[發明專利]利用等離子體增強化學氣相沉積來沉積共形無定形碳膜層的方法

無效

• 申請號: 200980140806.8
• 申請日: 2009-10-12
• 公開（公告）號: CN102187432A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 光得·道格拉斯·李;盛井貴司;鈴木洋一;蘇達·拉西;馬丁·杰·西蒙斯;迪內士·帕德希;金柏涵;辛西婭·佩格丹根安
• 申請（專利權）人: 應用材料股份有限公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H01L21/31
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;鐘強

發明背景

發明領域

本發明實施方式大體而言有關于集成電路的制造，并且更明確地說，有關于在一半導體基板上沉積一無定形碳層。

相關技術的描述

集成電路已發展為可在單一個芯片上容納數百萬個晶體管、電容器和電阻器的復雜器件。芯片設計的發展持續要求更快的電路及更大的電路密度。對于更快的電路以及更大的電路密度的要求也對用來制造此類集成電路的材料加諸相對應的要求。明確地說，隨著集成電路零組件的尺寸縮小至次微米尺寸，不僅必須使用低電阻系數的導電材料，例如銅，以改善器件的電氣效能，并且也必須使用低介電常數絕緣材料，常稱為低k介電材料。低k介電材料一般具有低于3.8的介電常數。

制造具有低k介電材料以及極少或沒有表面缺陷或特征結構變形的器件是困難的。介電常數低于約3.0的低k介電材料常是多孔且容易在隨后的工藝步驟期間被刮傷或受損，因此增加缺陷形成在該基板表面上的可能性。此類低k介電材料通常是易碎的且可能在傳統研磨工藝下變形，例如化學機械研磨(CMP)。一種限制或減少此類低k介電材料的表面缺陷及變形的解決方法是在圖案化及蝕刻之前，先在暴露出的低k介電材料上沉積硬掩模(hardmask)。該硬掩模避免脆弱的低k介電材料損壞及變形。此外，硬掩模層結合傳統光刻(lithographic)技術可作用為蝕刻掩模，以避免低k介電材料在蝕刻期間被除去。

此外，硬掩模幾乎在集成電路制造工藝的每一個步驟中使用，用于前端和后端工藝兩者。隨著器件尺寸縮小以及圖案結構日益復雜和難以制造，蝕刻硬掩模變得更加重要，因為現行光刻膠(photoresist)無法符合蝕刻抗性(etching?resistance)要求，并且光刻膠僅是用來進行影像轉移而不是在光刻和蝕刻工藝中做為蝕刻掩模。反之，接收影像圖案的硬掩模日漸成為在下方層中有效蝕刻圖案的首要材料。

無定形氫化碳是一種可用來做為金屬、無定形硅、以及介電材料，例如二氧化硅或氮化硅材料，除了其它之外，的硬掩模的材料。無定形氫化碳，也稱為無定形碳并可表示為a-C:H或α-C:H，被視為是無長程結晶序的碳材料，且可含有重要的氫含量，例如約10至45的氫原子百分比等級。已觀察到無定形碳擁有化學惰性、光學透明性、以及良好的機械性質。雖然可用若干技術來沉積a-C:H膜，但等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)因其成本效益及薄膜性質可調性而廣為使用。在一典型PECVD工藝中，一碳氫化合物來源，例如承載在一載氣中的氣態碳氫化合物或液態碳氫化合物，被通入一PECVD室內。然后在該室內起始等離子體，以產生激發的CH-自由基。所激發的CH-自由基化學性鍵結至設置在該室內的基板的表面，在其上形成預期的a-C:H膜。

就硬掩模層沉積在具有形貌特征結構的基板上的應用而言，該硬掩模層必須共形覆蓋該形貌特征結構的所有表面。此外，隨著特征結構尺寸縮小，由于光波長和圖案尺寸的限制，光刻膠材料難以正確轉移圖案。因此，日漸需要新的工藝和材料來滿足這些挑戰，其中硬掩模對于下代器件的關鍵尺寸的有效轉移變得不可或缺。

硬掩模層沉積共形性在具有下方形貌的基板上是很難實現的，例如用來對準該圖案化工藝的對準鍵。圖1標出具有特征結構111及形成在其上的非共形無定形碳層112的基板100的概要剖面圖。因為非共形無定形碳層112并非完全覆蓋特征結構111的側壁114，隨后的蝕刻工藝可能造成有害的側壁114腐蝕。側壁114由非共形無定形碳層112完整覆蓋的缺乏也可能造成非共形碳層112下方材料的光刻膠毒化(poisoning)，其已知會損傷電子器件。

因此，存有對于一種可用于集成電路制造的可共形沉積在具有形貌特征結構的基板上的材料層的沉積方法的需要。

發明概述

本發明的實施方式提供一種處理基板的方法，例如藉由在該基板上沉積一無定形碳層。該方法，根據一第一實施方式，包含將一基板設置在一基板處理室內，將碳對氫原子比大于1∶2的一碳氫化合物來源通入該處理室，將選自由氫氣、氦氣、氬氣、氮氣、及其組合物所組成的族群的一等離子體起始氣體通入該處理室，并且該碳氫化合物來源的體積流速對該等離子體起始氣體的體積流速比為1∶2或更大，在該處理室內以1瓦/平方厘米或更低的RF功率、2托或更高的壓力、以及約300℃至約480℃的溫度產生一等離子體，以及在該基板上形成一共形無定形碳層。