一种气体团簇离子束流在真空中形成薄膜的方法技术

气体团簇离子束流在真空中形成薄膜的方法，在减压环境中提供所述衬底；由加压气体混合物产生所述至少一个气体团簇离子束GCIB；选择离子团簇加速电位和剂量以达到所述小于5nm的厚度；根据所述离子团簇剂量，将所述加速的至少一个GCIB照射到所述衬底的所述至少一部分上；在所述衬底的所述至少一部分上形成所述超薄薄膜以达到所述厚度；所述超薄薄膜的厚度小于5nm；(a)通过将所述衬底中的至少一种原子成分与所述至少一种GCIB中的至少一种成膜原子成分混合，任选地在所述衬底的表面部分中生长混合子层，(b)沉积一种或多种成膜原子在所述基底的所述表面部分上来自所述至少一个GCIB的组分形成沉积层。

【技术实现步骤摘要】
一种气体团簇离子束流在真空中形成薄膜的方法
本专利技术涉及使用气体团簇离子束(GCIB)形成超薄膜的方法。
技术介绍
气体团簇离子束(GCIB)可以用于蚀刻，清洁，平滑和形成薄膜。气体团簇是指在标准温度和压力条件下呈气态的纳米级材料聚集体。这样的气体团簇可以由离子束聚集体组成，聚集体包括松散结合在一起的几至数千个分子或更多分子电离。可以通过电子轰击将气体团簇电离，这将允许将气体团簇形成为可控能量的定向束。这些团簇离子通常各自携带由电子电荷的大小和大于或等于表示团簇离子的电荷状态的整数的乘积给出的正电荷。较大尺寸的团簇离子通常是最有用的，因为它们能够携带每个团簇离子大量的能量，而每个分子只具有适度的能量。离子团簇在与基底碰撞时崩解。特定的分解离子簇中的每个分子仅携带总簇能量的一小部分。因此，大的离子簇的影响很大，但仅限于非常浅的表面区域。这使气体簇1Ons对各种表面改性过程均有效，但不会产生传统离子束加工所特有的更深的亚表面损伤。传统的团簇离子源能产生具有宽尺寸分布的团簇离子，其随着每个簇中的分子数目成比例缩放，可以达到数千个分子。高压气体从喷嘴到真空的绝热膨胀过程中，许多单个气体原子(或分子)的缩合可形成原子团簇。带有小孔的撇束(渣)器从不断膨胀的气流的中心剥离发散的气流，以产生准直的簇束。各种不同大小的中性簇通过称为范德华力的弱原子间力产生并保持在一起。该方法已用于从多种气体中产生簇束，例如氦气，氖气，氩气，氪气，氙气，氮气，氧气，二氧化碳，六氟化硫，一氧化氮和一氧化二氮及其混合物这些气体。在工业规模上对衬底进行GCIB处理的几种新兴应用是在半导体领域。尽管对衬底进行GCIB处理的过程多种多样，但许多过程仍无法提供对经过GCIB处理的表面，结构和/或薄膜的关键特性和/或尺寸的适当控制。
技术实现思路
本专利技术目的是，利用气体团簇离子束(GCIB)形成薄膜的方法。本专利技术目的还在于，使用GCIB在衬底衬底上沉积或生长薄膜的方法。本专利技术的技术方案是，气体团簇离子束流在真空中形成薄膜的方法，使用至少一个气体团簇离子束(GCIB)在衬底的至少一部分上形成薄膜，其中所述超薄薄膜的厚度小于5nm，并且其中所述形成包括(a)通过将所述衬底中的至少一种原子成分与所述至少一种GCIB中的至少一种成膜原子成分混合，任选地在所述衬底的表面部分中生长混合子层，并且(b)沉积一种或多种成膜原子在所述基底的所述表面部分上来自所述至少一个GCIB的组分形成沉积层，其中所述混合子层和所述沉积层一起形成超薄薄膜。所述加压气体混合物产生所述离子团簇束包括含氧气体，含氮气体，含碳气体，含氢气体，含硅气体，含磷气体，含硼气体，含砷气体，含硫气体或锗气体，或其两种以上的组合。在减压环境中所述衬底上，在所述减压环境中由加压气体混合物产生所述GCIB；选择离子团簇加速电位和离子团簇剂量以达到所述小于5nm的厚度；根据所述离子团簇加速电位使所述GCB加速；或根据所述束剂量，将所述加速后的GCIB照射到衬底上层间电介质层上；沉积所述超薄薄膜以达到所述厚度。在减压环境中提供所述衬底；在所述减压环境中由加压气体混合物产生所述至少一个GCIB；选择离子团簇加速电位和离子团簇剂量以达到所述小于5nm的厚度；根据所述离子团簇加速电位来加速所述至少一个GCIB；根据所述离子团簇剂量，将所述加速的至少一个GCIB照射到所述衬底的所述至少一部分上；在所述衬底的所述至少一部分上形成所述超薄薄膜以达到所述厚度。尤其是，所述厚度小于约3nm。根据一个实施例，描述了一种制备薄膜的方法。该方法包括使用GCIB在衬底的一部分上形成超薄薄膜，其中该超薄薄膜的厚度小于大约5nm。根据另一个实施例，描述了一种在衬底上形成超薄薄膜的方法。该方法包括：在减压环境中提供衬底；在减压环境中由加压气体混合物生成GCIB；选择离子团簇加速电位和离子团簇剂量以实现小于约5nm的薄膜厚度；根据离子团簇加速电位加速GCIB；根据所述离子团簇剂量，将加速的GCIB照射到所述衬底的至少一部分上；在所述衬底的至少一部分上形成所述超薄薄膜以达到所述厚度。根据另一实施例，描述了一种制备互连结构的方法。该方法包括。使用GCIB在金属线上形成超薄薄膜；在超薄薄膜上方形成层间介电层；将图案蚀刻到层间介电层中并停止在超薄薄膜上。根据另一实施例，描述了一种制备互连结构1s的方法。该方法包括：形成层间电介质层；以及使用GCIB在层间介电层上沉积超薄薄膜；将沟槽或通孔或两者蚀刻到层间电介质层中；使沟槽或通孔或两者同时金属化；并抛光金属化沟槽，0rVia或两者，直到达到超薄膜。根据另一实施例，描述了一种制备互连结构的方法。该方法包括：形成层间电介质层；在层间电介质层上方形成化学机械抛光((MP)停止层)；在层间电介质层中蚀刻沟槽或通孔，或在两者之间蚀刻；金属化沟槽或通孔或两者；抛光金属化沟槽或通孔或两者，直到到达CMP停止层，而不会过度抛光金属化沟槽或通孔或两者；并在其上形成超薄薄膜使用GCIB对抛光的金属化沟槽或通孔或两者进行抛光。根据另一实施例，描述了一种制备互连结构的方法。该方法包括：使用第一GCIB在金属线上形成第一超薄薄膜；在第一超薄薄膜上方形成第一层间电介质层；使用第二GCIB在第一层间电介质层上形成第二超薄薄膜；在第二超薄薄膜上形成第二层间电介质层；将通孔蚀刻到第一层间电介质层中并停止在第一超薄薄膜上；在第二层间电介质层中刻蚀沟槽并停止在第二超薄薄膜上，其中第一和第二超薄薄膜的厚度均小于约5nm。根据另一实施例，描述了一种铜互连，其包括使用GCIB形成的薄膜覆盖层，该薄膜覆盖层的厚度小于大约5nm。根据另一个实施例，描述了一种层间电介质层，其包括使用GCIB形成的薄膜覆盖层，该薄膜覆盖层的厚度小于大约5nm。根据又一实施例，描述了一种超薄势垒层，其包括使用GCIB形成的薄膜层，该薄膜层的厚度小于大约5nm。附图说明图1A和图1B以示意性截面图示出了根据现有技术的制备互连结构的方法；图2以示意性截面图示出了根据实施例的制备互连结构的方法；图3A至图3C以示意性截面图示出了根据多个实施例的形成超薄膜的方法；图4以示意性截面图示出了根据另一实施例的制备互连结构的方法。图5是GCIB处理系统的说明图。图6是GCIB处理系统的另一示意图；图7是GCIB处理系统的另一示意图；图8是用于GCIB处理系统的电离源的图示。图9-11是分别提供使用GCIB形成薄膜的示例性数据的图。图12提供了用于GCIB簇大小的示例性数据；图13A至图13E是描绘方法实施例得到的示意性截面图。图14A至图14F是描绘另一方法的示意性截面图。具体实施方式在各种实施例中公开了一种用于使用气体团簇离子束(GCIB)在衬底上形成薄膜的方法和系统。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者在利用其他替换和/或附加方法，材料或组件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体团簇离子束流在真空中形成薄膜的方法，其特征是，在减压环境中提供所述衬底；由加压气体混合物产生所述至少一GCIB；选择离子团簇加速电位和离子团簇剂量以达到所述小于5nm的厚度；根据所述离子团簇剂量，将所述加速的至少一个GCIB照射到所述衬底的所述至少一部分上；在所述衬底的所述至少一部分上形成所述超薄薄膜以达到所述厚度；使用至少一个气体团簇离子束(GCIB)在衬底的至少一部分上形成薄膜，其中所述超薄薄膜的厚度小于5nm，并且其中所述形成包括(a)通过将所述衬底中的至少一种原子成分与所述至少一种GCIB中的至少一种成膜原子成分混合，任选地在所述衬底的表面部分中生长混合子层，并且(b)沉积一种或多种成膜原子在所述基底的所述表面部分上来自所述至少一个GCIB的组分形成沉积层，其中所述混合子层和所述沉积层一起形成超薄薄膜。所述加压气体混合物产生所述离子团簇束包括含氧气体，含氮气体，含碳气体，含氢气体，含硅气体，含磷气体，含硼气体，含砷气体，含硫气体或锗气体，或其两种以上的组合。在减压环境中所述衬底上，在所述减压环境中由加压气体混合物产生所述GCIB；/n选择离子团簇加速电位和离子团簇剂量以达到所述小于5nm的厚度；/n根据所述离子团簇加速电位使所述GCB加速；/n或根据所述束剂量，将所述加速后的GCIB照射到衬底上层间电介质层上；/n沉积所述超薄薄膜以达到所述厚度。/n...

【技术特征摘要】
1.一种气体团簇离子束流在真空中形成薄膜的方法，其特征是，在减压环境中提供所述衬底；由加压气体混合物产生所述至少一GCIB；选择离子团簇加速电位和离子团簇剂量以达到所述小于5nm的厚度；根据所述离子团簇剂量，将所述加速的至少一个GCIB照射到所述衬底的所述至少一部分上；在所述衬底的所述至少一部分上形成所述超薄薄膜以达到所述厚度；使用至少一个气体团簇离子束(GCIB)在衬底的至少一部分上形成薄膜，其中所述超薄薄膜的厚度小于5nm，并且其中所述形成包括(a)通过将所述衬底中的至少一种原子成分与所述至少一种GCIB中的至少一种成膜原子成分混合，任选地在所述衬底的表面部分中生长混合子层，并且(b)沉积一种或多种成膜原子在所述基底的所述表面部分上来自所述至少一个GCIB的组分形成沉积层，其中所述混合子层和所述沉积层一起形成超薄薄膜。所述加压气体混合物产生所述离子团簇束包括含氧气体，含氮气体，含碳气体，含氢气体，含硅气体，含磷气体，含硼气体，含砷气体，含硫气体或锗气体，或其两种以上的组合。在减压环境中所述衬底上，在所述减压环境中由加压气体混合物产生所述GCIB；
选择离子团簇加速电位和离子团簇剂量以达到所述小于5nm的厚度；
根据所述离子团簇加速电位使所述GCB加速；
或根据所述束剂量，将所述加速后的GCIB照射到衬底上层间电介质层上；
沉积所述超薄薄膜以达到所述厚度。


2.根据权利要求1所述的气体团簇离子束流在真空中形成薄膜的方法，其特征是，选择所述离子团簇束加速电势与离子团簇束剂量，并且以获得所述超薄薄膜的上表面的表面粗糙度小于约的离子团簇剂量；改变离子团簇束束能量分布以改变所述厚度或表面粗糙度或两者兼有。


3.所述离子团簇束加速电势被选择为小于约50kV，或为小于约5kV。


4.所述修改所述束能量分布的步骤包括：沿着GCIB路径引导所述至少一个GCIB通过增加的压力区域，使得所述GCIB路径的至少一部分横穿所述增加的压力区域。


5.预处理所述衬底；或对所述超薄薄膜进行后处理以改变所述超薄薄膜的性能；或者既对所述基材进行预处理，又对所述超薄薄膜进行后处理。包括所述后处理或所述前处理和所述后处理两者，并且其中所述后处理包括将所述超薄薄膜暴露于另一GCIB，使所述超薄薄膜退火，将所述超薄薄膜暴露于缝隙平面天线(SPA)等离子体中，将所述超薄薄膜暴露...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹路，刘翊，张同庆，
申请(专利权)人：江苏集创原子团簇科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32