用于纳米结晶金刚石膜沉积的原位成核的制作方法

本公开内容的实施方式属于电子装置制造的领域，并且特定而言，属于集成电路(ic)制造。具体而言，本公开内容的实施方式提供沉积类金刚石碳硬模膜的方法，该类金刚石碳硬模膜能够用于图案化应用。

背景技术：

1、随着半导体工业引进具有更高效能和更大功能性的全新世代的集成电路(ics)，形成这些ic的元件的密度增加，同时个别部件或元件之间的尺寸、大小和间距缩小。虽然在过去，此种减少仅受到使用光刻术界定结构的能力所限制，但具有以μm或nm测量的尺寸的组件几何已产生了新的限制因素，诸如金属构件的导电率、在这些元件之间使用的绝缘材料的介电常数、或是3d-nand或dram制程中的挑战。这些限制可通过更耐用和更高硬度的硬模来解决。

2、金刚石是具有高硬度、化学惰性、高导热性和良好的透光性的材料，使得金刚石在微电子领域的应用上颇受期望。金刚石已发展成为无数微电子应用的颇受期望的候选材料。但是，金刚石和硅的表面能的巨大落差(6j cm-2相对于1.5j cm-2)、气态前驱物(例如，碳氢化合物自由基)的低黏附系数以及来自非金刚石相的强烈竞争一般会造成未处理的硅上的金刚石成核密度不良(约104cm-2)。

3、为了解决不良的金刚石成核密度，通常在沉积之前对基板进行预处理(例如，机械磨擦或微切削)及/或以纳米金刚石(nd)颗粒种晶。然而，这种种晶方法由多个基于溶液的程序所组成，这些程序很麻烦并且与无尘室不兼容。另一方面，偏压增强成核(bias-enhanced nucleation,ben)是少数能够原位执行的成核技术之一。它涉及富含甲烷(4–10％)的离子化气体物种轰击带负电的偏压基板的表面，从而容许形成有改善基板附着的碳化物层。据报，利用ben的情况下，有大于1011cm-2的成核密度。不幸的是，ben的应用受限于：基板表面损坏的存在(例如，以直径深达2-3μm的孔洞的形式)、在大面积上均匀施加偏压的困难性、以及导电基板的需求。

4、因此，从大规模制造和生产的观点，nd和ben的基于溶液的种晶都不适合此目的。

5、因此，需要用于形成均匀纳米结晶金刚石(ncd)膜的沉积的改善制程。

技术实现思路

1、本公开内容的一个或多个实施方式涉及一种形成膜的方法。在一个或多个实施方式中，该方法包括：将基板暴露于来自等离子体源的第一等离子体，以提供经处理的基板，该第一等离子体源包含下述中的一者或多者：cxhy其中y≥x，二氧化碳(co2)，氢(h2)，氮(n2)，及氩(ar)；以气流及第二等离子体培养(incubate)该经处理的基板，以在该基板的顶表面上使多个金刚石颗粒成核，该气流包含碳氢化合物；及将这些金刚石颗粒暴露于具有大于50w的功率的第三等离子体，以在该基板的该顶表面上形成纳米结晶金刚石膜。

2、本案公开内容的其他实施方式涉及一种形成金刚石膜的方法。在一个或多个实施方式中，该方法包括：将经处理的基板暴露于气流以在该经处理的基板的顶表面上使多个金刚石颗粒成核，该气流包括碳氢化合物；及将这些金刚石颗粒暴露于具有大于50w的功率的等离子体，以在该基板的该顶表面上形成纳米结晶金刚石膜。

技术特征：

1.一种形成膜的方法，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中所述碳氢化合物具有cmhn的通式，其中m在从1至120的范围内，且n在从2至242的范围内。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述气流进一步包含下述中的一者或多者：二氧化碳(co2)、氢(h2)、氮(n2)及氩(ar)。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述气流包含从5％至90％的所述碳氢化合物。

5.如权利要求1所述的方法，其中以低于12kw的功率点燃所述气流。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述经处理的基板用所述气流及所述第二等离子体培养达少于4小时的时间历程。

7.如权利要求1所述的方法，其中在培养期间所述经处理的基板维持在低于450摄氏度的温度。

8.如权利要求1所述的方法，其中在形成所述纳米结晶金刚石膜期间，所述多个金刚石颗粒维持在从100摄氏度至750摄氏度的范围内的温度。

9.如权利要求1所述的方法，其中培养所述经处理的基板是以低于100％的工作周期进行。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述第三等离子体的工作周期大于50％。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述第一等离子体的功率是在从50w至12kw的范围内。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述基板是在从20摄氏度至600摄氏度的范围内的温度暴露于所述第一等离子体。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述基板是以大于2cm的距离暴露于所述第一等离子体。

14.如权利要求1所述的方法，其中当所述经处理的基板用所述气流培养时，所述气流为远离所述经处理的基板的所述顶表面约2cm至10cm。

15.如权利要求1所述的方法，其中当所述多个金刚石颗粒暴露于所述第二等离子体时，所述第三等离子体远离所述基板的所述顶表面少于10cm。

16.一种形成金刚石膜的方法，所述方法包括：

17.如权利要求16所述的方法，其中所述碳氢化合物具有cmhn的通式，其中m是在从1至120的范围内，且n是在从2至242的范围内。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述气流进一步包括下述中的一者或多者：二氧化碳(co2)、氢(h2)、氮(n2)、及氩(ar)。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述气流包含从5％至90％的所述碳氢化合物。

20.如权利要求16所述的方法，其中以低于12kw的功率点燃所述气流。

技术总结
本文描述沉积纳米结晶金刚石膜的方法。该方法可用于集成电路的制造。多种方法包括：用温和等离子体处理基板以形成经处理的基板表面；用富含碳的弱等离子体培养该经处理的基板，以在该经处理的基板表面上使金刚石颗粒成核；然后，用强等离子体处理该基板以形成纳米结晶金刚石膜。

技术研发人员：陈思洁,维克内什·萨穆加纳坦,埃斯瓦拉南德·文卡塔苏布拉曼尼,阿卜希吉特·巴苏·马尔利克,约翰·苏迪约诺
受保护的技术使用者：应用材料公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23