一种DARC薄膜的低温沉积方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种DARC薄膜的低温沉积方法。

背景技术：

抗蚀剂在曝光过程中由于其折射率和基底材料折射率不匹配，在基底表面产生的反射光和入射光相互干渉而形成驻波。光强的驻波分布使抗蚀剂内部的光敏化合物(Photo Active Compound，PAC)的浓度也呈驻波分布，从而使抗蚀剂在显影后边缘轮廓有一定的起伏。

抑制驻波效应的方法有很多，采用抗反射涂层(Anti Reflective Coating，ARC)是目前应用较广泛的工艺，图1为现有技术中用于消除驻波效应的典型光刻结构，采用底部抗反射涂层9(Bottom Anti Reflective Coating,BARC)+介电抗反射涂层10(Dielectric Anti Reflective Coating，DARC)组合调节基底光学参数，降低驻波效应对光刻的影响，具体的，通过等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)在位于晶元最上层的BARC层的上表面生成DARC层，光刻胶层11(Photoresist，PR)位于DARC层的上表面，PR层11上表面可选择的生成顶部防反射涂层12(Top Anti Reflective Coating，TARC)。

在晶元上形成ARC时常采用等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)，其原理是：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜。通常采用一PECVD反应器5，在PECVD反应器5内设置至少四个反应基座6，每个反应基座6上分别设有具有温控装置，晶元1放置在反应基座6上，在晶元1的上下两侧分别设置上电极和下电极，所述上电极和所述下电极分别连接高频功率源和低频功率源以在PECVD反应器5内形成等离子体，利用等离子体放电促使气体分子的分解、化合、促进反应活性基因(次生分子)生成，同时为扩散至衬底表面的次生提供能量，使它们在没有高衬底温度条件下进一步沿衬底表面扩散形成薄膜。

图2为现有技术中用于消除驻波效应的典型装置，其目的是在晶元最上方的BARC层的上表面形成DARC层，采用环形流水线作业模式，晶元1被机械手2从第一等待位3传送到进口4处，从第二输入口4处进入PECVD反应器5内，PECVD反应器5内设有中心对称的四个反应基座6，晶元1顺序经过四个反应基座6的位置完成薄膜(DARC层)的整个生长过程后从第二输出口7处被送出，晶元1在每个反应基座6上的反应时间均为DARC层的完整生长周期的四分之一，从而有效提高生产效率，最后晶元1被机械2手传送到第二等待位8。

但是，BARC层为柔性材料，在柔性衬底上沉积薄膜易形成扭曲，使用流水型生长模式，晶元在PECVD反应器的腔体内进行传送的过程中，考虑到BARC层的特性，需要采用较低的温度沉积DARC层以避免生成的DARC层薄膜产生缺陷，现有技术无法解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种能够在低温下下提高薄膜质量的DARC薄膜的低温沉积方法。

一种DARC薄膜的低温沉积方法，适用于在晶元表面的BARC层上形成DARC层；提供一等离子体增强化学气相沉积反应器，所述等离子体增强化学气相沉积反应器内设有反应基座，所述方法包括：

步骤S1、向所述等离子体增强化学气相沉积反应器内输入用于生成所述DARC层的反应物；

步骤S2、所述晶元在所述反应基座上按照第一预设参数进行预沉积操作；

步骤S3、在完成所述预沉积操作后的所述晶元表面按照第二预设参数进行主沉积操作；

步骤S4、在完成所述主沉积操作的所述晶元表面按照第三预设参数进行自检沉积操以形成所述DARC层。

优选的，所述反应物包括SiH4气体、N2O气体以及N2气体。

优选的，所述第一预设参数包括：

所述等离子体增强化学气相沉积反应器内的温度为210℃；

所述等离子体增强化学气相沉积反应器内的压强为1.7Torr；

所述预沉积操作的时间为1S；

高频功率源的功率值为594W；

反应物SiH4气体的流速为720sccm；

反应物N2O气体的流速为400sccm；

反应物N2气体的流速为8800sccm。

优选的，所述第二预设参数包括：

所述等离子体增强化学气相沉积反应器内的温度为210℃；

所述等离子体增强化学气相沉积反应器内的压强为1.7Torr；

所述主沉积操作的时间为2.91S；

高频功率源的功率值为594W；

反应物SiH4气体的流速为720sccm；

反应物N2O气体的流速为400sccm；

反应物N2气体的流速为8800sccm。

优选的，所述第三预设参数包括：

所述等离子体增强化学气相沉积反应器内的温度为210℃；

所述等离子体增强化学气相沉积反应器内的压强为1Torr；

所述后沉积操作的时间为3.5S；

高频功率源的功率值为594W；

反应物SiH4气体的流速为720sccm；

反应物N2O气体的流速为400sccm；

反应物N2气体的流速为8800sccm。

优选的，所述等离子体增强化学气相沉积反应器上设有第一输入口和第一输出口，所述第一输入口用于输入所述反应物，所述第一输出口用于输出DARC薄膜生成过程中产生的副产物。

优选的，所述等离子体增强化学气相沉积反应器上设有第二输入口和第二输出口，所述第二输入口用于输入所述晶元，所述第二输出口用于输出所述晶元。

一种DARC薄膜的低温沉积方法，适用于在晶元表面的BARC层上形成DARC层；应用如上述的DARC薄膜的低温沉积方法，提供一等离子体增强化学气相沉积反应器，所述等离子体增强化学气相沉积反应器内设有复数个所述反应基座，所述方法包括：

步骤A1、将所述晶元顺序输送至每个所述反应基座并在在每个所述反应基座上分别进行上述的沉积方法以形成一所述DARC层。

优选的，所述等离子体增强化学气相沉积反应器内的所述反应基座的数量为四个，且所述四个反应基座均匀布设在所述等离子体增强化学气相沉积反应器的中心周围，且两两所述反应基座之间关于所述等离子体增强化学气相沉积反应器的中心呈中心对称分布。

优选的，所述晶元在每个所述反应基座上的沉积时间相同。

本发明的有益效果是：本发明设置合适高频功率源保证化学反应在低温条件下顺利进行，消除柔性衬底上沉积易产生的扭曲缺陷；在主沉积操作前后设置合理的预沉积操作和后沉积操作，预沉积操作提高薄膜成核密度，后沉积操作降低腔体残余气体影响，从而解决晶元在传输过程中因反应不充分，产生过多表面缺陷的问题，在低温下于晶元表面的BARC层上形成高平整度、低缺陷密度的DARC层，有利于后期在晶元的DARC层上生成PR层。

附图说明

图1为现有技术中，用于消除驻波效应的典型光刻结构示意图；

图2为现有技术中，用于消除驻波效应的典型装置示意图；

图3为本发明的一种优选实施例中，用于消除驻波效应的典型光刻结构示意图；

图4为本发明的一种优选实施例中，用于消除驻波效应的典型装置示意图；

图5为本发明的一种优选实施例中，DARC薄膜的低温沉积方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

如图3-5所示，一种DARC薄膜的低温沉积方法，适用于在晶元1表面最上方的BARC层9上形成DARC层10，晶元1表面与BARC层9之间也可设置其他薄膜层；提供一等离子体增强化学气相沉积反应器5，上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内设有反应基座6，上述方法包括：

步骤S1、向上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内输入用于生成上述DARC层10的反应物；

步骤S2、上述晶元1在上述反应基座6上按照第一预设参数进行预沉积操作；

步骤S3、在完成上述预沉积操作后的上述晶元1表面按照第二预设参数进行主沉积操作；

步骤S4、在完成上述主沉积操作后的上述晶元1表面按照第三预设参数进行后沉积操作，以形成上述DARC层10；

经过上述预沉积操作、上述主沉积操作以及上述后沉积操作后于上述晶元1表面的BARC层9上形成一上述DARC层10。

本实施例中，在主沉积操作前后设置合理的预沉积操作和后沉积操作，预沉积操作提高薄膜成核密度，后沉积操作降低腔体残余气体影响，从而解决晶元1在传输过程中因反应不充分，产生过多表面缺陷的问题，在晶元1最上方的BARC层9的上表面形成高平整度、低缺陷密度的DARC层10。

进一步的，DARC层10可单独作为ARC降低驻波对后续形成的PR层11的影响；DARC层10可与BARC层9组合降低驻波对后续形成的PR层11的影响；本发明技术方案的工艺架构可移植至低温氧化物(low temperature oxidation，LTO)的生长。

本发明较佳的实施例中，上述反应物包括SiH4气体、N2O气体以及N2气体。

本实施例中，SiH4气体、N2O气体以及N2气体在PECVD反应器内的反应为如下述公式：

SiH₄+N₂O+N₂→Si_XO_YN_Z+byproducts(副产物)； (1)

向等离子体增强化学气相沉积反应器5内输入SiH4气体、N2O气体以及N2气体，经PECVD工艺后在晶元1最上方的BARC层9的上表面生成DARC薄膜，上述DARC薄膜的成分即为公式中的Si_XO_YN_Z，在反应过程中生成的副产物需要从等离子体增强化学气相沉积反应器5中排出。

本发明较佳的实施例中，上述第一预设参数包括：上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内的温度为210℃；上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内的压强为1.7Torr；上述预沉积操作的时间为1S；高频功率源的功率值为594W；上述SiH4气体的流速为720sccm；上述N2O气体的流速为400sccm；上述N2气体的流速为8800sccm。

在本实施里中，设置合适高频功率源保证化学反应在低温条件下顺利进行，消除柔性衬底上沉积易产生的扭曲缺陷。

本发明较佳的实施例中，上述第二预设参数包括：上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内的温度为210℃；上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内的压强为1.7Torr；上述预沉积操作的时间为.91S；高频功率源的功率值为594W；上述SiH4气体的流速为720sccm；上述N2O气体的流速为400sccm；上述N2气体的流速为8800sccm。

在本实施里中，设置合适高频功率源保证化学反应在低温条件下顺利进行，消除柔性衬底上沉积易产生的扭曲缺陷。

本发明较佳的实施例中，上述第三预设参数包括：上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内的温度为210℃；上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内的压强为1Torr；上述预沉积操作的时间为3.5S；高频功率源的功率值为594W；上述SiH4气体的流速为720sccm；上述N2O气体的流速为400sccm；上述N2气体的流速为8800sccm。

在本实施里中设置合适高频功率源保证化学反应在低温条件下顺利进行，消除柔性衬底上沉积易产生的扭曲缺陷。

本发明较佳的实施例中，上述等离子体增强化学气相沉积反应器5上设有第一输入口(图中未示出)和第一输出口(图中未示出)，上述第一输入口用于输入上述反应物，上述第一输出口用于输出DARC薄膜生成过程中产生的副产物。

本发明较佳的实施例中，上述等离子体增强化学气相沉积反应器5上设有第二输入口4和第二输出口7，上述第二输入口4用于输入上述晶元1，上述第二输出口7用于输出上述晶元1。

一种DARC薄膜的低温沉积方法，适用于在晶元1表面的BARC层9上形成DARC层10；应用如权利要求1上述的DARC薄膜的低温沉积方法，提供一等离子体增强化学气相沉积反应器5，上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内设有复数个上述反应基座6，上述方法包括：

步骤A1、向上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内输入用于生成上述DARC层10的反应物；

步骤A2、将上述晶元1顺序输送至每个上述反应基座6并在在每个上述反应基座6上分别进行沉积操作，以形成一上述DARC层10；

上述沉积操作包括：

按照上述第一预设参数进行的上述预沉积操作；

按照上述第二预设参数进行的上述主沉积操作；

按照上述第三预设参数进行的上述后沉积操作。

本发明较佳的实施例中，上述等离子体增强化学气相沉积反应器5内的上述反应基座6的数量为四个，且上述四个反应基座6均匀布设在上述等离子体增强化学气相沉积反应器5的中心周围，且两两上述反应基座6之间关于上述等离子体增强化学气相沉积反应器5的中心呈中心对称分布。

在本实施例中，晶元1送入等离子体增强化学气相沉积反应器5后由机械臂2将晶元传送到第一等待位3处，由第一等待位3处经第二输入口4输送至距离第二输入口4最近的反应基座6上进行沉积操作，在第一次的沉积操作完成后，晶元1被顺序传送至下一个反应基座6继续进行上述沉积操作直到顺序经过所有反应基座6后完成一次薄膜生成，之后通过第二输出口7输出到第二等待位8处，再由机械臂2将晶元送出等离子体增强化学气相沉积反应器5。

进一步的，晶元在每个反应基座6上的上述沉积操作的时间相同。

在整个薄膜的生长周期内完成反应物送入等离子体增强化学气相沉积反应器5内、反应物生成次生分子和副产物、次生分子扩散、次生分子吸附在衬底上、次生分子在衬底表面扩散、次生分子与衬底表面反应、次生分子在衬底表面生成连续薄膜、副产物脱附、副产物移除的操作。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。