專利名稱：沉積具有改進密度與階梯覆蓋的非晶碳膜的方法
技術領域：
本發明的實施例一般關于集成電路的制造，特別是關于非晶(amorphous)碳層在 半導體基板上的沉積。
背景技術：
集成電路已發展成復雜的器件，其在單一晶片上可包括數百萬計的晶體管、電容 器以及電阻器。晶片設計的發展不停地要求更高速的電路系統以及更高的電路密度。對更 高速電路且具有更高的電路密度的需求將負擔加之于用以制造這種集成電路的材料對應 的需求上。尤其是，當集成電路器件的尺寸被縮小至亞微米(sub-micron)尺寸時，其需要 使用不僅是低電阻導電材料(例如銅)以增加器件的電性表現，還需要使用低介電常數絕 緣材料(一般稱為低k材料)。低k材料一般的介電常數低于4. 0。制造包括僅具有極少或是無表面缺陷或特征結構變形的低k材料的器件是有困 難的。低k介電材料通常為多孔的，且在接下來的工藝步驟中容易被刮傷或受損，因此增加 在基板表面形成缺陷的可能性。低k材料一般為易碎的，并可能在常規的研磨處理(如化 學機械研磨；CMP)下變形。限制或減少低k材料的表面缺陷及變形的一個解決辦法為在圖 案化及蝕刻之前先沉積硬掩模(hardmask)在暴露的低k材料上。硬掩模避免易碎的低k 材料的受損及變形。此外，硬掩模層作為蝕刻掩模，并與常規的光刻(lithographic)技術 結合，用以避免在蝕刻的過程中低k材料的移除。一般地，硬掩模為中間氧化物層，例如二氧化硅或氮化硅。然而，某些器件結構已 經包括有二氧化硅及/或氮化硅層，例如鑲嵌結構。所以，這種器件結構無法利用二氧化硅 或氮化硅硬掩模來作為蝕刻掩模以形成圖案，因為在硬掩模及其下方材料之間存在有很小 或無蝕刻選擇性，也就是說，硬掩模的移除將導致對下方層無法接受的損害。為了作為氧化 物層(例如二氧化硅或氮化硅)的蝕刻掩模，材料必須對那些氧化物層具有良好的蝕刻選 擇性。氫化非晶碳(amorphous hydrogenated carbon)為針對二氧化硅或氮化硅材料而作 為硬掩模的材料。氫化非晶碳，也稱之為非晶碳，并且以a_C:H來代表，其實質上為缺乏長程結晶結 構(long-range crystalline order)的碳材料，其可包含較高氫含量，例如在大約10至 45原子百分比的等級。因為a_C:H所具有的化學惰性、光學透明度、以及良好機械特性，故 a-C:H在半導體應用上用作為硬掩模材料。雖然可利用各種技術沉積a-C:H膜，但由于成本 效率及膜特性的可調性，所以廣泛地使用等離子體增強化學汽相沉積法(Plasma Enhanced Chemical Vapor D印osition，PECVD)。在典型的 PECVD 工藝中，烴(hydrocarbon)來源(例 如夾帶于載氣中的汽相烴或液相烴的蒸汽)導入PECVD處理室中。等離子體引發氣體(一 般為氦)也導入處理室中。等離子體接著在處理室中被引發，用以產生激發態的CH-自由 基。激發態的CH-自由基與放置在處理室中基板的表面化學地結合，用以在其上形成所需 的a-C:H膜。圖1A-1E說明了在并入作為硬掩模的a-C:H層的集成電路制造順序中的不同階段時的基板100的剖視示意圖。基板結構150代表基板100和形成在基板100上的其他材料 層。圖IA說明已具有按照常規方式形成于其上的材料層102的基板結構150的剖視示意 圖。材料層102可以為低k材料及/或氧化物，例如二氧化硅(SiO2)。圖IB描述沉積在圖IA的基板結構150上的非晶碳層104。非晶碳層104是由由 常規的方法(例如由PECVD)而形成在基板結構150上的。非晶碳層104的厚度根據工藝 的特定階段而可變動。一般來說，非晶碳層104的厚度介于約500埃(A)至約10000埃范 圍間。取決于在制造順序中使用的對能量變化敏感(energy sensitive)的抗蝕材料108 的蝕刻化學性，在形成對能量變化敏感的抗蝕材料108之前，在非晶碳層104上可先形成可 選擇存在的覆蓋層(未顯示)。當其中的圖案被轉移時，可選擇存在的覆蓋層作為非晶碳層 104的遮蔽物，并且保護非晶碳層104遠離對能量變化敏感的抗蝕材料108。如描述于圖1B，對能量變化敏感的抗蝕材料108形成在非晶碳層104上。對能量 變化敏感的抗蝕材料108層可以旋轉涂布在基板上，且厚度為介于約2000埃至約6000埃 之間。大部分的對能量變化敏感的抗蝕材料對于波長小于約450納米的紫外光(UV)敏感， 且在某些應用中對于波長為245納米或193納米的紫外光為敏感的。通過將對能量變化敏感的抗蝕材料108透過圖案化裝置(例如掩模110)而暴露 在紫外光130下，以將圖案引入對能量變化敏感的抗蝕材料108的層內，并且接著在適當的 顯影劑中使對能量變化敏感的抗蝕材料108顯影。在對能量變化敏感的抗蝕材料108顯影 之后，由孔洞140構成的所需圖案出現在對能量變化敏感的抗蝕材料108上，如圖IC所示。接著，如圖ID所示，利用對能量變化敏感的抗蝕材料108來作為掩模，則可將限定 在對能量變化敏感的抗蝕材料108上的圖案轉移穿過非晶碳層104。使用適當的化學蝕刻 劑以越過對能量變化敏感的抗蝕材料108及材料層102而蝕刻非晶碳層104，以使孔洞140 延伸至材料層102的表面。適當的化學蝕刻劑包括臭氧、氧氣或氨等離子體。如圖IE所示，接著利用非晶碳層104作為硬掩模而將圖案轉移穿過材料層102。 在這工藝步驟中，使用蝕刻劑以越過非晶碳層104而選擇性地移除材料層102，例如干法蝕 刻，即非反應性等離子體蝕刻。在材料層102經圖案化之后，非晶碳層104可選擇性地由基 板100上剝除。在一制造順序的特殊例子中，限定在a_C:H硬掩模上的圖案合并至集成電 路的結構中，例如鑲嵌結構。鑲嵌結構一般用以在集成電路上形成金屬互連。使用a_C:H硬掩模層的器件制造商需要滿足兩個關鍵的需求(1)在下方材料干 法蝕刻的期間，硬掩模的高選擇性，以及⑵為了光刻重合(lithographic registration) 的準確性，在可見光光譜中的高光學透明度。“干法蝕刻”一詞通常指蝕刻工藝中材料并非 通過浸沒于化學溶劑中而溶解，且包括例如反應性離子蝕刻、濺射蝕刻、以及汽相蝕刻的方 法。再者，針對硬掩模層是沉積在具有形態特征結構(topographic feature)的基板上的 應用，對于a-C:H硬掩模的額外的需求為硬掩模層保形地(conformally)覆蓋該形態特征 結構的全部表面。往回參照圖1A-E，為了確保非晶碳層104在干法蝕刻的期間可適當地保護材料層 102，因此重要的是非晶碳層104相對于材料層102而具有相對高的蝕刻選擇性或移除率比 率。一般來說，在干法蝕刻工藝期間，在非晶碳層104及材料層102之間的蝕刻選擇性期望 為至少約10 1或更高，換言之，材料層102以快于非晶碳層104十倍的速度被蝕刻。這 樣一來，當通過干法蝕刻工藝形成孔洞140時，由非晶碳層104形成的硬掩模層可保護材料層102的區域不會被蝕刻或是受損。另外，在某些應用中，例如圖IB中所示的光刻處理步驟，期望硬掩模對于光學輻 射(即光波長介于約400納米及約700納米)具有高度透明度。對于特定光波長的透明度 允許更準確的光刻重合，其接著允許掩模110與基板100上特定位置的非常精確的對準。材 料的透明度一般定量為材料的吸收系數。隨著材料的吸收系數增加，由材料層所透射的光 的部分(fraction)以指數方式降低。消光系數與光的波長以及吸收系數成比例，并且代表 入射的電磁輻射在材料中被吸收及散射或“消失”的程度。消光系數為0. 1的材料層在可 見波長下是足夠清楚的，而可穿過8000埃的厚度觀看下方層的形態特征(topography)，反 之，消光系數為0.4的材料層在相同能見度下僅能觀察穿過約1000埃的厚度。針對部分應用，期望有高透明度，同時其他的應用可容許低透明度。舉例來說，隨 著摩爾定律(Moore’ s Law)的進展而器件尺寸縮減，故層的厚度一般會下降，若其他的特 性(例如密度)變得重要時，則可容許因厚度下降所得的較低透明度(因此為較高消光系 數)。可以通過調整沉積參數(例如基板溫度或等離子體離子能量)而可產生具有期望 消光系數的層。一般在產生擁有高透明度及高蝕刻選擇性的a_C:H膜之間取舍。具有較好 蝕刻選擇性的非晶碳層一般具有較差的透明度。舉例來說，當把沉積溫度作為調整的因素 時，在相對高的溫度(即，大于500°C )下沉積的a_C:H膜一般具有良好的蝕刻選擇性但卻 具有低透明度。降低沉積溫度(特別是低于650°C)可增加a-C:H膜的透明度，但卻導致對 膜較高的蝕刻率且因此具有較小的蝕刻選擇性。如上所提到的，在某些應用中，可以在具有下方形態特征的基板上沉積硬掩模層， 該形態特征可例如為用以對準圖案化工藝的對準標記(alignment key)。在這些應用中， 還期望a-C:H層與下方形態特征為高度保形。圖2說明了具有特征結構201及形成于其上 的非保形非晶碳層202的基板200的剖視示意圖。因為非保形非晶碳層202并未完全覆 蓋特征結構201的側壁204，因此接續的蝕刻工藝可能會造成不期望的側壁204腐蝕現象。 缺乏由非保形非晶碳層202完全覆蓋的側壁204也可能導致在非保形非晶碳層202下方的 材料的光敏抗蝕劑侵蝕(photoresist poisoning)，其已知會損壞電子器件。層的保形性 (conformality) 一般由沉積在特征結構的側壁上的層的平均厚度與在基板的區域或上表 面上的沉積層的平均厚度之間的比率來量化。再者，重要的是，硬掩模層的形成不會在其他方面有害地影響半導體基板。例如， 如果，在硬掩模的形成期間，產生可能污染基板的大量粒子，或是形成在基板上的器件會被 過度地加熱，其導致的問題可能遠超過任何的益處。因此，需要一種可用于集成電路制造的沉積材料層的方法，其對于氧化物具有良 好的蝕刻選擇性、在可見光光譜中具有高光學透明度、可以保形地沉積在具有形態特征結 構的基板上、以及可以在相對低溫下制造而且不會產生大量的粒子。

發明內容
本發明的實施例提供一種用以在基板上沉積非晶碳層的方法。根據第一實施例， 該方法包括將基板放置在處理室中；將烴源(hydrocarbon source)導入處理室中；將重 惰性氣體(heavy noble gas)導入處理室中；以及在處理室中產生等離子體。重惰性氣體 選自由氬氣、氪氣、氙氣、及其混合物所組成的群組，并且惰性氣體的摩爾流速大于烴源的摩爾流速。可包括沉積后終止步驟，其中烴源及惰性氣體的流動停止，并且將等離子體維持 在處理室中一段時間，用以自處理室移除粒子。也可以在沉積后終止步驟期間將氫氣導入
處理室中。根據第二實施例，該方法包括將基板放置在處理室中；將烴源導入處理室中；將 烴源的稀釋氣體導入處理室中；以及在處理室中產生等離子體。進入處理室的稀釋氣體的 摩爾流速為烴源的摩爾流速的約2倍至約40倍之間。在此方法中也可包括類似于第一實 施例的沉積后終止步驟。根據第三實施例，該方法包括將基板放置在處理室中；將烴源導入處理室中；將 烴源的稀釋氣體導入處理室中；在處理室中產生等離子體；以及在處理室中引發等離子體 之后，將處理室中的壓力維持在約1托(Torr)至10托。非晶碳層的密度介于約1. 2g/cc 至約2. 5g/cc之間，且非晶碳層在可見光光譜中的消光系數可不大于約1. 0。


為讓本發明的上述特征更明顯易懂，可配合參考實施例說明，其部分繪示如附圖 所示。須注意的是，雖然附圖揭露本發明特定實施例，但其并非用以限定本發明的精神與范 圍，任何本領域技術人員，當可作各種的更動與潤飾而得等效實施例。圖1A-1E(現有技術)為在并入非晶碳層來作為硬掩模的集成電路制造順序中不 同階段中的基板的剖視示意圖。圖2(現有技術)為具有形成于其上的特征結構及非保形非晶碳層的基板的剖視 示意圖。圖3為說明非晶碳膜的膜密度及蝕刻選擇性間的關系圖。圖4為表示基板處理系統的示意圖，其可根據本發明的實施例而用于實行非晶碳 層沉積。圖5為說明氬稀釋氣體對于非晶碳膜密度的影響的圖式。圖6為說明稀釋氣體種類對生成膜密度的影響的圖式。圖7為說明沉積溫度對生成膜密度的影響的圖式。圖8為說明沉積溫度對生成膜消光系數的影響的圖式。圖9為說明較低烴流速對膜密度的影響的數據標繪圖。圖10為說明處理室壓力對膜密度的影響的數據標繪圖。圖11為說明沉積速率的改善的柱狀圖，其為通過在沉積非晶碳膜的同時引入重 惰性氣體作為高流速稀釋劑而實現的。圖12說明了具有形成于其上的特征結構及非晶碳層的基板的截面示意圖。為了更清楚表示之，在合適的地方使用相同的元件符號來標示出在附圖之間共同 的元件。
具體實施例方式發明者認識到不論使用于沉積a_C:H膜的烴源為何，a_C:H膜密度及蝕刻選擇性 之間存在有強大的關聯性。圖3為標繪四種沉積在不同基板上的不同a_C:H膜301A-D的 多個樣本的膜密度及蝕刻選擇性之間的關系圖。蝕刻選擇性為一因素，下方材料依據此因
7素相較于選定的a_C:H膜被蝕刻，也就是說，蝕刻選擇性為10表示下方材料以快于a_C:H 膜十倍的速度被移除。每一個膜301A-D由不同前驅物及工藝條件而形成。數據顯示不論 前驅物為何，每一個膜的密度與蝕刻選擇性之間實質上為線性相關。這些結果證明即使工 藝溫度及前驅物實質上不同，但可通過增加膜密度而達到a-C:H膜所需的蝕刻選擇性。因 此，a-C:H膜的致密化(densification)可為增進蝕刻選擇性的一種方法。本發明的實施方式包括使用相對高流速的氬或其他重惰性氣(例如氪或氙)來作 為在a-C:H膜沉積期間的稀釋氣體，用以增加生成膜密度(以及因此增加蝕刻選擇性)、膜 的沉積速率、以及膜對于在基板表面上特征結構的保形性。將重惰性氣作為高流速稀釋氣 體的應用也在沉積工藝中增加了烴前驅物的利用效率，以及使得在沉積室內表面上不期望 的沉積最少化。針對a-C:H膜的沉積，在PECVD處理室中，氦用作為工作氣體中的主要的非 反應性成分，這是因為氦容易被離子化，并且因此有益于在處理室中引發等離子體而具有 低風險的電弧放電。雖然氬有時用作為載氣以將液相前驅物導入PECVD處理室中，然按照 本發明實施方式的預期并沒有使用非常大量的氬來作為載氣，因此當用作為載氣時沒有因 此提供好處。實驗裝置圖4為基板處理系統(系統400)的代表示意圖，其可根據本發明的實施例而應 用于進行非晶碳層沉積。適當系統的例子包括可使用DxZ 處理室的CENTURA 系統、 PRECISION 5000 系統、PRODUCER 系統以及PRODUCER SE 處理室，其皆可由加州圣克拉 拉市的應用材料有限公司購得。系統400包括處理室425、氣體顯示板430、控制單元410、以及其他硬件部分，例 如電源及真空泵。在本發明中使用的系統的實施例的細節被描述在共同受讓的美國專利 第6，364，954號中，專利名稱為“高溫化學汽相沉積處理室(High Temperature Chemical Vapor Deposition Chamber) ”，公告日為2002年4月2日，于此將其并入以作為參考。處理室425 —般包括基板支持架450，其用以支撐基板，例如半導體基板490。此 基板支持架450利用耦合至軸桿460的位移機械裝置(未顯示)而在處理室425中以垂直 方向移動。取決于工藝，在處理之前可加熱半導體基板490至所需的溫度。基板支持架450 可由嵌入式加熱器元件470而加熱。例如，通過將來自于電源406的電流施加至加熱器元 件470，以電阻式加熱基板支持架450。接著，由基板支持架450來加熱半導體基板490。溫 度感應器472，例如熱電耦，也嵌設于基板支持架450中，用以監控基板支持架450的溫度。 量測的溫度用在回饋回路中，以針對加熱器元件470而控制電源406。可以將基板溫度維持 或控制在針對特定工藝應用所選擇的溫度。真空泵402用以對處理室425進行抽真空，并且用以維持處理室425中的適當氣 體流速及壓力。工藝氣體透過噴氣頭420而導入處理室425中，且噴氣頭420位于基板支 持架450上方，并且適以提供均勻分布的工藝氣體進入處理室425。噴氣頭420連接至氣體 顯示板430，其控制及提供在不同工藝順序步驟中使用的各種工藝氣體。工藝氣體可包括烴 源以及等離子體引發氣體，下文將會結合示范性的氬稀釋的沉積工藝的描述而更詳細地敘 述之。氣體顯示板430也用于控制及提供各種汽化的液體前驅物。雖然并未顯示，可例 如利用液體注入蒸餾器以汽化來自液體前驅物供應器的液體前驅物，并且在存在有載氣下傳送至處理室425中。載氣一般為例如氮氣的不活潑氣體(inert gas)或例如氬或氦的惰 性氣體(noble gas)。可選擇地，液體前驅物可以通過熱及/或真空輔助汽化工藝而由安瓿汽化。噴氣頭420及基板支持架450也可形成間隔設置的一對電極。當在這些電極之間 產生電場時，導入處理室425的工藝氣體被點燃而成為等離子體492。一般來說，電場是由 透過匹配網絡(未顯示)而將基板支持架450連接至單頻或雙頻射頻(Radio Frequency ； RF)功率源(未顯示)而產生的。可選擇地，射頻功率源及匹配網絡可耦合至噴氣頭420， 或是耦合至噴氣頭420及基板支持架450兩者。PECVD技術通過施加至接近基板表面的反應區的電場而促進反應物氣體的激發及 /或解離，以產生反應物種的等離子體。在等離子體中的物種的反應性降低了發生化學反應 所需的能量，而實際上降低了這種PECVD工藝所需的溫度。通過質流控制器(未顯示)及控制單元410 (例如電腦)而可進行流經氣體顯示 板430的氣體及液體的適當控制及調整。噴氣頭420允許來自氣體顯示板430的工藝氣 體被均勻地分布且引入處理室425中。舉例來說，控制單元410包括中央處理器(Central Processing Unit ;CPU) 412、輔助電路414、以及包含相關控制軟件的內存416。控制單元 410負責基板工藝所需數個步驟的自動控制，例如基板傳輸、氣體流控制、液體流控制、溫度 控制、處理室真空化等等。當工藝氣體混合物噴出噴氣頭420時，在半導體基板490的表面 491上會發生烴化合物的等離子體增強熱解離，而導致在半導體基板490上非晶碳層的沉 積。沉積工藝本發明的實施方式包括a_C:H層的沉積，其通過一工藝來進行，該工藝包括將烴 源、等離子體引發氣體、及稀釋氣體引入處理室，例如上方結合圖4所描述的處理室425。烴 源為一或多種烴化合物的混合物。烴源可包括氣相烴化合物(較佳為丙烯；C3H6),及/或包 括液相烴化合物的蒸汽及載氣的氣體混合物。等離子體引發氣體較佳為氦，因為其容易被 離子化，然而也可使用其他氣體，例如氬。稀釋氣體為一種易離子化、相對重及化學性不活 潑的氣體。較佳的稀釋氣體包括氬、氪、及氙。較不偏愛比氬輕的氣體，這是因為其無法達 到下面結合圖5-12所描述的有利于增加膜密度、產量、及保形性。此外，本發明的方法也可能有益于利用部份地或完全地摻雜的烴化合物的衍生物 而形成的非晶碳層。衍生物包括烴化合物的含氮、含氟、含氧、含羥基族、及含硼衍生物，和 其氟化衍生物。烴化合物可包含氮或可與含氮氣體(例如氨)一起沉積，或是烴化合物可 具有如氟及氧的取代基。由本發明的方法沉積未摻雜的a_C:H膜所證實的密度、沉積速率 及保形性的改善有可能有益于這些工藝中的任一者。得益于本發明的實施方式的工藝中所 使用的烴化合物及其組成物的摻雜衍生物的更詳細描述可參照在共同受讓的申請于2005 年2月24日的美國公開案號第2005/0287771號，專利名稱為“應用于非晶碳膜的化學汽相 沉禾只的液態前驅物(Liquid Precursors for the CVD deposition of Amorphous Carbon Films)”中，在此將其整體并入以做為參考，且并不與本發明產生不一致。一般來說，可被包括在烴源中的烴化合物或其衍生物可由化學式CaHB0。Fd來表示， 其中A介于1 24之間、B介于0 50之間、C介于0 10之間、D介于0 50之間、以 及B及D的總和至少為2。適合的烴化合物的特定例子包括飽和或非飽和的脂肪族、飽和或
9非飽和的脂環烴、以及芳香族烴。舉例來說，脂肪族烴包括烷類，例如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛 烷、壬烷、癸烷等等；烯類，例如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、等等；二烯類，例如丁二烯、異戊二 烯、戊二烯、己二烯等等；炔類，例如乙炔、乙烯乙炔等等。舉例來說，脂環烴包括環丙烷、 環丁烷、環戊烷、環戊二烯、甲苯等等。舉例來說，芳香族烴包括苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯、 吡啶、乙苯、乙酰苯、苯甲酸甲酯、乙酸苯酯、酚、甲酚、呋喃等等。另外也可選擇α-松油烯、 對異丙基甲苯(cymene)、1，1，3，3，-四甲基丁苯、t_ 丁醚、t_ 丁基乙烯、甲基-甲基丙烯酸 甲酯、及t- 丁糠基醚。烴化合物的適當衍生物的例子為氟化烷、鹵化烯、及鹵化芳香族化合物。氟化烷例 如包括一氟甲烷、二氟甲烷、三氟甲烷、四氟甲烷、一氟乙烷、四氟乙烷、五氟乙烷、六氟乙 烷、一氟丙烷、三氟丙烷、五氟丙烷、全氟丙烷、一氟丁烷、三氟丁烷、四氟丁烷、八氟丁烷、二 氟丁烷、一氟戊烷、五氟戊烷、四氟己烷、四氟庚烷、六氟庚烷、二氟辛烷、五氟辛烷、二氟四 氟辛烷、一氟壬烷、六氟壬烷、二氟癸烷、五氟癸烷等等。鹵化烯例如包括一氟乙烯、二氟乙 烯、三氟乙烯、四氟乙烯、一氯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、等等。鹵化芳香族化合 物包括一氟苯、二氟苯、四氟苯、六氟苯等等。伴隨氬稀釋的a_C:H沉積工藝是PECVD工藝。可通過將基板溫度維持在約100°C 約800 V之間而由工藝氣體沉積a-C H層。介于約300 V 約450 V之間的溫度將會使生成 膜的吸收系數最小化，但是介于約600°C 約800°C之間的溫度將會增進沉積膜的密度。工 藝進一步包括將處理室壓力維持在約1托(Torr) 10托之間。將烴源、等離子體引發氣 體、及稀釋氣體導入處理室，并且引發等離子體以開始沉積。更佳地，等離子體引發氣體為 氦或其他容易離子化的氣體，并且在烴源及稀釋氣體之前導入處理室中，其使得形成穩定 的等離子體，并且減少電弧放電的機會。較佳的烴源為丙烯，然而如上所述者，也可視所需 的膜而使用其他烴化合物，包括夾帶于載氣中的一或多種汽化液相烴化合物。稀釋氣體可 為任何至少與氬一樣重的惰性氣體，然而基于經濟上的考量，較佳為氬。等離子體是通過施 加至基板表面區域介于約0. 7ff/cm2至約3W/cm2之間的功率密度的射頻功率而產生的，且較 佳為約1. 1至2. 3W/cm2。電極間隔，即基板與噴氣頭間的距離，介于大約為200密耳(mils) 及1000密耳之間。可利用雙頻射頻系統來產生等離子體。相信雙頻可提供通量及離子能量的獨立控 制，因為擊中膜表面的離子能量會影響膜密度。高頻等離子體控制了等離子體密度，且低頻 等離子體控制了離子擊中晶圓表面的動能。混合的雙頻射頻功率源提供介于約IOMHz 約 30MHz范圍間的高頻功率，例如約13. 56MHz，以及介于約IOKHz至約IMHz范圍間的低頻功 率，例如約350KHz。當使用雙頻射頻系統來沉積a_C:H膜時，第二射頻功率與總混合頻率功 率的比率較佳為小于約0.6比1.0(0. 6 1)。可根據基板尺寸及使用的設備來修改施加的 射頻功率以及所使用的一或多個頻率。為了使氬稀釋沉積方法的益處最大化，重要的是在PECVD處理室中導入相較于烴 化合物的量而為大量的稀釋劑。然而，同樣重要的是，導入處理室的稀釋劑的流速不能太 高。通過增加稀釋劑流速可形成更高密度的a-C H層，并產生對a-C H膜更高的蝕刻選擇 性，但更高的密度也會導致更高的膜應力。在a_C:H膜中非常高的膜應力會造成多種嚴重 的問題，例如a-C:H膜對基板表面不佳的粘著力及/或a-C:H膜的破裂。然而，加入相較于烴化合物而超出特定摩爾比的氬或其他稀釋劑將會有害地影響膜的特性。因此，存在一工 藝窗口標準(process window)，其中視沉積膜的期望特性而定，進入PECVD處理室的氬稀 釋劑的摩爾流速與烴化合物的摩爾流速的比率較佳維持在約2 1 約40 1之間。針 對部分a-C:H膜的沉積，此比率的最期望范圍介于約10 1 約14 1之間。處理300毫米圓形基板的示范沉積工藝使用氦作為等離子體引發氣體、丙烯作為 烴源、以及氬作為稀釋氣體。氦的流速介于約200sCCm 約5000sCCm之間、丙烯的流速介 于約300sccm 約3000sccm之間、以及氬流速介于約4000sccm 約lOOOOsccm之間。單 頻射頻功率介于約800瓦 約1600瓦之間。針對此工藝的強度參數，例如處理室壓力、基 板溫度等等，皆如上所描述。這些工藝參數提供a-c:H層介于約2000 A/min 約Iym/ min范圍間的沉積速率、介于約1. 2g/cc 約2. 5g/cc范圍間的密度、及對633納米輻射約 0. 10 約0. 80的消光系數。本領域技術人員在閱讀此處所揭露的技術后，則可計算用于產 生具有不同的密度、消光系數、或沉積速率的a_C:H膜的適當工藝參數。表1比較了沉積在300毫米圓形基板上的兩種a_C:H膜。
權利要求
一種在基板上形成非晶碳層的方法，包括將基板放置在基板處理室中；將烴源導入該處理室；將惰性氣體導入該處理室，而該惰性氣體選自由氬氣、氪氣、氙氣、氦氣及其混合物所組成的群組，其中該惰性氣體的摩爾流速大于該烴源的摩爾流速；在該處理室中產生等離子體；以及在該基板上形成非晶碳層，其中該非晶碳層的密度為約1.8g/cc～約2.5g/cc。
2.如權利要求1所述的方法，其中該惰性氣體的摩爾流速為該烴源的摩爾流速的約2 至40倍大。
3.如權利要求1所述的方法，還包括 停止該烴源流入該處理室；以及將等離子體維持氣體流入該處理室中，以在該處理室中維持等離子體。
4.如權利要求3所述的方法，其中該等離子體維持氣體為氦氣，且其中在停止該烴源 流入該處理室之后，氦氣持續流動進入該處理室約5至20秒。
5.如權利要求3所述的方法，其中該將該等離子體維持氣體流入該處理室中的步驟還 包括將氫氣流入該處理室中。
6.如權利要求1所述的方法，其中該烴源選自由脂肪族烴、脂環烴、芳香族烴及其混合 物所組成的群組。
7.如權利要求6所述的方法，還包括在該基板上形成非晶碳層的工藝期間，加熱該基 板至不超過約800°C的溫度。
8.一種在基板上形成非晶碳層的方法，包括 將基板放置在基板處理室中；將烴源導入該處理室；將該烴源的稀釋氣體導入該處理室，其中該稀釋氣體的摩爾流速為該烴源的摩爾流速 的約2至40倍；在該處理室中產生等離子體；以及在該基板上形成非晶碳層，其中該非晶碳層的密度為約1. 8g/cc 約2. 5g/cc。
9.如權利要求8所述的方法，其中該稀釋氣體選自由氦氣、氬氣及其混合物所組成的群組。。
10.如權利要求8所述的方法，還包括 停止該烴源流入該處理室中；以及將等離子體維持氣體流入該處理室中，以在該處理室中維持等離子體。
11.一種在基板上形成非晶碳層的方法，包括 將基板放置在基板處理室中；將烴源導入該處理室；將氬氣導入該處理室，以作為該烴源的稀釋劑； 在該處理室中產生等離子體；在引發該處理室中的該等離子體后，將該處理室中的壓力維持在約1托至10托；以及 在該基板上形成非晶碳層，其中該非晶碳層的密度為約1. 8g/cc 約2. 5g/cc。
12.如權利要求11所述的方法，其中氬氣的摩爾流速為該烴源的摩爾流速的約2至40 倍，以及所形成的該非晶碳層在可見光光譜中的消光系數不大于約0. 8。
13.如權利要求12所述的方法，還包括將氫氣導入該處理室中，其中氬氣的摩爾流速 與氫氣的摩爾流速的比率為約2 1至4 1。
14.如權利要求1所述的方法，其中該烴源選自由乙烯、丙烯、乙炔及甲苯所組成的群組。
15.如權利要求5所述的方法，其中該氫氣的摩爾流速與該烴源的摩爾流速的比率為 約0 約20。
全文摘要
一種在基板上沉積非晶碳層的方法，其包括下列步驟將基板放置在處理室中；將烴源導入處理室；將重惰性氣體導入處理室；以及在處理室中產生等離子體。重惰性氣體選自由氬氣、氪氣、氙氣、及其混合物所組成的群組，并且惰性氣體的摩爾流速大于烴源的摩爾流速。該方法可包括沉積后終止步驟，其中烴源及惰性氣體的流動停止，并且將等離子體維持在處理室中一段時間，以自處理室中移除粒子。
文檔編號H01L21/205GK101981659SQ200980111063
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月2日 優先權日2008年3月5日
發明者伊沙姆·邁’薩德, 加內什·巴拉薩布拉曼尼恩, 卡希克·賈納基拉曼, 哈陽成, 德里克·R·維迪, 樸賢秀, 程秋, 維斯韋斯瓦倫·西瓦拉瑪克里施南, 蘇達·拉西, 迪內士·帕德希, 金柏涵, 馬丁·杰·西蒙斯 申請人:應用材料股份有限公司