用于多图案化应用的光调谐硬掩模制造技术

一种用于多图案化应用的光调谐硬掩膜。本文的实施方式提供的方法用于形成PVD氧化硅或富硅氧化物、或PVDSiN或富硅SiN、或SiC或富硅SiC、或前述的组合，包括化合物中含有受控的氢掺杂的变化，以上被称为SiOxNyCz:Hw，其中w、x、y及z可以在从0％到100％的浓度中变化，SiOxNyCz:Hw被生产作为硬掩模，所述硬掩模在曝光波长下的光学特性与光刻胶实质匹配。因此使所述硬掩模相对于所述光刻胶为光学上平坦化的。这允许在所述硬掩模中进行多个光刻和蚀刻的程序，同时所述光刻胶保持基本上无光学形貌或反射率变化。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2014年5月2日申请的申请号为201480024930.9，并且专利技术名称为“用于多图案化应用的光调谐硬掩模”的专利技术专利申请的分案申请。公开内容背景专利
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(hardmask)的制造方法。
技术介绍
描述可靠地生产次微米(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(ULSI)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。位于此技术心脏部的多级(multilevel)互连部要求精确地成像及布置高深宽比的特征，这些特征诸如是过孔(via)和其它互连部。可靠地形成这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。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)以及上述特征之间的介电材料正减少到45nm和32nm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，以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以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。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，可以在光刻掩模中采用光学邻近校正(optical proximity correction；OPC)，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。进行多图案化的一个使能者(enabler)一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(memory or memorization layer)。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三层方案。所述三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三层，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三层可以被形成在记忆层中。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以理解的，但对于控制工艺预算及增加和保持产量仍有另外的需求。因此，需要一种用于以光刻方式在基板上产生经多图案化的硬掩模的改良方法。
技术实现思路
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三层堆叠，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，以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沉积的氧化硅或富硅氧化物、或PVD SiN或富硅SiN、或SiC或富硅SiC、或前述各项的组合，包括化合物中含有受控的氢掺杂的变化，以上被称为SiOxNyCz:Hw，其中w、x、y及z可以在从0％到100％的浓度中相对于彼此变化。诸如SiOxNyCz:Hw层之类的所述记忆层具有光学特性，这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”。这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，这消除了对于进行复杂的光学邻近校正及施加多次复杂的三层然后光刻、蚀刻及剥除所述三层的需求。本文的实施方式包括用于形成光学匹配的硬掩模的硬件，所述硬件包括泵送系统和腔室冷却系统、全面侵蚀(full face erosion)磁电管阴极、处理配件和气流设计、静电夹盘(ESC)、脉冲式DC电源、掺杂的硅靶材及含H和/或O和/或N和/或C的气源。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:Hw层。所述SiOxNyCz:Hw膜的折射率(n)和消光系数(K)可通过调整气流和生成膜的w、x、y及z值来调整，以使所述膜的光学特性与用以蚀刻所述层的抗蚀剂进行匹配。本公开内容的实施方式可以提供用于在膜堆叠上形成硬掩模的方法，包括以下步骤：从设置于腔室中的靶材溅射含硅材料到基板的表面上；以及输送工艺气体流，同时从所述靶材溅射所述含硅材料，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，被溅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溅射材料的表面上。本公开内容的实施方式可以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SiOxNy层，其中调整所述SiOxNy层的硅、氧及氮含量，使得所述SiOxNy层的折射率(n)实质上等于待形成于所述SiOxNy层上的抗蚀剂层的折射率(n)，并且这些折射率是在意图使用的光刻曝光波长下测量的。所述SiOxNy层还可以具有消光系数，所述消光系数实质上等于待形成于所述SiOxNy层上的所述抗蚀剂层的消光系数。附图简单说明因此，以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专利技术的更详细的描述。图1描绘传统的用于使用三层蚀刻对硬掩模层进行多图案化的循环。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。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。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。图5描绘使用原位和远程等离子体活化的O2进行灰化对硬掩模层所造成的变化。图6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可图案化硬掩模层，所述可图案化硬掩模层包括：SiOxNy层，所述SiOxNy层设置于基板的表面上，其中调整所述SiOxNy层的硅、氧及氮含量，使得所述SiOxNy层的折射率(n)实质上等于待形成于所述SiOxNy层上的抗蚀剂层的折射率(n)，并且这些折射率是在意图使用的光刻曝光波长下进行测量的。

【技术特征摘要】
2013.05.03 US 61/819,3341.一种可图案化硬掩模层，所述可图案化硬掩模层包括：SiOxNy层，所述SiOxNy层设置于基板的表面上，其中调整所述SiOxNy层的硅、氧及氮含量，使得所述SiOxNy层的折射率(n)实质上等于待形成于所述SiOxNy层上的抗蚀剂层的折射率(n)，并且这些折射率是在意图使用的光刻曝光波长下进行测量的。2.如权利要求1所述的可图案化硬掩模层，其中所述折射率在193nm的波长下介于1.5与1.8之间，且所述SiOxNy层具有在193nm的波长下介于0.00与0.12之间的消光系数。3.如权利要求1所述的可图案化硬掩模层，其中所述SiOxNy层进一步包含氢，其中在所述SiOxNy层的表面处的氢浓度小于贯穿所述SiOxNy层的厚度的平均氢浓度，或在所述SiOxNy层的表面处的氮浓度小于贯穿被溅射材料的厚度的平均氮浓度。4.如权利要求1所述的可图案化硬掩模层，其中所述SiOxNy层进一步包含碳和氢。5.如权利要求4所述的可图案化硬掩模层，其中在所述SiOxNy层的表面处的氢浓度小于贯穿所述SiOxNy层的厚度的平均氢浓度，或在所述SiOxNy层的表面处的氮浓度小于贯穿被溅射材料的厚度的平均氮浓度。6.如权利要求1所述的可图案化硬掩模层，其中所述SiOxNy层具有消光系数，所述消光系数实质上等于待形成于所述SiOxNy层上的抗蚀剂层的消光系数。7.一种可图案化硬掩模层，所述可图案化硬掩模层包括：SiOxNy层，所述SiOxNy层设置于基板的表面上，其中调整所述SiOxNy层的Si、O及N含量，使得在意图使用的光刻曝光波长下所述SiOxNy层的光学特性实质上等于待形成于所述SiOxNy层上的光刻胶层的光学特性，所述SiOxNy层具有可调整的：折射率；以及消光系数。8.如权利要求7所述的可图案化硬掩模层，其中所述折射率在193nm的波长下介于1.5与1.8之间，且所述SiOxNy层具有在193nm的波长下介于0.00与0.12之间的消光系数。9.如权利要求8所述的可图案化硬掩模层，其中所述SiOxNy层具有消光系数，所述消光系数实质上等于待形成于所述SiOxNy层上的所述抗蚀剂层的消光系数。10.一种用于在膜堆叠上形成硬掩模的方法，所述方法包含以下步骤：从设置于腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯多弗·丹尼斯·本彻，丹尼尔·李·迪尔，慧雄·戴，曹勇，许廷军，郑伟民，谢鹏，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US