专利名称：多层式电介质抗反射层及其形成方法
技术领域：
本发明是关于半导体微影制程，特别有关于微影制程中的抗反射层，更明确而言，是有关于一种多层式电介质抗反射层与其形成方法。
由于越来越多高反射基材，如硅基村或金属基材的广泛使用，在深紫外光波段的反射问题都大过可见光波段，因此导致光阻层发生驻波效应和凹缺(notching)效应将会更加严重，使得微影程序的图案转移可靠度大幅降低。
为了避免摆动效应，一般常采用下列两种方法。第一种方式是通过旋转涂布底层抗反射层(Bottom Anti-Reflection Coating，BARC)而实现。
图1所示为现有的一种底层抗反射层的光阻结构1，说明现有以BARC层改善摆动效应的设计。一般涂布光阻层16前，先以旋涂(spin-on)方式涂布一层底层抗反射层(BARC)14于基质10上，厚度约为1000-2000，接着于其上涂布光阻层16。一般底层抗反射层(BARC)14常采用一有机薄膜，当投射一微影照射光11在基质上时，有机薄膜中的有机成分(OrganicDye)可以吸收基质所反射的光线，以降低线宽的变异。然而此种涂层仍会随着晶圆表面的平坦度，如元件12，而产生起伏，无法实现稳定性的相位偏移(phase shift)。
第二种方式则是利用化学气相沉积方式(CVD)成长电介质抗反射层(Dielectric Anti-Reflection Coating，DARC)而实现。图2所示为现有的一种电介质抗反射涂层的光阻结构，说明现有以DARC层改善摆动效应的设计。主要是在基质20上先以化学气相沉积方式(CVD)形成一厚度约在300左右的电介质抗反射层，接着于其上形成光阻层26。这种方式特别适用于深紫外光微影技术中。DARC层受到晶圆表面的布局起伏，如元件22，的影响较小，而这种方法的主要特点是可以通过调整DARC层的材料(Si、O、N或C)比例或改变CVD的制程参数。如气体流量、压力等，则可调整DARC层的反射指数(refractive index)n与吸收系数(extinction coefficient)k值，以实现良好的相位偏移，而形成损耗性干涉，消除基质20的反射光。
然而调整上述DARC层厚度的n与k值往往随着不同的制程要求，而有不同的技术难度。想要随着不同的制程要求，将DARC层的n与k值调整到最佳条件下，使基质所反射的光线可以形成良好的损耗性干涉而被消除，则需要不断地调整形成DARC层的各种条件。
根据本发明的一种多层式电介质抗反射层与其形成方法，是适用于一基质与一光阻层之间，是在该基质上先形成一第一电介质抗反射层，接着将该第一电介质抗反射层上置于一气体电浆中以形成一第一电浆强化抗反射层，而其中该第一电介质抗反射层与该第一电浆强化反射层形成一抗反射层组合。接着在该第一电浆强化抗反射层上依序形成N层该抗反射层组合，其中N为自然数，介于1～4之间。通过上述方法，形成一多层式的电介质抗反射层结构。
在上述结构中，更可进一步包含一顶层电介质抗反射层，形成于该N层该抗反射层组合之上。
而在一较佳实施例中，N值为3，以形成总共四层的抗反射层组合作为一多层式电介质抗反射层。其中所述的电介质抗反射层可以通过电浆强化化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)，以形成氮氧化硅膜(SiOxNyHz)。而上述气体电浆可以为N2O、He、Ar、N2、O2。而在上述结构中，而该介电层可置于该气体电浆中5至20秒以完成电浆处理反应。而该多层式电介质抗反射层的总厚度可介于1000至2000间。
为了让本发明的上述目的、特征、及优点能更明显易懂，以下配合附图，作详细说明如下。
结构一图3中所示为结构一，一般常见的抗反射层结构。在基质30上，利用化学气相沉积，沉积一层1200的SiON电介质层32。沉积完后则分成三种处理方式，分别在电介质层32上形成一电浆处理薄膜34，如利用N2O电浆处理20秒(I)，或利用He电浆处理20秒(II)，或者不进行电浆处理(III)。
结构二图4中所示为结构二，一种多次沉积的电介质抗反射层结构。在基质40上，利用化学气相沉积分四次沉积四层厚度各为300的SiON电介质层，而形成总厚度亦为1200的介电层作为抗反射层42。然而其间任何界面间均不做电浆处理。
结构三图5中所示为结构三，根据本发明的一实施例中的一种多层式电介质抗反射层结构。在基质50上，先以电浆强化化学气相沉积方式，沉积一层300氮氧化硅膜(SiOxNyHz)作为SiON电介质层52。接着在其上利用N2O电浆处理20秒，以形成一电浆处理薄膜54。SiON电介质层52与电浆处理薄膜54则形成一抗反射组合X。接着再依序反覆形成3层抗反射组合X，而形成电介质层与电浆处理薄膜相间，总共四层的抗反射组合的总电介质抗反射层。接着以表1说明上述三种结构的比较结果。
表1
*厚度(Thickness，T)**反射指数(Refractive Index，RI)n***吸收系数(Extinction Coefficient)k#不均匀度(Non-Uniformity，NU)在表1中，首先比较仅有一次沉积1200抗反射层的结构一的I、II与III。其中T值为实际测量沉积完的DARC层厚度值。而比较三者RI(n)与k值，可以看出表面没有经过电浆处理的III与经过20秒N2O处理的1以及20秒He处理的II并没有大大的差异，显示当一次沉积足够厚度的DARC层后，是否再经过电浆处理，对于其厚度与n及k值的改变不大。
接着比较结构二与结构三在厚度300层的性质变化。由表中的数据可以看出，没有经过电浆处理的结构二与经过20秒N2O处理的的结构三，其RI(n)与k值间有明显的差异。显示先沉积部分厚度在经过电浆处理后，可以使抗反射层的n与k值产生明显的改变。
接着比较结构二与结构三在厚度900层的性质变化。在表中数据的变化显示出相同的趋势，没有经过电浆处理的结构二与经过20秒N2O处理的结构三，其n与k值间在900层也有明显的差异。
比较结构一(I)、结构二与结构三在同为1200层的性质变化。两两比较，显示一次沉积1200的结构一(I)与经过20秒N2O电浆处理结构二，或者与结构三之间的n与k值都有明显的差异。而结构二与结构三间的n与k值差异也相当明显。
整体而言，根据本发明所设计的经20秒N2O电浆处理的多层式电介质抗反射层结构III，其n与k值都有下降的趋势。并且与无电浆处理的结构II相比，都有明显的不同因此，通过上述三种结构的比较，可以明确得知利用多层式的抗反射层，可以调整改变各抗反射组合x的n与k值。参见图5，以多层式的DARC结构，取代单一层的抗反射。当微影光线51进入光阻层时，各层界面54与基质50的反射光线，可以因为各电介质抗反射层及电浆强化抗反射层的n与k值的调整，而实现有效的损耗性干涉，消除底部基质反射光对微影制程的干扰。
因此，根据本发明中提出一种形成多层式电介质抗反射层的方法，以实现RI与K值的调整，可通过多阶段的电浆加强式的化学气相沉积法而实现，每阶段各形成整体厚度的一部份。通过适当的电浆表面处理，以改变抗反射层层间的浓度，而抗反射层的光学性质可以通过组成份的调整，或者是电浆处理的条件而适当的调整。
以下参见图5，说明根据本发明的一种形成多层式电介质抗反射层的方法。首先，在基质50上，沉积一介电层52。其中，基质50可以为一半导体硅基底，其上包含多半导体元件，而介电层52可利用电浆强化化学气相沉积(PECVD)300氮氧化硅膜(SiOxNyHz)作为SiON电介质层52，然该介电层的材料与形成方法并非以此为限。
接着于介电层52上利用电浆处理一适当时间，如以N2O电浆处理5至20秒，以形成一电浆处理薄膜54。如此，电介质层52与电浆处理薄膜54则形成一抗反射组合X。接着，根据需要，依序反覆形成数层抗反射层，较佳者是形成2-5个抗反射组合X，更佳者是形成四层抗反射组合X于基底50上。最后，则一形成电介质层与电浆处理薄膜相间的多层式电介质抗反射层，其总厚度可介于500-2000之间，较佳者是约1000。最后，于其上形成一光阻层56。
在上述方法中，较佳的电浆处理条件乃导入绚85％N2O气体，与15％氧气混合，而以RF介于500至1500瓦特的能量激发电浆。其他可采用的电浆气体可包含O2、N2、Ar、He等等。
在本发明中，上述多层式电介质抗反射层结构，可以根据不同的制程与调整条件，先进行模拟以决定各层的组成、厚度与电浆处理条件。通过选择不同层数的抗反射组合。可以在基质与光阻层之间，形成2-5层的抗反射组合堆叠结构，借以根据各种制程的状况，得到最佳的N与K值，实现理想的消除微影制程反射光的目的。
而上述多层式电介质抗反射层结构，其各层厚度范围亦可根据制程需要及效果调整，每层抗反射组合X的厚度可以相同，亦可为不同，可根据其抗反射效果加以调整。而各抗反射组合X中的各电介质层的沉积厚度可以为相同或不同，是根据其抗反射表现而定。
虽然本发明通过较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，本行业的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可能进行一些变动与润饰，因此本发明的保护范围应以权利要求书所界定的为准。
权利要求
1.一种多层式电介质抗反射层，适用于一基质与一光阻层之间，其特征在于，它包括一第一电介质抗反射层形成于该基质上；一第一电浆处理薄膜，形成于该第一电介质抗反射层上，其中该第一电介质抗反射层与该第一电浆强化反射层形成一抗反射层组合；以及在该第一电浆处理簿膜上依序形成N层该抗反射层组合，其中N为自然数，介于1-4之间。
2.如权利要求1所述的多层式电介质抗反射层，其特征在于所述的还包含一顶层电介质抗反射层，形成于该N层该抗反射层组合之上。
3.如权利要求1所述的多层式电介质抗反射层，其特征在于所述的N层为3层。
4.如权利要求1所述的多层式电介质抗反射层，其特征在于所述的等电介质抗反射层为通过电浆强化化学气相沉积所形成的氮氧化硅(SiOxNyHz)。
5.如权利要求1所述的多层式电介质抗反射层，其特征在于所述的第一电浆处理薄膜由此N2O电浆处理而形成。
6.如权利要求1所述的多层式电介质抗反射层，其特征在于所述的多层式电介质抗反射层的总厚度介于1000至2000间。
7.一种形成多层式电介质抗反射层的方法，适用于一基质与一光阻层之间，是包含下列步骤于该基质上形成一第一电介质抗反射层；将该第一电介质抗反射层上置于一气体电浆中一既定时间，以形成一第一电浆处理薄膜，使该第一电介质抗反射层与该第一电浆强化反射层形成一抗反射层组合；以及在该第一电浆处理薄膜上依序形成N层该抗反射层组合，其中N为自然数，介于1-4之间。
8.如权利要求7所述的一种形成一多层式电介质抗反射层的方法，其特征在于，还包含一步骤；在该N层该抗反射层组合的上形成一顶层电介质抗反射层
9.如权利要求7所述的一种形成一多层式电介质抗反射层的方法，其特征在于所述的N层为3层。
10.如权利要求7所述的一种形成一多层式电介质抗反射层的方法，其特征在于所述的等电介质抗反射层是通过电浆强化化学气相沉积所形成的氮氧化硅(SiOxNyHz)。
11.如权利要求7所述的一种形成一多层式电介质抗反射层的方法，其特征在于所述的气体电浆是为N2O电浆。
12.如权利要求7所述的一种形成一多层式电介质抗反射层的方法，其特征在于所述的气体电浆是选择自由He、Ar、O2与N2所组成的族群中。
13.如权利要求7所述的一种形成一多层式电介质抗反射层的方法，其特征在于所述的多层式电介质抗反射层的总厚度介于1000至2000间。
14.如权利要求7所述的一种形成一多层式电介质抗反射层的方法，其特征在于所述的该既定时间是为5至20秒。
15.一种多层式电介质抗反射层的形成方法，其特征在于，它包含下列步骤(a)沉积一介电层；(b)将该介电层置于一电浆气体中一既定时间；重复步骤(a)与(b)，形成一多层式堆叠，直至实现该总厚度为止；测量该多层式堆叠的吸收系数与反射指数值；根据该吸收系数与反射指数的测量值调整后续制程条件，其中，当该多层式堆叠实现该总厚度时，即形成该具有既定反射指数与吸收系数的多层式介电抗反射层。
16.如权利要求15所述的多层式电介质抗反射层的形成方法，其特征在于所述的介电层是通过电浆强化化学气相沉积所形成的氮氧化硅(SiOxNyHz)。
17.如权利要求15所述的多层式电介质抗反射层的形成方法，其特征在于所述的电浆气体是为N2O电浆。
18.如权利要求15所述的多层式电介质抗反射层的形成方法，其特征在于所述的气体电浆是选择自由He、Ar、O2与N2所组成的族群中。
19.如权利要求15所述的多层式电介质抗反射层的形成方法，其特征在于所述的步骤(a)与(b)是重复2至5次。
20.如权利要求15所述的多层式电介质抗反射层的形成方法，其特征在于所述的总厚度是介于1000至2000。
21.如权利要求15所述的多层式电介质抗反射层的形成方法，其特征在于所述的步骤(b)的该既定时间是为5至20秒。
22.如权利要求15所述的多层式电介质抗反射层的形成方法，其特征在于，还包含在步骤(a)进行之前，先进行模拟以决定该多层式堆叠中各层的组成、厚度与电浆处理条件。
全文摘要
一种多层式电介质抗反射层，适用于一基质与一光阻层之间，是在该基质上依序形成第一电介质抗反射层，接着在该第一电介质抗反射层上进行特别的电浆处理，如N
文档编号G03F7/00GK1445818SQ0210742
公开日2003年10月1日 申请日期2002年3月15日 优先权日2002年3月15日
发明者陆志诚, 陈启群, 张文 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司