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TWI713961B - 針對碳化鎢膜改善附著及缺陷之技術 - Google Patents

針對碳化鎢膜改善附著及缺陷之技術 Download PDF

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Abstract

本揭露內容之實作一般與硬遮罩膜和用於沉積硬遮罩膜之方法有關。更具體而言，本揭露內容之實作一般與碳化鎢硬遮罩膜和用於沉積碳化鎢硬遮罩膜之製程有關。在一個實作中，提供了形成碳化鎢膜之方法。所述方法包含以下步驟：於第一沉積速率下，在基板之含矽表面上形成碳化鎢初始層。所述方法進一步包含以下步驟：於第二沉積速率下，在碳化鎢初始層上形成碳化鎢膜，其中第二沉積速率大於第一沉積速率。

Description

針對碳化鎢膜改善附著及缺陷之技術
本揭露內容之實作一般與硬遮罩膜和用於沉積硬遮罩膜之方法有關。更具體而言，本揭露內容之實作一般與碳化鎢硬遮罩膜和用於沉積碳化鎢硬遮罩膜之製程有關。
積體電路已演變成複雜的裝置，而可於單一晶片上包括數百萬個電晶體、電容器及電阻器。晶片設計的演變持續涉及更快的電路以及更高的電路密度。對更快速的電路及更高的電路密度的需求增強了對用於製造此種積體電路之材料的相應需求。具體而言，當積體電路部件之維度縮小至次微米等級時，低電阻導電材料還有低介電常數絕緣材料被用來從此種部件獲得適當的電氣表現。
對於更高積體電路密度的需求亦產生了對於用在積體電路部件的製造的製程程序的需求。舉例而言，在使用傳統光微影技術的製程程序中，可在設置在基板上之材料層的堆疊上方形成能量敏感阻劑層。能量敏感阻劑層暴露於圖案的影像，以形成光阻劑遮罩。其後，使用蝕刻製程將遮罩圖案轉移至堆疊的一或多個材料層。可選擇蝕刻製程中使用的化學蝕刻劑，使得對堆疊的材料層之蝕刻選擇性大於對能量敏感阻劑的遮罩之蝕刻選擇性。亦即，化學蝕刻劑會以比蝕刻能量敏感阻劑快得多的速率來蝕刻材料堆疊的一或更多個層。堆疊的一或多個材料層相對於阻劑的蝕刻選擇性可避免能量敏感阻劑在完成圖案轉移之前被消耗。因此，高選擇性蝕刻劑能提升精確的圖案轉移。
隨著圖案維度縮小，能量敏感阻劑的厚度也相應地縮小，以便控制圖案解析度。由於化學蝕刻劑的侵蝕，這樣薄的阻劑層可能不足以在圖案轉移過程中遮蓋下方材料層。因為對化學蝕刻劑具有更大的抵抗力，通常在能量敏感阻劑層與下方材料層之間使用稱為硬遮罩之中間層(如，氧氮化矽、碳化矽或碳膜)，以促進圖案轉移。目標是具有高蝕刻選擇性和高沉積速率之硬遮罩材料。隨著臨界維度(CD)縮減，現有的硬遮罩材料缺乏相對於下方材料之目標蝕刻選擇性，且通常難以沉積。
因此，本案所屬技術領域中需要改良的硬遮罩層及用於沉積改良的硬遮罩層之方法。
本揭露內容之實作一般與硬遮罩膜和用於沉積硬遮罩膜之方法有關。更具體而言，本揭露內容之實作一般與碳化鎢硬遮罩膜和用於沉積碳化鎢硬遮罩膜之製程有關。在一個實作中，提供了形成碳化鎢膜之方法。所述方法包含以下步驟：於第一沉積速率下，在基板之含矽表面上形成碳化鎢初始層。所述方法進一步包含以下步驟：於第二沉積速率下，在碳化鎢初始層上形成碳化鎢膜，其中第二沉積速率大於第一沉積速率。
在另一個實作中，提供了形成碳化鎢膜之方法。所述方法包含以下步驟：於第一沉積速率下，在基板之含矽表面上形成碳化鎢初始層，包含以下步驟：於第一PECVD製程中，將含矽表面暴露於包含WF6 、C3 H6 及可選的H2 之第一反應性氣體，第一PECVD製程包括處於約2托耳至約10托耳的範圍內之第一壓力下之約100瓦或更小的第一RF電漿功率。所述方法進一步包含以下步驟：於第二沉積速率下，在碳化鎢初始層上形成碳化鎢膜，包含以下步驟：於一第二PECVD製程中，將碳化鎢初始層暴露於包含WF6 、C3 H6 及H2 之第二反應性氣體，第二PECVD製程包括處於在約2托耳至約10托耳的範圍內之第二壓力下之約500瓦或更大的第二RF電漿功率。該第二沉積速率大於該第一沉積速率。
在又一實作中，提供了形成碳化鎢膜之方法。所述方法包含以下步驟：於第一沉積速率下，在基板之含矽表面上形成碳化鎢初始層，包含以下步驟：於第一PECVD製程中，將含矽表面暴露於包含WF6 、C3 H6 及可選的H2 之第一反應性氣體，第一PECVD製程包括處於在約2托耳至約10托耳的範圍內之第一壓力下之約100瓦或更小的第一RF電漿功率。所述方法進一步包含以下步驟：於第二沉積速率下，在碳化鎢初始層上形成碳化鎢膜，包含以下步驟：於第二PECVD製程中，將碳化鎢初始層暴露於包含WF6 、C3 H6 及H2 之第二反應性氣體，第二PECVD製程包括處於在約2托耳至約10托耳的範圍內之第二壓力下之約500瓦或更大的第二RF電漿功率。第二沉積速率大於第一沉積速率。碳化鎢初始層具有在約10 Å至約200 Å的範圍內之厚度。碳化鎢膜具有大於約5,000 Å或更大之厚度。
以下揭示內容描述了用於在基板上沉積碳化鎢(WC)硬遮罩膜之技術。在以下敘述和第1至3C圖中闡述了相當的細節，以提供對本揭示內容的各種實作的徹底理解。以下揭示內容未闡述常與電漿處理及硬遮罩沉積有關之已知結構及系統的其他細節，以避免不必要地模糊各種實作的描述。
圖式中所示的許多細節、維度、角度及其他特徵僅是對特定實作的圖解。因此，其他實作可具有其他細節、部件、維度、角度和特徵而不悖離本揭示內容的精神或範疇。此外，可在沒有以下描述之數個細節的情況下實現本揭示內容之進一步實作。
本文所述實作將參照PECVD製程描述如下，可利用任何合適的薄膜沉積系統進行PECVD製程。合適的系統之實例包括CENTURA®系統(其可使用DXZ®處理腔室)、PRECISION 5000®系統、PRODUCER®系統、PRODUCER® GTTM 系統、PRODUCER® XP PRECISIONTM 系統及PRODUCER® SETM 系統，所述系統可從美國加州聖克拉拉的應用材料股份有限公司購得。其他能進行PECVD製程的工具亦可適用而受惠於本文所述之實作。此外，任何能施行本文所述之PECVD製程的系統可有利使用。本文所述之設備描述為舉例說明，故不應推斷或解釋為限定本文所述之實作的範圍。
本揭示內容之實作一般與硬遮罩膜和用於沉積硬遮罩膜之方法有關。更具體而言，本揭露內容之實作一般與碳化鎢硬遮罩膜和用於沉積碳化鎢硬遮罩膜之製程有關。已在實驗上證明碳化鎢膜作為硬遮罩具有高蝕刻選擇性。然而，使用碳化鎢膜面臨諸多挑戰。舉例而言，碳化鎢膜對下方基板(如，氧化物、氮化物或矽)的附著性不佳。此外，這些碳化鎢膜很難附著至腔室部件的表面，這會在處理期間導致沉積物剝落。一種現有解決方案涉及在下方基板與碳化鎢膜之間使用硼介面層。然而，使用諸如硼介面層等不同的材料層使後續蝕刻化學複雜化。另一種現有解決方案涉及在沉積碳化鎢膜之前，以氫和氮電漿處理下方表面。然而，氫被證明對某些腔室部件具有腐蝕性，導致所沉積之膜中的過量缺陷。本文所述之實作能藉由將碳化鎢初始層沉積在下方表面上，而將碳化鎢硬遮罩膜沉積在氧化物、氮化物或裸矽表面上。在比後續沉積之碳化鎢膜更低的沉積速率下，沉積碳化鎢初始層。本案發明人已驚訝地發現到，在沉積主體碳化鎢膜之前沉積碳化鎢初始層顯著地增進了主體碳化鎢膜對下方基板的附著。此外，由於碳化鎢初始層包含了與主體碳化鎢膜相同的材料，因而可使用相同的蝕刻化學物來蝕刻碳化鎢初始層和碳化鎢主體膜二者。因此，本文描述之碳化鎢初始層能以良好的附著度將碳化鎢膜沉積在例如，氧化物(如，SiO2 )、氮化物(如，SiN)、a-Si、氧化物-氮化物堆疊、矽、多晶矽等各種基板或層上。
第1圖描繪可用於進行本文所述之實作之PECVD基板處理系統132的示意剖面圖。PECVD基板處理系統132包括處理腔室100耦接至氣體分配盤130和控制器110。處理腔室100通常包括頂壁124、側壁101及底壁122，所述頂壁124、側壁101及底壁122界定處理容積126。在處理腔室100的處理容積126中提供支撐基座150，用於支撐基板。支撐基座150由軸桿160支撐，且通常可由鋁、陶瓷及其他合適的材料製成。可使用位移機構(未繪示)在處理腔室100內於垂直方向上移動支撐基座150。
支撐基座150可包括加熱器元件170，加熱器元件170適於控制支撐在支撐基座150的表面192上之基板190的溫度。可將加熱器元件170埋設於支撐基座中。可藉由從電源106施加電流至加熱器元件170，而電阻式加熱支撐基座150。加熱器元件170可由包覆於鎳-鐵-鉻合金（例如INCOLOY® ）鞘管的鎳-鉻絲製成。從電源106供應之電流由控制器110調控，以控制加熱器元件170產生之熱，從而使基板190和支撐基座150在膜沉積期間維持在實質恆定的溫度下。可調節供應電流以選擇性地將支撐基座150的溫度控制在約100攝氏度至約700攝氏度之間。
在某些實作中，可將諸如熱耦之溫度感測器172埋設於支撐基座150中，以監控支撐基座150的溫度。所量測之溫度由控制器110用於控制供應至加熱器元件170的功率，以將基板維持在目標溫度下。
真空泵102耦接至形成於處理腔室100之底部中的埠。真空泵102用於在處理腔室100中維持目標氣壓。真空泵102亦可將後處理氣體和製程的副產物排出處理腔室100。
PECVD基板處理系統132可進一步包括附加裝備來控制腔室壓力，例如設在處理腔室100與真空泵102間的閥(例如，節流閥和隔離閥)，用以控制腔室壓力。
具有複數個孔128之噴灑頭120設置於處理腔室100的頂部，位於支撐基座150上方。噴灑頭120的孔128用於將製程氣體導入處理腔室100內。孔128可具有不同尺寸、數量、分佈、形狀、設計和直徑，以就不同製程需求協助各種製程氣體之流動。噴灑頭120連接至氣體分配盤130，氣體分配盤130容許在處理期間供應各種氣體至處理容積126。在一個實作中，由出自噴灑頭120之製程氣體混合物形成電漿，以加強製程氣體的熱分解，致使材料沉積於基板190的表面191上。
噴灑頭120和支撐基座150可構成處理容積126中的一對分隔電極。一或多個RF電源140經過匹配網路138提供偏壓電位至噴灑頭120，以助於在噴灑頭120與支撐基座150之間產生電漿。或者，RF電源140和匹配網路138可耦接至噴灑頭120、支撐基座150，或耦接至噴灑頭120和支撐基座150二者，或耦接至設置在處理腔室100外部的天線(未繪示)。在一個實作中，RF電源140可以約50 kHz至約13.6 MHz的頻率提供約100瓦至約3,000瓦。在另一個實作中，RF電源140可以約50 kHz至約13.6 MHz的頻率提供約500瓦至約1,800 瓦。
控制器110包括中央處理單元(CPU) 112、記憶體116和支援電路114，用以控制處理程序及調節來自氣體分配盤130的氣體流量。CPU 112可為任一用於工業設定的通用電腦處理器類型。軟體常式可儲存於記憶體116，例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟、硬碟或另一類型的數位儲存器。支援電路114耦接至CPU 112，且可包括高速緩衝記憶體、時脈電路、輸入/輸出系統、電源等。透過許多信號電纜可操縱控制器110與PECVD基板處理系統132的各種部件間的雙向通信，信號電纜統稱信號匯流排118，部分信號電纜乃圖示於第1圖。
第2圖描繪根據本揭示內容的一個實作之用於在設置於基板上之膜堆疊上形成碳化鎢硬遮罩層之方法200的流程圖。形成在膜堆疊上之碳化鎢硬遮罩層可被用來，例如，在膜堆疊中形成階梯狀結構。第3A至3C圖為繪示根據方法200之用於在設置於基板上之膜堆疊上形成碳化鎢硬遮罩層的序列之剖面示意圖。儘管下文是參照可在膜堆疊(所述膜堆疊用以在膜堆疊中製造階梯狀結構供三維半導體裝置所用)上形成之硬遮罩層來描述方法200，但方法200也可有利地用在其他裝置製造應用中。
方法200藉由將基板(如第3A圖中描繪之基板300)安置在處理腔室(如第1圖中描繪之PECVD基板處理系統132的處理腔室100)內，而始於操作210。在一個實作中，基板包括暴露的表面。在一個實作中，基板300類似於第1圖中所描繪的基板190。在某些實作中，暴露的表面選自暴露的氧化物表面(如，SiO2 )、暴露的氮化物表面(如，SiN)、暴露的a-Si表面、氧化物-氮化物堆疊、暴露的矽表面，或暴露的多晶矽表面。在一個實作中，暴露的表面為氧化物表面。氧化物表面可為任何合適的氧化物，包括但不限於，氧化矽。在某些實作中，基板包含矽，且氧化物表面包含氧化矽。氧化物表面可為原生氧化物或生長的氧化物。舉例而言，表面可因暴露於空氣之故而形成原生氧化物，或者表面可經氧化而形成具有預定厚度之氧化物膜。在一個實作中，暴露的表面為氮化物表面。氮化物表面可為任何合適的氮化物，包括但不限於，氮化矽。
在一個實作中，可將基板300安置在支撐基座上，例如，在支撐基座150之表面192上。基板300可為矽系材料，或視需求而為任何合適的絕緣材料或導電材料，基板300可具有膜堆疊304設置在基板300上，可利用膜堆疊304來形成膜堆疊304中之結構302，如階梯狀結構。
如描繪於第3A圖中之範例實作所示，基板300可具有實質平坦的表面、不平的表面，或具有在其上形成的結構之實質平坦的表面。在基板300上形成膜堆疊304。在一個實作中，可於前端或後端製程中，利用膜堆疊304來形成閘極結構、接觸結構或互連結構。可於膜堆疊304上進行方法200，以於膜堆疊304中形成階梯狀結構，所述階梯狀結構可用於記憶體結構(如NAND結構)中。在一個實作中，基板300的材料可以為，例如，晶體矽(如， Si＜100＞或Si＜111＞)、氧化矽、應變矽、矽鍺、摻雜的或未摻雜的多晶矽、摻雜的或未摻雜的矽基板及圖案化或未圖案化的基板矽或絕緣體上矽(SOI)、碳摻雜的氧化矽、氮化矽、摻雜的矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石。基板300可具有各種尺寸，如200-mm、300-mm及450-mm，或其他直徑的基板，還可以是矩形或正方形面板。除非另有說明，否則本文所述之實作及實例在具有200-mm直徑、300-mm直徑或450-mm直徑之基板的基板上進行。在利用SOI結構作為基板300的一個實作中，基板300可包括設置在矽晶體基板上之埋入式介電層。在本文所描繪之實作中，基板300可為晶體矽基板。
在一個實作中，設置於基板300上之膜堆疊304可具有數個垂直堆疊的層。膜堆疊304可包含重複形成於膜堆疊304中之成對(pair)的第一層(繪示為308a1 、308a2 、308a3 、······、308an )及第二層(繪示為308b1 、308b2 、308b3 、······、308bn )。所述對(pair)包括交替的第一層(繪示為308a1 、308a2 、308a3 、······、308an )及第二層(繪示為308b1 、308b2 、308b3 、······、308bn )，所述交替的第一層及第二層重複地形成，直到達成第一層及第二層之對的目標數量為止。
膜堆疊304可為半導體晶片(如三維記憶體晶片)的一部分。儘管第3A至3C圖中繪示第一層(繪示為308a1 、308a2 、308a3 、······、308an )和第二層(繪示為308b1 、308b2 、308b3 、·····、308bn )的三重複層，請注意到，可根據需要利用第一和第二層之任何目標數量之重複對。
在一個實作中，可利用膜堆疊304來形成多閘極結構用於三維記憶體晶片。形成於膜堆疊304中之第一層308a1 、308a2 、308a3 、······、308an 可為第一介電層且第二層308b1 、308b2 、308b3 、······、308bn 可為第二介電層。可利用來形成第一層308a1 、308a2 、308a3 、······、308an 和第二層308b1 、308b2 、308b3 ,······、308bn ，之合適介電層包括氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、碳化矽、氧碳化矽、氮化鈦、氧化物及氮化物的複合物、夾著氮化物層之至少一或多個氧化物層，及前述者的組合等。在某些實作中，介電層可為具有大於4的介電常數之高-k材料。高-k材料的合適實例包括：二氧化鉿(HfO2 )、二氧化鋯(ZrO2 )、氧化鉿矽(HfSiO2 )、氧化鉿鋁(HfAlO)、氧化鋯矽(ZrSiO2 )、二氧化鉭(TaO2 )、氧化鋁、鋁摻雜的二氧化鉿、鉍鍶鈦(bismuth strontium titanium；BST)，及鉑鋯鈦(platinum zirconium titanium；PZT)等等。
在一個具體實例中，第一層308a1 、308a2 、308a3 、······、308an 為氧化矽層，且第二層308b1 、308b2 、308b3 、······、308bn 為設置於第一層308a1 、308a2 、308a3 、······、308an 上之氮化矽層或多晶矽層。在一個實作中，第一層308a1 、308a2 、308a3 ,······、308an 的厚度可受控制在介於約50 Å與約1000 Å之間，如約500 Å，且第二層308b1 、308b2 、308b3 、······、308bn 中之各層的厚度可受控制在介於約50 Å與約1000 Å之間，如約500 Å。膜堆疊304可具有介於約100 Å與約2000 Å之間的整體厚度。在一個實作中，膜堆疊304的整體厚度為約3微米至約10微米，且可隨著技術的進步而變化。
請注意，可在膜堆疊304存在或不存在於基板300上之情況下，在基板300的任何表面或任何部分上形成硬遮罩層。
於操作220，碳化鎢初始層(如碳化鎢初始層310)形成於基板(如基板300)上。在第一沉積速率下形成碳化鎢初始層310，所述第一沉積速率小於後續沉積之碳化鎢膜的沉積速率。在一個實作中，在以下沉積速率下沉積碳化鎢初始層310：20 Å/秒或更小、15 Å/秒或更小、10 Å/秒或更小、5 Å/秒或更小，或2 Å/秒或更小。在一個實作中，在介於約2 Å/秒與約20 Å/秒之間(如，介於約5 Å/秒與約15 Å/秒之間；或介於約5 Å/秒與約10 Å/秒之間)之沉積速率下沉積碳化鎢初始層310。發明人驚訝地發現，在低沉積速率下形成碳化鎢初始層310能增進後續沉積之碳化鎢膜311與下方含矽表面(如，氧化矽)的附著。可觀察到，若沒有碳化鎢初始層310的話，則碳化鎢膜311無法良好地形成在下方含矽表面上。
在某些實作中，碳化鎢初始層310包含位在含矽表面(如第一層308a1 的氧化物表面)之頂部上的碳化鎢膜。本案所屬技術領域中具通常知識者將理解到，碳化鎢初始層310的底部部分可擴散至氧化物表面的頂部。
在一或多個實作中，下方含矽層暴露於反應性氣體，所述反應性氣體包含：在電漿存在下，共同流入處理腔室的製程區域內之WF6 、Ar和C3 H6 及可選的H2 之混合物。用於形成碳化鎢初始層310之反應性氣體可稱作第一反應性氣體，以與其他反應性氣體製程之氣體成分和條件做區別。可在製程的前幾秒內，將C3 H6 流從無流動斜升至預定值。可在製程的前幾秒內，將WF6 流從無流動斜升至預定值。藉由在製程期間改變C3 H6 :WF6 的比值，可微調碳化鎢硬遮罩中之鎢的原子百分比。在某些實作中，C3 H6 和WF6 以2:1或更大之比值(C3 H6 :WF6 )存在於第一反應性氣體中。在某些實作中，存在於第一反應性氣體中之C3 H6 和WF6 的比值(C3 H6 :WF6 )可在約2:1至約10:1的範圍內，或在約10:1至約50:1的範圍內，或在約15:1至約30:1的範圍內，或約20:1。
在某些實作中，第一反應性氣體中之C3 H6 的流動在約2秒至約10秒的範圍中之時間內斜升至最終預定流動速率。在某些實作中，C3 H6 的流動在約8秒、7秒、6秒、5秒、4秒或3秒內斜變至預定值。
在某些實作中，第一反應性氣體中之WF6 的流動在約1秒至約60秒(如，自約2秒至約10秒)的範圍中之時間內斜升至最終預定流動速率。在某些實作中，WF6 的流動在約8秒、7秒、6秒、5秒、4秒或3秒內斜變至預定值。
用於沉積碳化鎢初始層310之PECVD製程包括RF電漿，所述RF電漿在預定頻率下產生，並具有預定功率及壓力。電漿頻率可為任何合適的頻率，包括但不限於，2 MHz、13.56 MHz、40 MHz、60 MHz及100 MHz。在某些實作中，電漿頻率為約13.56 MHz。
在某些實作中，用於沉積碳化鎢初始層310之RF電漿的功率小於約1000瓦。在某些實作中，PECVD製程的任何階段使用之RF功率在約100瓦至約900瓦的範圍內，或在約200瓦至約800瓦的範圍內，或在約300瓦至約700瓦的範圍內，或在約400瓦至約600瓦的範圍內。在某些實作中，RF功率為約500瓦。
製程區域中之壓力可為任何合適的製程壓力。舉例而言，壓力可在約1托耳至約50托耳的範圍內。在某些實作中，壓力在約2托耳至約10托耳的範圍內。在一或多個實作中，壓力大於1托耳且小於50托耳、40托耳、30托耳或20托耳。
取決於，例如，製程條件及待沉積之碳化鎢初始層310的預定厚度，可將下方含矽表面暴露於RF電漿達任何合適的時間。在某些實作中，將下方含矽表面暴露於PECVD製程達約1秒至約60秒(如，約1秒至約30秒)的範圍內之時間。在某些實作中，下方含矽表面暴露於PECVD製程達約10秒，以形成碳化鎢初始層310。
碳化鎢初始層310的厚度可取決於，例如，待沉積之碳化鎢膜311的預定厚度，而變化。在某些實作中，碳化鎢初始層310具有在約10 Å至約200 Å的範圍內之厚度。在一或多個實作中，碳化鎢初始層310具有在約10 Å至約100 Å的範圍內之厚度。在各種實作中，碳化鎢初始層310具有小於約200 Å、150 Å、100 Å或75 Å之厚度。在某些實作中，碳化鎢初始層310具有大於約10 Å、20 Å、30 Å、40 Å、50 Å、60 Å、70 Å、80 Å、90 Å或100 Å之厚度。
於操作230，碳化鎢膜(如碳化鎢膜311)形成在碳化鎢初始層(如碳化鎢初始層310)上。碳化鎢膜311亦稱為硬遮罩層。在第二沉積速率下形成碳化鎢膜311，第二沉積速率大於在先沉積之碳化鎢初始層310的第一沉積速率。在一個實作中，於以下沉積速率下沉積碳化鎢膜311：30 Å/秒或更快、35 Å/秒或更快、40 Å/秒或更快、45 Å/秒或更快，或50 Å/秒或更快。在一個實作中，在介於約30 Å/秒與約50 Å/秒之間(如，介於約30 Å/秒與約40 Å/秒之間；或介於約Å/秒與約10 Å/秒之間)的沉積速率下沉積碳化鎢膜311。在一個實作中，第二沉積速率對第一沉積速率之比值為2:1或更大、3:1或更大、4:1或更大，或5:1或更大。在一個實作中，第二沉積速率對第一沉積速率之比值在約3:1至約5:1的範圍內，或在約3:1至約4:1的範圍內，或約3:1。
在某些實作中，可由第二反應性氣體形成碳化鎢膜311，其中藉由在RF電漿存在下共同流入WF6 、Ar及C3 H6 還有可選的H2 ，而製成第二反應性氣體。用於形成碳化鎢膜311之反應性氣體可稱作第二反應性氣體，以與其他反應性氣體製程之氣體成分和條件做區別。藉由在製程期間改變C3 H6 :WF6 的比值，可微調碳化鎢膜311中之鎢的原子百分比。在某些實作中，C3 H6 和WF6 以2:1或更大之比值(C3 H6 :WF6 )存在於第二反應性氣體中。在某些實作中，存在於第二反應性氣體中之C3 H6 和WF6 的比值(C3 H6 :WF6 )可在約2:1至約10:1的範圍內，或在約10:1至約50:1的範圍內，或在約15:1至約30:1的範圍內，或約20:1。
用於沉積碳化鎢膜311之PECVD製程包括RF電漿，所述RF電漿在預定頻率下產生，並具有預定功率及壓力。電漿頻率可為任何合適的頻率，包括但不限於，2 MHz、13.56 MHz、40 MHz、60 MHz及100 MHz。在某些實施例中，電漿頻率為約13.56 MHz。
在某些實施例中，用於沉積碳化鎢膜311之RF電漿的功率為小於約1000瓦。在某些實施例中，PECVD製程的任何階段使用的RF功率在約100瓦至約900瓦的範圍內，或在約200瓦至約800瓦的範圍內，或在約300瓦至約700瓦的範圍內，或在約400瓦至約600瓦。在某些實施例中，RF功率為約500瓦。
RF電漿之壓力可為任何合適的製程壓力。舉例而言，壓力可在約1托耳至約50托耳的範圍內。在某些實施例中，壓力在約2托耳至約10托耳的範圍內。在一或多個實施例中，壓力大於或等於約1托耳且小於或等於約50托耳、40托耳、30托耳或20托耳。
取決於，例如，製程條件及待沉積之碳化鎢膜311的預定厚度，可將碳化鎢初始層310暴露於RF電漿達任何合適的時間。在某些實作中，碳化鎢初始層310暴露於PECVD製程達約1秒至約60秒的範圍內之時間(如，自約1秒至約30秒)。在某些實作中，碳化鎢初始層310暴露於PECVD製程達約10秒，以形成碳化鎢膜311。
碳化鎢膜311的厚度可取決於，例如，含鎢膜沉積之製程條件，而變化。在某些實作中，碳化鎢膜311具有大於或等於約1000 Å、2000 Å、3000 Å、4000 Å、5000 Å、6000 Å、7000 Å、8000 Å、9000 Å或10000 Å之厚度。在一個實作中，碳化鎢膜311具有大於約5,000 Å或更大之厚度。在一個實作中，碳化鎢膜311的厚度在約5,000 Å至約12,000 Å的範圍內。
各製程階段發生的溫度可與任何其他製程階段相同或不同。可取決於，例如，待形成之裝置的熱預算，來改變溫度。在某些實作中，碳化鎢初始層310及碳化鎢膜311的形成發生在以下溫度下：約100攝氏度至約700攝氏度的範圍內，或在約200攝氏度至約600攝氏度的範圍內，或在約400攝氏度至約550攝氏度的範圍內，或約450攝氏度。
在形成碳化鎢膜311之後，可在蝕刻製程中利用碳化鎢膜311作為圖案化遮罩，來形成三維結構，如階梯狀結構。
因此，提供了用於形成碳化鎢硬遮罩層之方法，可利用所述碳化鎢硬遮罩層來形成階梯狀結構，而階梯狀結構可用於製造半導體裝置之三維堆疊。碳化鎢硬遮罩層可包括碳化鎢初始層及主體碳化鎢膜，而在下方基板與碳化鎢硬遮罩層之間的介面處提供具低表面粗糙度和改良的附著度之接合結構。藉由利用具有針對性的強健膜特性和蝕刻選擇性之碳化鎢硬遮罩層，可使形成在膜堆疊中之所得結構具有改良的維度和輪廓控制，且可增進在半導體結構之三維堆疊應用中之晶片裝置的電氣性能。
綜上所述，本文所述之某些實作能藉由將碳化鎢初始層沉積在下方表面，而將碳化鎢硬遮罩膜沉積在氧化物、氮化物或裸矽表面上。在比後續沉積之碳化鎢膜更低的沉積速率下，沉積碳化鎢初始層。在沉積主體碳化鎢膜之前沉積碳化鎢初始層顯著地增進了主體碳化鎢膜對下方基板的附著。此外，由於碳化鎢初始層包含了與主體碳化鎢膜相同的材料，因而可使用相同的蝕刻化學物來蝕刻碳化鎢初始層和碳化鎢主體膜二者。因此，本文描述之碳化鎢初始層能以良好的附著度將碳化鎢膜沉積在例如，氧化物(如，SiO2 )、氮化物(如，SiN)、a-Si、氧化物-氮化物堆疊、矽、多晶矽等各種基板或層上。
當介紹本揭示內容的元件或範例態樣或其(多個)實作時，冠詞「一(a、an)」、「所述(the)」及「該(said)」欲表示存在一或多個所述元件。
術語「包含」、「包括」及「具有」欲為包容性的，且意味著除了列出的元件之外可能還有其他元件。
儘管上文涉及本揭示內容的實作，可在不悖離本揭示內容的基本範疇的情況下衍生本揭示內容的其他和進一步實作，且本揭示內容的範疇由隨附申請專利範圍決定。
100‧‧‧處理腔室 101‧‧‧側壁 102‧‧‧真空泵 106‧‧‧電源 110‧‧‧控制器 112‧‧‧CPU 114‧‧‧支援電路 116‧‧‧記憶體 118‧‧‧信號匯流排 120‧‧‧噴灑頭 122‧‧‧底壁 124‧‧‧頂壁 126‧‧‧處理容積 128‧‧‧孔 130‧‧‧氣體分配盤 132‧‧‧PECVD基板處理系統 138‧‧‧匹配網路 140‧‧‧RF電源 150‧‧‧支撐基座 160‧‧‧軸桿 170‧‧‧加熱器元件 190‧‧‧基板 191‧‧‧表面 192‧‧‧表面 200‧‧‧方法 210~230‧‧‧操作 300‧‧‧基板 302‧‧‧結構 304‧‧‧膜堆疊 308a1~308an‧‧‧第一層 308b1~308bn‧‧‧第二層 310‧‧‧碳化鎢初始層 311‧‧‧碳化鎢膜
可藉由參考實作來詳細暸解本文的上述特徵，本文的上述特徵簡短地在前面概述過，其中該些實作的某些實作在附圖中示出。然而，應注意的是，附圖僅示出此揭示內容的典型實作，並且因此附圖不應被視為對此揭示內容的範疇之限制，因為本揭示內容可允許其他等效實作。
第1圖描繪可用於實施本文所述之實作的PECVD系統之剖面示意圖；
第2圖描繪根據本揭示內容的一個實作，用於在設置於基板上之膜堆疊上形成碳化鎢硬遮罩層之方法的流程圖；以及
第3A至3C圖描繪根據第2圖所繪示之實作，用於在形成於基板上之膜堆疊上形成鎢硬遮罩層之序列的一個實作。
為促進了解，盡可能使用相同的元件符號來表示該等圖式共有的相同元件。可預期一個實作的元件和特徵可以有利地併入其它實作中，而無需進一步記載。
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200‧‧‧方法
210~230‧‧‧操作

Claims (20)

  1. 一種形成一碳化鎢膜之方法，包含以下步驟：於一第一沉積速率下，在一基板之一含矽表面上形成一碳化鎢初始層，其中形成該碳化鎢初始層之步驟包含：於一第一PECVD製程中，將該含矽表面暴露於一第一反應性氣體，該第一反應性氣體包含WF6、C3H6及可選的H2；以及於一第二沉積速率下，在該碳化鎢初始層上形成一碳化鎢膜，其中該第二沉積速率大於該第一沉積速率。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該第二沉積速率對該第一沉積速率之一比值係3：1或更大。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該第二沉積速率係30Å/秒或更大，且該第一沉積速率係10Å/秒或更小。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該第二沉積速率係在約30Å/秒至約40Å/秒的範圍內，且該第一沉積速率係在約5Å/秒至約10Å/秒的範圍內。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該碳化鎢初始層具有在約10Å至約200Å的範圍內之一厚度。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該碳化鎢膜具有約5,000Å或更大之一厚度。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該第一PECVD製程包括處於一第一壓力下之約100瓦或更小的一第一RF電漿功率，該第一壓力在約2托耳至約10托耳的一第一範圍內。
  8. 如請求項7所述之方法，其中WF6和C3H6以2：1或更大的一比值存在於該第一反應性氣體中。
  9. 如請求項7所述之方法，其中形成該碳化鎢膜之步驟包含以下步驟：於一第二PECVD製程中，將該碳化鎢初始層暴露於一第二反應性氣體，該第二反應性氣體包含WF6、C3H6及可選的H2，該第二PECVD製程包括處於一第二壓力下之約500瓦或更大的一第二RF電漿功率，該第二壓力在約2托耳至約10托耳的一第二範圍內。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該含矽表面包含氧化矽、氮化矽或上述者之組合。
  11. 一種形成一碳化鎢膜之方法，包含以下步驟：於一第一沉積速率下，在一基板之一含矽表面上形成一碳化鎢初始層，包含以下步驟：於一第一PECVD製程中，將該含矽表面暴露於一第一反應性氣體，該第一反應性氣體包含WF6、C3H6及H2，該 第一PECVD製程包括處於一第一壓力下之約100瓦或更小的一第一RF電漿功率，該第一壓力在約2托耳至約10托耳的範圍內；以及於一第二沉積速率下，在該碳化鎢初始層上形成一碳化鎢膜，包含以下步驟：於一第二PECVD製程中，將該碳化鎢初始層暴露於一第二反應性氣體，該第二反應性氣體包含WF6、C3H6及可選的H2，該第二PECVD製程包括處於一第二壓力下之約500瓦或更大的一第二RF電漿功率，該第二壓力在約2托耳至約10托耳的範圍內，其中該第二沉積速率大於該第一沉積速率。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該第二沉積速率對該第一沉積速率之一比值係3：1或更大。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該第二沉積速率係30Å/秒或更大，且該第一沉積速率係10Å/秒或更小。
  14. 如請求項13所述之方法，其中該第二沉積速率係在約30Å/秒至約40Å/秒的範圍內，且該第一沉積速率係在約5Å/秒至約10Å/秒的範圍內。
  15. 如請求項11所述之方法，其中該碳化鎢初始層具有在約10Å至約200Å的範圍內之一厚度。
  16. 一種形成一碳化鎢膜之方法，包含以下步 驟：於一第一沉積速率下，在一基板之一含矽表面上形成一碳化鎢初始層，包含以下步驟：於一第一PECVD製程中，將該含矽表面暴露於一第一反應性氣體，該第一反應性氣體包含WF6、C3H6及H2，該第一PECVD製程包括處於一第一壓力下之約100瓦或更小的一第一RF電漿功率，該第一壓力在約2托耳至約10托耳的範圍內；以及於一第二沉積速率下，在該碳化鎢初始層上形成一碳化鎢膜，包含以下步驟：於一第二PECVD製程中，將該碳化鎢初始層暴露於一第二反應性氣體，該第二反應性氣體包含WF6、C3H6及可選的H2，該第二PECVD製程包括處於一第二壓力下之約500瓦或更大的一第二RF電漿功率，該第二壓力在約2托耳至約10托耳的範圍內，其中該第二沉積速率大於該第一沉積速率，其中該碳化鎢初始層具有在約10Å至約200Å的範圍內之一厚度，且其中該碳化鎢膜具有約5,000Å或更大之一厚度。
  17. 如請求項16所述之方法，其中WF6和C3H6以2：1或更大的一比值存在於該第一反應性氣 體中。
  18. 如請求項17所述之方法，其中該第二沉積速率對該第一沉積速率之一比值係3：1或更大。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該第二沉積速率係30Å/秒或更大，且該第一沉積速率係10Å/秒或更小。
  20. 如請求項19所述之方法，其中該第二沉積速率係在約30Å/秒至約40Å/秒的範圍內，且該第一沉積速率係在約5Å/秒至約10Å/秒的範圍內。
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