[发明专利]利用等离子体增强化学气相沉积来沉积共形无定形碳膜层的方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明实施方式大体而言有关于集成电路的制造，并且更明确地说，有关于在一半导体基板上沉积一无定形碳层。

相关技术的描述

集成电路已发展为可在单一个芯片上容纳数百万个晶体管、电容器和电阻器的复杂器件。芯片设计的发展持续要求更快的电路及更大的电路密度。对于更快的电路以及更大的电路密度的要求也对用来制造此类集成电路的材料加诸相对应的要求。明确地说，随着集成电路零组件的尺寸缩小至次微米尺寸，不仅必须使用低电阻系数的导电材料，例如铜，以改善器件的电气效能，并且也必须使用低介电常数绝缘材料，常称为低k介电材料。低k介电材料一般具有低于3.8的介电常数。

制造具有低k介电材料以及极少或没有表面缺陷或特征结构变形的器件是困难的。介电常数低于约3.0的低k介电材料常是多孔且容易在随后的工艺步骤期间被刮伤或受损，因此增加缺陷形成在该基板表面上的可能性。此类低k介电材料通常是易碎的且可能在传统研磨工艺下变形，例如化学机械研磨(CMP)。一种限制或减少此类低k介电材料的表面缺陷及变形的解决方法是在图案化及蚀刻之前，先在暴露出的低k介电材料上沉积硬掩模(hardmask)。该硬掩模避免脆弱的低k介电材料损坏及变形。此外，硬掩模层结合传统光刻(lithographic)技术可作用为蚀刻掩模，以避免低k介电材料在蚀刻期间被除去。

此外，硬掩模几乎在集成电路制造工艺的每一个步骤中使用，用于前端和后端工艺两者。随着器件尺寸缩小以及图案结构日益复杂和难以制造，蚀刻硬掩模变得更加重要，因为现行光刻胶(photoresist)无法符合蚀刻抗性(etching resistance)要求，并且光刻胶仅是用来进行影像转移而不是在光刻和蚀刻工艺中做为蚀刻掩模。反之，接收影像图案的硬掩模日渐成为在下方层中有效蚀刻图案的首要材料。

无定形氢化碳是一种可用来做为金属、无定形硅、以及介电材料，例如二氧化硅或氮化硅材料，除了其它之外，的硬掩模的材料。无定形氢化碳，也称为无定形碳并可表示为a-C:H或α-C:H，被视为是无长程结晶序的碳材料，且可含有重要的氢含量，例如约10至45的氢原子百分比等级。已观察到无定形碳拥有化学惰性、光学透明性、以及良好的机械性质。虽然可用若干技术来沉积a-C:H膜，但等离子体增强化学气相沉积(PECVD)因其成本效益及薄膜性质可调性而广为使用。在一典型PECVD工艺中，一碳氢化合物来源，例如承载在一载气中的气态碳氢化合物或液态碳氢化合物，被通入一PECVD室内。然后在该室内起始等离子体，以产生激发的CH-自由基。所激发的CH-自由基化学性键结至设置在该室内的基板的表面，在其上形成预期的a-C:H膜。

就硬掩模层沉积在具有形貌特征结构的基板上的应用而言，该硬掩模层必须共形覆盖该形貌特征结构的所有表面。此外，随着特征结构尺寸缩小，由于光波长和图案尺寸的限制，光刻胶材料难以正确转移图案。因此，日渐需要新的工艺和材料来满足这些挑战，其中硬掩模对于下代器件的关键尺寸的有效转移变得不可或缺。

硬掩模层沉积共形性在具有下方形貌的基板上是很难实现的，例如用来对准该图案化工艺的对准键。图1标出具有特征结构111及形成在其上的非共形无定形碳层112的基板100的概要剖面图。因为非共形无定形碳层112并非完全覆盖特征结构111的侧壁114，随后的蚀刻工艺可能造成有害的侧壁114腐蚀。侧壁114由非共形无定形碳层112完整覆盖的缺乏也可能造成非共形碳层112下方材料的光刻胶毒化(poisoning)，其已知会损伤电子器件。

因此，存有对于一种可用于集成电路制造的可共形沉积在具有形貌特征结构的基板上的材料层的沉积方法的需要。

发明概述

本发明的实施方式提供一种处理基板的方法，例如藉由在该基板上沉积一无定形碳层。该方法，根据一第一实施方式，包含将一基板设置在一基板处理室内，将碳对氢原子比大于1∶2的一碳氢化合物来源通入该处理室，将选自由氢气、氦气、氩气、氮气、及其组合物所组成的族群的一等离子体起始气体通入该处理室，并且该碳氢化合物来源的体积流速对该等离子体起始气体的体积流速比为1∶2或更大，在该处理室内以1瓦/平方厘米或更低的RF功率、2托或更高的压力、以及约300℃至约480℃的温度产生一等离子体，以及在该基板上形成一共形无定形碳层。