[发明专利]氮掺杂的非晶碳硬掩模

说明书

发明背景

技术领域

本发明的实施例大体上关于集成电路的制造，特别是关于氮掺杂的非晶形碳层与用于在半导体衬底上沉积氮掺杂的非晶形碳层的工艺。

先前技术描述

集成电路已进展至可在单一芯片上包括数百万个晶体管、电容器与电阻器的复杂器件。芯片设计的进展持续需要更快速的电路与更大的电路密度。更快速电路及更大电路密度的要求对用于制造此类集成电路的材料施加相对应的需求。特别地，当集成电路部件的尺度减少到亚微米尺度时，已必须使用不仅是低电阻率的导电材料（诸如铜）以改善器件的电气性能，还需使用低介电常数绝缘材料（通常是指低k介电材料）。低k介电材料大体上具有低于3.8的介电常数。

生产具有低k介电材料且具有极少或无表面缺陷或特征结构变形的器件是有问题的。介电常数低于约3.0的低k介电材料通常多孔且在后续工艺步骤期间易受刮擦或损坏，因而增加形成在衬底表面上的缺陷的可能性。此类低k介电材料通常易脆，且可能在常规研磨工艺（诸如化学机械研磨(CMP)）下变形。一项限制或减少此类低k介电材料的表面缺陷及变形的解决方案是在图案化与蚀刻之前在暴露的低k介电材料上沉积硬掩模。硬掩模防止精细的低k介电材料损坏及变形。此外，硬掩模层可充当结合常规光刻技术的蚀刻掩模，以防止蚀刻期间低k介电材料被移除。

此外，对于前端和后端工艺而言，硬掩模在集成电路制造工艺中的几乎每一步骤中使用。当器件尺寸缩小而图案结构变得更复杂且难以制造时，蚀刻硬掩模变得更加重要，因为目前可用的光阻无法符合蚀刻抗性的需求，且光阻仅用于图像转移，而非作为光刻与蚀刻工艺中的蚀刻掩模。相反地，接收图像图案的硬掩模变成用于有效蚀刻下层中的图案的主要材料。

非晶形的氢化碳可用作为尤其是金属、非晶硅及介电材料（诸如二氧化硅或氮化硅材料）的硬掩模。非晶形的氢化碳（亦称为非晶形碳且可注记为a-C:H或α-C:H）被视为具有无长范围晶序的碳材料，且所述非晶形的氢化碳可含有大量的氢含量，例如约10至45原子百分比量级的氢。已观察到非晶形碳具有化学惰性、光学穿透性、以及优良的机械性质。

当器件图案的特征结构尺寸变得更小，临界尺度(CD)需求变成对于稳定与可重复的器件性能而言更重要的规范。为了达成CD需求，需要使用更具蚀刻抗性及/或更厚的掩模材料，或者改善蚀刻工艺的蚀刻选择性。前一选项增加了生产步骤的数目，造成每晶圆更高的成本以及复杂的整合问题。

因此，需要提供增加蚀刻选择性的材料与方法，使得能够符合特征结构的CD需求。

发明内容

本发明的实施例大体上关于集成电路的制造，特别是关于氮掺杂的非晶形碳层与用于在半导体衬底上沉积氮掺杂的非晶形碳层的工艺。在一个实施例中，提供一种在衬底上形成氮掺杂非晶形碳层的方法。所述方法包括以下步骤：将衬底定位在衬底处理腔室中；将含氮碳氢化合物源导入所述处理腔室；将碳氢化合物源导入所述处理腔室；将等离子体引发气体导入所述处理腔室；在所述处理腔室中生成等离子体；以及在所述衬底上形成氮掺杂非晶形碳层。

在另一实施例中，提供一种形成器件的方法。所述方法包括以下步骤：在衬底上形成一个或多个氮掺杂非晶形碳层；在所述一个或多个氮掺杂非晶形碳层的至少一个区域中界定一图案；以及使用一个或多个氮掺杂非晶形碳层做为掩模将界定在所述一个或多个氮掺杂非晶形碳层的所述至少一个区域中的所述图案转移到所述衬底中；其中在衬底上形成一个或多个氮掺杂非晶形碳层的步骤是通过以下步骤完成：将衬底定位于沉积腔室中；提供气体混合物到所述沉积腔室，其中所述气体混合物包含含氮碳氢化合物源、一种或多种碳氢化合物、以及惰性气体；以及在所述处理腔室中生成等离子体，以分解所述气体混合物中的所述一种或多种碳氢化合物以及所述含氮碳氢化合物源，而在所述衬底上形成所述一个或多个氮掺杂非晶形碳层。

附图简述

参考某些在附图中图解说明的实施例，可得到前文概述的本发明的更特别描述，如此可详细了解之前陈述的本发明的特色。然而应注意，附图只绘示本发明的典型实施例，因为本发明允许其他同等有效的实施例，因此不将所述附图视为对本发明范围的限制。

图1是根据本文所述实施例的衬底处理系统的示意图，所述衬底处理系统能用于执行氮掺杂的非晶形碳层沉积；

图2是描绘与先前已知的非晶形碳层相比较的具有不同氮掺杂剂浓度的氮掺杂非晶形碳层的全面氧化物蚀刻选择性的图表；

图3是描绘相对于氮掺杂碳氢化合物的流率（sccm）的膜密度（gm/cc）的图表；