[发明专利]通过脉冲低频射频功率获得高选择性和低应力碳硬膜

说明书

提供了使用等离子体增强化学气相沉积形成高蚀刻选择性、低应力的可灰化硬膜的方法。在某些实施方式中，所述方法涉及在使用双射频等离子体源沉积可灰化硬膜期间在保持高频射频功率恒定的同时使低频射频功率脉动。根据各种实施方式，低频射频功率可以在非零水平之间脉动或者通过开启和关闭低频射频功率而脉动。所得的沉积的高选择性可灰化硬膜由于一个或多个因素可以具有减小的应力，这些因素包括在可灰化硬膜上减少的离子和原子轰击以及陷入可灰化硬膜中更低水平的氢。

本申请是申请号为201410513782.9，申请日为2014年9月29日，申请人为朗姆研究公司，发明创造名称为“通过脉冲低频射频功率获得高选择性和低应力碳硬膜”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体加工制造领域,尤其涉及形成可灰化硬膜的方法。

背景技术

在包括存储器和逻辑器件制造的半导体加工中，非晶碳薄膜可以用作硬膜和蚀刻终止层。这些薄膜因为可以通过灰化技术去除，所以也称为可灰化硬膜(AHM)。随着平版印刷的纵横比增加，AHM要求更高的蚀刻选择性。通过使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法形成高选择性AHM的现有方法得到具有高应力的AHM，从而限制了AHM作为硬膜的可用性。因此，希望生产具有高蚀刻选择性和低应力的AHM。

发明内容

提供了通过减小应力水平且增加蚀刻选择性的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积可灰化硬膜(AHM)的新方法，这种可灰化硬膜用于包括存储器和逻辑器件制造的半导体加工中。在各种实施方式中，所述方法可以涉及：使半导体衬底上的层暴露于包括碳氢化合物前体的工艺气体；并且在通过PECVD沉积期间通过在维持恒定高频(HF)射频功率的同时使低频(LF)射频功率脉动而使用双射频(RF)源来产生等离子体。可以沉积在AHM上的层的实例包括介电层，例如，氧化物和氮化物以及多晶硅层。根据各种实施方式，使射频功率脉动可以涉及在非零水平之间调制或者开启和关闭低频功率。在一些实施方式中，低频功率在约2Hz与约200Hz之间的频率脉动。沉积可以在高或低工艺温度下进行。

在一个方面，提供了沉积高选择性、低应力AHM的方法。根据各种实施方式，在通过引入前体气体进行沉积期间，低频射频功率在高频射频功率恒定时脉动。在一些实施方式中，沉积的AHM的氢含量在约10％与约25％之间，例如，约18％。在某些实施方式中，沉积的AHM的蚀刻选择性在约3.6与约4.4之间。

另一方面涉及在半导体衬底上形成非晶碳层的方法。在各种实施方式中，在低频射频功率脉动且高频功率恒定时，使用双射频等离子体源沉积非晶碳层。在一些实施方式中，低频功率在非零水平之间脉动。在一些实施方式中，通过开启和关闭低频功率使低频脉动。在某些实施方式中，低频功率在约2Hz与约10Hz之间的频率脉动。沉积可以在高或低工艺温度下进行。

另一方面涉及一种被配置成加工半导体基板的设备。根据各种实施方式，所述设备包括：沉积室，包括喷头、衬底支架和一个或多个气体入口；双射频等离子体发生器，具有高频成分和低频成分，被配置成供应射频功率到沉积室；以及控制器。所述控制器被配置成控制所述设备中的操作，并且包括计算机可读指令，所述计算机可读指令用于：使包括碳氢化合物前体气体的工艺气体流到沉积室；供应双射频射频功率到沉积室以点燃等离子体；并且在保持高频功率恒定时使低频功率脉动。

以下参照附图进一步描述这些和其他方面。

附图说明

图1是工艺流程图，示出了根据各种实施方式的在蚀刻操作中使用可灰化硬膜的方法的相关操作。

图2是工艺流程图，示出了根据各种实施方式的通过调制双射频等离子体发生器形成可灰化硬膜的方法的相关操作。

图3示出了根据各种实施方式的时序图。

图4示出了适用于进行各种实施方式的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)室的示意性图示。