摻硫的碳硬膜的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積形成高蝕刻選擇性和低氫含量的可灰化硬膜(AHM)的方法。所述方法涉及使半導(dǎo)體襯底上有待蝕刻的第一層暴露于碳源和硫源并且產(chǎn)生等離子體以在第一層上沉積摻硫的AHM或非晶碳基薄膜。
【專利說明】摻硫的碳硬膜

【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工制造領(lǐng)域，尤其涉及形成可灰化硬膜的方法。

【背景技術(shù)】
[0001] 在包括存儲(chǔ)器和邏輯器件制造的半導(dǎo)體加工中，非晶碳薄膜可以用作硬膜和蝕 刻終止層。這些薄膜因?yàn)榭梢酝ㄟ^灰化技術(shù)去除，所以也稱為可灰化硬膜（AHM)。隨著平 版印刷的縱橫比增加，AHM要求更高的蝕刻選擇性。通過使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD)方法形成高選擇性AHM的現(xiàn)有方法得到具有高應(yīng)力的AHM，從而限制了 AHM作為硬 膜的可用性。因此，希望生產(chǎn)具有高蝕刻選擇性和低應(yīng)力的AHM。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 提供了沉積可灰化硬膜（AHM)的新方法，這種可灰化硬膜增加了用于包括存儲(chǔ)器 和邏輯器件制造的半導(dǎo)體加工中的蝕刻選擇性。在各種實(shí)施方式中，所述方法涉及從碳源 和硫源提供前體氣體到半導(dǎo)體襯底上有待蝕刻的第一層上，并且從所述前體氣體產(chǎn)生等離 子體，從而通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)工藝在所述第一層上沉積摻硫的可灰 化硬膜?？梢猿练e在AHM上的層的實(shí)例包括介電層，例如，氧化物和氮化物，以及多晶硅層。 碳源的實(shí)例包括甲烷（CH4)、乙炔（C2H2)和丙烯（C3H 6)。硫源的實(shí)例包括硫化氫（H2S)和二 硫化碳（CS2)。在各種實(shí)施方式中，碳源和硫源可以從沉積室的上游結(jié)合，或者分別提供給 沉積室。在某些實(shí)施方式中，摻硫的AHM可以具有在約0. 5%與約5%之間的硫原子含量。 在某些實(shí)施方式中，摻硫的AHM可以具有在約60 %與約90 %之間的碳原子含量。在某些 實(shí)施方式中，摻硫的AHM可以具有在約13%與約26%之間的氫原子含量。在某些實(shí)施方式 中，摻硫的AHM可以被圖案化。第一層然后可以根據(jù)圖案化的AHM進(jìn)行蝕刻。在一些實(shí)施 方式中，摻硫的AHM的厚度可以在約1000A與約90,000A之間。在各種實(shí)施方式中，摻硫 的AHM的應(yīng)力在約-40MPa與約-400MPa之間。
[0003] 另一方面涉及一種在半導(dǎo)體襯底上形成摻硫的碳基薄膜的方法。在沉積室中可以 提供半導(dǎo)體襯底。在各種實(shí)施方式中，半導(dǎo)體襯底在沉積室中暴露于包括碳源和硫源的前 體氣體，并且摻硫的碳基薄膜通過PECVD沉積在襯底上。在某些實(shí)施方式中，摻硫的碳基薄 膜可以具有在約〇. 5%與約5%之間的硫原子含量。在某些實(shí)施方式中，摻硫的碳基薄膜可 以具有在約0. 5%與約3. 5%之間的硫原子含量。在各種實(shí)施方式中，硫源可以是硫化氫或 二硫化碳。
[0004] 另一方面涉及一種被配置成加工半導(dǎo)體基板的設(shè)備。根據(jù)各種實(shí)施方式，所述設(shè) 備包括：沉積室，包括噴頭、被配置成供應(yīng)功率到沉積室的等離子體發(fā)生器、襯底支架以及 一個(gè)或多個(gè)氣體入口；以及被配置成控制所述設(shè)備中的操作的控制器，包括計(jì)算機(jī)可讀指 令，所述計(jì)算機(jī)可讀指令用于：使包括碳源和硫源的前體氣體流到容納所述半導(dǎo)體襯底的 沉積室，并且供應(yīng)功率到所述等離子體發(fā)生器以從所述前體氣體產(chǎn)生等離子體，從而通過 PECVD工藝在所述襯底上沉積摻硫的可灰化硬膜。
[0005] 以下參照附圖進(jìn)一步描述這些和其他方面。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是工藝流程圖，示出了根據(jù)各種實(shí)施方式的在蝕刻操作中使用可灰化硬膜的 方法的相關(guān)操作。
[0007] 圖2是工藝流程圖，示出了根據(jù)各種實(shí)施方式的形成摻硫的可灰化硬膜的方法的 相關(guān)操作。
[0008] 圖3示出了適用于進(jìn)行各種實(shí)施方式的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)室的 實(shí)例的示意性圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 在以下描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對(duì)提出的實(shí)施方式的透徹理解。公 開的實(shí)施方式可以在沒有一些或所有的這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其他實(shí)例中，未詳 細(xì)描述公知的方法操作以便不會(huì)不必要地模糊公開的實(shí)施方式。盡管將會(huì)結(jié)合具體實(shí)施方 式描述公開的實(shí)施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些實(shí)施方式并不旨在限制公開的實(shí)施方式。
[0010] 在半導(dǎo)體加工中，掩模方法可以用于圖案化和蝕刻襯底。隨著襯底的縱橫比增加， 對(duì)高選擇性硬膜的要求越來越高。具有高蝕刻選擇性又容易去除而不會(huì)損壞襯底的掩模對(duì) 于加工襯底很重要。
[0011] 在蝕刻終止層或在選擇性蝕刻期間，或者光致抗蝕劑可能不夠厚而不足以成為下 層的掩模的情況下，可灰化硬膜（AHM)可用作掩模。AHM也可以用在用于顯示器和其他技術(shù) 的玻璃襯底上。
[0012] AHM具有一種化學(xué)組成，這種化學(xué)組成允許一旦AHM完成了它們的目的就可以通 過被稱為灰化，可替代地稱為等離子體灰化或干剝離的技術(shù)來去除。將具有有待灰化的硬 膜的襯底放入處于真空條件下的室中，并且來自等離子體的單原子氧與硬膜發(fā)生反應(yīng)以將 其氧化形成水、一氧化碳和二氧化碳?？梢栽谑抑谢蛲ㄟ^使氧氣受到射頻功率的作用而遠(yuǎn) 程地形成等離子體。在某些情況下，例如，當(dāng)可灰化硬膜留下僅通過灰化無法去除的任何殘 留物時(shí)，通過在灰化之后使用額外的濕法或干法蝕刻工藝可以實(shí)現(xiàn)硬膜的完全去除。
[0013] AHM -般可以由碳和氫構(gòu)成，以及任選地微量的一種或多種摻雜元素（例如，氮、 氟、硼和硅）。AHM的鍵合結(jié)構(gòu)取決于沉積條件可以是sp2 (石墨形態(tài)）或sp3 (金剛石形態(tài)） 或兩者的組合。
[0014] 圖1是工藝流程圖，示出了在蝕刻操作中使用AHM作為硬膜的方法的相關(guān)操作。在 AHM沉積之前，具有有待蝕刻的層的襯底可以設(shè)置在沉積室中。盡管以下描述涉及半導(dǎo)體襯 底，但是該方法可以應(yīng)用于在例如玻璃襯底的其他類型的襯底上的層。可以使用AHM掩蓋 的材料的實(shí)例包括氧化物（例如，Si02)和氮化物（SiN和TiN)、多晶硅（多晶Si)和例如 鋁（A1)、銅（Cu)和鎢（W)的金屬。在某些實(shí)施方式中，本文所述的AHM可以用于圖案化氧 化物、氮化物或多晶硅層。
[0015] 在操作102中，AHM沉積在將使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)蝕刻的層 上，這可以涉及在沉積室中生成等離子體。可以使用單射頻（RF)等離子體源或包括高頻 (HF)成分和低頻（LF)成分的雙RF等離子體源。在一些工藝中，可以沉積一個(gè)或多個(gè)AHM 層。
[0016] 在操作104中，根據(jù)所需的蝕刻圖案沉積、曝光并顯影光致抗蝕劑層。在一些實(shí)施 方式中，在光致抗蝕劑沉積之前，可以在AHM上沉積抗反射層（ARL)。
[0017] 在操作106中，通過蝕刻AHM的暴露部分來打開AHM。打開AHM可以通過以下參照 操作110描述的氧基干蝕刻來實(shí)現(xiàn)。
[0018] 接著，在操作108中，選擇性地蝕刻襯底層，從而將圖案轉(zhuǎn)移到襯底層上?？梢詧?zhí) 行選擇性蝕刻使得在基本上不減小AHM壁的情況下蝕刻襯底層。蝕刻的實(shí)例可以包括自由 基蝕刻和/或基于離子蝕刻。蝕刻化學(xué)物的實(shí)例可以包括基于鹵素的蝕刻化學(xué)物，例如， 含氟和含氯蝕刻化學(xué)物。例如，從含氟碳化合物的工藝氣體產(chǎn)生的電容耦合等離子體可以 用于選擇性蝕刻氧化物層。工藝氣體的具體實(shí)例包括含CxFy的工藝氣體，任選地具有氧氣 (〇2)和惰性氣體，例如，C4H8/CH2F 2/02/Ar。根據(jù)各種實(shí)施方式，蝕刻工藝可以使用直接（原 位）或遠(yuǎn)程等離子體。
[0019] 最后，在操作110中，通過灰化、等離子體灰化或干法剝離可以去除AHM。氧氣（02) 被引入處于真空條件下的室中，使得等離子體與AHM發(fā)生反應(yīng)并將其氧化以形成水（H20)、 一氧化碳（C0)和二氧化碳（C02)。如果使用摻雜物，等離子體可以與摻雜的AHM發(fā)生反應(yīng) 并將其氧化。任選地，任何剩余的AHM殘余物在灰化之后也可以通過濕法或干法蝕刻工藝 去除。結(jié)果得到所需的圖案化襯底層。
[0020] 高縱橫比圖案化可以使用具有高蝕刻選擇性的AHM。蝕刻選擇性可以通過將AHM 層的蝕刻率/下層的蝕刻率來確定。如果AHM具有較低的氫含量，就可以強(qiáng)化其耐久性并 且可以增加蝕刻選擇性。如果AHM蝕刻率減小，那么可以增加蝕刻選擇性。具有低氫含量 和較低蝕刻率的AHM可以得到高蝕刻選擇性。
[0021] 目前已知高選擇性的AHM具有高氫含量，從而限制了 AHM的有效使用。當(dāng)前方法 使用PECVD通過引入例如碳?xì)浠衔锏奶蓟绑w氣體形成碳基AHM。然而，連續(xù)的離子轟擊 也將過多的未束縛的氫離子并入AHM中并且引起高原子量離子的高離子轟擊。這增加了沉 積的AHM的應(yīng)力，進(jìn)而限制了 AHM的應(yīng)用，因?yàn)楦邞?yīng)力AHM更可能塌陷或壓縮。增大的應(yīng)力 水平也使準(zhǔn)直更困難。例如硅、硼、鍺和氮的摻雜物可以用于減小AHM的氫含量以增加蝕刻 選擇性。然而，高縱橫比平版印刷通常需要具有比當(dāng)前摻雜的AHM甚至更高蝕刻選擇性的 AHM。
[0022] 根據(jù)各種實(shí)施方式，本文提供了用于形成具有高選擇性的AHM的方法。這些方法 得到阻滯蝕刻率并容易去除的低氫含量的摻硫AHM，從而得到用于高效半導(dǎo)體加工的高選 擇性硬膜。
[0023] 圖2示出了工藝流程圖，示出了根據(jù)各種實(shí)施方式的形成摻硫AHM的方法的相關(guān) 操作。首先，在操作202中，將襯底上有待蝕刻的第一層放置在室中。以上參照?qǐng)D1中的操 作102描述了襯底和襯底層的實(shí)例。在圖1中，描述了使用AHM作為硬膜的整合方法。在 一些其他實(shí)施方式中，本文所述的AHM也用作除硬膜之外或代替硬膜的蝕刻終止層。
[0024] 然后，在操作204中，第一層暴露于包括碳源和硫源的前體氣體。在各種實(shí)施方式 中，碳源可以是由CxHy限定的碳?xì)浠衔锴绑w，其中X是2至10之間的整數(shù)，Y是2至24 之間的整數(shù)。實(shí)例包括甲烷（CH4)、乙炔（C2H2)、乙烯（C 2H4)、丙烯（C3H6)、丁烷（C4H 1(I)、環(huán)己 烷（C6H12)、苯（C6H6)和甲苯（C 7H8)。在一些實(shí)施方式中，可以引入兩種或更多種碳?xì)浠衔?前體。
[0025] 在各種實(shí)施方式中，硫源可以是硫化氫（H2S)、二硫化碳（CS2)、二氧化硫（S0 2)、六 氟化硫（SF6)或硫化羰（C0S)。其他硫源包括甲硫醇，乙硫醇，和乙二硫醇。硫源和碳源可 以預(yù)混合。在一些實(shí)施方式中，硫源和碳源可以分別提供到室中。
[0026] 除碳?xì)浠衔锴绑w和硫基前體之外，載氣可用于稀釋前體氣流。載氣可以是任何 合適的載氣，包括氦氣（He)、氬氣（Ar)、氮?dú)猓∟2)、氫氣（H2)或它們的任意組合。
[0027] 沉積室中的總壓強(qiáng)可以在約1托與約20托之間的范圍內(nèi)，或者約為1. 8托。在一 些實(shí)施方式中，壓強(qiáng)可以在約1托與約10托之間。在一些實(shí)施方式中，碳?xì)浠衔锴绑w可 以在低分壓條件下引入，例如，在約0. 01托與約4托之間，詳見于美國專利第7, 981，777號(hào) 和第7, 981，810號(hào)，這兩份專利通過引用的方式并入本文中。在某些實(shí)施方式中，分壓可以 不高于約〇. 2托。
[0028] 前體氣流速率取決于特定的沉積室和襯底。用于300mm襯底的流速的實(shí)例為在 約200sccm與4000sccm之間的乙塊，在約lOOOsccm與約20000sccm之間的氫氣，以及在約 Osccm與約20000sccm之間的氦氣。在一些實(shí)施方式中，氮?dú)獾牧魉倏梢栽诩sOsccm與約 3000sccm之間。硫源的流速的實(shí)例可以是在約50sccm與約400sccm之間的二硫化碳。任 選地，前體氣體可以連續(xù)地或脈動(dòng)地流動(dòng)。碳源和硫源可以同步地或不同步地脈動(dòng)。硫源 的脈動(dòng)頻率可以在約〇. 〇5Hz與約1Hz之間。碳源的脈動(dòng)頻率可以在約0. 05Hz與約1Hz之 間。
[0029] 本文所述的方法可以使用任何合適的工藝溫度以獲得所需的AHM特征，實(shí)例為從 約50°C至約550°C的范圍。由于sp2鍵與sp3鍵生成，工藝溫度至少可以部分地影響選擇性 和透明度。更高的溫度有利于形成富sp2的非晶碳網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)楦邷卦试SC-H鍵容易斷裂以及 后續(xù)的氫擴(kuò)散。例如，在高于約500°C的溫度沉積的薄膜可以具有比sp3鍵顯著更多的sp2CH 鍵和CH2鍵，具有更高的碳含量和更高的密度，這與增加的蝕刻選擇性有關(guān)。然而，這些薄 膜由于sp2碳更低的光學(xué)帶隙可能不適用于厚硬膜應(yīng)用。例如，在2 kA以上，薄膜可能不 夠透明而足以用于掩模校準(zhǔn)。以上引用的美國專利第7, 981，810號(hào)提供了用于在低溫和/ 或稀釋的碳?xì)浠衔锴绑w流量沉積選擇性且透明的AHM的工藝條件。在例如低于約400°C 的低溫下沉積的AHM可以具有比在更高的溫度沉積的AHM具有不同量的sp2鍵。
[0030] 接著，返回圖2,在操作206中，使用等離子體源點(diǎn)燃等離子體。在一些實(shí)施方式 中，單頻率RF等離子體源可以用于產(chǎn)生電容耦合等離子體。射頻源的頻率可以是例如約 13. 56MHz。在各種實(shí)施方式中，等離子體源可以是包括高頻射頻成分和低頻射頻成分的雙 射頻等離子體源。在某些實(shí)施方式中，實(shí)施方式的方法使用低頻射頻功率來產(chǎn)生高能離子 轟擊。低頻射頻功率指的是頻率在約100kHz與約2MHz之間，例如430kHz的低頻功率。在 沉積期間，在一些實(shí)施方式中，低頻功率范圍在約〇. OOlW/cm2與約0. 5W/cm2之間，或者在約 0. 14W/cm2與約0. 35W/cm2之間，其中W/cm2表示每平方厘米襯底表面積的功率W。高頻射 頻功率指的是頻率在約2MHz與60MHz之間，例如13. 56MHz的射頻功率。在沉積期間，在一 些實(shí)施方式中，射頻功率在約〇. 001W/cm2與約0. 2W/cm2的范圍內(nèi)，或者約為0. 14W/cm2。
[0031] 任選地，射頻功率可以在約2Hz與約200Hz之間的頻率脈動(dòng)?？梢允褂弥辽偎姆N 變化的脈動(dòng)或連續(xù)射頻功率或硫流。第一，射頻功率可以在硫流連續(xù)時(shí)連續(xù)。第二，射頻功 率可以在硫流連續(xù)時(shí)脈動(dòng)。第三，射頻功率可以在硫流脈動(dòng)時(shí)連續(xù)。第四，射頻功率和硫流 兩者可以脈動(dòng)。
[0032] 盡管以下描述的圖3示出了并且敘述主要涉及射頻等離子體源以生成用于PECVD 沉積的電容耦合等離子體，但是可以使用包括直流（DC)和微波源的其他類型的來源。
[0033] 接著，參見圖2,在操作208中，摻硫AHM通過PECVD沉積在第一層上。在某些實(shí) 施方式中，摻硫AHM中的氫原子含量可以在約13 %與約26 %之間，并且硫原子含量可以在 約0. 5%與約5%之間，或者在約0. 5%與約3. 5%之間，或者約為2%。摻硫AHM的碳含量 可以在約60%與約90%之間。在一些實(shí)施方式中，第一層是氧化物/多晶硅堆。在一些實(shí) 施方式中，第一層是氧化物/氮化物堆。在一些實(shí)施方式中，摻硫AHM的彈性模量與應(yīng)力的 比可以小于約1，或者在約0. 1與約0. 7之間。在一些實(shí)施方式中，摻硫AHM的彈性模量可 以在約30GPa與約50GPa之間，并且應(yīng)力可以在約-400MPa至約-50MPa之間。對(duì)于給定應(yīng) 力，蝕刻率隨著摻雜物的增加而減小（蝕刻選擇性增大）。
[0034] 盡管公開的實(shí)施方式不局限于任何特定理論，但是據(jù)信，盡管使用硫基前體氣體 可以形成由于低配位數(shù)（與SP3鍵相反）而易受高蝕刻率影響的共價(jià)鍵sp2, sp2鍵的結(jié)構(gòu) 可以增加網(wǎng)絡(luò)中硫和碳原子的體積，從而增強(qiáng)AHM的強(qiáng)度并且增加選擇性。
[0035] 據(jù)信，硫源可以在硫、碳和氫原子之間形成潛在的離子力，這會(huì)形成更牢固或受壓 更小的固體或兩者兼有的固體。然而，含氫的硫源，例如H2S，可以增加氫離子含量或沉積期 間的自由基轟擊并且冒著增大AHM應(yīng)力的風(fēng)險(xiǎn)。
[0036] 盡管公開的實(shí)施方式不局限于任何特定理論，但是據(jù)信，摻硫AHM在蝕刻工藝中 充當(dāng)阻滯劑，從而強(qiáng)化AHM在蝕刻期間承受氣流的能力，由此蝕刻化學(xué)成分與AHM中的硫而 不是碳發(fā)生反應(yīng)。因此，摻硫AHM增強(qiáng)AHM的掩模強(qiáng)度，并且增加蝕刻選擇性。
[0037] 因此，據(jù)信，摻硫AHM的蝕刻選擇性增加可能是由于鍵生成和結(jié)構(gòu)、原子之間的共 價(jià)鍵和離子力強(qiáng)度以及蝕刻阻滯性能。
[0038] 在使用參照以上圖1的AHM的另一個(gè)實(shí)施方式中，方法100可以在沉積光致抗蝕 劑層并顯影的操作104之前，在操作102中，在第一層上實(shí)施沉積摻硫碳基AHM或摻硫非晶 碳膜。當(dāng)在操作106中蝕刻摻硫碳基薄膜之后，在操作108中選擇性地蝕刻第一層。最后， 等離子體灰化可用于去除摻硫的碳基薄膜，從而得到所需的圖案化第一層。
[0039] 在各種實(shí)施方式中，用于形成摻硫的碳基層的摻雜物可以是硫化氫（H2S)或二硫 化碳（CS2)。盡管公開的實(shí)施方式不局限于任何特定理論，但是據(jù)信，等離子體灰化有效地 去除摻硫AHM，因?yàn)榱蚩梢耘c用于去除的氧基等離子體很好地發(fā)生反應(yīng)。 設(shè)備
[0040] 實(shí)施方式可以在多工位、多室或單工位設(shè)備上實(shí)施。各種實(shí)施方式可以與現(xiàn)有 的半導(dǎo)體加工設(shè)備兼容，例如，PECVD反應(yīng)器，比如購自Lam Research Corporation的 Sequel?或Vector?反應(yīng)室。一般來講，設(shè)備容納一個(gè)或多個(gè)室或反應(yīng)器，每個(gè)室或反應(yīng)器 包括一個(gè)或多個(gè)工位。適用于襯底加工的室可以容納一個(gè)或多個(gè)襯底。一個(gè)或多個(gè)室通過 防止旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)或其他攪動(dòng)而將襯底維持在限定的一個(gè)或多個(gè)位置。在一些實(shí)施方式中，正 在進(jìn)行摻硫AHM沉積的襯底在沉積期間可以在室內(nèi)從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置。例如， 根據(jù)各種實(shí)施方式，2000 A摻硫AHM可以完全在一個(gè)工位進(jìn)行沉積，或者500 A薄膜可 以在四個(gè)工位的每個(gè)工位沉積。可替代地，總薄膜厚度的任何其他部分可以在任意數(shù)量的 工位沉積。在沉積超過一個(gè)AHM的各種實(shí)施方式中，可以使用超過一個(gè)工位來沉積每個(gè)AHM 層。在加工期間，每個(gè)襯底通過底座、晶圓卡盤和/或其他襯底固定設(shè)備保持在位。對(duì)于將 要加熱襯底的某些操作，設(shè)備可以具有例如加熱板的加熱器。
[0041] 圖3示出了適用于進(jìn)行各種實(shí)施方式的PECVD反應(yīng)器的實(shí)例的示意性圖示。如圖 所示，反應(yīng)器300容納室324,該室可以是多工位設(shè)備的工位，或多室、多工位設(shè)備的室。室 324封閉具有等離子體的其他反應(yīng)器組件，等離子體是由電容器類型的系統(tǒng)以及與接地的 加熱部件320結(jié)合工作的噴頭314產(chǎn)生的。低頻射頻發(fā)生器302和高頻射頻發(fā)生器304可 以連接至匹配網(wǎng)絡(luò)306,該匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步連接至噴頭314。在一些實(shí)施方式中，可以使用 單個(gè)射頻發(fā)生器（未示出）。匹配網(wǎng)絡(luò)306可以供應(yīng)足以從加工氣體產(chǎn)生等離子體的功率 和頻率。
[0042] 在反應(yīng)器內(nèi)，襯底支架318固定襯底316?；ǔ＞哂锌ūP、撥塊或升降銷以在 沉積和/或等離子體處理反應(yīng)期間或間隔夾持并轉(zhuǎn)移襯底?？ūP可以是靜電卡盤、機(jī)械卡 盤或各種其他類型的卡盤。
[0043] 工藝氣體經(jīng)由入口 312引入。多源氣線310連接至歧管308。氣體可以任選地經(jīng) 過預(yù)混合?？梢圆捎煤线m的閥門和質(zhì)量流控制機(jī)構(gòu)來確保在工藝期間輸送正確的氣體。在 任何化學(xué)前體以液體形式輸送的情況中，可以采用液體流控制機(jī)構(gòu)。然后液體在達(dá)到沉積 室之前在歧管中輸送期間被加熱到其蒸發(fā)點(diǎn)以上而蒸發(fā)并與其他工藝氣體混合。
[0044] 工藝氣體經(jīng)由出口 322流出室324。真空泵326 (例如，一級(jí)或兩級(jí)機(jī)械式干泵或 渦輪分子泵）通過閉環(huán)控制的流量限制裝置（例如，節(jié)流閥或擺閥）抽出工藝氣體并且在 反應(yīng)器內(nèi)維持穩(wěn)定的低壓。在各種實(shí)施方式中，室中等離子體的密度可以是約1〇14至約1〇16個(gè)離子/m3。
[0045] 反應(yīng)器300還包括用于控制反應(yīng)器300的工藝條件和硬件狀態(tài)的系統(tǒng)控制器328 的實(shí)施方式。例如，在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器328可以控制在PECVD薄膜沉積階段期 間的一個(gè)或多個(gè)工藝參數(shù)以獲得所需的摻硫AHM薄膜，例如來自碳源和硫源的前體氣流或 者低頻射頻和高頻射頻功率水平。
[0046] 在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器328 (可以包括一個(gè)或多個(gè)物理或邏輯控制器）控 制工藝設(shè)備的一些或全部操作。用于實(shí)施適當(dāng)?shù)目刂撇僮鞯闹噶钤谔幚砥魃蠄?zhí)行。這些指 令可以存儲(chǔ)在與系統(tǒng)控制器328相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)設(shè)備上或者這些指令可以通過網(wǎng)絡(luò)來提供。 在某些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器328執(zhí)行系統(tǒng)控制軟件。
[0047] 例如，系統(tǒng)控制器328可以控制輸送合適的氣體（例如，碳源或硫源），接收來自設(shè) 備外的襯底和/或?qū)⒁r底從多工位室的一個(gè)工位轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工位。系統(tǒng)控制器328還可 以控制沉積期間的溫度、壓力、低頻射頻功率、高頻射頻功率等。
[0048] 系統(tǒng)控制器328可以包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，一個(gè)或多個(gè)大容量存儲(chǔ)設(shè)備和一 個(gè)或多個(gè)處理器。處理器可以包括CPU或計(jì)算機(jī)、模擬和/或數(shù)字輸入/輸出連接器、步進(jìn) 電機(jī)控制器板等。
[0049] 在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器328控制反應(yīng)器300的所有活動(dòng)。在一些實(shí)施方 式中，系統(tǒng)控制器328執(zhí)行機(jī)器可讀的系統(tǒng)控制軟件，該系統(tǒng)控制軟件存儲(chǔ)在大容量存儲(chǔ) 器中，裝載到存儲(chǔ)設(shè)備中，并且在處理器上運(yùn)行，使得設(shè)備會(huì)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的方 法?？商娲兀刂七壿嬁梢杂簿幋a在系統(tǒng)控制器328中。專用集成電路、可編程邏輯器件 (例如，現(xiàn)場可編程門陣列或FPGA)等可以用于這些目的。在以下討論中，無論何處使用"軟 件"或"代碼"，都可以使用功能上相當(dāng)?shù)挠簿幋a邏輯來代替。
[0050] 系統(tǒng)控制軟件可以包括用于控制計(jì)時(shí)、氣體混合、工藝氣體（例如，硫源、碳源等） 的流速、室壓和/或工位壓和/或反應(yīng)器壓、室溫和/或工位溫度和/或反應(yīng)器溫度、襯底 溫度、目標(biāo)功率水平、射頻功率水平、襯底基座、卡盤和/或基座位置以及反應(yīng)器300執(zhí)行的 特定工藝的其他參數(shù)的指令。系統(tǒng)控制軟件可以被配置成任何合適的方式。例如，可以編 寫多個(gè)加工裝備組件子程序闊控制對(duì)象以控制用于進(jìn)行多個(gè)加工裝備過程的加工裝備組 件的操作。系統(tǒng)控制軟件可以被編碼成任何合適的計(jì)算機(jī)可讀的編程語言。
[0051] 在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制系統(tǒng)可以包括用于控制如上所述的多個(gè)參數(shù)的輸入 /輸出控制（I0C)序列指令。例如，制造工藝的每個(gè)階段可以包括由系統(tǒng)控制器328執(zhí)行的 一個(gè)或多個(gè)指令?？梢园ㄓ糜谠O(shè)置沉積低應(yīng)力、摻硫AHM的各種工藝條件的指令。本文 中描述了相關(guān)工藝條件的實(shí)例。
[0052] 在一些實(shí)施方式中可以采用存儲(chǔ)在與系統(tǒng)控制器328相關(guān)聯(lián)的大容量存儲(chǔ)設(shè)備 和/或存儲(chǔ)設(shè)備上的其他計(jì)算機(jī)軟件和/或程序。用于該目的的程序或程序段的實(shí)例包括 襯底定位程序、工藝氣體控制程序、壓強(qiáng)控制程序、加熱器控制程序和等離子體控制程序。
[0053] 襯底定位程序可以包括用于加工裝備組件的程序代碼，該加工裝備組件用于將襯 底裝載到處理站襯底支架318上并且控制襯底與反應(yīng)器300的其他零件之間的間距。
[0054] 工藝氣體控制程序可以包括用于控制氣體成分和流速的代碼以及任選地用于在 沉積之前使氣體流入一個(gè)或多個(gè)處理站以便使處理站內(nèi)的壓強(qiáng)穩(wěn)定的代碼。工藝氣體控制 程序也可以包括用于根據(jù)本文所述的實(shí)施方式使來自硫源和/或碳源的氣體脈動(dòng)的代碼。 壓強(qiáng)控制程序可以包括用于通過調(diào)節(jié)（例如，加工站的排氣系統(tǒng)中的節(jié)流閥）流入加工站 中的氣流閥等來控制加工站中的壓強(qiáng)的代碼。
[0055] 加熱控制程序可以包括用于控制流到用于加熱襯底和/或加工室的一或多個(gè)加 熱單元的流的代碼?？商娲兀訜峥刂瞥绦蚩梢钥刂戚斔蛡鳠釟怏w（例如，氦氣）到襯底。
[0056] 等離子體控制程序可以包括用于設(shè)定施加在一個(gè)或多個(gè)加工站中的加工電極上 的射頻功率水平的代碼。
[0057] 在一些實(shí)施方式中，可以存在與系統(tǒng)控制器328相關(guān)聯(lián)的用戶界面。用戶界面可 以包括顯示屏、設(shè)備和/或加工條件的圖像軟件顯示器以及其他輸入設(shè)備，例如，指向設(shè) 備、鍵盤、觸屏、麥克風(fēng)等。
[0058] 在一些實(shí)施方式中，由系統(tǒng)控制器328調(diào)節(jié)的參數(shù)可以涉及工藝條件。非限制性 實(shí)例包括：例如碳源或硫源的工藝氣體成分和流速，溫度，壓強(qiáng)，等離子體條件（例如，射頻 偏壓功率水平）等。這些參數(shù)可以以配方的形式提供給用戶，可以利用用戶接口來輸入配 方。
[0059] 用于監(jiān)測過程的信號(hào)可以由系統(tǒng)控制器328的模擬和/或數(shù)字輸入連接從多個(gè)加 工裝備傳感器提供。反應(yīng)器300的模擬和數(shù)字輸出連接可以輸出用于控制工藝的信號(hào)?？?以監(jiān)測的加工裝備傳感器的非限制性實(shí)例包括質(zhì)量流控制器、壓力傳感器（例如壓力計(jì)）、 熱電偶等?？梢耘c來自這些傳感器的數(shù)據(jù)一起使用適當(dāng)編程的反饋和控制算法來維持工藝 條件。
[0060] 系統(tǒng)控制器328可以提供用于實(shí)施上述沉積工藝的程序指令。程序指令可以控制 各種工藝參數(shù)，例如直流功率水平、射頻功率水平、壓強(qiáng)、溫度、暴露于工藝氣體和/或熱和 /或其他能源的持續(xù)時(shí)間等。這些指令可以控制這些參數(shù)以根據(jù)本文所述的多個(gè)實(shí)施方式 原位沉積并且進(jìn)一步加工（例如，圖案化、蝕刻和激發(fā)）薄膜堆層。
[0061] 在一些實(shí)施方式中，摻硫非晶碳膜可以通過使用高密度等離子體（HDP)方法和設(shè) 備來形成。HDP方法一般使用位于反應(yīng)空間上游的電感耦合等離子體發(fā)生器。在一些實(shí)施 方式中，HDP方法中等離子體的密度可以是約1017至約1019個(gè)離子/m3。在一些實(shí)施方式 中，通過HDP沉積期間的壓強(qiáng)可以在約1毫托與約200毫托之間。 實(shí)驗(yàn)
[0062] 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以測量在給定應(yīng)力水平下?lián)搅蚝臀磽搅蛱加材さ奈g刻率。在1. 8托的工 藝壓強(qiáng)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。以下給出了用于300_襯底的四工位設(shè)備的等離子體功率。
[0063] 通過使用400W高頻（HF)功率和1000W低頻（LF)功率的雙射頻（RF)等離子體， 流入2500sccm乙炔（C2H2)來制造未摻雜的碳硬膜。
[0064] 制造了 6個(gè)摻硫的碳硬膜。首先，通過使用400W高頻功率和1000W低頻功率的雙 射頻等離子體，流入2500sccm乙炔（C2H2)和50sccm二硫化碳（CS2)來制造2%摻硫的碳硬 膜。
[0065] 通過使用400W高頻功率和1000W低頻功率的雙射頻等離子體，流入625SCCm乙炔 (C2H2)和68sccm二硫化碳（CS2)和2750sccm氮?dú)猓∟ 2)來制造第二個(gè)2%摻硫的碳硬膜。
[0066] 通過使用400W高頻功率和1000W低頻功率的雙射頻等離子體，流入2500sccm乙 炔（C2H2)和262sccm二硫化碳（CS2)和1250sccm氦氣和1500sccm氮?dú)猓∟ 2)來制造第一個(gè) 5 %摻硫的碳硬膜。
[0067] 通過使用400W高頻功率和1000W低頻功率的雙射頻等離子體，流入625SCCm乙炔 (02112)和1688〇〇]1二硫化碳（032)和 12508〇〇]1氦氣和 15008〇〇]1氮?dú)猓?^2)來制造第二個(gè)5(% 摻硫的碳硬膜。
[0068] 通過使用400W高頻功率和400W低頻功率的雙射頻等離子體，流入625SCCm乙炔 (02112)和1688〇〇]1二硫化碳（032)和12508〇〇]1氦氣和15008〇〇]1氮?dú)猓?^ 2)來制造第三個(gè)5(% 摻硫的碳硬膜。
[0069] 通過使用400W高頻功率和400W低頻功率的雙射頻等離子體，流入625SCCm乙炔 (C2H2)和168sccm二硫化碳（CS2)和1250sccm氦氣和1500sccm氮?dú)猓∟ 2)來制造第四個(gè)5% 摻硫的碳硬膜。
[0070] 測量全部八個(gè)堆層的應(yīng)力和彈性模量。測量每個(gè)硬膜的氧化物/氮化物/氧化 物/氮化物（0N0N)堆層和氧化物/多晶硅/氧化物/多晶硅（0P0P)堆層的相對(duì)蝕刻率。 將相對(duì)蝕刻率歸一化以示出摻雜的硬膜比未摻雜的硬膜的蝕刻率提高。結(jié)果匯總在下表1 中。 表1.摻雜與未摻雜的AHM的應(yīng)力、彈性模量和蝕刻率

【權(quán)利要求】
1. 一種在半導(dǎo)體襯底上有待蝕刻的第一層上形成可灰化硬膜的方法，包括： 提供包括碳源和硫源的前體氣體到容納所述半導(dǎo)體襯底的沉積室，并且 從所述前體氣體產(chǎn)生等離子體，從而通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)工藝在 所述第一層上沉積摻硫的可灰化硬膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沉積的摻硫的可灰化硬膜具有在約0. 5%與 約5%之間的硫原子含量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述沉積的摻硫的可灰化硬膜具有在約60%與約 90 %之間的碳原子含量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述沉積的摻硫的可灰化硬膜具有在約13%與約 26 %之間的氫原子含量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述摻硫的可灰化硬膜的厚度在約1 oooA與約 90,000A 之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述摻硫的可灰化硬膜的應(yīng)力在 約-40MPa與約-400MPa之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一層選自由氧化物層、氮化物 層或多晶硅層組成的組。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述碳源是甲烷、乙炔或丙烯。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述硫源是硫化氫（H2S)或二硫化 碳（CS2)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述硫源是二硫化碳（CS2)并且所 述碳源是乙炔（C 2H2)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述碳源和所述硫源從所述沉積室 的上游結(jié)合。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述碳源和所述硫源被單獨(dú)提供到 所述沉積室。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括圖案化所述可灰化硬膜層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)所述可灰化硬膜的圖案蝕刻所述第 一層。
15. -種在半導(dǎo)體襯底上形成摻硫的非晶碳基薄膜的方法，包括： 在沉積室中提供所述半導(dǎo)體襯底， 使所述襯底暴露于包括碳源和硫源的前體氣體，并且 通過等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)工藝在所述襯底上沉積摻硫的非晶碳基薄 膜。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述摻硫的非晶碳基薄膜具有在約0. 5%與約 5 %之間的硫原子含量。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中所述硫源是硫化氫（H2S)或二硫化碳 (CS2)。
18. -種被配置成加工半導(dǎo)體基板的設(shè)備，所述設(shè)備包括： (a) 沉積室，包括： 嗔頭， 等離子體發(fā)生器， 襯底支架，以及 一個(gè)或多個(gè)氣體入口；以及 (b) 用于控制所述設(shè)備中的操作的控制器，包括計(jì)算機(jī)可讀指令，所述計(jì)算機(jī)可讀指令 用于： 使包括碳源和硫源的前體氣體流到容納所述半導(dǎo)體襯底的沉積室，并且 供應(yīng)功率到所述等離子體發(fā)生器以從所述前體氣體產(chǎn)生等離子體，從而通過等離子體 增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)工藝在所述襯底上沉積摻硫的可灰化硬膜。
【文檔編號(hào)】H01L21/033GK104517815SQ201410513389
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】斯利士·K·雷迪, 愛麗絲·G·霍利斯特, 索斯藤·利爾 申請(qǐng)人:朗姆研究公司