[發明專利]用以實現高密度高SP3含量層的高功率脈沖磁控濺鍍工藝

有效

• 申請號: 201580045005.9
• 申請日: 2015-08-14
• 公開（公告）號: CN106663609B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: M·W·斯托威爾;陳詠梅
• 申請（專利權）人: 應用材料公司
• 主分類號: H01L21/205
• 分類號: H01L21/205;H05H1/46
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

本文公開了用于沉積納米晶金剛石層的方法。該方法可以包括以下步驟：輸送濺鍍氣體到基板，該基板被定位在第一處理腔室的處理區域中，該第一處理腔室具有含碳濺鍍靶材；輸送能量脈沖到該濺鍍氣體，以產生濺鍍等離子體，該濺鍍等離子體具有濺鍍持續時間，該能量脈沖具有介于1W/cm²和10W/cm²之間的平均功率及小于100μs并且大于30μs的脈沖寬度，該濺鍍等離子體被磁場控制，該磁場小于300高斯；以及輸送該濺鍍等離子體到該濺鍍靶材以形成離子化物種，該離子化物種在該基板上形成結晶含碳層。

背景

技術領域

本文公開的實施例大體而言涉及用于膜的沉積的方法。更具體而言，實施例涉及沉積用于半導體器件中的納米晶金剛石膜的設備和方法。

背景技術

由于半導體產業引入了具有更高性能和更大功能性的新一代集成電路(IC)，形成那些集成電路的元件的密度提高了，而個體的部件或元件之間的尺寸、大小及間距減小了。雖然在過去這種減小僅被使用光刻限定結構的能力限制，但尺寸以微米(μm)或納米(nm)測量的器件幾何形狀已產生了新的限制因素，諸如導電互連件的導電率、互連件之間使用的絕緣材料的介電常數、在3D NAND或DRAM形成工藝中蝕刻小的結構或其他的挑戰。這些限制可以通過更耐用、更高熱導率及更高硬度的硬掩模來獲益。

厚的碳硬掩模是眾所周知的，而且常被用作POR膜。然而，預期目前的石墨、Sp2型或其他碳硬掩模組成物是不足的，因為DRAM和NAND持續將自身的尺度縮小到小于～10nm的體系。這種尺度的縮小將需要甚至更高深寬比的深接觸孔或溝槽蝕刻。高深寬比的蝕刻問題包括堵塞、孔形扭曲、及圖案變形，通常在這些應用中觀察到頂部臨界尺寸放大、線彎曲、輪廓彎曲。許多的蝕刻挑戰取決于硬掩模材料的性質。深接觸孔變形會與較小的硬掩模密度和差的導熱性有關。狹縫圖案變形或線彎曲是由于硬掩模材料的較低選擇率和應力。因此，理想的是具有一種密度更高、蝕刻選擇率更高、應力更低、及熱傳導性優異的蝕刻硬掩模。

金剛石和類金剛石材料被稱為高硬度材料。由于它們的高硬度、表面惰性、及低摩擦系數，合成的金剛石材料已被應用作為保護涂層，并被應用于微機電系統(MEMS)以及其他的用途。已經通過熱細絲CVD和微波CVD合成了金剛石膜，例如納米晶金剛石(NCD)。然而，使用熱細絲CVD和微波CVD工藝來形成納米晶金剛石膜有各種的困難。

在熱細絲CVD中，使用金屬細絲來活化前體氣體以進行沉積。如所預期的，在膜形成工藝期間使金屬細絲暴露于前體氣體。結果，前體氣體會與金屬細絲反應，導致最終產物中有金屬污染的問題。與熱細絲CVD相比，微波CVD具有較少的污染問題。然而，微波CVD要求高的處理壓力，此舉會影響膜的均勻性。此外，雖然通過微波CVD硬件所形成的微波生成等離子體具有相對較低的離子能量，但這些生成的離子仍會攻擊NCD晶界并導致晶粒結構紊亂。

因此，需要有用于形成高質量金剛石膜的改進的設備和方法。

發明內容

本文公開的實施例大體而言涉及應用于半導體器件的納米晶金剛石層。通過控制位于濺鍍靶材附近的磁控管所提供的磁場強度、施加于濺鍍靶材的脈沖能量的量和/或脈沖寬度，可以在低溫下在基板上形成具有期望性質的納米晶金剛石膜。這些納米晶金剛石膜可被用于各種操作，例如在光刻和蝕刻工藝期間充當硬掩模的納米晶金剛石層。在一個實施例中，一種形成含碳層的方法可以包括以下步驟：輸送濺鍍氣體到基板，該基板被定位在第一處理腔室的處理區域中，該第一處理腔室具有含碳濺鍍靶材；輸送能量脈沖到該濺鍍氣體，以產生濺鍍等離子體，該濺鍍等離子體通過能量脈沖形成，該能量脈沖具有介于約1W/cm²和約10W/cm²之間的平均功率及小于100μs且大于30μs的脈沖寬度。該濺鍍等離子體被磁場控制，該磁場小于300高斯；以及形成該濺鍍等離子體以在該基板上形成結晶含碳層。