用于硬掩模应用的硼掺杂碳化钨制造技术

本公开内容的实施例总体上关于集成电路的制造。更具体地，本文所述的实施例提供在基板上沉积硬掩模膜的技术。在一个实施例中，提供在基板上形成硬掩模层的方法。方法包括通过在处理腔室中供应籽晶层气体混合物来在基板上形成籽晶层。方法进一步包括通过在处理腔室中供应过渡层气体混合物来在籽晶层上形成包括钨、硼和碳的过渡层。方法进一步包括通过在处理腔室中供应主要沉积气体混合物来在过渡层上形成包括钨、硼和碳的块体硬掩模层。

Boron-doped tungsten carbide for hard mask applications

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于硬掩模应用的硼掺杂碳化钨
技术介绍

本公开内容的实施例总体上涉及集成电路的制造。更具体地，本文所述的实施例提供在基板上沉积硬掩模膜的技术。相关技术的描述可靠地生产亚半微米和更小的特征是下一代半导体元件的超大规模集成电路(VLSI)和极大规模集成电路(ULSI)的关键技术挑战之一。然而，随着电路技术的极限的推进，VLSI和ULSI互连技术的缩小尺寸对处理能力提出了额外的要求。基板上的栅极结构的可靠形成是VLSI和ULSI成功的关键，也是持续努力提高单个基板和管芯的电路密度和质量的关键。此外，对更大的集成电路密度的要求也对集成电路部件制造中使用的工艺序列提出了要求。例如，在使用常规光刻技术的工艺序列中，能量敏感抗蚀剂层形成在设置在基板上的材料层的堆叠之上。能量敏感抗蚀剂层暴露于图案的图像以形成光刻胶掩模。之后，使用蚀刻工艺将掩模图案转移到堆叠的的材料层中的一个或多个材料层。蚀刻工艺中使用的化学蚀刻剂经选择为对堆叠的材料层具有比能量敏感抗蚀剂的掩模更大的蚀刻选择性。也就是说，化学蚀刻剂以比蚀刻能量敏感抗蚀剂快得多的速率蚀刻材料堆叠的一层或多层。对在抗蚀剂之上的堆叠的一个或多个材料层的蚀刻选择性防止能量敏感抗蚀剂在图案转移完成之前被消耗。因此，高选择性的蚀刻剂增强了准确的图案转移。由于用于形成半导体元件的结构的几何形状极限被推向技术极限，因此对于制造具有小临界尺寸和高纵横比结构以及具有不同材料的结构的准确图案转移的需求越来越难以满足。例如，已经减小能量敏感抗蚀剂的厚度以控制图案的分辨率。由于化学蚀刻剂的攻击，上述薄抗蚀剂层(例如，小于约)在图案转移工艺期间可能不足以遮蔽下面的材料层。被称为硬掩模(“HM”)层的中间层由于其对化学蚀刻剂的较强耐受性而通常被用于能量敏感抗蚀剂层和下层材料层之间以促进图案转移。通常，氮氧化硅、碳化硅或碳膜通常为用于硬掩模层的材料。在蚀刻期间，用于将图案转移到材料的硬掩模层暴露于侵蚀性蚀刻剂持续显著的时间段。在长时间暴露于侵蚀性蚀刻剂之后，不具有足够的抗蚀刻性的硬掩模层可能在尺寸上发生变化，这造成不准确的图案转移以及尺寸控制的丧失。此外，选择用于硬掩模层与设置在膜堆叠中的相邻层的材料相似性可能造成它们之间的类似蚀刻特性，因此在蚀刻期间导致差的选择性。硬掩模层和相邻层之间差的选择性可导致硬掩模层的不均匀的、锥形的和变形的剖面，从而导致差的图案转移以及准确结构尺寸控制的失败。金属掺杂膜由于其高蚀刻选择性而被开发用于硬掩模应用，所述高蚀刻选择性有助于对深层结构的蚀刻。目前对于金属掺杂硬掩模膜的主要挑战之一是大的膜粗糙度和大的晶粒尺寸，这导致差的局部临界尺寸均匀性(“CDU”)的蚀刻后和图案蚀刻问题。目前，也难以将金属掺杂硬掩模膜从下层膜去除或剥离。因此，需要容易去除且具有高蚀刻选择性以及低的晶粒尺寸和粗糙度(光滑形貌)的改进硬掩模膜。
技术实现思路
本公开内容的实施例总体上涉及集成电路的制造。更具体地，本文所述的实施例提供用于在基板上沉积硬掩模膜的技术。在一个实施例中，提供在基板上形成硬掩模层的方法。所述方法包括通过在处理腔室中供应籽晶层气体混合物来在基板上形成籽晶层。方法进一步包括通过在处理腔室中供应过渡层气体混合物来在籽晶层上形成包括钨、硼和碳的过渡层。所述方法进一步包括通过在处理腔室中供应主要沉积气体混合物来于过渡层上形成包括钨、硼和碳的块体积硬掩模层。在另一实施例中，提供硬掩模层。所述硬掩模层包括籽晶层、过渡层以及设置在过渡层上的块体硬掩模层。籽晶层为碳化硼层。过渡层为碳化钨硼层。块体硬掩模层为碳化钨硼层。在又另一实施例中，提供形成硬掩模层的方法。所述方法包括供应气体混合物至设置在处理腔室中的基板的表面上以在基板上形成籽晶层，所述气体混合物至少包括硼基前驱物气体和碳基前驱物气体。所述方法进一步包括斜减碳基前驱物气体并斜增在气体混合物中供应的钨基前驱物气体，同时维持稳定流动的硼基前驱物气体进入处理腔室以在籽晶层上形成过渡层。所述方法进一步包括在气体混合物中持续供应钨基前驱物气体直到钨基前驱物气体到达预定流动速率为止，并且将钨基前驱物气体维持在稳定的预定流动速率下，以形成块体硬掩模层。附图简单说明为了可详细地理解本公开内容的上述特征，可通过参照实施例(所述实施例中的某些实施例描绘于附图中)而对实施例作出更具体的描述(所述实施例在上文中简要概述)。然而，值得注意的是，附图仅描绘此公开内容的典型实施例，并因此不被视为限制此公开内容的范围，因为此公开内容可允许其他等效的实施例。图1描绘可用于实践本文所述的实施例的PECVD系统的示意性横截面图；图2描绘根据本文所述的一个或多个实施例的形成碳化钨硼硬掩模层的方法的流程图；图3A至图3D描绘根据本文所述的一个或多个实施例的在膜堆叠上形成碳化钨硼硬掩模层的序列；图4描绘根据本文所述的一个或多个实施例的用于形成碳化钨硼硬掩模层的气流图；图5A和图5B描绘根据本公开内容的一个或多个实施例形成的碳化钨硼硬掩模层的扫描电子显微(SEM)相片；图6为展示根据本公开内容的一个或多个实施例形成的氧化物上的的膜的粗糙度的扫描电子显微(SEM)相片；以及图7为展示根据本文所述的实施例形成的碳化钨硼硬掩模层的蚀刻选择性以及其他现有技术硬掩模层的蚀刻选择性的曲线图。为了促进理解，已经尽可能利用相同的元件符号来标示附图共有的相同元件。预期一个实施例的元件和特征可有利地并入其他的实施例而无需进一步叙述。具体实施方式以下公开内容描述用于在基板上沉积硬掩模膜的技术。在以下描述和图1至图7中提出某些细节以提供对本公开内容的各种实施例的透彻理解。描述通常与等离子体工艺、硬掩模膜沉积和蚀刻有关的公知结构和系统的其他细节未在以下公开内容中提出，以避免不必要地模糊多个实施例的描述。附图中所示的许多细节、尺寸、角度和其他特征仅仅说明特定实施例。因此，在不偏离本公开内容的精神或范围的情况下，其他实施例可以具有其他细节、部件、尺寸、角度和特征。此外，本公开内容的进一步实施例可以在没有下面描述的细节中的几个细节的情况下被实践。将在下文中参考可用任何合适的薄膜沉积系统施行的PECVD工艺来描述本文所述的实施例。合适系统的实施例包括可使用处理腔室的系统、PRECISION系统、系统、GTTM系统、XPPRECISIONTM系统和SETM系统，它们可从加利福利亚州圣芭芭拉(SantaClara，Calif)的应用材料公司(AppliedMaterials，Inc.)购得。能够执行PECVD工艺的其他工具也可以经适配而受益于本文所述的实施例。此外，实现本文所述的PECVD工艺的任何系统可以是有利的。本文所述的设备描述内容是说明性的，并且不应被解释或理解为限制本文所述的实施例的范围。因为对于蚀刻深结构所必须的高蚀刻选择性，金属掺杂膜目前正被开发用于硬掩模(HM)应用。金属掺杂硬掩模膜的主要挑战之一是高粗糙度和大晶粒尺寸，这导致差的局部CDU蚀刻后和图案蚀刻问题，另一个问题是容易移除或“可剥离性(stripability)”。目前的硬掩模膜应用使用了本质上为非晶的碳基膜，但非晶碳基膜的蚀刻选择性不再足以满足日益严格的要求以及即将到来的节点的高深宽比蚀刻。为了实现此，正在开发金属基硬掩膜，因为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基板上形成硬掩模层的方法，包括以下步骤：通过在处理腔室中供应籽晶层气体混合物来在基板上形成籽晶层；通过在所述处理腔室中供应过渡层气体混合物来在所述籽晶层上形成过渡层，所述过渡层包括钨、硼和碳；以及通过在所述处理腔室中供应主要沉积气体混合物来在所述过渡层上形成块体硬掩模层，所述块体硬掩模层包括钨、硼和碳。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.01 US 62/453,2881.一种在基板上形成硬掩模层的方法，包括以下步骤：通过在处理腔室中供应籽晶层气体混合物来在基板上形成籽晶层；通过在所述处理腔室中供应过渡层气体混合物来在所述籽晶层上形成过渡层，所述过渡层包括钨、硼和碳；以及通过在所述处理腔室中供应主要沉积气体混合物来在所述过渡层上形成块体硬掩模层，所述块体硬掩模层包括钨、硼和碳。2.如权利要求1所述的方法，其中所述过渡层气体混合物至少包括硼基前驱物气体、碳基前驱物气体以及钨基前驱物气体。3.如权利要求2所述的方法，其中所述主要沉积气体混合物包括所述硼基前驱物气体、所述碳基前驱物气体以及所述钨基前驱物气体。4.如权利要求3所述的方法，其中所述籽晶层气体混合物至少包括所述硼基前驱物气体以及所述碳基前驱物气体。5.如权利要求3所述的方法，其中所述硼基前驱物气体为B2H6，所述碳基前驱物气体为C3H6，并且所述钨基前驱物气体为WF6。6.如权利要求2所述的方法，其中通过减少所述碳基前驱物气体的气体流动速率同时维持所述硼基前驱物气体的稳定气体流动速率来将所述过渡层气体混合物供应至所述处理腔室。7.如权利要求6所述的方法，其中通过斜增所述钨基前驱物的气体流动速率来将所述过渡层气体混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·文卡塔苏布磊曼聂，A·B·玛里克，S·辛哈罗伊，T·越泽，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US