的流速會導致被沉積材料中的氧含量降低。
處理氣體可進一步包括惰性氣體?？蓪⒍栊詺怏w，例如選自氬、氦、氖、氙或氪及其組合的惰性氣體添加到處理氣體中，以改善處理穩(wěn)定性?？梢越橛诩s100sccm至約20,000sccm之間的流速來供應該惰性氣體。
此處所述的工藝優(yōu)選在這樣的處理腔中完成其適合于在施加RF功率時化學地機械地沉積有機硅材料，例如DxZTM化學氣相沉積腔或ProduceTM沉積腔，這兩種沉積腔均可從美國加利福尼亞州Santa Clara的應用材料有限公司購得。授予Wang等人并已轉讓給該發(fā)明的受讓人應用材料有限公司的、名稱為“A Thermal CVD/PECVD Reactor and Usefor Thermal Chemical Vapor Deposition of Silicon Dioxide and In-situMulti-step Planarized Process”的美國專利5,000,113描述了一個可與此處所述工藝一起使用的CVD反應器的實例。
在一個實施例中，無氮介電材料可以是通過下列方式來沉積的將硅烷基化合物，例如硅烷，以介于約100sccm至約700sccm之間的流速，供應到等離子體處理腔；將含氧有機硅化合物，例如TEOS，以約2000mgm或更高的流速供應到等離子體處理腔；以介于約100sccm至約20,000sccm之間的流速來供應惰性氣體；將襯底溫度保持在約100℃至約1000℃之間；將腔壓保持在約50托之下；且對于一個200mm襯底來說，將射頻(RF)功率保持在介于約0.16瓦/cm2至約32瓦/cm2之間，或者是將功率級保持在介于約50瓦至約10,000瓦之間。襯底與處理氣體來源之間的距離保持在介于約0.1cm至約10em之間。
可以用介于約1kHz至約10GHz之間的頻率來提供RF功率。一方面，可以用高頻例如介于約13MHz至約14MHz之間的頻率，或者以高頻與低頻的混合頻率例如約13.56MHz的高頻和約356kHz的低頻，來提供RF功率。RF功率可以是連續(xù)提供的，或者是以短時間周期的方式來提供的——其中以規(guī)定的級別和小于約200Hz的周期來接通該功率，并且接通周期總計占總工作周期的約10％至約30％之間?？衫靡粋€氣體分配器將處理氣體引入處理腔中，并且可將該氣體分配器定位成離開襯底表面約200密耳至約700密耳。下列圖表提供了用于200和300mm襯底的實施例。高κDARC沉積之后是低κDARC沉積。
表1.高κ層和低κ層沉積的處理條件200mm 300mm低κ高κ 范圍 低κ 高κ 范圍SiH4(sccm) 9510950-150 198 255 100-350CO2(sccm) 4500 700300-70009000 3000 500-14000He(sccm) 0 3500 0-7000 05000 0-10000T(℃) 350 350250-550 350 350 250-550P(托) 6 5.54.5-8 65.5 4.5-8間距(密耳)530 485230-600 520 510 230-60013.56MHzRF(W) 125 21050-400 245 200 50-800356kHzRF(W) 0 0 0-100 00 0-200在一個優(yōu)選方面，在一個實施例中無氮介電材料可通過下列方式沉積將硅烷以介于約100sccm至約700sccm之間的流速供應到等離子體處理腔，將TEOS以約2000mgm或更高的流速供應到等離子體處理腔，以介于約500sccm至約10,000sccm之間的流速供應氦，將襯底溫度保持在介于約250℃至約450℃之間，將腔壓保持在介于約3托至約10托之間，對于一個200mm襯底，供應介于約100瓦至約1000瓦之間的RF功率，而使襯底與處理氣體來源之間的間隔距離介于約300密耳至約500密耳之間。
當在一個可從美國加利福尼亞州Santa Clara的應用材料有限公司獲得的沉積腔中，將上述處理參數(shù)應用于一個200mm(毫米)襯底時，所提供的無氮介電材料的沉積速率的范圍為約500/min至約20,000/min，例如約為2000/min。
沉積之后，如果需要，可對所沉積的介電材料進行溫度介于約100℃至約400℃之間，時間介于約1分鐘至約60分鐘之間而優(yōu)選為約30分鐘的退火，從而降低含濕量、提高介電材料的堅固度和硬度。退火優(yōu)選在一后續(xù)層的沉積之后進行，為的是使退火期間可能產(chǎn)生的介電層的任何收縮或變形減小或達到最小。可將惰性氣體例如氬和氦加入退火氣氛中。
所沉積的無氮介電材料可受到等離子體處理，從而在后續(xù)材料沉積在其上之前，去除污染物或換句話說清潔無氮介電層的暴露表面。等離子體處理可以在被用來沉積無氮介電材料的同一個腔室中進行。等離子體處理一般包括將惰性氣體或還原氣體提供到處理腔，其中惰性氣體包括氦、氬、氖、氙或氪或它們的組合，其中氦是優(yōu)選的，還原氣體包括氫、氨及它們的組合。進行等離子體處理的時間可介于約10秒至約100秒之間。等離子體處理據(jù)信可以從無氮介電材料的暴露表面上清潔污染物，并且可以使該層穩(wěn)定，這樣就使其在大氣條件下，以及在其上所形成的各層的粘合條件下，很少與濕氣或氧反應。
然而應該注意的是，在各種腔室中，以及對于各種不同的襯底尺寸例如300mm襯底而言，可以改變各相關參數(shù)以進行等離子體處理。在1999年6月18日提交的、名稱為“Plasma treatment to Enhanceadhesion and to Minimize Oxidation of Carbon-Containing Layers”的、序列號為09/336,525的美國專利申請，以及在2002年4月11日提交的、名稱為“Methods for Depositing Dielectric Materials”的、序列號為10/122,106的共同待決的美國專利申請中，進一步公開了用于介電膜的等離子體處理的實例，在此通過引用其與本發(fā)明所要求保護的方面和描述無矛盾的內(nèi)容，而將這兩個專利申請中并入本文。
所沉積的無氮介電材料可具有一定的光吸收系數(shù)，或稱消光系數(shù)(κ)。κ值表示對從其中穿過的光所吸收的數(shù)量。當κ值增加時，吸收光的數(shù)量也會增加。據(jù)觀測，κ值大于約0.5的材料可以有效地用作硬掩模，而κ值介于約0至約2之間的材料可根據(jù)使用ARC層的要求而被用于ARC應用。消光系數(shù)可變化于約0至約2.0之間，諸如約0至約1.5之間——舉例來說約0.1至約1.1之間，波長小于約250nm(納米)，例如約248nm波長或193nm波長，使其在深紫外線(DUV)波長下適于用作防反射涂層(ARC)。
當介電材料對于193nm輻射為透明的，吸收性的ARC (κ＞1，厚度＞1000)可能是有益的。防反射涂層使襯底反射率最小化，以完成從掩模到光阻的精確的圖案轉移。
無氮介電材料在低于約250nm的波長處，例如在193nm波長處，還具有小于約3的折射率(n)，其表示穿過其中的光的折射。一般對于利用本文所述的硬掩模和ARC層應用、波長小于250nm(納米)的光刻處理來說，n值，諸如在約1.5至約2.2之間——舉例來說在約1.7至約2.2之間的n值，是可接受的。據(jù)觀測，n值通常隨κ值的增加而增加，直到κ值達到約0.5。隨后便觀測到，當κ值增加超過0.5時，n值通常便隨κ值的增加而減小。
無氮介電材料的消光系數(shù)(κ)和折射率(n)可以作為氣體混合物成分和處理參數(shù)的函數(shù)而變化。據(jù)信，沉積材料中Si-H鍵的數(shù)量會影響消光系數(shù)(κ)，而且成分和處理參數(shù)的改變可以控制沉積材料中的Si-H鍵的數(shù)量和光學特性。
已經(jīng)觀察到，提高沉積材料中的硅濃度會導致沉積材料中的Si-H鍵和κ值增加。相反，沉積材料中氧含量的增加會導致κ值減小。還觀察到，沉積材料中碳濃度的增加會使κ值增加。
隨著硅烷源氣體濃度增加，即硅烷對TEOS的比率增加，觀察到沉積材料的Si-H鍵的數(shù)量和消光系數(shù)(κ)隨之增加。例如，隨著硅烷流速在約500mgm的恒定TEOS流速下，從約50sccm增加到約225sccm，當所有其他的值保持不變時，κ值從約0.3增加到約0.9。在另一個例子中，隨著硅烷流速在約2000mgm的恒定TEOS流速下，從約150sccm增加到約550sccm，當所有其他的值保持不變時，κ值從約0.275增加到約0.625。已觀察到提高硅烷基前體的流速會導致沉積材料中的氧含量降低。
可以通過控制硅烷相對于TEOS的比率來改變折射率(n)。例如，在500mgm的TEOS流速下，介于約50sccm至約250sccm之間的硅烷流速能夠將n值控制在介于約1.90至約2.05之間，而在2000mgm的TEOS流速下，介于約150sccm至約550sccm之間的硅烷流速能夠將n值控制在介于約1.85至約1.70之間。
也可以通過功率級和壓力來控制κ值和n值。例如，已觀察到提高功率通常會使沉積材料的氧含量和κ值提高。此外，也觀察到提高沉積壓力通常會導致κ值下降。
無氮介電材料適于沉積在有機材料或無機材料上，有機材料例如為介電碳化硅或碳氧化硅膜，無機材料例如為多晶硅或者包括銅或阻擋材料(例如鉭)的金屬材料。提供此處所述的用于沉積無氮介電材料的實施例是為了說明本發(fā)明和具體實施例，而不應將其用來限制本發(fā)明的范圍。
用于雙重鑲嵌結構的ARC層的沉積將本文所述無氮介電材料用作阻擋層而形成的鑲嵌結構的一個實例如圖1所示。阻擋層10，例如碳化硅或摻氧碳化硅可被沉積以便使材料的層間擴散降低或最小化。在1998年10月1日提交的、名稱為“碳化硅Deposition As A Barrier And An Etch Stop”、公開號為2003/008992的共同待決的美國專利申請，以及在2002年4月11日提交的、名稱為“Methods for Depositing Dielectric Materials”、公開號為2003/0194496的共同待決的美國專利申請中，描述了碳化硅沉積處理的一個實例，在此通過引用其中與本發(fā)明所要求保護的方面和描述無矛盾的內(nèi)容而將這兩個專利申請并入本文。襯底表面可包括介電材料105中形成的金屬部件107。
在位于襯底表面上的摻氧碳化硅阻擋層110上沉積第一介電層112，其中該襯底表面包括有形成于介電材料105中的金屬部件107，第一介電層112通常為一種低κ層間介電材料，例如通過在RF增能化學氣相沉積處理中使烷基硅烷(alkyl silane)氧化而制成的碳氧化硅材料(摻碳氧化硅)。在2001年9月11日頒布的美國專利號6,287,990中更充分地描述了用于第一介電層112的介電材料以及用于沉積該介電材料的工藝的實例，在此通過引用該專利中與本發(fā)明所要求保護的方面和描述無矛盾的內(nèi)容而將其并入本文。
然后在第一介電層112上，沉積一個蝕刻終止層(或稱第二阻擋層)114，其例如為一種低κ碳化硅材料。然后，對蝕刻終止層114進行圖案蝕刻，從而限定出互連或接點/通孔116的開口。然后，在已圖案化的蝕刻終止層之上，沉積一個第二介電層118，該第二介電層可以與第一介電層112具有相同的成分。然后，在第二介電層118之上，沉積一個本文所述的無氮ARC層119。然后利用本領域公知的傳統(tǒng)方法來沉積光阻和使其圖案化，從而限定出接點/通孔116。然后完成一個單獨的蝕刻工藝，以向下限定接點/通孔116直到蝕刻終止層，并蝕刻由被圖案化的蝕刻終止層所暴露出的未受到保護的介電材料，從而限定出接點/通孔116。然后，沉積一種或多種導電材料120例如銅，以填充所形成的接點/通孔116。
圖2A至圖2H是一個襯底的橫斷面視圖，該襯底上形成有本發(fā)明的各個層，圖2A至圖2H示意性地按順序示出了一個根據(jù)本發(fā)明制成的優(yōu)選的雙重鑲嵌結構，其包括一個按本文所述工藝沉積而成的無氮ARC層。
如圖2A所示，摻氧碳化硅阻擋層110是沉積在襯底表面上的。摻氧碳化硅沉積的實例如下以約300mgm流速，將1，3，5，7-四甲基環(huán)硅氧烷(TMCTS)引入處理腔；以約360mgm流速，將三甲基硅烷(TMS)引入處理腔；以約1000sccm流速，將氦引入處理腔；通過施加950瓦的RF能量在該處理腔中生成等離子體；將襯底溫度保持在約350℃；將腔壓保持在約8.7托，以沉積摻氧碳化硅層。氣體分配器與襯底表面之間的間距為大約515密耳。上面所提供的實例僅僅是說明性的，不應被理解或解釋成限制本發(fā)明的范圍。
在2002年3月12日提交的、名稱為“Method for Depositing a lowk Dielectric Film for Hardmask Application”的、公開號為2003/0113995的美國專利申請更加充分地描述了對摻氧碳化硅材料進行沉積的其他實例，在此通過引用該申請中與本發(fā)明所要求保護的方面和描述無矛盾的內(nèi)容而將其并入本文。盡管圖中未示出，但可將一個無氮碳化硅的覆蓋層沉積在阻擋層110之上。該無氮碳化硅覆蓋層可以在原處(insitu)沉積。
可以利用惰性氣體和/或還原氣體來對摻氧碳化硅阻擋層110進行等離子體處理，其中惰性氣體包括氦(He)、氬(Ar)、氖(Ne)及它們的組合，還原氣體包括氫、氨及它們的組合。等離子體處理可以和摻氧碳化硅材料的沉積一起在原處進行。
由層間介電材料例如碳氧化硅制成的第一介電層112沉積在第一摻氧碳化硅阻擋層110上，厚度為約5,000至約15,000，這取決于所要制造的結構的尺寸?？杀挥米鲗娱g介電材料的低介電常數(shù)材料的實例為可從美國加利福尼亞州Santa Clara的應用材料有限公司處購得的Black DiamondTM。第一介電層還可包括其他低κ介電材料，這些其他低κ介電材料包括低聚合材料例如paralyne，或者低κ旋涂玻璃例如未摻雜的硅玻璃(USG)或摻雜氟的硅玻璃(FSG)。
然后可以通過等離子體處理對第一介電層112進行處理，從而去除污染物，并使介電層122的表面致密化。等離子體處理的一個實例包括將含有氦或某種還原氣體例如氫的處理氣體，以介于約500sccm至約1,500sccm之間的流速引入；對于200毫米的襯底來說，功率級介于約600瓦至約800瓦之間，時間則介于約40秒至約60秒之間。在反應清潔過程中，處理腔的壓力被保持在約20托或更小，且襯底溫度被保持為約450℃或更低。
然后，如圖2B所示，在第一介電層上沉積一個低κ蝕刻終止層114，其可為某種碳化硅材料，厚度為約200至約1000。低κ蝕刻終止層114可以進行等離子體處理，與本文所述的摻氧碳化硅阻擋層110相同。然后，對低κ蝕刻終止層114進行圖案蝕刻，以限定出接點/通孔開口116，并使第一介電層112暴露在將要形成如圖2C所示的接點/通孔的區(qū)域中。優(yōu)選的是，采用傳統(tǒng)的利用氟、碳以及氧離子的光刻和蝕刻工藝對低κ蝕刻終止層114進行圖案蝕刻。盡管圖中未示出，但在沉積其他材料之前，可在蝕刻終止層116上沉積一個厚度介于約100至約500之間的無氮碳化硅或氧化硅覆蓋層。
在蝕刻了低κ蝕刻終止層114以便使接點/通孔圖案化、及去除了光阻之后，如圖2D所示，由碳氧化硅制成的第二介電層118被沉積至介于約5,000至約15,000的厚度，并且無氮ARC層119被沉積在該第二介電層上。在沉積無氮ARC層119之前，可以對第二介電層118進行等離子體處理，與本文所描述的第一介電層112相同。等離子體處理據(jù)信可以降低層118的表面與后續(xù)沉積的材料之間的反應性。
如此處所述，可將無氮ARC層119沉積在第二介電層118上。例如，ARC層110可以通過下列方式沉積以介于約100sccm至約700sccm之間的流速，將硅烷供應到等離子體處理腔；以2000mgm或更高的流速，將TEOS供應到等離子體處理腔；以介于約500sccm至約10,000sccm之間的流速來供應氦；將襯底溫度保持在介于約250℃至約450℃之間；將腔壓保持在介于約3托至約10托之間；對于一個200mm襯底來說，供應介于約100瓦至約1000瓦之間的RF功率；并使襯底與處理氣體來源之間的間隔的距離介于約300密耳至約500密耳之間。
在一個替換實施例中，在沉積其他材料例如ARC層119之前，可在第二介電層118上沉積一個厚度介于約100至約500之間的無氮碳化硅或氧化硅覆蓋層。
然后，在無氮ARC層119上沉積光阻材料122，并優(yōu)選利用傳統(tǒng)光刻工藝對其進行圖案化，從而限定出互連線120，如圖2E所示。光阻材料122包括一種本領域中公知的材料，優(yōu)選為一種高激活能量光阻，例如UV-5，其可從美國馬薩諸塞州Marlborough的希普勵股份有限公司(Shipley Company Inc.)處購得。然后利用反應離子蝕刻或其他各向異性的蝕刻技術來蝕刻這些互連以及接點/通孔，從而限定出如圖2F所示的金屬化結構(即所述互連以及接點/通孔)。利用氧剝離(oxygen strip)或其他合適的工藝來去除被用來使蝕刻終止層114或第二介電層118圖案化的任何光阻或其他材料。
然后利用導電材料例如鋁、銅、鎢或它們的組合物來形成一個金屬化結構。目前的趨勢是利用銅來形成較小的部件，因為銅的電阻率低(其電阻率為1.7mΩ-cm，而鋁的電阻率為3.1mΩ-cm)。優(yōu)選的是，如圖2G所示，首先將一個合適的阻擋層124例如氮化鉭共形地(conformally)沉積在該金屬化圖案中，從而防止銅遷移到周圍的硅或介電材料中。其后，利用化學氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍或它們的組合來沉積銅126從而形成該導電結構。一旦用銅或其他金屬填充了該結構，即利用化學機械拋光來使該表面平面化，如圖2H所示。
已觀察到，將無氮介電材料沉積供作防反射涂層之用，消除了含氮介電材料的NH2胺基團與直接接觸防反射涂層(ARC)的DUV 193nm光阻之間所有不利的相互影響，并因此而消除了光阻毒化所引發(fā)的底腳的主要來源。在一個單晶片PECVD反應器中，無氮介電ARC在193nm波長上所表現(xiàn)出的光學特性具有一個寬廣的可調范圍1.6＜n＜1.9且0＜κ＜1.1。在雙重鑲嵌處理過程中，這一范圍使得雙層介電ARC能夠高效能地現(xiàn)場沉積在低κ介電層上。無氮介電ARC能夠與低κ介電材料整合在一起，并且與低κ材料之間具有足夠的粘合力，以及與低κ介電材料一起被蝕刻和被化學拋光和機械拋光的能力。
雙重鑲嵌結構的沉積在鑲嵌結構的一個替換實施例中，在拋光光阻材料之前，可將本文所述的無氮介電材料沉積供作一個介電層上的硬掩模層之用，以在蝕刻該金屬化結構時改善鑲嵌的形成并保護該鑲嵌結構的低κ材料。將無氮介電材料用作本文所述的硬掩模而形成的鑲嵌結構的實例示于圖3A-圖3G中，這些圖是其上形成有本發(fā)明各個步驟的一個襯底的橫斷面視圖。
如圖3A所示，將一個阻擋層310例如碳化硅沉積在襯底表面上，用以消除襯底和后續(xù)沉積材料之間的層間擴散。該襯底表面可以包括形成于介電材料305中的部件輪廓(feature definitions)307?？梢岳醚?、硼，磷或它們的組合來對阻擋層310進行摻雜。
在襯底表面之上的阻擋層310上，以及在形成于介電材料305中的部件輪廓307中，沉積一個可包括碳氧化硅材料的第一介電層312。通過使有機硅烷或有機硅氧烷例如三甲基硅烷氧化，而在阻擋層310上沉積由層間介電材料構成的第一介電層312，其厚度為約5,000至約15,000，這取決于所要制造的結構的尺寸。
可以用作層間介電材料的一種低介電常數(shù)材料的實例是BlackDiamondTM，其可從美國加利福尼亞州Santa Clara的應用材料有限公司處購得。此外，第一介電層也可包括其他低κ介電材料，像包括paralyne的低κ聚合材料，或者低κ旋涂玻璃例如未摻雜的硅玻璃(USG)或摻雜氟的硅玻璃(FSG)。在沉積之后，與本文對碳氧化硅層所描述的一樣，可以隨后對第一介電層312進行等離子體處理。
然后，在第一介電層312層上沉積一個低κ蝕刻終止層(或稱第二阻擋層)314，此低κ蝕刻終止層例如為一碳化硅材料或氧化有機硅層，厚度為約200至約1000。然后，對低κ蝕刻終止層314進行圖案蝕刻，從而限定出接點/通孔開口316，并使第一介電層312暴露于將要形成接點/通孔的區(qū)域中，如圖3A所示。優(yōu)選的是，采用傳統(tǒng)的利用氟、碳以及氧離子的光刻和蝕刻工藝來對低κ蝕刻終止層314進行圖案蝕刻。盡管圖中未示出，但在沉積其他材料之前，可在蝕刻終止層316上沉積一個厚度介于約100至約500之間的無氮碳化硅或氧化硅覆蓋層。
在蝕刻了低κ蝕刻終止層314以使接點/通孔圖案化、及去除了光阻之后，將第二介電層318例如碳氧化硅沉積至厚度為約5,000至約15,000，如圖3A所示。也可按本說明書所述對第二介電層318進行等離子體處理。
然后，可按本說明書所述，將一無氮介電硬掩模層322沉積在第二介電層318上，并優(yōu)選利用傳統(tǒng)的光刻工藝13使其圖案化，從而限定出互連線320，如圖3B所示。無氮介電硬掩模層322是一個硬掩模，其可用作化學機械拋光技術的中止裝置，以便在去除導電材料的同時能夠防止低κ介電材料(例如第二介電層318)在蝕刻處理和拋光處理(例如化學機械拋光)期間受到損傷。此處所述的無氮介電材料制成的硬掩模層322已表現(xiàn)出了，氧化物或金屬對硬掩模的蝕刻選擇性約為4∶1或更高，而且在某些情況下所表現(xiàn)出的氧化物或金屬對硬掩模的蝕刻選擇性約為10∶1或更高。
無氮介電硬掩模層322是按本說明書所述沉積的。硬掩模沉積的一個實例包括以介于約100sccm至約700sccm之間的流速，將硅烷供給一個等離子體腔；以約2000mgm或更高的流速，將TEOS供應到該等離子體處理腔；以介于約500sccm至約10,000sccm之間的流速來供應氦；將襯底溫度保持在約250℃至約450℃之間；將腔壓保持在約3托至約10托之間；對于一個200mm襯底來說，供應介于約100瓦至約1000瓦之間的RF功率；使襯底與處理氣體來源之間的間隔的距離介于約300密耳至約500密耳之間。硬掩模322是以大約2000A/min的沉積速率來沉積的。已觀察到，硬掩模322所具有的氧化物或金屬對硬掩模的蝕刻選擇性為10∶1。
這些部件然后受到蝕刻而穿過第二介電層318、低κ蝕刻終止層314、第一介電層312以及碳化硅阻擋層310，如圖3C所示。通過蝕刻工藝可完全去除硬掩模322。
然后用導電材料，例如鋁、銅、鎢或或它們的組合，來填充互連線320，從而形成一個金屬化結構。目前的趨勢是利用銅來形成較小的部件，因為銅的電阻率低(其電阻率為1.7mΩ-cm，相比之下鋁的電阻率為3.1mΩ-cm)。優(yōu)選的是，如圖3D所示，首先將一個合適的阻擋層324，例如例如鉭或氮化鉭，共形地沉積在金屬化圖案中，從而防止銅遷移到周圍的硅或介電材料中。其后，利用電化學沉積，例如電鍍或無電鍍沉積(electroless deposition)、化學氣相沉積、物理氣相沉積或它們的組合，來沉積銅326，從而填充所述結構，如圖3E所示。
一旦該結構已為銅或其他金屬所填充，便利用化學機械拋光來使得該表面平面化。然而，如圖3F所示，在拋光處理之后，可能余留下抗拋光的無氮介電硬掩模層322。通過等離子體處理可將無氮介電硬掩模層322從襯底表面去除。
雙ARC層的沉積在對其上的光阻進行沉積和圖案化之前，可將此處所述的無氮介電ARC層沉積成為雙層(雙重層)。參考圖4，在雙層格局400中，設置一個具有高折射率(n)和高消光系數(shù)(κ)的底部吸收層410，用作反射器和吸收器，同時頂部相移層(低κ層)420的厚度和光學特性被設計成抵消來自光阻440/頂部層420界面、及頂部層(低κ)420/底部層(高κ)410界面的反射光。雙層410和420是沉積在一種低κ材料上的，例如此處所述的摻碳氧化硅。然后在光刻之前，將光阻材料440沉積在頂部層上。
可以在所述腔室中，用相同的前體來現(xiàn)場沉積頂部層420和底部層410。此處的無氮介電沉積可以具有不同的處理參數(shù)，例如溫度、壓力、前體的相對數(shù)量或比率，從而為頂部層420和底部層410提供獨立的光學特性。雙層涂層400通常被設計成在整個晶片上提供1％以下的襯底反射率，這可使CD搖擺最小化?？蛇x擇的是，僅有頂部層420或底部層410可包括此處所述的無氮介電ARC材料，而另一層則包括傳統(tǒng)的ARC材料。
沉積實例下面的實例說明用于ARC和硬掩模用途的此處所述的材料的沉積。這些材料是利用化學氣相沉積腔來沉積的，化學氣相沉積腔是一個集成式處理平臺的一部分。特別的是，利用一個可從美國加利福尼亞州Santa Clara的應用材料有限公司處購得的ProducerTM沉積系統(tǒng)來沉積這些膜。
在約5托的腔壓、約為400℃的襯底溫度下，通過混合前體處理，由下列反應氣體在200mm襯底上沉積一個無氮ARC層
硅烷(SiH4)，流速約為400sccm；四乙氧基硅烷(TEOS)，流速約為2000mgm；及氦，流速約為2,000sccm；襯底被定位為距離氣體分配噴頭約400密耳。等離子體是通過向該噴頭以頻率13.56MHz提供約500W的功率級來產(chǎn)生的。以約3168/min的速率沉積該膜約10秒，沉積厚度為約528。對所沉積的膜進行測試，對于193nm的波長，實測得到的光學特性吸收系數(shù)(κ)為約0.369，而n值為1.776。
在約5托的腔壓、約為400℃的襯底溫度下，通過混合前體處理，用下列反應氣體在200mm襯底上沉積一個無氮硬掩模層硅烷(SiH4)，流速約為375sccm；四乙氧基硅烷(TEOS)，流速約為1000mgm；以及氦，流速約為2,000sccm；襯底被定位為距離氣體分配噴頭約400密耳。等離子體是通過向該噴頭以頻率13.56MHz提供約500W的功率級來產(chǎn)生的。以約3898/min的速率沉積該膜約10秒，沉積厚度為約650。對所沉積的膜進行測試，對于193nm的波長，實測得到的光學特性吸收系數(shù)(κ)為約1.017，n值為1.774。
雙層涂層實例利用硅烷(SiH4)和一種無氮氧化劑，在T＝350℃溫度下，以平行板等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)來沉積樣品無氮介電防反射涂層。一個型號為model-5340的Thermawave Optiprobe被用來在λ＝193nm處測量厚度、n和κ值。改變處理參數(shù)例如高頻功率、壓力、氣體比率以及感受器的間距來探測光學特性的可調范圍。對于一個具有已知的光學特性和厚度的給定膜疊層，一種Prolith反射率模擬器能夠將襯底反射率作為ARC膜的多達兩個變量的函數(shù)來計算，這種Prolith反射率模擬器被用來找到n、κ和厚度的設定值，以在給定一膜疊層條件下使襯底反射率最小化。各個無氮介電防反射膜的成分是借助盧瑟福背向散射法(RBS)、氫前向散射(Hydrogen Forward Scattering，HFS)以及核反應分析(NRA)來分析的。利用Bio-Rad FTIR Model QS-312來研究沉積層的化學鍵接。通過在5k的SiOCH上沉積500至800的無氮介電ARC，利用m-ELT來測試具有低κ介電SiOCH的無氮介電涂層。利用CF4化學法(CF4chemistry)在e-MaxTM腔(應用材料有限公司的介電蝕刻器)中蝕刻無氮介電ARC，CF4化學法在CMP腔中被用于碳氧化硅或摻碳氧化硅(SiOCH)的溝槽蝕刻和化學機械拋光。
在PECVD處理中，無氮前體保證防反射涂層不含有氮，如RBS/HFS/NRA所證實的。未觀察到光阻毒化，這表明ARC中NH2胺基團得到了最小化或是被消除了。
參考圖5，無氮介電ARC的n和κ具有足夠寬的范圍，從而能夠覆蓋雙層ARC，使得反射率最小化直至1％以下。在PECVD反應器的可利用的各種處理調節(jié)器中，SiH4/無氮氧化劑的氣體流比率是用來改變n和κ的最簡單參數(shù)。提高SiH4流量，κ便會隨之增加。有趣的是，雖然n在開始時會增加，但是當κ增加到0.6以上時，n實際上卻會減小(參見圖5)。根據(jù)RBS/HFS分析，硅原子(Si)含量和氫原子(H)含量均會隨κ值一起增加，而且根據(jù)FTIR光譜，Si-H吸收信號附帶增加了，證實了Si-H鍵是在DUV波長下吸收的原因。
對于90nm雙重鑲嵌工藝，沉積了阻擋材料和低κIMD，并且在利用阻擋層和銅電鍍進行部件填充之前，利用通孔和溝槽蝕刻對阻擋材料和低κIMD作了圖案化處理。對于低κIMD/阻擋疊層，利用Prolith模擬器為雙層獲得了n、κ和厚度的最佳設定值。
采用了一組示例性的反射率等值線圖來測試該膜。其中一組可能的結果為，頂部層的折射率n＝1.78±0.1，消光系數(shù)κ＝0.3±0.05，且厚度t＝250±50；而底部層的折射率n＝1.75±0.1，消光系數(shù)κ＝1.0±0.1，且厚度t＝400±100。已觀察到了頂部層的n、κ和厚度的其他最佳數(shù)值組以及底部層的一個非常寬的窗口。與單層相比，由于所述雙層方案提供了一個寬得多的n、κ和厚度窗口，因此其反射率更低。這些最佳的n和κ窗口均處于無氮介電ARC的調節(jié)范圍中，從而能夠得到一個靈活的集成方案。在我們的單一晶片PECVD反應器中，能夠在高κ底部層之后連續(xù)地現(xiàn)場沉積一個低κ頂部層，而不需要將晶片從腔室中移走。因而，能夠容易地沉積雙層無氮介電ARC，并同時保持高生產(chǎn)量。
在雙重鑲嵌應用中，通?？梢酝ㄟ^一種被稱為O2灰化(其可以是一種基于等離子體的處理)的基于氧的處理，從ARC涂層中去除光阻材料。在雙重鑲嵌形成期間，無氮ARC涂層要經(jīng)受反復的光阻沉積和O2灰化，并且該膜的穩(wěn)定性，亦即ARC層的光學特性的保持力需要在這樣的條件下保持。在沉積、圖案化以及借助O2等離子體進行的光阻材料的灰化之前，將諸如氧化物這樣的無氮覆蓋層沉積在無氮ARC涂層之上。該覆蓋層可沉積到約50至約100之間的厚度，以便保護無氮介電ARC，從而保持該ARC層的光學特性。對于低κ無氮介電ARC，在沉積之后，通過無氮氧化等離子體處理還可改善膜的穩(wěn)定性。通過m-ELT測試了無氮介電ARC與低κIMD膜(例如SiOCH)之間的層間粘合力，且發(fā)現(xiàn)該層間粘合力與具有相同厚度的SiOCH的標準SiON介電ARC的相等。無氮介電ARC Kapp大于0.252MPa-m1/2。無氮介電ARC所具有的蝕刻特性類似于具有相同蝕刻化學特性的介電材料，如低κIMD通孔/溝槽。在thee-MaxTM蝕刻腔中，借助SiOCH溝槽蝕刻CF4化學法測量了無氮介電ARC的蝕刻速率。在thee-MaxTM蝕刻腔中通過SiOCH溝槽蝕刻CF4化學法實測得到的無氮介電ARC的蝕刻速率比SiOCH至少要快20％(參見表2)。此外，無氮介電ARC所具有的拋光材料去除速率可與FSG相比，而且預計要比SiOCH(其具有一定的多孔性)更快。
表2無氮低 無氮高SIOCH SiONFSGκ κ蝕刻速率(/m) 1 1.2 1.5拋光速率(/m) 1.0 1.3 1.1 1圖6和圖7說明了怎樣利用高頻和低頻的混合來制造對于氧灰化和水的吸收具有較好抵抗能力的膜層。圖6將后氧灰化(post oxygenashing)消光系數(shù)減少的結果表示為三種不同消光系數(shù)的膜的不同處理的函數(shù)。類似地，圖7示出在進行了9天保存期監(jiān)視之后，消光系數(shù)的變化。這些處理包括了用氬進行的單一高頻、用氦進行的單一高頻、用氬進行的高低混合頻率、用氦進行的高低混合頻率、及用低沉積率進行的高低混合頻率等處理。高頻為13.56MHz，而低頻小于1MHz?；旌项l率的等離子體被曝光于兩種頻率下。
圖8將壓應力測試的結果表示為三種不同消光系數(shù)的膜的不同處理的函數(shù)。這些結果說明了怎樣將氦用作載氣來產(chǎn)生較高數(shù)值的壓應力。高低混合頻率的等離子體具有較高的壓應力結果。消光系數(shù)最低的膜與消光系數(shù)較高的膜相比具有較高的壓應力結果。
表3總結了介電防反射涂層上的193nm的剖面SEM(XSEM)的結果。
表3.膜的特性應力、FTIR和光刻的測試結果概要FTIR方法 應力3650cm-1處的Si-OH 光刻MPa 置于空氣中7天85/85自頂向下SION 無 無 渣垢/底腳SF AR LK -50有 有 不好SF HE LK -104 有 有 不好MF AR LK -156 無 無 不好MF HE LK -162 無 無 好MF HE 慢 -258 無 無 好SF AR MK -43少量少量不好SF HE MK -89少量少量不好MF AR MK -125 無 無 不好MF HE MK -154 無 無 不好SF AR HK -26極少極少不好SF HE HK -59極少極少不好MF AR HK -81無 無 好MF HE HK -132 無 無 好另一種使無氮介電防反射涂層免于基礎基團(basic radicals)的方法是涂敷防反射涂層。對非晶硅的經(jīng)過處理的防反射涂層的掃描電子顯微鏡測試表明沒有顯著的底腳。
雖然上文所針對的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下還可設計出本發(fā)明的其他和進一步的實施例，且本發(fā)明的范圍是由所附權利要求確定的。
權利要求
1.一種用于處理襯底的方法，其包括沉積第一防反射層；并且通過一種工藝在所述第一防反射層上沉積第二防反射層，所述工藝包括將一種處理氣體引入處理腔中，所述處理氣體中的化合物包括一種無氧硅烷基化合物以及一種含氧和碳的化合物；并且使所述處理氣體反應，以在所述襯底上沉積無氮介電材料，其中所述無氮介電材料至少包括硅和氧。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述無氧硅烷基化合物包括一種或多種通式為SixH2x+2、SixHyClz、(R)zSixHy的化合物或其組合，其中X為1至4，Y為0至2X+1，Z為2X+2，且R為有機基團。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述含氧和碳的化合物是一種選自下列物質的有機硅四乙氧基硅烷(TEOS)；三乙氧基氟硅烷(TEFS)；1，3，5，7-四甲基環(huán)硅氧烷(TMCTS)；二甲基二乙氧基硅烷；及其組合。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述無氧硅烷基化合物與所述含氧有機硅化合物之比為介于約1sccm∶20mgm至約6sccm∶5mgm之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述第二防反射層包括硅、氧和碳，且氧含量為介于約15氧原子百分率至約50氧原子百分率之間。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述處理氣體進一步包括一種選自下列物質的惰性氣體氬；氦；氖；氙或氪；及其組合。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述的使所述處理氣體反應包括按下列條件生成等離子體RF功率級介于約50瓦至約10,000瓦之間，壓力介于約1托至約50托之間，且襯底溫度介于約100℃至約1000℃之間。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述第一防反射層是通過下列步驟沉積的將第二處理氣體引入所述處理腔中，所述第二處理氣體中的化合物包括一種無氧硅烷基化合物以及一種含氧和碳的化合物；并且，使所述第二處理氣體反應，以將在所述襯底上沉積無氮介電材料，該無氮介電材料至少包括硅和氧。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括在所述第二防反射涂層上沉積一個氧化覆蓋層。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括將所述第二防反射涂層暴露給一無氮氧化等離子體。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述第一防反射涂層和所述第二防反射涂層的組合反射率小于1％。
12.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括將一種光阻材料沉積在所述防反射涂層上；且使所述光阻層圖案化。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，進一步包括蝕刻所述防反射涂層以及所有的下層介電材料，以限定出一貫穿其中的互連開口；并且沉積一種或多種導電材料，以填充所述互連開口。
14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述含氧和碳的化合物為二氧化碳。
15.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述第一防反射涂層的消光系數(shù)高于所述第二防反射涂層的消光系數(shù)。
16.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述處理氣體進一步包括一種選自下列物質的惰性氣體氬；氦；氖；氙或氪；及其組合。
17.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中被沉積的所述無氮介電材料的折射率介于約1.5至約2.2之間。
18.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中被沉積的所述無氮介電材料的消光系數(shù)介于約0至約2之間。
19.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述的使所述處理氣體反應包括按下列條件生成等離子體RF功率級介于約50瓦至約10,000瓦之間，壓力介于約1托至約50托之間，且襯底溫度介于約100℃至約1000℃之間。
20.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述第一防反射涂層和所述第二防反射涂層的氧化物對防反射涂層的蝕刻選擇性為約4∶1或更高。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于沉積介電材料的方法。所述介電材料可被用于防反射涂層或者用作硬掩模。一方面，提供了一種處理襯底的方法，其包括將一種處理氣體引入處理腔中，所述處理氣體中的化合物包括一種無氧硅烷基化合物以及一種含氧和碳的化合物；并且使所述處理氣體反應，從而將無氮介電材料沉積在所述襯底上。所述介電材料包括硅和氧。另一方面，所述介電材料形成雙層防反射涂層中的一個或兩個層。
文檔編號H01L21/027GK1739191SQ200380108613
公開日2006年2月22日 申請日期2003年12月10日 優(yōu)先權日2002年12月13日
發(fā)明者B·H·金, S·拉希, S·H·安, C·D·本切爾, Y·M·王, H·馬薩德, M·D·塞爾維提, M·S·馮, K·B·鄭, L·朱 申請人:應用材料有限公司