TW202200825A - 用於產生用於硬遮罩及其他圖案化應用的高密度摻雜碳膜的方法 - Google Patents

用於產生用於硬遮罩及其他圖案化應用的高密度摻雜碳膜的方法 Download PDF

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Abstract

本揭示的實施例大體係關於製造積體電路。更特定地，本文描述的實施例提供了用於沉積用於圖案化應用的高密度膜的技術。在一或多個實施例中，提供一種處理基板的方法並且該方法包括將含有烴化合物及摻雜劑化合物的沉積氣體流入在靜電夾盤上定位有基板的處理腔室的處理體積中，其中將處理體積維持在約0.5 mTorr至約10 Torr的壓力下。方法亦包括藉由將第一RF偏壓施加到靜電夾盤在基板處產生電漿以在基板上沉積摻雜的類金剛石碳膜，其中摻雜的類金剛石碳膜具有大於2 g/cc的密度及小於-500 MPa的應力。

Description

用於產生用於硬遮罩及其他圖案化應用的高密度摻雜碳膜的方法
本揭示的實施例大體係關於製造積體電路。更特定地，本文描述的實施例提供了用於沉積用於圖案化應用的高密度膜的技術
積體電路已發展到複雜元件，該等元件可以包括在單個晶片上的數百萬電晶體、電容器、及電阻器。晶片設計的發展持續要求更快的電路系統及更大的電路密度。對具有更大電路密度的更快電路的需求對用於製造此種積體電路的材料提出對應需求。特定而言，由於積體電路部件的尺寸減小到亞微米規模，現在必須使用低電阻率導電材料以及低介電常數絕緣材料來從此種部件獲得適宜的電氣效能。
對較大積體電路密度的需求亦對在製造積體電路部件時使用的製程序列提出需求。例如，在使用習知光微影技術的製程序列中，在基板上設置的材料層堆疊上方形成能量敏感抗蝕劑層。將能量敏感抗蝕劑層暴露於圖案影像以形成光阻遮罩。其後，使用蝕刻製程將遮罩圖案轉移到堆疊的一或多個材料層。在蝕刻製程中使用的化學蝕刻劑經選擇為與能量敏感抗蝕劑的遮罩相比對堆疊的材料層具有較大蝕刻選擇性。亦即，化學蝕刻劑以遠快於能量敏感抗蝕劑的速率蝕刻材料堆疊的一或多層。對抗蝕劑上方的堆疊的一或多個材料層的蝕刻選擇性防止在完成圖案轉移之前消耗能量敏感抗蝕劑。
由於圖案尺寸減小，能量敏感抗蝕劑的厚度對應地減小，以便控制圖案解析度。歸因於由化學蝕刻劑的侵蝕，此種薄抗蝕劑層可能不足以在圖案轉移步驟期間遮蔽下層材料層。由於對化學蝕刻劑的較大的抗性，稱為硬遮罩的中間層（例如，氮氧化矽、碳化矽或碳膜）經常在能量敏感抗蝕劑層與下層材料層之間使用以促進圖案轉移。具有高蝕刻選擇性及高沉積速率兩者的硬遮罩材料係期望的。由於關鍵尺寸(CD)減小，目前的硬遮罩材料相對於下層材料（例如，氧化物及氮化物）缺乏期望的蝕刻選擇性並且經常難以沉積。
由此，在本領域中需要改進的硬遮罩層及用於沉積改進的硬遮罩層的方法。
本揭示的實施例大體係關於製造積體電路。更特定地，本文描述的實施例提供了用於沉積用於圖案化應用的高密度膜的技術。在一或多個實施例中，一種處理基板的方法包括將含有一或多種烴化合物及一或多種摻雜劑化合物的沉積氣體流入在靜電夾盤上定位有基板的處理腔室的處理體積中，其中將處理體積維持在約0.5 mTorr至約10 Torr的壓力下。方法亦包括藉由將第一RF偏壓施加到靜電夾盤在基板處產生電漿以在基板上沉積摻雜的類金剛石碳膜，其中摻雜的類金剛石碳膜具有大於2 g/cc的密度及小於-500 MPa的應力。
在一些實施例中，一種處理基板的方法包括將含有一或多種烴化合物及一或多種摻雜劑化合物的沉積氣體流入在靜電夾盤上定位有基板的處理腔室的處理體積中，其中靜電夾盤具有卡緊電極及與卡緊電極分離的RF電極，其中將處理體積維持在約0.5 mTorr至約10 Torr的壓力下。方法亦包括藉由將第一RF偏壓施加到RF電極及將第二RF偏壓施加到卡緊電極在基板處產生電漿以在基板上沉積摻雜的類金剛石碳膜。摻雜的類金剛石碳膜具有大於2 g/cc至約12 g/cc的密度及約-600 MPa至約-300 MPa的應力。摻雜的類金剛石碳膜含有約50原子百分比(at%)至約90 at%的sp3 雜化的碳原子。
在其他實施例中，一種處理基板的方法包括將含有一或多種烴化合物及一或多種摻雜劑化合物的沉積氣體流入在靜電夾盤上處定位有基板的處理腔室的處理體積中。靜電夾盤具有卡緊電極及與卡緊電極分離的RF電極並且將處理體積維持在約0.5 mTorr至約10 Torr的壓力下。方法亦包括藉由將第一RF偏壓施加到RF電極並且將第二RF偏壓施加到卡緊電極在基板處產生電漿以在基板上沉積摻雜的類金剛石碳膜，其中摻雜的類金剛石碳膜具有大於2 g/cc至約12 g/cc的密度及約-600 MPa至約-300 MPa的應力。方法進一步包括在摻雜的類金剛石碳膜上方形成圖案化的光阻層、以與圖案化的光阻層相對應的圖案蝕刻摻雜的類金剛石碳膜、及將圖案蝕刻到基板中。
在一或多個實施例中，提供一種用作極紫外（extreme ultraviolet; 「EUV」）微影製程的下層的膜並且該膜含有基於膜中的碳原子的總量約40%至約90%的sp3 雜化的碳原子含量、約0.1 at%至約20 at%的一或多種摻雜劑、大於2.5 g/cc至約12 g/cc的密度、以及大於或約150 GPa至約400 GPa的彈性模數。
本文提供的實施例係關於摻雜的類金剛石碳膜及用於在基板上沉積或以其他方式形成摻雜的類金剛石碳膜的方法。某些細節在以下描述及第1圖至第5圖中闡述以提供對本揭示的各個實施例的透徹理解。描述經常與電漿處理及摻雜的類金剛石碳膜沉積相關聯的熟知結構及系統的其他細節未在以下揭示中闡述以避免不必要地混淆對各個實施例的描述。
在諸圖中圖示的眾多細節、尺寸、角度及其他特徵僅僅說明特定實施例。由此，其他實施例可以具有其他細節、部件、尺寸、角度及特徵，而不脫離本揭示的精神或範疇。另外，本揭示的進一步實施例可以在沒有下文描述的若干細節的情況下實踐。
本文描述的實施例將在下文參考可以使用任何適宜的薄膜沉積系統執行的電漿增強的化學氣相沉積(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PE-CVD)製程描述。適宜系統的實例包括可使用DXZ®處理腔室的CENTURA®系統、PRECISION 5000®系統、PRODUCER®系統、PRODUCER® GTTM 系統、PRODUCER® XP PrecisionTM 系統、PRODUCER® SETM 系統、Sym3®處理腔室、及MesaTM 處理腔室，所有此等可從加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司購買。能夠執行PE-CVD製程的其他工具亦可適於從本文描述的實施例中獲益。此外，可以有利地使用實現本文描述的PE-CVD製程的任何系統。本文描述的設備描述係說明性的並且不應當理解或解釋為限制本文描述的實施例的範疇。
用於記憶體及其他元件的當前硬遮罩應用大量利用為非晶性質但其蝕刻選擇性不再足以滿足日益嚴格的需求及即將到來節點的高深寬比蝕刻的厚碳膜（例如，約300 nm至約1.5微米）。為了實現更大的蝕刻選擇性，膜的密度及楊氏模數需要改進。在實現較大的蝕刻選擇性及改進的楊氏模數的主要挑戰之一係此種膜的高壓縮應力由於所得高晶圓/基板彎曲而使其不適用於應用。因此，需要具有高密度及模數（例如，較大sp3 含量，更類金剛石）的碳（類金剛石）膜，該等膜具有高蝕刻選擇性連同低應力（例如，＜-500 MPa）。
本文描述的實施例包括改進的製造具有高密度（例如，＞2 g/cc）、高模數（例如，＞150 GPa）、及低應力（例如，＜-500 MPa）的摻雜的類金剛石碳膜的方法。根據本文描述的實施例製造的摻雜的類金剛石碳膜係非晶性質的並且與當前的圖案化膜相比具有較大的蝕刻選擇性與非常大的模數（例如，＞150 GPa）連同較低的應力。根據本文描述的實施例製造的摻雜的類金剛石碳膜不僅具有低應力，亦具有高sp3 碳含量。通常，本文描述的沉積製程亦完全與當前用於硬遮罩應用的整合方案相容。
在一或多個實施例中，本文描述的摻雜的類金剛石碳膜可藉由化學氣相沉積（chemical vapor deposition; CVD，諸如電漿增強CVD及/或熱CVD製程），使用含有一或多種烴化合物及一或多種摻雜劑化合物的沉積氣體來形成。示例性烴化合物可以係或包括乙炔(ethyne)或乙炔(acetylene) (C2 H2 )、丙烯(C3 H6 )、甲烷(CH4 )、丁烯(C4 H8 )、1,3-二甲基金剛烷、二環[2.2.1]庚-2,5-二烯（2,5-降冰片二烯）、金剛烷(C10 H16 )、降冰片烯(C7 H10 )、其衍生物、其異構物、或其任何組合。
摻雜劑化合物可以係或包括一或多種金屬摻雜劑、一或多種非金屬摻雜劑、或其組合。摻雜劑化合物可以係在氣相沉積製程（諸如CVD或ALD）中使用的一或多種化學前驅物。金屬摻雜劑可以係或包括一或多種鎢、鉬、鈷、鎳、釩、鉿、鋯、鉭、或其任何組合。因此，金屬摻雜劑可以係或包括一或多種鎢前驅物、鉬前驅物、鈷前驅物、鎳前驅物、釩前驅物、鉿前驅物、鋯前驅物、鉭前驅物、或其任何組合。示例性金屬摻雜劑可以係或包括六氟化鎢、六羰基鎢、五氯化鉬、環戊二烯基二羰基鈷、二鈷六羰基丁基乙炔(CCTBA)、雙(環戊二烯基)鈷、雙(甲基環戊二烯基)鎳、五氯化釩、四氯化鉿、四(二甲基胺基)鉿、四(二乙基胺基)鉿、四氯化鋯、雙(環戊二烯基)二氫化鋯、四(二甲基胺基)鋯、四(二乙基胺基)鋯、五氯化鉭、五氟化鉭、五(二甲基胺基)鉭、五(二乙基胺基)鉭、五(乙基甲基胺基)鉭、其加和物、其衍生物、或其任何組合。非金屬摻雜劑可以係或包括一或多種硼、矽、鍺、氮、磷、或其任何組合。因此，非金屬摻雜劑可以係或包括一或多種硼前驅物、矽前驅物、鍺前驅物、氮前驅物、磷前驅物、或其任何組合。示例性非金屬摻雜劑可以係或包括二矽烷、二硼烷、三乙基硼烷、矽烷、二矽烷、三矽烷、鍺烷、氨、肼、膦、其加和物、或其任何組合。
在沉積製程期間基板及/或處理體積可以加熱並且維持在獨立溫度下。基板及/或處理體積可以加熱到約-50℃、約-25℃、約-10℃、約-5℃、約0℃、約5℃、或約10℃至約15℃、約20℃、約23℃、約30℃、約50℃、約100℃、約150℃、約200℃、約300℃、約400℃、約500℃、或約600℃的溫度。例如，基板及/或處理體積可以加熱到約-50℃至約600℃、約-50℃至約450℃、約-50℃至約350℃、約-50℃至約200℃、約-50℃至約100℃、約-50℃至約50℃、約-50℃至約0℃、約0℃至約600℃、約0℃至約450℃、約0℃至約350℃、約0℃至約200℃、約0℃至約120℃、約0℃至約100℃、約0℃至約80℃、約0℃至約50℃、約0℃至約25℃、約10℃至約600℃、約10℃至約450℃、約10℃至約350℃、約10℃至約200℃、約10℃至約100℃、或約10℃至約50℃的溫度。
在沉積製程期間處理腔室的處理體積維持在低於大氣壓下。處理腔室的處理體積維持在約0.1 mTorr、約0.5 mTorr、約1 mTorr、約5 mTorr、約10 mTorr、約50 mTorr、或約80 mTorr至約100 mTorr、約250 mTorr、約500 mTorr、約1 Torr、約5 Torr、約10 Torr、約20 Torr、約50 Torr、或約100 Torr的壓力下。例如，處理腔室的處理體積維持在約0.1 mTorr至約10 Torr、約0.1 mTorr至約5 Torr、約0.1 mTorr至約1 Torr、約0.1 mTorr至約500 mTorr、約0.1 mTorr至約100 mTorr、約0.1 mTorr至約10 mTorr、約1 mTorr至約10 Torr、約1 mTorr至約5 Torr、約1 mTorr至約1 Torr、約1 mTorr至約500 mTorr、約1 mTorr至約100 mTorr、約1 mTorr至約10 mTorr、約5 mTorr至約10 Torr、約5 mTorr至約5 Torr、約5 mTorr至約1 Torr、約5 mTorr至約500 mTorr、約5 mTorr至約100 mTorr、或約5 mTorr至約10 mTorr的壓力下。
沉積氣體可進一步包括一或多種稀釋氣體、載氣、及/或淨化氣體，諸如，例如，氦氣、氬氣、氙氣、氖氣、氮氣(N2 )、氫氣(H2 )、或其任何組合。沉積氣體可進一步包括蝕刻劑氣體，諸如氯氣(Cl2 )、四氟化碳(CF4 )、及/或三氟化氮(NF3 )以改進膜品質。電漿（例如，電容耦合電漿）可從頂部及底部電極或側電極形成。電極可從單個供電電極、雙供電電極、或具有多個頻率（諸如，但不限於約350 KHz、約2 MHz、約13.56 MHz、約27 MHz、約40 MHz、約60 MHz、及約100 MHz）的更多電極形成，該等電極在具有本文列出的任何或所有反應物氣體的CVD系統中交替或同時使用以沉積類金剛石碳的薄膜以用作硬遮罩及/或蝕刻終止或需要光滑碳膜的任何其他應用。摻雜的類金剛石碳膜的高蝕刻選擇性藉由具有與當前代膜相比較大的密度及模數來實現。不受理論束縛，咸信較大密度及模數係由於在摻雜的類金剛石碳膜中sp3 雜化的碳原子的高含量導致的，這繼而可藉由低壓力及電漿功率的組合來實現。
在一或多個實施例中，摻雜的類金剛石碳膜在具有維持在約10℃的基板基座的腔室中沉積，並且壓力維持在約2 mTorr，其中電漿藉由將約2,500瓦（約13.56 MHz）的偏壓施加到靜電夾盤在基板位準處產生。在其他實施例中，在約2 MHz下約1,000瓦的額外RF亦傳遞到靜電夾盤，因此在基板位準處產生雙偏壓電漿。
在一或多個實施例中，氫自由基經由RPS饋送，這導致對sp2 雜化的碳原子的選擇性蝕刻，因此進一步增加膜的sp3 雜化的碳原子分數，因此進一步增加蝕刻選擇性。摻雜的類金剛石碳膜可以具有基於摻雜的類金剛石碳膜中的碳原子的總量至少40原子百分比(at%)、約45 at%、約50 at%、約55 at%、或約58 at%至約60 at%、約65 at%、約70 at%、約75 at%、約80 at%、約85 at%、約88 at%、約90 at%、約92 at%、或約95 at%的sp3 雜化的碳原子的濃度或百分比（例如，sp3 雜化的碳原子含量）。例如，摻雜的類金剛石碳膜可以具有基於摻雜的類金剛石碳膜中的碳原子的總量至少40 at%至約95 at%、約45 at%至約95 at%、約50 at%至約95 at%、約50 at%至約90 at%、約50 at%至約85 at%、約50 at%至約80 at%、約50 at%至約75 at%、約50 at%至約70 at%、約50 at%至約65 at%、約65 at%至約95 at%、約65 at%至約90 at%、約65 at%至約85 at%、約65 at%至約80 at%、約65 at%至約75 at%、約65 at%至約70 at%、約65 at%至約68 at%、約75 at%至約95 at%、約75 at%至約90 at%、約75 at%至約85 at%、約75 at%至約80 at%、或約75 at%至約78 at%的sp3 雜化的碳原子的濃度或百分比。
摻雜的類金剛石碳膜可以具有基於摻雜的類金剛石碳膜中的原子的總量約0.01 at%、約0.05 at%、約0.1 at%、約0.3 at%、約0.5 at%、約0.8 at%、約1 at%、約1.2 at%、約1.5 at%、約1.8 at%、約2 at%、約2.5 at%、或約2.8 at%至約3 at%、約3.5 at%、約4 at%、約5 at%、約6 at%、約7 at%、約8 at%、約9 at%、約10 at%、約12 at%、約15 at%、約18 at%、約20 at%、約25 at%、約30 at%、或更大的摻雜劑的濃度或百分比。例如，摻雜的類金剛石碳膜可以具有基於摻雜的類金剛石碳膜中的原子的總量約0.01 at%至約25 at%、約0.1 at%至約25 at%、約0.5 at%至約25 at%、約1 at%至約25 at%、約2 at%至約25 at%、約3 at%至約25 at%、約5 at%至約25 at%、約7 at%至約25 at%、約10 at%至約25 at%、約12 at%至約25 at%、約15 at%至約25 at%、約18 at%至約25 at%、約20 at%至約25 at%、約0.1 at%至約20 at%、約0.5 at%至約20 at%、約1 at%至約20 at%、約2 at%至約20 at%、約3 at%至約20 at%、約5 at%至約20 at%、約7 at%至約20 at%、約10 at%至約20 at%、約12 at%至約20 at%、約15 at%至約20 at%、約18 at%至約20 at%、約0.1 at%至約18 at%、約0.5 at%至約18 at%、約1 at%至約18 at%、約2 at%至約18 at%、約3 at%至約18 at%、約5 at%至約18 at%、約7 at%至約18 at%、約10 at%至約18 at%、約12 at%至約18 at%、約15 at%至約18 at%、約0.1 at%至約15 at%、約0.5 at%至約15 at%、約1 at%至約15 at%、約2 at%至約15 at%、約3 at%至約15 at%、約5 at%至約15 at%、約7 at%至約15 at%、約10 at%至約15 at%、約12 at%至約15 at%、約0.01 at%至約10 at%、約0.1 at%至約10 at%、約0.5 at%至約10 at%、約1 at%至約10 at%、約2 at%至約10 at%、約3 at%至約10 at%、約4 at%至約10 at%、約5 at%至約10 at%、約7 at%至約10 at%、約0.01 at%至約5 at%、約0.1 at%至約5 at%、約0.5 at%至約5 at%、約1 at%至約5 at%、約2 at%至約5 at%、或約3 at%至約5 at%的摻雜劑的濃度或百分比。
摻雜的類金剛石碳膜具有大於2 g/cc，諸如約2.1 g/cc、約2.2 g/cc、約2.3 g/cc、約2.4 g/cc、約2.5 g/cc、約2.6 g/cc、約2.7 g/cc、約2.8 g/cc、約2.9 g/cc、或約3 g/cc至約3.1 g/cc、約3.2 g/cc、約3.4 g/cc、約3.5 g/cc、約3.6 g/cc、約3.8 g/cc、約4 g/cc、約4.5 g/cc、約5 g/cc、約5.5 g/cc、約6 g/cc、約6.5 g/cc、約7 g/cc、約8 g/cc、約9 g/cc、約10 g/cc、約11 g/cc、約12 g/cc、或更大的密度。例如，摻雜的類金剛石碳膜具有大於2 g/cc至約12 g/cc、大於2 g/cc至約10 g/cc、大於2 g/cc至約8 g/cc、大於2 g/cc至約7 g/cc、大於2 g/cc至約5 g/cc、大於2 g/cc至約4 g/cc、大於2 g/cc至約3 g/cc、大於或約2.5 g/cc至約12 g/cc、大於或約2.5 g/cc至約10 g/cc、大於或約2.5 g/cc至約8 g/cc、大於或約2.5 g/cc至約7 g/cc、大於或約2.5 g/cc至約5 g/cc、大於或約2.5 g/cc至約4 g/cc、大於或約2.5 g/cc至約3 g/cc、大於或約3 g/cc至約12 g/cc、大於或約3 g/cc至約10 g/cc、大於或約3 g/cc至約8 g/cc、大於或約3 g/cc至約7 g/cc、大於或約3 g/cc至約5 g/cc、大於或約3 g/cc至約4 g/cc、或者大於或約3 g/cc至約3.5 g/cc的密度。
摻雜的類金剛石碳膜具有約5 Å、約10 Å、約50 Å、約100 Å、約150 Å、約200 Å、或約300 Å至約400 Å、約500 Å、約800 Å、約1,000 Å、約2,000 Å、約3,000 Å、約5,000 Å、約8,000 Å、約10,000 Å、約15,000 Å、約20,000 Å、或更厚的厚度。例如，摻雜的類金剛石碳膜可以具有約5 Å至約20,000 Å、約5 Å至約10,000 Å、約5 Å至約5,000 Å、約5 Å至約3,000 Å、約5 Å至約2,000 Å、約5 Å至約1,000 Å、約5 Å至約500 Å、約5 Å至約200 Å、約5 Å至約100 Å、約5 Å至約50 Å、約300 Å至約20,000 Å、約300 Å至約10,000 Å、約00 Å至約5,000 Å、約300 Å至約3,000 Å、約300 Å至約2,000 Å、約300 Å至約1,000 Å、約300 Å至約500 Å、約300 Å至約200 Å、約300 Å至約100 Å、約300 Å至約50 Å、約1,000 Å至約20,000 Å、約1,000 Å至約10,000 Å、約1,000 Å至約5,000 Å、約1,000 Å至約3,000 Å、約1,000 Å至約2,000 Å、約2,000 Å至約20,000 Å、或約2,000 Å至約3,000 Å的厚度。
摻雜的類金剛石碳膜可以具有大於2，諸如約2.1、約2.2、約2.3、約2.4或約2.5至約2.6、約2.7、約2.8、約2.9、或約3的折射係數或n值（n（在633 nm處））。例如，摻雜的類金剛石碳膜可以具有大於2至約3、大於2至約2.8、大於2至約2.5、大於2至約2.3、約2.1至約3、約2.1至約2.8、約2.1至約2.5、約2.1至約2.3、約2.3至約3、約2.3至約2.8、或約2.3至約2.5的折射係數或n值（n（在633 nm處））。
摻雜的類金剛石碳膜可以具有大於0.1，諸如約0.15、約0.2、約0.25、或約0.3的消光係數或k值（K（在633 nm處））。例如，摻雜的類金剛石碳膜可以具有大於0.1至約0.3、大於0.1至約0.25、大於0.1至約0.2、大於0.1至約0.15、約0.2至約0.3、或約0.2至約0.25的消光係數或k值（K（在633 nm處））。
摻雜的類金剛石碳膜可以具有小於-250 MPa、小於-275 MPa、約-300 MPa或更小、約-350 MPa或更小、約-400 MPa或更小、約-450 MPa或更小、約-500 MPa或更小、約-550 MPa或更小、約-600 MPa、或更小的應力。例如，摻雜的類金剛石碳膜可以具有約-600 MPa至約-300 MPa、約-600 MPa至約-350 MPa、約-600 MPa至約-400 MPa、約-600 MPa至約-450 MPa、約-600 MPa至約-500 MPa、約-600 MPa至約-550 MPa、約-550 MPa至約-300 MPa、約-550 MPa至約-350 MPa、約-550 MPa至約-400 MPa、約-550 MPa至約-450 MPa、約-550 MPa至約-500 MPa、約-500 MPa至約-300 MPa、約-500 MPa至約-350 MPa、約-500 MPa至約-400 MPa、或約-500 MPa至約-450 MPa的應力。
摻雜的類金剛石碳膜可以具有大於150 GPa，諸如約175 GPa、約200 GPa、或約250 GPa至約275 GPa、約300 GPa、約325 GPa、約350 GPa、約375 GPa、或約400 GPa的彈性模數。例如，摻雜的類金剛石碳膜可以具有大於150 GPa至約400 GPa、大於150 GPa至約375 GPa、大於150 GPa至約350 GPa、大於150 GPa至約300 GPa、大於150 GPa至約250 GPa、約 175 GPa至約400 GPa、約175 GPa至約375 GPa、約175 GPa至約350 GPa、約175 GPa至約300 GPa、約175 GPa至約250 GPa、約200 GPa至約400 GPa、約200 GPa至約375 GPa、約200 GPa至約350 GPa、約200 GPa至約300 GPa、或約200 GPa至約250 GPa的彈性模數。
在一些實施例中，摻雜的類金剛石碳膜可係用於極紫外（「EUV」）微影製程的下層。在一些實例中，摻雜的類金剛石碳膜係用於EUV微影製程的下層並且具有基於膜中的碳原子的總量約40%至約90%的sp3 雜化的碳原子含量、大於2 g/cc至約12 g/cc的密度、及大於或約150 GPa至約400 GPa的彈性模數。
第1A圖描繪了根據本文描述的實施例的可以用於執行摻雜的類金剛石碳膜沉積的基板處理系統132的示意圖。基板處理系統132包括耦接到氣體控制板130的處理腔室100及控制器110。處理腔室100大體包括界定處理體積126的頂壁124、側壁101及底壁122。基板支撐組件146在處理腔室100的處理體積126中提供。基板支撐組件146大體包括由桿160支撐的靜電夾盤150。靜電夾盤150可通常由鋁、陶瓷、及其他適宜材料製造。靜電夾盤150可使用移位機構（未圖示）在處理腔室100內部在垂直方向上移動。
真空泵102耦接到處理腔室100的底部中形成的埠。真空泵102用於在處理腔室100中維持期望的氣體壓力。真空泵102亦從處理腔室100抽空製程的處理後氣體及副產物。
基板處理系統132可進一步包括用於控制腔室壓力的額外設備，例如，在處理腔室100與真空泵102之間定位以控制腔室壓力的閥（例如，節流閥及隔離閥）。
具有複數個孔128的氣體分配組件120在靜電夾盤150之上的處理腔室100的頂部上設置。氣體分配組件120的孔128用於將處理氣體（例如，沉積氣體、稀釋氣體、載氣、淨化氣體）引入處理腔室100中。孔128可具有不同大小、數量、分佈、形狀、設計、及直徑以促進用於不同處理需求的各種處理氣體的流動。氣體分配組件120連接到允許在處理期間將各種氣體供應到處理體積126的氣體控制板130。電漿由離開氣體分配組件120的處理氣體混合物形成以增強處理氣體的熱分解，從而導致在基板190的表面191上沉積材料。
氣體分配組件120及靜電夾盤150可在處理體積126中形成一對間隔開的電極。一或多個RF電源140將偏壓電位經由可選的匹配網路138提供到氣體分配組件120以促進在氣體分配組件120與靜電夾盤150之間產生電漿。或者，RF電源140及匹配網路138可耦接到氣體分配組件120、靜電夾盤150，或耦接到氣體分配組件120及靜電夾盤150兩者，或耦接到在處理腔室100外部設置的天線（未圖示）。在一或多個實例中，RF電源140可在約350 KHz、約2 MHz、約13.56 MHz、約27 MHz、約40 MHz、約60 MHz、或約100 MHz的頻率下產生功率。在一些實例中，RF電源140可在約50 kHz至約13.6 MHz的頻率下提供約100瓦至約3,000瓦的功率。在其他實例中，RF電源140可在約50 kHz至約13.6 MHz的頻率下提供約500瓦至約1,800瓦的功率。
控制器110包括中央處理單元(CPU) 112、記憶體116、及用於控制製程序列及調整來自氣體控制板130的氣體流量的支援電路114。CPU 112可以係可以在工業環境中使用的任何形式的通用電腦處理器。軟體常式可以在記憶體116中儲存，記憶體116諸如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟、或硬碟、或其他形式的數位儲存器。支援電路114習知地耦接到CPU 112並且可包括快取記憶體、時鐘電路、輸入/輸出系統、電源供應器、及類似者。在控制器110與基板處理系統132的各個部件之間的雙向通訊經由數個信號纜線（統稱為信號匯流排118）處理，其中一些在第1A圖中示出。
第1B圖描繪了可以用於實踐本文描述的實施例的另一基板處理系統180的示意性橫截面圖。基板處理系統180類似於第1A圖的基板處理系統132，不同之處在於基板處理系統180經構造為使處理氣體從氣體控制板130跨過基板190的表面191經由側壁101流動。此外，第1A圖中描繪的氣體分配組件120用電極182替代。電極182可經構造為用於二次電子產生。在一或多個實施例中，電極182係含矽電極。
第2圖描繪了可以用於實踐本文描述的實施例的在第1A圖及第1B圖的處理系統中使用的基板支撐組件146的示意性橫截面圖。參見第2圖，靜電夾盤150可包括適用於控制在靜電夾盤150的上表面192上支撐的基板190的溫度的加熱器元件170。加熱器元件170可嵌入靜電夾盤150中。靜電夾盤150可藉由將來自加熱器電源106的電流施加到加熱器元件170來電阻式加熱。加熱器電源106可經由RF過濾器216耦接。RF過濾器216可用於保護加熱器電源106不受RF能量的影響。加熱器元件170可由在鎳鐵鉻合金（例如，INCOLOY® 合金）鞘管中包封的鎳鉻接線製成。從加熱器電源106供應的電流藉由控制器110調整以控制由加熱器元件170產生的熱，因此在膜沉積期間將基板190及靜電夾盤150維持在實質上恆定的溫度下。所供應的電流可經調節為將靜電夾盤150的溫度選擇性控制為約-50℃至約600℃。
參見第1圖，溫度感測器172（諸如熱電偶）可嵌入靜電夾盤150中來以習知方式監控靜電夾盤150的溫度。所量測的溫度由控制器110用於控制供應到加熱器元件170的功率以將基板維持在期望溫度下。
靜電夾盤150包括卡緊電極210，卡緊電極210可係導電材料的網格。卡緊電極210可嵌入靜電夾盤150中。卡緊電極210耦接到卡緊電源212，當供能時，卡緊電源212將基板190靜電夾持到靜電夾盤150的上表面192。
卡緊電極210可經構造為單極或雙極電極，或具有另一適宜佈置。卡緊電極210可經由RF過濾器214耦接到卡緊電源212，卡緊電源212提供直流(direct current; DC)功率以將基板190靜電地固定到靜電夾盤150的上表面192。RF過濾器214防止用於在處理腔室100內形成電漿的RF功率損壞電氣設備或在腔室外部帶來電氣危害。靜電夾盤150可由陶瓷材料製造，諸如氮化鋁或氧化鋁（例如，氧化鋁(alumina)）。或者，靜電夾盤150可由聚合物製造，諸如聚醯亞胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳醚酮(PAEK)、及類似者。
功率施加系統220耦接到基板支撐組件146。功率施加系統220可包括加熱器電源106、卡緊電源212、第一射頻(radio frequency; RF)電源230、及第二RF電源240。功率施加系統220可額外包括控制器110、及與控制器110以及第一RF電源230及第二RF電源240兩者通訊的感測器元件250。控制器110亦可用於藉由施加來自第一RF電源230及第二RF電源240的RF功率控制來自處理氣體的電漿以便在基板190上沉積材料層。
如上文描述，靜電夾盤150包括卡緊電極210，卡緊電極210可在一個態樣中用於卡緊基板190，同時亦用作第一RF電極。靜電夾盤150亦可包括第二RF電極260，並且連同卡緊電極210一起可施加RF功率以調諧電漿。第一RF電源230可耦接到第二RF電極260，而第二RF電源240可耦接到卡緊電極210。可提供分別用於第一RF電源230及第二RF電源240的第一匹配網路及第二匹配網路。第二RF電極260可係如圖所示的導電材料的實體金屬板。或者，第二RF電極260可係導電材料的網格。
第一RF電源230及第二RF電源240可在相同頻率或不同頻率下產生功率。在一或多個實施例中，第一RF電源230及第二RF電源240中的一者或兩者可在從約350 KHz至約100 MHz（例如，350 KHz、2 MHz、13.56 MHz、27 MHz、40 MHz、60 MHz、或100 MHz）的頻率下獨立地產生功率。在一或多個實施例中，第一RF電源230可在13.56 MHz的頻率下產生功率，並且第二RF電源240可在2 MHz的頻率下產生功率，或反之亦然。來自第一RF電源230及第二RF電源240中的一者或兩者的RF功率可變化以便調諧電漿。例如，感測器元件250可用於監控來自第一RF電源230及第二RF電源240中的一者或兩者的RF能量。來自感測器元件250的資料可通訊到控制器110，並且控制器110可用於改變由第一RF電源230及第二RF電源240施加的功率。
在一或多個實施例中，靜電夾盤150具有彼此分離的卡緊電極210a及RF電極，並且第一RF偏壓可以施加到RF電極260，且第二RF電壓可以施加到卡緊電極210。在一或多個實例中，第一RF偏壓在約350 KHz至約100 MHz的頻率下在約10瓦至約3,000瓦的功率下提供，並且第二RF偏壓在約350 KHz至約100 MHz的頻率下在約10瓦至約3,000瓦的功率下提供。在其他實例中，第一RF偏壓在約13.56 MHz的頻率下在約2,500瓦至約3,000瓦的功率下提供，並且第二RF偏壓在約2 MHz的頻率下在約800瓦至約1,200瓦的功率下提供。
在一或多個實施例中，含有一或多種烴化合物及一或多種摻雜劑化合物的沉積氣體可流入或以其他方式引入處理腔室（諸如PE-CVD腔室）的處理體積中。烴化合物及摻雜劑化合物可獨立地流入或引入處理體積中。在一些實例中，一或多個基板在處理腔室中的靜電夾盤上定位。靜電夾盤可以具有彼此分離的卡緊電極及RF電極。電漿可藉由將第一RF偏壓施加到RF電極並且將第二RF偏壓施加到卡緊電極在基板（例如，基板位準）處或附近點燃或以其他方式產生。摻雜的類金剛石碳膜在基板上沉積或以其他方式形成。在一些實施例中，圖案化的光阻層可在摻雜的類金剛石碳膜上方沉積或以其他方式形成，摻雜的類金剛石碳膜以與圖案化的光阻層相對應的圖案蝕刻或以其他方式形成，並且將圖案蝕刻或以其他方式形成到基板中。
大體上，以下示例性沉積製程參數可用於形成摻雜的類金剛石碳膜。基板溫度的範圍可係約-50℃至約350℃（例如，約10℃至約100℃；或約10℃至約50℃）。腔室壓力的範圍可係從約0.5 mTorr至約10 Torr（例如，約2 mTorr至約50 mTorr；或約2 mTorr至約10 mTorr）的腔室壓力。烴化合物的流動速率可係約10 sccm至約1,000 sccm（例如，約100 sccm至約200 sccm或約150 sccm至約200 sccm）。摻雜劑化合物的流動速率可係約1 sccm至約500 sccm（例如，約10 sccm至約150 sccm或約20 sccm至約100 sccm）。稀釋氣體或淨化氣體的流動速率可係約50 sccm至約50,000 sccm（例如，約50 sccm至約500 sccm；或約50 sccm至約100 sccm）。
表 I
沉積參數 示例性範圍 示例性範圍 示例性範圍
溫度 ( ℃ ) -50-350℃ 10-100℃ 10-50℃
壓力 (Torr) 0.5 mTorr-10 Torr 2 mTorr-50 mTorr 2 mTorr-10 mTorr
第一 RF 功率 (13.56 MHz) 100-3,000瓦 2,000-3,000瓦 2,500瓦
第二 RF 功率 (2 MHz) 200-2,000瓦 800-1,200瓦 1,000瓦
間隔 1,000 to 15,000 mils 6,000 to 12,000 mils 8,000 to 12,000 mils
C2 H2 流量 10-1,000 sccm 100-200 sccm 150 sccm
B2 H2 （在 H2 中）流量 1-500 sccm 10-150 sccm 50 sccm
He 流量 50-5,000 sccm 50-100 sccm 100 sccm
摻雜的類金剛石碳膜可沉積到約5 Å與約20,000 Å的厚度（例如，約300 Å至約5,000 Å；約2,000 Å與約3,000 Å，或約5 Å至約200 Å）。在表I中描繪的以上製程參數提供了用於可從加利福尼亞州聖克拉拉市的應用材料公司購買的沉積腔室中的300 mm基板的製程參數的實例。
摻雜的類金剛石碳膜可具有大於2.0的折射係數或n值（n（在633 nm處）），例如，約2.1至約3.0，諸如2.3。摻雜的類金剛石碳膜可具有大於0.1的消光係數或k值（K（在633 nm處）），例如，約0.2至約0.3，諸如0.25。摻雜的類金剛石碳膜可具有小於-100 MPa的應力(MPa)，例如，從約-1,000 MPa至約-100 MPa、從約-600 MPa至約-300 MPa、從約-600 MPa至約-500 MPa，諸如約-550 MPa。摻雜的類金剛石碳膜可具有大於2 g/cc的密度(g/cc)，例如，約2.5 g/cc或更大、約2.8 g/cc或更大，諸如從約3 g/cc至約12 g/cc。摻雜的類金剛石碳膜可具有大於150 GPa的彈性模數(GPa)，例如，從約200 GPa至約400 GPa。
第3圖描繪了根據本揭示的一個實施例的用於在基板上設置的膜堆疊上形成摻雜的類金剛石碳膜的方法300的流程圖。在膜堆疊上形成的摻雜的類金剛石碳膜可用作例如硬遮罩以在膜堆疊中形成類階梯結構。第4A圖至第4B圖係根據方法300的示出用於在基板上設置的膜堆疊上形成摻雜的類金剛石碳膜的序列的示意性橫截面圖。儘管下文參考可在膜堆疊上形成用於在三維半導體元件的膜堆疊中製造類階梯結構的硬遮罩層來描述方法300，但方法300亦可有利地用於其他元件製造應用。另外，亦應當理解，第3圖中描繪的操作可同時執行及/或以與第3圖中描繪的次序不同的次序執行。
方法300藉由將基板（諸如第4A圖中描繪的基板402）定位到處理腔室（諸如第1A圖或第1B圖中描繪的處理腔室100）的處理體積中而開始於操作310。基板402可係第1A圖、第1B圖及第2圖中描繪的基板190。基板402可在靜電夾盤（例如，靜電夾盤150的上表面192）上定位。按需要，基板402可係在基板402上設置有膜堆疊404的基於矽的材料或任何適宜的絕緣材料或導電材料，該材料可用於在膜堆疊404中形成結構400，諸如類階梯結構。
如第4A圖中描繪的實施例所示，基板402可具有實質上平坦的表面、不均勻表面、或其上形成有結構的實質上平坦的表面。膜堆疊404在基板402上形成。在一或多個實施例中，膜堆疊404可用於在前端或後端製程中形成閘極結構、接觸結構或互連結構。方法300可在膜堆疊404上執行以在其中形成在記憶體結構（諸如NAND結構）中使用的類階梯結構。在一或多個實施例中，基板402可係材料諸如結晶矽（例如，Si＜100＞或Si＜111＞）、氧化矽、應變矽、鍺矽、摻雜或未摻雜的多晶矽、摻雜或未摻雜的矽基板以及圖案化或非圖案化的基板絕緣體上矽(silicon on insulator; SOI)、碳摻雜的氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石。基板402可具有各種尺寸，諸如200 mm、300 mm、450 mm、或其他直徑的基板，以及矩形或方形面板。除非另外提及，否則本文描述的實施例及實例在具有200 mm直徑、300 mm直徑、或450 mm直徑基板的基板上執行。在其中SOI結構用於基板402的實施例中，基板402可包括在矽結晶基板上設置的埋入的介電層。在本文描繪的一或多個實施例中，基板402可係結晶矽基板。
在一或多個實施例中，在基板402上設置的膜堆疊404可具有數個垂直堆疊的層。膜堆疊404可包含包括在膜堆疊404中重複形成的第一層（圖示為408a1 、408a2 、408a3 、……、408an ）及第二層（圖示為408b1 、408b2 、408b3 、……、408bn ）的對。對包括重複地形成的交替的第一層（圖示為408a1 、408a2 、408a3 、……、408an ）及第二層（圖示為408b1 、408b2 、408b3 、……、408bn ），直到達到期望數量的第一層及第二層的對。
膜堆疊404可係半導體晶片的部分，諸如三維記憶體晶片。儘管在第4A圖至第B圖中圖示第一層（圖示為408a1 、408a2 、408a3 、……、408an ）及第二層（圖示為408b1 、408b2 、408b3 、……、408bn ）的三個重複層，注意到，可按需要利用任何期望數量的第一及第二層的重複對。
在一或多個實施例中，膜堆疊404可用於形成三維記憶體晶片的多個閘極結構。在膜堆疊404中形成的第一層408a1 、408a2 、408a3 、……、408an 可係第一介電層，並且第二層408b1 、408b2 、408b3 、……、408bn 可係第二介電層。適宜的介電層可用於形成第一層408a1 、408a2 、408a3 、……、408an 且第二層408b1 、408b2 、408b3 、……、408bn 包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、碳氧化矽、氮化鈦、氧化物及氮化物的複合物、夾入氮化物層的至少一或多個氧化層、及其組合等等。在一或多個實施例中，介電層可係介電常數大於4的高介電常數材料。高介電常數材料的適宜實例包括氧化鉿、氧化鋯、氧化鈦、氧化鉿矽或矽酸鉿、氧化鉿鋁或鋁酸鉿、氧化鋯矽或矽酸鋯、氧化鉭、氧化鋁、鋁摻雜的二氧化鉿、鉍鍶鈦(bismuth strontium titanium; BST)、及鉑鋯鈦(platinum zirconium titanium; PZT)、其摻雜劑、或其任何組合。
在一或多個實例中，第一層408a1 、408a2 、408a3 、……、408an 係氧化矽層並且第二層408b1 、408b2 、408b3 、……、408bn 係在第一層408a1 、408a2 、408a3 、……、408an 上設置的氮化矽層或多晶矽層。在一或多個實施例中，第一層408a1 、408a2 、408a3 、……、408an 的厚度可控制為約50 Å至約1,000 Å，諸如約500 Å，並且每個第二層408b1 、408b2 、408b3 、……、408bn 的厚度可控制為約50 Å至約1,000 Å，諸如約500 Å。膜堆疊404可具有約100 Å至約2,000 Å的總厚度。在一或多個實施例中，膜堆疊404的總厚度係約3微米至約10微米並且可以隨著技術進步而變化。
注意到，在基板402上存在或不存在膜堆疊404的情況下，摻雜的類金剛石碳膜可在基板402的任何表面或任何部分上形成。
在操作320處，將卡緊電壓施加到靜電夾盤，並且基板402夾持或以其他方式設置到靜電夾盤上。在一或多個實施例中，其中基板402在靜電夾盤150的上表面192上定位，在處理期間上表面192提供支撐並且夾持基板402。靜電夾盤150緊密地抵靠上表面192平坦化基板402，從而防止背側沉積。將電偏壓經由卡緊電極210提供到基板402。卡緊電極210可與卡緊電源212電子通訊，卡緊電源212將偏置電壓供應到卡緊電極210。在一或多個實施例中，卡緊電壓係約10伏特至約3,000伏特、約100伏特至約2,000伏特、或約200伏特至約1,000伏特。
在操作320期間，若干製程參數可調整製程。在適用於處理300 mm基板的一個實施例中，處理體積中的處理壓力可維持在約0.1 mTorr至約10 Torr（例如，約2 mTorr至約50 mTorr；或約5 mTorr至約 20 mTorr）。在適用於處理300 mm基板的一些實施例中，處理溫度及/或基板溫度可維持在約-50℃至約350℃（例如，約0℃至約50℃；或約10℃至約20℃）。
在一或多個實施例中，將恆定的卡緊電壓施加到基板402。在一些實施例中，卡緊電壓可脈衝到靜電夾盤150。在其他實施例中，在施加卡緊電壓以控制基板的溫度時可將背側氣體施加到基板402。背側氣體可包括但不限於氦氣、氬氣、氖氣、氮氣(N2 )、氫氣(H2 )、或其任何組合。
在操作330處，電漿藉由將第一RF偏壓施加到靜電夾盤在基板處產生，諸如鄰近基板或靠近基板位準。在基板處產生的電漿可在基板與靜電夾盤之間的電漿區域中產生。在約350 KHz至約100 MHz（例如，約350 KHz、約2 MHz、約13.56 MHz、約27 MHz、約40 MHz、約60 MHz、或約100 MHz）的頻率下，第一RF偏壓可係從約10瓦至約3,000瓦。在一或多個實施例中，在約13.56 MHz的頻率下，第一RF偏壓在約2,500瓦至約3,000瓦的功率下提供。在一或多個實施例中，將第一RF偏壓經由第二RF電極260提供到靜電夾盤150。第二RF電極260可與第一RF電源230電子通訊，第一RF電源230將偏置電壓供應到第二RF電極260。在一或多個實施例中，偏壓功率係約10瓦至約3,000瓦、約2,000瓦至約3,000瓦、或約2,500瓦至約3,000瓦。第一RF電源230可在約350 KHz至約100 MHz（例如，約350 KHz、約2 MHz、約13.56 MHz、約27 MHz、約40 MHz、約60 MHz、或約100 MHz）的頻率下產生功率。
在一或多個實施例中，操作330進一步包含將第二RF偏壓施加到靜電夾盤。在約350 KHz至約100 MHz的頻率下（例如，約350 KHz、約2 MHz、約13.56 MHz、約27 MHz、約40 MHz、約60 MHz、或約100 MHz），第二RF偏壓可從約10瓦至約3,000瓦。在一些實例中，在約2 MHz的頻率下，第二RF偏壓在約800瓦至約1,200瓦的功率下提供。在其他實例中，將第二RF偏壓經由卡緊電極210提供到基板402。卡緊電極210可與第二RF電源240電子通訊，第二RF電源240將偏置電壓供應到卡緊電極210。在一或多個實例中，偏壓功率係約10瓦至約3,000瓦、約500瓦至約1,500瓦、或約800瓦至約1,200瓦。第二RF電源240可在約350 KHz至約100 MHz（例如，約350 KHz、約2 MHz、約13.56 MHz、約27 MHz、約40 MHz、約60 MHz、或約100 MHz）的頻率下產生功率。在一或多個實施例中，在操作330期間維持在操作320中供應的卡緊電壓。
在一些實施例中，在操作330期間，將第一RF偏壓經由卡緊電極210提供到基板402，並且可將第二RF偏壓經由第二RF電極260提供到基板402。在一或多個實例中，第一RF偏壓係約2,500瓦（約13.56 MHz）並且第二RF偏壓係約1,000瓦（約2 MHz）。
在操作340期間，將沉積氣體流入處理體積126中以在膜堆疊上形成摻雜的類金剛石碳膜。沉積氣體可穿過氣體分配組件120或經由側壁101從氣體控制板130流入處理體積126中。沉積氣體含有一或多種烴化合物及一或多種摻雜劑化合物。烴化合物可以係或包括呈任何物質狀態的一種、兩種、或多於一種烴化合物。類似地，摻雜劑化合物可係或包括呈任何物質狀態的一種、兩種、或多於一種摻雜劑化合物。烴及/或摻雜劑化合物可係任何液體或氣體，但若任何前驅物在室溫下係蒸汽，則可實現一些優點以便簡化材料計量、控制、及遞送到處理體積所需的硬體。
沉積氣體可進一步包括惰性氣體、稀釋氣體、含氮氣體、蝕刻劑氣體或其任何組合。在一或多個實施例中，在操作340期間維持在操作320期間供應的卡緊電壓。在一些實施例中，在操作340期間維持在操作320期間建立的處理條件及在操作330期間形成的電漿。
在一或多個實施例中，烴化合物係氣態烴或液體烴。烴可以係或包括一或多種烷烴、一或多種烯烴、一或多種炔烴、一或多種芳族化合物、或其任何組合。在一些實例中，烴化合物具有通式Cx Hy ，其中x具有1至約20的範圍並且y具有1至約20的範圍。適宜烴化合物包括例如C2 H2 、C3 H6 、CH4 、C4 H8 、1,3-二甲基金剛烷、二環[2.2.1]庚-2,5-二烯(2,5-降冰片烯)、金剛烷(C10 H16 )、降冰片烯(C7 H10 )、或其任何組合。在一或多個實例中，歸因於形成更穩定的中間物質，利用乙炔，這允許更大表面流動性。
烴化合物可以係或包括一或多種烷烴（例如，Cn H2n+2 ，其中n係從1至20）。適宜的烴化合物包括例如烷烴，諸如甲烷(CH4 )、乙烷(C2 H6 )、丙烷(C3 H8 )、丁烷(C4 H10 )及其異構物異丁烷、戊烷(C5 H12 )、己烷(C6 H14 )及其異構物異戊烷及新戊烷、己烷(C6 H14 )及其異構物2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2,3-二甲基丁烷、及2,2-二甲基丁烷、或其任何組合。
烴化合物可以係或包括一或多種烯烴（例如，Cn H2n ，其中n係從1至20）。適宜的烴化合物包括例如烯烴，諸如乙烯、丙烯(C3 H6 )、丁烯及其異構物、戊烯及其異構物、及類似者，二烯諸如丁二烯、異戊二烯、戊二烯、己二烯、或其任何組合。額外適宜烴包括，例如，鹵代烯烴，諸如，單氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯、單氯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、或其任何組合。
烴化合物可以係或包括一或多種炔烴（例如，Cn H2n-2 ，其中n係從1至20）。適宜的烴化合物包括例如炔烴，諸如乙炔(ethyne)或乙炔(acetylene)(C2 H2 )、丙炔(C3 H4 )、丁炔(C4 H8 )、乙烯基乙炔、或其任何組合。
烴化合物可以係或包括一或多種芳族烴化合物，諸如苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙酮、苯甲酸甲酯、苯基乙酸酯、苯酚、甲酚、呋喃、及類似者、α-萜品烯、甲基異丙基苯、1,1,3,3-四甲基丁基苯、三級丁基醚、三級丁基乙烯、甲基-丙烯酸甲酯、及三級丁基呋喃醚、具有式C3 H2 及C5 H4 的化合物、鹵化的芳族化合物，包括單氟苯、二氟苯、四氟苯、六氟苯、或其任何組合。
示例性鎢前驅物可以係或包括六氟化鎢、六氯化鎢、六羰基鎢、雙(環戊二烯基)二氫化鎢、雙(三級丁基亞胺基)雙(二甲基胺基)鎢、或其任何組合。示例性鉬前驅物可以係或包括五氯化鉬、六羰基鉬、雙(環戊二烯基)二氯化鉬、或其任何組合。示例性鈷前驅物可以係或包括一或多種羰基鈷化合物、脒基鈷化合物、二茂鈷化合物、二烯基鈷化合物、其錯合物、或其任何組合。示例性鈷前驅物可以係或包括一或多種環戊二烯基二羰基鈷(CpCo(CO)2 )、二鈷六羰基丁基乙炔(CCTBA)、(環戊二烯基)(環己二烯基)鈷、(環丁二烯基)(環戊二烯基)鈷、雙(環戊二烯基)鈷、雙(甲基環戊二烯基)鈷、雙(乙基環戊二烯基)鈷、環戊二烯基(1,3-己二烯)鈷、(環戊二烯基)(5-甲基環戊二烯基)鈷及雙(乙烯基)(五甲基環戊二烯基)鈷、或其任何組合。
示例性鎳前驅物可以係或包括雙(環戊二烯基)鎳、雙(乙基環戊二烯基)鎳、雙(甲基環戊二烯基)鎳、烯丙基(環戊二烯基)鎳、或其任何組合。示例性釩前驅物可以係或包括五氯化釩、雙(環戊二烯基)釩、或其任何組合。示例性鋯前驅物可以係或包括四氯化鋯、雙(環戊二烯基)二氧化鋯、四(二甲基胺基)鋯、四(二乙基胺基)鋯、或其任何組合。
鉿前驅物可以係或包括一或多種環戊二烯基鉿化合物、一或多種胺基鉿化合物、一或多種烷基鉿化合物、一或多種烷氧基鉿化合物、其取代物、其錯合物、其加合物、其鹽、或其任何組合。示例性鉿前驅物可以係或包括雙(甲基環戊二烯基)二甲基鉿((MeCp)2 HfMe2 )、雙(甲基環戊二烯基)甲基甲氧基鉿((MeCp)2 Hf(OMe)(Me))、雙(環戊二烯基)二甲基鉿((Cp)2 HfMe2 )、四(三級丁氧基)鉿、異丙醇鉿((iPrO)4 Hf),、四(二甲基胺基)鉿(TDMAH)、四(二乙基胺基)鉿(TDEAH)、四(乙基甲基胺基)鉿(TEMAH)、其異構物、其錯合物、其加合物、其鹽、或其任何組合。
示例性含鉭化合物可以係或包括五(乙基甲基胺基)鉭(PEMAT)、五(二乙基胺基)鉭(PDEAT)、五(二甲基胺基)鉭(PDMAT)及PEMAT、PDEAT、及PDMAT的任何衍生物。示例性含鉭化合物亦包括三級丁基亞胺基三(二乙基胺基)鉭(TBTDET)、三級丁基亞胺基三(二甲基胺基)鉭(TBTDMT)、雙(環戊二烯基)三氫化鉭、雙(甲基環戊二烯基)三氫化鉭、及鹵化鉭、TaX5 ，其中X係氟(F)、溴(Br)或氯(Cl)、及/或其衍生物。示例性含氮化合物包括氮氣、氨、肼、甲基肼、二甲基肼、三級丁基肼、苯肼、偶氮異丁烷、乙嗪酯、及其衍生物。
示例性矽前驅物可以係或包括矽烷、二矽烷、三矽烷、四矽烷、五矽烷、六矽烷、單氯矽烷、二氯矽烷、三氯矽烷、四氯矽烷、五氯矽烷、取代的矽烷、其電漿衍生物、或其任何組合。示例性硼前驅物可以係或包括二硼烷、三硼烷、四硼烷、三乙基硼烷(Et3 B)、二甲基胺基硼烷、或其任何組合。
含氮化合物可以係或包括一或多種吡啶化合物、脂族胺、胺、腈、及類似化合物。示例性含氮化合物可以係或包括氮氣、原子氮、氨、肼、甲基肼、二甲基肼、三級丁基肼、苯肼、偶氮異丁烷、乙嗪酯、吡啶、及其衍生物。示例性磷前驅物可以係或包括膦、三苯基膦、三甲基膦、三乙基膦、或其任何組合。示例性鍺前驅物可以係或包括鍺烷、四甲基鍺、三乙基氫化鍺、三苯基氫化鍺、或其任何組合。
在一或多個實施例中，沉積氣體進一步含有一或多種稀釋氣體、一或多種載氣、及/或一或多種淨化氣體。適宜的稀釋氣體、載氣、及/或淨化氣體，諸如氦氣(He)、氬氣(Ar)、氙氣(Xe)、氫氣(H2 )、氮氣(N2 )、氨(NH3 )、一氧化氮(NO)、或其任何組合等等可以與沉積氣體一起共同流動或以其他方式供應到處理體積126中。氬氣、氦氣、及/或氮氣可以用於控制摻雜的類金剛石碳膜的密度及沉積速率。在一些情況下，如下文論述，N2 及/或NH3 的添加可以用於控制摻雜的類金剛石碳膜的氫比率。或者，可能在沉積期間不使用稀釋氣體。
在一些實施例中，沉積氣體進一步含有蝕刻劑氣體。適宜的蝕刻劑氣體可以係或包括氯(Cl2 )、氟(F2 )、氟化氫(HF)、四氟化碳(CF4 )、三氟化氮(NF3 )、或其任何組合。不受理論束縛，咸信蝕刻劑氣體從膜選擇性蝕刻sp2 雜化的碳原子，因此增加膜中的sp3 雜化的碳原子的分數，這增加了膜的蝕刻選擇性。
在一或多個實施例中，在操作340期間在基板上形成摻雜的類金剛石碳膜412之後，摻雜的類金剛石碳膜412暴露於氫自由基。在一些實施例中，在操作340的沉積製程期間摻雜的類金剛石碳膜暴露於氫自由基。在其他實施例中，氫自由基在RPS中形成並且遞送到處理區域。不受理論束縛，咸信將摻雜的類金剛石碳膜暴露於氫自由基導致選擇性蝕刻sp2 雜化的碳原子，因此增加膜的sp3 雜化的碳原子分數，因此增加蝕刻選擇性。
在操作350處，在基板上形成摻雜的類金剛石碳膜412之後，鬆開基板。在操作350期間，關閉卡緊電壓。反應氣體關閉並且視情況從處理腔室淨化。在一或多個實施例中，在操作350期間，減小RF功率（例如，約200瓦）。視情況，控制器110監控阻抗改變以決定靜電電荷是否經由RF路徑耗散到接地。一旦從靜電夾盤鬆開基板，就從處理腔室淨化剩餘氣體。處理腔室抽空並且基板在升舉銷上向上移動且傳遞出腔室。
第5圖描繪了根據本文描述及論述的一或多個實施例的使用摻雜的類金剛石碳膜的方法500的流程圖。在基板上形成摻雜的類金剛石碳膜412之後，摻雜的類金剛石碳膜412可在蝕刻製程中用作圖案化遮罩以形成三維結構，諸如類階梯結構。摻雜的類金剛石碳膜412可使用標準光阻圖案化技術來圖案化。在操作510處，圖案化的光阻（未圖示）可在摻雜的類金剛石碳膜412上方形成。在操作520處，摻雜的類金剛石碳化412可以與圖案化的光阻層相對應的圖案來蝕刻，接著在操作530處將圖案蝕刻到基板402中。在操作540處，材料可沉積到基板402的蝕刻部分中。在操作550處，摻雜的類金剛石碳膜412可使用包含過氧化氫及硫酸的溶液移除。已知含有過氧化氫及硫酸的一種示例性溶液為Piranha溶液或Piranha蝕刻液。摻雜的類金剛石碳膜412亦可使用含有氧及鹵素（例如，氟或氯）的蝕刻化學物質移除，例如Cl2 /O2 、CF4 /O2 、Cl2 /O2 /CF4 。摻雜的類金剛石碳膜412可藉由化學機械研磨(chemical mechanical polishing; CMP)製程移除。 預測實例：
提供以下非限制性預測實例以進一步說明本文描述的實施例。然而，實例不意欲為總括式的，並且不意欲限制本文描述的實施例的範疇。一些實際及預測結果在表II中概述。
在一或多個實例中，本揭示的低應力、高密度的硼摻雜的類金剛石碳膜藉由以下步驟製造：流動約150 sccm的乙炔、約100 sccm的氦、及100 sccm的二硼烷（在90 vol%的H2 中稀釋）作為沉積氣體。基板處於約10℃的溫度並且腔室壓力維持在約5 mTorr下，同時在Ar及/或He作為稀釋氣體的情況下經由CVD反應器中的基板基座（靜電夾盤）施加約2,500瓦的RF（13.56 Mhz）功率及約1,000瓦（2 MHz）。
所得的硼摻雜的類金剛石碳膜具有大於2 g/cc（諸如2.5 g/cc至約3 g/cc或約5 g/cc）的密度及-500 MPa或更小（諸如-550 MPa或-600 MPa）的應力，並且K@633nm＜0.15。硼摻雜的類金剛石碳膜具有大於當前可用的非晶碳膜或其他傳統未摻雜的類金剛石碳膜的蝕刻選擇性。
在其他實例中，本揭示的低應力、高密度的鎢摻雜的類金剛石碳膜藉由以下步驟製造：流動約150 sccm的乙炔、約100 sccm的氦、及20 sccm的六氟化鎢作為沉積氣體。基板處於約10℃的溫度並且腔室壓力維持在約5 mTorr下，同時在Ar及/或He作為稀釋氣體的情況下經由CVD反應器中的基板基座（靜電夾盤）施加約2,500瓦的RF（13.56 Mhz）功率及約1,000瓦（2 MHz）。
所得的鎢摻雜的類金剛石碳膜具有大於3 g/cc（諸如3.5 g/cc至約10 g/cc或約12 g/cc）的密度及-550 MPa或更小（諸如-600 MPa或-650 MPa）的應力，並且K@633nm＜0.15。鎢摻雜的類金剛石碳膜具有大於當前可用的非晶碳膜或其他傳統未摻雜的類金剛石碳膜的蝕刻選擇性。
表 II
膜類型 非晶碳膜參考 PVD 類金剛石碳膜參考 PE-CVD 摻雜的類金剛石碳膜
密度 (g/cc) 1.75 2.52 2-12
應力 (MPa) -50 -350 -600
n @ 633 nm 2.07 ＞2.3 ＞2.7 （金屬摻雜劑）
k @ 633 nm 0.63 ＞0.5 ＜0.15
H 含量 (% RBS) 12 ＜1% 25
摻雜劑含量 (at%) 0 0 0.1%-20%
sp3 % ＜10% ~50% 60%-90%
模數 / 硬度 (GPa) 53/5.8 231/19 ＞200
溫度 ( ℃ ) 635 25 10
極紫外（「EUV」）圖案化方案
當在極紫外（「EUV」）圖案化方案中使用含金屬光阻劑時，下層的選擇對於防止半導體元件中的奈米失效（例如，橋接缺陷及間隔缺陷）係關鍵的。用於EUV圖案化（微影）方案的習知下層係旋塗碳(spin on carbon; SOC)材料。然而，在圖案化期間，金屬（諸如錫）例如穿過SOC材料擴散，從而導致半導體元件中的奈米失效。此種奈米失效導致減少、劣化、及損害半導體效能。
另一方面，本文描述的高密度碳膜具有優異的膜品質，諸如改進的硬度及密度。與習知SOC膜相比，此種硬度及密度允許高密度碳膜用作對金屬溶滲更強的阻障，並且更大程度地防止及最少減少奈米失效。在一或多個實施例中，提供了用作極紫外（「EUV」）微影製程的下層的摻雜的類金剛石碳膜。
在一或多個實施例中，用作EUV微影製程的下層的摻雜的類金剛石碳膜可以係本文描述的任何膜。摻雜的類金剛石碳膜可以具有基於摻雜的類金剛石碳膜中的碳原子的總量約40%至約90%的sp3 雜化的碳原子含量、大於2 g/cc（諸如約2.5 g/cc至約12 g/cc或約3 g/cc至約10 g/cc）的密度、及約150 GPa至約400 GPa的彈性模數。
在一些實施例中，用作EUV微影製程的下層的摻雜的類金剛石碳膜具有約2.5 g/cc至約12 g/cc的密度；及約180 GPa至約200 GPa的彈性模數。摻雜的類金剛石碳膜可以具有約3 g/cc的密度及約195 GPa的彈性模數。在其他實施例中，摻雜的類金剛石碳膜具有約-600 MPa的應力、約2.0至約3.0的折射係數、及約0.2至約0.3的消光係數。
因此，提供了用於形成硬遮罩層（其係或含有摻雜的類金剛石碳膜）的方法及設備，該硬遮罩層可用於形成用於製造半導體元件的三維堆疊的類階梯結構。藉由利用摻雜的類金剛石碳膜作為具有期望的牢固膜性質及蝕刻選擇性的硬遮罩層，可獲得改進的對在膜堆疊中形成的所得結構的尺寸及輪廓控制，並且在半導體元件的三維堆疊的應用中可增強晶片元件的電氣效能。
總而言之，本揭示的一些益處提供了用於在基板上沉積或以其他方式形成摻雜的類金剛石碳膜的製程。常見的PE-CVD硬遮罩膜具有非常低的雜化sp3 原子的百分比及因此低模數及蝕刻選擇性。在本文描述的一些實施例中，低處理壓力（小於1 Torr）及底部驅動電漿實現製造具有約60%或更大的雜化sp3 原子的摻雜膜，這導致相對於先前可用的硬遮罩膜的蝕刻選擇性的改進。此外，本文描述的一些實施例在低基板溫度下執行，這實現在與當前可能的溫度低得多的溫度下沉積其他介電膜，從而開闢了具有低熱預算的應用，其當前不能由CVD解決。此外，本文描述的一些實施例可用作EUV微影製程的下層。
儘管上述內容涉及本揭示的實施例，可在不脫離其基本範疇的情況下設計本揭示的其他及進一步實施例，並且其範疇由以下申請專利範圍決定。本文描述的所有文獻藉由引用方式併入本文中，包括任何優先權文獻及/或測試程序，只要其等與本文不矛盾即可。如先前一般描述及具體實施例中顯而易見的，儘管已經示出及描述本揭示的形式，但在不脫離本揭示的精神及範疇的情況下可以進行各種修改。由此，本揭示不意欲由此限制。同樣，出於美國法律的目的，術語「包含」被認為與術語「包括」同義。同樣，每當組合物、元素、或一組元素在連接片語「包含」之前時，將理解，在敘述組合物、元素、或多個元素之前具有連接片語「基本上由…組成」、「由…組成」、「選自由…組成的群組」、或「係」的相同組合物或一組元素且反之亦然，係預期的。
已經使用一組數字上限及一組數字下限來描述某些實施例及特徵。應瞭解，除非另外指明，否則預期包括任何兩個值的組合的範圍，例如，任何下限值與任何上限值的組合、任何兩個下限值的組合、及/或任何兩個上限值的組合。某些下限、上限及範圍出現在下文的一或多個申請專利範圍中。
100:處理腔室 101:側壁 102:真空泵 106:加熱器電源 110:控制器 112:中央處理單元(CPU) 114:支援電路 116:記憶體 118:信號匯流排 120:氣體分配組件 122:底壁 124:頂壁 126:處理體積 128:孔 130:氣體控制板 132:基板處理系統 138:匹配網路 140:RF電源 146:基板支撐組件 150:靜電夾盤 160:桿 170:加熱器元件 172:溫度感測器 180:基板處理系統 182:電極 190:基板 191:表面 192:上表面 210:卡緊電極 212:卡緊電源 214:RF過濾器 216:RF過濾器 220:功率施加系統 230:第一射頻(RF)電源 240:第二RF電源 250:感測器元件 260:第二RF電極 300:方法 310:操作 320:操作 330:操作 340:操作 350:操作 400:結構 402:基板 404:膜堆疊 408-a1 :第一層 408-a2 :第一層 408-a3 :第一層 408-an :第一層 408-b1 :第二層 408-b2 :第二層 408-b3 :第二層 408-bn :第二層 412:摻雜的類金剛石碳膜 500:方法 510:操作 520:操作 530:操作 540:操作 550:操作
為了能夠詳細理解本揭示的上述特徵所用方式，可參考實施方式進行對上文簡要概述的本揭示的更特定描述，一些實施方式在附圖中示出。然而，應注意，附圖僅示出本揭示的常見實施方式，並且由此不被認為限制其範疇，因為本揭示可允許其他等同有效的實施方式。
第1A圖描繪了可以用於實踐本文描述的實施例的沉積系統的示意性橫截面圖。
第1B圖描繪了可以用於實踐本文描述的實施例的另一沉積系統的示意性橫截面圖。
第2圖描繪了可以在第1A圖及第1B圖的設備中用於實踐本文描述的實施例的靜電夾盤的示意性橫截面圖。
第3圖描繪了根據本揭示的一或多個實施例的用於在基板上設置的膜堆疊上形成摻雜的類金剛石碳膜的方法的流程圖。
第4A圖至第4B圖描繪了根據本揭示的一或多個實施例的用於在基板上形成的膜堆疊上形成摻雜的類金剛石碳膜的序列。
第5圖描繪了根據本揭示的一或多個實施例的使用摻雜的類金剛石碳膜的方法的流程圖。
為了便於理解，相同元件符號在可能的情況下已經用於標識圖中共有的相同元件。可以預期，一個實施例的元件及特徵可有利地併入其他實施例中，而無需贅述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
500:方法
510:操作
520:操作
530:操作
540:操作
550:操作

Claims (20)

  1. 一種處理一基板的方法，包含以下步驟： 將包含一烴化合物及一摻雜劑化合物的一沉積氣體流入在一靜電夾盤上定位有一基板的一處理腔室的一處理體積中，其中將該處理體積維持在約0.5 mTorr至約10 Torr的一壓力下；以及 藉由將一第一RF偏壓施加到該靜電夾盤在該基板處產生一電漿以在該基板上沉積一摻雜的類金剛石碳膜，其中該摻雜的類金剛石碳膜具有大於2 g/cc的一密度及小於-500 MPa的一應力。
  2. 如請求項1所述的方法，其中該摻雜的類金剛石碳膜具有約2.5 g/cc至約12 g/cc的一密度。
  3. 如請求項1所述的方法，其中該摻雜劑化合物包含一金屬摻雜劑，包含鎢、鉬、鈷、鎳、釩、鉿、鋯、鉭、或其任何組合。
  4. 如請求項3所述的方法，其中該摻雜劑化合物包含六氟化鎢、六羰基鎢、五氯化鉬、環戊二烯基二羰基鈷、二鈷六羰基丁基乙炔(CCTBA)、雙(環戊二烯基)鈷、雙(甲基環戊二烯基)鎳、五氯化釩、四氯化鋯、或其任何組合。
  5. 如請求項1所述的方法，其中該摻雜劑化合物包含一非金屬摻雜劑，包含硼、矽、鍺、氮、磷、或其任何組合。
  6. 如請求項5所述的方法，其中該摻雜劑化合物包含二矽烷、二硼烷、三乙基硼烷、矽烷、二矽烷、三矽烷、鍺烷、氨、肼、膦、其加和物、或其任何組合。
  7. 如請求項1所述的方法，其中該摻雜的類金剛石碳膜包含約0.1原子百分比至約20原子百分比的一摻雜劑。
  8. 如請求項1所述的方法，其中該摻雜的類金剛石碳膜包含約50原子百分比至約90原子百分比的sp3 雜化的碳原子。
  9. 如請求項1所述的方法，其中該烴化合物包含乙炔、丙烯、甲烷、丁烯、1,3-二甲基金剛烷、二環[2.2.1]庚-2,5-二烯、金剛烷、降冰片烯、或其任何組合。。
  10. 如請求項1所述的方法，其中該沉積氣體進一步包含氦氣、氬氣、氙氣、氖氣、氮氣(N2 )、氫氣(H2 )、或其任何組合。
  11. 如請求項1所述的方法，其中將該處理體積維持在約5 mTorr至約100 mTorr的一壓力下，並且其中將該基板維持在約0℃至約50℃的一溫度下。
  12. 如請求項1所述的方法，其中該摻雜的類金剛石碳膜具有大於150 GPa的一彈性模數。
  13. 如請求項1所述的方法，其中在該基板處產生該電漿之步驟進一步包含以下步驟：將一第二RF偏壓施加到該靜電夾盤。
  14. 如請求項13所述的方法，其中該靜電夾盤具有一卡緊電極及與該卡緊電極分離的一RF電極，並且其中將該第一RF偏壓施加到該RF電極並且將該第二RF偏壓施加到該卡緊電極。
  15. 如請求項13所述的方法，其中該第一RF偏壓在約350 KHz至約100 MHz的一頻率下在約10瓦至約3,000瓦的一功率下提供，並且其中該第二RF偏壓在約350 KHz至約100 MHz的一頻率下在約10瓦至約3,000的一功率下提供。
  16. 一種處理一基板的方法，包含以下步驟： 將包含一烴化合物及一摻雜劑化合物的一沉積氣體流入在一靜電夾盤上定位有一基板的一處理腔室的一處理體積中，其中該靜電夾盤具有一卡緊電極及與該卡緊電極分離的一RF電極，其中將該處理體積維持在約0.5 mTorr至約10 Torr的一壓力下；以及 藉由將一第一RF偏壓施加到該RF電極並且將一第二RF偏壓施加到該卡緊電極在該基板處產生一電漿以在該基板上沉積一摻雜的類金剛石碳膜，其中該摻雜的類金剛石碳膜具有大於2 g/cc至約12 g/cc的一密度及約-600 MPa至約-300 MPa的一應力，並且其中該摻雜的類金剛石碳膜包含約50原子百分比至約90原子百分比的sp3 雜化的碳原子。
  17. 如請求項16所述的方法，其中該摻雜的類金剛石碳膜具有約3 g/cc至約10 g/cc的一密度。
  18. 如請求項16所述的方法，其中該摻雜劑化合物包含一金屬摻雜劑，包含鎢、鉬、鈷、鎳、釩、鉿、鋯、鉭、或其任何組合。
  19. 如請求項16所述的方法，其中該摻雜劑化合物包含一非金屬摻雜劑，包含硼、矽、鍺、氮、磷、或其任何組合。。
  20. 一種處理一基板的方法，包含以下步驟： 將包含一烴化合物及一摻雜劑化合物的一沉積氣體流入在一靜電夾盤上定位有一基板的一處理腔室的一處理體積中，其中該靜電夾盤具有一卡緊電極及與該卡緊電極分離的一RF電極，其中將該處理體積維持在約0.5 mTorr至約10 Torr的一壓力下； 藉由將一第一RF偏壓施加到該RF電極並且將一第二RF偏壓施加到該卡緊電極在該基板處產生一電漿以在該基板上沉積一摻雜的類金剛石碳膜，其中該摻雜的類金剛石碳膜具有大於2 g/cc至約12 g/cc的一密度及約-600 MPa至約-300 MPa的一應力； 在該摻雜的類金剛石碳膜上方形成一圖案化的光阻層； 以與該圖案化的光阻層相對應的一圖案蝕刻該摻雜的類金剛石碳膜；以及 將該圖案蝕刻到該基板中。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090029067A1 (en) * 2007-06-28 2009-01-29 Sciamanna Steven F Method for producing amorphous carbon coatings on external surfaces using diamondoid precursors
US20110244142A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-06 Applied Materials, Inc. Nitrogen doped amorphous carbon hardmask
US20140335700A1 (en) * 2013-05-10 2014-11-13 Infineon Technologies Ag Carbon Layers for High Temperature Processes
US9520295B2 (en) * 2015-02-03 2016-12-13 Lam Research Corporation Metal doping of amorphous carbon and silicon films used as hardmasks in substrate processing systems
US10544505B2 (en) * 2017-03-24 2020-01-28 Applied Materials, Inc. Deposition or treatment of diamond-like carbon in a plasma reactor
US11043372B2 (en) * 2017-06-08 2021-06-22 Applied Materials, Inc. High-density low temperature carbon films for hardmask and other patterning applications

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