本文公开了用于沉积纳米晶金刚石层的方法。该方法可以包括以下步骤：输送溅镀气体到基板，该基板被定位在第一处理腔室的处理区域中，该第一处理腔室具有含碳溅镀靶材；输送能量脉冲到该溅镀气体，以产生溅镀等离子体，该溅镀等离子体具有溅镀持续时间，该能量脉冲具有介于1W/cm2和10W/cm2之间的平均功率及小于100μs并且大于30μs的脉冲宽度，该溅镀等离子体被磁场控制，该磁场小于300高斯；以及输送该溅镀等离子体到该溅镀靶材以形成离子化物种，该离子化物种在该基板上形成结晶含碳层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景
本文公开的实施例大体而言涉及用于膜的沉积的方法。更具体而言，实施例涉及沉积用于半导体器件中的纳米晶金刚石膜的设备和方法。
技术介绍
由于半导体产业引入了具有更高性能和更大功能性的新世代集成电路(IC)，形成那些集成电路的元件的密度提高了，而个体的部件或元件之间的尺寸、大小及间距减小了。虽然在过去这种减小仅被使用光刻限定结构的能力限制，但尺寸以微米(μm)或纳米(nm)测量的器件几何形状已产生了新的限制因素，诸如导电互连件的导电率、互连件之间使用的绝缘材料的介电常数、在3DNAND或DRAM形成工艺中蚀刻小的结构或其他的挑战。这些限制可以通过更耐用、更高热导率及更高硬度的硬掩模来获益。厚的碳硬掩模是众所周知的，而且常被用作POR膜。然而，预期目前的石墨、Sp2型或其他碳硬掩模组成物是不足的，因为DRAM和NAND持续将自身的尺度缩小到小于～10nm的体系。这种尺度的缩小将需要甚至更高深宽比的深接触孔或沟槽蚀刻。高深宽比的蚀刻问题包括堵塞、孔形扭曲、及图案变形，通常在这些应用中观察到顶部临界尺寸放大、线弯曲、轮廓弯曲。许多的蚀刻挑战取决于硬掩模材料的性质。深接触孔变形会与较小的硬掩模密度和差的导热性有关。狭缝图案变形或线弯曲是由于硬掩模材料的较低选择率和应力。因此，理想的是具有一种密度更高、蚀刻选择率更高、应力更低、及热传导性优异的蚀刻硬掩模。金刚石和类金刚石材料被称为高硬度材料。由于它们的高硬度、表面惰性、及低摩擦系数，合成的金刚石材料已被应用作为保护涂层，并被应用于微机电系统(MEMS)以及其他的用途。已经通过热细丝CVD和微波CVD合成了金刚石膜，例如纳米晶金刚石(NCD)。然而，使用热细丝CVD和微波CVD工艺来形成纳米晶金刚石膜有各种的困难。在热细丝CVD中，使用金属细丝来活化前体气体以进行沉积。如所预期的，在膜形成工艺期间使金属细丝暴露于前体气体。结果，前体气体会与金属细丝反应，导致最终产物中有金属污染的问题。与热细丝CVD相比，微波CVD具有较少的污染问题。然而，微波CVD要求高的处理压力，此举会影响膜的均匀性。此外，虽然通过微波CVD硬件所形成的微波生成等离子体具有相对较低的离子能量，但这些生成的离子仍会攻击NCD晶界并导致晶粒结构紊乱。因此，需要有用于形成高质量金刚石膜的改进的设备和方法。
技术实现思路
本文公开的实施例大体而言涉及应用于半导体器件的纳米晶金刚石层。通过控制位于溅镀靶材附近的磁控管所提供的磁场强度、施加于溅镀靶材的脉冲能量的量和/或脉冲宽度，可以在低温下在基板上形成具有期望性质的纳米晶金刚石膜。这些纳米晶金刚石膜可被用于各种操作，例如在光刻和蚀刻工艺期间充当硬掩模的纳米晶金刚石层。在一个实施例中，一种形成含碳层的方法可以包括以下步骤：输送溅镀气体到基板，该基板被定位在第一处理腔室的处理区域中，该第一处理腔室具有含碳溅镀靶材；输送能量脉冲到该溅镀气体，以产生溅镀等离子体，该溅镀等离子体通过能量脉冲形成，该能量脉冲具有介于约1W/cm2和约10W/cm2之间的平均功率及小于100μs且大于30μs的脉冲宽度。该溅镀等离子体被磁场控制，该磁场小于300高斯；以及形成该溅镀等离子体以在该基板上形成结晶含碳层。在另一个实施例中，一种用于形成含碳层的方法可以包括以下步骤：输送溅镀气体到靶材和基板之间形成的区域，该基板被定位在第一处理腔室的处理区域中，该第一处理腔室具有石墨靶材；输送能量脉冲到该溅镀气体，以产生溅镀等离子体，该溅镀等离子体通过能量脉冲形成，该能量脉冲具有介于约1W/cm2和约10W/cm2之间的平均功率及小于100μs的脉冲宽度。该溅镀等离子体被磁场控制，平均磁场强度小于300高斯；以及形成该溅镀等离子体，使得中间碳化物层被形成在该基板上。然后将具有该中间碳化物层的基板移送到第二处理腔室；输送沉积气体到该第二处理腔室；活化该沉积气体以形成活化的沉积气体，该沉积气体包含CH4、H2、Ar、CO2、或上述各项的组合；输送该活化的沉积气体到基板；及在该基板的表面上生长纳米晶金刚石层。在另一个实施例中，一种用于形成含碳层的方法可以包括以下步骤：输送惰性气体到基板，该基板被定位在PVD处理腔室的处理区域中，该PVD处理腔室具有石墨溅镀靶材；将该基板保持在低于100摄氏度的温度下；输送能量脉冲到该溅镀气体，以产生溅镀等离子体，该溅镀等离子体通过能量脉冲形成，该能量脉冲具有介于约1W/cm2和约10W/cm2之间的平均功率、及小于100μs的脉冲宽度。该溅镀等离子体被磁场控制，该磁场小于或等于200高斯；以及输送该溅镀等离子体到该溅镀靶材，以在该基板上形成纳米晶金刚石层。附图说明为了能详细了解本专利技术的上述特征的方式，可以参照实施例(其中一些实施例被图示于附图中)而对以上简要概述的专利技术作更特定的描述。然而，应注意的是，附图仅图示本专利技术的典型实施例，且因此不应将附图视为限制本专利技术的范围，因本专利技术可认可其他等同有效的实施例。图1为可与本文中描述的实施例一起使用的PVD处理腔室的示意性剖视图。图2为可与本文中描述的实施例一起使用的CVD处理腔室的示意性剖视图。图3图示适用于在基板上形成纳米晶金刚石层的示例性群集工具。图4A图示依据实施例的被提供到处理腔室以在腔室中产生高功率脉冲磁控溅镀(HIPIMS)处理的能量输送处理程序。图4B为依据实施例的用于沉积纳米晶金刚石层的方法的流程图。图5为依据实施例的用于沉积中间碳化物层的方法的流程图。图6为图示三种不同磁场强度的有关于距靶材的距离的浮动电势的曲线图。图7A和图7B为描绘脉冲电压对浮动电压和密度的影响的曲线图。为了便于理解，已在可能处使用相同的附图标记来指称图中共用的相同元素。构思的是，可以将一个实施例中公开的元素有益地用于其他实施例而无需特定详述。具体实施方式本文公开的实施例大体而言涉及被形成在基板上的纳米晶金刚石层。通过本文描述的工艺形成的纳米晶金刚石层通常具有形成具有小特征尺寸的集成电路(IC)器件所需的较高质量密度、较高蚀刻选择率、较低应力、及优异导热性。参照以下的附图更清楚地描述实施例。图1图示适用于使用高功率脉冲磁控溅镀(HIPIMS)工艺溅镀沉积材料的示例性物理气相沉积(PVD)处理腔室100(例如溅镀处理腔室)。可适于形成纳米晶金刚石层的处理腔室的一个示例为PVD处理腔室，其可获取自位于美国加利福尼亚州圣克拉拉的应用材料公司。构思的是，其他的溅镀处理腔室，包括来自其他制造商的那些处理腔室，也可适于实施本专利技术。处理腔室100包括其中限定有处理容积118的腔室主体108。腔室主体108具有侧壁110和底部146。腔室主体108及处理腔室100的相关部件的尺寸不受限制，而且通常是依比例大于待处理的基板190的尺寸。可以处理任何适当的基板大小。适当基板大小的示例包括具有200mm直径、300mm直径、450mm直径或更大直径的基板。腔室盖组件104被安装在腔室主体108的顶部上。腔室主体108可以由铝或其他适当材料制成。基板出入口130穿过腔室主体108的侧壁110形成，从而便于移送基板190进出处理腔室100。出入口130可被耦接至基板处理系统的移送腔室和/或其他腔室。将气体源128耦接到腔室主体108本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种形成含碳层的方法，包括以下步骤：输送溅镀气体到基板，所述基板被定位在第一处理腔室的处理区域中，所述第一处理腔室具有含碳溅镀靶材；输送能量脉冲到所述溅镀气体，以产生溅镀等离子体，所述溅镀等离子体通过能量脉冲形成，所述能量脉冲具有介于约1W/cm2和约10W/cm2之间的平均功率及小于100μs并且大于30μs的脉冲宽度，所述溅镀等离子体被暴露于小于300高斯的磁场；以及形成离子化物种，所述离子化物种包含从所述含碳溅镀靶材溅射的含碳材料，其中所述离子化物种在所述基板上形成结晶含碳层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.22 US 62/040,809;2015.08.06 US 14/820,1521.一种形成含碳层的方法，包括以下步骤：输送溅镀气体到基板，所述基板被定位在第一处理腔室的处理区域中，所述第一处理腔室具有含碳溅镀靶材；输送能量脉冲到所述溅镀气体，以产生溅镀等离子体，所述溅镀等离子体通过能量脉冲形成，所述能量脉冲具有介于约1W/cm2和约10W/cm2之间的平均功率及小于100μs并且大于30μs的脉冲宽度，所述溅镀等离子体被暴露于小于300高斯的磁场；以及形成离子化物种，所述离子化物种包含从所述含碳溅镀靶材溅射的含碳材料，其中所述离子化物种在所述基板上形成结晶含碳层。2.如权利要求1所述的方法，其中生长所述结晶含碳层进一步包括：提供偏压到所述基板；在沉积气体存在的情况下形成等离子体，以形成活化的沉积气体，所述沉积气体包含含碳源；以及输送所述活化的沉积气体到所述基板，以在所述结晶含碳层上形成纳米晶金刚石层。3.如权利要求2所述的方法，其中所述沉积气体进一步包含氢源。4.如权利要求1所述的方法，其中所述溅镀靶材为石墨靶材。5.如权利要求1所述的方法，其中所述基板被保持在低于100摄氏度的温度处。6.如权利要求1所述的方法，其中所述结晶含碳层为纳米晶金刚石层。7.如权利要求2所述的方法，其中所述沉积气体使用微波源来活化。8.如权利要求1所述的方法，其中所述能量脉冲介于约10微秒和100微秒之间。9.如权利要求1所述的方法，其中所述磁场小于约200高斯。10.一种用于形成含碳层的方法，包括以下步骤：输送溅镀气体到基...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·W·斯托威尔，陈咏梅，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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