半导体硬掩膜薄膜制备方法技术

本发明专利技术提供一种半导体硬掩膜薄膜制备方法，所述方法包括：构建腔室环境，将所述反应腔室进行抽真空，以使所述反应腔室的压力达到第一设定压力值；将待沉积含氮化合物薄膜的晶片传入所述反应腔室内的基座上，将所述基座加热至预设温度值；启辉步骤，向反应腔室通入氮气，直至所述反应腔室的压力达到第二设定压力值，开启直流电源，以向靶材加载直流功率，启辉促使氮气离化，产生等离子体；溅射步骤，保持所述直流电源处于开启状态；开启射频电源，以向基座加载射频功率，以使所述等离子体对所述含氮化合物薄膜的晶片的表面进行轰击。通过本发明专利技术，可以获得密度应力可调的高质量的薄膜。

Preparation method of semiconductor hard mask film

【技术实现步骤摘要】
半导体硬掩膜薄膜制备方法
本专利技术涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种半导体硬掩膜薄膜制备方法。
技术介绍
目前，随着超大规模集成电路的发展，为了实现更高的刻蚀精度，光刻胶和掩膜材料不断演进，以获得较高的刻蚀选择比、更好的形貌控制及线条边缘粗糙度。传统的光刻胶材料在刻蚀所用的等离子体作用下容易产生退化和变形，难以实现更高密度的图形化转移。无定型碳作为一种非金属硬掩膜材料因其在刻蚀工艺中相对于氧化硅、氮化硅及硅等材料的高刻蚀选择比，广泛用于集成电路制造工艺中。现有的无定型碳硬掩膜薄膜通常采用等离子体增强化学气相沉积工艺(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD)，在400-600℃的高温下热分解含CH(碳氢化合物)类有机物前驱体材料，其中氢含量约为20％-50％。随着器件特征尺寸在不断缩小，器件密度不断增大，在14nm以下先进制程中，传统PECVD方法工艺窗口小，局限性日益突出。相比PECVD技术，物理气相沉积工艺(PhysicalVaporDeposition，PVD)因其采用高纯石墨材料直接制备碳薄膜，密度高且杂质含量少，但是现有制备碳薄膜的工艺中存在很大的压应力，可能产生表面剥离现象，这种表面剥离现象在PVD方法中更加严重。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种半导体硬掩膜薄膜制备方法。为实现本专利技术的目的而提供一种半导体硬掩膜薄膜制备方法，所述方法包括：构建腔室环境，将反应腔室进行抽真空，以使所述反应腔室的压力达到第一设定压力值；将待沉积含氮化合物薄膜的晶片传入所述反应腔室内的基座上，将所述基座加热至预设温度值；启辉步骤，向所述反应腔室通入氮气，直至所述反应腔室的压力达到第二设定压力值；开启直流电源，以向靶材加载直流功率，启辉促使氮气离化，产生等离子体；溅射步骤，保持所述直流电源处于开启状态；开启射频电源，以向基座加载射频功率，以使所述等离子体对所述含氮化合物薄膜的晶片的表面进行轰击。优选地，所述含氮化合物薄膜，包括以下任意一种：SiNx，TiN，TaN。优选地，所述溅射步骤采用的直流功率大于所述启辉步骤采用的直流功率。优选地，所述启辉步骤采用的直流功率的取值范围在500-10000W；所述溅射步骤采用的直流功率的取值范围在5000-30000W；所述启辉步骤所处的所述反应腔室的压力的取值范围在50-500mTorr；所述溅射步骤所处的所述反应腔室的压力的取值范围在50-500mTorr；所述溅射步骤采用的射频功率的取值范围在1-500W；所述启辉步骤和所述溅射步骤各自采用的所述工艺气体的流量的取值范围在100-500sccm。优选地，所述启辉步骤采用的直流功率的取值范围在1000-5000W；所述溅射步骤采用的直流功率的取值范围在10000-15000W；所述启辉步骤所处的所述反应腔室的压力的取值范围在150-250mTorr；所述溅射步骤所处的所述反应腔室的压力的取值范围在150-200mTorr；所述溅射步骤采用的射频功率的取值范围在10-100W；所述启辉步骤和所述溅射步骤各自采用的所述工艺气体的流量的取值范围在100-300sccm。优选地，在所述构建腔室环境之前，还包括：预先获取所述启辉步骤和所述溅射步骤所处的所述反应腔室的压力、所述直流功率和所述射频功率之间的配置关系，以获取满足所需密度和应力的所述薄膜。优选地，所述预设温度值的取值范围在300-450℃，所述第一设定压力值小于5×10-6Torr，所述第二设定压力值的取值范围在50-500mTorr。优选地，所述预设温度值为400℃。优选地，所述射频电源采用脉冲直流射频源或者交流射频源；或者，所述射频电源采用直流射频源和交流射频源；或者，所述射频电源采用脉冲直流射频源和交流射频源。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的半导体硬掩膜薄膜制备方法，构建腔室环境之后，执行启辉步骤和溅射步骤，在启辉步骤中，向反应腔室通入氮气直至反应腔室的压力达到第二设定压力值，开启直流电源，以向靶材加载直流功率，启辉促使氮气离化，产生等离子体；在溅射步骤中，保持直流电源处理开启状态，开启射频电源，以向基座加载射频功率，以使等离子体对含氮化合物薄膜的晶片的表面进行轰击。由此，在溅射步骤中，向靶材加载直流功率和向基座加载射频功率同时进行，与传统PECVD工艺相比，更利于降低工艺成本和颗粒控制；采用本专利技术提供的薄膜制备方法，可以获得密度应力可调的高质量的薄膜。附图说明图1为本专利技术一个实施例提供的半导体硬掩膜薄膜制备方法的流程框图；图2为本专利技术另一个实施例提供的半导体硬掩膜薄膜制备方法的流程框图；图3为本专利技术实施例中射频功率对薄膜密度及应力的影响趋势图。具体实施方式为使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图来对本专利技术提供的半导体硬掩膜薄膜制备方法进行详细描述。如图1所示，为本专利技术一个实施例提供的半导体硬掩膜薄膜制备方法的流程框图，本专利技术实施例中，薄膜制备方法包括：构建腔室环境步骤101：将反应腔室进行抽真空，以使反应腔室的压力达到第一设定压力值；将待沉积含氮化合物薄膜的晶片传入反应腔室内的基座上，将基座加热至预设温度值。本实施例中，含氮化合物薄膜，可以包括以下任意一种：SiNx，TiN(氮化钛)，TaN(氮化钽)。其中，SiNx可以是氮化硅，化学式为Si3N4，氮化硅是一种新型陶瓷材料。为了形成SiNx，TiN，TaN等含氮化合物，对应的靶材分别是Si靶，Ti靶和Ta靶。具体地，预设温度值的取值范围在300-450℃。当基座的加热温度小于300℃时，会降低薄膜的密度；而基座的加热温度大于450℃时，不利于在晶片的表面形成氮化碳薄膜。优选地，预设温度值为400℃。具体地，第一设定压力值小于5×10-6Torr。启辉步骤102：向反应腔室通入氮气，直至反应腔室的压力达到第二设定压力值；开启直流电源，以向靶材加载直流功率，启辉促使氮气离化，产生等离子体。具体地，启辉步骤102采用的工艺气体的流量的取值范围在100-500sccm。优选地，工艺气体的流量的取值范围在100-300sccm。启辉步骤102采用的直流功率的取值范围在500-10000W；优选地，启辉步骤102采用的直流功率的取值范围在1000-5000W。启辉步骤102所处的反应腔室的压力的取值范围在50-500mTorr；优选地，启辉步骤102所处的反应腔室的压力的取值范围在150-250mTorr。具体地，第二设定压力值的取值范围在50-500mTorr。本实施例的靶材可以采用石墨，通过石墨靶材可以制备氮化碳薄膜，当然，本实施例的靶材还可以采用其他靶材，比如硅、钛、钽分别制备如碳化硅、碳化钛、碳化钽等含氮化合物。溅射步骤103：保持直流电源处于开启状态；开启射频电源，以向基座加载射频功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体硬掩膜薄膜制备方法，其特征在于，所述方法包括：/n构建腔室环境，将反应腔室进行抽真空，以使所述反应腔室的压力达到第一设定压力值；将待沉积含氮化合物薄膜的晶片传入所述反应腔室内的基座上，将所述基座加热至预设温度值；/n启辉步骤，向所述反应腔室通入氮气，直至所述反应腔室的压力达到第二设定压力值；开启直流电源，以向靶材加载直流功率，启辉促使氮气离化，产生等离子体；/n溅射步骤，保持所述直流电源处于开启状态；开启射频电源，以向基座加载射频功率，以使所述等离子体对所述含氮化合物薄膜的晶片的表面进行轰击。/n

【技术特征摘要】
1.一种半导体硬掩膜薄膜制备方法，其特征在于，所述方法包括：
构建腔室环境，将反应腔室进行抽真空，以使所述反应腔室的压力达到第一设定压力值；将待沉积含氮化合物薄膜的晶片传入所述反应腔室内的基座上，将所述基座加热至预设温度值；
启辉步骤，向所述反应腔室通入氮气，直至所述反应腔室的压力达到第二设定压力值；开启直流电源，以向靶材加载直流功率，启辉促使氮气离化，产生等离子体；
溅射步骤，保持所述直流电源处于开启状态；开启射频电源，以向基座加载射频功率，以使所述等离子体对所述含氮化合物薄膜的晶片的表面进行轰击。


2.根据权利要求1所述的半导体硬掩膜薄膜制备方法，其特征在于，所述含氮化合物薄膜，包括以下任意一种：SiNx，TiN，TaN。


3.根据权利要求1或2所述的半导体硬掩膜薄膜制备方法，其特征在于，所述溅射步骤采用的直流功率大于所述启辉步骤采用的直流功率。


4.根据权利要求3所述的半导体硬掩膜薄膜制备方法，其特征在于，所述启辉步骤采用的直流功率的取值范围在500-10000W；所述溅射步骤采用的直流功率的取值范围在5000-30000W；所述启辉步骤所处的所述反应腔室的压力的取值范围在50-500mTorr；所述溅射步骤所处的所述反应腔室的压力的取值范围在50-500mTorr；所述溅射步骤采用的射频功率的取值范围在1-500W；所述启辉步骤和所述溅射步骤各自采用的所述工艺气体的流量的取值范围在100-500sccm。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗建恒，
申请(专利权)人：北京北方华创微电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11