專利名稱：高密度等離子體化學氣相沉積制造介電防反射涂層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及沉積氧氮化硅和二氧化硅的方法，其中這些化學放大的光致抗蝕劑(光刻膠)不會被胺基團或者使用高密度等離子體(HDP)所導致的懸空鍵沾污。本發(fā)明一般是這樣實現(xiàn)的，亦即通過使用高密度等離子體(HDP)化學氣相沉積(CVD)體系在比常規(guī)壓力范圍更低和功率更高的情況下沉積氧氮化硅DARC和二氧化硅，從而允許將氧氣用作DARC的氧源。
氧氮化硅DARC已廣泛用于DUV石印術，并且因其可調(diào)的折射系數(shù)和對抗蝕劑(resist)的高刻蝕選擇性改進了石印加工窗口而倍受關注。在氧氮化硅薄膜使用或應用中，較大問題之一是抗蝕劑沾污；特別是存在公知通過中和酸催化劑引起沾污化學放大抗蝕劑的胺基團，并造成部分抗蝕劑不溶于顯影劑。
化學放大的光致抗蝕劑的成像機理是一種接受輻照光子的光-酸發(fā)生器，其中產(chǎn)生催化化學反應的一種酸。這就改變了用顯影劑去除抗蝕劑的溶解度。光輻照產(chǎn)生的催化酸是化學放大抗蝕劑的基礎。任何環(huán)境沾污，或者其他的酸耗盡過程或基體沾污作用都可引起異常的抗蝕圖形。
化學放大的正性抗蝕劑趨于使其自身以“腳跡”覆蓋在例如氧氮化硅、氮化硅和氮化鈦的含氮基體上。沾污的量還強烈地取決于抗蝕劑的化學性。
防止抗蝕劑受氧氮化硅沾污的一般方法是沉積額外的二氧化硅和/或等離子體處理來氧化氧氮化硅的表面。在此方法中，RF PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)在真空體系中進行，并且該體系的壓力范圍為1乇至20乇。常規(guī)的DARC薄膜在大約1.5乇至10乇壓力范圍沉積。在這種壓力范圍中不能使用氧氣，因為有爆炸的危險。因此，通常使用N2O氣作為氧氮化硅和二氧化硅兩者的氧源。換言之，即使有額外的二氧化硅薄膜作為阻擋層，該層仍含有來自N2O反應氣的氮和/或胺基團。根據(jù)化學放大光致抗蝕劑對基體薄膜中氮含量的敏感性，表面處有極少量的胺基團或者懸空鍵都能引起光致抗蝕劑沾污，如圖1所示。
美國專利US 5,614,055公開一種高密度等離子體化學氣相沉積及刻蝕的反應器。特別是圖6和圖8實施方案的等離子體反應器可用于進行任何CVD薄膜的沉積。在第10欄第6-23行中指出，這些反應器尤其適用于采用高反應性化學前體類如硅烷的膜沉積。所述專利的這部分進一步公開了該反應器可用于二氧化硅以外的其他薄膜，如金剛石膜，并且沉積具有高介電常數(shù)的材料也能夠通過這些實施方案完成。
US 5,614,055專利的等離子體方法通過以下步驟完成提供夾持待加工件的真空加工室，并且在其一邊有天線，它包括至少部分包圍等離子體發(fā)生區(qū)的基本為丘狀的部分和位于所述基本為丘狀部分下方的垂直圓筒部分；將包括電負性氣體的加工氣體饋入所述加工室；向所述天線共振耦合一種RF電信號；并且將來自所述加工氣體的非共振和電感耦合的電磁能從所述天線進入所述加工室的所述等離子體發(fā)生區(qū)形成的等離子體中。
在US 5,614,055專利的等離子體方法中，電負性氣體可以包括鹵素并且該加工氣可以另外包括二氧化硅的前體氣體。
在美國專利US 5,626,922中公開的通過等離子體化學氣相沉積方法形薄膜的等離子體加工方法中，高密度等離子體在磁場存在下產(chǎn)生。
US 5,626,922專利的第2欄第63行至第3欄第15行指出，在高達0.03乇至30乇的壓力范圍下，為了產(chǎn)生和維持高密度等離子體，在柱形空間內(nèi)低真空度下產(chǎn)生ECR。因此，氣體、液體或固體被導入該柱形空間以產(chǎn)生在高壓下保持的等離子體，與常規(guī)ECR化學氣相沉積方法中通常使用的氣體濃度相比，以便獲得具有更高濃度產(chǎn)物氣體的空間。
在緊接前述一段的說明書中指出，所得薄膜包括碳膜、金剛石膜、i-碳(無定型)膜、DLC和絕緣陶瓷、金屬膜以及高熔點金屬的特定膜。
US 5,721,021公開了使用高密度等離子體化學氣相沉積含鈦導電薄膜的方法。具體是用2.5千瓦功率的射頻輸出產(chǎn)生低壓高密度等離子體以便使氮化鈦薄膜以30納米/分鐘的速度沉積。所得氮化鈦薄膜含氯1％以下，有金屬光澤并且阻抗低。
因此，現(xiàn)有技術制備氧氮化硅DARC的一個明顯缺點是存在抗蝕劑沾污，盡管用額外加二氧化硅和/或用等離子體處理來氧化氧氮化硅的表面，但抗蝕劑沾污原封未動。
現(xiàn)有技術制備氧氮化硅DARC的另一個缺點是，當使用RF PECVD時，該方法必須在大約1乇至大約20乇壓力的真空體系中進行，最通常在大約1.5乇-10乇范圍進行DARC薄膜的沉積；但是在此壓力范圍，氧氣因有爆炸的危險而不能使用。
現(xiàn)有技術制備氧氮化硅DARC的再一個缺點是，由于氧氣有爆炸危險而不能使用，所以用N2O氣作為氧氮化硅和二氧化硅兩者的氧源；然而當另外的二氧化硅薄膜用作阻擋層時，使用N2O氣給該方法帶來含有來自N2O反應氣的氮和/或胺基團的危險。因此，根據(jù)化學放大光致抗蝕劑對基體薄膜中氮含量的敏感性，表面極少量的胺基團或者懸空鍵就趨于招致光致抗蝕劑沾污，這些可通過在如氧氮化硅、二氧化硅和氮化鈦的含氮基體上的“腳跡”來證實。
本發(fā)明的一個目的是提供一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制造用于介電、防反射涂層的氧氮化硅薄膜和二氧化硅覆膜的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制造用于介電、防反射涂層的氧氮化硅薄膜的方法，其中沉積氧氮化硅的化學性是任意比例的SiH4/O2/N2或SiH4/O2/N2/Ar。
本發(fā)明更進一步的目的是，提供一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制造用于介電、防反射涂層的氧氮化硅薄膜和二氧化硅覆膜的方法，其中用于沉積二氧化硅附加阻擋層的化學品是任意比例的SiH4/O2或SiH4/O2/Ar。
本發(fā)明還有另一個目的是，提供一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制造用于介電防反射涂層的氧氮化硅薄膜和二氧化硅覆膜的方法，其中可使用范圍介于大約50瓦特和大約5000瓦特之間的任意頻率和任意結合的RF電源作能源。
本發(fā)明再一目的是，提供一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制造用于介電防反射涂層的氧氮化硅薄膜和二氧化硅覆膜的方法，其中可使用范圍介于0瓦特和大約4000瓦特之間的任意頻率和任意結合的RF電源作為Ar濺射的偏壓電源。
本發(fā)明還有另一目的是，提供一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制造用于介電防反射涂層的氧氮化硅薄膜和二氧化硅覆膜的方法，其中高密度等離子體化學氣相沉積室的壓力范圍是大約0.1毫乇-20毫乇。
本發(fā)明另一目的是，提供一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制造用于介電防反射涂層的氧氮化硅薄膜和二氧化硅覆膜的方法，其中沉積過程中SiH4的流速范圍可以是大約1-500sccm，并且沉積期間O2的流速范圍也可是大約1sccm-500sccm。
本發(fā)明再一目的是，提供一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制造用于介電防反射涂層的氧氮化硅薄膜和二氧化硅覆膜的方法，其中沉積期間Ar的流速范圍是大約0-500sccm；并可用He氣以大約0乇-30乇作背面冷卻；且靜電吸盤功率范圍是0-2000V。
總之，在允許應用氧氣作為DARC的氧源的更低壓力范圍和更高功率下，采用HDP化學氣相沉積體系通過沉積氧氮化硅DARC和二氧化硅而實現(xiàn)本發(fā)明。
對沉積部分和應用Ar氣的濺射部分的偏壓電源的等離子體發(fā)生源而言，該HDP CVD方法使用至少兩種不同電源。由于該方法在幾毫乇范圍進行，因此允許氧氣和SiH4氣一起使用。由于使用更低壓力范圍、更高功率并就地濺射，就提供了高質(zhì)量薄膜。用SiH4/O2/N2沉積氧氮化硅并且用SiH4/O2沉積作為附加阻擋層的二氧化硅，就不含氮成分。本發(fā)明方法制備的化學放大光致抗蝕劑不會產(chǎn)生來自HDP氧化物薄膜的任何沾污。


圖1總體上是顯示“腳跡”或者氧氮化硅DARC層上有沾污的光致抗蝕劑圖形，具體來說，其中1a表示無覆層(cap)和等離子體；1b表示氧氮化硅加100A的氧化物覆層；1c表示氧氮化硅加200A的氧化物覆層；1d表示氧氮化硅加320A的氧化物覆層；圖1e表示用120W等離子體處理后，氧氮化硅加320A的氮氧化物覆層；并且圖1f表示用1000W等離子體處理后氧氮化硅加320A的氮氧化物。
圖2是本發(fā)明方法制備的化學放大光致抗蝕劑的照片，其中無“腳跡”表示HDP氧化物薄膜沒有沾污。
本發(fā)明在更低壓力范圍和更高功率范圍下使用HDP化學氣相沉積氧氮化硅DARC和二氧化硅，從而允許把氧氣用作DARC的氧源。
本發(fā)明HDP化學氣相沉積方法對沉積部分和對應用Ar氣濺射的偏壓電源中的等離子體發(fā)生源使用至少兩種不同電源。由于在幾毫乇范圍進行操作，本發(fā)明方法允許氧氣和SiH4氣一起使用。由于其使用更低壓力范圍、更高功率范圍并就地濺射，本發(fā)明的HDP化學氣相沉積方法還提供高質(zhì)量的薄膜。
在本發(fā)明的方法中，通過使用任意比例的SiH4/O2/N2或SiH4/O2/N2/Ar來沉積氧氮化硅并且通過使用任意比例的SiH4/O2或SiH4/O2/Ar來沉積作為附加阻擋層的二氧化硅，就不含有氮成分。作為本發(fā)明方法的結果，化學地放大的光致抗蝕劑不會招致來自高密度等離子體氧化物薄膜的任何沾污。
本發(fā)明方法的一個重要特點是，由于比常規(guī)薄膜更致密且更清潔，則可使用高密度等離子體氧氮化硅而無需二氧化硅覆層。
實施例在一真空反應器艙室中，用HDP化學氣相沉積方法沉積氧氮化硅DARC和二氧化硅，并且在50-5000瓦特范圍之間的功率源和大約0.1-20毫乇之間低壓力范圍的真空室中使用任意頻率和任意結合的RF電源作為功率源。用于Ar濺射的偏壓電源介于0-大約4000瓦特范圍之間，以及用氧氣作為DARC的氧源。沉積期間氧氣的流速介于大約1-500sccm之間，并且沉積期間N2的流速介于大約0-500sccm之間。
在本發(fā)明的一個實施方案中，當沉積氧氮化硅時，化學性使用SiH4/O2/N2，并且所得HDP氧氮化硅薄膜比常規(guī)薄膜更致密更清潔，這非常有利，因為能夠無需二氧化硅覆層而使用該HDP氧氮化硅。
但是，用SiH4/O2/N2混合物沉積該氧氮化硅時，可通過沉積SiH4/O2作附加阻擋層來使用二氧化硅，它不含氮組分。
圖1是光致抗蝕劑的圖形，總體顯示“腳跡”或者氧氮化硅DARC層上有沾污，具體來說，其中1a表示無覆層(cap)和等離子體；1b表示氧氮化硅加100的氧化物覆層；1c表示氧氮化硅加200的氧化物覆層；1d表示氧氮化硅加320的氧化物覆層；圖1e表示用120W等離子體處理后，氧氮化硅加320的氮氧化物覆層；并且圖1f表示用1000W等離子體處理后氧氮化硅加320的氮氧化物。
圖2是本發(fā)明方法制備的化學放大的光致抗蝕劑的照片，其中如無“腳跡”所示，800的高密度等離子體氧化物薄膜沒有沾污。
權利要求
1.一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制備選自氧氮化硅、氮化硅及氮化鈦薄膜的含氮基體的改良方法，該薄膜特征在于當用作介電防反射涂層時可防止抗蝕劑沾污，該方法包括提供夾持晶片的加工室，該室內(nèi)的真空足以能夠使用O2作為氧源而且在所述加工室的等離子發(fā)生區(qū)無爆炸危險；向該加工室導入選自SiH4/O2/N2或者SiH4/O2/N2/Ar的氣態(tài)混合物；以及使該加工室接受能在所述加工室的等離子發(fā)生區(qū)產(chǎn)生高密度等離子體的足夠頻率的RF電信號，從而使所述晶片受到所述RF電信號產(chǎn)生的高密度等離子體的加工。
2.如權利要求1的方法，其中所述薄膜為氧氮化硅且所述氣態(tài)混合物為SiH4/O2/N2。
3.如權利要求1的方法，其中所述薄膜為氧氮化硅且所述氣態(tài)混合物為SiH4/O2/N2/Ar。
4.一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制備二氧化硅覆膜的改良方法，該覆膜特征在于當用作介電防反射涂層時可防止抗蝕劑沾污，該方法包括提供夾持晶片的加工室，該室內(nèi)的真空足以能夠使用O2作為氧源而且在所述加工室的等離子發(fā)生區(qū)無爆炸危險；導入選自SiH4/O2或者SiH4/O2/Ar的氣態(tài)混合物；使該加工室接受能在所述加工室的等離子發(fā)生區(qū)產(chǎn)生高密度等離子體的足夠頻率的RF電信號，從而使所述晶片受到所述RF電信號產(chǎn)生的高密度等離子體的加工。
5.如權利要求4的方法，其中所述薄膜是二氧化硅覆膜且所述氣態(tài)混合物為SiH4/O2。
6.如權利要求4的方法，其中所述薄膜是二氧化硅覆膜且所述氣態(tài)混合物為SiH4/O2/Ar。
7.如權利要求1的方法，其中足以能夠使用O2且無爆炸危險的所述真空度為大約0.1-20毫乇。
8.如權利要求4的方法，其中足以能夠使用O2作為氧源又無被爆炸危險的所述真空度為大約0.1毫乇和大約20毫乇。
9.如權利要求2的方法，其中以大約1-500sccm之間的流速導入該氣態(tài)混合物的SiH4組分。
10.如權利要求3的方法，其中以大約1-500sccm之間的流速導入該氣態(tài)混合物的SiH4組分。
11.如權利要求10的方法，其中以大約0-500sccm之間的流速導入Ar濺射組分。
12.如權利要求5的方法，其中以大約1-500sccm之間的流速導入該氣態(tài)混合物的SiH4組分。
13.如權利要求6的方法，其中以大約0-500sccm之間的流速導入Ar濺射組分。
全文摘要
一種使用高密度等離子體化學氣相沉積體系制備選自氧氮化硅、氮化硅及氮化鈦薄膜和二氧化硅覆蓋薄膜的含氮基體的改良方法,該薄膜特征在于用作介電防反射涂層時可防止抗蝕劑沾污,該方法包括:提供夾持晶片的加工室,該室內(nèi)的真空足以能夠使用O
文檔編號C23C16/34GK1240841SQ99107619
公開日2000年1月12日 申請日期1999年5月8日 優(yōu)先權日1998年6月15日
發(fā)明者G·Y·李 申請人:西門子公司