CN115720596A - 具有宽间隙电极间距的低压条件下的高选择性、低应力和低氢碳硬掩模 - Google Patents

具有宽间隙电极间距的低压条件下的高选择性、低应力和低氢碳硬掩模 Download PDF

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Abstract

本文提供用于通过在低压条件下提供宽间隙电极间距而在衬底上沉积可灰化硬掩模(AHM)的方法和相关设备。宽间隙电极可有助于在低压条件下控制寄生等离子体，由此实现高选择性、低应力和低氢AHM的形成。所述AHM接着可用于将特征蚀刻到所述衬底的底层中。

Description

具有宽间隙电极间距的低压条件下的高选择性、低应力和低 氢碳硬掩模
相关申请的交叉引用
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背景技术
非晶碳膜可在半导体处理中(包含在存储器和逻辑装置制作中)用作硬掩模和蚀刻终止层。因为这些膜可通过灰化技术去除，因此其又称为可灰化硬掩模(AHM)。随着光刻中的纵横比增大，AHM需要更高的蚀刻选择性。使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成高选择性AHM的当前方法导致具有高应力、低模量和/或低蚀刻选择性的AHM，从而限制AHM作为硬掩模的实用性。因此，需要产生具有高蚀刻选择性但低应力的AHM。
仅出于大体呈现本公开的上下文的目的提供本文中含有的背景技术和上下文描述。本公开的大部分呈现本发明人的工作，且仅因为此工作在背景技术章节中描述或在本文的其它地方作为上下文而呈现，并不意谓其被承认为现有技术。
发明内容
在一个方面中，提供一种形成可灰化硬掩模(AHM)膜的方法，其中所述方法包含：在约1托或小于1托的压力下将半导体衬底暴露于处理气体，所述处理气体包括烃前体气体；以及通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在衬底上沉积AHM膜，其中PECVD工艺包含在喷头与底座之间点燃等离子体，且其中喷头和底座由约0.70英寸或大于0.70英寸的间隙分隔开。
在另一方面中，烃前体气体包含具有至多约50g/mol的分子量的化合物。在另一方面中，烃前体气体包含具有至少约0.5的C:H比的化合物。在另一方面中，烃前体气体包含乙炔(C2H2)。在另一方面中，烃前体具有在处理气体的压力的约1％与约5％之间的分压。在另一方面中，所述方法在多站反应器中执行。在另一方面中，所述方法在单站反应器中执行。在另一方面中，AHM膜的内应力为至多约-1400MPa。在另一方面中，AHM膜的模量为至少约80GPa。在另一方面中，AHM膜的密度为至少约1.5g/cm3。在另一方面中，所述方法还包含图案化沉积的AHM膜且蚀刻图案化的AHM膜以在衬底中界定AHM膜的特征。在另一方面中，所述方法还包含在下伏于AHM膜的衬底中蚀刻层。
在另一方面中，提供一种等离子体增强化学气相沉积(PECVD)反应器，其包含：底座，其配置成固持晶片；喷头，其配置成将处理气体分配到底座与喷头之间的间隙中，所述间隙邻近于晶片；以及底座提升机构，其配置成将底座相对于喷头平移到至少第一和第二位置中，其中在第一位置中，底座与喷头间隔开不超过约0.70英寸，且其中在第二位置中，底座与喷头间隔开不小于约1.45英寸。
在另一方面中，底座包括包含提升销孔，且PECVD反应器还包含：多个提升销，其配置成至少部分地穿过底座的提升销孔且从底座的上表面提升晶片；以及销提升机构，其机械地耦合到提升销且配置成升高及降低提升销。在另一方面中，PECVD反应器还包含至少部分地围封喷头和底座的腔室壁，其中底座与喷头间隔开第一距离，其中底座与腔室壁间隔开第二距离，且其中第一距离为第二距离的大小的至少55％。
将在下文参考图式更详细地描述这些和其它特征。
附图说明
图1为根据各种实施例的展示在蚀刻操作中使用可灰化硬掩模的方法的相关操作的过程流程图。
图2A为根据各种实施例的在不同压力和电极间距下半导体处理腔室中的等离子体的说明。
图2B为击穿电压随压力与距离的乘积而变化的曲线图。
图2C为根据各种实施例的击穿电压的图表。
图3A为根据各种实施例的模量与应力的曲线图。
图3B为根据各种实施例的可灰化硬掩模中的氢含量随模量而变化的曲线图。
图3C为根据各种实施例的针对各种压力和电极间距的平面内移位的曲线图。
图4为展示根据各种实施例的在具有宽间隙电极间距的低压条件下形成可灰化硬掩模的方法的相关操作的过程流程图。
图5展示根据各种实施例的可配置有宽间隙电极间距的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室的示意性说明。
图6展示适合于实践各种实施例的另一等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室的另一示意性说明。
图7展示适合于实践各种实施例的另一等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室的另一示意性说明。
图8展示适合于实践各种实施例的模块集群的示意性说明。
具体实施方式
引言和情境
在半导体处理中，掩蔽方法用于图案化及蚀刻衬底。随着衬底纵横比增大，对高选择性硬掩模的需求增大。具有高蚀刻选择性且在不损坏衬底的情况下易于去除的掩模对于处理衬底来说为重要的。可灰化硬掩模(AHM)可在蚀刻终止层中或在选择性蚀刻期间，或在光刻胶可能不足够厚以掩蔽底层的情况下用作掩模。AHM还可在用于显示和其它技术的玻璃衬底上使用。
AHM膜具有一种在达成其目的后便可通过称为“灰化”、“等离子体灰化”或“干式剥离”的技术去除的化学组合物。AHM膜的一个实例为非晶碳层或膜。AHM膜通常由碳和氢以及(任选地)痕量的一种或多种掺杂物(例如，氮、氟、硼和硅)构成。AHM的键合结构可取决于沉积条件而在sp2(类石墨)或sp3(类金刚石)或两者的组合之间变化。
图1为展示在蚀刻操作中使用AHM作为硬掩模的方法的相关操作的过程流程图。虽然下文描述主要涉及半导体衬底，但方法还可应用于包含玻璃衬底的其它类型衬底上的层。可利用AHM掩蔽的材料的实例包含：介电材料，例如氧化物(例如SiO2)和氮化物(例如SiN和TiN)；多晶硅(多晶Si)；以及金属，例如铝(Al)、铜(Cu)和钨(W)。在某些实施例中，本文中所描述的AHM用于图案化氧化物、氮化物或多晶硅层。
在操作102中，可灰化硬掩模通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积在待蚀刻的层上。PECVD工艺涉及在沉积腔室中产生等离子体。如下文参考图4和5进一步描述，等离子体可在相对低压环境中且以维持等离子体限制并减少或消除寄生等离子体的宽间隙间距产生。在一些工艺中，沉积一个或多个AHM层。
在操作104中，根据所需蚀刻图案沉积、暴露及显影光刻胶层。在一些实施方案中，抗反射层(ARL)可在光刻胶沉积之前沉积在AHM膜上。
在操作106中，通过蚀刻AHM的暴露部分来开启AHM膜。开启AHM可通过富氟干式蚀刻和/或通过富氧干式蚀刻来执行。
接下来，在操作108中，选择性地蚀刻衬底层以将图案转印到衬底层。可执行选择性蚀刻，使得在基本上不减少AHM壁的情况下蚀刻衬底层。蚀刻的实例可包含基于自由基和/或离子的蚀刻。蚀刻化学物质的实例可包含基于卤素的蚀刻化学物质，例如含氟和含氯蚀刻化学物质。举例来说，由含氟碳处理气体产生的电容耦合等离子体可用于选择性地蚀刻氧化物层。处理气体的具体实例包含含CxFy处理气体，(任选地)以及氧气(O2)和惰性气体，例如C4H8/CH2F2/O2/Ar。
最后，在操作110中，称为灰化、等离子体灰化或干式剥离的技术用于去除AHM。灰化可通过富氧干式蚀刻来执行。通常，氧在真空下引入腔室中，且RF功率在等离子体中产生氧自由基以与AHM反应并将其氧化成水(H2O)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)。任选地，还可在灰化之后通过湿式或干式蚀刻工艺去除任何剩余的AHM残余物。得到图案化的衬底层。
高纵横比图案化使用具有高蚀刻选择性的AHM。可通过比较AHM层与底层的蚀刻速率来确定蚀刻选择性。有时，可通过确定AHM层的氢含量、折射率(RI)、消光系数(k)、密度和模量或刚度来估算蚀刻选择性。通常，较低的氢含量、较高的RI、较高的k、较高的密度和较高的模量，或更坚硬的AHM能够在涉及较多离子轰击的蚀刻工艺中承受较高的蚀刻速率。因此，具有较低氢含量、较高RI、较高k、较高密度和/或较高模量的AHM具有较高选择性和较低蚀刻速率，且可更高效且有效地用于处理高纵横比半导体工艺。AHM的所需蚀刻选择性可取决于蚀刻工艺和底层的组成，但无论蚀刻工艺或底层的组成如何，蚀刻选择性与以上材料性质之间的相关性都保持相同。如此处所描述的选择性相关性适用于所有类型的底层，包含多晶硅层、氧化物层和氮化物层。
已观测到，使用连续波(CW)LF和HF等离子体且在相对较高压力(例如，处于或高于大致4托)下产生的AHM膜可能具有某些问题。举例来说，其可能具有相对高内应力、高氢含量、低密度和/或低硬度/模量。
高选择性AHM膜通常具有高应力水平。用以形成AHM的一些方法在PECVD工艺中使用连续波RF功率等离子体。使用连续波RF功率导致连续离子轰击，这增加膜密度，由此通过在碳原子之间产生更多sp3键而增加蚀刻选择性。然而，连续离子轰击还可在膜中并入过量的未结合氢原子，且通过利用重原子量离子轰击来修改生长膜。这些影响可能增大沉积的AHM膜的应力，这因为高应力AHM更可能呈现出线弯曲而限制AHM应用。
另一方面，具有低应力水平且伴随更少线弯曲的AHM通常具有较低选择性。用以形成AHM的一些方法在PECVD工艺期间脉冲RF功率等离子体。脉冲RF功率导致脉冲离子轰击，这减小应力水平，由此减少线弯曲。然而，脉冲离子轰击还可减少sp3键的数目，这导致较低密度和较低选择性。对于相同蚀刻工艺，较低选择性需要较厚AHM，这增加了线弯曲的量。
通常认为可通过利用更高能离子来轰击而改进AHM的质量(其中较高质量包含较高选择性、较高模量、较低氢含量和/或较低应力)。一种用于增加等离子体的离子的能量的技术为在较低压PECVD工艺中沉积AHM。认为在较低压环境中，等离子体行进的离子具有较长的平均自由程(即，与其它离子连续碰撞之间行进的平均距离)，且因此可在较长距离内由电极加速，从而得到更高能离子的轰击。然而，典型的处理腔室具有间隔相对靠近的电极。因此，当在低于典型压力下沉积AHM时，可能存在过量且不合需要的寄生等离子体。寄生等离子体是指不在所需部位中且因此降低PECVD工艺的有效性(例如，导致晶片表面上的非均一沉积、掠夺所需等离子体功率和/或导致处理腔室表面上的不合需要的沉积水平)的等离子体。
图2A说明根据各种实施例的在各种PECVD操作压力下且在小间隙电极间距(例如，大致0.65"的小间隙)下以及在宽间隙电极间距(例如，大致1.0"的大间隙)下的等离子体的形成。如图2A中所示，当在相对高压力(例如，大致4托和大致6托)下操作时，等离子体主要或完全含于小间隙电极之间。相比之下，当操作压力降低到大致1托时，存在从小间隙电极之间向外延伸的大量寄生等离子体。类似地，当操作压力降低到大致0.5托时，甚至更大比例的等离子体形成位于电极间隙外部的寄生等离子体。然而，在如各种实施例中所预期的较宽间隙(例如，大致1.0")下，等离子体在大致1.0托且甚至0.5托的低压下基本上保持被限制在宽间隙电极之间。
图2B说明用于各种实施例中的实例处理气体的帕邢(Paschen)曲线。如图2B中所示，击穿电压随着压力与距离的乘积降到低于大致1.5(托-cm)而明显增大。一般来说，等离子体将通常沿着具有最低击穿电压的路径形成。因此，通常需要喷头与底座之间的击穿电压低于或至少不明显大于底座(或喷头)与腔室壁之间的击穿电压(以便减少或消除寄生等离子体)。数据点202说明在0.5托下2"的间隙的击穿电压，且可对应于底座(或喷头)与腔室壁之间的间隙。数据点204说明在0.5托下1.15"的间隙的击穿电压，且可对应于底座与喷头之间的间隙。数据点206说明在0.5托下0.65"的间隙的击穿电压，且可对应于底座与喷头之间的间隙。还在图2C中绘制这些值。
如图2B和2C中所示且在0.5托的PEVCD操作压力下，0.65"的相对小喷头-底座间隙处的击穿电压比底座(或喷头)与腔室壁之间(例如，2"间隙)的击穿电压大几个数量级。在此类布置中，所产生的大部分等离子体将为处于底座(或喷头)与腔室壁之间(而非底座与喷头之间的所需位置)的寄生等离子体。
相比之下，大致1.15"的相对较大喷头-底座间隙处的击穿电压在底座(或喷头)与腔室壁之间(例如，2"间隙)的击穿电压的约20％或25％内。此类布置明显减少寄生等离子体的形成，因为击穿电压不会如在喷头-底座间隙为大致0.65"的实例中那样严重地有利于寄生等离子体。
图3A绘制使用具有小电极间隙(例如，大致0.65")的处理腔室沉积的可灰化硬掩模(AHM)300、302和304的模量和应力，以及具有大电极间隙(例如，大致1.15")的处理腔室沉积的AHM 310的模量和应力。一般来说，利用小电极间隙沉积的AHM具有沿着曲线306的模量和应力水平。换句话说，模量增加通常导致应力水平增加。如上文所论述，通常需要具有高模量，但具有低应力水平。因此，将需要形成使曲线306的趋势线(在方向308上)断裂以获得较高模量和/或较低应力水平的AHM。如图3A中所示，可具有大电极间隙(例如，大致1.15")的处理腔室沉积的AHM 310能够使曲线306的趋势线在方向308上断裂，且因此获得比由小电极间隙(例如，大致0.65")形成的AHM更高的模量和/或更低的应力水平。
图3B绘制使用具有小电极间隙(例如，大致0.65")的处理腔室沉积的可灰化硬掩模(AHM)322、324、326和328的氢含量和模量，以及具有大电极间隙(例如，大致1.15")的处理腔室沉积的AHM 310的模量和应力。一般来说，利用小电极间隙沉积的AHM具有沿着曲线320的氢分数和应力水平。换句话说，模量增加通常导致氢含量增加。如上文所论述，通常需要具有高模量，但具有低氢含量。因此，将需要形成使曲线320的趋势线(在方向321上)断裂以获得较高模量和/或较低氢分数的AHM。如图3B中所示，可具有大电极间隙(例如，大致1.15")的处理腔室沉积的AHM 310能够使曲线320的趋势线在方向321上断裂，且因此获得比由小电极间隙(例如，大致0.65")形成的AHM更高的模量和/或氢含量。
图3C绘制在0.5托、0.6托、0.8托和1.2托下沉积的可灰化硬掩模(AHM)的平面内移位和喷头-底座间隙。一般来说，需要减少或消除平面内移位(如由箭头330所指示)。如图3C中所示，在较低压力和较大喷头-底座间隙下沉积的AHM具有低平面内移位水平。
形成可灰化硬掩模
根据各种实施例，提供形成膜的方法，其产生具有高选择性和低应力的膜。在需要时，AHM膜沉积技术可在高单站低频(LF)功率下使用LF RF脉冲(具有或不具有连续波(CW)高频(HF)RF)，以减少内应力(使得应力更中性)、减少氢含量且增大AHM的选择性。这些方法产生的AHM在给定应力水平下具有改进的选择性，或在给定选择性下具有减小的应力水平，因此提高半导体处理中的AHM性能。
可在每一站处使用高LF功率。在各种实施例中，过程的一般范围为每站3500到6500W的LF功率，具有明显的应力减小和膜致密化。在一些实施例中，可使用基本上仅含有氦气的载气。导致短LF“导通时间”的快速脉冲频率和低占空比可允许等离子体增加峰离子能量同时维持低平均离子密度。换句话说，由于快速LF脉冲，与连续波等离子体相比，具有更高能量的离子更少。
某些实施例在每站高LF功率下使用相对快速(在25％占空比下大于100Hz)LF脉冲，具有或不具有CW HF。
图4展示根据各种实施例的展示在电极之间具有相对宽间隙(例如，大致1.15")的处理腔室中形成AHM的方法的相关操作的过程流程图。
在操作402中，衬底容纳于处理腔室中。在此操作中，可将衬底提供到腔室，或衬底可能已经因先前操作而处于腔室中。
在操作404中，处理腔室可配置有宽电极间隙和/或可配置有所需操作压力(例如，在引入处理气体之前、期间和/或之后，真空泵可用于在处理腔室内形成所需强度的真空)。如果处理腔室已配置有宽电极间隙(或具有固定电极间距)且已经处于所需操作压力下，那么可省略操作404。
在操作406中，衬底暴露于包含烃前体的处理气体。除了烃前体以外，还可使用惰性气体载体。惰性气体可包含氦气(He)、氩气(Ar)、氮气(N2)、氢气(H2)或这些气体中的任一个的组合。在一些实施例中，惰性气体基本上完全为氦气。作为非限制性实例，操作406可能涉及在以下操作压力下将衬底暴露于处理气体：约1.5托、约1.5与约1.25托之间、约1.25托、约1.25与约1.0托之间、约1.0托、约1.0与约0.75托之间、约0.75托、约0.75托与约0.5托之间、约0.5托、约0.5托与约0.25托之间、约0.25托或低于约0.25托。
接下来，在操作408中，通过点燃等离子体利用PECVD工艺在衬底上沉积可灰化硬掩模。作为非限制性实例，操作408可能涉及在具有以下间距的电极(例如，喷头和底座)之间点燃等离子体：至少约0.65"(英寸)、至少约0.70"、约0.65"与约0.75"之间、约0.75"、约0.75"与0.85"之间、约0.85"、约0.85"与约0.95"之间、约0.95"、约0.95"与约1.05"之间、约1.05"、约1.05"与约1.15"之间、约1.15"、约1.15"与约1.25"之间、约1.25"、约1.25"与约1.35"之间、约1.35"、约1.35"与约1.45"之间、约1.45"、约1.45"与约1.55之间、约1.55"或大于约1.55"。沉积AHM可能涉及电极间距和操作压力的前述实例的任何组合。
在一些实施例中，处理腔室可以喷头-底座距离(即，间隙)与底座-腔室距离(例如，平均、最小和/或最大底座-腔室间隙)之间的某一比配置。作为特定实例，形成本公开的AHM可能涉及将处理腔室配置为具有大于50％的喷头-底座距离与底座-腔室距离之间的比(即，在底座与腔室壁之间的距离不超过底座与喷头之间的距离的两倍时)。作为额外实例，处理腔室可配置成具有大于约55％、大于约57％或大于约60％的喷头-底座距离与底座-腔室距离之间的比。在一个实例中，处理腔室可配置成具有约57.5％的喷头-底座距离与底座-腔室距离之间的比。
在一些实施例中，双RF等离子体源可用于产生具有脉冲低频(LF)分量和高频(HF)分量的等离子体。可通过脉冲LF功率源而产生脉冲LF分量。在一些实施例中，脉冲LF RF功率包含使用高功率、快速脉冲和低占空比来产生具有低平均离子密度的高峰能量离子轰击。
操作408的结果为AHM膜。通过利用相对低操作压力(例如，0.5托)和宽电极间距(例如，1.15")，此过程产生具有更好模量与应力比和较高选择性(和较低氢)的膜。
在一些实施例中且取决于LF功率的占空比，可调整脉冲频率以维持高平均离子能量，同时更改平均离子密度。在一些实施例中，可减小DC以产生低模量、低应力膜。在其它实施例中，可增加DC以产生高模量、高应力膜。增加DC还可增加AHM膜的沉积速率。取决于其它处理条件，两种类型的膜可以是合乎需要的。
底座-喷头间隙
图5为根据各种实施例的可配置有宽间隙电极间距的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室500的示意性说明。如图5中所示，腔室500可包含喷头502和底座504。腔室500还可包含底座提升机构506和销提升机构508。
底座提升机构506可配置成在各种操作期间(朝向或远离喷头502)升高或降低底座504。作为实例，底座提升机构506可配置成将底座504降低到位置520，以便有助于晶片从腔室500的装载和卸载。通过将底座504降低到位置520，可能存在用于晶片处置装置到达处理腔室500中而不影响腔室内的组件的额外空间。
销提升机构508可配置成在需要时将晶片提升离开底座504的表面。在一些实施例中，销提升机构508可配置成提升压板510或另外机械地耦合到多个提升销512的其它结构。提升销512可延伸穿过底座504中的孔，使得当销提升机构508恰当地致动时，提升销512将任何存在的晶片提升离开底座504的表面。每当需要提升销512保持与底座504的表面齐平或低于所述表面，可基于底座提升506的位置而控制销提升机构(例如，以确保降低底座提升506并不无意地导致提升销512在底座504的表面上方延伸)。在一些实施例中，销提升508可具有约0.5"的运动范围(例如，上部位置530与下部位置530可分隔开约0.5")。
底座提升506可配置成将底座相对于喷头502升高或降低到位置520和522以及其间的所有位置。在一些实施例中，当底座504处于位置522(例如，具有最小间隙的位置)时，底座504可距喷头502 0.65英寸。在这类实施例中，当底座504处于位置520(例如，具有最大间隙的位置)时，底座504可距喷头502 1.50英寸。位置524可对应于喷头502与底座504之间的约1.0"的间隙。如本文中所论述，比与位置520相关联的间隙更大的间隙和比与位置522相关联的间隙更小的间隙也是可能的。本文中所论述的实例间隙大小应理解为至少描述图5的布置的不同实施例。
虽然前述实例描述相对于喷头502移动底座504，但应了解，本公开还涵盖其中喷头502在底座504保持在适当位置时移动的实施例，且还涵盖其中喷头502和底座504均可相对彼此移动的实施例。
工艺窗口
此章节描述可用于产生AHM膜的各种工艺参数。提供用于在处理腔室(例如下文所描述的处理腔室)中进行的等离子体增强化学气相沉积工艺的工艺参数。
在各种实施例中，处理腔室中的总压力为约1.5托、约1.5与约1.25托之间、约1.25托、约1.25与约1.0托之间、约1.0托、约1.0与约0.75托之间、约0.75托、约0.75托与约0.5托之间、约0.5托、约0.5托与约0.25托之间、约0.25托或低于约0.25托。在一些实施例中，烃前体在例如约0.01托与约1.0托之间的相对低分压下存在于处理腔室中。在某些实施例中，烃前体分压处于或低于约0.2托。在一些实施例中，烃前体分压为处理腔室中的总压力的小于约1％、约1％、约1.5％、约2.0％、约2.5％、约3.0％、约3.5％、约4.0％、约4.5％、约5.0％、约5.5％、约6.0％或大于约6.0％。
在一些实施例中，烃前体为由式CxHy定义的烃前体，其中X为2与10之间的整数，且Y为2与24之间的整数。实例包含甲烷(CH4)、乙炔(C2H2)、乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、丁烷(C4H10)、环己烷(C6H12)、苯(C6H6)和甲苯(C7H8)。在某些实施例中，烃前体为卤代烃，其中一个或多个氢原子由卤素，尤其氟、氯、溴和/或碘置换。在一些实施例中，烃前体包括具有至多约50g/mol的分子量的化合物。在一些实施例中，烃前体具有至少1:2的C:H比。在一些实施例中，烃前体为乙炔(C2H2)。在一些实施例中，可使用两种或多于两种烃前体。
在一些实施例中，使用惰性气体，其包括按所使用的所有惰性气体的体积计至少约50％或至少约80％或至少约95％的氦气。在一些实施例中，惰性气体为氦气，基本上不含任何其它惰性气体。
前体气体体积流速取决于特定处理腔室、衬底和其它处理条件。可用于单个300mm衬底的体积流速的实例为约10sccm与约1,000sccm之间的乙炔和约250sccm与约5,000sccm之间的氦气。在一些实施例中，乙炔的流速在总流速的约1％与约3％之间，且氦气包括总流速的其余部分。在一些实施例中，体积流量在约15sccm与约45sccm C2H2之间，且在约1455sccm与约1485sccm氦气之间。在一些实施例中，体积流量在约18sccm与约20sccm C2H2之间，且在约1480sccm与约1482sccm氦气之间，所有值均基于每300mm衬底。在一些实施例中，体积流速在约40sccm与约45sccm C2H2之间，且在约1455sccm与约1460sccm氦气之间。除非另外指定，否则本文中所公开的流速用于配置成用于300mm晶片的单站工具。流速可随着站数目和衬底面积而线性地按比例缩放。
本文中所描述的AHM膜沉积方法可在任何适当处理温度下执行以获得所需AHM特性，实例在约50℃至约550℃范围内。在一些实施例中，处理温度在约100℃与约200℃之间。在一些实施例中，处理温度在约150℃与约175℃之间。处理温度可至少部分地归因于sp2键与sp3键形成而影响应力、选择性和透明度。较高温度有利于富sp2非晶碳网络形成，因为高温使得C-H键容易断裂以及后续的氢扩散。举例来说，在高于约500℃的温度下沉积的膜可具有明显更多sp2 CH和CH2键和相对更少的sp3键，其具有增加的碳含量和较高密度，且与增加的蚀刻选择性相关。然而，这些富sp2膜可能并不适合于厚的硬掩模应用。举例来说，在
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和高于
Figure BDA0004025090640000122
下，对于掩模对准来说，膜可能并不足够透明。633nm激光可用于透明膜和半透明膜，但不用于例如在高温下产生的更不透明膜。相较于在较高温度下沉积的膜，在例如低于约400℃的低温下沉积的AHM膜可具有更多更少sp2键合。
在一些实施例中，低频(LF)RF功率是指具有在约100kHz与约2MHz之间的频率的RF功率。在一些实施例中，脉冲频率可能受LF产生器的操作能力限制。在一些实施例中，LFRF功率具有频率为约400kHz(例如430kHz)的RF功率。高频RF功率是指具有在约2MHz与约60MHz之间的频率的RF功率。在一些实施例中，HFRF功率具有频率为约13.56MHz的RF功率。
在一些实施例中，HF和LF RF分量可以同步方式脉冲。如果HF分量经脉冲，那么将其从高功率脉冲到低功率且不关闭以避免等离子体鞘塌陷。在一些实施例中，仅脉冲LFRF功率可有利于形成更稳定的等离子体。
在一些实施例中，LF功率经脉冲，而HF功率为恒定的。在各种实施例中，通过开启及关闭LF功率而脉冲LF功率。在一些实施例中，LF‘开启’功率为每300mm衬底至少3000W。在一些实施例中，LF开启功率在每300mm衬底约3500W与约6500W之间。在一些实施例中，LF‘关闭’功率为0W。在各种实施例中，通过在非零功率水平之间切换LF来脉冲LF功率，使得LF关闭功率在0W与LF开启功率之间。在一些实施例中，在约1000W与约6000W之间脉冲LF功率。在一些实施例中，每衬底HF功率范围为每300mm衬底约0W和约150W。在一些实施例中，每衬底HF功率范围在约0W与约800W之间。在许多实施例中，HF RF分量的最小功率和LF RF分量的最小功率足以维持等离子体。本文中所提供的所有功率均基于每300mm衬底。本文中所描述的RF功率通常随着站数目和晶片面积而线性地按比例缩放。功率值可按每面积为基础而表示，例如2500W，还可表示为0.884W/cm2。
LF脉冲的占空比(DC)可在约10％至约90％范围内。在一些实施例中，DC在约10％与约50％之间、在约10％与约30％之间或在约10％与约20％之间。在一些实施例中，DC在约60％与约90％之间、在约60％与约90％之间或在约60％与约75％之间。在各种实施例中，在约100Hz与约1000Hz之间的频率下脉冲LF功率。在一些实施例中，在约50Hz与约2000Hz之间的频率下脉冲LF功率。在一些实施例中，在至少约200Hz或至少约300Hz的频率下脉冲LF功率。在一些实施例中，设置DC和脉冲频率以使得LF通电持续时间在约200μs与约2500μs之间且LF断电持续时间在约800μs与约7500μs之间。在一些实施例中，LF功率的开启时间段为约200μs与约300μs之间的持续时间。
在一些实施例中，底座与喷头之间的间隙为至少0.65"(英寸)、0.65"与0.75"之间、大致0.75"、0.75"与0.85"之间、大致0.85"、0.85"与0.95"之间、大致0.95"、0.95"与1.05"之间、大致1.05"、1.05"与1.15"之间、大致1.15"、1.15"与1.25"之间、大致1.25"、1.25"与1.35"之间、大致1.35"、1.35"与1.45"之间、大致1.45"、1.45"与1.55"之间、大致1.55"或大于1.55"。随着等离子体的RF功率增加和/或操作压力降低，底座与喷头之间的间隙可增大，而不降低沉积的AHM的质量。
在本文中的一些过程中，AHM膜以至少
Figure BDA0004025090640000141
的速率沉积。在一些实施例中，AHM膜以约
Figure BDA0004025090640000142
与约
Figure BDA0004025090640000143
之间的速率沉积。AHM膜的沉积速率可取决于各种因素，包含DC，因为用于LF功率的较长平均‘开启’时间将增大沉积速率。
在一些实施例中，用于沉积AHM膜的处理条件包含利用每300mm晶片至少约3000W脉冲LF功率，占空比在约10％与约之间75％，以及基本上为氦气的惰性气体。在一些实施例中，处理条件包含利用每300mm晶片至少6000W脉冲LF功率，占空比在10％与75％之间，以及基本上为氦气的惰性气体。在一些实施例中，处理条件包含利用每300mm晶片至少约3000W脉冲LF功率，占空比在10％与40％之间，以及基本上为氦气的惰性气体。
膜性质
根据所公开的方法产生的AHM膜通常主要由碳和氢构成，但膜中可存在其它元素。一般来说，掩模中的氢原子％越低，模量和选择性越高。在一些实施例中，可将其它元素添加到气体混合物中，例如，如果使用卤代烃，那么卤素可占膜组成的一定百分比。在一些实施例中，氢浓度为至多约25原子％。在一些实施例中，氢浓度在约24与25原子％之间。在一些实施例中，碳浓度为至少约70原子％。在一些实施例中，碳浓度在约70与76原子％之间。AHM膜中可存在的其它元素的实例包含卤素、氮、硫、硼、氧、钨、钛和铝。通常，此类其它元素以不超过约10原子％的量存在。
在一些实施例中，根据本文中描述的方法产生的AHM膜具有至多约-1400MPa或在约-200MPa与约-1400MPa之间的内应力量值。(负内应力指示压缩应力，因此更低的值具有更少的内应力)在一些实施例中，AHM膜具有至少约80GPa或在约145GPa与160GPa之间的弹性模量。在一些实施例中，AHM膜具有至少约9GPa或在约15GPa与约17GPa之间的硬度。在一些实施例中，AHM膜具有至少约1.5g/cm3或在约1.8g/cm3与约1.9g/cm3之间的密度。
在一些实施例中，根据本文中所描述的方法产生的AHM膜在633nm下具有至多约0.4的消光系数。消光系数可与光移动通过AHM膜的能力或膜的透明度相关。在一些实施例中，AHM膜为透明的或半透明的。不具有足够低消光系数值的AHM膜可能在稍后的蚀刻工艺中需要额外操作以蚀刻不合需要的AHM膜。
在一些实施例中，根据本文中所公开的方法沉积的AHM膜的厚度在约100nm与约2500nm之间。一般来说，AHM膜的所需厚度可取决于待蚀刻的底层的厚度和AHM的蚀刻选择性而变化，较厚的待蚀刻的底层需要较厚的AHM。如上文所论述，AHM膜用于蚀刻各种底层的材料，且可针对每种材料具有不同蚀刻选择性。AHM的蚀刻选择性可表示为材料的蚀刻速率与AHM的蚀刻速率的比，且可针对不同材料和蚀刻化学物质而变化。
应用
AHM通常用于通过蚀刻衬底的一个或多个底层而形成半导体装置的特征。可使用AHM蚀刻的材料可包含硅(单晶、多晶硅或非晶硅)、氧化硅、氮化硅和钨。在一些实施例中，使用单个AHM堆叠及蚀刻多个层。此类堆叠的实例包含硅层和氧化硅层，以及钨层和氮化硅层。在一些实施例中，堆叠包含使用单个AHM蚀刻的重复层。此类重复层的实例包含氧化硅/多晶硅(OPOP)的重复层。可使用如本文中所公开的AHM蚀刻前段工艺和后段工艺特征。可图案化存储器或逻辑装置特征。存储器装置的实例包含：DRAM、NAND和3D NAND。
设备
可在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)反应器中实施实施例。此类反应器可呈许多不同形式。各种实施例与现有半导体处理装备相容，所述现有半导体处理装备尤其为PECVD反应器，例如可购自泛林公司(Lam Research Corporation)的SequelTM或VectorTM反应器腔室。可在多站或单站工具上实施各种实施例。在具体实施例中，使用具有4站沉积方案的300mm Lam VectorTM工具或具有6站沉积方案的200mm SequelTM工具。
一般来说，设备将包含各自包含一个或多个站的一个或多个腔室或反应器。腔室将容纳一个或多个晶片且适合于晶片处理。一个或多个腔室通过防止旋转、振动或其它搅动而将晶片维持在限定的一个或多个位置中。在一些实施例中经历AHM沉积的晶片在工艺期间在腔室内从一个站转移到另一个站。举例来说，
Figure BDA0004025090640000161
AHM沉积可能完全发生于一个站处，或根据各种实施例，
Figure BDA0004025090640000162
的膜可在四个站中的每一个处沉积。替代地，任何其它分数的总膜厚度可在任何数目的站处沉积。在沉积多于一个AHM的各种实施例中，多于一个站可用于沉积每一AHM层。在处理期间，每一晶片通过底座、晶片夹盘和/或其它晶片固持设备固持在适当位置。对于加热晶片的某些操作，设备可包含加热器，例如加热板。
图6示意性地展示可用于使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积材料的处理站600的实施例。为简单起见，将处理站600描绘为具有用于维持低压环境的处理腔室主体602的独立式处理站。然而，应了解，共同处理工具环境中可包含多个处理站600。此外，应了解，在一些实施例中，可由一个或多个计算机控制器以编程方式调整处理站600的一个或多个硬件参数，包含在下文详细论述的那些硬件参数。
处理站600与用于将处理气体递送到分配喷头606的反应物递送系统601流体连通。反应物递送系统601包含用于掺合和/或调节供递送到喷头606的处理气体的混合容器604。一个或多个混合容器入口阀620可控制将处理气体引入到混合容器604。类似地，喷头入口阀605可控制将处理气体引入到喷头606。
举例来说，图6的实施例包含用于蒸发待供应到混合容器604的液体反应物的蒸发点603。在一些实施例中，蒸发点603可为加热的蒸发器。由此类蒸发器产生的反应物蒸气可在下游递送管道中冷凝。不相容气体暴露于冷凝的反应物可形成小颗粒。这些小颗粒可堵塞管道，妨碍阀操作，污染衬底等。解决这些问题的一些方法涉及清扫和/或排空递送管道以去除残余反应物。然而，清扫递送管道可能增加处理站循环时间，降低处理站处理量。因此，在一些实施例中，可对蒸发点603下游的递送管道进行热跟踪。在一些实例中，还可对混合容器604进行热跟踪。在一个非限制性实例中，蒸发点603下游的管道具有在混合容器604处从大致100℃扩展到大致150℃的增加的温度分布。
在一些实施例中，反应物液体可在液体注射器处蒸发。举例来说，液体注射器可将液体反应物的脉冲注入到混合容器上游的载气流中。在一个情境中，液体注射器可通过从较高压力到较低压力闪蒸液体而蒸发反应物。在另一情境中，液体注射器可将液体雾化为分散的微液滴，所述分散的微液滴随后在加热的递送管道中蒸发。应了解，较小液滴可比较大液滴更快地蒸发，从而减少液体注入与完全蒸发之间的延迟。较快的蒸发可减少从蒸发点603下游的管道长度。在一个情境中，液体注射器可直接安装到混合容器604。在另一情境中，液体注射器可直接安装到喷头606。
在一些实施例中，可以在蒸发点603的上游提供液体流量控制器，其用于控制用于蒸发和递送到处理站600的液体的质量流量。举例来说，液体流量控制器(LFC)可包含位于LFC下游的热质量流量计(MFM)。接着可响应于由与MFM电连通的比例-积分-微分(PID)控制器提供的反馈控制信号而调整LFC的柱塞阀。然而，使用反馈控制使液体流量稳定可能花费一秒或大于一秒。这可延长供给液体反应物的时间。因此，在一些实施例中，LFC可在反馈控制模式与直接控制模式之间动态地切换。在一些实施例中，可通过停用LFC的感测管和PID控制器而动态地将LFC从反馈控制模式切换到直接控制模式。
喷头606朝向衬底612分配处理气体。在图6中所示的实施例中，衬底612位于喷头606下方，且展示为静置在底座608上。应了解，喷头606可具有任何合适形状，且可具有用于将处理气体分配到衬底612的任何合适数目和布置的端口。
在一些实施例中，微体积607位于喷头606下方。在微体积中而非在处理站的整个体积中执行ALD和/或CVD工艺可减少反应物暴露和清扫时间，可减少用于更改处理条件(例如，压力、温度等)的时间，可限制处理站机器人对于处理气体的暴露等。实例微体积大小包含但不限于0.1升与2升之间的体积。此微体积还影响生产力处理量。虽然每循环沉积速率下降，但循环时间也同时减少。在某些情况下后者的作用足够显著以改进用于给定目标厚度的膜的模块的整体处理量。
在一些实施例中，底座608可升高或降低以调整底座608与喷头606之间的间隙的大小(例如，如结合图5和6所论述)。还可进行降低或升高底座608以将衬底612暴露于微体积607和/或改变微体积607的体积。举例来说，在衬底转移阶段中，底座608可降低以允许衬底612装载到底座608上。在沉积工艺阶段期间，底座608可升高以将衬底612定位在微体积607内和/或用底座608与喷头606之间的所需宽间隙间距配置腔室，这可当在低压PECVD操作中沉积AHM时减少寄生等离子体。在一些实施例中，微体积607可完全地围封衬底612以及底座608的一部分，以在沉积工艺期间产生高流量阻抗区。
任选地，底座608可在沉积工艺的部分期间降低和/或升高，以在微体积607内调控处理压力、反应物浓度等。在其中处理腔室主体602在沉积工艺期间保持在基础压力下的一个情境中，降低底座608可允许排空微体积607。微体积与处理腔室体积的实例比包含但不限于1:700与1:10之间的体积比。应了解，在一些实施例中，可由合适的计算机控制器以编程方式调整底座高度。
在一些实施例中，RF功率应用于喷头606，而底座608接地，以产生等离子体。在一些其它实施例中，喷头606接地，而RF功率应用于底座608，以产生等离子体。
在另一情境中，调整底座608的高度可允许在沉积工艺中包含的等离子体激活和/或处理循环期间改变等离子体密度。在沉积工艺阶段结束时，底座608可在另一衬底转移阶段期间降低以允许从底座608去除衬底612。
虽然本文中所描述的实例变化涉及高度可调整底座，但应了解，在一些实施例中，可相对于底座608调整喷头606的位置以改变底座608与喷头606之间的间隙(例如，以减少或消除寄生等离子体和/或改变微体积607的体积)。此外，应了解，底座608和/或喷头606的竖直位置可由本公开的范围内的任何合适机构改变。在一些实施例中，底座608可包含用于使衬底612的定向旋转的旋转轴线。应了解，在一些实施例中，这些实例调整中的一个或多个可由一个或多个合适的计算机控制器以编程方式执行。
返回到图6中所示的实施例，喷头606和底座608与RF电源614和匹配网络616电连通以为等离子体供电。在一些实施例中，可通过控制处理站压力、气体浓度、RF源功率、RF源频率和等离子体功率脉冲计时中的一个或多个来控制等离子体能量。举例来说，RF电源614和匹配网络616可在任何合适功率下操作以形成具有所需自由基物种组成的等离子体。以上包含合适功率的实例。同样，RF电源614可提供任何合适频率的RF功率。在一些实施例中，RF电源614可配置成彼此独立地控制高频率RF功率源和低频率RF功率源。实例低频率RF频率可包含但不限于50kHz与700kHz之间的频率。实例高频率RF频率可包含但不限于1.8MHz与2.45GHz之间的频率。应了解，可分离地或连续地调控任何合适参数以针对表面反应提供等离子体能量。在一个非限制性实例中，等离子体功率可间歇地脉冲以相对于连续供电的等离子体减少对衬底表面的离子轰击。
在一些实施例中，可由一个或多个等离子体监测器原位监测等离子体。在一个情境中，可由一个或多个电压电流传感器(例如，VI探针)监测等离子体功率。在另一情境中，可由一个或多个光学发射光谱学传感器(OES)测量等离子体密度和/或处理气体浓度。在一些实施例中，可基于来自此类原位等离子体监测器的测量值以编程方式调整一个或多个等离子体参数。举例来说，OES传感器可用于反馈回路中以用于提供对等离子体功率的编程控制。应了解，在一些实施例中，其它监测器可用于监测等离子体和其它工艺特性。此类监测器可包含但不限于红外(IR)监测器、声波监测器和压力传感器。
在一些实施例中，可经由输入/输出控制(IOC)测序指令控制等离子体。在一个实例中，用于设置等离子体工艺阶段的等离子体条件的指令可包含于沉积工艺配方的对应等离子体激活配方阶段中。在一些情况下，可依序布置工艺配方阶段，使得与所述工艺阶段同时执行用于沉积工艺阶段的所有指令。在一些实施例中，用于设置一个或多个等离子体参数的指令可包含于等离子体工艺阶段之前的配方阶段中。举例来说，第一配方阶段可包含用于设置惰性和/或烃前体气体的流速的指令、用于将等离子体产生器设置到功率设置点的指令和用于第一配方阶段的时间延迟指令。第二后续配方阶段可包含用于启用等离子体产生器的指令和用于第二配方阶段的时间延迟指令。第三配方阶段可包含用于停用等离子体产生器的指令和用于第三配方阶段的时间延迟指令。应了解，这些配方阶段可以本公开的范围内的任何合适方式进一步细分和/或重复。
在一些实施例中，可经由加热器610对底座608进行温度控制。此外，在一些实施例中，可由蝶形阀618提供对沉积处理站600的压力控制。如图6的实施例中所示，蝶形阀618限制由下游真空泵(图中未示)提供的真空。然而，在一些实施例中，还可通过改变引入到处理站600中的一种或多种气体的流速来调整处理站600的压力控制。
图7展示具有入站装载锁702和出站装载锁704的多站处理工具700的实施例的示意图，所述入站装载锁702和所述出站装载锁704中的任一个或两个可包括远程等离子体源。在大气压下，机器人706配置成经由大气端口710将晶片从通过隔舱708装载的夹盒移动到入站装载锁702中。晶片由机器人706放置在入站装载锁702中的底座712上，关闭大气端口710，且向下泵送装载锁。在入站装载锁702包括远程等离子体源的情况下，晶片可在引入到处理腔室714中之前暴露于装载锁中的远程等离子体处理。此外，还可在入站装载锁702中加热晶片，例如以去除水分和吸附的气体。接下来，打开到处理腔室714的腔室输送端口716，且另一机器人(图中未示)将晶片放置到反应器中所示的第一站的底座上的反应器中以供处理。虽然图7中所描绘的实施例包含装载锁，但应了解，在一些实施例中，晶片可直接进入处理站中。
所描绘的处理腔室714包括在图7中所示的实施例中以1至4编号的四个处理站。每一站点具有加热的底座(在站1以718示出)和气体管线入口。应了解，在一些实施例中，每一处理站可具有不同或多个目的。虽然所描绘的处理腔室714包括四个站，但应理解，根据本公开的处理腔室可具有任何适合数目个站。举例来说，在一些实施例中，处理腔室可具有五个或大于五个站，而在其它实施例中，处理腔室可具有三个或小于三个站。
图7还描绘用于在处理腔室714内转移晶片的晶片处置系统790的实施例。在一些实施例中，晶片处置系统790可在各种处理站之间和/或处理站与装载锁之间转移晶片。应了解，可采用任何合适的晶片处置系统。非限制性实例包含晶片圆盘传送带和晶片处置机器人。图7还描绘用于控制处理工具700的处理条件和硬件状态的系统控制器750的实施例。系统控制器750可包含一个或多个存储器装置756、一个或多个大容量存储装置754和一个或多个处理器752。处理器752可包含CPU或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接件、步进式电机控制器板等。
在一些实施例中，系统控制器750控制处理工具700的所有活动。系统控制器750执行存储在大容量存储装置754中、加载到存储器装置756中以及在处理器752上执行的系统控制软件758。系统控制软件758可包含用于控制由处理工具700执行的特定过程的计时、气体的混合物、腔室和/或站压力、腔室和/或站温度、吹扫条件和计时、晶片温度、RF功率水平、RF频率、衬底、底座、夹盘和/或基座位置以及其它参数的指令。可以任何合适方式配置系统控制软件758。举例来说，可写入各种处理工具组件子例程或控制对象以控制进行根据所公开的方法的各种处理工具过程所必需的处理工具组件的操作。可以任何合适的计算机可读编程语言编码系统控制软件758。
在一些实施例中，系统控制软件758可包含用于控制上文所描述的各种参数的输入/输出控制(IOC)测序指令。在一些实施例中，可采用存储在与系统控制器750相关联的大容量存储装置754和/或存储器装置756上的其它计算机软件和/或程序。出于此目的的程序或程序区段的实例包含衬底定位程序、处理气体控制程序、压力控制程序、加热器控制程序和等离子体控制程序。
衬底定位程序可包含用于处理工具组件的程序代码，所述处理工具组件用于将衬底装载到底座718上且控制衬底与处理工具700的其它部分之间的间距。衬底定位程序还可包含用于过程控制组件的程序代码，所述过程控制组件用于在每一处理站中调整处理站的喷头与底座之间的间隙。
处理气体控制程序可包含用于控制气体组成和流速且任选地用于使气体在沉积之前流动到一个或多个处理站中以便使处理站中的压力稳定的代码。处理气体控制程序可包含用于将气体组成和流速控制在所公开范围中的任一个内的代码。压力控制程序可包含用于通过调节例如处理站的排气系统中的节流阀、到处理站中的气体流等来控制处理站中的压力的代码。压力控制程序可包含用于将处理站中的压力维持在所公开压力范围中的任一个内的代码。
加热器控制程序可包含用于控制到用于加热衬底的加热单元的电流的代码。替代地，加热器控制程序可控制热转移气体(例如氦气)到衬底的递送。加热器控制程序可包含用以将衬底的温度维持在所公开范围中的任一个内的指令。
等离子体控制程序可包含用于例如使用本文中所公开的RF功率水平中的任一个来设置应用于一个或多个处理站中的处理电极的RF功率水平和频率的代码。等离子体控制程序还可包含用于控制每一等离子体暴露的持续时间的代码。
在一些实施例中，可能存在与系统控制器750相关联的用户接口。用户接口可包含显示屏幕、设备和/或处理条件的图形软件显示器，以及用户输入装置，例如指向装置、键盘、触摸屏、麦克风等。
在一些实施例中，由系统控制器750调整的参数可涉及处理条件。非限制性实例包含处理气体组成和流速、温度、压力、等离子体条件(例如RF功率水平、频率和暴露时间)等。这些参数可以配方形式提供给用户，所述参数可利用用户接口而输入。
用于监测过程的信号可由系统控制器750的模拟和/或数字输入连接件从各种处理工具传感器提供。可在处理工具700的模拟和数字输出连接件上输出用于控制过程的信号。可监测的处理工具传感器的非限制性实例包含质量流量控制器、压力传感器(例如压力计)、热电偶等。适当编程的反馈和控制算法可与来自这些传感器的数据一起用以维持处理条件。
任何合适的腔室可用于实施所公开的实施例。实例沉积设备包含但不限于来自
Figure BDA0004025090640000221
产品系列、
Figure BDA0004025090640000222
产品系列和/或
Figure BDA0004025090640000223
产品系列(每一设备可购自弗里蒙特(Fremont)、加利福尼亚(California)的泛林公司)的设备，或各种其它市售处理系统中的任一个。站中的两个或大于两个可执行相同功能。类似地，两个或大于两个站可执行不同功能。每一站可设计/配置成按需要执行特定功能/方法。
图8为根据某些实施例的适合于进行薄膜沉积工艺的处理系统的框图。系统800包含转移模块803。转移模块803提供干净的加压环境以使处理的衬底在其在各种反应器模块之间移动时污染的风险最小化。两个多站反应器809和810安装在转移模块803上，其各自能够根据某些实施例执行原子层沉积(ALD)和/或化学气相沉积(CVD)。反应器809和810可包含多个站811、813、815和817，所述站可根据所公开的实施例依序或非依序地执行操作。站可包含加热的底座或衬底支撑件、一个或多个气体入口或喷头或分散板。
转移模块803上还可安装有一个或多个单或多站模块807，其能够执行等离子体或化学(非等离子体)预清洁，或相对于所公开的方法描述的任何其它工艺。模块807可在一些情况下用于各种处理，以例如制备用于沉积工艺的衬底。模块807还可设计配置成执行各种其它工艺，例如蚀刻或抛光。系统800还包含一个或多个晶片源模块801，其中晶片在处理之前和之后存储。大气转移腔室819中的大气机器人(图中未示)可首先将晶片从源模块801移除到装载锁821。转移模块803中的晶片转移装置(通常为机器人臂单元)将晶片从装载锁821移动到安装在转移模块803上的模块中和所述模块之间。
在各种实施例中，系统控制器829用于在沉积期间控制处理条件。控制器829通常将包含一个或多个存储器装置和一个或多个处理器。处理器可包含CPU或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接件、步进式电机控制器板等。
控制器829可控制沉积设备的所有活动。系统控制器829执行系统控制软件，其包含用于控制特定过程的计时、气体的混合物、腔室压力、腔室温度、晶片温度、射频(RF)功率水平、晶片夹盘或底座位置和其它参数的指令集。在一些实施例中，可采用存储在与控制器829相关联的存储器装置上的其它计算机程序。
通常将存在与控制器829相关联的用户接口。用户接口可包含显示屏幕、设备和/或处理条件的图形软件显示器，以及用户输入装置，例如指向装置、键盘、触摸屏、麦克风等。
可以任何合适方式配置系统控制逻辑。一般来说，逻辑可设计或配置于硬件和/或软件中。用于控制驱动电路的指令可以硬编码或提供为软件。可通过“编程”提供指令。此编程理解为包含任何形式的逻辑，包含数字信号处理器、专用集成电路和具有实施为硬件的特定算法的其它装置中的硬编码逻辑。编程还理解为包含可在通用处理器上执行的软件或固件指令。可以任何合适的计算机可读编程语言编码系统控制软件。
可以任何常规计算机可读编程语言编写用于控制含锗还原剂脉冲、氢气流和含钨前体脉冲以及过程序列中的其它过程的计算机程序代码：例如汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran或其它语言。由处理器执行已编译的目标代码或脚本以执行程序中识别的任务。还如所指示，程序代码可以是硬编码的。
控制器参数涉及处理条件，例如处理气体组成和流速、温度、压力、冷却气体压力、衬底温度和腔室壁温度。这些参数以配方形式提供给用户，且可利用用户接口输入。用于监测过程的信号可由系统控制器829的模拟和/或数字输入连接件提供。用于控制过程的信号在沉积设备800的模拟和数字输出连接件上输出。
可以许多不同方式设计或配置系统软件。举例来说，可写入各种腔室组件子例程或控制对象以控制进行根据所公开的实施例的沉积工艺(且在一些情况下，其它工艺)所必需的腔室组件的操作。出于此目的的程序或程序区段的实例包含衬底定位代码、处理气体控制代码、压力控制代码和加热器控制代码。
在一些实施方案中，控制器829为系统的部分，所述系统可为上述实例的一部分。此类系统可包含半导体处理装备，包含用于处理的一个或多个处理工具、一个或多个腔室、一个或多个平台，和/或专有处理组件(晶片底座、气体流动系统等)。这些系统可与用于在处理半导体晶片或衬底之前、期间以及之后控制其操作的电子装置集成。电子装置可称为“控制器”，其可控制一个或多个系统的各种组件或子部分。取决于处理要求和/或系统类型，控制器829可编程以控制本文中所公开的方法中的任一个，包含处理气体的递送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、一些系统中的射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体递送设置、位置及操作设置、晶片转移到工具和其它转移工具和/或连接到或与特定系统接合的装载锁中及从工具和其它转移工具和/或连接到或与特定系统接合的装载锁转移出。
广义地说，控制器可定义为具有接收指令、发布指令、控制操作、实现清洁操作、实现端点测量以及类似物的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子装置。集成电路可包含呈固件形式的芯片，所述固件存储程序指令、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器，或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可为以各种个别设置(或程序文件)形式传达到控制器的指令，定义用于在半导体晶片上或对半导体晶片或对系统进行特定处理的操作参数。在一些实施例中，操作参数可为由处理工程师定义以在制作一个或多个层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的裸片期间实现一个或多个处理步骤的配方的部分。
在一些实施中，控制器可为计算机的一部分或耦合到计算机，所述计算机与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合。举例来说，控制器可在“云端”或工厂主控计算机系统的全部或一部分中，其可允许对晶片处理的远程访问。计算机可实现对系统的远程访问以监测制作操作的当前进程、检查过去制作操作的历史、检查来自多个制作操作的趋势或性能度量以改变当前处理的参数，以设置处理步骤以遵循当前处理，或开始新处理。在一些实例中，远程计算机(例如服务器)可经由网络将过程配方提供到系统，所述网络可包含本地网络或因特网。远程计算机可包含能够输入或编程参数和/或设置的用户接口，所述用户接口接着从远程计算机传达到系统。在一些实例中，控制器接收呈数据形式的指令，所述指令指定在一个或多个操作期间执行的处理步骤中的每一个的参数。应理解，参数可对于待执行的过程的类型和控制器配置成介接或控制的工具的类型为特定的。因此如上文所描述，控制器可例如通过包括一个或多个离散控制器来分布，所述离散控制器联网在一起且朝向共同目的工作，例如本文所描述的过程和控制件。用于此类目的的分布式控制器的实例将为与位于远程(例如，在平台层级处或作为远程计算机的部分)的一个或多个集成电路通信的腔室上的一个或多个集成电路，所述集成电路组合以控制腔室上的过程。
在不限制的情况下，实例系统可包含等离子体蚀刻腔室或模块、沉积腔室或模块、自旋冲洗腔室或模块、金属镀覆腔室或模块、清洁腔室或模块、斜面边缘蚀刻腔室或模块、物理气相沉积(PVD)腔室或模块、化学气相沉积(CVD)腔室或模块、原子层沉积(ALD)腔室或模块、原子层蚀刻(ALE)腔室或模块、离子植入腔室或模块、径迹腔室或模块，以及可与半导体晶片的制作和/或制造相关联或用于半导体晶片的制作和/或制造的任何其它半导体处理系统。
如上文所提及，取决于将由工具执行的一个或多个过程步骤，控制器可与其它工具电路或模块、其它工具组件、集群工具、其它工具接口、邻近工具、相邻工具、位于整个工厂的工具、主计算机、另一控制器或用于材料传输的工具中的一个或多个通信，所述工具将晶片容器带到半导体制造工厂中的工具部位和/或装载端口以及从半导体制造工厂中的工具部位和/或装载端口带出。
结语
尽管出于清楚理解的目的已在一些细节上描述了前述实施例，但将显而易见的是，可在所附权利要求书的范围内实践某些改变和修改。应注意，存在许多实施本实施例的过程、系统和设备的替代方式。在其它情况下，未详细地描述众所周知的过程操作以免不必要地使所公开的实施例模糊不清。因此，本实施例被视为说明性而非限制性的，且实施例不限于本文中给出的细节。

Claims (15)

1.一种形成可灰化硬掩模(AHM)膜的方法，其包括：
在约1托或小于1托的压力下将半导体衬底暴露于处理气体，所述处理气体包括烃前体气体；以及
通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在所述衬底上沉积AHM膜，其中所述PECVD工艺包括在喷头与底座之间点燃等离子体，其中所述喷头和所述底座由约0.70英寸或大于0.70英寸的间隙分隔开。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述烃前体气体包括具有至多约50g/mol的分子量的化合物。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述烃前体气体包括具有至少约0.5的C:H比的化合物。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述烃前体气体包括乙炔(C2H2)。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述烃前体具有在所述处理气体的压力的约1％与约5％之间的分压。
6.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述方法在多站反应器中执行。
7.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述方法在单站反应器中执行。
8.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述AHM膜的内应力为至多约-1400MPa。
9.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述AHM膜的模量为至少约80GPa。
10.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述AHM膜的密度为至少约1.5g/cm3。
11.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其进一步包括图案化所述沉积的AHM膜且蚀刻所述图案化的AHM膜以在所述衬底中界定所述AHM膜的特征。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在下伏于所述AHM膜的所述衬底中蚀刻层。
13.一种等离子体增强化学气相沉积(PECVD)反应器，其包括：
底座，其配置成固持晶片；
喷头，其配置成将处理气体分配到所述底座与所述喷头之间的间隙中，所述间隙邻近于所述晶片；以及
底座提升机构，其配置成将所述底座相对于所述喷头平移到至少第一位置和第二位置中，其中在所述第一位置中，所述底座与所述喷头间隔开不超过约0.70英寸，且其中在所述第二位置中，所述底座与所述喷头间隔开不小于约1.45英寸。
14.根据权利要求13所述的PECVD反应器，其中所述底座包括多个提升销孔，所述PECVD反应器进一步包括：
多个提升销，其配置成至少部分地穿过所述底座的所述多个提升销孔且从所述底座的上表面提升所述晶片；以及
销提升机构，其机械地耦合到所述多个提升销且配置成升高及降低所述多个提升销。
15.根据权利要求13或14中任一项所述的PECVD反应器，其进一步包括至少部分地围封所述喷头和底座的腔室壁，其中所述底座与所述喷头间隔开第一距离，其中所述底座与所述腔室壁间隔开第二距离，且其中所述第一距离为所述第二距离的大小的至少55％。
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