一种在基板上沉积无定形碳层的方法包括下列步骤：将基板放置在处理室中；将烃源导入处理室；将重稀有气体导入处理室；以及在处理室中产生等离子体。重稀有气体选自由氩、氪、氙、及其混合物所组成的群组，并且稀有气体的摩尔流速大于烃源的摩尔流速。该方法可包括后沉积终止步骤，其中烃源及稀有气体的流动并终止，并且将等离子体维持在处理室中一段时间以自处理室中移除粒子。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的实施例一般涉及集成电路的制造，特别涉及无定形碳层在半导体基板上的沉积。
技术介绍
集成电路已发展成复杂的器件，其在单一芯片上可包括数百万计的晶体管、电容器以及电阻器。芯片设计的发展不停地要求更高速的电路系统以及更高的电路密度。对具有更高电路密度的更高速电路的需求对用以制造这种集成电路的材料提出了相应的要求。尤其是，当集成电路组件的尺寸被缩小至亚微米尺寸时，其需要使用不仅是低电阻导电材料(例如铜)以增加器件的电学性能表现，且亦需要使用低介电常数的绝缘材料(一般称为低k材料)。低k材料一般的介电常数低于4. O。制造包括仅具有少量或是无表面缺陷或特征结构变形的低k材料的器件是有困难的。低k介电材料通常为多孔的，且在接下来的处理步骤中容易被刮伤或受损，因此增加在基板表面形成缺陷的可能性。低k材料一般是易碎的，并可能在常规的研磨处理(如化学机械研磨；CMP)下变形。限制或减少低k材料的表面缺陷及变形的一个解决办法是在图案化及蚀刻之前，先在暴露的低k材料上沉积一硬质掩模(hardmask)。硬质掩模避免易碎的低k材料的受损及变形。此外，硬质掩模层用作一蚀刻掩模，并与常规平版印刷(lithographic)技术结合,用以避免低k材料在蚀刻的过程中被移除。一般地，硬质掩模是一中间氧化层，例如二氧化硅或氮化硅。然而，某些器件结构已经包括有二氧化硅及/或氮化硅层，例如镶嵌结构。所以，这种器件结构无法利用二氧化硅或氮化硅硬质掩模来作为蚀刻掩模以形成图案，因为在硬质掩模及其下方材料之间存在有很小的蚀刻选择性或无蚀刻选择性，也就是说，硬质掩模的移除将对下方的层造成无法接受的损害。为了用作氧化层的蚀刻掩模(例如二氧化硅或氮化硅)，材料必须对那些氧化层具有良好的蚀刻选择性。含氢的无定形碳(amorphous hydrogenated carbon)是针对二氧化硅或氮化硅材料而用作硬质掩模的材料。含氢的无定形碳，也称的为无定形碳，并且以a_C:H来代表，其实质上是缺乏长程晶序(long-range crystalline order)的碳材料,其可包含相当大的氢含量,例如在大约10至45原子百分比的等级。因为其所具有的化学惰性、光学透明度、以及良好机械特性，a_C:H在半导体应用上被用作硬质掩模材料。虽然可利用各种技术沉积a_C:H膜，但由于成本效率及膜特性的可调性，所以广泛地使用等离子体辅助化学气相沉积法(PlasmaEnhanced Chemical VaporDeposition, PECVD)。在典型的 PECVD 处理中，经来源(例如夹带于载气中的气相烃或液相烃的蒸气)被导入PECVD处理室中。等离子体引发气体(一般为氦)亦被导入处理室中。等离子体接着在处理室中被引发，用以产生激发态的CH-自由基。激发态的CH-自由基与放置在处理室中基板的表面化学地结合，用以在其上形成所需的a-C:H膜。图1A-1E说明了在并入作为硬质掩模的a_C:H层的集成电路制造顺序中的不同阶段时的基板100的剖视示意图。基板结构150代表基板100和形成在基板100上的其它材料层。图IA说明具有已按常规形成于其上的材料层102的基板结构150的剖视示意图。材料层102可以是低k材料及/或氧化物，例如二氧化硅(SiO2)。图IB描述沉积在图IA的基板结构150上的无定形碳层104。无定形碳层104是通过常规的方法(例如通过PECVD)而形成在基板结构150上的。无定形碳层104的厚度根据处理的特定阶段而可变动。一般来说，无定形碳层104的厚度介于约500埃(A)至约10000埃范围间。根据在制造顺序中使用的对能量变化灵敏(energy sensitive)的光刻材料108的蚀刻化学性，在形成对能量变化灵敏的光刻材料108之前，在无定形碳层104上可先形成一任选的覆盖层(未显示)。当其中的图案被转移时，任选的覆盖层用作无定形碳层104的掩模，并且保护无定形碳层104远离对能量变化灵敏的光刻材料108。 如描述于图1B，对能量变化灵敏的光刻材料108形成在无定形碳层104上。对能量变化灵敏的光刻材料108层可以旋转涂布在基板上，且厚度为介于约2000埃至约6000埃之间。大部分的对能量变化灵敏的材料对于波长小于约450纳米的紫外光(UV)很灵敏，且在某些应用中对于波长为245纳米或193纳米的紫外光很灵敏。通过使对能量变化灵敏的光刻材料108透过图案化装置(例如掩模110)而暴露在紫外光130下，并且接着在一适当的显影剂中使对能量变化灵敏的光刻材料108显影，就将图案引入对能量变化灵敏的光刻材料108的层内。在对能量变化灵敏的光刻材料108显影之后，由孔洞140构成的所需图案出现在对能量变化灵敏的光刻材料108上，如图IC所/Jn ο接着，如图ID所示，利用对能量变化灵敏的光刻材料108来作为掩模，则可将定义在对能量变化灵敏的光刻材料108上的图案转移穿过无定形碳层104。使用适当的化学蚀亥丨J剂，以在对能量变化灵敏的光刻材料108及材料层102上蚀刻无定形碳层104，以使孔洞140延伸至材料层102的表面。适当的化学蚀刻剂包括臭氧、氧气或氨等离子体。如图IE所示，接着利用无定形碳层104作为一硬质掩模而将图案转移穿过材料层102。在这个处理步骤中，使用蚀刻剂，以在无定形碳层104上选择性地移除材料层102，例如干蚀刻，即非反应性等离子体蚀刻。在材料层102经图案化之后，无定形碳层104可选择性地从基板100上剥除。在一制造顺序的特殊例子中，定义在a-C:H硬质掩模中的图案被合并至集成电路的结构中，例如一镶嵌结构。镶嵌结构一般用以在集成电路上形成金属互连。使用a_C:H硬质掩模层的器件制造商需要满足二个关键的需求(1)在下方材料干蚀刻的期间，硬质掩模的高选择性，以及(2)为了平版印刷重合(lithographicregistration)的准确性,在可见光光谱中的高光学透明度。「干蚀刻」一词通常指蚀刻处理中材料并非通过浸没于化学溶剂中而溶解，且包括例如反应性离子蚀刻、溅射蚀刻、以及气相蚀刻的方法。进一步，针对硬质掩模层沉积在具有形态特征结构(topographicfeature)的基板上的应用，对于a_C:H硬质掩模的额外的需求是硬质掩模层要保形地(conformally)覆盖该形态特征结构的全部表面。往回参照图1A-E，为了确保无定形碳层104在干蚀刻的期间可适当地保护材料层102，因此重要的是无定形碳层104相对于材料层102而具有相对高的蚀刻选择性或移除率比率。一般来说，在干蚀刻处理期间，在无定形碳层104及材料层102之间的蚀刻选择性期望是至少约10 1或更高，换言之，材料层102以快于无定形碳层104十倍的速度被蚀刻。这样一来，当通过干蚀刻处理形成孔洞140时，由无定形碳层104形成的硬质掩模层可保护材料层102的区域不会被蚀刻或是受损。另外，在某些应用中，例如图IB中所示的平版印刷处理步骤，期望硬质掩模对于光学照射(即光波长介于约400纳米及约700纳米之间)具有高度透明度。对于特定光波长的透明度允许更准确的平版印刷重合，其接着允许掩模110与基板100上特定位置的非常精确的对准。材料对于给定光频率的透明度一般被本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在基板上形成无定形碳层的方法，包括:将基板放置在基板处理室中；将烃源导入该处理室；将稀有气体导入该处理室，而该稀有气体选自由氩气、氪气、氙气及其组合所组成的群组，其中该稀有气体的摩尔流速大于该烃源的摩尔流速；在该处理室中产生等离子体；以及在该基板上形成无定形碳层。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D·帕德希，HC·哈，S·拉蒂，D·R·威蒂，C·陈，S·帕克，G·巴拉苏布拉马尼恩，K·杰纳基拉曼，M·J·西蒙斯，V·斯瓦拉马克瑞希楠，B·H·金，H·姆塞德，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：
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