[发明专利]用于等离子体增强型化学气相沉积工艺的等离子体感应电荷损坏的控制

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及集成电路的制造。更具体地，本发明的实施方式涉及用于在衬底上沉积层无定形碳薄膜的方法。

背景技术

在集成电路的制造中，等离子工艺逐渐取代热处理工艺。等离子体工艺比热处理工艺具有几个优点。例如，等离子增强化学气相沉积(PECVD)允许沉积工艺在低于相似热处理工艺所需的温度的基本低温下执行。对于具有严格热衡算需求的工艺是优点，诸如在大规模或超大规模集成电路(VLSI或ULSI)设备生产中。

然而，在集成电路制造中的等离子体工艺遇到的一个问题是由于设备暴露在等离子体条件下而造成设备损坏。通常认为不均匀等离子体环境可以产生电场梯度从而导致设备损坏。

然而，磁化系数或设备损坏程度通常至少部分取决于设备生产的等级和设备类型，设备的许多类型和等级可以经受等离子感应电荷损坏。然而，尤其是，随着在介电层表面上电荷的积累，含有沉积在衬底上的绝缘或电介质层的设备通常易受等离子感应电荷损坏。

例如，等离子感应电荷损坏可以发生在PECVD工艺中当无定形碳薄膜沉积以在栅氧化层形成构图薄膜时，诸如热氧化层。如图1所示(现有技术)，在腔室100中，由于在衬底101和腔室电极(即，面板112和衬底支架114)上累积的电荷、腔室结构以及等离子体的特性，在氧化层106的上表面102和下表面104之间通常具有电势差或电场(ΔV)，其中在氧化层106上沉积层120期间，氧化层106暴露在等离子体108中。电场可以导致电荷陷入(trapping)氧化层中并损坏其充当晶体管中介电层的功能，这将导致器件故障。

因此，需要一种在衬底上薄膜的增强型等离子体沉积的方法，该方法能够减小或最小化等离子感应电荷对衬底及包括该衬底的器件的损坏。

发明内容

本发明的实施方式提供在衬底上沉积无定形碳薄膜的方法，其防止或减小等离子体感应电荷损坏衬底。在一个实施方式中，沉积无定形碳薄膜的方法包括引入烃化合物到腔室，在RF功率下反应烃化合物一段时间，以在腔室的衬底上沉积无定形碳的起始层(initiation layer)。所述RF功率包括在约0.01W/cm²和约2W/cm²之间的第一RF功率等级。随后以大于所述第一RF功率等级的第二RF功率等级在起始层上沉积块(bulk)无定形碳层。

在另一实施方式中，沉积无定形碳薄膜的方法包括以第一流速引入烃化合物到腔室，以第二流速引入惰性气体到腔室。所述第一流速与所述第二流速的比率在约0.001和约1000之间。惰性气体可以是周期表中第VIII家族中的任何气体，或其组合。例如，惰性气体可以是氩、氦或二者的组合。

在另一实施方式中，一种沉积无定形碳的方法包括引入烃化合物和惰性气体到腔室，并且在RF功率下反应烃化合物一段时间，以在腔室的衬底上沉积无定形碳的起始层。在起始层沉积之后，烃化合物的流速缓慢增加到最终烃化合物流速，并且惰性气体的流速缓慢增加到最终惰性气体流速。RF功率也缓慢增加到最终RF功率等级。RF功率可以在惰性气体的流速达到最终惰性气体流速之前，以及烃化合物的流速达到最终烃化合物流速之前，缓慢增加到最终RF功率等级。随后在起始层沉积块无定形碳薄膜。

另一实施方式包括在腔室的衬底上无定形碳薄膜的块沉积之前，在腔室的一个或多个内表面沉积适应层(seasoning layer)。在一个实施方式中，在面板制造期间，氧化层沉积在腔室面板上或涂覆在面板上。在另一实施方式中，将烃化合物引入到腔室，并在RF功率下反应，以在衬底引入腔室用于在其上沉积无定形碳层之前，在腔室的一个或多个内表面上，诸如晶圆固定器的衬底支架，沉积无定形碳薄膜适应层。又一实施方式包括在腔室的面板上沉积氧化层和在腔室的一个或多个内表面，诸如衬底支架或晶圆固定器，沉积无定形碳层。

附图说明

因此为了更详细地理解本发明的以上所述特征，将参照附图中示出的实施方式对以上简要所述的本发明进行更具体描述。然而，应该注意，附图中只示出了本发明典型的实施方式，因此不能认为是对本发明范围的限定，本发明可以有其他等效的实施方式。

图1(现有技术)示出了在等离子工艺期间腔室中的整个氧化层产生的电场的示意图；

图2示出了本发明第一实施方式的工艺流程图；

图3示出了本发明第一实施方式的工艺流程图；

图4示出了在使用氩或氦基的等离子体在无定形碳薄膜的沉积期间的RF电压轨迹图；

图5示出了本发明第三实施方式的工艺流程图。