专利名称：超高选择性的掺杂非晶碳可剥除硬掩模的开发与集成的制作方法
技术领域：
本发明的实施例大体上关于集成电路的制造，并且尤其关于含硼非晶碳层在半导体基板上的沉积。
背景技术：
集成电路已经发展成可在单个晶片上包括数百万个晶体管、电容器与电阻器的复杂器件。晶片设计的发展持续地需要更快速的电路以及更高的电路密度。对于具有更高电路密度的更快速电路的需求产生了对于用来制造此种集成电路的材料的相应需求。尤其，随着集成电路部件的尺寸缩小到次微米尺度，现在必须使用低电阻率导电材料以及低介电常数绝缘材料来从此种部件获得适当的电性能。对于更高集成电路密度的需求亦产生了对于用在集成电路部件的制造的制程顺序的需求。举例而言，在使用传统光刻技术的制程顺序中，能量敏感抗蚀剂层形成在多个材料层的堆叠上方，该多个材料层的堆叠设置在基板上。使能量敏感抗蚀剂层暴露于图案的图像，以形成光致抗蚀剂掩模。然后，使用蚀刻制程将掩模图案转移到堆叠的一或更多个材料层。用在蚀刻制程的化学蚀刻剂经选择成对堆叠的材料层比对能量敏感抗蚀剂掩模具有更大的蚀刻选择性。也就是说，化学蚀刻剂会以比蚀刻能量敏感抗蚀剂更快的速率来蚀刻材料堆叠的一或更多个层。堆叠的一或更多个材料层相对于抗蚀剂的蚀刻选择性防止在完成图案转移之前使能量敏感抗蚀剂被耗尽。因此，高选择性蚀刻剂能提升精确的图案转移。随着图案尺寸缩小，能量敏感抗蚀剂的厚度必须相应地缩小，以为了控制图案分辨率。由于会遭受化学蚀刻剂的攻击，此种薄抗蚀剂层在图案转移步骤期间不足以遮蔽住下方的材料层。常常在能量敏感抗蚀剂层与下方的材料层之间使用中间层(例如氧氮化硅、碳化硅或碳膜)，以因中间层对化学蚀刻剂具有更大的阻抗能力而促进图案转移，其中该中间层称为硬掩模。期望具有薄硬掩模，该薄硬掩模具有高蚀刻选择性且在蚀刻制程完成后容易移除。随着临界尺寸(CD)减小，目前的硬掩模材料缺乏相对于下方材料的期望蚀刻选择性且常常难以移除。所以，此技术领域中需要一种改善的硬掩模层与用于沉积改善的硬掩模层的方法。
发明内容
本发明的实施例大体上关于集成电路的制造，并且尤其关于含硼非晶碳层在半导体基板上的沉积。在一实施例中，提供一种在处理腔室中处理基板的方法。此方法包含:在处理空间中提供基板；使含碳氢化合物气体混合物流动到处理空间内；通过从RF源施加功率来产生含碳氢化合物气体混合物的等离子体；使含硼气体混合物流动到处理空间内；及在等离子体的存在下，在基板上沉积含硼非晶碳膜，其中含硼非晶碳膜含有原子百分比为约10至约60的硼。在另一实施例中，提供一种在处理腔室中处理基板的方法。此方法包含:在RF功率的存在下，使基板暴露于含碳氢化合物气体的流动，以在基板上沉积不含硼的非晶碳膜；关闭RF功率，同时使含碳氢化合物气体持续流动；及在RF功率的存在下，使基板暴露于含硼气体的流动与含碳氢化合物气体的流动，以在不含硼的非晶碳膜上沉积含硼非晶碳膜，其中含硼非晶碳膜含有原子百分比为约30至60的硼。在一实例中，不含硼的非晶碳膜可具有约50A至约1000A的厚度,而含硼非晶碳膜可具有约300A至约5000A的厚度。含硼非晶碳膜可含有原子百分比为约20至约50的碳以及原子百分比为约10至约25的氢。此方法可更包含:蚀刻含硼非晶碳膜，以形成图案化含硼非晶碳膜；及在基板中形成相应于图案化含硼非晶碳膜的特征定义。在另一实施例中，提供一种在处理腔室中处理基板的方法。此方法包含:在处理空间中提供基板；使含碳氢化合物气体混合物流动到处理空间内；通过从RF源施加功率来产生含碳氢化合物气体混合物的等离子体；在等离子体的存在下，在基板上沉积不含硼的非晶碳膜；使含硼气体混合物流动到处理空间内；及在等离子体的存在下，在不含硼的非晶碳膜上沉积含硼非晶碳膜，其中含硼非晶碳膜含有原子百分比为约10至约60的硼。在另一实施例中，提供一种在处理腔室中处理基板的方法。此方法包含:在处理腔室中提供基板；使含碳氢化合物气体混合物流动到处理腔室内；从含碳氢化合物气体混合物产生第一等离子体，以在基板上沉积不含硼的非晶碳膜，不含硼的非晶碳膜具有约300A至约5000A的厚度;通过关闭第一等离子体同时使含碳氢化合物气体混合物持续流动到处理腔室内来稳定化处理腔室内的处理条件；使含硼气体混合物流动到处理腔室内；及从含碳氢化合物气体混合物与含硼气体混合物产生第二等离子体，以在不含硼的非晶碳膜上沉积含硼非晶碳膜，含硼非晶碳膜具有约300A至约5000A的厚度。在一实例中，含硼非晶碳膜可含有原子百分比为约10至约60的硼。此方法可更包含:使用含有过氧化氢与硫酸的溶液来移除含硼非晶碳膜；及使用含氢等离子体、含氧等离子体或它们的组合来移除不含硼的非晶碳膜。在又一实施例中，提供一种含硼非晶碳膜。含硼非晶碳膜含有原子百分比为约10至约60的硼、原子百分比为约20至约50的碳与原子百分比为约10至约30的氢。在又一实施例中，提供一种半导体器件。此器件包含:不含硼的非晶碳膜，该不含硼的非晶碳膜沉积在基板上方，该不含硼的非晶碳膜具有约50A至约5000A的厚度；含硼非晶碳膜，该含硼非晶碳膜沉积在不含硼的非晶碳膜上，其中含硼非晶碳膜具有约300A至约5000Λ的厚度且含有原子百分比为约10至60的硼；抗反射涂覆膜，该抗反射涂覆膜沉积在含硼非晶碳膜上；及光致抗蚀剂膜，该光致抗蚀剂膜沉积在抗反射涂覆膜上。在另一实施例中，提供一种在处理腔室中处理基板的方法。此方法包含:在RF功率的存在下，使基板暴露于气体混合物的流动，以在基板上方沉积含硼非晶碳膜，该气体混合物包含含碳氢化合物气体与含硼气体；蚀刻含硼非晶碳膜，以形成图案化含硼非晶碳膜，其中含硼非晶碳膜含有原子百分比为约35至约60的硼且具有约300A至约5000A的厚度；及在基板中形成相应于图案化含硼非晶碳膜的特征定义。在一实例中，含硼非晶碳膜可含有原子百分比为约20至约50的碳与原子百分比为约10至约25的氢。
因此，可详细理解本发明的上述特征结构的方式，即上文简要概述的本发明的更特定描述可参照实施例进行，其中一些实施例图示在附图中。但是应注意的是，附图仅图示本发明的典型实施例，因此附图不应被视为会对本发明范围构成限制，此是因为本发明可允许其他等效实施例。图1图示装置的示意图，该装置可用于实施在此所述的实施例；图2是制程流程图，该制程流程示用于根据在此所述的实施例沉积含硼非晶碳膜的方法的一实施例；图3图示根据在此所述的实施例的基板结构的示意剖视图，该基板结构具有作为硬掩模层的含硼非晶碳层；图4是制程流程图，该制程流程示用于根据在此所述的实施例沉积含硼非晶碳膜的方法的一实施例；图5图示根据在此所述的实施例的基板结构的示意剖视图，该基板结构在未掺杂非晶碳膜上方具有作为硬掩模层的含硼非晶碳层；图6是一图表,该图表图不已知的未掺杂非晶碳膜对根据在此所述的实施例所沉积的含硼非晶碳膜的毯覆蚀刻选择性；及图7是一图表，该图表图示已知的未掺杂非晶碳膜对根据在此所述的实施例所沉积的含硼非晶碳膜的毯覆蚀刻选择性。然而，应了解，附图仅图示本发明的示范性实施例，因此附图不应被视为会对本发明范围构成限制，此是因为本发明可允许其他等效实施例。
具体实施例方式本发明的实施例大体上关于集成电路的制造，并且尤其关于含硼非晶碳层在半导体基板上的沉积，特别是关于含硼非晶碳层的沉积。在逻辑与存储器器件结构中，供深接触所用的高深宽比蚀刻可具有10-75:1的深宽比，其中硬掩模占总堆叠厚度的10-40%。在一实施例中，提供改善蚀刻选择性40-80%的含硼非晶碳膜，该含硼非晶碳膜能容许减少硬掩模厚度类似相应的量。在另一实施例中，提供含硼膜，含硼膜的蚀刻阻抗性是目前已知的未掺杂非晶碳膜的蚀刻阻抗性的2-20倍，此能容许硬掩模厚度与结构深宽比的减少。在此所述的特定实施例改善硬掩模轮廓、临界尺寸控制与临界尺寸均匀性。在各种实施例中，可使用含碳氢化合物气体、含硼气体与惰性/载体气体(诸如氩、氮与氦)来沉积含硼非晶碳层。有利地，已经发现可使用工业接受的湿法蚀刻化学方式将含硼非晶碳膜从下方材料轻易地剥除，而不会损坏下方的介电质膜。本发明的实施例亦提供多层硬掩模，多层硬掩模包含非晶碳层与沉积在非晶碳层上的含硼非晶碳层。在一实施例中，含硼非晶碳膜含有原子百分比为约10至约60的硼。非晶碳层的厚度可为约50A至约5000A。含硼非晶碳膜可具有约300A至约5000A的厚度。在非晶碳层具有约50._\哐约j 000人的厚度的情况中，下方的非晶碳层可作为基板与含硼非晶碳层之间的过渡层，以在使用含硼气体(诸如乙硼烷)的后续的含硼非晶碳沉积期间避免非晶硼(难以移除)会直接地形成在基板上。除了作为过渡膜，在非晶碳层具有约300A至约5000人的厚度的特定实施例中，含硼非晶碳层可在具有良好的硬掩模性能(例如良好的CD控制与特征轮廓)的主要蚀刻制程期间被耗尽，同时具有足够厚的非晶碳层，其中可使用传统的氧等离子体将该足够厚的非晶碳层容易地灰化，以致下方的层能完成图案化而不会损坏下方的层。本领域的技术人员应了解，说明书中所使用的词语“含硼非晶碳”大体上涵盖硼碳材料，无论是碳化硼的形式或非化学计量混合物的硼与碳或掺杂有硼的非晶碳皆可。亦应了解，尽管材料在此称为“非晶”，但是没有意图将此词语意指膜中完全不含有结晶结构，而仅是表示目前可取得的技术无法识别出结晶结构。图1图示基板处理系统132的示意图，基板处理系统132可用于根据在此所述的实施例执行非晶碳层的沉积。可用于实施本发明的基板处理系统132的一实例的细节被描述在共同受让的美国专利US6，364，954中，美国专利US6，364，954在2002年4月2日被授予Salvador等人且在此以引用方式被并入到本文内。适当的系统的实例包括能从美国加州圣克拉拉市的应用材料公司购得的可使用DxZ 处理腔室的CENTURA 系统、PRECISION 5000 系统、PRODUCER 系统、PRODUCER GT 与 PRODUCER SE 处理腔室。可了
解，其他处理系统(包括能从其他制造商取得的处理系统)可适于实施在此所述的实施例。处理系统132包括处理腔室100，处理腔室100耦接到气体面板130与控制器110。大体上，处理腔室100包括顶壁124、侧壁101与底壁122，顶壁124、侧壁101与底壁122界定内部处理空间126。支撑载座150被提供在腔室100的内部处理空间126中。载座150由杆160来支撑，并且载座150可典型地由铝、陶瓷与其他适当材料制成。可使用位移机构(未图示)在腔室100内将载座150移动于垂直方向。载座150可包括嵌设加热器构件170,嵌设加热器构件170适于控制被支撑在载座150的表面192上的基板190的温度。可通过施加来自电源106的电流到加热器构件170，以将载座150电阻式加热。加热器构件170可由镍-铬导线制成，其中镍-铬导线被封装在镍-铁-铬合金(例如INCOLOY ■；)的鞘管中。从电源106供应的电流由控制器110
来调节，以控制加热器构件17 0产生的热，藉此在膜沉积期间将基板190与载座150维持在实质上恒定的温度。可调整所供应的电流，以将载座150的温度选择性地控制在约100°C至约700°C之间。温度感测器172 (诸如热电偶)可被嵌设在支撑载座150中，以利用传统方式来监控载座150的温度。控制器110使用测量的温度来控制供应到加热构件170的功率，以将基板维持在期望的温度。真空泵102耦接到形成在腔室100的底部中的端口。真空泵102用于维持处理腔室100中的期望的气体压力。真空泵102亦可将后处理气体与处理副产物从腔室100排空。处理系统132还可包括用于控制腔室压力的额外设备，例如设置在处理腔室100与真空泵102之间而用于控制腔室压力的阀(例如节流阀与隔离阀)。喷头120具有多个穿孔128，喷头120设置在处理腔室100的顶部上而位在基板支撑载座150上方。喷头120的穿孔128用于将处理气体引进到腔室100内。穿孔128可具有不同的尺寸、数量、分布、形状、设计与直径，以促进针对不同制程要求的各种处理气体流动。喷头120连接到气体面板130，气体面板130容许各种气体在制程期间供应到内部处理空间126。等离子体从离开喷头120的处理气体混合物而形成，以提升处理气体的热分解，使得材料能沉积在基板190的表面191上。喷头120与基板支撑载座150可在内部处理空间126中形成一对相隔电极。一或更多个RF功率源140经由匹配网路138提供偏电位到喷头120，以促进喷头120与载座150之间的等离子体的产生。或者，RF功率源140与匹配网路138可耦接到喷头120、基板载座150，或耦接到喷头120与基板载座150两者，或耦接到设置在腔室100外面的天线(未图示)。在一实施例中，RF功率源140可在约50kHz至约13.6MHz的频率下提供约100瓦与约3000瓦之间。在另一实施例中，RF功率源140可在约50kHz至约13.6MHz的频率下提供约500瓦与约1800瓦之间。控制器110包括中央处理单元(CPU) 112、存储器116与支持电路114，而用以控制制程顺序与调节来自气体面板130的气体流动。CPU 112可以是用在工业设备中的任何形式的通用计算机处理器。软件例程可储存在存储器116中，存储器诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘驱动器，或其他形式的数字存储。支持电路114以传统方式耦接到CPU 112且可包括高速缓存、时钟电路、输入/输出系统、电源与诸如此类者。控制器110与处理系统132的各种部件之间的双向通信是透过多个信号电缆来操纵，这些信号电缆共同地称为信号总线118，一些信号总线118被图示在图1中。其他沉积腔室亦可受益自本发明，并且上述所列的参数可根据用于形成非晶碳层的特定沉积腔室而改变。举例而言，其他沉积腔室可具有更大或更小的容积，从而要求气体流速大于或小于能从应用材料公司取得的沉积腔室的气体流速。在一实施例中，可使用能从美国加州圣克拉拉市的应用材料公司购得的PRODUCER SE 或PRODUCER GT 处理腔室而利用以下表一所揭示的参数来沉积含硼非晶碳层。所沉积的含硼非晶碳膜中的硼的量/百分比可根据应用而改变。在本发明的各种实施例中，含硼非晶碳膜可含有原子百分比为至少8、10、15、20、25、30、35、40、45、50或55的硼。含硼非晶碳膜可含有原子百分比高达15、20、25、30、35、40、45、50、55或60的硼。含硼非晶碳膜可含有原子百分比为约10至约60的硼。含硼非晶碳膜可含有原子百分比为约30至约60的硼。含硼非晶碳膜可含有原子百分比为至少15、20、25、30、35、40、45、50、55或60的碳。含硼非晶碳膜可含有原子百分比高达25、30、35、40、45、50、55、60或65的碳。含硼非晶碳膜可含有原子百分比为约20至约65的碳，例如原子百分比为约35至约50的碳。含硼非晶碳膜可含有原子百分比为至少10、15、20、25的氢。含硼非晶碳膜可含有原子百分比高达15、20、25、30或40的氢。含硼非晶碳膜可含有原子百分比为约10至约25的氢。在氮作为前体的特定实施例中，含硼非晶碳膜可含有原子百分比为至少5、10或15的氮。含硼非晶碳膜可含有原子百分比高达10、15或20的氮。大体上，下述的示范性沉积制程参数可用于形成含硼非晶碳层。制程参数可以是晶圆温度可为约100°c至约700°C，例如在约200°C与约500°C之间。腔室压力可为约I托至约20托，例如在约2托与约10托之间。含碳氢化合物气体的流速可为约200sccm至约5000sccm,例如在约400sccm与约2000sccm之间。稀释气体的流速可独立地为约Osccm至约20000sccm,例如约2000sccm至约lOOOOsccm。惰性气体的流速可独立地为约Osccm至约20000sccm,例如约200sccm至约2000sccm。含硼气体混合物的流速可为约IOOOsccm至约15000sccm，例如在约5000sccm与约13000sccm之间。RF功率为在约lW/in2与约100W/in2之间，诸如在约3W/in2与约20W/in2之间，并且基板的顶表面与喷头之间的板间隔为在约200密耳与约600密耳之间。含硼非晶碳层可沉积成厚度为在约iOOA与约20000A之间，诸如在约300A与约5000A之间。上述的制程参数提供含硼非晶碳层在约I OOA/min至约ΙΟΟΟΟΛ/min的典型沉积速率，并且可被实施在能从美国加州圣克拉拉市的应用材料公司取得的沉积腔室中的300mm基板上。表一
权利要求
1.一种在处理腔室中处理基板的方法，所述方法包含: 在RF功率的存在下，使基板暴露于含碳氢化合物气体的流动，以在所述基板上沉积不含硼的非晶碳膜； 关闭所述RF功率，同时使所述含碳氢化合物气体持续流动 '及 在RF功率的存在下，使所述基板暴露于含硼气体的流动与所述含碳氢化合物气体的流动，以在所述不含硼的非晶碳膜上沉积含硼非晶碳膜，其中所述含硼非晶碳膜含有原子百分比为约30至60的硼。
2.如权利要求1的方法，其中所述不含硼的非晶碳膜具有约50A至约1000Λ的厚度，并且所述含硼非晶碳膜具有约300A至约5000A的厚度。
3.如权利要求1的方法，其中所述含硼非晶碳膜含有原子百分比为约20至约50的碳，并且所述含硼非晶碳膜含有原子百分比为约10至约25的氢。
4.如权利要求1的方法，其中所述含碳氢化合物气体混合物包含至少一种碳氢化合物，所述至少一种碳氢化合物具有CxHy的通式，其中X为在I与4之间且y为在2与10之间。
5.如权利要求4的方法，其中所述含碳氢化合物气体混合物更包含惰性与/或载体气体，所述惰性与/或载体气体选自包含氩、氮与氦的群组。
6.如权利要求5的方法，其中所述含硼气体混合物包含乙硼烷(B2H6)、三甲基硼(TMB或B (CH3) 3)、三乙基硼(TEB)、甲基硼、二甲基硼、乙基硼、二乙基硼、或上述的组合。
7.如权利要求6的方法，其中所述碳氢化合物选自包含以下的群组:甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)、丙炔(C3H4)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、丁烯(C4H8)及丁烯的异构体、丁二烯(C4H6)、乙炔(C2H2)、以及上述的组合。
8.如权利要求1的方法，其中所述基板包含多个交替的氧化物与氮化物材料、和非晶硅交替的氧化物、和多晶硅交替的氧化物、和掺杂硅交替的未掺杂硅、和掺杂多晶硅交替的未掺杂多晶硅、和掺杂非晶硅交替的未掺杂非晶硅、铝、钨、氮化钛、铜、氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、以及上述的组合。
9.如权利要求1的方法，所述方法更包含: 蚀刻所述含硼非晶碳膜，以形成图案化含硼非晶碳膜；及 在所述基板中形成相应于所述图案化含硼非晶碳膜的特征定义。
10.一种在处理腔室中处理基板的方法,所述方法包含: 在处理腔室中提供基板； 使含碳氢化合物气体混合物流动到所述处理腔室内； 从所述含碳氢化合物气体混合物产生第一等离子体，以在所述基板上沉积不含硼的非晶碳膜,所述不含硼的非晶碳膜具有约300A至约5000A的厚度； 通过关闭所述第一等离子体同时使所述含碳氢化合物气体混合物持续流动到所述处理腔室内来稳定化所述处理腔室内的处理条件； 使含硼气体混合物流动到所述处理腔室内；及 从所述含碳氢化合物气体混合物与所述含硼气体混合物产生第二等离子体，以在所述不含硼的非晶碳膜上沉积含硼非晶碳膜 ,所述含硼非晶碳膜具有约300A至约5000人的厚度并且含有原子百分比为约10至约60的硼，含有原子百分比为约20至约50的碳，且含有原子百分比为约10至约25的氢； 使用含有过氧化氢与硫酸的溶液来移除所述含硼非晶碳膜；及 使用含氢等离子体、含氧等离子体或它们的组合来移除所述不含硼的非晶碳膜。
11.一种含硼非晶碳膜，含有原子百分比为约35至60的硼、原子百分比为约20至约50的碳、与原子百分比为约10至约30的氢。
12.—种半导体器件,包含: 不含硼的非晶碳膜，所述不含硼的非晶碳膜沉积在基板上方，所述不含硼的非晶碳膜具有约50A至约5000A的厚度； 含硼非晶碳膜，所述含硼非晶碳膜沉积在所述不含硼的非晶碳膜上，其中所述含硼非晶碳膜具有约300A至约5000A的厚度且含有原子百分比为约10至60的硼； 抗反射涂覆膜，所述抗反射涂覆膜沉积在所述含硼非晶碳膜上；及 光致抗蚀剂膜，所述光致抗蚀剂膜沉积在所述抗反射涂覆膜上。
13.—种在处理腔室中处理基板的方法,所述方法包含: 在RF功率的存在下，使基板暴露于气体混合物的流动，以在所述基板上方沉积含硼非晶碳膜，所述气体混合物包含含碳氢化合物气体与含硼气体； 蚀刻所述含硼非晶碳膜，以形成图案化含硼非晶碳膜，其中所述含硼非晶碳膜含有原子百分比为约35至约60的硼且具有约3()0A至约5000A的厚度；及 在所述基板中形成相应于所述图案化含硼非晶碳膜的特征定义。
14.如权利要求13的方法，其中所述含硼非晶碳膜含有原子百分比为约20至约50的碳以及原子百分比为约10至约25的氢。
15.如权利要求1 3的方法，其中所述基板包含多个交替的氧化物与氮化物材料、和非晶硅交替的氧化物、和多晶硅交替的氧化物、和掺杂硅交替的未掺杂硅、和掺杂多晶硅交替的未掺杂多晶硅、和掺杂非晶硅交替的未掺杂非晶硅、铝、钨、氮化钛、铜、氧化硅、氧氮化硅、氮化硅、以及上述的组合。
全文摘要
本发明的实施例大体上关于集成电路的制造，并且尤其关于含硼非晶碳层在半导体基板上的沉积。在一实施例中，提供一种在处理腔室中处理基板的方法。此方法包含在处理空间中提供基板；使含碳氢化合物气体混合物流动到处理空间内；通过从RF源施加功率来产生含碳氢化合物气体混合物的等离子体；使含硼气体混合物流动到处理空间内；及在等离子体的存在下，在基板上沉积含硼非晶碳膜，其中含硼非晶碳膜含有原子百分比为约30至约60的硼。
文档编号H01L21/312GK103210480SQ201180045061
公开日2013年7月17日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年10月5日
发明者M·J·西蒙斯, S·拉蒂, K·D·李, D·帕德希, 金秉宪, C·陈 申请人:应用材料公司