專利名稱：金屬硬掩模的制造技術
技術領域：
本發明總體上涉及半導體領域，更具體地，涉及金屬硬掩模的制造。
背景技術：
硬掩模在半導體加工中用于將圖案轉印到襯底上，尤其是隨著特征尺寸逐漸縮小。對于遞減的幾何尺寸，金屬硬掩模可以提供所需的蝕刻輪廓和關鍵尺寸控制。然而，在高殘余應力下制造硬掩模會導致圖案失真，而釋放硬掩模中的應力則需要熱預算。

發明內容
本發明提供各種有利的實施例。根據一個實施例，一種制造金屬硬掩模方法包括，將至少一種金屬反應氣體流入被配置為進行化學汽相沉積(CVD)的反應室中，其中，該至少一種金屬反應氣體包括，金屬鹵素氣體或金屬有機氣體。該方法進一步包括，使用至少一種金屬反應氣體通過CVD沉積硬掩模金屬層。根據一個方面，該方法可以進一步包括，利用對沉積的硬掩模金屬層進行的等離子體處理來調節沉積的硬掩模金屬層的應力和/或密度。等離子體處理可以包括，停止至少一種金屬反應氣體的流入，以及使用由至少一種載氣形成的等離子體轟擊沉積的硬掩模TiN層。其中，至少一種金屬反應氣體選自由鹵素鈦氣體、有機鈦氣體、鉭鹵素氣體、以及鉭有機氣體組成的組。其中，沉積硬掩模金屬層包括，通過等離子體增強型CVD(PECVD)或金屬有機CVD (MOCVD)沉積鈦層、氮化鈦層、鉭層、或氮化鉭層。該方法進一步包括，利用對所沉積的硬掩模金屬層進行的等離子體處理來調節所沉積的硬掩模金屬層的應力和/或密度。其中，硬掩模金屬層的應力被調節為介于大約1E9達因/cm2到大約-1E9達因/cm2之間，以及硬掩模金屬層的密度被調節為大于大約4g/cm3。其中，等離子體處理包括，停止至少一種金屬反應氣體流入反應室，以及使用由氮氣、氨氣、IS氣、氦氣、氫氣、或其組合形成的等離子體轟擊所沉積的硬掩模金屬層。該方法進一步包括，進行多次循環的硬掩模金屬層CVD和等離子體處理，以形成多個硬掩模金屬層，向上逐層沉積每個硬掩模金屬層。該方法進一步包括，將第二反應氣體流入反應室中，其中，第二反應氣體選自由氮氣和氨氣組成的組。該方法進一步包括,將載氣流入反應室中，其中，載氣選自由氦氣、氬氣、和氫氣組成的組。在另一個實施例中，一種用于制造金屬硬掩模的方法包括，將至少一種金屬反應氣體和至少一種載氣流入被配置為進行化學汽相沉積(CVD)的反應室中，其中，該至少一種金屬反應氣體包括，鹵素鈦氣體或有機鈦氣體。該方法進一步包括，使用至少一種金屬反應氣體和至少一種載氣通過CVD沉積硬掩模TiN層。根據一個方面，該方法可以進一步包括，利用對沉積的硬掩模金屬層進行的等離子體處理來調節沉積的硬掩模TiN層的應力和/或密度，以及進行多個周期的硬掩模TiN層CVD和等離子體處理，以形成多個硬掩模TiN層，每個硬掩模TiN層向上逐層沉積。其中，流入至少一種金屬反應氣體包括流入選自由氯化鈦氣體和碳化鈦氣體組成的組中的金屬反應氣體，以及其中，將載氣流入反應室包括流入選自由氦氣、氬氣、和氫氣組成的組中的載氣。其中，沉積硬掩模TiN層包括，通過等離子體增強型CVD(PECVD)或有機金屬CVD (MOCVD)沉積氮化鈦層。該方法進一步包括:利用對所沉積的硬掩模TiN層進行的等離子體處理來調節所沉積的硬掩模TiN層的應力和/或密度，其中，等離子體處理包括，停止至少一種金屬反應氣體的流入，以及，使用由至少一種載氣形成的等離子體轟擊所沉積的硬掩模TiN層；以及進行多次循環的硬掩模TiN層CVD和等離子體處理，以形成多個硬掩模TiN層，向上逐層沉積每個硬掩模TiN層。其中，硬掩模TiN層的應力被調節為介于大約1E9達因/cm2到-1E9達因/cm2之間，以及硬掩模TiN層的密度被調節為大于大約4g/cm3。其中，等離子體處理的每次循環均包括以在大約O瓦到大約200瓦之間RF功率，使用由氮氣、氨氣、氬氣、氦氣、氫氣、或其組合形成的等離子體對所沉積的硬掩模TiN層轟擊大約O秒到大約20秒之間的時間。該方法進一步包括，將第二反應氣體流入反應室中，其中，第二反應氣體選自由氮氣和氨氣組成的組。在又一個實施例中，金屬硬掩模包括鈦硬掩模金屬層或鉭硬掩模金屬層，由包括金屬鹵素氣體或金屬有機氣體的至少一種金屬反應氣體通過化學汽相沉積(CVD)形成，其中，該鈦硬掩模金屬層是使用鹵素鈦前體或有機鈦前體通過等離子體增強CVD(PECVD)或金屬有機CVD(MOCVD)沉積形成，以及其中，該鉭硬掩模金屬層是使用鉭鹵素前體或鉭有機前體通過PECVD或MOCVD沉積形成。其中，鈦硬掩模金屬層或鉭硬掩模金屬層分別由氮化鈦和氮化鉭組成，密度為大于大約4g/cm3，應力介于大約1E9達因/cm2到大約-1E9達因/cm2之間。其中，通過對硬掩模金屬層進行等離子體處理來調節硬掩模金屬層的應力和/或密度，等離子體處理包括使用由氫氣、氮氣、氨氣、或其組合形成的等離子體進行轟擊。該硬掩模進一步包括多個鈦或鉭金屬層，通過周期性的金屬層CVD和等離子體進行逐層向上沉積每個金屬層。有利的是，本發明提供了用于制造具有大致無應力或少應力的高密度金屬硬掩模的方法。這些方法由于無需傳統的后沉積退火工藝而得到簡化，從而提高了熱預算，同時保持了器件性能并且確保了高_k完整性。


從以下詳細的描述和附圖中可以更好地理解本發明的各個方面。應該強調的是，根據工業中的標準實踐，各種部件沒有被按比例繪制并且僅以說明為目的。實際上，為了清楚地討論,各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。
圖1是根據本發明的實施例示出的一種制造金屬硬掩模的方法的流程圖。圖2是根據本發明的實施例示出的另一種制造金屬硬掩模的方法的流程圖。圖3A、圖3B、和圖3C是分別由物理汽相沉積(PVD)、無周期性等離子體處理的化學汽相沉積(CVD)、和有周期性等離子體處理的CVD形成的晶粒層的描述性示例圖。圖4A和4B分別是示例性膜應力相對于等離子體處理時間和等離子功率的曲線圖。圖5示出的是根據本發明的實施例形成的層的示例性膜密度的曲線圖。圖6是根據本發明的實施例示出的一種制造金屬硬掩模的系統的示意圖。
具體實施例方式據了解為了實施本發明的不同部件，以下公開提供了許多不同的實施例或示例。以下所描述的元件和設置的特定示例用以簡化本公開。當然，這些僅僅是示例并不用于限定。再者，以下描述中的第一部件形成在第二部件上可以包括第一和第二部件以直接接觸形成的實施例，也可以包括形成額外的部件以插入到第一和第二部件中，從而使第一和第二部件不直接接觸的實施例。為了簡單和清楚，可以任意地以不同的尺寸繪制各種部件。另夕卜，為清楚起見，將一些附圖進行了簡化。因此，附圖可能并不會描繪出給定裝置(例如，器件)或方法的所有組件。附圖示意性地描述了本發明的理想配置，本文將參考附圖介紹本發明的各個方面。正因為如此，圖示的形狀導致的變化是可預計的，例如，制造技術和/或公差。因此，整個公開所展示的本發明的各個方面不應該被理解為僅限于此處所示和所述的元件(例如，區域、層、截面、襯底等)的特定形狀，而應該包括例如制造導致的形狀的偏差。通過示例的方式，所示或所述的矩形元件可以具有圓形或彎曲的部件和/或其邊緣具有梯度深度(gradient concentration),而不是從一個元件到另一個元件的不連續的變化。因此，圖中所示的元件僅是示意性的，它們的形狀并不用于說明元件的精確形狀，也不用于限制本發明的范圍。應當理解，當一個元件例如區域、層、截面、襯底等，被稱為在另一個元件“上”，它可以直接在其他元件上或通過干預元件在其他元件上。相反，當一個元件被稱為“直接”在另一個元件上時，不存在干預元件。進一步理解為，當一個元件被稱為“形成”在另一個元件上時，它可以以生長、沉積、蝕刻、接觸、連接、接合的方式或者準備或制造的方式在其他元件上或干預元件上。除非另有定義，此處使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本領域的技術人員所公知的相同的含義。可以將這些術語，例如，常用的字典定義，進一步理解為，具有與相關的技術和本發明內容相統一的意義。本文所使用的單數形式“一個”、“這個”、“該”也包括的其復數形式，除非對該內容另有清楚的指示。進一步地，應該理解術語“包括”和/或“包含”在本說明書中使用時，簡述了所述部件、整體、步驟、操作、元件、和/或組件的存在，但不排除一個或更多其他部件、整體、步驟、操作、元件、組件、和/或其組合的存在或增加。術語“和/或”包含任一個或多個與所列出的術語相關的任何和所有組合。應該理解，雖然在此處可以使用術語“第一”、“第二”和“第三”等描述各個工藝參數或元件，例如，RF功率、抽頭設置、前體、電極等，但是這些工藝參數或元件不受這些術語的限制。這些術語只用來區別一個工藝參數或元件和其它工藝參數或元件。因此，不背離本公開的啟示的情況下，可以將以下所討論的第一 RF功率、氣體、抽頭設置、前體或電極稱為第二 RF功率、氣體、抽頭設置、前體或電極。應該理解，只對幾個處理步驟和/或器件的部件作簡要介紹，是因為些步驟和/或部件對本領域的技術人員來說是公知的。此外，在實施權利要求時，可以增加額外的處理步驟或部件，當然也可以刪除和/或改變以下特定的處理步驟或部件。因此，以下描述應該被理解為是具有代表性的示例，而不是用于指出某一個或多個步驟或部件是必須的。參考圖1和2所示的流程圖，其根據本發明的實施例分別示出了用于制造金屬硬掩模的方法100和方法200。方法100包括，框102中的將至少一種金屬反應氣體流入被配置為進行化學汽相沉積(CVD)的反應室中，其中，該至少一種金屬反應氣體包括金屬鹵素氣體或金屬有機氣體。方法100進一步包括,框104中的使用至少一種金屬反應氣體通過CVD沉積金屬硬掩模層。根據一個方面，該方法可以進一步包括，利用對沉積的金屬層進行的等離子體處理來調節沉積的硬掩模金屬層的應力和/或密度。等離子體處理可以包括，停止至少一種金屬反應氣體的流入，以及使用由至少一種載氣形成的等離子體轟擊沉積的硬掩模金屬層。方法200包括，框202中的將至少一種金屬反應氣體和至少一種載氣流入被配置為進行化學汽相沉積(CVD)的反應室中，其中，該至少一種金屬反應氣體包括金屬鹵素氣體或金屬有機氣體。方法200進一步包括，框204中的使用至少一種金屬反應氣體通過CVD沉積金屬硬掩模層，以及框206中的利用沉積的硬掩模金屬層上的等離子體處理來調節沉積的硬掩模金屬層的應力和/或密度。等離子體處理包括，停止至少一種金屬反應氣體的流入，以及使用由至少一種載氣形成的等離子體轟擊沉積的金屬層。方法200進一步包括，框210中的確定金屬層或金屬硬掩模的總厚度是否已達到預期。如果尚未(“并未”)達到所預期的總厚度，則如框204和框206所示，重復實施多個金屬層CVD和等離子體處理的循環，以形成多個金屬層，每個金屬層向上逐層沉積。如果已達到(“是”)所預期的總厚度，則方法200結束。上述方法100和方法200中的各個步驟可以通過各種技術、手段、裝置、和/或系統實施。應注意，在本公開的各個方面的范圍內可以對方法100或方法200的操作進行重新排序或修改。應當進一步指出的是，在方法100或方法200的操作過程之前、期間、或之后可以提供額外的工藝，對于一些其他工藝，本文只作簡要介紹。因此，在本文所述的各個方面的范圍內可以進行其他實施。根據本發明的一個實施例，反應室可以包括被配置為支撐襯底(例如，電介質)的第一電極，以及設置在第一電極和襯底的上方的第二電極。可以將射頻(RF)功率應用于第一和第二電極之間，以將金屬層沉積到襯底上。在終止操作過程中，可以將另一個RF功率應用于第一和第二電極之間，并且在一個示例中，第二 RF功率可以小于第一 RF功率。換句話說，隨著至少一種反應氣體和載氣或稀釋氣體流入沉積室，以及將第一(主要沉積)功率應用為與反應室的電極功率持平，則可以出現沉積操作。在沉積操作之后進行的終止操作或等離子體處理操作過程中，可以將第二功率應用于電極之間的反應室。根據本發明的一個方面，沉積的硬掩模金屬層可以包括鈦層、氮化鈦層、鉭層、或氮化鉭層。根據另一個方面，硬掩模金屬層可以通過等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)或有機金屬CVD(MOCVD)進行沉積。根據本發明的另一個方面，至少一種金屬反應氣體選自鹵素鈦氣體(例如，TiCl4)、有機鈦氣體(例如，四_( 二甲基氨基(dimethylamido))鈦(TDMAT)、四-(乙酰氨基(diethylamido))鈦(TDEAT))、鉭鹵素氣體、鉭有機氣體、及其組合組成的組。根據本發明的另一個方面，方法100和方法200可以各進一步包括將第二反應氣體流入反應室中，其中，第二反應氣體選自氮、氨、及其組合組成的組。根據本發明的又一個方面，載氣選自氦氣、氬氣、氫氣及其組合組成的組。在一個示例中，為形成TiN膜，將含Ti氣體和含N氣體用作前體氣體，將惰性氣體用作載氣，以及在沉積操作過程中，應用在電極之間的功率介于大約O瓦到大約200瓦之間，時間為大約O秒到大約20秒之間。工藝溫度可以在大約350攝氏度到大約450攝氏度之間，工藝壓力可以在大約I托到大約50托之間。在一個PECVD工藝的實施例中，當將RF功率應用到反應室中兩個電極之間時，形成輝光(glow)放電(即，等離子體)。反應室中的反應氣體產生了化學反應的種類(例如，原子、離子、自由基)。這些活性種類擴散并被吸附在襯底材料的表面上。可以將RF功率應用于上部和下部的電極。根據本發明的另一個方面，可以將RF功率應用于上部電極，而下部電極則可以保持在接地電位。可以調整阻抗匹配單元，以最大限度地提高等離子體所吸收的RF功率。在本文件中，阻抗匹配單元的設置被稱為抽頭設置并且與應用于上部和下部電極之間且被等離子體吸收的最大RF功率相對應。根據本發明的一個方面，等離子體處理可以包括，停止至少一種金屬反應氣體流入反應室，以及使用由氮氣、氨氣、氬氣、氦氣、氫氣、或其組合形成的等離子體轟擊沉積的硬掩模金屬層，以調節沉積的金屬層的應力和/或密度。等離子體處理可以增加沉積的膜的密度，以及在某些含Cl前體氣體的情況下，使用等離子體處理可以去除所含Cl。在一個示例中，在等離子體處理操作過程中，應用于電極之間的功率可以介于大約O瓦到大約200瓦，時間為大約O秒到大約20秒。工藝溫度可以在大約350攝氏度到大約450攝氏度之間，工藝壓力可以在大約I托到大約50托之間。根據一個示例，而并不用于限制，沉積的硬掩模金屬層的應力被調整為在大約1E9達因/cm2到-1E9達因/cm2之間，金屬層的密度被調整為大于大約4g/cm3。在另一個示例中，硬掩模金屬層的密度可以被調整為大于大約4.5g/cm3。在又一個不例中，硬掩模金屬層的密度可以被調整為大于大約4.8gm/cm3。根據本發明的一個方面，方法100可以進一步包括實施多個周期的硬掩模金屬層CVD和等離子體處理，以形成多個硬掩模金屬層，每個硬掩模金屬層向上逐層沉積。對于方法100或方法200中的通過多個周期的沉積和等離子體處理形成多個硬掩模金屬層的情況，在一個示例中，可以在每個或一些周期中使用不同的沉積和等離子體處理參數，或者在另一個示例中，可以在每個周期中使用固定的沉積和等離子體處理參數。在一個示例中，金屬硬掩模的總厚度可以有所不同，沉積和等離子體處理周期(即，一個周期包括:沉積操作和等離子體處理操作)可以在大約3個周期到大約20個周期之間。根據本發明的另一個方面，可以改變應用于第一和第二電極之間的RF功率。可以通過各種工藝改變RF功率，例如，通過停止至少一種反應氣體流入反應室中、停止至少一種載氣流入反應室中、改變室的壓力、應用不同的功率到第一電極和/或第二電極、改變對與第二電極相接合的阻抗匹配單元的抽頭設置、及其組合。在一個示例中，可以被動地改變RF功率,例如，通過停止至少一種反應氣體流入反應室、停止至少一種載氣流入反應室、改變室的壓力、或其組合來進行。在另一個示例中，可以主動地改變RF功率，例如，通過應用不同的功率到第一電極和/或第二電極、改變對與第二電極相接合的阻抗匹配單元的抽頭設置、或其組合。在其他示例中，在沉積操作過程中，可以在反應室的電極之間提供第一室壓力、第一室溫度、和第一最大應用RF功率。在終止操作或等離子體處理操作過程中，可以提供第二室壓力、第二室溫度、和第二最大應用RF功率。根據本發明的另一個方面，等離子體的形成可以通過將低頻RF(LFRF)功率應用到第一電極、應用高頻RF(HFRF)功率到第二電極、以及在第一和第二電極之間形成等離子體來實現。根據本發明的其他方面，在第一和第二電極之間應用RF功率之前，在主沉積操作、終止操作、或等離子體處理操作過程中，可以提供在大約I托到大約50托之間的室壓力，以及在主沉積操作、終止操作、或等離子體處理操作過程中，可以提供在大約350攝氏度到大約450攝氏度之間的室溫度。優選地，本發明提供了一種制造基本無應力或少應力的高密度金屬硬掩模的方法，例如，其密度大于大約4g/cm3。這些方法由于無需傳統的后沉積退火工藝而得到簡化，從而提高了熱預算，同時保持了器件性能并確保了高_k完整性。參考圖3A、3B和3C，示例性的晶粒結構示出了通過物理汽相沉積(PVD)、無循環等離子體處理的化學汽相沉積(CVD)、和有循環等離子體處理的CVD形成的層310、320、和330。圖3A示出的TiN層310具有通過PVD沉積的柱狀晶粒312，以及矩陣中的高靜壓應變場。不利的是，PVD處理要求高功率并且引起位移，而柱狀晶粒不能有效地釋放應變/應力。圖3B示出的TiN層320具有通過CVD形成的等軸晶粒322。優選地，CVD處理提供了可以有效地釋放應變/應力的等軸晶粒。圖3C示出的TiN層330具有通過有循環等離子體處理的CVD沉積的等軸晶粒332。有利的是，由循環沉積和等離子體處理形成的等軸晶粒332的大小大于未經等離子體處理而形成的等軸晶粒322的大小，因此可以將其提供到無應力或少應力的高密度層上。參考圖4A和4B，曲線圖410和420分別是根據本發明的示例性的實施例示出的示例性膜應力相對于等離子體處理時間和等離子體功率的關系。曲線圖410所示的X軸上是以秒計算的氮化(即，氮處理等離子體)時間，y軸上是以達因/cm2計算的膜應力。在一個示例中，所示的膜應力在大約1E9達因/cm2到大約-1E9達因/cm2之間,在另一個示例中，所示的膜應力在大約0.8E9達因/cm2到大約-0.8E9達因/cm2之間，隨著氮化時間增加,膜應力從正到負移動。曲線圖420所示的X軸上是以瓦計算的氮化RF功率，y軸上是以達因/cm2計算的膜應力。在一個示例中，所示的膜應力在大約1E9達因/cm2到大約-1E9達因/cm2之間,在另一個示例中，所示的膜應力在大約0.5E9達因/cm2到大約-0.6E9達因/cm2之間，隨著氮化RF功率增加,膜應力從正到負移動。因此,可以將膜應力調整到基于等離子體處理時間、所應用的RF功率、和/或等離子體循環數量的水平。圖5是根據本發明的示例性實施例示出的層的示例性膜密度的曲線圖500。在一個示例中，所示的TiN層的膜密度大于大約4gm/cm3，而在另一個示例中，大于大約4.8gm/cm3。可以將膜密度調整到基于會對沉積層的晶粒大小和微觀結構造成影響的等離子體處理時間、所應用的RF功率、和/或等離子體循環數量的水平。參照圖6，根據本發明的實施例示出了一種制造金屬硬掩模的系統600。系統600包括反應室610 (例如，CVD室)，其具有被配置為支撐襯底614的第一電極612和設置在第一電極612和襯底614的上方的第二電極616。系統600進一步包括至少一種反應氣體源620和至少一個載氣源630，其每個可操作用于與反應室610相接合，從而將至少一種反應氣體和至少一種載氣分別流入反應室610。系統600進一步包括與第二電極616相接合的阻抗匹配單元650，以在第一電極612和第二電極616之間提供射頻(RF)功率。可以將抽頭設置應用于阻抗匹配單兀650,以控制應用于第一電極612和第二電極616之間的RF功率。在沉積操作過程中，可以將第一抽頭設置應用于與第一最大RF功率相對應的阻抗匹配的單元，以及在終止操作或等離子體處理操作過程中，可以將第二抽頭設置應用于與第二最大RF功率相對應的阻抗匹配的單元。將第一 RF功率或電壓源660接合到第一電極612，第二 RF功率或電壓源670接合到阻抗匹配單元650。將泵和排氣饋線680連接到室610，以在PECVD操作過程中提供抽氣效應(pumping)從而在其中建立局部真空的條件，以及在完成晶圓加工操作之后提供氣體排出線，用于將氣體排出系統。在一個示例中，可以將沉積和/或等離子體處理過程中的工藝壓力設定為在大約I托到大約50托之間。室610也可以包括加熱元件，從而根據需要控制室內溫度。在一個示例中，用于沉積和/或等離子體處理的工藝溫度可以是介于大約350攝氏度到大約450攝氏度之間。在一個示例中，室610是一個適于實現上述工藝或方法100和/或方法200的PECVD反應室。例如，可以使用加利福尼亞州的Novellus Corporation of San Jose公司出售的商品名為CONCEPT I的PECVD反應室。也可以使用其他的室進行任何上述方法。根據一個方面，第一電極612與第二電極616相對設置,兩者之間有一個間隙，以及襯底614設置在第一電極612和第二電極616之間。根據另一個方面，第一電極612可以作為陽極，并對其提供來自第一 RF功率源660的低頻RF (LFRF)，第二電極616可以作為陰極，并對其提供來自第二 RF功率源670的高頻RF (HFRF)。在一個實施例中，第二電極616可以包括被可操作地定位成與第一電極相鄰并被配置為從供氣源(例如，反應氣源620、載氣源630)提供氣態反應物到室610中的蓮蓬頭(shower head)電極。在其它實施例中，氣態反應物可以通過與第二電極分離的進口或通過其他方式進入室610。第一電極612被配置為支撐至少一個襯底，例如，半導體晶圓形式或電介質襯底形式的襯底。在本文中所使用的術語“支撐”和與第一電極相連接用于表示在所需的方向上保持或放置一個或多個襯底，從而發生化學汽相沉積。因此，除了所示的水平位置以外，襯底可以在其他方向上被支撐、保持或放置。此外，雖然示出了平行板PECVD反應室，也可以使用其他適用于實施本發明的方法的RF功率系統，例如，美國專利號6，705，246所描述的感應線圈PECVD反應室，該公開文本通過引證結合在此。此外，雖然圖中所示的室610具有兩個電極，然而應該理解，該系統可以使用的反應室和方法并不僅限于兩個電極。此外，雖然在圖中示出的是對單一的襯底進行處理，但是在其他實施例中，可以將反應室配置為對多個襯底進行處理。根據一個方面，襯底614在不同的制造階段可以包括各種半導體器件、和/或其他合適的有源和/或無源器件。示例性的半導體器件包括集成電路，其具有包括互補MOSFET (CMOS)部件、CIS、和/或其他合適的有源和/或無源器件的金屬_絕緣體_半導體場效應晶體管(MOSFET)。在一個實施例中，襯底可以包括使用基于CMOS工藝設計和形成的集成電路(或其部分)。然而，具有由其他半導體制造技術形成的器件(例如，集成電路)的襯底也在所描述的方法的范圍內。在一個實施例中，襯底614可以包括半導體襯底，也可以包括硅，或者可選地包括硅鍺、鎵砷、或其他合適的半導體材料。半導體襯底可以包括底層、器件、接合點、和其他在之前的工藝步驟或在之后的工藝步驟中形成的部件(未顯示)。根據一個方面，每個反應氣源620和載氣源630可以包括多個存儲器(reservoir)，并且可以通過饋線622、632、和常見的氣體饋線642與室640相接合。可以將分別來自反應氣源620和稀釋氣源630的至少一種反應氣體和至少一種載氣提供到預混合室640中，從而在流入反應室610之前將其預混合成基本均勻的混合氣體。在一個示例中，預混合室640被設置為直接與室610相鄰。反應氣體源620可以包括傳統起泡室、加熱線圈、關閉閥門、和/或輸出端口。在一個示例中，反應氣源620可以提供各種反應氣體，這取決于所需要沉積的金屬層，例如，鈦層、氮化鈦層、鉭層、或氮化鉭層。在一個示例中，反應氣體可以包括但不僅限于鹵素鈦氣體(例如，TiCl4)、有機鈦氣體(例如，四_( 二甲基氨基)鈦(TDMAT)、四-(乙酰氨基)鈦(TDEAT))、鹵素鉭氣體、有機鉭氣體、及其組合組成的組。在另一個例子中，含氮的氣體(例如，含有氮氣或氨氣)可以被包含作為反映氣體。雖然圖中示出的是單一的反應氣源620，但是，系統600可以根據需要包括多個反應氣源，并且以與反應氣源620相似的方式與反應室610相接合。載氣源630可以包括加熱器線圈、關閉閥門、和/或輸出端口，并且可以提供各種載體氣體，包括但不限于氦氣、気氣、和氫氣。雖然無需示出，但是反應氣體和載氣可以通過各種裝置(例如，流線、壓力調節器、閥門、質量流量控制器、或其他流量控制器、歧管、和/或調節器)從反應氣源620和載氣/稀釋氣源630流入反應室610中。在一個示例中，質量流量控制器可以是電子式的，其中，可以建立變量設定點，以提供恒定的選擇氣體流速，從而自動補償外部參數的變化，例如，該系統的各個流線中的溫度的變化和壓力的變化。歧管(manifold)可以用于提供各種組合氣體的預混合。可以提供具有關閉閥門的饋線622和632，使其可以在任何時間啟動和關閉系統操作。在反應氣源620和/或載氣源630中也可以包括關閉閥門。系統600可以進一步包括吹掃(purge)氣源，其可操作地接合到室610以在沉積開始之前將吹掃氣體流入室610中，也可用于沖洗系統。吹掃氣源可以提供各種吹掃氣體，包括但不僅限于氮氣或IS氣。在一個示例性操作中，襯底614可以是設置在陽極的上表面上的硅晶圓或電介質襯底，并且硅晶圓可能已經朝著完成最終的或完整的集成電路被處理至各個階段。例如，可能已經處理至將導電互連條沉積和互連到晶圓的表面上，晶圓的上方已經準備好容納氧化硅或氮化硅或兩者的保護電介質涂層的階段。在一個實施例中，可以改變從低頻RF源660和高頻RF源670接收的功率比，以改變電介質層從高拉伸狀態到高壓縮狀態的應力。在一個示例中，高頻RF源670可以在13.56兆赫操作，并且低頻RF源660可以在10-400千赫之間操作。例如，應用于PECVD反應室的總RF功率介于大約O瓦到大約200瓦之間。雖然示出了兩個RF功率源660和670，但是在另一實施例中，可以使用單一的RF功率源對每個電極612和616施加RF功率。美國專利號6705246的文本中示出并且描述了 RF功率分配器和單一的RF功率源的示例，之前已經將其公開文本通過引證結合在此。如圖所示，高頻RF信號源670通過阻抗匹配單元650連接用以阻抗匹配，其可以基本上阻止高頻RF功率被反射回RF源670，以及使由等離子體吸收RF功率的量最大化。阻抗匹配單元650包括被配置為阻抗匹配和將應用于反應室610的第一電極612和第二電極616之間的功率最大化的各種電容和電感元件。可以將抽頭設置應用于與第二電極相接合的阻抗匹配單元，以在第一和第二電極之間提供最大射頻(RF)功率。與應用最大射頻功率相對應的抽頭設置可以取決于各種工藝參數。RF源660和670被配置為向電極提供RF功率，其有利于在處理室中實現等離子體處理環境，以及提供與襯底相關的所需偏置。例如，電極之間的功率差可以有利于離子或離子種類向主體襯底加速，其可以增強共形覆蓋面和/或使膜或層的組成更均勻。本領域的技術人員通過以可控的方式修改反應氣源以沉積除了以上具體描述的材料之外的材料也在本發明和所附權利要求的范圍內。此外,對于至少一些上述工藝,也可以在室溫下操作反應氣源和載氣源，從而如前面所述，消除加熱元件。也就是，上述設置在氣體源和反應室610之間的各種蒸汽和氣體輸送管線可以相對較短，從而使系統的輸送管線在室溫下獲得足夠的汽相流率(vapor flow rate)。在所有的上述示例中，選擇在大約300攝氏度到500攝氏度之間的寬泛的溫度范圍內操作反應室610，取決于較高的溫度是否會不適當地削弱對半導體結構的處理。在一個示例中，工藝溫度在大約350攝氏度到大約450度攝氏之間的范圍內。因此，在以下所附的權利要求的范圍內清楚地描述了這些以及其他工藝和材料的改變。因此，本公開提供了各種實施例。根據一個實施例，一種用于制造金屬硬掩模的方法包括，將至少一種金屬反應氣體流入被配置為進行化學汽相沉積(CVD)的反應室中，其中，該至少一種金屬反應氣體包括，金屬鹵素氣體或金屬有機氣體。該方法進一步包括，使用至少一種金屬反應氣體通過CVD沉積金屬硬掩模層。根據一個方面，該方法可以進一步包括，調節沉積的硬掩模金屬層的應力和/或密度與沉積的硬掩模金屬層上的等離子體處理。等離子體處理可以包括，停止流入至少一種金屬反應氣體，以及使用由至少一種載氣形成的等離子體轟擊沉積的硬掩模TiN層。在另一個實施例中，一種用于制造金屬硬掩模的方法包括，將至少一種金屬反應氣體和至少一種載氣流入被配置為進行化學汽相沉積(CVD)的反應室，其中，該至少一種金屬反應氣體包括，鹵素鈦氣體或有機鈦氣體。該方法進一步包括，使用至少一種金屬反應氣體和至少一種載氣通過CVD沉積硬掩模氮化鈦層。根據一個方面，該方法可以進一步包括，調節沉積的硬掩模TiN層的應力和/或密度與沉積的硬掩模TiN層上的等離子體處理，以及實施多個硬掩模TiN層CVD和等離子體處理的周期，以形成多個硬掩模TiN層，每個硬掩模TiN層逐層向上沉積。
在其他實施例中，金屬硬掩模包括使用具有金屬鹵素氣體或金屬有機氣體的至少一種金屬反應氣體通過化學汽相沉積(CVD)沉積的鈦硬掩模層金屬層或鉭硬掩模金屬層，其中，鈦硬掩模金屬層是使用鈦金屬鹵素前體或有機鈦前體通過等離子體增強化CVD(PECVD)或有機金屬CVD(MOCVD)沉積的，以及其中，鉭硬掩模金屬層是使用鉭鹵前體或鉭有機前體通過PECVD或MOCVD沉積的。優選地，本發明提供了用于制造金屬硬掩模方法和系統，以及由該方法和系統形成的大致無應力或少應力的高密度硬掩模，例如，大于大約4g/cm3。這些方法由于無需傳統的后沉積退火工藝而得到簡化，從而提高了熱預算，同時保持了器件性能并且確保了高-k完整性。因此，可以不需要后沉積退火操作制造硬掩模。盡管本已經詳細地描述了發明的實施例，但是本領域的技術人員應該理解，可以在不背離所附權利要求限定的本發明主旨和范圍的情況下，可以做出各種不同的改變、替換和更改。因此，所附權利要求應該包括本申請范圍內的這種不同的改變、替換和更改。在權利要求中，手段加功能的條款用于概括此處所述的結構，從而實施所述功能，并且不僅結構等同，也等同于結構。
權利要求
1.一種制造金屬硬掩模的方法，所述方法包括: 將至少一種金屬反應氣體流入被配置為進行化學汽相沉積(CVD)的反應室中，其中，所述至少一種金屬反應氣體包括金屬鹵素氣體或金屬有機氣體；以及 使用所述至少一種金屬反應氣體通過CVD沉積硬掩模金屬層。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述至少一種金屬反應氣體選自由鹵素鈦氣體、有機鈦氣體、鉭鹵素氣體、以及鉭有機氣體組成的組。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，沉積所述硬掩模金屬層包括，通過等離子體增強型CVD (PECVD)或金屬有機CVD (MOCVD)沉積鈦層、氮化鈦層、鉭層、或氮化鉭層。
4.根據權利要求1所述的方法，進一步包括，利用對所沉積的硬掩模金屬層進行的等離子體處理來調節所沉積的硬掩模金屬層的應力和/或密度。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述硬掩模金屬層的應力被調節為介于大約1E9達因/cm2到 大約-1E9達因/cm2之間，以及所述硬掩模金屬層的密度被調節為大于大約4g/3cm ο
6.根據權利要求4所述的方法，其中，所述等離子體處理包括，停止所述至少一種金屬反應氣體流入所述反應室，以及使用由氮氣、氨氣、氬氣、氦氣、氫氣、或其組合形成的等離子體轟擊所沉積的硬掩模金屬層。
7.根據權利要求4所述的方法，進一步包括，進行多次循環的硬掩模金屬層CVD和等離子體處理，以形成多個硬掩模金屬層，向上逐層沉積每個硬掩模金屬層。
8.根據權利要求1所述的方法，進一步包括，將第二反應氣體流入所述反應室中，其中，所述第二反應氣體選自由氮氣和氨氣組成的組。
9.一種制造氮化鈦(TiN)硬掩模的方法，所述方法包括: 將至少一種金屬反應氣體和至少一種載氣流入被配置為進行化學汽相沉積(CVD)的反應室中，其中，所述至少一種金屬反應氣體包括鹵素鈦氣體或有機鈦氣體；以及 使用所述至少一種金屬反應氣體和所述至少一種載氣通過CVD沉積硬掩模TiN層。
10.一種金屬硬掩模，包括: 鈦硬掩模金屬層或鉭硬掩模金屬層，由包括金屬氯化物氣體或金屬碳化物氣體的至少一種金屬反應氣體通過化學汽相沉積(CVD)沉積而成， 其中，所述鈦硬掩模金屬層是使用齒素鈦前體或有機鈦前體通過等離子體增強型CVD (PECVD)或有機金屬CVD(MOCVD)沉積而成，以及 其中，所述鉭硬掩模金屬層是使用齒素鉭前體或有機鉭前體通過PECVD或MOCVD沉積。
全文摘要
本發明提供了金屬硬掩模的制造方法和由這些方法制造的金屬硬掩模。方法包括將至少一種金屬反應氣體流入被配置為進行化學汽相沉積(CVD)的反應室中，其中，至少一種金屬反應氣體包括，金屬鹵素氣體或金屬有機氣體。該方法進一步包括，使用至少一種金屬反應氣體通過CVD沉積金屬硬掩模層。
文檔編號C23C16/44GK103199007SQ20121017512
公開日2013年7月10日 申請日期2012年5月30日 優先權日2012年1月5日
發明者林思宏, 吳林榮, 楊琪銘, 林進祥 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司