減少無定形碳硬掩模膜的碳-氫含量的系統及方法
【專利摘要】本發明涉及減少無定形碳硬掩模膜的碳?氫含量的系統及方法。用于沉積無定形碳硬掩模膜的系統及方法包括：將襯底布置在處理室中；供給載氣至所述處理室；供給烴前體至所述處理室；將來自由WFa、NFb、SFc和F2組成的群組中的氟前體供給至處理室，其中a、b和c是大于零的整數；供給等離子體到所述處理室或使等離子體在所述處理室產生中的一者，其中來自所述氟前體的氟與來自所述烴前體的氫在氣相反應中結合；以及在所述襯底上沉積無定形碳硬掩模膜。
【專利說明】
減少無定形碳硬掩模膜的碳-氫含量的系統及方法
技術領域
[0001]本發明涉及襯底處理系統和方法，并且更具體地涉及在襯底上沉積具有減少的碳-氫含量的硬掩模膜的襯底處理系統和方法。
【背景技術】
[0002]這里提供的背景描述是為了總體呈現本公開的背景的目的。在此【背景技術】部分中描述的程度上的當前指定的發明人的工作，以及在提交申請時可能無法以其他方式有資格作為現有技術的說明書的各方面，既不明確也不暗示地承認是針對本公開的現有技術。
[0003]用于執行沉積和/或蝕刻的襯底處理系統通常包括帶有基座的處理室。例如半導體晶片之類的襯底可以被布置在基座上。例如在化學氣相沉積(CVD)工藝中，包括一種或多種前體的氣體混合物可被引入到處理室中以在襯底上沉積膜或蝕刻襯底。在一些襯底處理系統中，等離子體可被用于激活化學反應，并在此被稱為等離子體增強CVD(PECVD)。
[0004]在半導體處理期間，無定形碳膜可以被用作硬掩模或蝕刻停止層。無定形碳薄膜作為可灰化硬掩模(AHM)膜是公知的，因為該膜可以通過灰化被去除。隨著光刻法中深寬比增大，AHM要求較高的蝕刻選擇性。采用PECVD工藝形成具有高度選擇性的AHM的當前方法產生具有不同的應力和蝕刻選擇性的AHM。
[0005]無定形碳膜通常具有烴或聚合物含量。碳-氫含量便于打開硬掩模，同時使該膜對電介質蝕刻化學品具有低的選擇性。在三維存儲器的應用中，硬掩模膜應當是高選擇性的。其結果是，該膜的碳-氫含量將被減少，而不會減少碳-碳含量。這對沉積一種在能夠于硬掩模打開工藝期間被除去和在電介質蝕刻工藝期間有充分的選擇性之間取得平衡的膜提出了挑戰。
【發明內容】
[0006]—種用于沉積無定形碳硬掩模膜的方法包括:將襯底布置在處理室中；供給載氣至所述處理室；供給烴前體至所述處理室;將來自由WFa、NFb、SFc^PF2組成的群組中的氟前體供給至處理室，其中a、b和c是大于零的整數;供給等離子體到所述處理室或使等離子體在所述處理室產生中的一者，其中來自所述氟前體的氟與來自所述烴前體的氫在氣相反應中結合;以及在所述襯底上沉積無定形碳硬掩模膜。
[0007]在其它特征中，所述處理室包括等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)處理室。沉積在所述襯底上的所述無定形碳硬掩模膜具有小于1%的氟。相比于沒有用所述氟前體的膜沉積，在所述氣相反應中所述氟前體中的氟減少氫以減少沉積在所述襯底上的所述無定形碳硬掩模膜的碳-氫含量。所述載氣選自由氬(Ar)、氮分子(N2)、氦(He)和/或它們的組合組成的群組。所述烴前體包括CxHy，其中X為2至10的整數，y為2至24的整數。所述烴前體氣體選自由甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、丁烷、環己烷、苯和甲苯組成的群組。所述氟前體以從I %至10%的百分比(a partial fract1n)供給至所述室。
[0008]在其它特征中，所述氟前體具有1-30%的百分比，所述烴前體具有10 %至95 %的百分比，而所述載氣具有10%至89%的百分比。
[0009]在其它特征中，所述氟前體具有1-10%的百分比，所述烴前體具有10 %至30 %的百分比，而所述載氣具有60%至89%的百分比。
[0010]一種用于沉積無定形碳硬掩模膜的襯底處理系統包括:處理室，其包括被配置成支撐襯底的襯底支撐件;被配置成選擇性地供應處理氣體至處理室的氣體供給系統;被配置成選擇性地使等離子體在所述處理室產生或供給等離子體到所述處理室中的等離子體產生器;控制器，其被配置成控制所述氣體供給系統和等離子體產生器并且被配置成:供給載氣至所述處理室;供給烴前體至所述處理室;將來自由WFa、NFb、SFc和^組成的群組中的氟前體供給至所述處理室，其中a、b和c是大于零的整數;供給等離子體到所述處理室或使等離子體在所述處理室產生中的一者，其中來自所述氟前體的氟與來自所述烴前體的氫在氣相反應中結合;以及在所述襯底上沉積無定形碳硬掩模膜。
[0011]在其它特征中，所述處理室包括等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)處理室。沉積在所述襯底上的所述無定形碳硬掩模膜具有小于1%的氟。相比于沒有用所述氟前體的膜沉積，在所述氣相反應中所述氟前體中的氟減少氫以減少沉積在所述襯底上的所述無定形碳硬掩模膜的碳-氫含量。所述載氣選自由氬(Ar)、氮分子(N2)、氦(He)和/或它們的組合組成的群組。所述烴前體包括CxHy，其中X為2至10的整數，y為2至24的整數。所述烴前體氣體選自由甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、丁烷、環己烷、苯和甲苯組成的群組。所述氟前體以從I %至10%的百分比供給至所述室。
[0012]在其它特征中，所述控制器被配置成以1-30%的百分比輸送所述氟前體，以10%至95%的百分比輸送所述烴前體，而以10%至89%的百分比輸送所述載氣。
[0013]在其它特征中，所述控制器被配置成以1-10%的百分比輸送所述氟前體，以10%至30%的百分比輸送所述烴前體，而以60%至89%的百分比輸送所述載氣。
[0014]從詳細描述、權利要求和附圖中本公開內容的適用性的進一步范圍將變得顯而易見。詳細描述和具體實施例僅用于說明的目的，并非意在限制本公開的范圍。
【附圖說明】
[0015]根據詳細描述和附圖，本發明將被更充分地理解，其中:
[0016]圖1是根據本發明圖解用于沉積無定形碳硬掩模的襯底處理室的一實施例的功能性框圖；
[0017]圖2是根據本發明圖解用于沉積無定形碳硬掩模膜的方法的一實施例的流程圖；以及
[0018]圖3是根據現有技術和本發明圖解制作的膜中的碳-氫抑制的多種實例的曲線圖。
[0019]在附圖中，附圖標記可以被重新使用以標識相似和/或相同的元件。
【具體實施方式】
[0020]無定形碳膜可以用作用于蝕刻高深寬比特征的硬掩模。無定形碳膜通常具有烴含量。碳-氫含量便于打開硬掩模，同時使該膜對電介質蝕刻化學品具有低的選擇性。在三維存儲器的應用中，硬掩模膜應當是高選擇性的。這里所描述的系統和方法使該膜的碳-氫含量減少，而不會減少碳-碳含量(致密化)。
[0021]本文描述的系統和方法降低無定形碳膜的碳-氫含量，以使該膜致密化，使該膜更具有選擇性，并使該膜對電介質蝕刻化學品更具選擇性。在一些實施例中，氫原子在PECVD沉積期間通過氣體化學物質提供的氟原子除去。其結果是，無定形碳膜具有增加的碳-碳含量和減少的碳-氫含量。
[0022]載氣和烴基前體氣體被供給到處理室中。在一些實施例中，載氣可以包括氬(Ar)、氮分子(N2)、氦(He)和/或它們的組合。在一些實施例中，所述烴前體包括CxHy，其中X為2至10的整數，而y為2至24的整數。在其它實施例中，所述烴前體氣體選自由甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、丁烷、環己烷、苯和甲苯組成的群組。
[0023]本文描述的系統和方法還提供氟化鎢(WFa)、氟化氮(NFb)、氟化硫(SF。)或氟分子(F2)至處理室，其中a、b或c是大于零的整數。在一些實施例中，WFa、NFb、SFc^F2以范圍從1%至30%的百分比供給。等離子體在處理室點燃(或供給到處理室)，并沉積無定形碳膜，其具有降低的碳-氫含量。
[0024]當CxFy已被用來沉積氟化碳時，C-F的鍵合能量相對較高，使得PECVD或遠程等離子體CVD(RPCVD)不會破壞C-F鍵，并且C-F沉積在膜中。與此相反，可以使用WFa、NFb、SFc或F2使得氟在氣相反應中通過烴前體中的氫被消耗。這可以通過足夠的等離子體并使用較低的百分比的WFa、NFb、SFcJ^F2來實現。其結果是，所沉積的無定形碳膜具有增加的碳-碳含量和降低的碳-氫含量。
[0025]現在參考圖1，示出了用于執行PECVD沉積或蝕刻的襯底處理系統100的一個實施例。雖然前述實施例涉及PECVD系統，但也可以使用其他基于等離子體的工藝。僅舉例而言，可使用脈沖等離子體、原子層沉積(ALD)和/或遠程輔助等離子體化學氣相沉積(CVD)。襯底處理系統100包括處理室102，處理室102包圍襯底處理系統100的其他部件并包含RF等離子體。襯底處理系統100包括上電極104和基座106，基座106包括下電極107。襯底108被布置在基座106上，在上電極104和下電極107之間。
[0026]僅舉例而言，上電極104可包括氣體分配裝置105。在一些實施例中，該氣體分配裝置105包括噴頭109，噴頭109引入并分配工藝氣體。替代地，上電極104可包括導電板，而工藝氣體可以以另一種方式被引入。下電極107可以被布置在不導電的基座中。替代地，基座106可包括靜電卡盤，該靜電卡盤包括作為下電極107的導電板。
[0027]在一些實施例中，使用直接等離子體。在此實施例中，RF產生系統110生成并輸出RF電壓到上電極和下電極中的一個中。上電極和下電極中的另一個可以是直流接地、交流接地或浮置的。僅舉例而言，射頻產生系統110可包括RF電壓產生器111，RF電壓產生器111產生RF電壓，該RF電壓經由匹配和分配網絡112饋送到上電極104或下電極107。替代地，等離子體可從遠程等離子源113輸送。
[0028]圖1示出了一種氣體輸送系統130的一個實施例。氣體輸送系統130包括一個或多個氣體源132-1、132-2.....和132-N(統稱為氣體源132)，其中N是大于零的整數。這些氣體源提供一種或多種前體以及它們的混合物。也可以使用氣化的前體。氣體源132通過閥134-
1、134-2.....和134-N(統稱閥134)和質量流量控制器136-1、136-2.....和136_N(統稱為質量流量控制器136)連接到歧管140。歧管140的輸出被饋送到處理室102。僅舉例而言，歧管140的輸出被饋送到噴頭109。
[0029]加熱器142可被連接到布置在基座106中的加熱線圈(未示出)來加熱基座106。加熱器142可用于控制基座106和襯底108的溫度。閥150和栗152可以被用于從處理室102排出反應物。控制器160可用于控制襯底處理系統100的組件。僅舉例而言，控制器160可用于控制:工藝氣體、載氣和前體氣體的流動，室參數(如溫度、壓力、功率，等等)的監控，點燃和熄滅等離子體，反應物的去除等。
[0030]現在參考圖2,一種根據本發明用于沉積具有減少的碳-氫的無定形碳膜的方法 200被示出。在204中，將襯底定位于處理室(例如PECVD處理室)中。在208，將載氣供給到處理室中。在一些實施例中，載氣包括氬(Ar)、氮分子(N2)、氦(He)和/或它們的組合。[〇〇31]在216,烴前體被提供到處理室中。在一些實施例中，該烴前體可以包括CxHy，其中x 為2至10的整數，而y為2至24的整數。在其它實施例中，該烴前體選自由甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、丁烷、環己烷、苯和甲苯組成的群組。[〇〇32] 在220,將WFa、NFb、SFc或F2供給到處理室中，以預定的百分比供給到處理室。[〇〇33] 在222中，在處理室激勵等離子體。在一些實施例中，將所供應的來自WFa、NFb、SFc 或^的氟在氣相反應中通過烴前體中的氫被消耗。其結果是，所述膜具有增加的碳-碳含量和降低的碳-氫含量。[〇〇34]在224,在襯底上沉積具有減少的碳-氫含量的無定形碳膜。
[0035]在所得的無定形碳膜中有很少或沒有氟含量(例如〈1 %)。在一些實施例中，該氟含量基本上為零，并且不能測量。具有減少的碳-氫含量的無定形碳膜可被用作在襯底處理期間的硬掩模。
[0036]上文根據本發明闡述了用于具有減少的碳-氫含量的無定形碳硬掩模膜的工藝參數的示例范圍。處理室的溫度可以設定在400°C-650°C的溫度范圍，而壓強可以設定在0.2 托至9托。氟前體WFa、NFb、SFC或F2以1 -30 %的百分比被供給。烴前體以10 %至95 %的百分比被供給。該烴前體可以包括CH4。載氣以10%至89%的百分比被供給。高頻功率可以被設定在100W到6000W的范圍。低頻功率可以被設置在100W到3000W的范圍。[〇〇37]在其它實施例中，烴前體的百分比以10%至30%的百分比被供給。烴前體可包括 CH4。載氣以60 %至89 %的百分比被供給，并且可以包括He/Ar/N2。氟前體以1 %至10 %的百分比被供給。氟前體可以包括WFa。
[0038]現在參考圖3,其示出了在不同的無定形碳膜中的相對碳-氫含量。發現對于常規的CH4-基無定形碳膜有最高的碳-氫含量。CH4/H2-基無定形碳膜具有較低的碳-氫含量。氟化物/CH4/H2-基無定形碳膜具有略低的碳-氫含量。氟化物/CH4-基無定形碳膜在該組實施例中具有最低的碳-氫含量。
[0039]前面的描述在本質上僅僅是說明性的，并且決不旨在限制本公開、本公開的應用或用途。本公開的廣泛教導可以以各種形式來實現。由于其它的修改將根據對附圖、說明書和權利要求書的研究變得顯而易見，因此，雖然本公開包括特定示例，但本公開的真實范圍不應當受此限制。如本文所使用的，短語A、B和C中的至少一個應該被解釋為指使用非排他性的邏輯或(0R)的邏輯(A或B或C)，不應該被解釋為指“A中的至少一個，B中的至少一個，和 C中的至少一個”。應當理解的是，在方法中的一個或多個步驟可以以不同的順序(或同時) 而不改變本公開的原理來執行。
[0040]在一些實現方式中，控制器是系統的一部分，該系統可以是上述實例的一部分。這種系統可以包括半導體處理設備，該半導體處理設備包括一個或多個處理工具、一個或多個處理室、用于處理的一個或多個平臺和/或具體的處理組件(晶片基座、氣流系統等)。這些系統可以與用于控制它們在處理半導體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子器件可以稱為“控制器”，該控制器可以控制一個或多個系統的各種元件或子部件。根據處理要求和/或系統的類型，控制器可以被編程以控制本文公開的任何工藝，包括控制工藝氣體輸送、溫度設置(例如，加熱和/或冷卻)、壓強設置、真空設置、功率設置、射頻(RF)產生器設置、RF匹配電路設置、頻率設置、流速設置、流體輸送設置、位置及操作設置、晶片轉移進出工具和其他轉移工具和/或與具體系統連接或通過接口連接的裝載鎖。
[0041]寬泛地講，控制器可以定義為接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點測量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲器和/或軟件的電子器件。集成電路可以包括存儲程序指令的固件形式的芯片、數字信號處理器(DSP)、定義為專用集成電路(ASIC)的芯片和/或一個或多個微處理器或執行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是以各種單獨設置的形式(或程序文件)通信到控制器的指令，該設置定義用于在半導體晶片或系統上或針對半導體晶片或系統執行特定過程的操作參數。在一些實施方式中，操作參數可以是由工藝工程師定義的用于在制備晶片的一個或多個(種)層、材料、金屬、氧化物、 硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個或多個處理步驟的配方(recipe)的一部分。
[0042]在一些實現方式中，控制器可以是與系統集成、耦接或者說是通過網絡連接系統或它們的組合的計算機的一部分或者與該計算機耦接。例如，控制器可以在“云端”或者是 fab主機系統的全部或一部分，從而可以允許遠程訪問晶片處理。計算機可以啟用對系統的遠程訪問以監測制造操作的當前進程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個制造操作的趨勢或性能標準，改變當前處理的參數，設置處理步驟以跟隨當前的處理或者開始新的工藝。在一些實例中，遠程計算機(例如，服務器)可以通過網絡給系統提供工藝配方，網絡可以包括本地網絡或互聯網。遠程計算機可以包括允許輸入或編程參數和/或設置的用戶界面，該參數和/或設置然后從遠程計算機通信到系統。在一些實例中，控制器接收數據形式的指令，該指令指明在一個或多個操作期間將要執行的每個處理步驟的參數。應當理解，參數可以針對將要執行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制該工具類型。 因此，如上所述，控制器可以例如通過包括一個或多個分立的控制器而分布，這些分立的控制器通過網絡連接在一起并且朝著共同的目標(例如，本文所述的工藝和控制)工作。用于這些目的的分布式控制器的實例可以是與結合以控制室內工藝的一個或多個遠程集成電路(例如，在平臺水平或作為遠程計算機的一部分)通信的室上的一個或多個集成電路。
[0043]在非限制性的條件下，示例的系統可以包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模塊、旋轉清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣相沉積(PVD)室或模塊、化學氣相沉積(CVD)室或模塊、原子層沉積(ALD)室或模塊、原子層蝕刻(ALE)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導體晶片的制備和/或制造中可以關聯上或使用的任何其他的半導體處理系統。
[0044]如上所述，根據工具將要執行的一個或多個工藝步驟，控制器可以與一個或多個其他的工具電路或模塊、其他工具組件、組合工具、其他工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、 位于整個工廠中的工具、主機、另一個控制器、或者在將晶片的容器往來于半導體制造工廠中的工具位置和/或裝載口搬運的材料搬運中使用的工具通信。
【主權項】
1.一種用于沉積無定形碳硬掩模膜的方法，其包括: 將襯底布置在處理室中； 供給載氣至所述處理室； 供給烴前體至所述處理室； 將來自由WFa、NFb、SFc和F2組成的群組中的氟前體供給至所述處理室，其中a、b和C是大于零的整數； 供給等離子體到所述處理室或使等離子體在所述處理室產生中的一者， 其中來自所述氟前體的氟與來自所述烴前體的氫在氣相反應中結合；以及 在所述襯底上沉積無定形碳硬掩模膜。2.根據權利要求1所述的方法，其中所述處理室包括等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)處理室。3.根據權利要求1所述的方法，其中沉積在所述襯底上的所述無定形碳硬掩模膜具有小于I %的氟。4.根據權利要求3所述的方法，其中相比于沒有用所述氟前體的膜沉積，在所述氣相反應中所述氟前體中的氟減少氫以減少沉積在所述襯底上的所述無定形碳硬掩模膜的碳-氫含量。5.根據權利要求1所述的方法，其中所述載氣選自由氬(Ar)、氮分子(N2)、氦(He)和/或它們的組合組成的群組。6.根據權利要求1所述的方法，其中所述烴前體包括CxHy，其中X為2至10的整數，y為2至24的整數。7.根據權利要求1所述的方法，其中所述烴前體氣體選自由甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、丁烷、環己烷、苯和甲苯組成的群組。8.根據權利要求1所述的方法，其中所述氟前體以從I%至10%的百分比供給至所述室。9.根據權利要求1所述的方法，其中所述氟前體以1-30%的百分比供給，所述烴前體以1 %至95 %的百分比供給，而所述載氣以1 %至89 %的百分比供給。10.根據權利要求1所述的方法，其中所述氟前體以1-10%的百分比供給，所述烴前體以1 %至30 %的百分比供給，而所述載氣以60 %至89 %的百分比供給。11.一種用于沉積無定形碳硬掩模膜的襯底處理系統，其包括: 處理室，其包括被配置以支撐襯底的襯底支撐件； 被配置成選擇性地供應處理氣體至所述處理室的氣體供給系統； 被配置成選擇性地在所述處理室供給等離子體的等離子體產生器； 控制器，其被配置成控制所述氣體供給系統和所述等離子體產生器并且被配置成: 供給載氣至所述處理室； 供給烴前體至所述處理室； 將來自由WFa、NFb、SFc和F2組成的群組中的氟前體供給至所述處理室，其中a、b和C是大于零的整數； 供給等離子體到所述處理室或使等離子體在所述處理室產生中的一者，其中來自所述氟前體的氟與來自所述烴前體的氫在氣相反應中結合;以及 在所述襯底上沉積無定形碳硬掩模膜。12.根據權利要求11所述的襯底處理系統，其中所述處理室包括等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)處理室。13.根據權利要求11所述的襯底處理系統，其中沉積在所述襯底上的所述無定形碳硬掩模膜具有小于I %的氟。14.根據權利要求13所述的襯底處理系統，其中相比于沒有用所述氟前體的膜沉積，在所述氣相反應中所述氟前體中的氟減少氫以減少沉積在所述襯底上的所述無定形碳硬掩模膜的碳-氫含量。15.根據權利要求11所述的襯底處理系統，其中所述載氣選自由氬(Ar)、氮分子(N2)、氦(He)和/或它們的組合組成的群組。16.根據權利要求11所述的襯底處理系統，其中所述烴前體包括CxHy，其中X為2至10的整數，y為2至24的整數。17.根據權利要求11所述的襯底處理系統，其中所述烴前體氣體選自由甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、丁烷、環己烷、苯和甲苯組成的群組。18.根據權利要求11所述的襯底處理系統，其中所述氟前體以從1%至10%的百分比供給至所述室。19.根據權利要求11所述的襯底處理系統，其中所述控制器被配置成以1-30%的百分比供給所述氟前體，以10%至95%的百分比供給所述烴前體，而以10%至89%的百分比供給所述載氣。20.根據權利要求11所述的襯底處理系統，其中所述控制器被配置成以1-10%的百分比供給所述氟前體，以10%至30%的百分比供給所述烴前體，而以60%至89%的百分比供給所述載氣。
【文檔編號】H01L21/033GK106024596SQ201610077441
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年2月3日
【發明人】法亞茲·謝赫, 西麗斯·雷迪
【申請人】朗姆研究公司