通过脉冲低频射频功率获得高选择性和低应力碳硬膜制造技术

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、低应力的可灰化硬膜的方法。在某些实施方式中，所述方法涉及在使用双射频等离子体源沉积可灰化硬膜期间在保持高频射频功率恒定的同时使低频射频功率脉动。根据各种实施方式，低频射频功率可以在非零水平之间脉动或者通过开启和关闭低频射频功率而脉动。所得的沉积的高选择性可灰化硬膜由于一个或多个因素可以具有减小的应力，这些因素包括在可灰化硬膜上减少的离子和原子轰击以及陷入可灰化硬膜中更低水平的氢。

【技术实现步骤摘要】
通过脉冲低频射频功率获得高选择性和低应力碳硬膜本申请是申请号为201410513782.9，申请日为2014年9月29日，申请人为朗姆研究公司，专利技术创造名称为“通过脉冲低频射频功率获得高选择性和低应力碳硬膜”的专利技术专利申请的分案申请。
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
提供了通过减小应力水平且增加蚀刻选择性的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积可灰化硬膜(AHM)的新方法，这种可灰化硬膜用于包括存储器和逻辑器件制造的半导体加工中。在各种实施方式中，所述方法可以涉及：使半导体衬底上的层暴露于包括碳氢化合物前体的工艺气体；并且在通过PECVD沉积期间通过在维持恒定高频(HF)射频功率的同时使低频(LF)射频功率脉动而使用双射频(RF)源来产生等离子体。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。根据各种实施方式，使射频功率脉动可以涉及在非零水平之间调制或者开启和关闭低频功率。在一些实施方式中，低频功率在约2Hz与约200Hz之间的频率脉动。沉积可以在高或低工艺温度下进行。在一个方面，提供了沉积高选择性、低应力AHM的方法。根据各种实施方式，在通过引入前体气体进行沉积期间，低频射频功率在高频射频功率恒定时脉动。在一些实施方式中，沉积的AHM的氢含量在约10％与约25％之间，例如，约18％。在某些实施方式中，沉积的AHM的蚀刻选择性在约3.6与约4.4之间。另一方面涉及在半导体衬底上形成非晶碳层的方法。在各种实施方式中，在低频射频功率脉动且高频功率恒定时，使用双射频等离子体源沉积非晶碳层。在一些实施方式中，低频功率在非零水平之间脉动。在一些实施方式中，通过开启和关闭低频功率使低频脉动。在某些实施方式中，低频功率在约2Hz与约10Hz之间的频率脉动。沉积可以在高或低工艺温度下进行。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、衬底支架和一个或多个气体入口；双射频等离子体发生器，具有高频成分和低频成分，被配置成供应射频功率到沉积室；以及控制器。所述控制器被配置成控制所述设备中的操作，并且包括计算机可读指令，所述计算机可读指令用于：使包括碳氢化合物前体气体的工艺气体流到沉积室；供应双射频射频功率到沉积室以点燃等离子体；并且在保持高频功率恒定时使低频功率脉动。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通过调制双射频等离子体发生器形成可灰化硬膜的方法的相关操作。图3示出了根据各种实施方式的时序图。图4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)室的示意性图示。图5是示出了用于在低温沉积可灰化硬膜的应力和弹性模量结果的曲线图。图6是示出了用于在高温沉积可灰化硬膜的应力和弹性模量结果的曲线图。图7是示出了通过热脱附谱测量氢气(H2)的逸气的曲线图。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”、“等离子体灰化”或“干剥离”的技术来去除。AHM的一个实例是非晶碳层或膜。AHM一般由碳和氢构成，任选地，具有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在sp2(石墨形态)或sp3(金刚石形态)或两者的组合之间变化。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。尽管以下描述主要涉及半导体衬底，但是该方法也可以应用于在包括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用于图案化氧化物、氮化物或多晶硅层。在操作102中，可灰化硬膜沉积在将使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)蚀刻的层上。PECVD工艺涉及在沉积室中产生等离子体。按照以下参照图2的进一步描述，可以使用包括高频(HF)功率和低频(LF)功率的双射频(RF)等离子体源。在一些工艺中，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可以通过富氟干蚀刻来实现。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。最后，在操作110中，被称为灰化、等离子体灰化或干法剥离的技术用于去除AHM。通过富氧干法蚀刻可以执行灰化。通常，氧气被引入处于真空条件下的室中，并且射频功率在等离子体中形成氧离子，从而与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)。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。结果是所需的图案化衬底层。高纵横比图案化使用具有高蚀刻选择性的AHM。蚀刻选择性可以通过AHM层的蚀刻速率/下层的蚀刻速率来确定。通过确定AHM层的弹性模量或刚度也可以估计蚀刻选择性。刚度更高或弹性模量更高的AHM能在涉及更多离子轰击的蚀刻过程中承受更高的蚀刻速率。因此，具有更高弹性模量的AHM具有更高的选择性和更低的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成可灰化硬膜的方法，包括：使半导体衬底暴露于包括碳氢化合物前体气体的工艺气体；并且通过使用等离子体的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在所述衬底上沉积可灰化硬膜，所述等离子体是由包括高频(HF)成分和低频(LF)成分的双射频(RF)等离子体源产生的，其中在沉积期间，高频功率在低频功率脉动时恒定。

【技术特征摘要】
2013.09.30 US 61/884,832;2014.04.08 US 14/248,0461.一种形成可灰化硬膜的方法，包括：使半导体衬底暴露于包括碳氢化合物前体气体的工艺气体；并且通过使用等离子体的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在所述衬底上沉积可灰化硬膜，所述等离子体是由包括高频(HF)成分和低频(LF)成分的双射频(RF)等离子体源产生的，其中在沉积期间，高频功率在低频功率脉动时恒定。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述低频功率在非零功率水平之间脉动。3.根据权利要求1所述的方法，其中通过开启和关闭所述低频功率使所述低频功率脉动。4.根据权利要求1所述的方法，其中低频射频功率的频率约为400kHz。5.根据权利要求1至4的任一项所述的方法，其中所述低频功率在约2Hz与约200Hz之间的频率脉动。6.根据权利要求1至4的任一项所述的方法，其中所述低频功率在约2Hz与约10Hz之间的频率脉动。7.根据权利要求1至4的任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯利士·K·雷迪，季春海，陈欣怡，普拉莫德·苏布拉莫尼姆，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US