CN115917714A - 通过纯化学手段实现非晶碳硬掩模膜的沉积速率增强 - Google Patents

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Abstract

本文提供用于使用减少竞争性蚀刻工艺的添加剂在高温下在衬底上沉积可灰化硬掩模(AHM)的方法和相关设备。六氟化硫可用于在对所得膜的性质作出最小改变的情况下改进所述AHM的沉积速率。

Description

通过纯化学手段实现非晶碳硬掩模膜的沉积速率增强
以引用的方式并入
PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中确定的本申请要求权益或优先权的每一申请的全文出于所有目的以引用的方式并入本文中。
背景技术
非晶碳膜可在半导体加工中(包含在存储器和逻辑装置制造中)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)。随着纵横比增加，尤其是对于3D NAND应用，AHM需要较高的蚀刻选择性和/或厚度。当前使用等离子体增强式化学气相沉积(PECVD)工艺形成极高选择性AHM的方法耗费时间来实现所要厚度，从而增加职责主体的成本。
仅出于大体呈现本公开的上下文的目的提供本文所含的背景和上下文描述。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，并不表示其被承认为现有技术。
发明内容
本文公开沉积非晶碳膜的方法和系统。在本文中的实施例的一个方面中，提供一种形成可灰化硬掩模(AHM)膜的方法，所述方法包含：使衬底暴露于包含烃前驱气体和沉积增强剂分子的工艺气体；以及通过等离子体增强式化学气相沉积(PECVD)工艺使用工艺气体在衬底上沉积AHM膜。在一些实施例中，烃前体为丙烯。在一些实施例中，沉积增强剂分子与烃前体的体积流量比率在约0.01到约0.5之间。在一些实施例中，AHM在大于约0.45μm/min的速率下沉积。在一些实施例中，进一步包含在沉积AHM膜期间形成HF。
在一些实施例中，工艺气体进一步包含惰性气体。在一些实施例中，惰性气体为氦气、氩气和氮气中的一个或多个。在一些实施例中，工艺气体基本上由烃前体、沉积增强剂分子和惰性气体组成。在一些实施例中，半导体衬底在沉积AHM膜时定位于基座上，且所述基座具有约20℃和约750℃之间的温度。在一些实施例中，沉积增强剂分子抑制由氢自由基和/或离子与所沉积AHM中的碳原子结合而产生的蚀刻工艺。在一些实施例中，沉积增强剂分子不引起AHM膜的蚀刻。
在一些实施例中，AHM为约1μm和约2μm之间厚。在一些实施例中，PECVD工艺包含点燃由包含高频(HF)组件和低频(LF)组件的双射频(RF)等离子体源生成的等离子体。在一些实施例中，HF组件具有约50到约8000W的功率。在一些实施例中，LF组件具有约0到约6000W的功率。在一些实施例中，在约1到约11托的压力下执行PECVD工艺。
在一些实施例中，AHM具有约43到90GPa的模量。在一些实施例中，AHM具有约5.3到约8.5GPa的硬度。在一些实施例中，AHM具有约-100到约-550MPa的内应力。在一些实施例中，AHM具有约0.45到约0.65的消光系数。在一些实施例中，AHM具有约1.9到约2.2的折射率。在一些实施例中，AHM主要包含碳。在一些实施例中，AHM具有至多约10％原子的氢含量。
在本文中的实施例的另一方面中，提供一种用于形成可灰化硬掩模(AHM)膜的设备，所述设备包含：一个或多个工艺腔室，每一工艺腔室包含衬底支撑件；通向工艺腔室和相关联流量控制硬件的一个或多个气体入口；以及一个或多个处理器，其被配置成：在所述一个或多个工艺腔室中的一个中使衬底暴露于包含烃前驱气体和沉积增强剂分子的工艺气体；且通过等离子体增强式化学气相沉积(PECVD)工艺使用工艺气体在衬底上沉积AHM膜。在一些实施例中，烃前体为丙烯。在一些实施例中，沉积增强剂分子与烃前体的体积流量比率在约0.01到约0.5之间。在一些实施例中，AHM在大于约0.45μm/min的速率下沉积。在一些实施例中，进一步包含在沉积AHM膜期间形成HF。
在一些实施例中，工艺气体进一步包含惰性气体。在一些实施例中，惰性气体为氦气、氩气和氮气中的一个或多个。在一些实施例中，工艺气体基本上由烃前体、沉积增强剂分子和惰性气体组成。在一些实施例中，半导体衬底在沉积AHM膜时定位于基座上，且所述基座具有约100℃和约750℃之间的温度。在一些实施例中，沉积增强剂分子抑制由氢自由基和/或离子与所沉积AHM中的碳原子结合而产生的蚀刻工艺。在一些实施例中，沉积增强剂分子不引起AHM膜的蚀刻。在一些实施例中，AHM为至少约1.5μm厚。在一些实施例中，PECVD工艺包含点燃由包含高频(HF)组件和低频(LF)组件的双射频(RF)等离子体源生成的等离子体。在一些实施例中，HF组件具有约50到约8000W的功率。在一些实施例中，LF组件具有约0到约6000W的功率。在一些实施例中，在约1到约11托的压力下执行PECVD工艺。
在一些实施例中，AHM具有约43到90GPa的模量。在一些实施例中，AHM具有约5.3到约8.5GPa的硬度。在一些实施例中，AHM具有约-100到约-550MPa的内应力。在一些实施例中，AHM具有约0.45到约0.65的消光系数。在一些实施例中，AHM具有约1.9到约2.2的折射率。在一些实施例中，AHM主要包含碳。在一些实施例中，AHM具有至多约10％原子的氢含量。
将在下文参考相关联图式详细描述所公开的实施例的这些和其它特征。
附图说明
图1呈现一个实例实施例的操作的流程图。
图2呈现在一个实例实施例中蚀刻交替层的堆叠的示意性图示。
图3呈现作为SF6与C3H6比率的函数的沉积速率。
图4-6呈现作为SF6与C3H6比率的函数的各种膜性质的图表。
图7和8呈现根据本文的各种实施例的FTIR光谱。
图9-11是根据所公开的实施例用于执行方法的工艺腔室的实例的示意图。
具体实施方式
引言和情境
半导体装置加工涉及形成可用于制造例如3D NAND结构等各种三维装置的多层堆叠。一些堆叠包含电介质和传导材料的多个交替层，其中每一层可为约10nm或更厚。一种形成此些堆叠的方法涉及沉积氧化物和氮化物材料的多个交替层(ONON，多层沉积)，然后选择性地移除材料并将金属回填沉积到氮化物材料先前占据的空间中。另一方法是直接图案化氧化物和多晶硅(或“多晶硅(poly)”，如本文其它地方所使用)的多个交替层的堆叠，其中多晶硅保留作为传导层。这些方法可用于制造3D NAND结构。
可使用图案化非晶碳膜执行堆叠的蚀刻。非晶碳膜还可被称作可灰化硬掩模(AHM)。非晶碳层可适合作为在堆叠的蚀刻工艺期间具有高选择性的硬掩模。在特定蚀刻化学性质的上下文中确定高选择性。对于特定蚀刻化学性质，下伏衬底(例如ONON层)的蚀刻比硬掩模(例如非晶碳层)快得多。对于本文中所描述的各种应用，下伏衬底含有氧化硅、氮化硅和/或多晶硅。
对于3D NAND应用，可灰化硬掩模可基于碳且超过约1.5微米厚。此些厚度对于需要例如用于形成例如3D NAND装置等一些存储器装置的蚀刻高纵横比特征的应用可能是必需的。有时，或在某些实施例中，使用如本文所描述产生的非晶碳硬掩模的应用蚀刻氧化硅和氮化硅的交替层的堆叠或多晶硅和氧化硅的交替层的堆叠。3D NAND的成本的一大因素是沉积AHM的时间，在约0.25微米/min的速率和2μm厚目标层下可能花费8+分钟来沉积。因此，需要在对膜性质作出最小改变的情况下(特定来说，不减小蚀刻选择性)增加AHM的沉积速率。
图1展示根据用于形成3D NAND结构的方法执行的操作的过程流程图。在操作182中，提供衬底。在各种实施例中，衬底为半导体衬底。衬底可以是硅晶片，例如200-mm晶片、300-mm晶片或450-mm晶片，包含具有沉积在其上的例如电介质、传导材料或半传导材料等一个或多个材料层的晶片。在操作184中，将交替的电介质和传导层的膜堆叠沉积在衬底上。在一些实施例中，所述电介质层为氧化物层。在各种实施例中，所沉积的氧化物层为氧化硅层。在各种实施例中，传导层为氮化物层，例如氮化硅层。在一些实施例中，传导层为多晶硅层。每一电介质和传导层沉积到约相同厚度，例如在约10nm和约100nm之间，或在一些实施例中约
Figure BDA0004032084150000041
氧化物层可在约室温和约600℃之间的沉积温度下沉积。应理解，如本文所使用的“沉积温度”(或“衬底温度”)指代固持衬底的基座在沉积期间被设定到的温度。
用于形成交替的氧化物和氮化物膜堆叠的氧化物和传导层可使用任何合适的技术沉积，例如原子层沉积(ALD)、等离子体增强式原子层沉积(PEALD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强式化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)或溅镀。在各种实施例中，氧化物和氮化物层通过PECVD沉积。
膜堆叠可包含48层和512层之间的交替电介质和传导层，借此每一电介质或传导层构成单层。在一些实施例中，取决于应用，膜堆叠可包含少于48层或多于512层的交替电介质和传导层。包含交替氧化物和氮化物层的膜堆叠可被称为ONON堆叠。虽然所描述的膜堆叠可涉及交替氧化物和氮化物层，但应理解，额外层也可包含在堆叠中，且此外，其它材料可用于非氧化物且非氮化物层的交替层。举例来说，在某些情况下，可使用硅锗层代替氮化物或氮化硅层。可在堆叠上的其它额外层包含含硅层、含锗层或这两者。实例含硅层包含掺杂和未掺杂碳化硅层、掺杂和未掺杂多晶硅层、非晶硅层、掺杂和未掺杂氧化硅层，以及掺杂和未掺杂氮化硅层。掺杂剂可包含非金属掺杂剂。举例来说，掺杂碳化硅层是掺杂氧的碳化硅。在另一实例中，掺杂碳化硅层是掺杂氮的碳化硅。沉积和蚀刻用于3D NAND应用的层的进一步论述可见于出于所有目的以引用的方式并入本文中的2019年9月10日提交的申请PCT US2019/050369。
在操作186中，将非晶碳膜形成于衬底上。非晶碳膜具有本文中所描述的使其适合作为用于蚀刻下伏衬底的掩模的各种性质。对于某些应用，膜为至少约1μm厚。在某些实施例中，膜为至少约1.5μm厚。在某些实施例中，膜为至少约2μm厚。在一些实施例中，膜为约1μm和约2μm之间厚。在操作188中，图案化非晶碳膜使得下伏衬底的部分暴露。可通过(例如)光刻工艺来实现图案化。
在操作190中，蚀刻膜堆叠。所使用的蚀刻化学性质相比于下伏衬底对于非晶碳膜具有选择性，使得在比膜堆叠的层低的速率下蚀刻非晶碳膜。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、含溴和含氯蚀刻化学物质。举例来说，由含氟碳工艺气体生成的电容耦合等离子体可用于选择性地蚀刻氧化物层。工艺气体的特定实例包含含CxFy工艺气体，(任选地)以及氧气(O2)和惰性气体，例如C4H8/CH2F2/O2/Ar。在某些实施例中，非晶碳层用作蚀刻工艺中的硬掩模，其中在等离子体中生成蚀刻物质。
最后，在操作192中，例如通过称为灰化、等离子体灰化或干式剥离的技术移除非晶碳膜。灰化可通过富氧干式蚀刻来执行。常常，呈例如O2、N2O和NO的形式的氧在真空下引入于腔室中，且RF功率在等离子体中形成氧自由基以与AHM反应且使其氧化为水(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移除任何剩余的AHM残留物。得到图案化衬底层。
图2提供图1的操作182-192的示意性图示100-150。在图式100中，提供衬底105。衬底105可以是具有先前形成在其上的一个或多个层的硅晶片。在图式110中，氧化物(101)和氮化物(102)膜的交替层沉积在衬底105上。应注意，虽然图2中展示的结构展示首先沉积氧化物，继之以氮化物、氧化物、氮化物等，但可首先沉积氮化物，继之以氧化物、氮化物、氧化物等。
在图式120中，非晶碳膜105沉积在氧化物和氮化物膜的堆叠的顶部上。本文中进一步论述此工艺的细节。在图式130中，图案化非晶碳膜105以暴露下伏堆叠的部分。非晶碳膜105的暴露部分限定其中将蚀刻高纵横比特征的区。在图式140中，使用非晶碳膜105作为掩模蚀刻下伏堆叠，以形成交替层的堆叠中的各种特征。在图式150中，移除非晶碳膜105，从而产生具有各种特征的氧化物和氮化物膜的交替层的经蚀刻堆叠。
在一些实施例中，如本文所描述待使用AHM蚀刻的特征可具有约10:1到1000:1的纵横比。在一些实施例中，特征的开口大小可包含约20-100nm宽。
沉积工艺
用于沉积非晶碳硬掩模的某些工艺采用碳前体，其可以是例如丙烯等烃。在某些情况下，烃前体具有相对高的碳与氢比率。在一些实施例中，丙烯是有利的碳前体，这是归因于聚合及堵塞喷淋头中的孔并沉积在沉积腔室的敏感组件上的趋势较低。出于如本文所描述的工艺所采用的较高压力和温度下的安全考虑，丙烯也可为有利的。
除丙烯或其它合适的含碳前体外，工艺还可采用惰性或无化学反应的气体，例如氩气、氦气、氮气，或这些中的任一个的组合。
虽然常规工艺可产生高质量非晶碳层，但它们相对缓慢地以例如约0.25μm/分钟的速率产生此些膜。当沉积例如本文中所描述的一些高纵横比蚀刻应用(例如，需要1.5微米或更大的硬掩模厚度的应用)需要的相对厚的膜时，此相对缓慢的沉积速率可能对工艺的输贯量具有负面影响，且因此增加成本。因此，可能需要采用一种产生同等高质量层但更快速地实现此目的的工艺。
一种更快速地沉积层的方式是增加工艺气体中的反应物(尤其是丙烯或其它含碳前体)的流率。然而，简单地增加流率不一定形成具有例如高密度、良好蚀刻选择性、低氢含量和用于蚀刻高纵横比特征的非晶碳硬掩模中合乎需要的合适的机械性质等合适的性质的膜。因此，虽然增加碳前体流率可增加膜沉积速率，但膜质量可能不足以在不沉积额外碳硬掩模层以产生较厚总层的情况下提供所要蚀刻特性且不能实现产生层的时间的缩短。
更快速地沉积层的另一方式是在沉积期间抑制AHM的蚀刻。沉积速率的一大因素是在沉积工艺期间发生的竞争性蚀刻工艺。通常，碳前体可生成氢自由基或离子，所述氢自由基或离子可与沉积在硬掩模的表面上的碳原子相互作用，从而导致生成例如甲烷或其它挥发性产物，最终蚀刻碳掩模并减缓净沉积速率。
本发明人已经发现，将某些反应物添加到工艺气体(本文中称为“沉积增强剂分子”，例如六氟化硫(SF6))减小蚀刻工艺的速率，从而导致沉积速率的净增加。不受理论束缚，据信，SF6可与碳前体和/或氢自由基反应以形成SF5和HF，其可从工艺腔室排出而不蚀刻硬掩模。HF的产生减少了氢自由基的存在，从而抑制竞争性蚀刻工艺且因此增加总沉积速率。
本发明人还已发现，SF6可增加碳前体的消耗，从而增加最终沉积到所得膜中的碳离子的生成。下表1示出SF6对沉积速率和各种膜性质的影响。
Figure BDA0004032084150000071
表1：示出SF6如何影响沉积速率和AHM膜性质。
如上表中所展示，将SF6的流量从0增加到200sccm实现沉积速率的约37％增加，其中模量和硬度分别减小约15％和10％。300sccm的SF6流量实现沉积速率的进一步增加，但半程均一性(R/2NU％)显著减小且消光系数k增加。虽然SF6的300sccm流量实现较高非均一性，但此被认为是在上面执行实验的工具的限制的结果，且SF6的300sccm或更高流量可用于进一步增加沉积速率，其中所得膜在300sccm以下具有类似的均一性，存在所属领域的技术人员所理解的适当修改。上表的所有所沉积膜的其它加工条件包含：550℃的基座温度、5托的压力、1500sccm的C3H6流量、13.56MHz下6000W，以及400kHz下3450W。图3呈现基于表1作为SF6与C3H6流量比率的函数的沉积速率的图表。随着工艺气体中SF6的比例增加，流率增加，这是合乎需要的。
工艺窗口
在各种实施例中，在非晶碳膜的沉积期间将增速添加剂添加到工艺气体。在一些实施例中，增速添加剂为六氟化硫。在某些实施例中，沉积工艺包含约0.01到约0.5的体积(大致摩尔)比率的六氟化硫和丙烯。在某些实施例中，沉积工艺包含约0.05到约0.15的体积(大致摩尔)比率的六氟化硫和丙烯。
在某些实施例中，沉积工艺包含约0.03到约0.5的体积(大致摩尔)比率的惰性或无化学反应气体(例如，Ar、He和/或N2)和丙烯。在某些实施例中，沉积工艺包含约0.15到约0.25的体积(大致摩尔)比率的惰性或无化学反应气体和丙烯。
在某些实施例中，沉积工艺气体具有约3％到约50％的丙烯或其它烃前体、约0.3到约25％的六氟化硫，以及约25到约97.7％的惰性或无化学反应气体。所有百分比都是按体积或摩尔计。在某些实施例中，沉积工艺气体具有约15％到约25％的丙烯或其它烃前体、约1.5到约12.5％的六氟化硫，以及约62.5％到约83.5％的惰性或无化学反应气体。在某些实施例中，惰性或无化学反应气体为氩气、氮气和/或氦气。
在一些实施例中，工艺气体由丙烯和/或其它含碳前体、惰性气体和六氟化物组成。在一些实施例中，工艺气体基本上由丙烯和/或其它含碳前体、惰性气体和六氟化物组成。
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，工艺气体包含单独的丙烯，或任选地与一个或多个额外烃前体组合。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(尤其是氟、氯、溴和/或碘)置换。在一些实施例中，烃前体具有至少1:2的C:H比率。在一些实施例中，可使用两个或两个以上烃前体。在一些实施例中，烃前体可以是烯烃，例如丙烯。在一些实施例中，烃前体可以是炔，例如乙炔。
虽然本说明书主要将SF6识别为用于AHM膜的沉积增强剂分子，但在一些实施例中，沉积增强剂分子为超价卤素化合物。在一些实施例中，沉积增强分子为超价氟化物或超价氯化物。超价氟化物和超价氯化物可包含超价氟化硫(SF6、SF5)、超价氯化磷或超价氟化物(例如，PCl5或PF5)，以及氟化氙(例如，XeF2、XeF4、XeF6)。在一些实施例中，作为SF6的替代或作为SF6的补充，工艺气体可包含以下中的一个或多个：超价氯化磷或超价氟化物，或氟化氙(应注意，氟化氙，作为惰性气体化合物，可被视为超价化合物，因为氙以8个电子开始)。在一些实施例中，沉积增强剂分子选自由以下组成的群组：SF6、超价氯化磷或氟化磷、氟化氙和其任何组合。在一些实施例中，沉积增强分子可以是含氟化合物或含氯化合物。在一些实施例中，沉积增强剂分子在AHM膜的沉积期间与氢离子和/或自由基反应。沉积增强剂分子可减少如本文所描述的竞争性氢蚀刻工艺，同时不会实质上在AHM膜中沉积任何物质。
在一些实施例中，工艺腔室中的压力可为约1到约15托、约2.3到约10.7托，或典型地为约5托。在一些实施例中，针对四站点配置，高频率(13.56MHz功率)可为约50到约8000W、约400到约4000W，或约6000W。在一些实施例中，针对四站点配置，低频率(400kHz功率)可为约0到约6000W、约900到约4000W，或约3450W。
在其它上下文中已观察到，沉积温度越高，则非晶碳膜中存在的氢越少。因为较低量的氢对于硬掩模应用是合乎需要的，所以常常使温度尽可能高。在一些实施例中，基座温度可为约20℃到约750℃，或至多约650℃，或约550℃到约650℃，或约650℃。在某些实施例中，其为至少约400℃，或至少约450℃。在某些实施例中，其为至少约500℃。已观察到，比650℃高得多的温度可能在腔室中产生例如电弧等不合需要的等离子体结果。
所沉积的膜应在晶片的面上相对均一。所沉积膜中的均一性或非均一性的相对量是用于沉积非晶碳层的工艺条件的强函数，而不一定是非晶碳层的组成的固有性质。
工艺机制
不希望受理论束缚，据信，来自含碳前体的非晶碳层的沉积速率受至少两个路径影响。
第一路径涉及通过剥离至少一个氢原子活化碳前体(例如丙烯)。据信，最可能乙炔为反应中间产物。换句话说，以某一方式，丙烯转换为乙炔。随后，乙炔反应以在衬底表面上产生非晶碳层。
影响沉积速率的第二路径为竞争性蚀刻工艺，其中等离子体中产生的氢自由基和/或氢离子与沉积碳膜相互作用并形成碳-氢键。当足够的氢附到给定碳原子上时，其形成挥发性甲烷或其它轻质烃，所述轻质烃流出腔室，随其带走原本将用于建立非晶碳硬掩模的碳原子。
因此，非晶碳硬掩模的沉积是从丙烯到非晶碳的沉积路径与竞争性氢介导蚀刻反应之间的平衡。
不希望受理论束缚，据信，六氟化硫影响这两个路径。其表现为与等离子体中的氢反应且形成不蚀刻生长膜的氟化氢。HF也不视为沉积物质，因为RBS或固态FTIR未在所得膜中发现氟。因此，六氟化硫的存在可减少竞争性氢介导蚀刻工艺。
在此方面在某种程度上出人意料的是，已经发现，六氟化硫本身不蚀刻或至少明显地蚀刻沉积的非晶碳膜。六氟化硫广泛地用作集成电路制造工业中的蚀刻剂气体。出人意料的是，已经发现，在不存在沉积的碳层的情况下，六氟化硫和丙烯，需要在本文使用的工艺气体，反应以形成六氟化碳。此结果可能表明，作为广泛使用的蚀刻剂气体的六氟化硫将与形成的非晶碳硬掩模反应并对其进行蚀刻。然而，情况并非如此。
图7呈现单独的SF6(实线)和SF6与Ar/He(点线)的叠加气相FTIR光谱。单独的SF6的约1000的大峰值，以及其它地方峰值的不存在，指示单独的SF6在存在等离子体的情况下不解离。
点线表示SF6与Ar/He，且高于3600的许多峰值表示生成HF，从而指示SF6将在存在例如氩气、氦气、氮气或C3H6等运载气体的情况下解离，其中C3H6可在等离子体中解离为离子或反应性中性物。
此外，存在传信生成SiF4和CF4的峰值。本发明人认为，SiF4和CF4的存在源自其中执行此实验的腔室中剩余的残留碳和硅。此些产物的存在以及HF另外指示，SF6在存在氩和氦等离子体的情况下解离了。SiF4和CF4的存在还指示SF6常用于的且通常对于AHM沉积来说将是不合需要的蚀刻工艺。单单基于此，此光谱将指示SF6将在沉积期间从AHM膜蚀刻碳。
图8呈现从C3H6与Ar/He和SF6的气相FTIR光谱减去C3H6与Ar/He的气相FTIR光谱。正强度指示在引入SF6的情况下化学物质的增加，而负强度指示化学物质的减少。出乎意料地，添加SF6未导致膜的蚀刻，如上表1中已经展示。添加SF6减小了C3H6的量，从而指示丙烯的较大消耗。这可能由丙烯在等离子体中解离以形成反应性中性物C3H5和氢气所导致，而所述反应性中性物与SF6反应以形成HF。SF6充当消耗氢气的吸收器，从而致使由高于3600的峰值表示的HF增加。因为SF6在图8的光谱中具有大峰值，所以其也不能在沉积工艺期间完全消耗。
此外，与乙炔相关联的正峰值暗示丙烯的较大消耗。乙炔被视为在沉积期间来自丙烯的中间产物，并且可在获取FTIR读数时在排气线路中容易地跟踪。因此，虽然乙炔可转换为沉积物质，但其存在指示C3H6的解离增加，从而指示沉积速率增加。
此外，虽然SF6与Ar/He展示与SiF4和CF4相关联的峰值，见图7，不存在此些峰值。这被认为源自因丙烯与SF6反应以形成HF而产生的氢自由基和离子，从而抑制氟蚀刻碳或硅以形成SiF4或CF4。因此，虽然图7的光谱将指示SF6将蚀刻碳膜，但图8展现在存在丙烯的情况下，SF6不产生CF4，且因此抑制膜的蚀刻而非增加蚀刻。
膜性质
高纵横比图案化使用具有高蚀刻选择性的AHM。重要的是，在维持蚀刻选择性的同时增加沉积速率实现职责主体对于IC制造中使用的AHM膜的较低成本，这是合乎需要的。在一些实施例中，沉积速率为至少约
Figure BDA0004032084150000111
至少约
Figure BDA0004032084150000112
或约3500到约
Figure BDA0004032084150000113
可通过比较AHM层与下伏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)、密度和杨氏模量或刚性来近似蚀刻选择性。通常，较低的氢含量、较高的RI、较高的密度和较高的模量，或较刚性的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的所要蚀刻选择性可取决于蚀刻工艺和下伏层的组成，但无论蚀刻工艺或下伏层的组成如何，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下伏层，包含多晶硅层、氧化物层和氮化物层。
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。在一些实施例中，碳浓度为至少约70％原子。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，氢浓度为至多约28％原子、至多约25％原子，或至多约10％原子。
所沉积的非晶碳层应具有相对高的密度。在某些实施例中，非晶碳层具有约1.65到约1.85g/cm3的密度。在某些实施例中，非晶碳层具有约5.0到约8.5GPa的硬度。
虽然以每体积质量为单位定义密度，但密度的直接测量值并非始终可容易地获得。然而，在某些情况下，较容易地可测量的性质可充当密度的指标。一个此性质为模量。在一些实施例中，非晶碳层具有约40到约90GPa之间、约60到约85GPa，或约90到约175GPa的模量。
所沉积的非晶碳层的相对低的内应力适于各种实施例。相对低的内应力暗示膜不大可能将弓曲或翘曲引入到晶片中。在某些实施例中，非晶碳层具有约-100到约-550MPa或约-75到约-150MPa的内应力(负为压缩)。
在某些实施例中，相比于类金刚石碳，非晶碳层具有相对高含量的类石墨碳。相比于sp3键，其应具有相对高的键含量的sp2键。在某些实施例中，非晶碳层具有约5％到约30％或约10％到约15％的sp2含量，其中非晶碳层的其余部分具有类金刚石sp3键。
非晶碳层可表征为EM光谱的光学区中的其消光系数k。消光系数可以是sp2和sp3键的相对量的指标。相对高的消光系数暗示测量波长下较深的不透明材料。换句话说，633nm下相对高的消光系数暗示膜中相对高含量的石墨含量。在一些实施例中，消光系数为约0.40到约0 70或约0.45到约0.65。在某些实施例中，非晶碳层具有约1.9到约2.2或2.0到约2.1的折射率。
实例
图4-6呈现各种图表，其展示随着SF6流量比率增加，所沉积的非晶碳膜的性质的改变。图4-6中的值来自上表1。
图4呈现作为SF6与C3H6流量比率的函数的模量402和应力404的图表。通常，较高模量是合乎需要的，然而，模量减小～8GPa被视为对于沉积速率的增加是适度和可接受的，以减小职责主体对于AHM的总成本。此外，膜的应力对于SF6变得稍微较中性，这对于减少原本会减小线均一性的AHM的扭曲通常是合乎需要的。
图5呈现作为SF6与C3H6流量比率的函数的折射率502和消光系数504的图表。通常，折射率的改变被视为是标称的且在误差内，因此SF6的添加不会明显地增加折射率。类似地，随着SF6添加到工艺气体流，消光系数具有稍许改变，但SF6不会明显地增加消光系数。
图6呈现作为SF6与C3H6流量比率的函数的氢含量602和硫含量604的图表。如可显而易见，氢含量的所有测得值都在误差标准内，这指示SF6的存在增加沉积速率而不会增加所得膜的氢含量，这是合乎需要的。另一方面，SF6每增加100sccm，硫含量确实增加约0.1％，然而，此改变被视为不会影响所得膜的蚀刻选择性。
如图4-6所示，当我们添加SF6时，模量和应力减小。较中性的应力有利于减少扭曲。模量和氢含量对于膜性能强相关，但在较低氢含量下(例如本文中所描述的膜)，模量与蚀刻选择性的相关性不如较高氢含量那么强。
折射率是密度的指标，因为其尤其指示相比于不透明类石墨sp2键的透明类金刚石sp3键的量。此处，RI的改变在膜性质的可接受范围内。消光系数与膜中的类石墨和类金刚石键的量相关。膜中的氢或硫含量减小消光系数。
设备
实施例可实施于等离子体增强式化学气相沉积(PECVD)反应器中。此反应器可采取许多不同形式。各种实施例与现有半导体加工设备兼容，所述现有半导体加工设备尤其为PECVD反应器，例如可购自Lam Research公司的SequelTM或VectorTM反应器腔室。各种实施例可实施于多站点或单站点工具上。在特定实施例中，使用具有4站点沉积方案的300mmLam VectorTM工具或具有6站点沉积方案的200mm SequelTM工具。本文中所描述的工艺参数是针对300mm衬底上的4站点腔室沉积，但合适的调整可用于更多或更少的站点和更大或更小的衬底。
通常，设备将包含各自包含一个或多个站点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于晶片加工。所述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，进行AHM沉积的晶片在工艺期间从腔室内的一个站点转移到另一站点。举例来说，根据各种实施例，2000nm AHM沉积可完全在一个站点处发生，或500nm的膜可沉积在四个站点中的每一个处。或者，总膜厚度的任何其它分数可沉积在任何数目的站点处。在其中沉积一个以上AHM的各种实施例中，一个以上站点可用于沉积每一AHM层。在加工期间，每一晶片由基座、晶片夹具和/或其它晶片固持设备固持在适当位置。对于其中晶片待加热的某些操作，设备可包含加热器，例如加热板。
图9示意性地展示可用于使用等离子体增强式化学气相沉积(PECVD)沉积材料的工艺站点900的实施例。为简单起见，将工艺站点900描绘为具有用于维持低压力环境的工艺腔室主体902的独立的工艺站点。然而，应了解，常见加工工具环境中可包含多个工艺站点900。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工艺站点900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。
工艺站点900与用于将工艺气体递送到分布喷淋头906的反应物递送系统901成流体连通。反应物递送系统901包含用于混合和/或调节供递送到喷淋头906的工艺气体的混合容器904。一个或多个混合容器入口阀920可控制将工艺气体引入到混合容器904。类似地，喷淋头入口阀905可控制将工艺气体引入到喷淋头906。
举例来说，图9的实施例包含用于使待供应到混合容器904的液体反应物汽化的汽化点903。在一些实施例中，汽化点903可为受热汽化器。产生自此些汽化器的反应物蒸气可在下游递送管道中冷凝。不兼容气体到经冷凝反应物的暴露可形成小颗粒。这些小颗粒可能堵塞管道、阻碍阀操作、污染衬底等。解决这些问题的一些方法涉及清扫和/或排空递送管道以移除残留反应物。然而，清扫递送管道可能增加工艺站点循环时间，从而使工艺站点输贯量降级。因此，在一些实施例中，汽化点903的下游的递送管道可为伴热的。在一些实例中，混合容器904也可为伴热的。在一个非限制性实例中，汽化点903下游的管道具有在混合容器904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入器处汽化。举例来说，液体注入器可将液体反应物的脉冲注入到混合容器上游的运载气体流中。在一个情境中，液体注入器可通过使液体从较高压力闪蒸到较低压力而使反应物汽化。在另一情境中，液体注入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受热递送管道中汽化。应了解，较小液滴可比较大液滴更快地汽化，从而减少液体注入和完全汽化之间的延迟。较快汽化可减小在汽化点903下游的管道的长度。在一个情境中，液体注入器可直接安装到混合容器904。在另一情境下，液体注入器可直接安装到喷淋头906。
在一些实施例中，可以在汽化点903的上游提供液体流量控制器，用于控制供汽化和递送到工艺站点900的液体的质量流。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。这可能延长投配液体反应物的时间。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。
喷淋头906朝向衬底912分布工艺气体。在图9中所展示的实施例中，衬底912位于喷淋头906下方，且展示为静置在基座908上。应了解，喷淋头906可具有任何合适的形状，且可具有用于将工艺气体分布到衬底912的任何合适数目和布置的端口。
在一些实施例中，微体积907位于喷淋头906下方。在微体积中而非在工艺站点的整个体积中执行ALD和/或CVD工艺可减少反应物暴露和清扫时间，可减少用于更改工艺条件(例如，压力、温度等)的时间，可限制工艺站点机器人对于工艺气体的暴露等。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率输贯量。当每循环沉积速率降低时，循环时间也同时缩短。在某些情况下，后者的效应足够剧烈以改进给定目标厚度的膜的模块的总输贯量。
在一些实施例中，基座908可升高或降低以使衬底912暴露于微体积907和/或改变微体积907的体积。举例来说，在衬底转移阶段中，基座908可降低以允许将衬底912加载到基座908上。在沉积工艺阶段期间，基座908可升高以将衬底912定位在微体积907内。在一些实施例中，微体积907可完全地围封衬底912以及基座908的一部分，以在沉积工艺期间形成高流量阻抗区。
任选地，基座908可在沉积工艺的部分期间降低和/或升高以调制微体积907内的工艺压力、反应物浓度等。在其中工艺腔室主体902在沉积工艺期间保持在基础压力下的一个情境中，降低基座908可允许排空微体积907。微体积与工艺腔室体积的实例比率包含(但不限于)1:900和1:10之间的体积比率。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基座高度。
在另一情境中，调整基座908的高度可允许在沉积工艺中包含的等离子体活化和/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，基座908可在另一衬底转移阶段期间降低以允许从基座908移除衬底912。
虽然本文中所描述的实例微体积变型参考高度可调整基座，但应了解，在一些实施例中，喷淋头906的位置可相对于基座908调整以改变微体积907的体积。此外，应了解，可通过本公开的范围内的任何合适的机制来改变基座908和/或喷淋头906的竖直位置。在一些实施例中，基座908可包含用于旋转衬底912的定向的旋转轴线。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9中展示的实施例，喷淋头906和基座908与RF电源914和匹配网络916电连通以为等离子体供电。在一些实施例中，可通过控制工艺站点压力、气体浓度、RF源功率、RF源频率和等离子体功率脉冲定时中的一个或多个来控制等离子体能量。举例来说，RF电源914和匹配网络916可在任何合适的功率下操作以形成具有所要组成的自由基物质的等离子体。上文包含合适的功率的实例。同样，RF电源914可提供任何合适的频率的RF功率。在一些实施例中，RF电源914可被配置成彼此独立地控制高频和低频RF电源。实例低频RF频率可包含(但不限于)50kHz和700kHz之间的频率。实例高频RF频率可包含(但不限于)1.8MHz和2.45GHz之间的频率。应了解，可离散地或连续地调制任何合适的参数以为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就地监测等离子体。在一个情境下，可通过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。在另一情境下，可通过一个或多个光学发射光谱传感器(OES)测量等离子体密度和/或工艺气体浓度。在一些实施例中，可基于来自这类就地等离子体监测器的测量值而以编程方式调整一个或多个等离子体参数。举例来说，OES传感器可在反馈回路中使用用于提供等离子体功率的编程控制。应了解，在一些实施例中，可使用其它监测器来监测等离子体和其它工艺特性。这类监测器可包含(但不限于)红外(IR)监测器、声学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)测序指令来控制等离子体。在一个实例中，用于设定等离子体工艺阶段的等离子体条件的指令可包含在沉积工艺方案的相应等离子体活化方案阶段中。在一些情况下，可循序地布置工艺方案阶段，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，用于设定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方案阶段中。举例来说，第一方案阶段可包含用于设定惰性和/或烃前驱气体的流率的指令、用于将等离子体生成器设定到功率设定点的指令，和用于第一方案阶段的时间延迟指令。第二后续方案阶段可包含用于启用等离子体生成器的指令和用于第二方案阶段的时间延迟指令。第三方案阶段可包含用于停用等离子体生成器的指令和用于第三方案阶段的时间延迟指令。应了解，这些方案阶段可以本公开的范围内的任何合适的方式进一步细分和/或迭代。
在一些实施例中，基座908可经由加热器910进行温度控制。此外，在一些实施例中，用于沉积工艺站点900的压力控制可由蝶阀918提供。如图9的实施例中所示，蝶阀918限制由下游真空泵(未图示)提供的真空。然而，在一些实施例中，还可通过改变引入到工艺站点900的一种或多种气体的流率来调整工艺站点900的压力控制。
图10展示具有入埠装载锁1002和出埠装载锁1004的多站点加工工具1000的实施例的示意图，所述入埠装载锁1002和出埠装载锁1004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1006被配置成经由大气端口1010将晶片从经由舱1008装载的夹盒移动到入埠装载锁1002中。晶片由机器人1006放置在基座1012上在入埠装载锁1002中，关闭大气端口1010，且向下泵送装载锁。在入埠装载锁1002包括远程等离子体源的情况下，晶片可在引入到加工腔室1014中之前暴露于装载锁中的远程等离子体处理。此外，还可在入埠装载锁1002中加热晶片，例如以移除湿气和吸附的气体。接下来，打开到加工腔室1014的腔室输送端口1016，且另一机器人(未图示)将晶片放置到反应器中在反应器中展示的第一站点的基座上以供处理。虽然图10中所描绘的实施例包含装载锁，但应了解，在一些实施例中，晶片可直接进入到工艺站点中。
所描绘的加工腔室1014包括四个工艺站点，在图10所展示的实施例中编号为1到4。每一站点具有受热基座(对于站点1展示在1018处)，以及气体管线入口。应了解，在一些实施例中，每一工艺站点可具有不同或多个用途。虽然所描绘的加工腔室1014包括四个站点，但应理解，根据本公开的加工腔室可具有任何适合数目的站点。举例来说，在一些实施例中，加工腔室可具有五个或多于五个站点，而在其它实施例中，加工腔室可具有三个或少于三个站点。
图10还描绘用于在加工腔室1014内转移晶片的晶片搬运系统1090的实施例。在一些实施例中，晶片搬运系统1090可在各个工艺站点之间和/或工艺站点和装载锁之间转移晶片。应了解，可采用任何合适的晶片搬运系统。非限制性实例包含晶片圆盘传送带和晶片搬运机器人。图10还描绘用于控制工艺工具1000的加工条件和硬件状态的系统控制器1050的实施例。系统控制器1050可包含一个或多个存储器装置1056、一个或多个大容量存储装置1054和一个或多个处理器1052。处理器1052可包含CPU或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进式马达控制器板等。
在一些实施例中，系统控制器1050控制工艺工具1000的所有活动。系统控制器1050执行存储在大容量存储装置1054中、装载到存储器装置1056中，以及在处理器1052上执行的系统控制软件1058。系统控制软件1058可包含用于控制由工艺工具1000执行的特定工艺的定时、气体的混合物、腔室和/或站点压力、腔室和/或站点温度、吹扫条件和定时、晶片温度、RF功率水平、RF频率、衬底、基座、夹具和/或承受器位置以及其它参数的指令。可以任何合适的方式配置系统控制软件1058。举例来说，可编写各种工艺工具组件子例程或控制对象以控制实行根据所公开的方法的各种工艺工具过程所必需的工艺工具组件的操作。可以任何合适的计算机可读编程语言编码系统控制软件1058。
在一些实施例中，系统控制软件1058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1050相关联的大容量存储装置1054和/或存储器装置1056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、工艺气体控制程序、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将衬底装载到基座1018上且控制衬底与工艺工具1000的其它部分之间的间隔的工艺工具组件的程序代码。
工艺气体控制程序可包含用于控制气体组成和流率且任选地用于使气体在沉积之前流动到一个或多个工艺站点中以便使工艺站点中的压力稳定的代码。工艺气体控制程序可包含用于在所公开范围中的任一个内控制气体组成和流率的代码。压力控制程序可包含用于通过调节例如工艺站点的排气系统中的节流阀、到工艺站点中的气流等来控制工艺站点中的压力的代码。压力控制程序可包含用于将工艺站点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。或者，加热器控制程序可控制热传递气体(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的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设定施加到一个或多个工艺站点中的工艺电极的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次等离子体暴露的持续时间的代码。
在一些实施例中，可存在与系统控制器1050相关联的用户接口。用户接口可包含显示屏、设备和/或加工条件的图形软件显示器，和用户输入装置，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1050调整的参数可涉及加工条件。非限制性实例包含工艺气体组成和流率、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。这些参数可以方案的形式提供给用户，所述方案可利用用户接口输入。
用于监测工艺的信号可由系统控制器1050从各个工艺工具传感器的模拟和/或数字输入连接而提供。用于控制工艺的信号可在工艺工具1000的模拟和数字输出连接上输出。可监测的工艺工具传感器的非限制性实例包含质量流控制器、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使用以维持加工条件。
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 BDA0004032084150000191
产品系列、
Figure BDA0004032084150000192
产品系列和/或
Figure BDA0004032084150000193
产品系列的设备(每一设备可购自加利福尼亚弗里蒙特的Lam Research公司)，或多种其它市售加工系统中的任一个。两个或两个以上站点可执行相同功能。类似地，两个或两个以上站点可执行不同功能。每一站点可被设计/配置成按需要执行特定功能/方法。
图11是根据某些实施例的适合于进行薄膜沉积工艺的加工系统的框图。系统1100包含转移模块1103。转移模块1103提供清洁的经加压环境以使正加工的衬底在各个反应器模块之间移动时被污染的风险最小化。两个多站点反应器1109和1110安装在转移模块1103上，每一多站点反应器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1109和1110可包含多个站点1111、1113、1115和1117，其根据所公开的实施例循序地或非循序地执行操作。站点可包含受热基座或衬底支撑件、一个或多个气体入口或喷淋头或分散板。
转移模块1103上还可安装有一个或多个单站点或多站点模块1107，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1107可在一些情况下用于各种处理以例如准备衬底用于沉积工艺。模块1107还可被设计/配置成执行例如蚀刻或抛光等各种其它工艺。系统1100还包含一个或多个晶片源模块1101，其中在加工前后存储晶片。大气转移腔室1119中的大气机器人(未展示)可首先将晶片从源模块1101移除到装载锁1121。转移模块1103中的晶片转移装置(通常为机器人臂单元)将晶片从装载锁1121移动到安装在转移模块1103上的模块和所述模块之间。
在各种实施例中，系统控制器1129用于在沉积期间控制工艺条件。控制器1129将通常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、步进式马达控制器板等。
控制器1129可控制沉积设备的所有活动。系统控制器1129执行系统控制软件，其包含用于控制特定工艺的定时、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、晶片夹具或基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1129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1129相关联的用户接口。用户接口可包含显示屏、设备和/或加工条件的图形软件显示器，和用户输入装置，例如指向装置、键盘、触摸屏、麦克风等。
可以任何合适的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。用于控制驱动电路系统的指令可以硬编码或提供为软件。指令可通过“编程”提供。此编程应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被实施为硬件的特定算法的其它装置中的硬编码逻辑。编程还被理解为包含可以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。
可用例如汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran等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工艺序列中的其它工艺的计算机程序代码。由处理器执行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。
控制器参数涉及加工条件，例如工艺气体组成和流率、温度、压力、冷却气体压力、衬底温度和腔室壁温度。这些参数以方案的形式提供给用户，且可利用用户接口输入。用于监测工艺的信号可由系统控制器1129的模拟和/或数字输入连接提供。用于控制工艺的信号在沉积设备1100的模拟和数字输出连接上输出。
可以许多不同方式设计或配置系统软件。举例来说，可编写各种腔室组件子例程或控制对象以控制实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、工艺气体控制代码、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1129为系统的部分，所述系统可为上述实例的部分。此些系统可包含半导体加工设备，包含用于加工的一个或多个加工工具、一个或多个腔室、一个或多个平台，和/或特定加工组件(晶片基座、气体流动系统等)。这些系统可与用于在加工半导体晶片或衬底之前、期间及之后控制其操作的电子器件集成。电子器件可称为“控制器”，其可控制一个或多个系统的各个组件或子部分。取决于加工要求和/或系统类型，控制器1129可编程以控制本文中所公开的方法中的任一个，包含加工气体的递送、温度设定(例如，加热和/或冷却)、压力设定、真空设定、功率设定、一些系统中的射频(RF)生成器设定、RF匹配电路设定、频率设定、流率设定、流体递送设定、位置及操作设定、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或连接到特定系统或与特定系统介接的装载锁。
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、实现端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可包含存储程序指令的呈固件形式的芯片、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定(或程序文件)的形式传送到控制器的指令，定义用于在半导体晶片上或对半导体晶片或对系统实行特定过程的操作参数。在一些实施例中，操作参数可为由处理工程师定义以在制造一个或多个层、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方案的部分。
在一些实施方案中，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，其可允许对晶片加工的远程访问。计算机可实现对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程、检查过去制造操作的历史、检查来自多个制造操作的趋势或性能度量、改变当前处理的参数、设定处理步骤以遵循当前处理，或开始新的过程。在一些实例中，远程计算机(例如服务器)可经由网络将过程方案提供到系统，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/或设定的用户接口，所述参数和/或设定接着从远程计算机传送到系统。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待执行的处理步骤中的每一个的参数。应理解，参数可对待执行的工艺的类型和控制器被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。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工艺。
非限制性地，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、金属镀敷腔室或模块、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、径迹室或模块，以及可与半导体晶片的制作和/或制造相关联或在半导体晶片的制作和/或制造中使用的任何其它半导体加工系统。
如上所述，取决于将由工具执行的一个或多个工艺步骤，控制器可能与其它工具电路或模块、其它工具组件、群集工具、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，所述用于材料传输的工具将晶片的容器带到半导体制造工厂中的工具位置和/或负载端口和从半导体制造工厂中的工具位置和/或负载端口带出。
结论
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。可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下实践本文中所公开的实施例。在其它情况下，未详细地描述众所周知的工艺操作以免不必要地使所公开的实施例模糊不清。此外，虽然将结合特定实施例描述所公开的实施例，但应理解，特定实施例并不希望限制所公开的实施例。应注意，存在许多实施本发明的实施例的过程、系统和设备的替代方式。因此，本发明的实施例应被认为是说明性的而非限制性的，且所述实施例不应限于本文给出的细节。

Claims (27)

1.一种形成可灰化硬掩模(AHM)膜的方法，其包括：
使衬底暴露于包括烃前体气体和沉积增强剂分子的工艺气体；以及
通过等离子体增强式化学气相沉积(PECVD)工艺使用所述工艺气体在所述衬底上沉积所述AHM膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积增强剂分子为含氟化合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积增强剂分子为SF6。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述烃前体气体包括烯烃。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述烃前体气体包括丙烯。
6.根据权利要求1所述的方法，其中沉积增强剂分子与烃前体的体积流量比率在约0.01到约0.5之间。
7.根据权利要求1所述的方法，其中以大于约0.45μm/min的速率沉积所述AHM膜。
8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在沉积所述AHM膜期间形成HF。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述工艺气体进一步包括惰性气体。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述惰性气体为氦气、氩气和氮气中的一种或多种。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述工艺气体包括所述烃前体、所述沉积增强剂分子和所述惰性气体。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底在沉积所述AHM膜时定位于基座上，且所述基座具有约20℃和约750℃之间的温度。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积增强剂分子抑制由氢自由基、离子或这两者与所沉积AHM膜中的碳原子结合而产生的蚀刻工艺。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积增强剂分子不引起所述AHM膜的蚀刻。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述PECVD工艺包括点燃由包含高频(HF)组件和低频(LF)组件的双射频(RF)等离子体源生成的等离子体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述HF组件具有约50到约8000W的功率。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述LF组件具有约0到约6000W的功率。
18.根据权利要求1所述的方法，其中在约1到约11托的压力下执行所述PECVD工艺。
19.根据权利要求1-18中任一项所述的方法，其中所述AHM膜具有约43到约90GPa的模量。
20.根据权利要求1-18中任一项所述的方法，其中所述AHM膜为约1μm和约2μm之间厚。
21.根据权利要求1-18中任一项所述的方法，其中所述AHM膜具有约5.3到约8.5GPa的硬度。
22.根据权利要求1-18中任一项所述的方法，其中所述AHM膜具有约-100到约-550MPa的内应力。
23.根据权利要求1-18中任一项所述的方法，其中所述AHM膜具有约0.45到约0.65的消光系数。
24.根据权利要求1-18中任一项所述的方法，其中所述AHM膜具有约1.9到约2.2的折射率。
25.根据权利要求1-18中任一项所述的方法，其中所述AHM膜主要包括碳。
26.根据权利要求1-18中任一项所述的方法，其中所述AHM膜具有至多约10％原子的氢含量。
27.一种用于形成可灰化硬掩模(AHM)膜的设备，其包括：
一个或多个工艺腔室，每一工艺腔室包括衬底支撑件；
通向所述工艺腔室和相关联流量控制硬件的一个或多个气体入口；以及
一个或多个处理器，其被配置成：
在所述一个或多个工艺腔室中的一个中使衬底暴露于包括烃前体气体和沉积增强剂分子的工艺气体；以及
通过等离子体增强式化学气相沉积(PECVD)工艺使用所述工艺气体在所述衬底上沉积所述AHM膜。
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