[发明专利]碳化金属薄膜的蒸镀方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在半导体制程中，形成碳化金属薄膜，并将所述碳化金属薄膜用作硬质遮罩的方法。更详细而言，涉及一种碳化金属薄膜的蒸镀方法。

背景技术

在半导体制造制程中，随着图案微小化，为了确保曝光(photo-lithography)制程的解析度而持续减小感光膜(photoresist)的厚度。

因此，在蚀刻的下层膜较厚的情况下，存在感光膜图案率先被去除或受损而在下层膜图案中发生不良的问题，因此近年来主要在感光膜的下部格外形成非晶质碳膜(ACL，amorphous carbon layer)而用作硬质遮罩(hardmask)。

然而，在最近的三维垂直堆叠型与非闪存(3D V-NAND flash)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)的电容器(capacitor)制程等中，需要进行如下等精确的控制：使用数微米(μm)厚度的绝缘膜形成纵横比(A/R，aspect ratio)为30∶1以上的图案，并且需使蚀刻图案的基板内临界尺寸(critical dimension，CD)均匀度为0.5％以下。

然而，在以往的非晶质碳膜硬质遮罩中，即便与氧化膜(SiO₂)的蚀刻选择比为3∶1至4∶1的水准也不足，仍难以实现下层膜图案，故而对可代替所述非晶质碳膜硬质遮罩的高选择比的新颖的硬质遮罩物质的需求持续增大。

为了解决如上所述的问题而开发有如下方法：在形成碳膜的过程中，格外投入含氮的烃源气体而增加薄膜的密度，由此形成增加蚀刻选择比的掺杂有氮的非晶质碳膜。

然而，所述方法因将具有苯结构的单体(monomer)用作前驱物(precursor)而在薄膜内形成非常多的多孔性(porous)结构，故而在增加薄膜的密度中存在极限，不足以将蚀刻选择比增加至最近要求的水准。

为了应对如上所述的问题，再次对以往所使用的金属硬质遮罩物质进行研究。

作为一例，开发有利用钨(tungsten)薄膜对金属层间绝缘膜(IMD，inter-metal dielectrics)进行蚀刻的方法。

然而，在此情况下，存在如下问题：所蒸镀的钨薄膜具有柱状(columnar)的大晶粒结构(large grain size)，因此沿蚀刻速度相对较快的晶粒界面(grain boundary)蚀刻的下层膜图案的侧壁变粗糙，产生蚀刻残留物。

另外，在蚀刻后去除所述硬质遮罩的情况下，存在如下问题：钨的晶粒较大而难以去除，去除钨的下层膜表面也变粗糙。

因此，所述方法难以应用到最近的需实现超微小图案的半导体元件制造制程中。

发明内容

[发明欲解决的课题]

本发明的目的在于提供一种为了增加随着下层膜的厚度增加而要求更高的值的硬质遮罩物质的蚀刻选择比，利用包括金属及碳的前驱物，通过等离子体加强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)方式蒸镀碳化金属薄膜的方法。

另外，本发明的另一目的在于提供一种为了解决以往在将钨薄膜用作硬质遮罩而对下层膜进行蚀刻的制程、与去除硬质遮罩的制程中，因钨的晶粒尺寸而在形成微小图案时，基板内或基板间CD均匀度及蚀刻均匀度下降的问题，蒸镀明显地减小晶粒尺寸的非晶质碳氮化钨薄膜的方法。

另外，本发明的另一目的在于提供一种可通过调节碳化金属薄膜中所包括的金属与碳的相对含量而明显地降低碳化金属薄膜的整体内部应力的蒸镀非晶质碳氮化钨薄膜的方法。

[解决课题的手段]

通过包括如下步骤的碳化金属薄膜的蒸镀方法来达成如上所述的目的：第一步骤，将包括金属及碳(C)的单一前驱物气化而供给到反应器内；以及第二步骤，在所述反应器内产生等离子体，分解经气化的所述前驱物而在经加热的基板上蒸镀碳化金属(metallic carbon)薄膜。

此处，所述单一前驱物中的金属可为钨(W)，所述单一前驱物还可包括氮(N)。另外，所述单一前驱物可为双(叔丁基胺)双(二甲基胺)钨[bis(tert-butyl-imido)bis(dimethyl-amido)tungsten，TBIDMW]。

另一方面，所述碳化金属薄膜中的钨的含量可为25％至50％的原子含量(atomic percent)。

另外，所述碳化金属薄膜的晶粒尺寸(grain size)可为3nm以下。

进而，所述碳化金属薄膜可为非晶质。