專利名稱：高溫沉積非晶碳層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路的制造和在基板上沉積材料的工藝。更特別地，本發(fā) 明涉及在基板上沉積碳材料的高溫工藝。
背景技術(shù)：
集成電路己經(jīng)逐步發(fā)展成了可在單個芯片上包括幾百萬個晶體 管、電容器和電阻器的復(fù)雜器件。芯片設(shè)計的發(fā)展持續(xù)需要更快的電路和更大 的電路密度。對具有更大電路密度的更快的電路的需求對用于制造這種集成電 路的材料提出了相應(yīng)的需求。特別是，由于集成電路元件的尺寸降低到亞微米 級，因此現(xiàn)在必須使用低阻導(dǎo)電材料(例如銅)以及低介電常數(shù)絕緣材料(介
電常數(shù)低于約4)來從這些元件獲得合適的電性能。
對較大集成電路密度的需求也對制造集成電路元件使用的工藝順序提出 了需求。例如，在使用常規(guī)光刻技術(shù)的工藝順序中，能量敏感的抗蝕劑層在設(shè) 置在基板上的材料層的疊層之上形成。將能量敏感的抗蝕劑層暴露給圖案的圖 像以形成光致抗蝕劑掩模。之后，使用蝕刻工藝將掩模圖案轉(zhuǎn)移到疊層中的一 個或多個材料層。選擇在蝕刻工藝中使用的化學(xué)蝕刻劑以對于疊層中的各個材 料層較對能量敏感的抗蝕劑掩模有更大的蝕刻選擇性。也就是說，化學(xué)蝕刻劑 以比能量敏感的抗蝕劑快得多的速率蝕刻疊層中的一個或多個材料層。疊層中 的一個或多個材料層的大于抗蝕劑的蝕刻選擇性防止了在圖案轉(zhuǎn)移完成之前 能量敏感的抗蝕劑被消耗掉。由此，高選擇性蝕刻劑促進了精確的圖案轉(zhuǎn)移。
由于相對于技術(shù)極限擴展用于形成半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的幾何極限，因此對 于在制造具有小的臨界尺寸和高縱橫比的各種結(jié)時精確的圖形轉(zhuǎn)移的需求變 得曰益困難。例如，為了控制圖案的分辨率，已經(jīng)減小了能量敏感的抗蝕劑的 厚度，如193nm的抗蝕劑層。由于受到化學(xué)蝕刻劑的侵蝕，如此薄的抗蝕劑 層(例如薄于約2000A)在圖案轉(zhuǎn)移步驟期間不足以掩蔽下部的各材料層。由 于被稱作硬掩模層的中間層(例如氧氮化硅、碳化硅或碳薄膜)能夠較好地抵 抗化學(xué)蝕刻劑，因此其通常用在能量敏感的抗蝕劑層和下部各材料層之間，以利于圖案轉(zhuǎn)移。當(dāng)蝕刻材料以形成具有大于約5:1的縱橫比和/或小于約50nm 的臨界尺寸的結(jié)構(gòu)時，將用于把圖案轉(zhuǎn)移至材料的硬掩模層暴露給腐蝕性蝕刻 劑一段足夠長的時間。在長時間暴露給腐蝕性蝕刻劑之后，硬掩模層會彎曲、 破裂、傾覆、扭曲、畸變或變形，導(dǎo)致不精確的圖案轉(zhuǎn)移和尺寸控制的丟失。 此外，在所沉積的膜和/或硬掩模層中的應(yīng)力也會導(dǎo)致應(yīng)力誘使的線邊緣彎曲 和/或線斷裂。
而且，選擇用于硬掩模層和設(shè)置在膜疊層中的相鄰層的材料的相似性也會 導(dǎo)致彼此之間相似的蝕刻特性，由此導(dǎo)致蝕刻期間不良的選擇性。在硬掩模層 和相鄰層之間的不良選擇性會導(dǎo)致硬掩模層不均勻、楔形和變形的剖面，從而 導(dǎo)致不良的圖案轉(zhuǎn)移和不能進行精確的結(jié)構(gòu)尺寸控制。
因此，本領(lǐng)域中需要一種改進的沉積硬掩模層的方法。

發(fā)明內(nèi)容
提供了一種以提高的臺階覆蓋率高溫沉積非晶碳膜的方法。在一個實施例
中，沉積非晶碳膜的方法包括在處理室中提供基板，在大于500攝氏度的溫
度下加熱基板，將包括碳氫化合物和惰性氣體的氣體混合物提供到含有被加熱
基板的處理室中，和在被加熱基板上沉積具有在IOO兆帕斯卡(MPa)拉應(yīng)力 和約100兆帕斯卡(MPa)壓應(yīng)力之間的應(yīng)力的非晶碳膜。
在另一個實施例中，沉積非晶碳膜的方法包括在處理室中提供具有膜疊 層的基板，其中該膜疊層不包含金屬層，將包括碳氫化合物和惰性氣體的氣體 混合物流入到處理室中，該惰性氣體選自氦氣和氬氣中的至少一種，保持基板 處于在約550攝氏度和約750攝氏度之間的溫度，和在被加熱基板上沉積非晶 碳膜，其中與基板溫度成比例地選擇惰性氣體的流率，以在沉積膜中產(chǎn)生在 IOO兆帕斯卡(MPa)拉應(yīng)力和約100兆帕斯卡(MPa)壓應(yīng)力之間的應(yīng)力。
在另一實施例中，沉積非晶碳膜的方法包括在處理室中提供具有膜疊層
的基板，其中該膜疊層不包含金屬層，將氣體混合物流入到處理室中，該氣體 混合物包括惰性氣體和至少一種丙烷化合物或乙炔化合物，惰性氣體選自氦氣
或氬氣中的至少一種，保持基板處于在約550攝氏度和約750攝氏度之間的溫 度，和在基板上沉積非晶碳膜，其中選擇惰性氣體的量和基板的溫度，以在所 沉積的非晶碳膜中產(chǎn)生在約100兆帕斯卡(MPa)拉應(yīng)力和約100兆帕斯卡(MPa) Ik應(yīng)力之間的預(yù)定應(yīng)力等級。


因此，通過參考于附圖中示出的實施例，可獲得能夠?qū)崿F(xiàn)且能夠更詳細地 理解本發(fā)明的上述特征的方式和以上簡要描述的本發(fā)明的更加詳細的描述。 圖1描述/可用于實施本發(fā)明的裝置的示意性圖示； 圖2描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的沉積工藝的工藝流程圖； 圖3A-3C描述了具有根據(jù)圖2的方法所沉積的非晶碳層的基板的--系列 示意性截面為了便于理解，己經(jīng)在可能的地方使用了相同參考數(shù)字以指示圖中共用的 相同元件?？梢灶A(yù)期一個實施例的組成部分和特征可有利地結(jié)合到其他實施例 中而不需要進一步的說明。
但是，應(yīng)當(dāng)指出附圖只描述了本發(fā)明的示例性實施例，因此不應(yīng)當(dāng)被看作 是對本發(fā)明范圍的限制，因為本發(fā)明可具有其他同樣有效的實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種在高溫下高溫形成非晶碳膜的方法。在一個實施例中， 非晶碳膜適合于用作硬掩模層。通過在高處理溫度、諸如高于約500攝氏度下 分解包括碳氫化合物和惰性氣體的氣體混合物來沉積非晶碳膜。在沉積期間采 用的較高處理溫度提供了具有所希望的機械特性的非晶碳膜、諸如低的膜應(yīng) 力，同時保持了高的密度、硬度和彈性模量，這就為之后的蝕刻工藝提供了對 于其他材料層的高的膜選擇性。此外，高溫下沉積的非晶碳膜也提供了所希望 的光學(xué)膜特性，諸如對光刻圖案化工藝有利的所需范圍的折射系數(shù)(n)和吸 收系數(shù)(k)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例能夠用于實施非晶碳層沉積的基板處理系統(tǒng)132 的示意性圖示。在于2002年4月2日授權(quán)給Salvador等人的共同受讓的美國 專利No.6，364,954中描述了可用于實施本發(fā)明的基板處理系統(tǒng)132的一個實例 的細節(jié)，在此援引該美國專利作為參考。可用于實施本發(fā)明的系統(tǒng)的其他實例 包括CENTURA 、 PRECISION 5000 、和PRODUCEP^沉積系統(tǒng)，全部都 可從位于加利福尼亞Santa Clara巿的應(yīng)用材料公司獲得?？深A(yù)期其他處理系統(tǒng)可用于實施本發(fā)明，包括可從其他制造商獲得的那些處理系統(tǒng)。
處理系統(tǒng)132包括耦合到氣體面板130的處理室100和控制器110。處理 室100—般包括限定了內(nèi)部空間126的頂部124、側(cè)面101和底壁122。支撐 基座150被設(shè)置在室100的內(nèi)部空間126內(nèi)?；?50可由鋁、陶瓷和其他 合適材料制成。在一個實施例中，基座150由諸如氮化鋁的陶瓷材料制成，這 是適合于用在高溫環(huán)境、諸如等離子體處理環(huán)境中的材料，而不會導(dǎo)致基座 150的熱損傷。可使用升高機械裝置(未示出)沿垂直方向在室100內(nèi)部移動 基座150。
基座150可包括適合于控制被支撐在基座150上的基板190的溫度的嵌入 的加熱元件170。在一個實施例中，可通過從電源106向加熱元件170提供電 流而電阻性地加熱基座150。在一個實施例中，加熱元件170可由封裝在鎳鐵 鉻合金(例如INC0L0Y8)保護套管(sheath tube)中的鎳鉻導(dǎo)線制成。控 制器110控制電源106提供的電流，以控制加熱元件170產(chǎn)生的熱量，由此在 膜沉積期間保持基板190和基座150處于基本恒定的溫度下。可調(diào)整所提供的 電流，以選擇性控制基座150的溫度處于約100攝氏度至約780攝氏度之間， 諸如大于500攝氏度。
溫度傳感器172、諸如熱電偶可嵌入到支撐基座150中，從而以常規(guī)方式 監(jiān)測基座150的溫度?？刂破?10使用測量的溫度來控制提供給加熱元件170 的功率，從而保持基板處于所需溫度。
真空泵102耦合到在室100的壁中形成的端口 。真空泵102用于保持處理 室100中的所需氣體壓力。真空泵102也自室100抽空后處理氣體和處理的 副產(chǎn)物。
具有多個孔128的噴頭120耦合到基板支撐基座150上方的處理室100的 頂部124。噴頭120的孔128用于將處理氣體引入到室100中。孔128具有不 同尺寸、數(shù)量、分布、形狀、設(shè)計和直徑，以利于用于不同處理需求的各種處 理氣體的流動。噴頭120連接到在處理期間允許各種氣體提供到內(nèi)部空間126 的氣體面板130。等離子體由排出噴頭120的處理氣體混合物形成，以增強導(dǎo) 致基板190表面191上的材料沉積的處理氣體的熱分解。
噴頭120和基板支撐基座150可形成為在內(nèi)部空間126中一對間隔開的電 極。 一個或多個RF源140經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)138提供偏置電勢至噴頭120，以利于在噴頭120和基座150之間產(chǎn)生等離子體。替換地，RF電源140和匹配網(wǎng) 絡(luò)138可耦合到噴頭120、基板基座150或者耦合到噴頭120和基板基座150 兩者，或者耦合到設(shè)置在室IOO外部的天線(未示出)。在一個實施例中，RF 電源140可提供約30kHz至約13.6kHz頻率下的約500瓦特和約3000瓦特之 間的功率。
控制器110包括中央處理單元(CPU) 112、存儲器116和用于控制處理 順序和調(diào)節(jié)來自氣體面板130的氣體流動的支持電路114。 CPU 112可以是用 在工業(yè)裝置中的任何形式的通用計算機處理器。軟件程序能夠存儲在存儲器 116中，諸如隨機存取存儲器、只讀存儲器、軟盤或硬盤驅(qū)動器或其他形式的 數(shù)字存儲器中。支持電路114通常耦合到CPU 112且可包括高速緩存、時鐘 電路、輸入/輸出系統(tǒng)、電源等?？刂茊卧?10和處理系統(tǒng)132的各部件之間 的雙向通信由共同稱作信號總線118的多條信號電纜來執(zhí)行，這些信號電纜中 的一些于圖1中示出。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于沉積非晶碳膜的方法200的工藝流 程圖。圖3A—3C是示出根據(jù)方法200沉積用作所沉積的硬掩膜層的非晶碳膜 的順序的示意性截面圖。
該方法200通過在處理室中提供基板始于步驟202。該處理室可以是如圖 1中所描述的處理室100。預(yù)期可使用其他處理室，包括從其他制造商那里獲 得的那些處理室。如圖3A中示出的基板190可具有沉積于其上的材料層302。 基板190可具有基本平坦的表面、不平的表面或者上面形成有結(jié)構(gòu)的基本平坦 的表面。在一個實施例中，材料層302可以是用于形成柵極結(jié)構(gòu)、接觸結(jié)構(gòu)或 淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)的一部分膜疊層。在其中不存在材料層302的實施例 中，這些結(jié)構(gòu)可直接形成在基板190中。
在一個實施例中，材料層302可以是用于形成柵極電極的硅層。在另一個 實施例中，材料層302可包括氧化硅層、沉積在硅層上方的氧化硅層。在再一 實施例中，材料層302可包括一層或多層用于制造半導(dǎo)體器件的其他介電材 料。在又一實施例中，材料層302不包括任何金屬層。
在步驟204，將基板保持在高于500攝氏度的溫度下，諸如在約500攝氏 度和約750攝氏度之間的溫度下。將基板保持在高于常規(guī)沉積處理的溫度下， 以控制氣體混合物分解的反應(yīng)狀態(tài)。常規(guī)沉積處理通常在低于約450攝氏度下進行。通常的認識是使用大于約450攝氏度的基板溫度會導(dǎo)致較低的沉積率和
橫跨基板表面不良的膜均勻度，由此導(dǎo)致較低的制造產(chǎn)量和較不希望的膜特 性。此外，過高的處理溫度可能會損傷用于這種類型處理的大多數(shù)常規(guī)的支撐 基座，由此降低基座的壽命且可能增加造成處理污染的顆粒產(chǎn)生。但是，已發(fā)
現(xiàn)通過使用大于500攝氏度的精心選擇的基板溫度結(jié)合以下將進一步描述的 精心選擇的氣體混合物，能夠獲得這樣的處理窗，該處理窗能產(chǎn)生具有優(yōu)良膜 特性和選擇性的膜，同時保持所需的膜沉積率和在基板內(nèi)的膜均勻度。
在步驟206，氣體混合物從氣體面板130通過噴頭120流入到處理室100 中。氣體混合物至少包括碳氫化合物和惰性氣體。在一個實施例中，碳氫化合 物具有通式CJIy，這里，x具有1和12之間的范圍，和y具有4和26之間的 范圍。更特別地，脂肪族碳氫化合物例如包括垸烴、諸如甲垸、乙烷、丙烷、 丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛垸、壬垸、癸垸等；烯烴、諸如丙烯(propene)、 乙烯、丙烯(propylene)、 丁烯、戊烯等；二烯烴、諸如己二烯、丁二烯、異 戊間二烯、戊二烯等；炔烴、諸如乙炔、乙烯基乙炔等。脂環(huán)族碳氫化物例如 包括環(huán)丙烷、環(huán)丁烷、環(huán)戊烷、環(huán)戊烯、甲苯等。芳香族碳氫化物例如包括苯、 苯乙烯、甲苯、二甲苯、吡啶、乙苯、苯乙酮、甲基苯甲酸鹽、乙酸苯酯、酚、 甲酚、呋喃等。此外，可選擇a-萜品烯、甲基異丙基苯、1,1，3,3，-四甲基丁基 苯、t-丁基醚、t-丁基乙烯、甲基-甲基丙烯酸酯和t-丁基呋喃亞甲基。此外， 可使用a-萜品烯(alpha-terpinene)、甲基異丙基苯(cymene)、 1，1,3，3,-四甲 基丁基苯(1，1,3,3,-tetramethylbutylbenzene)、 t-丁基醚(t-butylether) 、 t-丁基 乙烯(t-butylethylene)、甲基-甲基丙烯酸酯(methyl-methacrylate)和t-丁基呋 喃亞甲基(t-butylfiirfiirylether)。在示范性實施例中，碳氫化合物是丙烯 (propene)、乙炔、乙烯、丙烯(propylene)、 丁烯、甲苯、a-萜品烯。在特 定實施例中，碳氫化合物是丙烯(C3H6)或乙炔。
替換地，一種或多種碳氫化合物可與提供到處理室的氣體混合物中的碳氫 化合物相混合。兩種或多種碳氫化合物的混合物可用于沉積非晶碳材料。
將惰性氣體、諸如氬(Ar)或氦(He)與氣體混合物一起提供到處理室 100。其他載氣、諸如氮(N2)或氧化氮(NO)、氫(H2)、氨(NH3)、氫(H2) 和氮(N2)的混合物或其組合物可用于控制非晶碳層的密度和沉積率。添加 H2和/或NH3可用于控制沉積的非晶碳層的氫比率(例如碳對氫的比率)。在非晶碳膜中的氫比率提供對層特性、諸如反射率的控制。
在一個實施例中，將惰性氣體、諸如氬(Ar)或氦(He)氣與碳氫化合 物、諸如丙烯(C3H6)或乙炔一起提供到處理室中以沉積非晶碳膜。在氣體 混合物中提供的惰性氣體可有助于控制如此沉積的層的光學(xué)和機械特性，諸如 折射系數(shù)(n)和吸收系數(shù)(k)、所形成的層的硬度、密度和彈性模量。例如， 在等離子體沉積期間，在氣體混合物中提供的碳氫化合物分解為碳離子和氫離 子。在所沉積膜中存在的氫的比率會影響光學(xué)和機械特性。在等離子體分解的 氣體混合物中提供的原子、諸如Ar或He原子在氣體混合物中產(chǎn)生一定量的 動量，由此增加了等離子體轟擊的可能性，于是從膜鍵合形成(film bonding formation)中逐出氫原子。因此，含在氣體混合物中用于膜形成的離子主要是 碳離子，從而增加了碳碳雙鍵形成的可能性，導(dǎo)致較高的吸收系數(shù)(k)，例如 較低的透明度和所形成的層的較高的硬度、密度和彈性模量。此外，較高的沉 積溫度也會增加碳碳雙鍵形成的可能性，由此提供調(diào)整所沉積的膜的光學(xué)和機 械特性的另一替換方式。這樣，通過控制所形成的沉積膜中包含的氫比率，就 可有效地控制和調(diào)整沉積膜的光學(xué)和機械特性。
在步驟208，在基板溫度被控制為高于500攝氏度而存在RF等離子體的 情況下，在材料層302上和/或基板190上沉積非晶碳膜304，如圖3B中所 示。如以上所討論的，氣體混合物中的碳氫化合物在相對高的溫度下分解，以 允許來自碳氫化合物的碳和氫原子之間的鍵合廣泛地分解和熱解。因此，基本 上分解了的碳和氫原子被氣體混合物產(chǎn)生的等離子體重新組織和重新排列，由 此在基板表面上被均勻和逐步地吸收，在基板190上形成非晶碳膜304。吸收 在基板表面上的無序或無方向的原子通常會導(dǎo)致不良的膜結(jié)構(gòu)和本征膜應(yīng)力。 本征膜應(yīng)力導(dǎo)致膜空隙、破裂、彎曲和小丘，這會明顯影響在光刻期間的特征 轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致在隨后的蝕刻工藝期間圖案化的線彎曲或者線斷裂。此外，所形成 的非晶碳膜的本征膜應(yīng)力也會導(dǎo)致形成在基板l卯上的相鄰層之間的應(yīng)力失 配，從此導(dǎo)致膜破裂或膜結(jié)構(gòu)彎曲或變形。通過在沉積工藝期間在存在正確組 合的處理氣體的情況下在高于500攝氏度的溫度范圍內(nèi)升高基板溫度，可基本 分解和再構(gòu)造來自碳氫化合物的碳和氫原子，從此重新排列非晶碳膜304的碳 原子的順序和晶格，產(chǎn)生具有低應(yīng)力膜的基本平坦的表面。這樣，可以以更加 系統(tǒng)和均勻的方式將碳原子沉積在基板表面上。在一個實施例中，希望所沉積非晶碳膜304的應(yīng)力接近零，例如無壓應(yīng)力
或拉應(yīng)力膜的基本平坦表面。超過在沉積工藝期間使用的過高處理溫度和過高
RF功率會導(dǎo)致所沉積的碳膜過分拉伸或收縮，這將導(dǎo)致在隨后的蝕刻和沉積 工藝期間的線彎曲、應(yīng)力失配、和/或膜破裂。在碳膜中形成的所希望的膜應(yīng) 力在約IOO兆帕斯卡(MPa)拉應(yīng)力和約IOO兆帕斯卡(MPa)壓應(yīng)力之間。 通過對于給定基板處理溫度精心選擇正確數(shù)量的惰性氣體，可獲得具有在該希 望應(yīng)力范圍內(nèi)的膜應(yīng)力的非晶碳膜?；逄幚頊囟群投栊詺怏w流率的組合提供 的工藝窗也產(chǎn)生所希望的應(yīng)力、機械和光學(xué)膜特性的組合。例如，過高的惰性 氣體流率將使得所沉積的膜過于收縮，同時沒有或過低的惰性氣體流率將導(dǎo)致 不良的膜均勻性和不希望的n/k值。較高溫度會有助于較低膜應(yīng)力，于是，可 根據(jù)用于平衡工藝和實現(xiàn)在所沉積的膜中接近零的應(yīng)力的基板溫度來降低惰 性氣體流率。
此外，如上面所討論的，通過將惰性氣體添加到氣體混合物中，等離子體 分解的氫原子會被有效地驅(qū)動且從氣體混合物中被逐出，由此增強了所沉積的 非晶碳膜中的碳碳鍵合。增強的碳碳鍵合提供了所需的較強的機械特性，諸如 硬度、彈性模量和密度，由此提供了對于等離子體侵蝕具有高抵抗性和在隨后 的蝕刻工藝期間具有高選擇性的沉積非晶碳膜304。而且，可通過調(diào)整提供到 氣體混合物中的惰性氣體的數(shù)量來獲得形成的碳膜304的光學(xué)特性，諸如在希 望范圍內(nèi)的折射系數(shù)(n)和吸收系數(shù)(k)，同時保持膜應(yīng)力和蝕刻選擇性處 于所希望的范圍內(nèi)。替換地，也可通過選擇不同碳氫化合物諸如具有不同數(shù)量 和/或比率的碳氫原子以滿足不同的工藝需求，獲得沉積的碳膜的不同的光學(xué) 和機械特性。
在一個實施例中，沉積的非晶碳膜的吸收系數(shù)(k)可被控制為在約633nm 的波長下在約0.2至約1.8之間，在約243nm的波長下在約0.4和約1.3之間， 以及在約193nm的波長下在約0.3和0.6之間。
在一個實施例中，非晶碳膜304的吸收系數(shù)也可作為沉積溫度的函數(shù)被改 變。特別是，隨著溫度增加，沉積層的吸收系數(shù)(k)同樣增加。因此，可利 用處理溫度和在氣體混合物中提供的惰性氣體和碳氫化合物之間的比率的恰 當(dāng)選擇的組合來調(diào)整沉積的碳膜具有所希望范圍內(nèi)的應(yīng)力和折射系數(shù)(n)以 及吸收系數(shù)(k)的所沉積碳膜。在一個實施例中，其中將處理溫度控制成大于約500攝氏度，諸如在約 550攝氏度和約750攝氏度之間，可以以約200sccm至約3000sccm之間的速 度，諸如在約400sccm和約2000sccm之間的速度，在氣體混合物中提供碳氫 化合物，諸如丙烯(C3H6)?？梢砸栽诩s200sccm和約10000sccm之間的速度， 諸如約1200sccm和約8000sccm，在氣體混合物中提供惰性氣體，諸如Ar氣。
在沉積期間，可根據(jù)需要調(diào)整處理參數(shù)。在適合于處理300mm基板的一 個實施例中，可施加在約400瓦特至約2000瓦特之間、諸如800瓦特至約1600 瓦特的RF電源，或者在1.35瓦特/ cri^和約2.35瓦特/ cr^之間的功率密度， 以保持由氣體混合物形成的等離子體?？蓪⑻幚韷毫Ρ３衷诩s1乇(Torr)至 約20乇，諸如約2乇和約12乇，例如約4乇至約9乇。在基板和噴頭之間的 間隙被控制在約200密耳(mils)至約1000密耳。用于實施本發(fā)明的沉積非 晶碳膜的處理參數(shù)的其它實例細節(jié)在Seamons等人的于2005年12月29日公 開的共同受讓的美國專利公開No.2005/0287771以及Padhi等人于2006年6 月28日提交的美國專利申請No.ll/427，324中進行了描述(代理人案巻號 No.l0847)，在此援引這些專利公開和專利申請作為參考。
方法200特別適用于在半導(dǎo)體器件制造工藝中金屬工藝之前的前端工藝 (FEOL)中使用的工藝。合適的前端工藝(FEOL)包括柵極制造應(yīng)用、接觸 結(jié)構(gòu)應(yīng)用、淺溝槽隔離(STI)工藝等。
在其中將非晶碳膜304用作蝕刻停止層或用作不同工藝目的的不同膜的 實施例中，也可調(diào)整膜的機械或光學(xué)特性來滿足特定工藝目的。例如，在其中 將非晶碳膜304用作蝕刻停止層的實施例中，提供高選擇性以防止過蝕刻下面 各層的膜的機械特性較其光學(xué)特性更重要，反之亦然。
在其中將非晶碳膜304用作硬掩膜層的特定實施例中，在將非晶碳膜304 沉積在基板190上之后，可將任選的帽蓋層306 (于圖3C中的剖面圖中示出) 沉積在非晶碳膜304上。任選的帽蓋層306與非晶碳膜304 —起用作抗反射 涂層(ARC),以當(dāng)將抗蝕劑層沉積在蓋帽蓋層306上時強化光刻工藝的性能。 任選的帽蓋層306的合適材料包括硅、氧化硅、碳化硅(SiC)、氧氮化硅(SiON)、 氮化硅(SiN)或其他相似材料。非晶碳膜304可用于深UV (DUV)光刻、 遠紫外(EUV)光刻、浸沒光刻、或其他合適的光刻技術(shù)中。
由此，通過使用高溫沉積工藝提供了一種用于沉積具有所希望的機械和光學(xué)膜特性的非晶碳膜的方法。該方法有利地改善了機械特性，諸如非晶碳膜的 應(yīng)力、硬度、彈性模量和密度。改善的碳膜的機械特性為隨后的蝕刻工藝提供 了高的膜選擇性，同時對于隨后的光刻工藝保持所希望范圍的膜的光學(xué)特性，
諸如折射系數(shù)(n)和吸收系數(shù)(k)。
雖然前述內(nèi)容涉及本發(fā)明的實施例，但是也可設(shè)計出本發(fā)明其他和進一步 的實施例而不超出本發(fā)明的基本范圍，且其范圍通過以下的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種沉積非晶碳膜的方法，包括在處理室中提供基板；加熱所述基板至高于500攝氏度的溫度；將包括碳氫化合物和惰性氣體的氣體混合物提供到含有被加熱基板的處理室中；和在被加熱基板上沉積具有在100兆帕斯卡(MPa)拉應(yīng)力和約100兆帕斯卡(MPa)壓應(yīng)力之間的應(yīng)力的非晶碳膜。
2. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述碳氫化合物包括甲烷、乙垸、丙院、丁 烷、戊烷、己烷、庚垸、辛垸、壬垸、癸垸、丙烯(propene)、乙烯、丙烯(propylene)、 丁烯、戊烯、己二烯、丁二烯、異戊間二烯、戊二烯等、乙炔、乙烯基乙炔、 環(huán)丙垸、環(huán)丁烷、環(huán)戊烷、環(huán)戊烯、甲苯、苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯、吡啶、 乙苯、苯乙酮、甲基苯甲酸鹽、乙酸苯酯、酚、甲酚、呋喃、a-萜品烯、甲 基異丙基苯、1,1,3,3,-四甲基丁基苯、t-丁基醚、t-丁基乙烯、甲基-甲基丙烯酸 酯、t-丁基呋喃亞甲基、a-萜品烯(alpha-terpinene)、甲基異丙基苯(cymene)、 1,1,3,3,-四甲基丁基苯(1，1,3，3,-tetramethylbutylbenzene ) 、 t- 丁基醚(t-butylether ) 、 t- 丁基乙烯(t-butylethylene )、甲基-甲基丙烯酸酯 (methyl-methacrylate)和t-丁基呋喃亞甲基(t-butylfurfhrylether)中的至少一 種。
3. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述碳氫化合物是丙烯和乙炔中的至少一種。
4. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述加熱基板的步驟還包括將所述基板溫度保持在約550攝氏度和約750攝氏度之間。
5. 如權(quán)利要求1的方法，其中將所述氣體混合物提供到處理室中的步驟還 包括以約200sccm和約3000sccm之間的流率流動所述碳氫化合物；和 以約200sccm和約10000sccm之間的流率流動所述惰性氣體。
6. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述惰性氣體是Ar和He中的至少一種。
7. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述沉積非晶碳膜的步驟還包括根據(jù)基板溫度選擇提供到所述處理室中的惰性氣體的流率。
8. 如權(quán)利要求1的方法，其中所述沉積非晶碳膜的步驟還包括提供400瓦特和2000瓦特之間的RF電源以激勵所述氣體混合物。
9. 一種沉積非晶碳膜的方法，包括在處理室中提供具有膜疊層的基板，其中所述膜疊層不包含金屬層；將包括碳氫化合物或惰性氣體的氣體混合物流入到所述處理室中，該惰性氣體選自氦氣和氬氣中的至少一種；保持所述基板處于在約550攝氏度和約750攝氏度之間的溫度；和 在被加熱基板上沉積非晶碳膜，其中與基板溫度成比例地選擇惰性氣體 的流率，以在沉積膜中產(chǎn)生在100兆帕斯卡(MPa)拉應(yīng)力和約100兆帕斯卡 (MPa)壓應(yīng)力之間的應(yīng)力。
10. 如權(quán)利要求9的方法，其中所述碳氫化合物是丙烯和乙炔中的至少一種。
11. 如權(quán)利要求9的方法，其中所述將氣體混合物流入到處理室中的步驟 還包括以約200sccm和約3000sccm之間的流率流動所述碳氫化合物；和 以約200sccm和約10000sccm之間的流率流動所述惰性氣體。
12. 如權(quán)利要求U的方法，其中所述沉積非晶碳膜的步驟還包括 提供400瓦特和2000瓦特之間的RF電源以激勵所述氣體混合物。
13. 如權(quán)利要求9的方法，其中所述在基板上沉積非晶碳膜的步驟還包括 將處理壓力保持在約2乇至約10乇之間的范圍內(nèi)。
14. 如權(quán)利要求9的方法，其中所述膜疊層適合于形成柵極結(jié)構(gòu)、接觸結(jié) 構(gòu)或淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
15. 沉積非晶碳膜的方法，包括在處理室中提供具有膜疊層的基板，其中所述膜疊層不包含金屬層；將氣體混合物流入到所述處理室中，該氣體混合物包括惰性氣體和至少一種丙烯化合物或乙炔化合物，該惰性氣體選自氦氣和氬氣中的至少一種； 保持所述基板處于在約550攝氏度和約750攝氏度之間的溫度；和 在所述基板上沉積非晶碳膜，其中選擇所述惰性氣體的量和基板溫度以在所沉積的非晶碳膜中產(chǎn)生在約100兆帕斯卡(MPa)拉應(yīng)力和約100兆帕斯卡(MPa)壓應(yīng)力之間的預(yù)定應(yīng)力等級。
16. 如權(quán)利要求15的方法，其中流動所述氣體混合物的步驟還包括 以約200sccm和約3000sccm之間的流率流動所述丙烯或乙炔化合物；和 以約200sccm和約10000sccm之間的流率流動所述惰性氣體。
17. 如權(quán)利要求15的方法，其中所述保持基板溫度的步驟還包括 將基板溫度保持在約650攝氏度和約750攝氏度之間。
18. 如權(quán)利要求15的方法，其中膜疊層適合于形成柵極結(jié)構(gòu)、接觸結(jié)構(gòu)或 淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
全文摘要
提供了一種以提高的臺階覆蓋率高溫沉積非晶碳膜的方法。在一個實施例中，沉積非晶碳膜的方法包括在處理室中提供基板，在高于500攝氏度的溫度下加熱基板，將包括碳氫化合物和惰性氣體的氣體混合物提供到含有加熱基板的處理室中，和在加熱的基板上沉積具有在100兆帕斯卡(MPa)拉應(yīng)力和約100兆帕斯卡(MPa)壓應(yīng)力之間的應(yīng)力的非晶碳膜。
文檔編號C23C16/455GK101407909SQ200810211588
公開日2009年4月15日 申請日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月8日
發(fā)明者伊沙姆·邁'薩德, 光得·道格拉斯·李, 博·恒·金, 埃米爾·阿拉-巴亞提, 尤加南德·N·薩利帕里, 德里克·R·維迪, 溫蒂·H·葉, 約瑟芬·汝-偉·張劉, 維斯韋斯瓦倫·西瓦拉瑪克里施南, 馬丁·杰西蒙斯 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司