CN100540733C - 用于沉积具有可调节的性质的材料的方法和装置 - Google Patents

用于沉积具有可调节的性质的材料的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于利用等离子体增强化学气相沉积在衬底上沉积具有可调节光学和抗刻蚀性质的膜的方法和系统。室具有等离子体源和耦合到RF源的衬底夹持器。衬底被放置在衬底夹持器上。TERA层被沉积在衬底上。选择由RF源提供的RF功率的量，使得TERA层的至少一部分的沉积速率大于在不向衬底夹持器施加RF功率时的沉积速率。

Description

用于沉积具有可调节的性质的材料的方法和装置
该PCT申请基于并要求2003年8月21日提交的美国非临时专利申请No.10/644,958的优先权，这里通过引用并入其全部内容。
技术领域
本发明涉及利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统来沉积具有可调节光学和刻蚀特性的薄膜材料。
背景技术
集成电路和器件制作要求在衬底上沉积电子材料。所沉积的膜可能是衬底或完成电路的永久性部分。这种情况下，选择膜特性以提供电路工作所需的电、物理或化学性质。在其他情况下，膜可被用作临时层，该临时层使能或简化了器件或电路制作。例如，所沉积的膜可用作后续刻蚀处理的掩模。可以图案化抗刻蚀膜，从而使其覆盖衬底上不希望被刻蚀处理移去的区域。然后，后续处理可以移去抗刻蚀膜，以允许对衬底进行进一步处理。
在临时层的另一个示例中，膜可用来提高后续的光刻图案化操作。在一个实施例中，具有特定光学性质的膜被沉积在衬底上，然后在膜上涂覆感光成像膜(其通常被称为光刻胶)。然后通过曝光图案化光刻胶。选择下层沉积膜的光学性质以减小曝光光的反射，从而提高光刻处理的分辨率。这种膜通常被称为抗反射涂层(下文中简称为ARC)。在美国专利6316167中介绍了用于使用并制作具有可调节光学性质的气相沉积材料的方法。
常规上，各种物理和/或化学沉积技术被用于膜沉积，并且通常可以使用多于一种技术来沉积特定膜。优选的沉积方法通过考虑所期望的膜性质、由要制作的器件施加的物理和/或化学约束、以及与制造工艺相关联的经济因素来确定。所选择的工艺通常是这样的工艺，其对于解决相应的技术和经济问题提供了可接受的平衡。
热激发化学气相沉积(下文中简称为CVD)是用来沉积用于集成电路制作的材料的常用技术。在一般实施例中，衬底被放置在低压反应室中，并被维持在受控的温度。晶片被暴露于一种或多种前驱体的气态环境，这一种或多种前驱体包含要被包含在膜中的化学元素。气态前驱体被输运到衬底表面，并经由一个或多个化学反应结合以形成固态膜。一般选择反应室、衬底和前驱体的条件以有利于产生具有期望物理、化学和电性能的膜的化学反应。
等离子体可用来改变或增强膜沉积机制。采用等离子体的沉积处理通常被称为等离子体增强化学气相沉积(下文中简称为PECVD)。通常，通过将气体混合物暴露于射频(RF)信号，并将电子激发到足以维持与所供应的处理气体发生电离碰撞的能量，来在真空反应室中形成等离子体。而且，所激发的电子可以具有足以维持离解碰撞的能量，因此，选择预定条件(例如，室压强、气体流率等)下的一组特定气体以产生大量适合于在室内执行的特定工艺的带电物质和化学反应性物质。
等离子体激发通常允许膜形成反应在这样的温度下进行，该温度明显低于通过热激发CVD产生类似膜时一般所需的温度。另外，等离子体激发可以激活在热CVD中能量或者动力学上不被支持的膜形成化学反应。从而，通过调整工艺参数，可以在相对较宽的范围内改变PECVD膜的化学和物理性质。
发明内容
本发明涉及PECVD系统中的沉积，更具体而言，涉及可调节抗刻蚀ARC(TERA)层的沉积。本发明提供了一种用于在衬底上沉积TERA层的方法，包括：提供一个室，该室具有耦合到第一RF源的上电极和耦合到第二RF源的可平移衬底夹持器；将衬底放置在可平移衬底夹持器上；在衬底上沉积TERA层，其中TERA层的至少一部分的物理、化学或光学性质取决于由第二RF源提供的RF功率的量；并且其中TERA层的至少一部分的沉积速率取决于由第二RF源提供的RF功率的量。
附图说明
在附图中：
图1图示了根据本发明实施例的PECVD系统的简化框图；
图2A-2C示出了根据本发明实施例的使用TERA层的简化过程；
图3示出了根据本发明实施例用于在衬底上沉积TERA层的过程的简化流程图；以及
图4示出了根据本发明实施例在用于在衬底上沉积TERA层的过程中所用的一组示例性工艺。
具体实施方式
图1图示了根据本发明实施例的PECVD系统的简化框图。在图示实施例中，PECVD系统100包括处理室110、作为电容耦合等离子体源的一部分的上电极140、喷淋板组件120、用于支撑衬底135的衬底夹持器130、压强控制系统180和控制器190。
在一个实施例中，PECVD系统100可以包括干燥泵170，干燥泵170可以利用阀118耦合到处理室110。或者，118可以包括结合了压强计和节流阀(未示出)的压强控制系统。在替换实施例中，不需要干燥泵和阀。
在一个实施例中，PECVD系统100可以包括远程等离子体系统175，远程等离子体系统175可以利用阀178耦合到处理室110。在替换实施例中，不需要远程等离子体系统和阀。
在一个实施例中，PECVD系统100可以包括压强控制系统180，压强控制系统180可以耦合到处理室110。例如，压强控制系统180可以包括节流阀(未示出)和涡轮分子泵(TMP)(未示出)，并且可以在处理室110中提供受控压强。例如，室压强范围可以从约0.1mTorr到约100Torr。或者，室压强范围可以从0.1Torr到20Torr。
处理室110可以促进在邻近衬底135的处理空间102中等离子体的形成。PECVD系统100可以被配置为处理任何直径的衬底，如200mm衬底、300mm衬底或更大的衬底。或者，PECVD系统100可以通过在一个或多个处理室中生成等离子体来进行操作。
PECVD系统100包括耦合到处理室110的喷淋板组件120。喷淋板组件正对于衬底夹持器130安装。喷淋板组件120包括中心区域122、边缘区域124和副区域126。屏蔽环128可用来将喷淋板组件120耦合到处理室110。
中心区域122通过第一处理气体管线123耦合到气体供应系统131。边缘区域124通过第二处理气体管线125耦合到气体供应系统131。副区域126通过第三处理气体管线127耦合到气体供应系统131。
气体供应系统131向中心区域122提供第一处理气体，向边缘区域124提供第二处理气体，向副区域126提供第三处理气体。可以对这些区域独立控制气体化学组分和流率。或者，中心区域和边缘区域可以耦合在一起形成单个主区域，并且气体供应系统可以向主区域提供第一处理气体和/或第二处理气体。事实上，这些区域中的任何几个都可以耦合在一起，并且气体供应系统可以按需要提供一种或多种处理气体。
第一处理气体可以包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。例如，含硅前驱体可以包括甲硅烷(SiH4)、原硅酸四乙酯(TEOS)、甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)、四甲基硅烷(4MS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)和四甲基环四硅烷(TMCTS)中的至少一种。含碳前驱体可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一种。还可以包括惰性气体，如氩、氦和/或氮。含硅前驱体和含碳前驱体的流率范围可以从约0.0sccm到约5000sccm，惰性气体的流率范围可以从约0.0sccm到约10000sccm。
同样，第二处理气体可以包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。例如，含硅前驱体包括甲硅烷(SiH4)、原硅酸四乙酯(TEOS)、甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)、四甲基硅烷(4MS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)和四甲基环四硅烷(TMCTS)中的至少一种。含碳前驱体包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一种。还可以包括惰性气体，如氩、氦和/或氮。含硅前驱体和含碳前驱体的流率范围可以从约0.0sccm到约5000sccm，惰性气体的流率范围从约0.0sccm到约10000sccm。
另外，第三处理气体可以包括含氧气体、含氮气体、含碳气体和惰性气体中的至少一种。例如，含氧气体可以包括O2、CO、NO、N2O和CO2中的至少一种；含氮气体可以包括N2和NF3中的至少一种；惰性气体可以包括Ar和He中的至少一种。第三处理气体的流率范围可以从约0.0sccm到约10000sccm。
气体供应系统131可以包括用于提供前驱体的至少一个蒸馏器(未示出)。或者，不需要蒸馏器。在替换实施例中，可以使用鼓泡系统。
PECVD系统100包括上电极140，上电极140可以耦合到喷淋板组件120和处理室110。上电极140可以包括温度控制元件142。上电极140可以利用第一匹配网络144耦合到第一RF源146。或者，不需要单独的匹配网络。
第一RF源146向上电极提供顶部RF信号(TRF)，并且第一RF源146可以工作的频率范围从约0.1MHz到约200MHz。例如，已经在大约以下每一个频率下执行了沉积处理：100MHz、60MHz、27MHz和13.56MHz。TRF信号的频率范围可以从约1MHz到约100MHz，或者可以从约2MHz到约60MHz。第一RF源146可以工作的功率范围从约10W到约10000W，或者，第一RF源可以工作的功率范围从约10W到约5000W。
上电极140和RF源146是电容耦合等离子体源的一部分。电容耦合等离子体源可以被其他类型的等离子体源替代或补充其他类型的等离子体源，如电感耦合等离子体(ICP)源、变压器耦合等离子体(TCP)源、微波功率等离子体源、电子回旋共振(ECR)等离子体源、螺旋波(Heliconwave)等离子体源和表面波等离子体源。如本领域中所公知的，在各种合适的等离子体源中可以去掉上电极140或重配置上电极140。
衬底135例如可以经由机械衬底传送系统(未示出)经过门阀(未示出)和室进料通孔(未示出)被传送到处理室110中以及从处理室110中移出，并且其可以被衬底夹持器130接收，并被耦合到其的设备机械平移。一旦从衬底传送系统接收到衬底135，衬底135就可以利用平移设备150升高和/或降低，平移设备150可以通过耦合组件152耦合到衬底夹持器130。
衬底135可以经由静电钳制系统附着到衬底夹持器130。例如，静电钳制系统可以包括电极116和ESC源156。例如，可以向钳制电极提供范围可以从约-2000V到约+2000V的钳制电压。或者，钳制电压范围可以从约-1000V到约+1000V。在替换实施例中，气体例如可以经由背面气体系统被传递到衬底135的背面，以提高衬底135和衬底夹持器130之间的气体间隙热导。在其他替换实施例中，可以在衬底夹持器130中提供抬升钉。
还可以提供温度控制系统。这种系统可用于在提升的或降低的温度下需要进行衬底的温度控制时。例如，可以包括诸如电阻加热元件之类的加热元件132或热电加热器/冷却器，并且衬底夹持器130还可以包括冷却系统134。加热元件132可以耦合到加热器电源158。冷却系统134可以提供再循环冷却流，这种冷却流接收来自衬底夹持器130的热量，并将热量传送到热交换系统(未示出)，或者在加热时传送来自热交换系统的热量。
同样，电极116可以利用第二匹配网络162耦合到第二RF源160。或者，不需要匹配网络。
第二RF源160向下电极116提供底部RF信号(BRF)，并且第二RF源160可以工作的频率范围从约0.1MHz到约200MHz。BRF信号的频率范围可以从约0.2MHz到约30MHz，或者可以从约0.3MHz到约15MHz。第二RF源可以工作的功率范围从约0.1W到约1000W，或者，第二RF源可以工作的功率范围从约0.1W到约500W。下电极116可以是室内唯一的等离子体源，或者可以补充任何附加的等离子体源。
PECVD系统100还可以包括平移设备150，平移设备150可以通过伸缩管154耦合到处理室110。另外，耦合组件152可以将平移设备150耦合到衬底夹持器130。伸缩管154被配置为将垂直的平移设备从处理室110外部的大气密封。
平移设备150允许在喷淋板组件120和衬底135之间建立可变间隙104。间隙范围可以从约1mm到约200mm，或者可以从约2mm到约80mm。间隙可以保持固定，也可以在沉积处理期间变化。
另外，衬底夹持器130还可以包括聚焦环106和陶瓷盖108。或者，不需要聚焦环106和/或陶瓷盖108。
至少在室壁112上可以包括涂层114以保护壁。涂层114可以包括陶瓷材料。或者，不需要涂层114。
另外，温度控制系统可用来控制室壁温度。例如，可以在室壁上提供用于控制温度的端口180。在室中执行处理的同时，室壁温度可以保持相对恒定。
另外，温度控制系统可用来控制上电极的温度。温度控制元件142可用来控制上电极温度。在室中执行处理的同时，上电极温度可以保持相对恒定。
另外，PECVD系统100还可以包括远程等离子体系统175，远程等离子体系统175可用于室的清洗。
此外，PECVD系统100还可以包括净化系统(未示出)，净化系统可用于控制污染物和/或室清洗。
在替换实施例中，处理室110例如还可以包括监视端口(未示出)。监视端口例如可以以光学方式监视处理空间102。
PECVD系统100还包括控制器190。控制器190可以耦合到室110、喷淋板组件120、衬底夹持器130、气体供应系统131、上电极140、第一RF匹配网络144、第一RF源146、平移设备150、ESC源156、加热器电源158、第二RF匹配网络162、第二RF源160、干燥泵170、远程等离子体设备175和压强控制系统118。控制器可以被配置为向这些组件提供控制数据，并从这些组件接收诸如工艺数据之类的数据。例如，控制器190可以包括微处理器、存储器和数字I/O端口，其能够生成控制电压，该控制电压足以传输并且激活到处理系统100的输入，以及监视来自PECVD系统100的输出。而且，控制器190可以与系统组件交换信息。另外，存储在存储器中的程序可用来根据工艺方案控制PECVD系统100的前述组件。另外，控制器190可被配置来分析工艺数据、将工艺数据与目标工艺数据相比较，并使用比较结果来改变工艺和/或控制沉积工具。另外，控制器可被配置来分析工艺数据、将工艺数据与历史工艺数据相比较，并使用比较结果来预测、防止和/或声明故障。
图2A-2C示出了根据本发明实施例的使用TERA层的简化过程。图2A示出了TERA层上的光刻胶层210，TERA层包括TERA帽层220和TERA底层230。例如，TERA帽层220可以是厚度为约150埃到约1000埃的层，TERA底层230可以是厚度为约300埃到约5000埃的层。在该示例中，TERA底层230耦合到氧化物层240。这并不是本发明所要求的，TERA层也可以沉积在除了氧化物之外的其他材料上。尽管图2中示出了两层，但是这并不是本发明所要求的。TERA叠层可以包括一层或多层。
在图2B中，利用至少一步光刻步骤和至少一步显影步骤处理了光刻胶层210。
在图2C中，利用至少一个与刻蚀有关的工艺开口了TERA层。
图3示出了根据本发明实施例用于在衬底上沉积TERA层的过程的简化流程图。例如，TERA层可以包括底层和帽层，其可以利用不同的处理沉积。过程300开始于310。
在320中，可以提供室，该室可以包括等离子体源，并且包括耦合到第二RF源的可任选地平移的衬底夹持器。
在330中，将衬底放置在可平移衬底夹持器上。例如，可平移衬底夹持器可用来建立上电极表面和可平移衬底夹持器的表面之间的间隙。间隙范围可以从约1mm到约200mm，或者可以从约2mm到约80mm。可以改变间隙尺寸以改变沉积速率。例如，可以增大间隙尺寸以减小沉积速率，并且可以减小间隙以增大沉积速率。也可以改变间隙尺寸以防止在等离子体处理期间发生电弧放电。
在340中，可以在衬底上沉积底层，其中沉积速率取决于可平移衬底夹持器的位置、由第一RF源提供的RF功率的量和由第二RF源提供的RF功率的量。
在底层沉积处理期间，可以利用第一RF源向上电极提供TRF信号。例如，第一RF源可以工作的频率范围从约0.1MHz到约200MHz。或者，第一RF源可以工作的频率范围从约1MHz到约100MHz，或者从约2MHz到约60MHz。第一RF源可以工作的功率范围从约10W到约10000W，或者，第一RF源可以工作的功率范围从约10W到约5000W。
同样，在底层沉积处理期间，可以利用第二RF源向下电极提供BRF信号。例如，第二RF源可以工作的频率范围从约0.1MHz到约200MHz。或者，第二RF源可以工作的频率范围从约0.2MHz到约30MHz，或者从约0.3MHz到约15MHz。第二RF源可以工作的功率范围从约0.1W到约1000W，或者，第二RF源可以工作的功率范围从约0.1W到约500W。
另外，可以在处理室中提供喷淋板组件，喷淋板组件可以耦合到上电极。喷淋板组件可以包括中心区域和边缘区域，并且喷淋板组件可以耦合到气体供应系统。可以在底层沉积处理期间向中心区域提供第一处理气体，向边缘区域提供第二处理气体。
或者，中心区域和边缘区域可以耦合在一起作为单个主区域，并且气体供应系统可以向主区域提供第一处理气体和/或第二处理气体。事实上，这些区域中的任何几个都可以耦合在一起，并且气体供应系统可以提供一种或多种处理气体。
第一处理气体可以包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。还可以包括惰性气体。例如，含硅前驱体和含碳前驱体的流率范围可以从约0.0sccm到约5000sccm，惰性气体的流率范围可以从约0.0sccm到约10000sccm。含硅前驱体可以包括甲硅烷(SiH4)、原硅酸四乙酯(TEOS)、甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)、四甲基硅烷(4MS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)和四甲基环四硅烷(TMCTS)中的至少一种。含碳前驱体可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一种。惰性气体可以是氩、氦和/或氮。
第二处理气体可以包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。还可以包括惰性气体。例如，含硅前驱体和含碳前驱体的流率范围可以从约0.0sccm到约5000sccm，惰性气体的流率范围可以从约0.0sccm到约10000sccm。含硅前驱体可以包括甲硅烷(SiH4)、原硅酸四乙酯(TEOS)、甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)、四甲基硅烷(4MS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)和四甲基环四硅烷(TMCTS)中的至少一种。含碳前驱体可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一种。惰性气体可以包括氩、氦和氮中的至少一种。
第一处理气体和第二处理气体的流率可以在底层沉积处理期间被独立确定。
底层可以包括这样的材料，该材料的折射率(n)在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从约1.5到约2.5，消光系数(k)在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从约0.10到约0.9。底层可以包括范围从约30.0nm到约500.0nm的厚度，并且沉积速率的范围可以从约100埃/min到约10000埃/min。底层沉积时间可以从约5秒变化到约180秒。
通过在底层沉积处理期间向底电极施加RF信号，可以实现高沉积速率。RF源可以提供相对较低的RF功率。
在350中，可以在衬底上沉积帽层，其中沉积速率取决于可平移衬底夹持器的位置、由第一RF源提供的RF功率的量和处理气体。
在帽层沉积处理期间，可以利用第一RF源向上电极提供TRF信号。例如，第一RF源可以工作的频率范围从约0.1MHz到约200MHz。或者，第一RF源可以工作的频率范围从约1MHz到约100MHz，或者从约2MHz到约60MHz。第一RF源可以工作的功率范围从约10W到约10000W，或者，第一RF源可以工作的功率范围从约10W到约5000W。
另外，可以在处理室中提供喷淋板组件，喷淋板组件可以耦合到上电极。喷淋板组件可以包括中心区域和边缘区域，并且喷淋板组件可以耦合到气体供应系统。可以在帽层沉积处理期间向中心区域提供第一处理气体，向边缘区域提供第二处理气体，并且经过第三气体区域向室提供第三处理气体。
或者，中心区域和边缘区域可以耦合在一起作为单个主区域，并且气体供应系统可以向主区域提供第一处理气体和/或第二处理气体。事实上，这些区域中的任何几个都可以耦合在一起，并且气体供应系统可以提供一种或多种处理气体。
第一处理气体可以包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。还可以包括惰性气体。例如，含硅前驱体和含碳前驱体的流率范围可以从约0.0sccm到约5000sccm，惰性气体的流率范围可以从约0.0sccm到约10000sccm。含硅前驱体可以包括甲硅烷(SiH4)、原硅酸四乙酯(TEOS)、甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)、四甲基硅烷(4MS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)和四甲基环四硅烷(TMCTS)中的至少一种。含碳前驱体可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一种。惰性气体可以包括氩、氦和氮中的至少一种。
第二处理气体可以包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。还可以包括惰性气体。例如，含硅前驱体和含碳前驱体的流率范围可以从约0.0sccm到约5000sccm，惰性气体的流率范围可以从约0.0sccm到约10000sccm。含硅前驱体可以包括甲硅烷(SiH4)、原硅酸四乙酯(TEOS)、甲基硅烷(1MS)、二甲基硅烷(2MS)、三甲基硅烷(3MS)、四甲基硅烷(4MS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)和四甲基环四硅烷(TMCTS)中的至少一种。含碳前驱体可以包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一种。惰性气体可以包括氩、氦和氮中的至少一种。
例如，第三处理气体的流率范围可以从约0.0sccm到约10000sccm。第三处理气体可以包括含氧气体、含氮气体和惰性气体中的至少一种。含氧气体可以包括O2、CO、NO、N2O和CO2中的至少一种。含氮气体可以包括N2和NF3中的至少一种。惰性气体可以包括Ar和He中的至少一种。
过程300在360中结束。帽层可以包括这样的材料，该材料的折射率(n)在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从约1.5到约2.5，消光系数(k)在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从约0.10到约0.9。
帽层可以包括范围从约5.0nm到约40.0nm的厚度，并且沉积速率的范围可以从约50埃/min到约5000埃/min。帽层沉积时间可以从约5秒变化到约180秒。
在替换实施例中，可以在帽层沉积处理期间利用第二RF源向下电极提供BRF信号。例如，第二RF源可以工作的频率范围从约0.1MHz到约200MHz。或者，第二RF源可以工作的频率范围从约0.2MHz到约30MHz，或者从约0.3MHz到约15MHz。第二RF源可以工作的功率范围从约0.1W到约1000W。或者，第二RF源可以工作的功率范围从约0.1W到约500W。
压强控制系统可以耦合到室，并且可以利用压强控制系统来控制室压强。例如，室压强的范围可以从约0.1mTorr到约100Torr。
温度控制系统可以耦合到衬底夹持器，并且可以利用温度控制系统来控制衬底温度。例如，衬底温度的范围可以从约0℃到约500℃。温度控制系统也可以耦合到室壁，并且可以利用温度控制系统来控制室壁的温度。例如，室壁温度的范围可以从约0℃到约500℃。另外，温度控制系统可以耦合到喷淋板组件；并且可以利用温度控制系统来控制喷淋板组件的温度。例如，喷淋板组件温度的范围可以从约0℃到约500℃。
此外，衬底夹持器可以包括ESC，并且可以向ESC提供DC电压以将衬底钳制在衬底夹持器上。例如，DC电压的范围可以从约-2000V到约+2000V。
图4示出了根据本发明实施例在用于在衬底上沉积TERA层的过程中所用的一组示例性工艺。在第一步中，将处理气体引入到室中，并建立工作压强。例如，室压强可以建立在约8Torr，并且第一步的持续时间可以为60秒。处理气体可以包括含硅前驱体、含碳前驱体和惰性气体。在替换实施例中，可以使用不同的压强，并且可以使用不同的持续时间。
在第二步中，可以执行稳定处理。例如，可以改变一种或多种处理气体的流率，并且可以向ESC施加钳制电压。
在第三步中，可以沉积TERA层的底层部分。第一RF源可以向上电极提供RF信号(TRF)，第二RF源可以向下电极提供RF信号(BRF)，下电极可以是衬底夹持器的一部分。例如，TRF的频率范围可以从约0.1MHz到约200MHz，TRF功率范围可以从约10W到约10000W。同样，BRF的频率范围可以从约0.1MHz到约200MHz，BRF功率范围可以从约0.1W到约1000W。BRF信号在底层沉积处理期间提供沉积速率的控制。在图示实施例(图4)中，TRF频率约为13.56MHz；TRF功率约为700W；BRF频率约为2MHz；BRF功率约为50W；ESC电压约为-200V。在替换实施例中，可以使用不同的频率、功率水平和钳制电压。
在第四步中，可以执行预备处理。可以更改TRF和BRF信号水平，可以改变处理气体，并且可以修改流率。在图示实施例(图4)中，TRF信号被关闭；BRF信号被关闭；ESC电压约为-200V。另外，改变含硅前驱体的流率，并且含氧气体被供应到处理室中。或者，等离子体可被关闭，并且室压强的范围可以从约1mTorr到约20Torr，且处理气体包括含硅前驱体、含碳前驱体、含氧气体和惰性气体中的至少一种。或者，可以维持等离子体，同时向室提供惰性气体。或者，可以去掉底层沉积和帽层沉积之间的第四步，从而使帽层沉积在底层沉积之后立即发生。
在第五步中，可以沉积TERA层的帽层部分。第一RF源可以向上电极提供RF信号(TRF)，并且可以向处理室提供处理气体的不同组合。例如，TRF的频率范围可以从约0.1MHz到约200MHz，TRF功率范围可以从约10W到约10000W。另外，处理气体的组合可以包括含硅前驱体、含碳前驱体、含氧气体和惰性气体。在图示实施例(图4)中，TRF频率约为13.56MHz；TRF功率约为400W；ESC电压约为-200V；含硅前驱体包括3MS，含氧气体包括CO2，惰性气体包括He。在替换实施例中，可以使用不同的频率、功率水平和气体。
在第六步和第七步中，可以执行净化处理。例如，可以改变一种或多种处理气体的流率；可以更改TRF信号；可以改变ESC电压；并且可以修改压强。在图示实施例(图4)中，TRF信号被关闭；含硅前驱体的流率被设为0；含氧气体的流率被设为0；惰性气体的流率保持恒定；ESC电压被设为0。
在第八步中，室被抽空，压强降低。例如，在该步期间不向室提供处理气体。
在第九步中，可以增大室压强。例如，可以向处理室供应一种或多种处理气体，并且室压强可以维持在预定水平。在图示实施例(图4)中，RF信号被关闭；含硅前驱体的流率被设为0；含碳前驱体的流率被设为0；含氧气体的流率被设为约36sccm；惰性气体的流率被设为约600sccm；室压强维持在约2Torr。
在第十步中，可以执行放电处理。例如，TRF信号可用来建立等离子体。在图示实施例(图4)中，TRF信号被开启；含硅前驱体的流率被设为0；含碳前驱体的流率被设为0；含氧气体的流率被设为约36sccm；惰性气体的流率被设为约600sccm；室压强维持在约2Torr。
在第十一步中，可以执行抬升处理。例如，抬升钉可以伸出以将衬底抬离衬底夹持器。
在第十二步中，可以执行净化处理。例如，可以更改TRF信号，并且可以改变室压强。在图示实施例(图4)中，TRF信号被关闭；含硅前驱体的流率被设为0；含碳前驱体的流率被设为0；含氧气体的流率被设为约36sccm；惰性气体的流率被设为约600sccm；室压强从约2Torr开始减小。
在第十三步中，室被抽空，压强降低。例如，在该步期间不向室提供处理气体。
以上示例说明了通过利用PECVD过程沉积底层和帽层可以沉积TERA层，其中向底电极施加小量的第二RF功率可以增大底层沉积处理期间的沉积速率。
在该实施例中，在一个室中顺序沉积TERA底层和帽层。在底层和帽层沉积之间的时间段中，等离子体被关闭。在替换实施例中，可以在同一室中顺序沉积TERA底层和帽层，而不用关闭等离子体。在替换实施例中，可以在分离的室中沉积TERA底层和帽层。
在该实施例中，在底层和顶层沉积之间室被保持在特定压强。在替换实施例中，在层沉积之间室可被抽空。
这些实施例通过向底电极施加小量的RF功率，提供了显著增加的沉积速率。先前的处理系统对底电极使用了更高的RF功率以向处理提供刻蚀成分。
表1中所示的数据图示了用于本发明示例性实施例的处理条件。用于膜A和膜B的处理条件基本相同，除了膜B是利用低功率背面RF沉积的以外。膜B的沉积速率超过了膜A的沉积速率的两倍，实际上几乎是膜A沉积速率的三倍。另外，由卢瑟福背散射光谱仪(RBS)测得的膜B的密度明显比膜A的高。还观察到了这两种膜的折射率和消光系数的差别。从该示例来看，低功率背面RF对沉积速率和膜性质的影响很明显。
  膜A   膜B
  不加底部RF   加底部RF
  TRF＝700W   TRF＝700W
  BRF＝0W   BRF＝50W
  间隙＝48mm   间隙＝48mm
  P＝8Torr   P＝8Torr
  3MS流＝100sccm   3MS流＝100sccm
  He流＝300sccm   He流＝300sccm
  加热器T＝235C   加热器T＝235C
  速率＝1180埃/min   速率＝3470埃/min
  折射率@193nm＝1.90   折射率@193nm＝1.95
  消光系数@193nm＝0.38   消光系数@193nm＝0.46
  膜密度＝1.3g/cm<sup>3</sup>   膜密度＝1.5g/cm<sup>3</sup>
表1
光刻胶技术的进步要求底部抗反射涂层(BARC)层的进步。本发明提供了用于沉积具有改进的BARC层性质的TERA叠层的装置。例如，TERA叠层具有充当规定波长下的ARC层的光学性质；相对于光刻胶的优良的刻蚀选择性；不与光刻胶相互作用，并且可以用作用于后续刻蚀操作的硬掩模层。另外，TERA叠层是可氧化的，并且可以利用湿法刻蚀处理剥离。
尽管以上仅仅详细描述了本发明的某些示例性实施例，但是本领域技术人员将容易地意识到，可以在示例性实施例中进行许多修改，而不实质上脱离本发明的新颖教导和优点。因此，所有这些修改都应当包括在本发明的范围内。

Claims (100)

1.一种用于在衬底上沉积材料的方法，所述方法包括：
将衬底放置在具有等离子体源的室中并置于耦合到RF源的衬底夹持器上；
利用PECVD在所述衬底上沉积可调节刻蚀速率抗反射涂层层，其中选择由所述RF源提供的RF功率的量，使得所述可调节刻蚀速率抗反射涂层层的至少一部分的沉积速率大于在不向所述衬底夹持器施加RF功率时的沉积速率；
净化所述室；
在所述室中创建低压；以及
执行解夹持操作。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述等离子体源具有上电极，所述衬底夹持器是可平移的，所述方法还包括：
在上电极表面和所述可平移衬底夹持器的表面之间建立间隙。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述间隙的范围从1mm到200mm。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述间隙的范围从2mm到80mm。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述沉积可调节刻蚀速率抗反射涂层层的操作包括：
在第一沉积时间期间沉积底层，其中所述底层包括这样的材料，该材料的折射率n在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从1.5到2.5，消光系数k在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从0.10到0.9；以及
在第二沉积时间期间沉积帽层，其中所述帽层包括这样的材料，该材料的折射率n在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从1.5到2.5，消光系数k在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从0.10到0.9。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述底层的厚度范围从30.0nm到500.0nm。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述等离子体源具有附加RF源，并且所述沉积底层的操作还包括：
使所述附加RF源工作在从0.1MHz到200MHz的频率范围内；以及
使所述RF源工作在从0.1MHz到200MHz的频率范围内。
8.如权利要求7所述的方法，其中：
所述附加RF源工作在1MHz到100MHz的频率范围内；并且
所述RF源工作在0.2MHz到30MHz的频率范围内。
9.如权利要求8所述的方法，其中：
所述附加RF源工作在2MHz到60MHz的频率范围内；并且
所述RF源工作在0.3MHz到15MHz的频率范围内。
10.如权利要求5所述的方法，其中所述等离子体源具有附加RF源，并且所述沉积底层的操作还包括：
使所述附加RF源工作在从10W到10000W的功率范围内；以及
使所述RF源工作在从0.1W到1000W的功率范围内。
11.如权利要求10所述的方法，其中：
所述附加RF源工作在10W到5000W的功率范围内；并且
所述RF源工作在0.1W到500W的功率范围内。
12.如权利要求5所述的方法，其中所述底层的沉积以从100埃/min到10000埃/min的速率进行。
13.如权利要求5所述的方法，其中所述第一沉积时间从5秒变化到180秒。
14.如权利要求5所述的方法，其中所述沉积底层的操作还包括：
提供第一处理气体，其中所述第一处理气体包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述提供第一处理气体的操作包括使所述含硅前驱体和/或所述含碳前驱体以第一速率流入，所述第一速率的范围从0.0sccm到5000sccm。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述含硅前驱体包括甲硅烷、原硅酸四乙酯、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷和四甲基环四硅烷中的至少一种。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述含碳前驱体包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一种。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述第一处理气体包括惰性气体，所述惰性气体包括氩、氦和氮中的至少一种。
19.如权利要求5所述的方法，其中所述沉积底层的操作还包括：
利用压强控制系统控制室压强，其中所述室压强的范围从0.1mTorr到100Torr。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述室压强的范围从0.1Torr到20Torr。
21.如权利要求5所述的方法，其中所述沉积底层的操作还包括：
向耦合到所述衬底夹持器的静电卡盘提供DC电压以将所述衬底钳制到所述衬底夹持器，其中所述DC电压的范围从-2000V到+2000V。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述DC电压的范围从-1000V到+1000V。
23.如权利要求5所述的方法，其中所述帽层的厚度范围从5.0nm到400nm。
24.如权利要求5所述的方法，其中所述等离子体源包括附加RF源，并且所述沉积帽层的操作还包括：
使所述附加RF源工作在从0.1MHz到200MHz的频率范围内。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述沉积帽层的操作还包括：
使所述RF源工作在0.1MHz到200MHz的频率范围内。
26.如权利要求5所述的方法，其中所述等离子体源包括附加RF源，并且所述沉积帽层的操作还包括：
使所述附加RF源工作在从10W到10000W的功率范围内。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述沉积帽层的操作还包括：
使所述RF源工作在0.1W到1000W的功率范围内。
28.如权利要求5所述的方法，其中所述帽层的沉积以从50埃/min到5000埃/min的速率进行。
29.如权利要求5所述的方法，其中所述第二沉积时间从5秒变化到180秒。
30.如权利要求14所述的方法，其中所述沉积帽层的操作还包括：
提供第二处理气体，其中所述第二处理气体包括含硅前驱体、含碳前驱体和含氧气体中的至少一种。
31.如权利要求30所述的方法，所述含硅前驱体和/或所述含碳前驱体以第一速率流入，和/或所述含氧前驱体以第二速率流入，所述第一速率的范围从0.0sccm到5000sccm，所述第二速率的范围从0.0sccm到10000sccm。
32.如权利要求30所述的方法，其中所述含硅前驱体包括甲硅烷、原硅酸四乙酯、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷和四甲基环四硅烷中的至少一种。
33.如权利要求30所述的方法，其中所述含碳前驱体包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一种。
34.如权利要求30所述的方法，其中所述含氧气体包括O2、CO、NO、N2O和CO2中的至少一种。
35.如权利要求30所述的方法，其中所述第二处理气体包括惰性气体，所述惰性气体包括氩、氦和氮中的至少一种。
36.如权利要求5所述的方法，还包括：
在所述底层和帽层的沉积之间关闭等离子体，同时将所述室维持在1mTorr和20Torr之间的压强，且所述处理气体包括含硅前驱体、含碳前驱体、含氧气体和惰性气体中的至少一种。
37.如权利要求5所述的方法，其中所述沉积底层和所述沉积帽层的操作还在分离的室中发生。
38.如权利要求5所述的方法，其中所述底层的沉积和所述沉积帽层的操作在同一室中顺序进行，同时在整个顺序沉积过程中保持等离子体，且所述处理气体包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。
39.如权利要求5所述的方法，其中在所述底层的沉积和所述帽层的沉积之间维持等离子体，并且所述沉积之间的反应室环境包括惰性气体。
40.如权利要求5所述的方法，其中所述沉积底层和所述沉积帽层的操作在一个室中进行，并且在沉积之间，等离子体被关闭，且对所述室进行抽空和气体净化的工序。
41.如权利要求2所述的方法，还包括：
以第一流率向耦合到所述上电极的喷淋板组件的中心区域提供第一处理气体；以及
以第二流率向所述喷淋板组件的边缘区域提供第二处理气体。
42.如权利要求41所述的方法，其中所述第一处理气体包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种，所述第二处理气体包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。
43.如权利要求41所述的方法，其中所述喷淋板组件还包括副区域，并且向所述副区域提供第三处理气体。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述第三处理气体包括含氧气体、含碳气体、含氮气体和惰性气体中的至少一种。
45.如权利要求2所述的方法，还包括：
以第一流率向耦合到所述上电极的喷淋板组件的主区域提供处理气体；以及
以第二流率向所述喷淋板组件的副区域提供另一种处理气体。
46.如权利要求45所述的方法，其中所述处理气体包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。
47.如权利要求45所述的方法，其中所述另一种处理气体包括含氧气体、含氮气体、含碳气体和惰性气体中的至少一种。
48.如权利要求1所述的方法，还包括：
利用耦合到所述衬底夹持器的温度控制系统来控制衬底温度。
49.如权利要求48所述的方法，其中所述衬底温度的范围从0℃到500℃。
50.如权利要求48所述的方法，还包括：
利用所述温度控制系统来控制至少一个室壁的温度。
51.如权利要求50所述的方法，其中所述至少一个室壁的温度的范围从0℃到500℃。
52.如权利要求48所述的方法，还包括：
利用所述温度控制系统来控制喷淋板组件的温度。
53.如权利要求52所述的方法，其中所述喷淋板组件的温度的范围从0℃到500℃。
54.如权利要求1所述的方法，其中所述解夹持操作包括：
提供处理气体。
55.如权利要求54所述的方法，其中所述处理气体包括含氧气体和含碳前驱体中的至少一种。
56.如权利要求1所述的方法，其中所述在衬底上沉积可调节刻蚀速率抗反射涂层层的操作包括沉积至少两层作为所述可调节刻蚀速率抗反射涂层层。
57.如权利要求1所述的方法，其中所述可调节刻蚀速率抗反射涂层层的特性取决于由所述RF源提供的RF功率的量。
58.如权利要求57所述的方法，其中所述可调节刻蚀速率抗反射涂层层的密度大于在不向所述衬底夹持器施加RF功率时的密度。
59.一种用于在衬底上沉积可调节抗刻蚀抗反射涂层层的PECVD系统，所述PECVD系统包括：
具有衬底夹持器的室；
布置来在所述室中创建等离子体的等离子体源；
耦合到所述衬底夹持器的RF源；
耦合到所述室的气体供应系统；
耦合到所述室的压强控制系统；
耦合到所述衬底夹持器的静电卡盘；和
用于向所述静电卡盘提供DC电压以将所述衬底钳制到所述衬底夹持器的装置，
其中选择由所述RF源提供的RF功率的量，使得所述可调节刻蚀速率抗反射涂层层的至少一部分的沉积速率大于在不向所述衬底夹持器施加RF功率时的沉积速率。
60.如权利要求59所述的PECVD系统，还包括：
耦合到所述室的传送系统，用于将衬底放置在所述衬底夹持器上。
61.如权利要求59所述的PECVD系统，其中所述衬底夹持器是可平移的，所述等离子体源包括上电极，并且所述可平移衬底夹持器被配置为在上电极表面和所述可平移衬底夹持器的表面之间建立间隙。
62.如权利要求61所述的PECVD系统，其中所述间隙的范围从1mm到200mm。
63.如权利要求61所述的PECVD系统，其中所述间隙的范围从2mm到80mm。
64.如权利要求59所述的PECVD系统，其中所述等离子体源包括另一RF源和上电极，所述另一RF源被配置为向所述上电极提供TRF信号，其中所述另一RF源工作在从0.1MHz到200MHz的频率范围内。
65.如权利要求64所述的PECVD系统，其中所述另一RF源工作在从1MHz到100MHz的频率范围内。
66.如权利要求65所述的PECVD系统，其中所述另一RF源工作在从2MHz到60MHz的频率范围内。
67.如权利要求64所述的PECVD系统，其中所述另一RF源工作在从10W到10000W的功率范围内。
68.如权利要求67所述的PECVD系统，其中所述另一RF源工作在从10W到5000W的功率范围内。
69.如权利要求59所述的PECVD系统，其中所述RF源被配置为向所述可平移衬底夹持器提供BRF信号，其中所述RF源工作在从0.1MHz到200MHz的频率范围内。
70.如权利要求69所述的PECVD系统，其中所述RF源工作在从0.2MHz到30MHz的频率范围内。
71.如权利要求70所述的PECVD系统，其中所述RF源工作在从0.3MHz到15MHz的频率范围内。
72.如权利要求69所述的PECVD系统，其中所述RF源工作在从0.1W到1000W的功率范围内。
73.如权利要求72所述的PECVD系统，其中所述RF源工作在从0.1W到500W的功率范围内。
74.如权利要求59所述的PECVD系统，其中所述气体供应系统包括喷淋板组件，并且所述气体供应系统向所述喷淋板组件的中心区域提供第一处理气体，向所述喷淋板组件的边缘区域提供第二处理气体。
75.如权利要求74所述的PECVD系统，其中所述第一处理气体包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。
76.如权利要求75所述的PECVD系统，其中所述含硅前驱体和/或所述含碳前驱体的流率范围从0.0sccm到5000sccm。
77.如权利要求75所述的PECVD系统，其中所述含硅前驱体包括甲硅烷、原硅酸四乙酯、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷和四甲基环四硅烷中的至少一种。
78.如权利要求75所述的PECVD系统，其中所述含碳前驱体包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一种。
79.如权利要求75所述的PECVD系统，其中所述第一处理气体包括惰性气体，所述惰性气体包括氩、氦和氮中的至少一种。
80.如权利要求74所述的PECVD系统，其中所述第二处理气体包括含硅前驱体和含碳前驱体中的至少一种。
81.如权利要求80所述的PECVD系统，其中所述含硅前驱体和/或所述含碳前驱体的流率范围从0.0sccm到5000sccm。
82.如权利要求80所述的PECVD系统，其中所述含硅前驱体包括甲硅烷、原硅酸四乙酯、甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、八甲基环四硅氧烷和四甲基环四硅烷中的至少一种。
83.如权利要求80所述的PECVD系统，其中所述含碳前驱体包括CH4、C2H4、C2H2、C6H6和C6H5OH中的至少一种。
84.如权利要求80所述的PECVD系统，其中所述第二处理气体包括惰性气体，所述惰性气体包括氩、氦和氮中的至少一种。
85.如权利要求74所述的PECVD系统，其中所述喷淋板组件包括副区域，并且所述气体供应系统被配置为向所述副区域提供第三处理气体。
86.如权利要求85所述的PECVD系统，其中所述第三处理气体包括含氧气体、含氮气体和惰性气体中的至少一种。
87.如权利要求85所述的PECVD系统，其中所述第三处理气体的流率范围从0.0sccm到10000sccm。
88.如权利要求86所述的PECVD系统，其中所述含氧气体包括O2、CO、NO、N2O和CO2中的至少一种。
89.如权利要求86所述的PECVD系统，其中所述含氮气体包括N2和NF3中的至少一种。
90.如权利要求86所述的PECVD系统，其中所述惰性气体包括Ar和He中的至少一种。
91.如权利要求59所述的PECVD系统，其中所述压强控制系统包括用于控制室压强的至少一个干燥泵。
92.如权利要求91所述的PECVD系统，其中所述室压强的范围从0.1mTorr到100Torr。
93.如权利要求59所述的PECVD系统，还包括耦合到所述衬底夹持器的温度控制系统，所述温度控制系统被配置为控制衬底温度。
94.如权利要求93所述的PECVD系统，其中所述衬底温度的范围从0℃到500℃。
95.如权利要求93所述的PECVD系统，其中所述温度控制系统耦合到至少一个室壁，并且还被配置为控制所述至少一个室壁的温度。
96.如权利要求95所述的PECVD系统，其中所述至少一个室壁的温度的范围从0℃到500℃。
97.如权利要求93所述的PECVD系统，其中所述气体供应系统包括喷淋板组件，所述温度控制系统耦合到所述喷淋板组件，并且还被配置为控制所述喷淋板组件的温度。
98.如权利要求97所述的PECVD系统，其中所述喷淋板组件的温度的范围从0℃到500℃。
99.如权利要求59所述的PECVD系统，其中所述DC电压的范围从-2000V到+2000V。
100.如权利要求59所述的PECVD系统，其中所述可调节刻蚀速率抗反射涂层层包括在第一沉积时间期间沉积的底层和在第二沉积时间期间沉积的帽层，其中所述底层包括这样的材料，该材料的折射率n在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从1.5到2.5，消光系数k在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从0.10到0.9，所述帽层包括这样的材料，该材料的折射率n在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从1.5到2.5，消光系数k在以248nm、193nm和157nm波长中的至少一个测量时范围从0.10到0.9。
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