专利名称：通过部分刻蚀图案化抗反射涂层层的方法
技术领域：
本发明涉及用于图案化衬底上的薄膜的方法，更具体而言涉及利用部 分刻蚀的抗反射涂层(ARC)层来图案化衬底上的薄膜的方法。
背景技术：
在材料处理方法中，图案刻蚀包括向衬底的上表面施加一薄层的诸如 光刻胶之类的光敏性材料，随后对光敏性材料的薄层进行图案化以提供用 于在刻蚀期间将该图案转移到衬底上的下层薄膜的掩模。光敏性材料的图 案化一般涉及利用例如光刻系统通过光敏性材料的光罩(和关联的光学元 件)由辐射源进行曝光，接着利用显影溶剂去除光敏性材料的辐射区域 (在正性光刻胶的情况下)或非辐射区域(在负性光刻胶的情况下)。而 且，该掩模层可包括多个子层。
一旦图案被转移到下层的薄膜，就有必要在不损伤下层薄膜的材料性 能的情况下去除掩模层。例如，薄膜可包括可用在用于电子器件的生产线末端(BEOL)金属化方案中的低介电常数(低k或超低k)电介质膜。这 种材料可包括非多孔低k电介质以及多孔低k电介质，并且当暴露于用于 去除掩模层和其子层所必需的化学物质时易受到损伤，例如，介电常数的 下降、水吸附、残留物形成等等。因此，建立这样的图案转移方案是很重要的这种图案转移方案减少了在形成这种图案并且去除所必需的(一层 或多层)掩模层时损伤下层薄膜的可能性。发明内容本发明涉及用于图案化衬底上的薄膜的方法。根据一个实施例，描述了一种利用抗反射涂层(ARC)层图案化薄膜 的方法。形成在上覆于ARC层的掩模层中的图案被部分转移到ARC层， 然后掩模层被去除。其后，图案利用刻蚀工艺被完全转移到ARC层。根据另一实施例，描述了一种图案化衬底上的薄膜的方法和一种用于 图案化的计算机可读介质，包括在衬底上准备膜叠层，该膜叠层包括形 成在衬底上的薄膜、形成在薄膜上的抗反射涂层(ARC)层以及形成在 ARC层上的掩模层；在掩模层中形成图案；通过将图案转移到小于ARC 层的厚度的某一深度来将图案部分转移到ARC层；在将图案部分转移到 ARC层之后去除掩模层的剩余部分；通过刻蚀ARC层完成图案到ARC层 的转移；以及将图案转移到薄膜，同时基本消耗光ARC层。
在附图中图1A至IJ示意性地图示了用于图案化衬底上的薄膜的已知方法；图2A至2K示意性地图示了根据本发明实施例的用于图案化衬底上的薄膜的方法；以及图3图示了根据本发明实施例的用于图案化衬底上的薄膜的方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明而不是限制的目的，给出了特定的细节， 例如具体工艺和图案化系统。然而，应当理解，在脱离这些特定细节的其 他实施例中也可以实践本发明。现在参考附图，其中相似的标号在多个附图中始终指代相同或相应的 部件，图1A至1J示意性地图示了根据现有技术的图案化衬底的方法。如图1A所示，光刻结构100包括形成在衬底110上的膜叠层。膜叠层包括 形成在衬底110上的诸如电介质层之类的薄膜120、形成在薄膜120上的 有机平坦化层(OPL) 130、形成在OPL 130上的抗反射涂层(ARC)层 140以及形成在ARC层140上的光刻胶层150。如图1B所示，利用光刻系统将光刻胶层150暴露于第一图像图案 152，其后在图1C中，在显影溶剂中对第一图像图案152显影以在光刻胶 层150中形成第一图案154。利用干法刻蚀工艺将光刻胶层150中的第一 图案154转移到下层的ARC层140以形成第一 ARC图案142，如图1D所 示。现在，如图1E所示，去除光刻胶层150，并且向ARC层MR头装置 140施加第二光刻胶层160。利用光刻系统将第二光刻胶层160暴露于第 二图像图案162，如图1F所示，其后在图1G中，在显影溶剂中对第二图 像图案162显影以在第二光刻胶层160中形成第二图案164。利用刻蚀工 艺将第二光刻胶层160中的第二图案164转移到下层的ARC层140以形成 第二ARC图案144，如图1H所示。分别如图1I和1J所示，去除第二光刻胶层160，并且利用一种或多种 刻蚀工艺将第一和第二 ARC图案142和144转移到下层的OPL 130和薄 膜120以形成第一特征图案122和第二特征图案124。然而，如图1J所 示，在到薄膜120的图案转移完成时，ARC层140只被部分消耗，从而除 了剩余的OPL之外还留下了要去除的材料。发明人已经观察到，去除剩余 的ARC层所需的诸如快速刻蚀(flash etch)之类的工艺对于下层的薄膜 120的材料性能是有损害的。例如，薄膜120可包括可用在用于电子器件的生产线末端(BEOL) 金属化方案中的低介电常数(低k或超低k)电介质膜。这种材料可包括非多孔低k电介质以及多孔低k电介质，并且当暴露于用于去除ARC层 140所必需的化学物质时易受到损伤，例如，下降介电常数、吸附水、形 成残留物等等。一种选项是减小ARC层140的厚度，以使得其在转移图案到薄膜120 的期间基本被消耗光。然而，ARC层140的厚度由用于提供光刻胶层的图 案化期间的抗反射性能所给出的需求规定。例如，当ARC层被配置为引 起入射电磁(EM)辐射和反射EM辐射之间的破坏性干扰时，ARC层 140的厚度(t)应当被选为在光刻胶层的成像期间入射EM辐射的四分之 一波长(即，t~X/4、 3人/4、 5人/4等)。或者，例如，当ARC层被配置为 吸收入射EM辐射时，ARC层140的厚度(t)应当被选为足够厚以允许 入射EM辐射的吸收。在任何一种情况下，对于当前几何结构发明人都已 经观察到，提供抗反射性能所需的最小厚度仍然导致在将图案转移到下层 的薄膜之后ARC层只有部分被消耗。因此，根据本发明的实施例，在图2A至2K和图3中图示了一种图案 化衬底的方法。该方法在流程图500中示出，并且开始于510，在510中 形成光刻结构200，光刻结构200包括形成在衬底210上的膜叠层。膜叠 层包括形成在衬底210上的薄膜220、形成在薄膜220上的可选的有机平 坦化层(OPL) 230、形成在可选的OPL 230上(或者如果没有OPL 230 则形成在薄膜220上)的抗反射涂层(ARC)层240以及形成在ARC层 240上的光刻胶层250。尽管膜叠层被示为直接形成在衬底210上，但是 在膜叠层和衬底210之间可以存在额外的层。例如，在半导体器件中，膜 叠层可以适用于一个互连级的形成，并且该互连级可以形成在衬底210上 的另一互连级上。另外，薄膜220可包括单种材料层或多种材料层。例 如，薄膜220可包括具有封盖层的体材料层。薄膜220可包括导电层、非导电层或半导电层。例如，薄膜220可包 括包含金属、金属氧化物、金属氮化物、金属氧氮化物、金属硅酸盐、金 属硅化物、硅、多晶硅、掺杂硅、二氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧氮化硅 等等的材料层。另外，例如，薄膜220可包括具有小于Si02的介电常数的 标称介电常数值的低介电常数(即低k)或超低介电常数(即超低k)电 介质层，Si02的介电常数大约为4 (例如，热二氧化硅的介电常数可以从 3.8到3.9)。更具体而言，薄膜220可具有3.7或更小的介电常数，例如 从1.6到3.7的介电常数。这些电介质层可包括有机、无机或无机-有机混杂材料中的至少一种。 另外，这些电介质层可以是多孔的或非多孔的。例如，这些电介质层可包 括无机的、基于硅酸盐的材料，例如利用CVD技术沉积的掺碳氧化硅 (或有机金属硅氧烷)。这种膜的示例包括可以从Applied Materials Inc.购 得的Black Diamond CVD有机硅酸盐玻璃(OSG)膜或可以从Novellus Systems Inc.购得的Coral CVD膜。或者，这些电介质层可包括由单相组 成的多孔无机-有机混合膜，例如具有CH3键的基于氧化硅的基体，这种 CH3键阻碍了固化或沉积工艺期间膜的完全致密化从而产生小的空洞(或 孔)。又或者，这些电介质层可包括由至少两相组成的多孔无机-有机混合 膜，例如具有有机材料孔(例如孔生材料)的基于掺碳二氧化硅的基体， 这种有机材料在固化工艺期间分解并蒸发。又或者，这些电介质层可包括 无机的、基于硅酸盐的材料，例如利用SOD (旋涂电介质)技术沉积的氢 硅倍半氧垸(HSQ)或甲基硅倍半氧烷(MSQ)。这种膜的示例包括可以 从Dow Corning购得的FOx HSQ、可以从Dow Corning购得的XLK多孔 HSQ以及可以从JSR Microelectronics购得的JSR LKD-5109。又或者，这 些电介质层可包括利用SOD技术沉积的有机材料。这种膜的示例包括可 以从Dow Chemical购得的SiLK-I、 SiLK-J、 SiLK-H、 SiLK-D和多孔 SiLK^半导体介电树脂以及可以从Honeywell购得的GX-3顶和GX-3P顶半 导体介电树脂。薄膜220可利用气相沉积技术或旋涂技术来形成，气相沉积技术例如 为化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD (PECVD)、原子层沉积(ALD)、等离子体增强ALD (PEALD)、物理气相沉积(PVD)或离 子化PVD (iPVD)，旋涂技术例如为在可以从Tokyo Electron Limited(TEL)购得的Clean Track ACT 8 SOD (旋涂电介质)、ACT 12 SOD和 Lithius涂覆系统中提供的旋涂技术。Clean Track ACT 8 (200mm) 、 ACT12 (300mm)和Lithius (300mm)涂覆系统提供了用于SOD材料的涂 覆、烘焙和固化工具。涂胶显影系统(track system)可以被配置用于处理 lOOmm、 200mm、 300mm以及更大的衬底尺寸。用于在衬底上形成薄膜的 其他系统和方法对于旋涂技术和气相沉积技术领域的技术人员来说是公知 的。可选的OPL 230可包括光敏性有机聚合物或刻蚀类型的有机化合物。 例如，光敏性有机聚合物可以是聚丙烯酸酯树脂、环氧树脂、酚树脂、聚 酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、不饱和聚酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂 或苯并环丁烯树脂(BCB)。这些材料可利用旋涂技术形成。ARC层240拥有适合于用作抗反射涂层的材料性能。ARC层240可 包括有机材料或无机材料。例如，ARC层240可包括无定形碳(a-C)、 a-FC或具有结构式R:C:H:X的材料，其中R选自由Si、 Ge、 B、 Sn、 Fe、 Ti及其组合构成的组，并且X不存在或选自由O、 N、 S和F中的一种或 多种构成的组。ARC层240可以被制造为表现出这样的光学范围折射率 约为1.40<11<2.60并且消光系数大约为0.01<k<0.78。或者，折射率和消光 系数中的至少一个可以沿ARC层240的厚度渐变(或变化)。在题为 "TUNABLE VAPOR DEPOSITED MATERIALS AS ANTIREFLECTIVE COATINGS, HARDMARKS AND AS COMBINED ANTIREFLECTIVE COATING/HARDMARKS AND METHODS OF FABRICATION THEREOF AND APPLICATION THEREOF"的美国专利No. 6,316,167中提供了额外 的细节，该专利被转让给IBM公司，并且该专利的全部内容通过引用整体 结合于此。此外，ARC层240可利用包括化学气相沉积(CVD)和等离子体增强 CVD (PECVD)的气相沉积技术形成。例如，ARC层240可利用PECVD 形成，如在2003年8月21日提交的题为"METHOD AND APPARATUS FOR DEPOSITING MATERIALS WITH TUNABLE OPTICAL PROPERTIES AND ETCHING CHARACTERISTICS"的未决美国专利申请 No. 10/644,958中更详细地描述的，该申请的全部内容通过引用整体结合 于此。ARC层240的光学性能(例如折射率)可以被选为基本与下方的一 层或多层的光学性能相匹配。例如，诸如非多孔电介质膜之类的下方层可能要求实现1.4<n<2.6范围内的折射率；而诸如多孔电介质膜之类的下方 层可能要求实现1.2<11<2.6范围内的折射率。光刻胶层250可包括248nm (纳米)光刻胶、193nm光刻胶、157nm 光刻胶或EUV (极紫外)光刻胶。光刻胶层250可利用涂胶显影系统形 成。例如，涂胶显影系统可包括可以从Tokyo Electron Limited (TEL)购 得的Clean Track ACT 8、 ACT 12或Lithius光刻胶涂覆和显影系统。用于 在衬底上形成光刻胶膜的其他系统和方法对于旋涂光刻胶技术领域的技术 人员来说是公知的。在520中并且分别如图2B和2C所示，对光刻胶层250图案化和显 影。如图2B所示，利用光刻系统通过图像图案252对光刻胶层250成 像。在干法或湿法光刻系统中执行通过光罩暴露于EM辐射的操作。图像 图案可利用任何合适的传统步进光刻系统或扫描光刻系统形成。例如，光 刻系统可以从ASML Netherlands B.V. (De Run 6501, 5504 DR Veldhoven, The Netherlands)或Canon USA Inc.的半导体设备分部(3300 North First Street, San Jose, CA 95134 )购得。如图2C所示，经过曝光的光刻胶层250经历显影工艺以去除图像图 案252，并在光刻胶层250中形成掩模图案254。显影工艺可包括在显影 系统(例如涂胶显影系统)中将衬底暴露于显影溶剂。例如，涂胶显影系 统可包括可以从Tokyo Electron Limited (TEL)购得的Clean Track ACT 8、 ACT 12或Lithius光刻胶涂覆和显影系统。在530中并且如图2D所示，将掩模图案254部分转移到下层的ARC 层240以形成ARC图案242。 ARC图案242延伸到小于ARC层240的厚 度的某一深度。例如，掩模图案254可利用诸如干法刻蚀工艺或湿法刻蚀 工艺之类的刻蚀工艺部分转移到下层的ARC层240。或者，例如，掩模图 案254可利用干法等离子体刻蚀工艺或干法非等离子体刻蚀工艺部分转移 到下层的ARC层240。又或者，例如，掩模图案254可利用各向异性干法 刻蚀工艺、反应性离子刻蚀工艺、激光辅助刻蚀工艺、离子研磨工艺或印 刷工艺或其中两者或更多者的组合部分转移到下层的ARC层240。
在540中，去除光刻胶层250。例如，光刻胶层250可利用湿法剥离 工艺、干法等离子体灰化工艺或干法非等离子体灰化工艺来去除。其后， 如图2E所示，在ARC层240中形成可选的第二光刻胶层260。可选的第二光刻胶层260可包括248nrn (纳米)光刻胶、193nm光刻 胶、157nm光刻胶或EUV (极紫外)光刻胶。可选的第二光刻胶层260可 利用涂胶显影系统形成。例如，涂胶显影系统可包括可以从Tokyo Electron Limited (TEL)购得的Clean Track ACT 8、 ACT 12或L他ius光 刻胶涂覆和显影系统。用于在衬底上形成光刻胶膜的其他系统和方法对于 旋涂光刻胶技术领域的技术人员来说是公知的。分别如图2F和2G所示，利用可选的第二图像图案262对可选的第二 光刻胶层260成像，并且经曝光的可选的第二光刻胶层260经历显影工艺 以去除可选的第二图像图案区域，并在可选的第二光刻胶层260中形成可 选的第二掩模图案264。如图2H所示，可选的第二掩模图案264被部分转移到下层的ARC层 240以形成可选的第二 ARC图案244。可选的第二 ARC图案244延伸到 小于ARC层240的厚度的某一深度。其后，如图2I所示，去除可选的第 二光刻胶层260。其他技术可用于利用单层光刻胶对ARC层240进行两次图案化或多 次图案化。例如，单层光刻胶可以被两次成像，然后在将两次图案部分转 移到下层的ARC层之后进行去除。或者，例如，单层的光刻胶可以被成 像和显影，并且这两步可以利用同一层光刻胶进行重复。其后，在将两次 图案部分转移到下层的ARC层之后，可以去除光刻胶层。在550中并且如图2J所示，ARC图案242和可选的第二 ARC图案 244到ARC层240的转移完成，同时对ARC层240减薄。例如，ARC图 案242和可选的第二 ARC图案244可利用诸如干法刻蚀工艺或湿法刻蚀 工艺之类的刻蚀工艺基本转移ARC层240的厚度。或者，例如，刻蚀工 艺可包括干法等离子体刻蚀工艺或干法非等离子体刻蚀工艺。在基本经过 ARC层240进行的ARC图案242和可选的第二 ARC图案244的转移期 间，对平坦区域(flat-field) 246进行刻蚀并且减小ARC层240的厚度。在560中并且如图2K所示，ARC图案242和可选的第二 ARC图案 244利用一种或多种刻蚀工艺转移到下层的OPL 230 (如果存在的话)并 且转移到薄膜220，以形成特征图案222和可选的第二特征图案224。在 一种或多种刻蚀工艺期间，ARC层240基本被消耗光，如图2K所示。这 一种或多种刻蚀工艺可包括湿法或干法刻蚀工艺的任意组合。干法刻蚀工 艺可包括干法等离子体刻蚀工艺或干法非等离子体刻蚀工艺。其后，可以 去除OPL230 (如果存在的话)。尽管以上只详细描述了本发明的某些实施例，但是本领域技术人员将 很容易意识到，在实施例中可以进行许多修改，而实质上不脱离本发明的 新颖教导和优点。例如，若干实施例说明了正型可显影光刻胶和可显影 ARC层的使用；然而，可预期采用负型可显影光刻胶和可显影ARC层的 其他实施例。因此，所有这些修改都意图被包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种图案化衬底上的薄膜的方法，包括在所述衬底上准备膜叠层，所述膜叠层包括形成在所述衬底上的所述薄膜、形成在所述薄膜上的抗反射涂层层以及形成在所述抗反射涂层层上的掩模层；在所述掩模层中形成图案；通过将所述图案转移到小于所述抗反射涂层层的厚度的某一深度，来将所述图案部分转移到所述抗反射涂层层；在将所述图案部分转移到所述抗反射涂层层之后去除所述掩模层的剩余部分；通过刻蚀所述抗反射涂层层完成所述图案到所述抗反射涂层层的转移；以及将所述图案转移到所述薄膜，同时基本消耗光所述抗反射涂层层。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述在所述掩模层中形成图案的步 骤包括在光刻胶层中形成图案。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述在所述掩模层中形成图案的步 骤包括利用光刻系统采用图像图案对所述光刻胶层成像；以及 对所述光刻胶层显影以在所述光刻胶层中形成所述图像图案。
4. 如权利要求1所述的方法，其中所述将所述图案部分转移到所述抗 反射涂层层的步骤包括执行干法刻蚀、或湿法刻蚀或其组合中的至少一 种。
5. 如权利要求4所述的方法，其中所述将所述图案部分转移到所述抗 反射涂层层的步骤包括执行干法等离子体刻蚀、干法非等离子体刻蚀或其 组合。
6. 如权利要求4所述的方法，其中所述将所述图案部分转移到所述抗 反射涂层层的步骤包括执行各向异性干法刻蚀工艺、反应性离子刻蚀工 艺、激光辅助刻蚀工艺、离子研磨工艺或印刷工艺或其中两者或更多者的 组合。
7. 如权利要求1所述的方法，其中所述完成所述图案到所述抗反射涂 层层的转移的步骤包括执行湿法刻蚀工艺、或干法刻蚀工艺或其组合。
8. 如权利要求1所述的方法，其中所述形成所述掩模层的步骤包括在所述抗反射涂层层上形成248nm光刻胶、193nm光刻胶、157nm光刻胶、 或极紫外光刻胶或其中两者或更多者的组合。
9. 如权利要求1所述的方法，其中所述形成所述膜叠层的步骤还包括 在所述薄膜上形成有机平坦化层并在所述有机平坦化层上形成所述抗反射 涂层层。
10. 如权利要求9所述的方法，其中所述形成所述有机平坦化层的步 骤包括形成聚丙烯酸酯树脂、环氧树脂、酚树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺 树脂、不饱和聚酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂或苯并环丁烯树脂或 其中两者或更多者的组合。
11. 如权利要求9所述的方法，还包括在将所述抗反射涂层层中的所述图案转移到所述薄膜之前将所述图案 转移到所述有机平坦化层。
12. 如权利要求11所述的方法，其中将所述抗反射涂层层中的所述图 案转移到所述有机平坦化层的步骤包括将所述图案刻蚀到所述有机平坦化 层中。
13. 如权利要求9所述的方法，还包括 在将所述图案转移到所述薄膜之后去除所述有机平坦化层。
14. 如权利要求9所述的方法，其中将所述抗反射涂层层中的所述图 案转移到所述有机平坦化层的步骤基本消耗光所述抗反射涂层层。
15. 如权利要求1所述的方法，其中所述形成所述抗反射涂层层的步 骤包括形成有机层、无机层或这两者。
16. —种包含用于在控制系统上执行的程序指令的计算机可读介质， 所述程序指令当被所述控制系统执行时，使得图案化系统执行以下步骤在所述衬底上准备膜叠层，所述膜叠层包括形成在所述衬底上的薄 膜、形成在所述薄膜上的抗反射涂层层以及形成在所述抗反射涂层层上的 掩模层；在所述掩模层中形成图案；通过将所述图案转移到小于所述抗反射涂层层的厚度的某一深度来将 所述图案部分转移到所述抗反射涂层层；在将所述图案部分转移到所述抗反射涂层层之后去除所述掩模层的剩 余部分；通过刻蚀所述抗反射涂层层完成所述图案到所述抗反射涂层层的所述 转移；以及将所述图案转移到所述薄膜，同时基本消耗光所述抗反射涂层层。
全文摘要
描述了一种图案化薄膜的方法。该方法包括在衬底上形成要图案化的薄膜，在薄膜上形成抗反射涂层(ARC)层，并在ARC层上形成掩模层。其后，对掩模层图案化以在其中形成图案，并且利用诸如刻蚀工艺之类的转移工艺将图案部分转移到ARC层。一旦去除了掩模层，就利用刻蚀工艺将图案完全转移到ARC层，并且利用另一刻蚀工艺将ARC层中的图案转移到下层的薄膜。
文档编号H01L21/02GK101150052SQ20071015130
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月24日 优先权日2006年9月22日
发明者桑德拉·海岚德, 香农·迪恩 申请人:东京毅力科创株式会社