無定形碳膜的形成方法
2023-05-28 01:47:46 1
專利名稱：無定形碳膜的形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種無定形碳膜的形成方法。
背景技術：
含氫無定形碳膜(Hydrogenated amorphous carbon, a_C:H)又稱為類金剛石碳膜 (Diamond-Like Carbon)，因其具有高硬度、高強度、高導熱、高電阻率、高抗輻射、高化學穩定性、低摩擦係數以及紅外光學波段良好的透過率等優良性能而備受關注。在半導體襯底上形成精細圖案時，為了獲得較高解析度以及精確的圖案化，通常使用無定形碳膜作為硬掩模。
無定形碳膜可以通過已知的CVD (Chemical Vapor Deposition,化學氣相沉積)法和PVD (Physical Vapor Deposition,物理氣相沉積)法,例如等離子體CVD、離子鍍和派射而形成。但是，在以濺射為代表的PVD法中，無定形碳膜的形成具有方向性。因此，為形成均勻的無定形碳膜，必須採取措施將基材進行旋轉或者將多個靶放入裝置中。這種形成無定形碳膜的裝置結構複雜、價格本昂貴，並且有時難以根據基材的形狀形成無定形碳膜。等離子體CVD法能夠在基材上形成均勻的無定形碳膜，而與基材的形狀無關，並且等離子體 CVD法由反應氣體形成無定形碳膜，其裝置結構簡單且價格低廉。因此，現有技術通常採用等離子體CVD法形成無定形碳膜，即通常使用碳氫化合物，例如具有苯環或者多個雙鍵的苯(C6H6)、甲苯(C7H8)等作為反應氣體來形成無定形碳膜。
更多關於形成無定形碳膜的技術，可參考公開號為CN101448740A和 CN101312126A的中國專利申請。
下面以等離子體CVD法為例，說明現有技術中無定形碳膜的形成方法。
參考圖1所示，現有技術的無定形碳膜的形成方法包括
步驟SI，將基材加載至CVD反應腔室中；
步驟S2，將包括一種或者多種氣體的反應氣體引入所述CVD反應腔室，在所述基材上形成無定形碳膜。
但是利用上述現有技術形成的無定形碳膜，被作為硬掩模進行曝光顯影以及刻蝕時，對後續半導體製程產生了不利的影響，例如會影響LWR(Line Width Roughness,線寬粗糙度)和LER(Line Edge Roughness，線邊緣粗糙度)。所述LWR是對直線特徵的邊緣平滑程度的度量，理想的特徵的邊緣應當是一條直線，但是現有技術中該直線特徵會表現出鋸齒狀，這是非常不希望出現的，因為沿該直線特徵測得的關鍵尺寸(Critical Dimension, CD)在不同的位置會發生變化，導致後續形成的半導體器件的性能不穩定。
因此，如何有效地提高無定形碳膜的性能以避免對後續半導體製程的不良影響成為本領域的技術人員亟待解決的問題。發明內容
本發明解決的問 題是提供一種無定形碳膜的形成方法，以有效地提高無定形碳膜的性能並避免對後續半導體製程的不良影響，進而提高半導體器件的性能。
為解決上述問題，本發明提供了一種無定形碳膜的形成方法，在基材上形成無定形碳膜之後，進行離子注入。
可選地，在所述碳離子注入之後進行退火處理。
可選地，所述注入的原材料包括C16Hltl或者C7H7 ;離子束的劑量範圍包括5E15 8E15/cm2 ;碳離子注入的能量範圍包括5Kev 6Kev。
可選地，所述退火處理的保護氣體為氮氣或者氦氣。
可選地，所述退火處理的時間在30分鐘 60分鐘範圍內。
可選地，所述退火處理的溫度在400-550°C範圍內。
可選地，通過等離子體CVD法在基材上形成所述無定形碳膜。
與現有技術相比，本發明具有以下優點
I)在形成無定形碳膜後對其進行碳離子注入，從而有效地增加了無定形碳膜中碳原子的含量，提高了無定形碳膜的硬度和刻蝕選擇比，有效地避免了對後續半導體製程的不利影響。
2)可選方案中，在離子注入之後進行退火處理，通過退火可以去除無定形碳膜中多餘的或者不穩定的氫鍵，從而減少了氫原子的含量，進一步增加了無定形碳膜中碳原子的含量，提高了無定形碳膜的硬度和刻蝕選擇比。
圖1是現有技術中無定形碳膜的形成方法的流程示意圖2是本發明一實施例的無定形碳膜的形成方法的流程示意圖3 圖5是圖2所示方法過程的簡易示意圖6是本發明另一實施例的無定形碳膜的形成方法的流程示意圖。
具體實施方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
正如背景技術部分所述，現有技術形成的無定形碳膜，被作為硬掩模進行曝光顯影以及刻蝕時，對後續半導體製程產生了不利的影響，例如會影響LWR和LER，並進而影響了半導體器件的性能。
發明人經過研究後發現，無定形碳膜組成成分會對後續的半導體製程產生影響， 當無定形碳膜中氫原子的含量過高時，所述無定形碳膜的硬度和刻蝕選擇比會隨之降低， 從而導致在後續的曝光顯影以及刻蝕過程中，影響LWR和LER，進而影響了半導體器件的性倉泛。
發明人利用圖1所示的現有技術，在不同的工藝條件形成了四種無定形碳膜樣本，對所述四種無定形碳膜進行分析後發現，其組成成分如表I所示
權利要求
1.一種無定形碳膜的形成方法，其特徵在於，在基材上形成無定形碳膜之後，進行碳離子注入。
2.如權利要求1所述的無定形碳膜的形成方法，其特徵在於，所述碳離子注入包括在真空條件下，將離子注入的原材料電離以產生團簇離子束；對所述團簇離子進行加速，並將所述團簇離子束注入到所述無定形碳膜。
3.如權利要求2所述的無定形碳膜的形成方法，其特徵在於，所述離子注入的原材料包括C16H10或者C7H7。
4.如權利要求2所述的無定形碳膜的形成方法，其特徵在於，所述團簇離子束的劑量範圍包括5E15 8E15/cm2 ;注入的能量範圍包括5Kev 6Kev。
5.如權利要求1所述的無定形碳膜的形成方法，其特徵在於，還包括在所述碳離子注入之後進行退火處理。
6.如權利要求5所述的無定形碳膜的形成方法，其特徵在於，所述退火處理的保護氣體為氮氣或者氦氣。
7.如權利要求5所述的無定形碳膜的形成方法，其特徵在於，所述退火處理的時間在 30分鐘 60分鐘範圍內。
8.如權利要求5所述的無定形碳膜的形成方法，其特徵在於，所述退火處理的溫度在 400 550°C範圍內。
9.如權利要求1所述的無定形碳膜的形成方法，其特徵在於，通過等離子體CVD法在基材上形成所述無定形碳膜。
全文摘要
一種無定形碳膜的形成方法。所述方法包括在基材上形成無定形碳膜之後，進行碳離子注入和退火處理。所述離子注入的原材料包括C16H10或者C7H7；離子束的劑量範圍包括5E15～8E15/cm2；注入的能量範圍包括5Kev～6Kev。所述退火處理的保護氣體為氮氣或者氦氣；退火處理的時間範圍包括30分鐘～60分鐘；退火處理的溫度範圍包括400～550℃。本發明無定形碳膜的形成方法，有效地提高了無定形碳膜的性能，避免了對後續半導體製程的不良影響，進而提高了半導體器件的性能。
文檔編號C23C14/06GK103035513SQ20111029609
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者鄧浩, 張彬 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司