专利名称：形成非晶碳膜的方法和使用该方法制造半导体装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成非晶碳膜的方法，且更明确地说，涉及一种通过使用液 态碳氢化合物来形成具有低光吸收系数和广范围的折射率的非晶碳膜的方法以及 一种使用所述方法制造半导体装置的方法。
背景技术：
半导体装置包含各种元件，例如字线、位线、电容器和金属线，其彼此相互 作用。随着半导体装置的集成度和性能的增加，对用于制造半导体装置的材料和 工艺技术的需要也在增加。明确来说，集成度的增加伴随着半导体装置尺寸的减 小，已经不断研究出用于为半导体衬底上的各种结构形成精细图案的方法。
由于越来越需要用以形成精细图案的改进光刻过程，曝光光源的波长正逐渐
下降。举例来说，随着半导体装置的集成度增加，波长为248 nm的KrF激光或 波长为193 nm的ArF激光被用作曝光光源来代替波长为436 nm的G线或波长为 365 nm的i线。为了形成较精细的图案，X射线或电子束可用作曝光光源。
当如上所述般地减小图案尺寸时，应减小光敏膜图案的厚度以控制图案的分 辨率。然而，当光敏膜图案的厚度为不合需要地薄时，可在下材料层之前蚀刻掉 光敏膜图案，所述下材料层比光敏膜图案厚，借此不能形成下材料层图案。因而， 另外在下材料层上形成除光敏膜图案以外的硬掩模膜(例如氧化物膜(Si02)或 氮化物膜(Si3N4))，以便在用于形成图案的蚀刻过程期间确保处理裕度。
在高度集成的半导体装置(即，尺寸小于100 nm的半导体装置)中，增加 金属线的高度以补偿由金属线的减少宽度和金属线之间的间隙造成的电阻增加。 另外，减小多晶硅膜、氧化物膜或氮化物膜的宽度和所述膜之间的间隙，且增加 每一膜的厚度。因此，需要增加硬掩模膜的厚度以防止硬掩模膜在完全蚀刻材料 层之前被蚀刻掉。随着硬掩模膜的厚度增加，还需要增加光敏膜的厚度。然而，当线宽较小时，光敏膜图案在硬掩模的蚀刻过程期间崩溃。因此，不能够对硬掩 模膜和下材料层进行图案化。另外，如果硬掩模膜的厚度增加，那么单位时间的 设备生产力下降。后续蚀刻过程中生产力下降和杂质造成的故障也变得更有可能。 另外，当在具有增加厚度的金属层上形成硬掩模膜时，由于硬掩模膜的高光
吸收系数(k)而发生漫反射。因此，在显影过程中由于漫反射而发生颈縮(necking) 和脚縮(footing)。颈縮是光敏膜图案的下部的宽度减小的现象。脚縮是光敏膜 的下部的宽度逐渐增加的现象。如果使用此类光敏膜图案来图案化金属层，那么 图案的横截面积减小。随着图案之间的间隙变得较小，横截面积的减小变得更为 有影响。另外，横截面积的减小增加了电线的电阻，降低了装置的处理速度，且 通过促进电子移动而破坏了装置的可靠性。因此，应另外形成抗反射膜以防止硬 掩模膜的漫反射。
为此，使用非晶碳膜作为硬掩模。在此情况下，即使非晶碳膜的厚度较小， 也能够获得高分辨率且执行精确图案化而不管蚀刻速率如何。常规上己使用碳氢 化合物(例如苯(C6H6)或甲苯(C7H8)，其具有苯环或多个双键)来形成非晶 碳膜。然而，当使用上述材料时，不能够自由调节沉积速率、蚀刻选择性、折射 率(n)、光吸收系数(k)和应力特征。举例来说，当使用苯(C6H6)或甲苯(C7H8) 时，沉积速率较高，蚀刻选择性较低，且产生较多反应副产物。由于产生大量反 应副产物，非晶碳膜的沉积速率降低且非晶碳膜中的残余颗粒增加，从而非晶碳
膜的质量和特征变差。因为反应副产物通常粘附到腔室的内壁，所以应较为经常 地执行清洁过程，这会导致较长的处理时间和较高的成本。同时，在清洁过程中 不容易从腔室移除反应副产物。因而，非晶碳膜的质量变坏，且縮短了腔室的部 件替换周期。
发明内容
本发明提供一种形成非晶碳膜的方法，其通过形成折射率可得到精细控制且 光吸收系数较低的非晶碳膜，而能够在不发生漫反射的情况下形成所需图案。
另外，本发明提供一种形成非晶碳膜的方法，其中产生少量反应副产物，几 乎不污染腔室，容易移除反应副产物，且因此可节省成本和处理时间。
此外，本发明提供一种使用非晶碳膜制造半导体装置的方法，其中通过将液 态碳氢化合物汽化而形成非晶碳膜，且可通过使用所述非晶碳膜作为硬掩模膜而在不具有抗反射膜的情况下精确地图案化光敏膜。
根据本发明的一方面， 一种形成非晶碳膜的方法包含将衬底加载到腔室中； 以及通过将包含一个双键的链状结构液态碳氢化合物汽化，并将碳氢化合物供应 到腔室且将碳氢化合物离子化，而在衬底上形成非晶碳膜。
碳氢化合物可包含己烯(C6H12)、壬烯(C9H18)、十二烯(C12H24)、十五
烯(C15H3())和其组合中的一者。
可以在0.3到0.8g/min范围内的流动速率来供应碳氢化合物。 可通过向腔室施加在800到2000 W范围内的射频功率来将经汽化的碳氢化
合物离子化。
可进一步向腔室施加在150到400 W范围内的低频功率。 可在腔室中维持在4.5到8托范围内的压力的同时形成非晶碳膜。 腔室可包含喷头以用于注射经汽化的碳氢化合物，且可将喷头与衬底之间的
距离维持在250到400密耳的范围内。
可在300到550。C范围内的温度下形成非晶碳膜。
可以在15到80 A/sec范围内的沉积速率来形成非晶碳膜。
非晶碳膜可含有碳和氢，且可根据射频功率、碳氢化合物的量、腔室压力和
沉积温度来控制碳与氢的比率。
可通过进一步供应氢气或氨气来控制非晶碳膜中的氢含量。 非晶碳膜可具有在1.7到2.2范围内的折射率和在0.1到0.5范围内的光吸收系数。
非晶碳膜相对于氧化物膜的蚀刻选择性可在1:5到1:40的范围内，且非晶碳 膜相对于氮化物膜的蚀刻选择性可在1:1到l:20的范围内。
可使用惰性气体来形成非晶碳膜，且可通过使用惰性气体来控制非晶碳膜的 沉积速率和蚀刻选择性。
根据本发明另一方面， 一种制造半导体装置的方法包含在上面形成有预定结 构的衬底上形成材料层；将上面形成有材料层的衬底加载到腔室中；通过将包含 一个双键的链状结构液态碳氢化合物汽化，并将碳氢化合物供应到腔室且将碳氢 化合物离子化，而在衬底上形成非晶碳膜；在非晶碳膜上形成光敏膜图案，且在 使用光敏膜图案作为蚀刻掩模的同时蚀刻非晶碳膜；以及蚀刻暴露的材料层，且 移除非晶碳膜和光敏膜图案。可使用反应性离子蚀刻来蚀刻非晶碳膜。
可使用CF4等离子体、C4F8等离子体、氧气(02)等离子体、臭氧(03)等 离子体和其组合中的一者来蚀刻非晶碳膜。
可通过使用氧气(02) 、 NF3和其组合中的一者由远程等离子体系统蚀刻非 晶碳膜。
通过参看附图详细描述本发明的优选实施例将更加容易了解本发明的以上及
其它特征和优点，在附图中
图1是用于根据本发明实施例沉积非晶碳膜的设备的示意性横截面图。
图2A到2D是根据本发明第一实例说明非晶碳膜的特征依据射频功率而变化 的图表。
图3A到3D是根据本发明第二实例说明非晶碳膜的特征依据待供应的反应源 的量而变化的图表。
图4A到4D是根据本发明第三实例说明非晶碳膜的特征依据喷头与衬底之间 的距离而变化的图表。
图5A和5B是说明在使用甲苯(C7H8)和乙苯(C8H1())形成非晶碳膜且执 行清洁过程之后腔室下部的照片。
图6是说明在使用己烯(C6H12)形成非晶碳膜且执行清洁过程之后腔室下部 的照片。
图7A到7F是根据本发明实例说明使用非晶碳膜制造半导体装置的示范性方 法的横截面图。
具体实施例方式
下文将参看附图来详细描述本发明的优选实施例。
图1是用于根据本发明实施例形成非晶碳膜的沉积设备的示意性横截面图， 即PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强型化学气 相沉积)设备的示意性横截面图。
参看图1，沉积设备包含真空单元10、腔室20、气体供应器30和功率供应 器40所述真空单元IO包含泵11 (例如涡轮分子泵)、阀12和排气管13。另外，
真空单元10保持腔室20的内部处于真空状态，使得合适地执行沉积。另外，真 空单元10用于排空遗留在腔室20中的未反应气体。
腔室20具有对应于衬底1的形状的长方体或圆柱体形状，且为沉积过程提供 空间。另外，腔室包含衬底支撑件21、喷头22、压力测量单元23、衬垫24和泵 盘25。衬底支撑件21设置在腔室20的下部处，且用于形成非晶碳膜的衬底l放 置在衬底支撑件上。从气体供应器30将源气体供应到喷头22，且从功率供应器 40将射频功率供应到喷头22。因此，从气体供应器30供应到喷头且接着由喷头 22注射的源气体被从功率供应器40供应的射频功率离子化，且接着沉积在衬底1 上。另外，喷头22与腔室20的内壁隔离。压力测量单元23测量腔室20内部的 压力。由压力测量单元23测得的压力对阀12的打开度进行控制。因而，能够将 腔室20内部的压力维持在预定压力。在腔室20的内壁上提供衬垫24，以便防止 腔室20的内壁(其由铝制成)被等离子体破坏或以防止反应物沉积在腔室20的 内壁上。优选的是，衬垫由陶瓷材料制成。泵盘25允许残余气体凭借泵ll通过 排气管13均匀地排出。泵盘25具有带多个孔的盘形状。
气体供应器30包含汽化器31和气体供应管32。汽化器31将液相反应源汽 化以在衬底1上形成非晶碳膜。经汽化的反应源和包含氩气的运载气体通过气体 供应管32供应到腔室20。
功率供应器40包含射频产生器41和匹配单元42。另外，功率供应器40将 射频功率施加到喷头22，使得源气体被离子化且沉积在衬底1上。射频产生器41 产生在800到2000 W范围内具有13.56 MHz的射频功率。
同时，除了包含射频产生器41和匹配单元42的功率供应器40用以产生射频 功率之外，沉积设备还可包含另一功率供应器(未图示)用以产生低频功率，其 包含低频产生器(未图示)和匹配单元(未图示)。所述产生低频功率的功率供 应器可连接到腔室20的下部(例如，衬底支撑件21)。当供应低频功率时，源 气体离子的线性得以改进。因而，沉积在衬底1上的非晶碳膜的均匀性得以改进， 且薄膜的应力得以减小，借此薄膜的质量得以改进。低频功率产生器产生在150 到400 W范围内具有400 kHz的低频功率。
下文将描述根据本发明实施例的使用前述沉积设备形成非晶碳膜的方法。
首先，将上面形成有预定结构的衬底l放置在衬底支撑件21上且接着将其加载到腔室20中。在腔室20的内部被真空单元10排空之后，由气体供应器30和 喷头22将反应源汽化并进行注射。在此情况下，在腔室20中，从功率供应器40 将射频(RF)功率施加到喷头12。在腔室20中由于射频功率而产生等离子体， 且反应源被离子化并移动到衬底1。另外，低频功率被进一步施加到衬底支撑件 21，使得离子的线性由于低频功率而得以改进。因此，在衬底l上形成具有改进 的质量和均匀性的非晶碳膜。
在此情况下，液态碳氢化合物经汽化以用作用以形成非晶碳膜的反应源。液 态碳氢化合物可通过汽化转换为气体，且依据反应条件而进一步转换为等离子体 状态。本发明示范性实施例中所使用的碳氢化合物是链状结构，包含一个双键， 且由碳原子和氢原子组成。此类碳氢化合物包含从由以下各物组成的群组中选出 的一者己烯(C6H12)、壬烯(C9H18)、十二烯(C12H24)、十五烯(C15H30) 和其组合，其分别由化学式1到4表示。与其它碳氢化合物相比，可容易地控制 上述碳氢化合物的沉积速率、蚀刻选择性、折射率(n)、光吸收系数(k)和应 力特征。另外，与其它碳氢化合物相比，当使用上述碳氢化合物时会产生较少量 的反应副产物，从而较少量的副产物粘附到腔室20的内壁。因此，可简化用于从 腔室20的内壁移除污染物的过程。
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另外，包含氩气、氦气等的惰性气体用作等离子体产生气体和用以运载源气 体的运载气体。在此情况下，以在0.3到0.8g/min范围内的流动速率供应液相的 碳氢化合物。明确地说，氩气(用作运载气体的惰性气体之一)用以改进等离子 体的均匀性、非晶碳膜的膜厚度和质量的均匀性。此外，氢气(H2)或氨气(NH3) 可用以控制非晶碳膜中的氢的浓度。
另外，用以形成非晶碳膜的所需条件包含在800到2000 W范围内具有13.56 MHz的射频功率、在4.5到8托范围内的腔室压力、300到55(TC的温度和在250 到400密耳范围内的衬底与喷头之间的距离。在此情况下，以在15到80 A/sec 范围内的沉积速率形成非晶碳膜。另外，可进一步施加在150到400 W范围内具 有400 KHz的低频功率以允许非晶碳膜均匀地沉积，且通过降低薄膜应力来改进 膜质量。
当射频功率较低时，沉积速率下降。因而，不沉积膜。当射频功率较高时， 沉积速率增加。因此，膜没有被密集地沉积。因此，膜的质量变差。当待施加的 反应源的量较小时，沉积速率下降。因此，不能在所需时间内沉积具有所需厚度 的膜。当待供应的反应源的量较大时，沉积速率增加。因此，膜没有被密集地沉 积。因此，膜的质量变差，且产生颗粒。另外，如果喷头与衬底之间的距离较小， 那么出现飞弧。当喷头与衬底之间的距离较大时，沉积速率下降。因而，膜没有 被沉积。此外，当压力较高时，产生颗粒。当压力较低时，折射率和光吸收系数 的特征变差。当温度较低时，膜的质量变差。当温度较高时，折射率和光吸收系 数的特征变差。因此，需要如上所述般地调节用以形成非晶碳膜的条件。
同时，非晶碳膜含有氢，且碳与氢的比率可控制在9:1到6:4的范围内，这 可通过控制射频功率、碳氢化合物的量、腔室压力和沉积温度来实现。也就是说， 为了增加氢的比率，降低射频功率和温度，增加腔室压力，且增加碳氢化合物的量。相反，为了降低氢的比率，增加射频功率和温度，降低腔室压力，且降低碳 氢化合物的量。
在随后蚀刻过程中依据碳与氢的比率来调节上述非晶碳膜相对于底层的蚀刻
选择性。上述非晶碳膜相对于氧化物膜(Si02)的蚀刻选择性在1:5到1:40的范 围内，且上述非晶碳膜相对于氮化物膜(Si3N4)的蚀刻选择性在1:1到1:20的范 围内。
另外，根据碳与氢的比率来控制非晶碳膜的折射率(n)和光吸收系数(k)。 随着氢的比率增加，非晶碳膜的折射率(n)和光吸收系数(k)减小。举例来说， 非晶碳膜的折射率(n)可控制在1.7到2.2的范围内，且非晶碳膜的光吸收系数 (k)可控制在0.1到0.5的范围内。
如上所述，可根据处理条件来控制非晶碳膜的应力、折射率(n)、光吸收系 数(k)和沉积速率，所述处理条件例如为射频功率、待供应的反应源的量和喷头 与衬底之间的距离。下文将通过本发明的随后实例来描述非晶碳膜的特征。图2A 到2D是根据本发明第一实例说明非晶碳膜的特征依据射频功率而变化的图表。 图3A到3D是根据本发明第二实例说明非晶碳膜的特征依据待施加的反应源的量 而变化的图表。图4A到4D是根据本发明第三实例说明非晶碳膜的特征依据喷头 与衬底之间的距离而变化的图表。这些图表绘示非晶碳膜的特征在最佳条件下的 变化。
第一实例非晶碳膜的特征依据射频功率的变化
在本发明的第一实例中，通过在7托的压力和55(TC的温度下，同时射频功 率在900到2000 W的范围内变化，以0.8g/min的流动速率供应己烯(C6H12)， 以300 sccm的流动速率供应氩气并以800 sccm的流动速率供应氦气而形成非晶 碳膜。另夕卜，在喷头与衬底之间维持350密耳的距离。图2A到2D分别说明非晶 碳膜的应力、折射率(n)、光吸收系数(k)和沉积速率依据射频功率的变化。
图2A是说明非晶碳膜的应力依据射频功率而变化的图表。参看图2A，随着 射频功率增加，应力略微增加且接着在射频功率变成1600W之后显著减小。
图2B是说明非晶碳膜的折射率(n)依据射频功率而变化的图表。参看图2B， 随着射频功率增加，折射率(n)减小。
图2C是说明非晶碳膜的光吸收系数(k)依据射频功率而变化的图表。参看 图2C，随着射频功率增加，光吸收系数(k)逐渐减小，且接着在1200到1600 W的范围内显著减小。然而，射频功率在1600 W以上的进一步增加导致光吸收系
数(k)的增加。
图2D是说明非晶碳膜的沉积速率(A/sec)依据射频功率而变化的图表。参 看图2D，随着射频功率增加，沉积速率增加。
从本发明第一实例中了解到，可基于射频功率来改变应力、折射率(n)、光 吸收系数(k)和沉积速率。随着射频功率增加，折射率(n)减小，且沉积速率 增加。另外，随着射频功率增加，应力增加且接着在射频功率变成1600 W之后 显著减小。此外，随着射频功率增加，光吸收系数(k)显著减小且接着在射频功 率变成1600 W之后逐渐增加。
根据本发明第一实例的非晶碳膜具有在1.84到1.89范围内的折射率(n)和 在0.36到0.41范围内的光吸收系数(k)。因此，认为非晶碳膜具有作为用于制 造半导体装置的过程中的硬掩模膜或抗反射膜的优良光学特征。
第二实例非晶碳膜的特征依据待供应的反应源的量的变化
在本发明的第二实例中，通过在7托的压力和55(TC的温度下，同时施加1600 W的射频功率，以在0.3到0.8 g/min范围内的流动速率供应己烯(C6H12)，以 300 sccm的流动速率供应氩气并以200 sccm的流动速率供应氦气而形成非晶碳 膜。另外，在喷头与衬底之间维持320密耳的距离。在此情况下，图3A到3D分 别说明非晶碳膜的应力、折射率(n)、光吸收系数(k)和沉积速率依据待供应 的反应源的量的变化。
图3A是说明非晶碳膜的应力依据待供应的反应源的量而变化的图表。参看 图3A，随着待供应的反应源的量增加，应力减小。
图3B是说明非晶碳膜的折射率(n)依据待供应的反应源的量而变化的图表。 参看图3B，随着待供应的反应源的量增加，折射率(n)减小。
图3C是说明非晶碳膜的光吸收系数(k)依据待供应的反应源的量而变化的 图表。参看图3C，随着待供应的反应源的量增加，光吸收系数(k)减小。
图3D是说明非晶碳膜的沉积速率(A/sec)依据待供应的反应源的量而变化 的图表。参看图3D，随着待供应的反应源的量增加，沉积速率增加。
因此，从本发明第二实例中了解到，可依据待供应的反应源的量来改变应力、 折射率(n)、光吸收系数(k)和沉积速率。随着射频功率增加，折射率(n)减 小，且沉积速率增加。另外，随着待供应的反应源的量增加，应力、折射率(n)和光吸收系数(k)减小，且沉积速率增加。
根据本发明第二实例的非晶碳膜具有在1.86到1.91范围内的折射率(n)和 在0.36到0.41范围内的光吸收系数(k)。因此，认为非晶碳膜具有作为用于制 造半导体装置的过程中的硬掩模膜或抗反射膜的优良光学特征。
第三实例非晶碳膜的特征依据喷头与衬底之间的距离的变化
在本发明的第三实例中，通过在7托的压力和55(TC的温度下，同时施加1600 W的射频功率，以0.8g/min的流动速率供应己烯(C6H12)，以300 sccm的流动 速率供应氩气并以800 sccm的流动速率供应氦气而形成非晶碳膜。另外，喷头与 衬底之间的距离在250到350密耳的范围内变化。在此情况下，图4A到4D分别 说明非晶碳膜的应力、折射率(n)、光吸收系数(k)和沉积速率依据喷头与衬 底之间的距离的变化。
图4A是说明非晶碳膜的应力依据喷头与衬底之间的距离而变化的图表。参 看图4A，随着喷头与衬底之间的距离变大，应力减小。正(+ )应力是拉伸应力， 且负(一)应力是压縮应力。随着喷头与衬底之间的距离变大，应力从拉伸应力 转变为压縮应力。
图4B是说明非晶碳膜的折射率(n)依据喷头与衬底之间的距离而变化的图 表。参看图4B，随着喷头与衬底之间的距离变大，折射率(n)增加且接着在距 离变成300密耳之后减小。
图4C是说明非晶碳膜的光吸收系数(k)依据喷头与衬底之间的距离而变化 的图表。参看图4C，随着喷头与衬底之间的距离变大，光吸收系数(k)显著增 加且接着在距离变成300密耳之后逐渐减小。
图4D是说明非晶碳膜的沉积速率(A/sec)依据喷头与衬底之间的距离而变 化的图表。参看图4D，随着喷头与衬底之间的距离变大，沉积速率减小。
从本发明第三实例中了解到，可依据喷头与衬底之间的距离来改变应力、折 射率(n)、光吸收系数(k)和沉积速率。随着喷头与衬底之间的距离变大，应 力和沉积速率减小。另外，随着喷头与衬底之间的距离变大，折射率(n)增加且 接着在距离变成300密耳之后减小。此外，随着喷头与衬底之间的距离增加，光 吸收系数(k)显著增加且接着在距离变成300密耳之后逐渐减小。
根据本发明第三实例的非晶碳膜具有在1.86到1.89范围内的折射率(n)和 在0.36到0.41范围内的光吸收系数(k)。因此，认为非晶碳膜具有作为用于制造半导体装置的过程中的硬掩模膜或抗反射膜的优良光学特征。
已在上述实例中描述了在各种处理条件下使用己烯(C6H12)而形成的非晶碳
膜的特征。然而，可在各种处理条件下使用壬烯(C9H18)、十二烯(C12H24)或 十五烯(C15H3Q)来形成具有各种特征的非晶碳膜。此外，可将其一者或一者以
上混合以用于形成非晶碳膜。
根据本发明实例使用除己烯(C6H12)之外的壬烯(C9H18)、十二烯(C12H24) 或十五烯(C15H3Q)而形成的非晶碳膜也具有在1.7到2.2范围内(优选地，1.85 到1.88)的折射率(n)和在0.1到0.5范围内(优选地，0.36至lj 0.4)的光吸收系 数(k)。
与如上所述的其它碳氢化合物相比，使用其具有链状结构和一个双键的碳氢 化合物而形成的非晶碳膜产生较少量的反应副产物，且容易移除粘附到腔室内壁 的反应副产物。也就是说，当使用具有苯环的乙苯(C8H1Q)或甲苯(C7H8)形成 非晶碳膜时，产生大量反应副产物，且反应副产物粘附到腔室内壁。另外，即使 执行清洁过程，也不容易移除反应副产物。图5A和5B绘示腔室内部的残余物。 然而，当使用具有链状结构和一个双键的己烯(C6H12)形成非晶碳膜时，产生较 少量的反应副产物。由于容易通过清洁过程移除所述反应副产物，因而在图6中 几乎看不到残余物。
使用上述方法形成的非晶碳膜可用作制造半导体装置的方法中的硬掩模。图 7A到7F是依序说明使用上述非晶碳膜制造半导体装置的方法的横截面图。根据 本发明实例的非晶碳膜具有低光吸收系数。因此，可精确地图案化光敏膜而无需 单独的抗反射膜。
首先，如图7A所示，在半导体衬底UO上形成材料层120，在所述材料层 120上将形成图案。在此情况下，半导体衬底IIO可以是上面形成有预定结构(例 如晶体管、电容器和多个金属线)以制造半导体装置的衬底。另外，材料层120 可以是用于形成金属线的薄金属膜，或可以是用作夹层绝缘膜的二氧化硅膜或氮 化硅膜。此外，材料层120可以是单层，或可以是其中层压有多个膜的层压层。
接着，如图7B所示，通过使用上述方法在材料层120上形成非晶碳膜130。 也就是说，通过使用在800到2000 W范围内具有13.56 MHz的射频功率由包含 氩气的运载气体和包含己烯(C6H12)、壬烯(C9H18)、十二烯(C12H24)和十五 烯(C15H3。)中至少一者的碳氢化合物气体产生等离子体，以便将反应源离子化。因而，在金属层120上形成非晶碳膜130。在此情况下，在腔室中，在衬底与喷
头之间维持在4.5到8托范围内的压力、在300到55(TC范围内的温度和在250 到400密耳范围内的距离，且非晶碳膜经形成为具有在15到80 A范围内的厚度。 另夕卜，可进一步向腔室施加在150到400 W范围内具有400KHz的低频功率。如 上所述般地形成的非晶碳膜130相对于材料层120具有高蚀刻选择性，且充当具 有低光吸收系数(k)的硬掩模膜。
此后，如图7C所示，在非晶碳膜130上形成光敏膜140。接着，举例来说， 将ArF激光A通过具有预定图案的掩模150辐射到所述光敏膜上，以便使光敏膜 140曝光。另外，如图7D所示，使用显影剂来显影光敏膜140的曝光部分。
随后，如图7E所示，在图案化光敏膜140用作蚀刻掩模时，蚀刻非晶碳膜 130。在此情况下，使用RF等离子体或反应性离子蚀刻(RIE)来蚀刻非晶碳膜 130。另夕卜，可使用CF4等离子体、C4Fs等离子体、氧气(02)等离子体、臭氧(03) 等离子体和其组合中的一者来蚀刻所述非晶碳膜130。此外，可通过混合氧气和 NF3且使用远程等离子体系统来蚀刻非晶碳膜130。
接下来，如图7F所示，在光敏膜140和非晶碳膜130用作蚀刻掩模时，蚀 刻材料层120。在此情况下，可依据材料层120的材料使用各种方法来蚀刻材料 层120。接着，移除光敏膜140和非晶碳膜130以完成使用材料层120的图案的 形成。
非晶碳膜可在除上文提到的实例之外的制造半导体装置的方法的各种光和蚀
刻过程中用作硬掩模膜。举例来说，非晶碳膜可在镶嵌过程中用作硬掩模膜。
尽管已参看附图和优选实例描述了本发明，但本发明并不限于此，而是由所
附权利要求书界定。因此，应注意，可在不脱离所附权利要求书的技术精神的情
况下由所属领域的技术人员进行各种改变和修改。
如上所述，根据本发明实例，使用源气体形成非晶碳膜。通过将具有一个双
键的链状结构碳氢化合物汽化来获得源气体。所述碳氢化合物包含液相的己烯、
壬烯、十二烯、十五烯和其组合中的一者。
可容易地控制如上所述形成的非晶碳膜的特征(例如沉积速率、蚀刻选择性、
折射率(n)、光吸收系数(k)和应力)以满足用户要求。明确地说，可精确地
将折射率(n)和光吸收系数(k)控制在所需范围内，且降低折射率和光吸收系
数。因而，可在不具有防止下材料层发生漫反射的抗反射膜的情况下执行光刻过程。
此外，产生少量反应副产物，且可容易地移除粘附到腔室内壁的反应副产物。 从而，清洁周期和零件替换周期变得较长，这节省了时间和成本。
另外，通过施加低频功率而改进离子的线性。为此，可在元件的梯状部分上 形成非晶碳膜时抑制垂悬物的出现，这改进了阶梯覆盖率。因此，可防止蚀刻非 所需的区域。
权利要求
1. 一种形成非晶碳膜的方法，其特征在于，所述方法包括 将衬底加载到腔室中；以及通过将包含一个双键的链状结构液态碳氢化合物汽化，并将所述碳氢化合物 供应到所述腔室且将所述碳氢化合物离子化，而在所述衬底上形成非晶碳膜。
2. 根据权利要求l所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，所述碳氢化合 物包括己烯、壬烯、十二烯、十五烯和其组合中的一者。
3. 根据权利要求1所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，以在0.3到0.8 g/min范围内的流动速率来供应所述碳氢化合物。
4. 根据权利要求l所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，通过向所述腔 室施加在800到2000 W范围内的射频功率来将经汽化的所述碳氢化合物离子化。
5. 根据权利要求l所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，进一步向所述 腔室施加在150到400 W范围内的低频功率。
6. 根据权利要求l所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，在所述腔室中 维持在4.5到8托范围内的压力的同时形成所述非晶碳膜。
7. 根据权利要求l所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，所述腔室包含 喷头以用于注射经汽化的所述碳氢化合物，且将所述喷头与所述衬底之间的距离 维持在250到400密耳的范围内。
8. 根据权利要求1所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，在300到550 "C范围内的温度下形成所述非晶碳膜。
9. 根据权利要求1所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，以在15到80 A/sec范围内的沉积速率形成所述非晶碳膜。
10. 根据权利要求l所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，所述非晶碳膜 包括碳和氢，且根据射频功率、所述碳氢化合物的量、腔室压力和沉积温度来控 制碳与氢的比率。
11. 根据权利要求10所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，通过进一步 供应氢气或氨气来控制所述非晶碳膜中的氢含量。
12. 根据权利要求l所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，所述非晶碳膜具有在1.7到2.2范围内的折射率和在0.1到0.5范围内的光吸收系数。
13. 根据权利要求1所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，所述非晶碳膜 相对于氧化物膜的蚀刻选择性在1:5到1:40的范围内，且所述非晶碳膜相对于氮 化物膜的蚀刻选择性在1:1到l:20的范围内。
14. 根据权利要求l所述的形成非晶碳膜的方法，其特征在于，使用惰性气体 来形成所述非晶碳膜，且通过使用所述惰性气体来控制所述非晶碳膜的沉积速率 和蚀刻选择性。
15. —种制造半导体装置的方法，其特征在于，所述方法包括 在上面形成有预定结构的衬底上形成材料层； 将上面形成有所述材料层的所述衬底加载到腔室中；通过将包含一个双键的链状结构液态碳氢化合物汽化，并将所述碳氢化合物供应到所述腔室且将所述碳氢化合物离子化，而在所述衬底上形成非晶碳膜；在所述非晶碳膜上形成光敏膜图案，且在将所述光敏膜图案用作蚀刻掩模的同时蚀刻所述非晶碳膜；以及蚀刻暴露的所述材料层，且移除所述非晶碳膜和所述光敏膜图案。
16. 根据权利要求15所述的制造半导体装置的方法，其特征在于，使用反应 性离子蚀刻来蚀刻所述非晶碳膜。
17. 根据权利要求15所述的制造半导体装置的方法，其特征在于，使用CF4 等离子体、QF8等离子体、氧气等离子体、臭氧等离子体和其组合中的一者来蚀 刻所述非晶碳膜。
18. 根据权利要求15所述的制造半导体装置的方法，其特征在于，通过使用 氧气、NF3和其组合中的一者由远程等离子体系统蚀刻所述非晶碳膜。
全文摘要
本发明涉及一种形成非晶碳膜的方法和一种使用所述方法制造半导体装置的方法。通过将具有链状结构和一个双键的液态碳氢化合物汽化，并将化合物供应到腔室且将化合物离子化，而在衬底上形成非晶碳膜。非晶碳膜用作硬掩模膜。可容易地控制非晶碳膜的特征，如沉积速率、蚀刻选择性、折射率(n)、光吸收系数(k)和应力，以满足用户要求。明确来说，可降低折射率(n)和光吸收系数(k)。因而，可在不具有防止下材料层发生漫反射的抗反射膜的情况下执行光刻过程。另外，在沉积过程期间产生少量反应副产物，且可容易地移除粘附在腔室内壁上的反应副产物。为此，可增加用于清洁腔室过程的周期，并可增加腔室的零件替换周期。故，可节省时间和成本。
文档编号C23C16/44GK101312126SQ20071015393
公开日2008年11月26日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年5月22日
发明者安秉大, 朴根五, 李承俊 申请人:Tes股份有限公司