掺硫的碳硬膜制造技术

本发明专利技术提供了使用等离子体增强化学气相沉积形成高蚀刻选择性和低氢含量的可灰化硬膜(AHM)的方法。所述方法涉及使半导体衬底上有待蚀刻的第一层暴露于碳源和硫源并且产生等离子体以在第一层上沉积掺硫的AHM或非晶碳基薄膜。

【技术实现步骤摘要】
掺硫的碳硬膜
本专利技术涉及半导体加工制造领域,尤其涉及形成可灰化硬膜的方法。
技术介绍
在包括存储器和逻辑器件制造的半导体加工中，非晶碳薄膜可以用作硬膜和蚀刻终止层。这些薄膜因为可以通过灰化技术去除，所以也称为可灰化硬膜(AHM)。随着平版印刷的纵横比增加，AHM要求更高的蚀刻选择性。通过使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法形成高选择性AHM的现有方法得到具有高应力的AHM，从而限制了AHM作为硬膜的可用性。因此，希望生产具有高蚀刻选择性和低应力的AHM。
技术实现思路
提供了沉积可灰化硬膜(AHM)的新方法，这种可灰化硬膜增加了用于包括存储器和逻辑器件制造的半导体加工中的蚀刻选择性。在各种实施方式中，所述方法涉及从碳源和硫源提供前体气体到半导体衬底上有待蚀刻的第一层上，并且从所述前体气体产生等离子体，从而通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在所述第一层上沉积掺硫的可灰化硬膜。可以沉积在AHM上的层的实例包括介电层，例如，氧化物和氮化物，以及多晶硅层。碳源的实例包括甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)和丙烯(C3H6)。硫源的实例包括硫化氢(H2S)和二硫化碳(CS2)。在各种实施方式中，碳源和硫源可以从沉积室的上游结合，或者分别提供给沉积室。在某些实施方式中，掺硫的AHM可以具有在约0.5％与约5％之间的硫原子含量。在某些实施方式中，掺硫的AHM可以具有在约60％与约90％之间的碳原子含量。在某些实施方式中，掺硫的AHM可以具有在约13％与约26％之间的氢原子含量。在某些实施方式中，掺硫的AHM可以被图案化。第一层然后可以根据图案化的AHM进行蚀刻。在一些实施方式中，掺硫的AHM的厚度可以在约与约之间。在各种实施方式中，掺硫的AHM的应力在约-40MPa与约-400MPa之间。另一方面涉及一种在半导体衬底上形成掺硫的碳基薄膜的方法。在沉积室中可以提供半导体衬底。在各种实施方式中，半导体衬底在沉积室中暴露于包括碳源和硫源的前体气体，并且掺硫的碳基薄膜通过PECVD沉积在衬底上。在某些实施方式中，掺硫的碳基薄膜可以具有在约0.5％与约5％之间的硫原子含量。在某些实施方式中，掺硫的碳基薄膜可以具有在约0.5％与约3.5％之间的硫原子含量。在各种实施方式中，硫源可以是硫化氢或二硫化碳。另一方面涉及一种被配置成加工半导体基板的设备。根据各种实施方式，所述设备包括：沉积室，包括喷头、被配置成供应功率到沉积室的等离子体发生器、衬底支架以及一个或多个气体入口；以及被配置成控制所述设备中的操作的控制器，包括计算机可读指令，所述计算机可读指令用于：使包括碳源和硫源的前体气体流到容纳所述半导体衬底的沉积室，并且供应功率到所述等离子体发生器以从所述前体气体产生等离子体，从而通过PECVD工艺在所述衬底上沉积掺硫的可灰化硬膜。以下参照附图进一步描述这些和其他方面。附图说明图1是工艺流程图，示出了根据各种实施方式的在蚀刻操作中使用可灰化硬膜的方法的相关操作。图2是工艺流程图，示出了根据各种实施方式的形成掺硫的可灰化硬膜的方法的相关操作。图3示出了适用于进行各种实施方式的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)室的实例的示意性图示。具体实施方式在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对提出的实施方式的透彻理解。公开的实施方式可以在没有一些或所有的这些具体细节的情况下实施。在其他实例中，未详细描述公知的方法操作以便不会不必要地模糊公开的实施方式。尽管将会结合具体实施方式描述公开的实施方式，但是应当理解，这些实施方式并不旨在限制公开的实施方式。在半导体加工中，掩模方法可以用于图案化和蚀刻衬底。随着衬底的纵横比增加，对高选择性硬膜的要求越来越高。具有高蚀刻选择性又容易去除而不会损坏衬底的掩模对于加工衬底很重要。在蚀刻终止层或在选择性蚀刻期间，或者光致抗蚀剂可能不够厚而不足以成为下层的掩模的情况下，可灰化硬膜(AHM)可用作掩模。AHM也可以用在用于显示器和其他技术的玻璃衬底上。AHM具有一种化学组成，这种化学组成允许一旦AHM完成了它们的目的就可以通过被称为灰化，可替代地称为等离子体灰化或干剥离的技术来去除。将具有有待灰化的硬膜的衬底放入处于真空条件下的室中，并且来自等离子体的单原子氧与硬膜发生反应以将其氧化形成水、一氧化碳和二氧化碳。可以在室中或通过使氧气受到射频功率的作用而远程地形成等离子体。在某些情况下，例如，当可灰化硬膜留下仅通过灰化无法去除的任何残留物时，通过在灰化之后使用额外的湿法或干法蚀刻工艺可以实现硬膜的完全去除。AHM一般可以由碳和氢构成，以及任选地微量的一种或多种掺杂元素(例如，氮、氟、硼和硅)。AHM的键合结构取决于沉积条件可以是sp2(石墨形态)或sp3(金刚石形态)或两者的组合。图1是工艺流程图，示出了在蚀刻操作中使用AHM作为硬膜的方法的相关操作。在AHM沉积之前，具有有待蚀刻的层的衬底可以设置在沉积室中。尽管以下描述涉及半导体衬底，但是该方法可以应用于在例如玻璃衬底的其他类型的衬底上的层。可以使用AHM掩盖的材料的实例包括氧化物(例如，SiO2)和氮化物(SiN和TiN)、多晶硅(多晶Si)和例如铝(Al)、铜(Cu)和钨(W)的金属。在某些实施方式中，本文所述的AHM可以用于图案化氧化物、氮化物或多晶硅层。在操作102中，AHM沉积在将使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)蚀刻的层上，这可以涉及在沉积室中生成等离子体。可以使用单射频(RF)等离子体源或包括高频(HF)成分和低频(LF)成分的双RF等离子体源。在一些工艺中，可以沉积一个或多个AHM层。在操作104中，根据所需的蚀刻图案沉积、曝光并显影光致抗蚀剂层。在一些实施方式中，在光致抗蚀剂沉积之前，可以在AHM上沉积抗反射层(ARL)。在操作106中，通过蚀刻AHM的暴露部分来打开AHM。打开AHM可以通过以下参照操作110描述的氧基干蚀刻来实现。接着，在操作108中，选择性地蚀刻衬底层，从而将图案转移到衬底层上。可以执行选择性蚀刻使得在基本上不减小AHM壁的情况下蚀刻衬底层。蚀刻的实例可以包括自由基蚀刻和/或基于离子蚀刻。蚀刻化学物的实例可以包括基于卤素的蚀刻化学物，例如，含氟和含氯蚀刻化学物。例如，从含氟碳化合物的工艺气体产生的电容耦合等离子体可以用于选择性蚀刻氧化物层。工艺气体的具体实例包括含CxFy的工艺气体，任选地具有氧气(O2)和惰性气体，例如，C4H8/CH2F2/O2/Ar。根据各种实施方式，蚀刻工艺可以使用直接(原位)或远程等离子体。最后，在操作110中，通过灰化、等离子体灰化或干法剥离可以去除AHM。氧气(O2)被引入处于真空条件下的室中，使得等离子体与AHM发生反应并将其氧化以形成水(H2O)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。如果使用掺杂物，等离子体可以与掺杂的AHM发生反应并将其氧化。任选地，任何剩余的AHM残余物在灰化之后也可以通过湿法或干法蚀刻工艺去除。结果得到所需的图案化衬底层。高纵横比图案化可以使用具有高蚀刻选择性的AHM。蚀刻选择性可以通过将AHM层的蚀刻率/下层的蚀刻率来确定。如果AHM具有较低的氢含量，就可以强化其耐久性并且可以增加蚀刻选择性。如果AHM蚀刻率减小，那么可以增加蚀刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在半导体衬底上有待蚀刻的第一层上形成可灰化硬膜的方法，包括：提供包括碳源和硫源的前体气体到容纳所述半导体衬底的沉积室，并且从所述前体气体产生等离子体，从而通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在所述第一层上沉积掺硫的可灰化硬膜。

【技术特征摘要】
2013.09.30 US 61/884,800;2014.05.05 US 14/270,0011.一种在半导体衬底上有待蚀刻的第一层上形成可灰化硬膜的方法，包括：提供包括碳源和硫源的前体气体到容纳所述半导体衬底的沉积室，并且从所述前体气体产生等离子体，从而通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在所述第一层上沉积掺硫的可灰化硬膜。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积的掺硫的可灰化硬膜具有在0.5％与5％之间的硫原子含量。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述沉积的掺硫的可灰化硬膜具有在60％与90％之间的碳原子含量。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述沉积的掺硫的可灰化硬膜具有在13％与26％之间的氢原子含量。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述掺硫的可灰化硬膜的厚度在与之间。6.根据权利要求1至5的任一项所述的方法，其中所述掺硫的可灰化硬膜的应力在-40MPa与-400MPa之间。7.根据权利要求1至5的任一项所述的方法，其中所述第一层选自由氧化物层、氮化物层和多晶硅层组成的组。8.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯利士·K·雷迪，爱丽丝·G·霍利斯特，索斯藤·利尔，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US