用於低蝕刻速率硬模膜的具有氧摻雜的pvd氮化鋁膜的製作方法
2023-05-14 12:18:51
用於低蝕刻速率硬模膜的具有氧摻雜的pvd氮化鋁膜的製作方法
【專利摘要】本發明涉及摻雜的氮化鋁硬模以及製造摻雜的氮化鋁硬模的方法。在形成所述氮化鋁硬模時通過添加少量摻雜劑，例如氧，可顯著降低所述硬模的溼蝕刻速率。此外，與無摻雜的氮化鋁硬模相比，硬模的顆粒尺寸由於摻雜劑的存在而縮小。縮小的顆粒尺寸使硬模中的特徵更平滑，導致使用所述硬模時更加精確的下層蝕刻。
【專利說明】用於低蝕刻速率硬模膜的具有氧摻雜的PVD氮化鋁膜
【技術領域】
[0001]本發明的實施方式大體涉及摻雜的氮化鋁硬模(hardmask)以及製造摻雜的氮化鋁硬模的方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體器件尺寸持續縮小，形成此類小器件所需的精確度增加。不僅縮小半導體晶片尺寸已變得益發困難，更有甚者，縮小形成電氣互連的個別特徵的尺寸也變得益發困難。
[0003]製造半導體晶片要執行許多工藝。圖案化是這些工藝中之一。在圖案化工藝中，掩模，比如硬模，被形成在要被圖案化的一或多個層之上。之後，使用所述硬模讓下層或這些下層暴露至蝕刻劑，以除去暴露的材料(即未被所述硬模或光掩模覆蓋的材料)並轉印所述硬模的圖案至所述下層或這些下層。
[0004]在理想的蝕刻工藝中，暴露材料被蝕刻而所述硬模不被蝕刻。換句話說，所述硬模理想上對蝕刻劑是惰性的，所述蝕刻劑可採用液態蝕刻劑或氣態蝕刻劑的形態。若所述硬模對所述蝕刻劑是惰性的，則所述硬模的特徵可很好地轉印至所述下層或這些下層。
[0005]自然地，製造化學惰性的硬模並不實際。因此，硬模的一些蝕刻在意料之中。由於硬模被蝕刻，因此損害了圖案轉印的精確度。
[0006]因此，本領域中對用來從硬模轉印圖案至下層的蝕刻工藝是更加化學惰性的硬模有需要。
【發明內容】
[0007]本發明大體涉及摻雜的氮化鋁硬模以及製造摻雜的氮化鋁硬模的方法。在形成氮化鋁硬模時通過添加少量摻雜劑，例如氧，能顯著降低所述硬模的溼蝕刻速率。此外，與無摻雜的氮化鋁硬模相比，硬模的顆粒尺寸由於摻雜劑的存在而縮小。縮小的顆粒尺寸使硬模內的特徵更平滑，導致使用所述硬模時更加精確的下層蝕刻。
[0008]在一個實施方式中，硬模包含氮化鋁與摻雜劑。在另一實施方式中，製造硬模的方法包含在含有惰性氣體、含氮氣體及含氧氣體的氣氛中濺射鋁靶材，以形成氧摻雜的氮化鋁材料，其中含氮氣體的量比含氧氣體的量的兩倍更多。所述方法另外包含圖案化所述氧摻雜的氮化鋁材料以形成硬模。
[0009]在另一實施方式中，製造硬模的方法包含在含有惰性氣體、含氮氣體及含氧氣體的氣氛中濺射氮化鋁靶材，以形成氧摻雜的氮化鋁材料，其中含氮氣體的量比含氧氣體的量的兩倍更多。所述方法另外包含圖案化所述氧摻雜的氮化鋁材料以形成硬模。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]為了能夠詳細了解本發明的上述特徵，可通過參考實施方式得到上文簡要概述的本發明的更具體的描述，這些實施方式的一些實施方式在附圖中示出。但應注意到，附圖僅示出本發明的典型實施方式，因此不應視為對本發明的範圍的限制，因為本發明可允許其他等同效果的實施方式。
[0011]圖1是根據一個實施方式的物理氣相沉積(PVD)設備的簡要截面圖。
[0012]圖2是形成在一層之上的硬模的簡要截面圖。
[0013]圖3A和圖3B分別示出未摻雜的氮化鋁膜及氧摻雜的氮化鋁膜的顆粒結構。
[0014]為了幫助理解，已儘可能使用相同的標記數字來表示各附圖共有的相同元件。應理解到在一個實施方式中揭示的元件可有利地用於其他實施方式而不需特定詳述。
【具體實施方式】
[0015]本發明大體涉及摻雜的氮化鋁硬模以及製造摻雜的氮化鋁硬模的方法。在形成氮化鋁硬模時通過添加少量摻雜劑，例如氧，能顯著降低硬模的溼蝕刻速率。此外，與無摻雜的氮化鋁硬模相比，硬模的顆粒尺寸由於摻雜劑的存在而縮小。縮小的顆粒尺寸使硬模內的特徵更平滑，導致使用所述硬模時更加精確的下層蝕刻。
[0016]圖1是根據一個實施方式的PVD設備100的簡要截面圖。設備100包含腔室主體102。氣體從氣源104被輸送至腔室主體102。濺射靶材108被設置在腔室主體102內與基板114相對。濺射靶材108被接合至背板106。從電源110施加偏壓至背板106。基板114被設置在基板支撐件112上。可由電源116施加偏壓於基板支撐件112。應了解基板支撐件112可電氣漂浮或直接接地。電源110可包含DC電源、脈衝DC電源、AC電源或RF電源。背板106是導電的。
[0017]如上所述，本文揭示的實施方式涉及一種硬模及形成所述硬模的方法。圖2是形成在層202之上的硬模204的簡要截面圖。硬模204已被圖案化以使特徵206形成在硬模204中，以暴露層202的部分208。在一個實施方式中，層202可包含鎢。在另一實施方式中，層202可包含多晶矽。硬模204包含摻雜的氮化鋁。摻雜劑可包含一或多種選自由氧、矽、氟、碳及這些物質的組合組成的群組的摻雜劑。硬模204可包含可高達25原子百分比的量的摻雜劑。
[0018]所述摻雜劑具有若干益處。當摻雜劑是氧時，氧能夠控制硬模204的應力。當沒有氧做為摻雜劑時，未摻雜的氮化鋁硬模會有約400MPa的張應力。然而，氧能顯著減少應力至非常低的張應力或甚至壓應力。在一個實施方式中，應力水平是約0，以致硬模204內實質上無應力。硬模204的應力抵消全部下層的殘餘應力。因此，可調整硬模204的應力以抵消其上設置硬模204的結構的應力。
[0019]此外，氧摻雜劑縮小所形成的硬模204的顆粒尺寸。確切地說，與未摻雜的氮化鋁硬模相比，氧摻雜的氮化鋁硬模具有較小的顆粒尺寸。通過XRD(X射線衍射)分析測量時，未摻雜的氮化鋁硬模具有
[0002]峰。但是，氧摻雜的氮化鋁硬模雖仍有
[0002]峰，但氧摻雜的氮化鋁硬模的
[0002]峰的高度是未摻雜的氮化鋁硬模
[0002]峰的高度的約1/10。此夕卜，氧摻雜的氮化鋁硬模的密度比未摻雜的氮化鋁硬模的密度低。
[0020]由於氧摻雜劑的存在，所形成的硬模有較小的顆粒尺寸(與未摻雜的氮化鋁硬模相比)，這使特徵206更平滑，因而導致在蝕刻下層202的圖案化工藝期間下層202的較陡(sharper)且較平直的蝕刻。此外，與未摻雜的氮化鋁硬模相比，氧摻雜的氮化鋁硬模具有低很多的蝕刻速率。確切地說，氧摻雜的氮化鋁硬模在稀釋的HF溶液(100:1)中具有每分鐘約4埃的溼蝕刻速率，而未摻雜的氮化鋁硬模具有每分鐘約18埃的溼蝕刻速率。在一個實施方式中，因此，如上所述，雖然完全惰性的硬模無法通過添加諸如氧之類的摻雜劑形成，但更加耐受蝕刻的硬模通過使用諸如氧之類的摻雜劑而形成。由於更耐蝕刻的硬模，氧摻雜的氮化鋁硬模在蝕刻工藝期間維持其結構(優於未摻雜的氮化鋁硬模)，因而在下層202中導致界定較佳的特徵。
[0021]在形成氧摻雜的氮化鋁硬模時，使用這樣微量的氧以致少量至無鋁一氧鍵形成。可通過在其之上含有層202的基板114對面提供鋁靶材108來形成硬模204。從氣源104將惰性氣體、含氮氣體及含氧氣體全引到腔室主體102。由電源110施加電偏壓至背板106，而基板114在基板支撐件112上電氣接地。電源110施加DC電偏壓至濺射靶材108，以在腔室主體內產生等離子體並從靶材108射出鋁原子。這些鋁原子與氮反應形成氮化鋁。氧沒有與鋁反應因而對形成在基板114上的氮化鋁層進行摻雜。在一個實施方式中，靶材108可包含氮化鋁，而電源110包含RF電源。在一個實施方式中，濺射靶材可在毒化模式(poisoned mode)下操作,此時祀材包含招,但氮化招膜形成在暴露的祀材表面上。因此,在濺射工藝開始時，從濺射靶材濺射出氮化鋁。
[0022]在一個實施方式中，含氮氣體包含N2且含氧氣體包含02。惰性氣體可包含氬。惰性氣體與含氮氣體的比可介於約1:1至約1:20之間。在一個實施方式中，惰性氣體與含氮氣體的比可以是約1:5。含氮氣體與含氧氣體的比大於2:1並且可介於約100:1至約20:I之間。在一個實施方式中，含氮氣體與含氧氣體的比可以是約50:3。
[0023]一旦沉積，氧摻雜的硬模可具有高達約25原子百分比的氧含量。在一個實施方式中，氧含量可高達約10原子百分比。可維持腔室主體102的腔室壓力在約I毫託耳與約100毫託耳之間，以及基板支撐件112溫度在約攝氏25度與約攝氏500度之間。可由電源110供給約I千瓦與約20千瓦之間的功率至濺射靶材108。所形成的摻雜的氮化鋁硬模是多晶的。圖3A和圖3B分別示出未摻雜的氮化鋁膜及氧摻雜的氮化鋁膜的顆粒結構。如圖3B所示，顆粒尺寸顯著縮小。
[0024]通過使用摻雜劑，比如氧，可製造出與未摻雜的氮化鋁硬模相比具有較慢的蝕刻速率的氮化鋁硬模。此外，摻雜的氮化鋁硬模有較小的顆粒尺寸，因此，圖案化時有更平滑的表面。由此，摻雜的氮化鋁硬模雖然並非化學惰性，但可容許在圖案化工藝期間在摻雜的氮化鋁硬模下的層中形成更精細、更複雜的特徵。
[0025]雖然前述內容針對本發明的實施方式，但在不背離本發明的基本範圍的情況下可設計出本發明的其他及進一步的實施方式，且本發明的範圍由下面的要求保護的範圍確定。
【權利要求】
1.一種硬模,包含: 氮化鋁及摻雜劑。
2.如權利要求1所述的硬模，其中所述摻雜劑選自由氧、矽、氟、碳及這些物質的組合所組成的群組。
3.如權利要求2所述的硬模，其中所述摻雜劑包含氧。
4.如權利要求3所述的硬模，其中所述氧以可高達25原子百分比的量存在。
5.如權利要求4所述的硬模，其中所述硬模具有[0002]峰，所述[0002]峰比未摻雜的氮化鋁硬模的硬模的[0002]峰小。
6.如權利要求5所述的硬模，其中所述硬模所具有的顆粒尺寸小於未摻雜的氮化鋁硬模的顆粒尺寸，其中摻雜的氮化鋁硬模的[0002]峰是所述未摻雜的氮化鋁硬模的[0002]峰的尺寸的約1/10。
7.如權利要求1所述的硬模，其中所述硬模具有在約_5MPa與約5MPa之間的應力。
8.—種製造硬模的方法，包含: 在含有惰性氣體、含氮氣體及含氧氣體的氣氛中濺射鋁靶材，以沉積氧摻雜的氮化鋁材料，其中所述含氮氣體的量比所述含氧氣體的量的兩倍更多；及 圖案化所述氧摻雜的氮化鋁材料以形成所述硬模。
9.如權利要求8所述的方法，其中所述含氮氣體包含N2。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述含氧氣體包含02。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述惰性氣體與所述N2的比介於約1:1至約1:20之間，且其中所述N2與所述O2的比介於約100:1至約20:1之間。
12.如權利要求8所述的方法，其中在約攝氏25度與約攝氏500度之間的溫度下發生濺射，且其中在約I毫託耳與約100毫託耳之間的腔室壓力下發生濺射。
13.如權利要求8所述的方法，其中所述濺射是DC濺射或脈衝DC濺射。
14.一種製造硬模的方法，包含: 在含有惰性氣體、含氮氣體及含氧氣體的氣氛中濺射氮化鋁靶材，以形成氧摻雜的氮化鋁材料，其中所述含氮氣體的量比所述含氧氣體的量的兩倍更多；及 圖案化所述氧摻雜的氮化鋁材料以形成所述硬模。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述濺射是射頻濺射。
【文檔編號】H01L21/312GK104170068SQ201380014792
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年4月18日 優先權日:2012年4月24日
【發明者】曹勇, 大東和也, 拉尹庫曼·雅卡爾尤, 唐先明 申請人:應用材料公司