專利名稱：無定形碳膜的處理方法，開口的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體領(lǐng)域，特別涉及一種無定形碳膜的處理方法，以及一種開口的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，半導體器件為了達到更高的運算速度、更大的數(shù)據(jù)存儲量、以及更多的功能，不斷朝向更高的元件密度的方向發(fā)展。為了得到集成度高的半導體器件，現(xiàn)有的半導體器件的布線層之間的層間介質(zhì)層的材料多采用低介電常數(shù)材料。無定形碳(a-C :H, hydrogenated amorphous carbon)作為一種低介電常數(shù)材料吸引了很多注意力，在美國專利US 6573030中提供了一種無定形碳膜的形成方法。此外， 無定形碳膜由于具有硬度大、與硅、氧化物等刻蝕選擇比大的優(yōu)點，因此作為硬掩膜層材料也得到了廣泛的應(yīng)用。并且在采用無定形碳膜為硬掩膜層的情況下，刻蝕所述硬掩膜層所形成的開口具有更好的線邊緣粗糙度(LER, line edge roughness)和線寬粗糙度(LWR,line widthroughness),并且可以實現(xiàn)更小的刻蝕尺寸。但是，實際刻蝕工藝中，對現(xiàn)有的無定形碳膜的刻蝕速度的均一性不夠好，并造成刻蝕所形成的開口的LER/LWR的值不夠好，使得半導體器件的性能不夠好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種無定型碳膜的處理方法及開口形成方法，以提高半導體器件的性能。為解決上述問題，本發(fā)明的實施例提供一種無定形碳膜的處理方法，包括提供襯底；在所述襯底表面形成無定形碳膜；對所述無定形碳膜進行退火處理；對經(jīng)過退火處理后的無定形碳膜進行紫外光處理。可選地，所述退火處理的退火氣體是氫氣、氮氣、氦氣中的任意一種?？蛇x地，所述退火處理的工藝條件為退火溫度是400-550攝氏度，退火時長為30-60分鐘?？蛇x地，所述紫外光處理的環(huán)境氣體是氦氣或氮氣。可選地，所述紫外光處理的工藝條件為處理溫度是300-550攝氏度，處理時長為1-10分鐘。可選地，所述無定形碳膜和襯底之間還形成有多晶硅層?？蛇x地，所述無定形碳膜和襯底之間還形成有層間介質(zhì)層?？蛇x地，所述無定形碳膜的形成方法是等離子體增強化學氣相沉積。本發(fā)明還提供一種開口的形成方法，包括提供襯底；
在所述襯底表面形成無定形碳膜；對所述無定形碳膜進行退火處理；對經(jīng)過退火處理后的無定形碳膜進行紫外光處理；在紫外光處理后，形成貫穿所述無定形碳膜的開口?？蛇x地，所述退火處理的工藝條件為退火溫度是400-550攝氏度，退火時長為30-60分鐘?？蛇x地，所述退火處理的退火氣體是氫氣、氮氣、氦氣中的任意一種?？蛇x地，所述紫外光處理的工藝條件為處理溫度是300-550攝氏度，處理時長為1-10分鐘。
可選地，所述紫外光處理的環(huán)境氣體是氦氣或氮氣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點在形成無定形碳膜之后，先對所述無定形碳膜進行退火處理，所述退火處理可以軟化所述無定形碳膜，并建立碳氫飽和鍵；再對退火處理后的所述無定形碳膜進行紫外光處理，所述紫外光處理去除無定形碳膜中的不穩(wěn)定的氫原子，并且硬化所述無定形碳膜。經(jīng)過上述處理的無定形碳膜的中的氫原子分布均勻，所以刻蝕時對處理后的無定形碳膜刻蝕速度均勻，在襯底不同區(qū)域刻蝕所形成的開口的LER/LWR的值更小，有利于提高器件的性能；進一步，所述退火處理的溫度和紫外光處理的溫度均不超過550攝氏度，這個溫度相對比較低，所以不會對形成在同一襯底上的其他半導體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱損傷，從而有利于保證器件的整體性能。


圖I是未經(jīng)過退火處理和紫外光處理的無定形碳膜的中央?yún)^(qū)域的氫原子百分比與測量厚度的關(guān)系圖；圖2是未經(jīng)過退火處理和紫外光處理的無定形碳膜的邊緣區(qū)域的氫原子百分比與測量厚度的關(guān)系圖；圖3是未經(jīng)過退火處理和紫外光處理的無定形碳膜的不同區(qū)域在同一刻蝕步驟后剩余的厚度不意圖；圖4是經(jīng)過退火處理和紫外光處理的無定形碳膜的中央?yún)^(qū)域的氫原子百分比與測量厚度的關(guān)系圖；圖5是經(jīng)過退火處理和紫外光處理的無定形碳膜的邊緣區(qū)域的氫原子百分比與測量厚度的關(guān)系圖；圖6是經(jīng)過退火處理和紫外光處理的無定形碳膜的不同區(qū)域在同一刻蝕步驟后剩余的厚度不意圖；圖7是本發(fā)明的第一實施例所提供的無定形碳膜作為硬掩膜層，形成開口的方法的流程示意圖；圖8至圖10是本發(fā)明的第一實施例所提供的無定形碳膜作為硬掩膜層，形成開口的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明的第二實施例所提供的無定形碳膜作為層間介質(zhì)層，形成通孔(開口)的方法的流程示意圖12至圖14是本發(fā)明的第二實施例所提供的無定形碳膜作為層間介質(zhì)層，形成通孔(開口)過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式發(fā)明人在形成無定形碳膜時發(fā)現(xiàn)，無定形碳膜中不同區(qū)域的氫原子分布不均勻，后續(xù)刻蝕無定形碳膜時，對不同區(qū)域的無定形碳膜的刻蝕速度不一致，導致現(xiàn)有的半導體器件的性能不夠好。研究證明氫原子百分比會影響無定形碳膜的硬度、穩(wěn)定性以及刻蝕速度。為此，發(fā)明人研究了氫原子在同一無定形碳膜不同區(qū)域的分布情況。請參考圖I和圖2，發(fā)明人在一個直徑為200mm的襯底上形成無定形碳膜，圖I為在所形成的無定形碳膜的中央?yún)^(qū)域選擇一點測量得到的氫原子百分比和測量厚度的關(guān)系；圖2為在同一無定形碳膜邊緣區(qū)域選擇一點測量得到的氫原子百分比和測量厚度的關(guān)系。比較圖I和圖2可以看出，氫原子在無定形碳膜的中央?yún)^(qū)域的原子百分比含量近似為21%，而在邊緣區(qū)域的原 子百分比含量近似為37%。可見，在剛形成的無定形碳膜中氫原子的含量分布不均勻。進一步，發(fā)明人比較了經(jīng)過同一刻蝕工藝后，襯底表面未被刻蝕的無定形碳膜的厚度。請參考圖3，所述硅襯底的直徑是200mm。發(fā)明人選取了 A、B、C、D、E、F、G、H、I，九個點測量未被刻蝕的無定形碳膜的厚度，其中點A靠近圓心，F(xiàn)、G、H、I點靠近圓周，B、C、D、E位于圓心和圓周之間，點A、B、C、D、E、F、G、H、I處的無定形碳膜的厚度分別是3504. 12埃，3480. 33 埃、3527. 55 埃、3461. 58 埃、3483. 00 埃、3378. 00 埃、3332. 25 埃、3347. 58 埃、3298. 02埃，上述9個點的無定形碳膜的平均厚度為3423. 69埃，靠近圓周的點與靠近圓心的點(點A)的最大厚度差為206埃，所述最大厚度差為點A處厚度的5.9%。由上述數(shù)據(jù)可以看出，在同一刻蝕工藝中，位于襯底不同區(qū)域的無定形碳膜被刻蝕的厚度不一樣，越靠近中心區(qū)域，被刻蝕的厚度越小。結(jié)合圖I和圖2，可以認為對無定形碳膜的刻蝕速度與無定形碳膜中氫原子的含量相關(guān)。發(fā)明人針對上述研究結(jié)果進行進一步研究，在本發(fā)明的實施例中提供一種無定形碳膜的處理方法，包括提供半導體襯底；在所述半導體襯底表面形成無定形碳膜；先對所述無定形碳膜進行退火處理；再對經(jīng)過退火處理的無定形碳膜進行紫外光處理。在本發(fā)明的實施例中，所述退火處理的工藝是退火溫度400-550攝氏度，退火時長30-60分鐘,退火氣體是氫氣、氮氣、氦氣中的任意一種,優(yōu)選的退火氣體是氫氣。在本發(fā)明的實施例中，所述紫外光處理的工藝是溫度300-550攝氏度，時長為1-10分鐘,所述紫外光處理在氦氣或氮氣中進行。參考圖4和圖5，發(fā)明人在一個直徑為200mm的襯底上形成無定形碳膜，并對所形成的無定形碳膜進行如上文所描述的退火處理和紫外光處理。圖4為在經(jīng)過退火處理和紫外光處理的無定形碳膜的中央?yún)^(qū)域選擇一點測量得到的氫原子百分比和測量厚度的關(guān)系；圖5為在同一無定形碳膜邊緣區(qū)域選擇一點測量得到的氫原子百分比和測量厚度的關(guān)系。比較圖4和圖5可以看出，在經(jīng)過退火處理和紫外光處理后，無定形碳膜的中央?yún)^(qū)域的原子百分比含量(近似為25. 5% )與邊緣區(qū)域的原子百分比含量(近似為26% )近似相等。進一步，發(fā)明人在一個直徑為200mm的襯底上形成無定形碳膜，并對所形成的無定形碳膜進行如上文所描述的退火處理和紫外光處理。然后對經(jīng)過退火處理和紫外光處理的無定形碳膜進行刻蝕，并測量了刻蝕后襯底表面不同區(qū)域剩余的無定形碳膜的厚度。請參考圖6，發(fā)明人選取了 1、1(、1^、1、隊0、？、0、1 ，九個點測量未被刻蝕的無定形碳膜的厚度，其中點J靠近圓心，O、P、Q、R點靠近圓周，K、L、M、N位于圓心和圓周之間，點A、B、C、D、E、F、G、H、I處的無定形碳膜的厚度分別是:2537. 61埃、2536. 14埃、2520. 33埃、2523. 09埃、2543. 58埃、2518. 59埃、2515. 29埃、2507. 76埃、2490. 42埃。其中，靠近圓周的點與靠近圓心的點(點J)的最大厚度差為47. 19埃，為點J處厚度的1.8%。由圖6可以得出，經(jīng)過退火處理和紫外光處理，位于襯底表面不同區(qū)域的無定形碳膜的刻蝕速度之差顯著減小。由上面的分析可以看出，經(jīng)過退火處理和紫外光處理，無定形碳膜中的氫原子在各個區(qū)域的分布的均勻性顯著提高，所以無定形碳膜各個區(qū)域的刻蝕速度之差顯著降低，刻蝕后形成的開口的LER/LWR值更小、均一性更好。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供對經(jīng)過上述退火處理和紫外光處理的無定形碳膜進行刻蝕，形成開口的方法。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和實施例·對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。第一實施例圖7是本發(fā)明的第一實施例所提供的無定形碳膜作為硬掩膜層，形成開口的方法的流程示意圖，包括步驟S101,提供襯底,所述襯底表面形成有多晶娃層；步驟S102,在所述多晶娃層表面形成無定形碳膜；步驟S103，對所述無定形碳膜進行退火處理；步驟S104，對經(jīng)過退火處理的所述無定形碳膜進行紫外光處理；步驟S105，紫外光處理后，刻蝕所述無定形碳膜，直至暴露所述多晶硅層，形成分別位于無定形碳膜中央?yún)^(qū)域的第一開口，和位于無定形碳膜邊緣區(qū)域的第二開口。圖8至圖10是本發(fā)明的第一實施例所提供的無定形碳膜作為硬掩膜層形成開口的過程的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先參考圖8，提供襯底100，所述襯底100表面形成有多晶硅層110。本實施例中，所述襯底100是硅襯底，或者SOI襯底，或者硅鍺襯底。參考圖9，在所述多晶硅層110表面形成無定形碳膜120。本實施例中，采用等離子體增強化學氣相沉積的方法分解碳氫化合物形成所述無定形碳膜120，受工藝的影響，所形成的無定形碳膜120中含有氫原子，并且所述氫原子與碳原子的結(jié)合鍵的結(jié)構(gòu)不完全相同，比如有SP2、SP3結(jié)構(gòu)，部分氫原子與碳原子建立碳氫飽和鍵，部分氫原子與碳原子建立碳氫不飽和鍵，且氫原子的分布不均勻。接著，對所形成的無定形碳膜進行退火處理。所述退火處理可以鍵合無定形碳膜中的碳原子和氫原子建立碳氫飽和鍵，經(jīng)過所述退火處理，無定形碳膜中的部分離散的氫原子與碳原子建立碳氫飽和鍵，部分不穩(wěn)定的碳氫鍵被修復，形成飽和的碳氫鍵。退火前，不同區(qū)域碳氫不飽和鍵的分布不相同；退火后，因為碳氫不飽和鍵轉(zhuǎn)化為碳氫飽和鍵，且氫原子的分布較為均勻；并且退火處理可以軟化所述無定形碳膜，軟化所述無定形碳膜有利于氫原子與碳原子鍵合，并且有助于后續(xù)工藝中去除不飽和碳氫鍵中的氫原子。本實施例中，所述退火處理的溫度是400-550攝氏度，退火處理的退火氣體是氫氣、氮氣、氦氣中的任意一種，退火時長為30-60分鐘。所述退火處理的溫度過低，可能無法使氫原子與碳原子建立碳氫飽和鍵，并不利于修復不穩(wěn)定的碳氫鍵；所述退火處理的溫度過高，可能會對位于襯底表面或內(nèi)部的其他器件造成高溫損傷，所以本實施例中，退火處理的溫度是400-550攝氏度。所述退火處理的退火氣體是氫氣、氮氣、氦氣中的任意一種,優(yōu)選的是氫氣,退火氣體是氫氣的好處是，退火氣體可以提供氫源，有助于氫原子與無定形碳膜中的碳原子充分鍵合，形成穩(wěn)定的碳氫鍵。退火處理后，對經(jīng)過退火處理的無定形碳膜進行紫外光處理。所述紫外光處理一 方面可以破壞經(jīng)過上述退火處理后剩余的不穩(wěn)定的碳氫鍵，并使不穩(wěn)定的碳氫鍵中的氫原子離開所述無定形碳膜，進一步提高無定形碳膜結(jié)構(gòu)的單一性；另一方面可以硬化所述無定形碳膜，以提高無定形碳膜的質(zhì)量。本實施例中，所述紫外光處理的溫度是300-550攝氏度，優(yōu)選為300-450攝氏度，所述紫外光處理溫度過低可能無法破壞不穩(wěn)定的碳氫鍵，并去除不穩(wěn)定的碳氫鍵中的氫原子；所述紫外光處理的溫度過高，可能會對位于襯底表面或內(nèi)部的其他器件造成高溫損傷；所述紫外光處理在氦氣或氮氣中進行，紫外光處理時長為1-10分鐘。參考圖10，紫外光處理后，刻蝕所述無定形碳膜120，直至暴露所述多晶硅層110，形成分別位于無定形碳膜120中央?yún)^(qū)域的第一開口 10，和位于無定形碳膜120邊緣區(qū)域的第二開口 20。具體地，在本實施例中，可以先在所述無定形碳膜120表面形成含有開口的光刻膠層(未示出)，然后沿所述光刻膠的開口刻蝕所述無定形碳膜120，形成第一開口 10和第二開口 20。在本實施例中，因為已經(jīng)對所述無定形碳膜120進行了退火處理和紫外光處理，所以所述無定形碳膜120各個區(qū)域的氫原子的分布比較均勻，刻蝕時不同區(qū)域的無定形碳膜120的刻蝕速度均一，所形成的開口的LWR/LER值更小，其中，LWR/LER是表征刻蝕均一性的參數(shù)，LWR/LER值越小刻蝕的均一性越好。本步刻蝕工藝中，不會在某一區(qū)域的多晶硅層110表面造成的額外的刻蝕量，也不會在某一區(qū)域殘留無定形碳膜，即刻蝕后所暴露的多晶硅層的表面平坦度好。后續(xù)過程中，還包括以所述無定形碳膜120為硬掩膜層，沿所述第一開口 10和第一開口 20刻蝕所述多晶硅層110，直至暴露襯底100。因為在刻蝕無定形碳膜120的過程中，所形成的多晶硅層110的表面平坦，所述在本步刻蝕多晶硅層暴露襯底100的步驟中，在襯底100各區(qū)域表面形成的刻蝕表面平坦度高，有利于提高器件的性能。請參考表1，表I中的優(yōu)化后的LWR、LER分別指的是經(jīng)過退火處理和紫外光處理后無定形碳膜的LWR、LER，現(xiàn)有LWR、LER分別指的是未經(jīng)退火處理和紫外光處理后無定形碳膜的LWR和LER。由表I可以得出，經(jīng)過退火處理和紫外光處理，在無定形碳膜不同點的刻蝕的LER/LWR值下降，因為表I中三個測量點是任意選取的，所以通過表I可以得出經(jīng)過退火處理和紫外光處理，無定形碳膜的刻蝕的LER/LWR值下降，刻蝕均一性提高。
權(quán)利要求
1.一種無定形碳膜的處理方法，其特征在于，包括 提供襯底； 在所述襯底表面形成無定形碳膜； 對所述無定形碳膜進行退火處理； 對經(jīng)過退火處理后的無定形碳膜進行紫外光處理。
2.依據(jù)權(quán)利要求I所述的無定形碳膜的處理方法，其特征在于，所述退火處理的退火氣體是氫氣、氮氣、氦氣中的任意一種。
3.依據(jù)權(quán)利要求I所述的無定形碳膜的處理方法，其特征在于，所述退火處理的工藝條件為退火溫度是400-550攝氏度，退火時長為30-60分鐘。
4.依據(jù)權(quán)利要求I所述的無定形碳膜的處理方法，其特征在于，所述紫外光處理的環(huán)境氣體是氦氣或氮氣。
5.依據(jù)權(quán)利要求I所述的無定形碳膜的處理方法，其特征在于，所述紫外光處理的工藝條件為處理溫度是300-550攝氏度，處理時長為1-10分鐘。
6.依據(jù)權(quán)利要求I所述的無定形碳膜的處理方法，其特征在于，所述無定形碳膜和襯底之間還形成有多晶硅層。
7.依據(jù)權(quán)利要求I所述的無定形碳膜的處理方法，其特征在于，所述無定形碳膜和襯底之間還形成有層間介質(zhì)層。
8.依據(jù)權(quán)利要求I所述的無定形碳膜的處理方法，其特征在于，所述無定形碳膜的形成方法是等離子體增強化學氣相沉積。
9.一種開口的形成方法，其特征在于，包括 提供襯底； 在所述襯底表面形成無定形碳膜； 對所述無定形碳膜進行退火處理； 對經(jīng)過退火處理后的無定形碳膜進行紫外光處理； 在紫外光處理后，形成貫穿所述無定形碳膜的開口。
10.依據(jù)權(quán)利要求9所述的開口的形成方法，其特征在于，所述退火處理的退火氣體是氫氣、氮氣、氦氣中的任意一種。
11.依據(jù)權(quán)利要求9所述的開口的形成方法，其特征在于，所述退火處理的工藝條件為退火溫度是400-550攝氏度，退火時長為30-60分鐘。
12.依據(jù)權(quán)利要求9所述的開口的形成方法，其特征在于，所述紫外光處理的環(huán)境氣體是氦氣或氮氣。
13.依據(jù)權(quán)利要求9所述的開口的形成方法，其特征在于，所述紫外光處理的工藝條件為處理溫度是300-550攝氏度，處理時長為1-10分鐘。
全文摘要
一種無定形碳膜的處理方法，包括提供襯底；在所述襯底表面形成無定形碳膜；對所述無定形碳膜進行退火處理；對經(jīng)過退火處理的無定形碳膜進行紫外光處理。通過本發(fā)明所提供的無定形碳膜的處理方法，無定形碳膜中氫原子分布均一，使得無定形碳膜的刻蝕速度均一，有利于在不同區(qū)域刻蝕時形成平坦、均勻的刻蝕表面，從而提高半導體器件的性能。相應(yīng)地，本發(fā)明還提供對經(jīng)過上述處理的無定形碳膜進行刻蝕形成開口的方法。
文檔編號H01L21/768GK102915953SQ20111022490
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者張彬, 鮑宇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司