CN116075920A - 用于产生用于硬掩模和其他图案化应用的高密度、氮掺杂碳膜的方法 - Google Patents

Abstract

本公开内容的实施例总的来说涉及制造集成电路。更特定地，本文描述的实施例提供了用于沉积用于图案化应用的氮掺杂的类金刚石碳膜的技术。在一个或多个实施例中，一种用于处理基板的方法包括：使含有烃化合物和氮掺杂剂化合物的沉积气体流入在静电卡盘上定位有基板的工艺腔室的处理体积中；和通过将第一RF偏压施加到静电卡盘来在基板处或上方产生等离子体，以在基板上沉积氮掺杂的类金刚石碳膜。氮掺杂的类金刚石碳膜具有大于1.5g/cc的密度和约‑20MPa至小于‑600MPa的压缩应力。

Description

用于产生用于硬掩模和其他图案化应用的高密度、氮掺杂碳 膜的方法

技术领域

本公开内容的实施例总的来说涉及制造集成电路。更特定地，本文描述和论述的实施例提供了用于沉积用于图案化应用的高密度膜的技术

背景技术

集成电路已演化至复杂器件中，所述复杂器件可包括在单个芯片上的数百万晶体管、电容器、和电阻器。芯片设计的演化持续要求更快的电路系统以及更大的电路密度。对具有更大电路密度的更快电路的需求对用于制造此种集成电路的材料提出对应需求。特定而言，由于集成电路部件的尺寸减小到亚微米规模，现在必须使用低电阻率导电材料以及低介电常数绝缘材料来从此种部件获得适宜的电性能。

对较大集成电路密度的需求也对在制造集成电路部件时使用的工艺序列提出需求。例如，在使用常规光刻技术的工艺序列中，在基板上设置的材料层堆叠之上形成能量敏感抗蚀剂层。将能量敏感抗蚀剂层暴露于图案的图像以形成光刻胶掩模。其后，使用蚀刻工艺将掩模图案转移到堆叠的材料层中的一个或多个。在蚀刻工艺中使用的化学蚀刻剂经选择为与能量敏感抗蚀剂的掩模相比对堆叠的材料层具有较大蚀刻选择性。即，化学蚀刻剂以远快于能量敏感抗蚀剂的速率蚀刻材料堆叠的一层或多层。对抗蚀剂之上的堆叠的一个或多个材料层的蚀刻选择性防止了在完成图案转移之前消耗能量敏感抗蚀剂。

随着图案尺寸减小，能量敏感抗蚀剂的厚度对应地减小，以便控制图案分辨率。归因于由化学蚀刻剂的侵蚀，此种薄抗蚀剂层可能不足以在图案转移步骤期间遮蔽下层材料层。由于对化学蚀刻剂的较大的抗性，称为硬掩模的中间层(例如，氮氧化硅、碳化硅或碳膜)经常在能量敏感抗蚀剂层与下层材料层之间使用以促进图案转移。具有高蚀刻选择性和高沉积速率这两者的硬掩模材料为期望的。由于临界尺寸(CD)减小，目前的硬掩模材料相对于下层材料(例如，氧化物和氮化物)缺乏期望的蚀刻选择性并且经常难以沉积。

由此，在本领域中需要改进的硬掩模层和用于沉积改进的硬掩模层的方法。

发明内容

本公开内容的实施例总的来说涉及制造集成电路。更特定地，本文描述和论述的实施例提供了用于沉积用于图案化应用的高密度膜(诸如氮掺杂的类金刚石碳膜)的技术。在一个或多个实施例中，一种处理基板的方法包括：使含有烃化合物和氮掺杂剂化合物的沉积气体流入在静电卡盘上定位有基板的工艺腔室的处理体积中；和通过将第一RF偏压施加到静电卡盘来在基板处或上方产生等离子体，以在基板上沉积氮掺杂的类金刚石碳膜。氮掺杂的类金刚石碳膜具有大于1.5g/cc的密度和约-20MPa至小于-600MPa的压缩应力。在一些示例中，氮掺杂的类金刚石碳膜具有大于1.5g/cc至约2.1g/cc的密度和约-200MPa至小于-600MPa的压缩应力。

在一些实施例中，一种处理基板的方法包括：使含有烃化合物和氮掺杂剂化合物的沉积气体流入在静电卡盘上定位有基板的工艺腔室的处理体积中，其中静电卡盘具有卡紧电极和与卡紧电极分离的RF电极，并且将处理体积维持在约0.5毫托(mTorr)至约10托(Torr)的压力下。方法进一步包括通过将第一RF偏压施加到RF电极和将第二RF偏压施加到卡紧电极，在基板上方产生等离子体，以在基板上沉积氮掺杂的类金刚石碳膜。氮掺杂的类金刚石碳膜含有约0.1原子百分比至约20原子百分比的氮和约50原子百分比至约90原子百分比的sp³杂化的碳原子，并且具有大于1.5g/cc的密度和约-20MPa至小于-600MPa的压缩应力。

在其他实施例中，一种处理基板的方法包括：使含有烃化合物和氮掺杂剂化合物的沉积气体流入在静电卡盘上处定位有基板的工艺腔室的处理体积中，其中静电卡盘具有卡紧电极和与卡紧电极分离的RF电极，并且将处理体积维持在约0.5毫托至约10托的压力下。方法还包括通过将第一RF偏压施加到RF电极并且将第二RF偏压施加到卡紧电极，来在基板上方产生等离子体，以在基板上沉积氮掺杂的类金刚石碳膜。氮掺杂的类金刚石碳膜含有约0.1原子百分比至约20原子百分比的氮，并且具有大于1.5g/cc的密度和约-20MPa至小于-600MPa的应力。方法进一步包括：在氮掺杂的类金刚石碳膜之上形成图案化的光刻胶层；以与图案化的光刻胶层相对应的图案蚀刻氮掺杂的类金刚石碳膜；和将图案蚀刻到基板中。

在一个或多个实施例中，提供一种用作极紫外(extreme ultraviolet；“EUV”)平版印刷工艺的下层的氮掺杂的类金刚石碳膜，并且所述氮掺杂的类金刚石膜含有约0.1原子百分比至约20原子百分比的氮和约50原子百分比至约90原子百分比或约60原子百分比至约70原子百分比的sp³杂化的碳原子。氮掺杂的类金刚石碳膜具有大于1.5g/cc至约2.1g/cc、约1.55g/cc至小于2g/cc、或约1.6g/cc至约1.8g/cc的密度以及约-20MPa至小于-600MPa、约-200MPa a至约-500MPa或约-250MPa至约-400MPa的压缩应力。

附图说明

为了能够详细理解本公开内容的上述特征所用方式，可参考实施方式进行对上文简要概述的本公开内容的更特定描述，一些实施方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本公开内容的常见实施方式，并且由此不被认为限制其范围，因为本公开内容可允许其他等同有效的实施方式。

图1A描绘了可以用于实践根据本文描述和论述的一个或多个实施例的工艺的沉积系统的示意性横截面图。

图1B描绘了可以用于实践根据本文描述和论述的一个或多个实施例的工艺的另一沉积系统的示意性横截面图。

图2描绘了根据本文描述和论述的一个或多个实施例的可以在图1A至图1B的设备中使用的静电卡盘的示意性横截面图。

图3描绘了根据本文描述和论述的一个或多个实施例的用于在基板上设置的膜堆叠上形成氮掺杂的类金刚石碳膜的方法的流程图。

图4A至图4B描绘了根据本文描述和论述的一个或多个实施例的用于在基板上形成的膜堆叠上形成氮掺杂的类金刚石碳膜的序列。

图5描绘了根据本文描述和论述的一个或多个实施例的使用氮掺杂的类金刚石碳膜的方法的流程图。

为了便于理解，相同的参考标号在可能的情况下已经用于指定附图中共有的相同元件。预期到，一个实施例的元件和特征可有利地并入其他实施例中，而无需进一步叙述。

具体实施方式

本文提供的实施例涉及氮掺杂的类金刚石碳膜和用于在基板上沉积或以其他方式形成氮掺杂的类金刚石碳膜的方法。某些细节在以下描述和图1A至图5中阐述以提供对本公开内容的各个实施例的透彻理解。描述经常与等离子体处理和类金刚石碳膜沉积相关联的熟知结构和系统的其他细节未在以下公开中阐述，以避免不必要地混淆对各个实施例的描述。

在诸图中示出的众多细节、尺寸、角度和其他特征仅仅说明特定的实施例。由此，其他实施例可具有其他细节、部件、尺寸、角度和特征，而不脱离本公开内容的精神或范围。另外，本公开内容的进一步实施例可在没有下文描述的若干细节的情况下实践。

本文描述的实施例包括制造具有高密度(例如，>1.5g/cc)、高弹性模数(例如，>60GPa)、和低压缩应力(例如，<-500MPa)的氮掺杂的类金刚石碳膜的改进方法。根据本文描述的实施例制造的氮掺杂的类金刚石碳膜为非晶性质的，并且与当前的图案化膜相比具有较大的蚀刻选择性连同较低的应力。根据本文描述的实施例制造的氮掺杂的类金刚石碳膜不仅具有低压缩应力，也具有高sp³碳含量。大体上，本文描述的沉积工艺也完全与当前用于硬掩模应用的整合方案相容。

在一个或多个实施例中，本文描述的氮掺杂的类金刚石碳膜可通过化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)(诸如等离子体增强CVD和/或热CVD工艺)，使用含有一种或多种烃化合物和一种或多种氮掺杂剂化合物的沉积气体来形成。在一个或多个示例中，含有一种或多种烃化合物、一种或多种氮掺杂剂化合物、和可选地一种或多种稀释气体的沉积气体可以流入或以其他方式引入工艺腔室的处理体积中。基板在处理体积内的静电卡盘上定位或以其他方式设置，其中静电卡盘具有卡紧电极和与卡紧电极分离的RF电极。方法进一步包括通过将第一RF偏压施加到RF电极并且将第二RF偏压施加到卡紧电极，来在基板处和/或上方产生等离子体，以在基板上沉积氮掺杂的类金刚石碳膜。

本文描述和论述的实施例将参考可以使用任何适宜的薄膜沉积系统执行的等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition；PE-CVD)工艺论述。适宜系统的示例包括可使用

处理腔室的

系统、PRECISION

系统、

系统、

GT^TM系统、

XP Precision^TM系统、

SE^TM系统、

处理腔室、和Mesa^TM处理腔室，它们全部都可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司购得。能够执行PE-CVD工艺的其他工具也可适于从本文描述的实施例中获益。此外，可以有利地使用实现本文描述的PE-CVD工艺的任何系统。本文描述的设备描述为说明性的，并且不应当理解或解释为限制本文描述的实施例的范围。

示例性烃化合物可以是或包括乙炔(ethyne)或乙炔(acetylene)(C₂H₂)、丙烯(C₃H₆)、甲烷(CH₄)、丁烯(C₄H₈)、1,3-二甲基金刚烷、二环[2.2.1]庚-2,5-二烯(2,5-降冰片二烯)、金刚烷(C₁₀H₁₆)、降冰片烯(C₇H₁₀)、其衍生物、其异构物、或其任何组合。示例性氮掺杂剂化合物可以是或包括分子氮(N₂)、原子氮、氨、肼、甲基肼、二甲基肼、三级丁基肼、苯肼、偶氮异丁烷、乙嗪酯、吡啶、其衍生物、其加和物、或其任何组合。沉积气体可进一步包括一种、两种、或更多种稀释气体、载气、和/或净化气体，诸如，例如，氦、氩、氙、氖、氮(N₂)、氢(H₂)、或其任何组合。在一些示例中，沉积气体可进一步包括蚀刻剂气体，诸如氯(Cl₂)、四氟化碳(CF₄)、和/或三氟化氮(NF₃)，以改进膜品质。

在沉积工艺期间基板和/或处理体积可被加热并且维持在独立温度下。基板和/或处理体积可被加热到约-50℃、约-40℃、约-25℃、约-10℃、约-5℃、约0℃、约5℃、或约10℃至约15℃、约20℃、约23℃、约30℃、约50℃、约100℃、约150℃、约200℃、约300℃、约400℃、约500℃、或约600℃的温度。例如，基板和/或处理体积可被加热到约-50℃至约600℃、约-50℃至约450℃、约-50℃至约350℃、约-50℃至约200℃、约-50℃至约100℃、约-50℃至约50℃、约-50℃至约0℃、约-40℃至约200℃、约-40℃至约100℃、约-40℃至约80℃、约-40℃至约50℃、约-40℃至约25℃、约-40℃至约10℃、约-40℃至约0℃、约0℃至约600℃、约0℃至约450℃、约0℃至约350℃、约0℃至约200℃、约0℃至约120℃、约0℃至约100℃、约0℃至约80℃、约0℃至约50℃、约0℃至约25℃、约10℃至约600℃、约10℃至约450℃、约10℃至约350℃、约10℃至约200℃、约10℃至约100℃、或约10℃至约50℃的温度。

在沉积工艺期间，处理腔室的处理体积维持在低于大气压下。处理腔室的处理体积维持在约0.1毫托、约0.5毫托、约1毫托、约5毫托、约10毫托、约50毫托、或约80毫托至约100毫托、约250毫托、约500毫托、约1托、约5托、约10托、约20托、约50托、或约100托的压力下。例如，处理腔室的处理体积维持在约0.1毫托至约10托、约0.1毫托至约5托、约0.1毫托至约1托、约0.1毫托至约500毫托、约0.1毫托至约100毫托、约0.1毫托至约10毫托、约1毫托至约10托、约1毫托至约5托、约1毫托至约1托、约1毫托至约500毫托、约1毫托至约100毫托、约1毫托至约10毫托、约5毫托至约10托、约5毫托至约5托、约5毫托至约1托、约5毫托至约500毫托、约5毫托至约100毫托、或约5毫托至约10毫托的压力下。在一个或多个示例中，当产生等离子体并且在维持于约0℃至约50℃的温度下的基板上沉积氮掺杂的类金刚石碳膜时，处理体积维持在约0.5毫托至约10托、约1毫托至约500毫托、或约5毫托至约100毫托的压力下。

等离子体(例如，电容耦合等离子体)可从顶部电极和底部电极或侧电极形成。电极可以由单个供电电极、双供电电极、或具有多个频率(诸如，但不限于约350KHz、约2MHz、约13.56MHz、约27MHz、约40MHz、约60MHz、和约100MHz)的更多电极形成，所述电极在具有本文列出的任何或所有反应物气体的CVD系统中交替或同时使用，以沉积类金刚石碳的薄膜用作硬掩模和/或蚀刻终止或需要光滑碳膜的任何其他应用。氮掺杂的类金刚石碳膜的高蚀刻选择性通过具有与当前一代膜相比来说较大的密度和模数来实现。不受理论束缚，据信较大密度和模数为由于在氮掺杂的类金刚石碳膜中的sp³杂化的碳原子的高含量导致，这继而可以通过低压力和等离子体功率的组合来实现。

在一个或多个实施例中，氮掺杂的类金刚石碳膜在具有维持在约10℃并且压力为约2毫托的基板基座的工艺腔室中沉积，其中等离子体通过将约2500瓦(约13.56MHz)的偏压施加到静电卡盘来在基板水平处或上方产生。在其他实施例中，在约2MHz下约1000瓦的额外RF也传递到静电卡盘，因此在基板水平处产生双偏压等离子体。

在一个或多个实施例中，氢自由基经由RPS馈送，这导致对sp²杂化的碳原子的选择性蚀刻，因此进一步增加膜的sp³杂化的碳原子分数，因此进一步增加蚀刻选择性。氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有基于氮掺杂的类金刚石碳膜中的碳原子的总量至少40原子百分比(at％)、约45at％、约50at％、约55at％、或约58at％至约60at％、约65at％、约70at％、约75at％、约80at％、约85at％、约88at％、约90at％、约92at％、或约95at％的sp³杂化的碳原子的浓度或百分比(例如，sp³杂化的碳原子含量)。例如，氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有基于氮掺杂的类金刚石碳膜中的碳原子的总量至少40at％至约95at％、约45at％至约95at％、约50at％至约95at％、约50at％至约90at％、约50at％至约85at％、约50at％至约80at％、约50at％至约75at％、约50at％至约70at％、约50at％至约65at％、约at％至约75at％、约55at％至约70at％、约55at％至约65at％、约55at％至约60at％、约60at％至约80at％、约60at％至约75at％、约60at％至约70at％、约60at％至约65at％、约65at％至约95at％、约65at％至约90at％、约65at％至约85at％、约65at％至约80at％、约65at％至约75at％、约65at％至约70at％、约65at％至约68at％、约75at％至约95at％、约75at％至约90at％、约75at％至约85at％、约75at％至约80at％、或约75at％至约78at％的sp³杂化的碳原子的浓度或百分比。

在一些实施例中，氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有小于60at％(诸如小于55at％或小于50at％)的sp²杂化的碳原子的浓度或百分比(例如，sp²杂化的碳原子含量)。氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有基于氮掺杂的类金刚石碳膜中的碳原子的总量的约5at％、约10at％、约15at％、约20at％、约25at％、约28at％、约30at％至约32at％、约35at％、约36at％、约38at％、约40at％、约45at％、约50at％、约55at％、或约60at％的sp²杂化的碳原子的浓度或百分比。例如，氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有基于氮掺杂的类金刚石碳膜中的碳原子的总量的约5at％至约60at％、约5at％至约50at％、约5at％至约45at％、约5at％至约40at％、约5at％至约38at％、约5at％至约36at％、约5at％至约35at％、约5at％至约32at％、约5at％至约30at％、约5at％至约25at％、约5at％至约20at％、约5at％至约15at％、约5at％至约10at％、约20at％至约60at％、约20at％至约50at％、约20at％至约45at％、约20at％至约40at％、约20at％至约38at％、约20at％至约36at％、约20at％至约35at％、约20at％至约32at％、约20at％至约30at％、约20at％至约25at％、约20at％至约22at％、约30at％至约60at％、约30at％至约50at％、约30at％至约45at％、约30at％至约40at％、约30at％至约38at％、约30at％至约36at％、约30at％至约35at％、约30at％至约32at％、约32at％至约38at％、约32at％至约36at％、约32at％至约34at％、约34at％至约38at％、或约34at％至约36at％的sp²杂化的碳原子的浓度或百分比。

氮掺杂的类金刚石碳膜中的氮的浓度或百分比为基于氮掺杂的类金刚石碳膜中的原子的总量约0.01at％、约0.05at％、约0.1at％、约0.3at％、约0.5at％、约0.8at％、约1at％、约1.2at％、约1.5at％、约1.8at％、约2at％、约2.5at％、或约2.8at％至约3at％、约3.5at％、约4at％、约5at％、约6at％、约7at％、约8at％、约9at％、约10at％、约12at％、约15at％、约18at％、约20at％、约25at％、约30at％、或更大。例如，氮掺杂的类金刚石碳膜中的氮的浓度或百分比为基于氮掺杂的类金刚石碳膜中的原子的总量约0.01at％至约25at％、约0.1at％至约25at％、约0.5at％至约25at％、约1at％至约25at％、约2at％至约25at％、约3at％至约25at％、约5at％至约25at％、约7at％至约25at％、约10at％至约25at％、约12at％至约25at％、约15at％至约25at％、约18at％至约25at％、约20at％至约25at％、约0.1at％至约20at％、约0.5at％至约20at％、约1at％至约20at％、约2at％至约20at％、约3at％至约20at％、约5at％至约20at％、约7at％至约20at％、约10at％至约20at％、约12at％至约20at％、约15at％至约20at％、约18at％至约20at％、约0.1at％至约18at％、约0.5at％至约18at％、约1at％至约18at％、约2at％至约18at％、约3at％至约18at％、约5at％至约18at％、约7at％至约18at％、约10at％至约18at％、约12at％至约18at％、约15at％至约18at％、约0.1at％至约15at％、约0.5at％至约15at％、约1at％至约15at％、约2at％至约15at％、约3at％至约15at％、约5at％至约15at％、约7at％至约15at％、约10at％至约15at％、约12at％至约15at％、约0.01at％至约10at％、约0.1at％至约10at％、约0.5at％至约10at％、约1at％至约10at％、约2at％至约10at％、约3at％至约10at％、约4at％至约10at％、约5at％至约10at％、约7at％至约10at％、约0.01at％至约5at％、约0.1at％至约5at％、约0.5at％至约5at％、约1at％至约5at％、约2at％至约5at％、或约3at％至约5at％。

氮掺杂的类金刚石碳膜具有大于1.5g/cc(克每立方公分(cm³))的密度，诸如约1.55g/cc、约1.6g/cc、约1.65g/cc、或约1.68g/cc至约1.7g/cc、约1.72g/cc、约1.75g/cc、约1.78g/cc、约1.8g/cc、约1.85g/cc、约1.9g/cc、约1.95g/cc、约1.98g/cc、约2g/cc、约2.05g/cc、约2.1g/cc、或更大。例如，氮掺杂的类金刚石碳膜具有大于1.5g/cc至约2.1g/cc、大于1.5g/cc至约2.05g/cc、大于1.5g/cc至约2g/cc、大于1.5g/cc至约1.9g/cc、大于1.5g/cc至约1.85g/cc、大于1.5g/cc至约1.8g/cc、大于1.5g/cc至约1.78g/cc、大于1.5g/cc至约1.75g/cc、大于1.5g/cc至约1.72g/cc、大于1.5g/cc至约1.7g/cc、大于1.5g/cc至约1.68g/cc、大于1.5g/cc至约1.65g/cc、大于1.5g/cc至约1.6g/cc、约1.6g/cc至约2.1g/cc、约1.6g/cc至约2.05g/cc、约1.6g/cc至约2g/cc、约1.6g/cc至约1.9g/cc、约1.6g/cc至约1.85g/cc、约1.6g/cc至约1.8g/cc、约1.6g/cc至约1.78g/cc、约1.6g/cc至约1.75g/cc、约1.6g/cc至约1.72g/cc、约1.6g/cc至约1.7g/cc、约1.6g/cc至约1.68g/cc、约1.6g/cc至约1.65g/cc、约1.68g/cc至约2.1g/cc、约1.68g/cc至约2.05g/cc、约1.68g/cc至约2g/cc、约1.68g/cc至约1.9g/cc、约1.68g/cc至约1.85g/cc、约1.68g/cc至约1.8g/cc、约1.68g/cc至约1.78g/cc、约1.68g/cc至约1.75g/cc、约1.68g/cc至约1.72g/cc、约1.68g/cc至约1.7g/cc、约1.7g/cc至约1.75g/cc、约1.7g/cc至约1.72g/cc、约1.55g/cc至小于2g/cc、约1.6g/cc至小于2g/cc、约1.65g/cc至小于2g/cc、约1.68g/cc至小于2g/cc、约1.7g/cc至小于2g/cc、约1.72g/cc至小于2g/cc、约1.75g/cc至小于2g/cc、或约1.8g/cc至小于2g/cc的密度。

氮掺杂的类金刚石碳膜具有约

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或更厚的厚度。例如，氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有约

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至约

的厚度。

氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有大于2(诸如约2.1、约2.2、约2.3、约2.4或约2.5至约2.6、约2.7、约2.8、约2.9、或约3)的折射率或n值(n(在633nm处))。例如，氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有大于2至约3、大于2至约2.8、大于2至约2.5、大于2至约2.3、约2.1至约3、约2.1至约2.8、约2.1至约2.5、约2.1至约2.3、约2.3至约3、约2.3至约2.8、或约2.3至约2.5的折射率或n值(n(在633nm处))。

氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有大于0.1(诸如约0.15、约0.2、约0.25、或约0.3)的消光系数或k值(K(在633nm处))。例如，氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有大于0.1至约0.3、大于0.1至约0.25、大于0.1至约0.2、大于0.1至约0.15、约0.2至约0.3、或约0.2至约0.25的消光系数或k值(K(在633nm处))。

氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有小于-600MPa的压缩应力，诸如约-10MPa、约-20MPa、约-50MPa、约-80MPa、约-100MPa、约-150MPa、约-200MPa、约-250MPa、约-275MPa、或约-300MPa至约-325MPa、约-350MPa、约-375MPa、约-400MPa、约-425MPa、约-450MPa、约-475MPa、约-500MPa、约-550MPa、约-580MPa、或约-590MPa。例如，氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有约-20MPa至小于-600MPa、约-50MPa至小于-600MPa、约-100MPa至小于-600MPa、约-200MPa至小于-600MPa、约-250MPa至小于-600MPa、约-300MPa至小于-600MPa、约-350MPa至小于-600MPa、约-400MPa至小于-600MPa、约-450MPa至小于-600MPa、约-500MPa至小于-600MPa、约-20MPa至约-500MPa、约-100MPa至约-500MPa、约-200MPa至约-500MPa、约-250MPa至约-500MPa、约-300MPa至约-500MPa、约-350MPa至约-500MPa、约-400MPa至约-500MPa、约-450MPa至约-500MPa、约-20MPa至约-400MPa、约-100MPa至约-400MPa、约-200MPa至约-400MPa、约-250MPa至约-400MPa、约-300MPa至约-400MPa、或约-350MPa至约-400MPa的压缩应力。

氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有大于50Gpa或大于60GPa的弹性模数，诸如约65GPa、约70GPa、约75GPa、约90GPa、约100GPa、约125GPa、或约150GPa至约175GPa、约200GPa、约250GPa、约275GPa、约300GPa、约350GPa、或约400GPa。例如，氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有大于60Gpa至约400GPa、大于60GPa至约350GPa、大于60GPa至约300GPa、大于60GPa至约250GPa、大于60GPa至约200GPa、大于60GPa至约150GPa、大于60GPa至约125GPa、大于60GPa至约100GPa、大于60GPa至约80GPa、约65GPa至约400GPa、约65GPa至约350GPa、约65GPa至约300GPa、约65GPa至约250GPa、约65GPa至约200GPa、约65GPa至约150GPa、约65GPa至约125GPa、约65GPa至约100GPa、约65GPa至约80GPa、约80GPa至约400GPa、约80GPa至约350GPa、约80GPa至约300GPa、约80GPa至约250GPa、约80GPa至约200GPa、约80GPa至约150GPa、约80GPa至约125GPa、或约80GPa至约100GPa的弹性模数。在一个或多个示例中，氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有先前提及的弹性模数并且具有约

的厚度。

在一些实施例中，氮掺杂的类金刚石碳膜可为用于极紫外(“EUV”)平版印刷工艺的下层。在一些示例中，氮掺杂的类金刚石碳膜系用于EUV平版印刷工艺的下层并且具有基于膜中的碳原子的总量约40％至约90％的sp³杂化的碳原子、大于1.5g/cc至约1.9g/cc的密度、和大于或约60GPa至约150GPa或约200GPa的弹性模数。

图1A描绘了根据本文描述的实施例的可以用于执行氮掺杂的类金刚石碳膜沉积的基板处理系统132的示意图。基板处理系统132包括耦接到气体控制板130的工艺腔室100和控制器110。工艺腔室100大体包括界定处理体积126的顶壁124、侧壁101和底壁122。基板支撑组件146在工艺腔室100的处理体积126中提供。基板支撑组件146大体包括由杆160支撑的静电卡盘150。静电卡盘150通常可由铝、陶瓷、和其他适宜材料制造。静电卡盘150可使用移位机构(未示出)在工艺腔室100内部在垂直方向上移动。

真空泵102耦接到工艺腔室100的底部中形成的端口。真空泵102用于在工艺腔室100中维持期望的气体压力。真空泵102也从工艺腔室100抽空工艺的处理后气体和副产物。

基板处理系统132可进一步包括用于控制腔室压力的额外设备，例如，在工艺腔室100与真空泵102之间定位以控制腔室压力的阀(例如，节流阀和隔离阀)。

具有多个孔128的气体分配组件120在静电卡盘150上方在工艺腔室100的顶部上设置。气体分配组件120的孔128用于将工艺气体(例如，沉积气体、稀释气体、载气、净化气体)引入工艺腔室100中。孔128可具有不同大小、数量、分布、形状、设计、和直径以促进用于不同工艺需求的各种处理气体的流动。气体分配组件120连接到允许在处理期间将各种气体供应到处理体积126的气体控制板130。等离子体由离开气体分配组件120的处理气体混合物形成以增强处理气体的热分解，从而导致在基板190的表面191上沉积材料。

气体分配组件120和静电卡盘150可在处理体积126中形成一对间隔开的电极。一个或多个RF功率源140将偏压电位经由可选的匹配网络138提供到气体分配组件120以促进在气体分配组件120与静电卡盘150之间产生等离子体。或者，RF功率源140和匹配网络138可耦接到气体分配组件120、静电卡盘150，或耦接到气体分配组件120和静电卡盘150两者，或耦接到在工艺腔室100外部设置的天线(未示出)。在一个或多个示例中，RF功率源140可在约350KHz、约2MHz、约13.56MHz、约27MHz、约40MHz、约60MHz、或约100MHz的频率下产生功率。在一些示例中，RF功率源140可在约50kHz至约13.6MHz的频率下提供约100瓦至约3000瓦的功率。在其他示例中，RF功率源140可在约50kHz至约13.6MHz的频率下提供约500瓦至约1800瓦的功率。

控制器110包括中央处理单元(CPU)112、存储器116、和用于控制工艺序列并且调整来自气体控制板130的气体流量的支持电路114。CPU112可为可以在工业环境中使用的任何形式的通用计算机处理器。软件例程可以在存储器116中存储，存储器116诸如为随机存取存储器、只读存储器、软盘、或硬盘驱动器、或其他形式的数字存储器。支持电路114常规地耦接到CPU112并且可以包括高速缓存、时钟电路、输入/输出系统、功率供应器等。在控制器110与基板处理系统132的各个部件之间的双向通信经由数个信号缆线(统称为信号总线118)处理，其中一些在图1A中示出。

图1B描绘了可以用于实践本文描述的实施例的另一基板处理系统180的示意性横截面图。基板处理系统180类似于图1A的基板处理系统132，不同之处在于基板处理系统180经配置为使处理气体从气体控制板130跨过基板190的表面191经由侧壁101流动。此外，图1A中描绘的气体分配组件120用电极182替代。电极182可经配置为用于二次电子产生。在一个或多个实施例中，电极182为含硅电极。

图2描绘了可以用于实践本文描述的实施例的在图1A和图1B的处理系统中使用的基板支撑组件146的示意性横截面图。参见图2，静电卡盘150可包括适用于控制在静电卡盘150的上表面192上支撑的基板190的温度的加热器元件170。加热器元件170可嵌入静电卡盘150中。静电卡盘150可通过将来自加热器功率源106的电流施加到加热器元件170来电阻式加热。加热器功率源106可经由RF过滤器216耦接。RF过滤器216可用于保护加热器功率源106不受RF能量的影响。加热器元件170可由在镍铁铬合金(例如，

合金)鞘管中包封的镍铬接线制成。从加热器功率源106供应的电流通过控制器110调整以控制由加热器元件170产生的热，因此在膜沉积期间将基板190和静电卡盘150维持在实质上恒定的温度下。所供应的电流可经调节为将静电卡盘150的温度选择性控制为约-50℃至约600℃。

参见图1，温度传感器172(诸如热电偶)可嵌入静电卡盘150中，来以常规方式监控静电卡盘150的温度。所测量的温度由控制器110用于控制供应到加热器元件170的功率，以将基板维持在期望的温度下。

静电卡盘150包括卡紧电极210，卡紧电极210可为导电材料的网格。卡紧电极210可嵌入静电卡盘150中。卡紧电极210耦接到卡紧功率源212，当供能时，卡紧功率源212将基板190静电夹持到静电卡盘150的上表面192。

卡紧电极210可经配置为单极电极或双极电极，或具有另一适宜布置。卡紧电极210可经由RF过滤器214耦接到卡紧功率源212，卡紧功率源212提供直流(direct current；DC)功率以将基板190静电地固定到静电卡盘150的上表面192。RF过滤器214防止用于在工艺腔室100内形成等离子体的RF功率损坏电设备或在腔室外部带来电危害。静电卡盘150可由陶瓷材料(诸如氮化铝或氧化铝(例如，氧化铝(alumina)))制造。或者，静电卡盘150可由聚合物(诸如聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚芳醚酮(PAEK)等)制造。

功率施加系统220耦接到基板支撑组件146。功率施加系统220可包括加热器功率源106、卡紧功率源212、第一射频(radio frequency；RF)功率源230、和第二RF功率源240。功率施加系统220可额外包括控制器110、和与控制器110以及第一RF功率源230和第二RF功率源240两者通信的传感器设备250。控制器110也可用于通过施加来自第一RF功率源230和第二RF功率源240的RF功率控制来自处理气体的等离子体，以便在基板190上沉积材料层。

如上文描述，静电卡盘150包括卡紧电极210，卡紧电极210可在一个方面中用于卡紧基板190，同时还用作第一RF电极。静电卡盘150也可包括第二RF电极260，并且连同卡紧电极210一起可施加RF功率以调谐等离子体。第一RF功率源230可耦接到第二RF电极260，而第二RF功率源240可耦接到卡紧电极210。可提供分别用于第一RF功率源230和第二RF功率源240的第一匹配网络和第二匹配网络。第二RF电极260可为如图所示的导电材料的实体金属板。或者，第二RF电极260可为导电材料的网格。

第一RF功率源230和第二RF功率源240可在相同频率或不同频率下产生功率。在一个或多个实施例中，第一RF功率源230和第二RF功率源240中的一者或两者可在从约350KHz至约100MHz(例如，350KHz、2MHz、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz、或100MHz)的频率下独立地产生功率。在一个或多个实施例中，第一RF功率源230可在13.56MHz的频率下产生功率，并且第二RF功率源240可在2MHz的频率下产生功率，或反之亦然。来自第一RF功率源230和第二RF功率源240中的一者或两者的RF功率可改变以便调谐等离子体。例如，传感器设备250可用于监控来自第一RF功率源230和第二RF功率源240中的一者或两者的RF能量。来自传感器设备250的资料可通信到控制器110，并且控制器110可用于改变由第一RF功率源230和第二RF功率源240施加的功率。

在一个或多个实施例中，静电卡盘150具有彼此分离的卡紧电极210a和RF电极，并且第一RF偏压可以施加到RF电极260，且第二RF偏压可以施加到卡紧电极210。在一个或多个示例中，第一RF偏压在约350KHz至约100MHz的频率下在约10瓦至约3000瓦的功率下提供，并且第二RF偏压在约350KHz至约100MHz的频率下在约10瓦至约3000瓦的功率下提供。在其他示例中，第一RF偏压在约13.56MHz的频率下在约2500瓦至约3000瓦的功率下提供，并且第二RF偏压在约2MHz的频率下在约800瓦至约1200瓦的功率下提供。

在一个或多个实施例中，含有一种或多种烃化合物和一种或多种氮掺杂剂化合物的沉积气体可流入或以其他方式引入工艺腔室(诸如PE-CVD腔室)的处理体积中。烃化合物和氮掺杂剂化合物可独立地流入或引入处理体积中。在一些示例中，一个或多个基板在工艺腔室中的静电卡盘上定位。静电卡盘可具有彼此分离的卡紧电极和RF电极。等离子体可通过将第一RF偏压施加到RF电极并且将第二RF偏压施加到卡紧电极来在基板(例如，基板水平)处或附近点燃或以其他方式产生。氮掺杂的类金刚石碳膜在基板上沉积或以其他方式形成。在一些实施例中，图案化的光刻胶层可在氮掺杂的类金刚石碳膜之上沉积或以其他方式形成，氮掺杂的类金刚石碳膜以与图案化的光刻胶层相对应的图案蚀刻或以其他方式形成，并且将图案蚀刻或以其他方式形成到基板中。

大体上，以下示例性沉积工艺参数可用于形成氮掺杂的类金刚石碳膜。基板温度的范围可为约-50℃至约350℃(例如，约40℃至约100℃、约10℃至约100℃、或约10℃至约50℃)。腔室压力的范围可为从约0.5毫托至约10托(例如，约2毫托至约50毫托；或约2毫托至约10毫托)的腔室压力。烃化合物的流动速率可为约20sccm至约5000sccm(例如，约50sccm至约1000sccm、约100sccm至约200sccm、或约150sccm至约200sccm)。氮掺杂剂化合物(例如，N₂)的流动速率可为约1sccm至约3000sccm(例如，约5sccm至约500sccm、约10sccm至约150sccm、或约20sccm至约100sccm)。稀释气体或净化气体(例如，He)的流动速率可为约1sccm至约3000sccm(例如，约5sccm至约500sccm、约10sccm至约150sccm、或约20sccm至约100sccm)。氮掺杂的类金刚石碳膜可沉积到约

与约

的厚度(例如，约

至约

约

至约

约

与约

或约

至约

——取决于应用)。在一个或多个示例中，这些工艺参数提供了用于可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司购得的沉积腔室中的300mm基板的工艺参数的示例。

图3描绘了根据本公开内容的一个实施例的用于在基板上设置的膜堆叠上形成氮掺杂的类金刚石碳膜的方法300的流程图。在膜堆叠上形成的氮掺杂的类金刚石碳膜可用作例如硬掩模，以在膜堆叠中形成类阶梯结构。图4A至图4B为示出用于根据方法300来在基板上设置的膜堆叠上形成氮掺杂的类金刚石碳膜的序列的示意性横截面图。尽管下文参考可在膜堆叠上形成用于在三维半导体元件的膜堆叠中制造类阶梯结构的硬掩模层描述方法300，但方法300也可用于其他元件制造应用中的优点。另外，还应当理解，图3中描绘的操作可同时执行和/或以与图3中描绘的次序不同的次序执行。

方法300通过将基板(诸如图4A中描绘的基板402)定位到工艺腔室(诸如图1A或图1B中描绘的工艺腔室100)的处理体积中而开始于操作310。基板402可为图1A、图1B和图2中描绘的基板190。基板402可在静电卡盘(例如，静电卡盘150的上表面192)上定位。按需要，基板402可为在基板402上设置有膜堆叠404的基于硅的材料或任何适宜的绝缘材料或导电材料，所述绝缘材料或导电材料可用于在膜堆叠404中形成结构400，诸如类阶梯结构。

如图4A中描绘的实施例所示，基板402可具有实质上平坦的表面、不均匀表面、或其上形成有结构的实质上平坦的表面。膜堆叠404形成在基板402上。在一个或多个实施例中，膜堆叠404可用于在前端或后端工艺中形成栅极结构、接触结构或互连结构。方法300可在膜堆叠404上执行以在其中形成在存储器结构(诸如NAND结构)中使用的类阶梯结构。在一个或多个实施例中，基板402可为诸如结晶硅(例如，Si<100>或Si<111>)、氧化硅、应变硅、锗硅、掺杂或未掺杂的聚硅、掺杂或未掺杂的硅基板以及图案化或非图案化的基板绝缘体上硅(silicon on insulator；SOI)、碳掺杂的氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石之类的材料。基板402可具有各种尺寸，诸如200mm、300mm、450mm、或其他直径的基板，以及矩形或方形面板。除非另外提及，本文描述的实施例和示例在具有200mm直径、300mm直径、或450mm直径基板的基板上执行。在其中SOI结构用于基板402的实施例中，基板402可包括在硅结晶基板上设置的埋入的介电层。在本文描绘的一个或多个实施例中，基板402可为结晶硅基板。

在一个或多个实施例中，在基板402上设置的膜堆叠404可具有数个垂直堆叠的层。膜堆叠404可含有包括在膜堆叠404中重复形成的第一层(示出为408a₁、408a₂、408a₃、……、408a_n)和第二层(示出为408b₁、408b₂、408b₃、……、408b_n)的对。对包括重复地形成的交替的第一层(示出为408a₁、408a₂、408a₃、……、408a_n)和第二层(示出为408b₁、408b₂、408b₃、……、408b_n)，直到达到期望数量的第一层和第二层的对。

膜堆叠404可为半导体芯片(诸如三维存储器芯片)的部分。尽管在图4A至图4B中示出第一层(示出为408a₁、408a₂、408a₃、……、408a_n)和第二层(示出为408b₁、408b₂、408b₃、……、408b_n)的三个重复层，注意到，可按需要利用任何期望数量的第一层和第二层的重复对。

在一个或多个实施例中，膜堆叠404可用于形成三维存储器芯片的多个栅极结构。在膜堆叠404中形成的第一层408a₁、408a₂、408a₃、……、408a_n可为第一介电层，并且第二层408b₁、408b₂、408b₃、……、408b_n可为第二介电层。适宜的介电层可用于形成第一层408a₁、408a₂、408a₃、……、408a_n且第二层408b₁、408b₂、408b₃、……、408b_n包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、氮化钛、氧化物和氮化物的复合物、夹入氮化物层的至少一个或多个氧化层、和其组合等等。在一个或多个实施例中，介电层可为介电常数大于4的高介电常数(high-k)材料。高介电常数材料的适宜示例包括氧化铪、氧化锆、氧化钛、氧化铪硅或硅酸铪、氧化铪铝或铝酸铪、氧化锆硅或硅酸锆、氧化钽、氧化铝、铝掺杂的二氧化铪、铋锶钛(bismuth strontium titanium；BST)、和铂锆钛(platinum zirconium titanium；PZT)、其掺杂剂、或其任何组合。

在一个或多个示例中，第一层408a₁、408a₂、408a₃、……、408a_n是氧化硅层并且第二层408b₁、408b₂、408b₃、……、408b_n是在第一层408a₁、408a₂、408a₃、……、408a_n上设置的氮化硅层或聚硅层。在一个或多个实施例中，第一层408a₁、408a₂、408a₃、……、408a_n的厚度可控制为约

至约

诸如约

并且每个第二层408b₁、408b₂、408b₃、……、408b_n的厚度可控制为约

至约

诸如约

膜堆叠404可具有约

至约

的总厚度。在一个或多个实施例中，膜堆叠404的总厚度为约3微米至约10微米并且可以随着技术进展而变化。

注意到，在基板402上存在或不存在膜堆叠404的情况下，氮掺杂的类金刚石碳膜可在基板402的任何表面或任何部分上形成。

在操作320处，将卡紧电压施加到静电卡盘，并且基板402夹持或以其他方式设置到静电卡盘上。在一个或多个实施例(其中基板402在静电卡盘150的上表面192上定位)中，在处理期间上表面192提供支撑并且夹持基板402。静电卡盘150紧密地抵靠上表面192平坦化基板402，从而防止背侧沉积。将电偏压经由卡紧电极210提供到基板402。卡紧电极210可与卡紧功率源212电子通信，卡紧功率源212将偏置电压供应到卡紧电极210。在一个或多个实施例中，卡紧电压为约10瓦至约3000瓦、约100瓦至约2000瓦、或约200瓦至约1000瓦。

在操作320期间，若干工艺参数可调整工艺。在适用于处理300mm基板的一个实施例中，处理体积中的工艺压力可维持在约0.1毫托至约10托(例如，约2毫托至约50毫托；或约5毫托至约20毫托)。在适用于处理300mm基板的一些实施例中，处理温度和/或基板温度可维持在约-50℃至约350℃(例如，约0℃至约50℃；或约10℃至约20℃)。

在一个或多个实施例中，将恒定的卡紧电压施加到基板402。在一些实施例中，卡紧电压可脉冲到静电卡盘150。在其他实施例中，在施加卡紧电压以控制基板的温度时可将背侧气体施加到基板402。背侧气体可以为或包括氦、氩、氖、氮(N₂)、氢(H₂)、或其任何组合。

在操作330处，等离子体通过将第一RF偏压施加到静电卡盘在基板处产生，诸如邻近基板或靠近基板水平。在基板处产生的等离子体可在基板与静电卡盘之间的等离子体区域中产生。在约350KHz至约100MHz(例如，约350KHz、约2MHz、约13.56MHz、约27MHz、约40MHz、约60MHz、或约100MHz)的频率下，第一RF偏压可为从约10瓦至约3000瓦。在一个或多个实施例中，在约13.56MHz的频率下，第一RF偏压在约2500瓦至约3000瓦的功率下提供。在一个或多个实施例中，将第一RF偏压经由第二RF电极260提供到静电卡盘150。第二RF电极260可与第一RF功率源230电子通信，第一RF功率源230将偏置电压供应到第二RF电极260。在一个或多个实施例中，偏压功率为约10瓦至约3000瓦、约2000瓦至约3000瓦、或约2500瓦至约3000瓦。第一RF功率源230可在约350KHz至约100MHz(例如，约350KHz、约2MHz、约13.56MHz、约27MHz、约40MHz、约60MHz、或约100MHz)的频率下产生功率。

在一个或多个实施例中，操作330进一步包括将第二RF偏压施加到静电卡盘。在约350KHz至约100MHz的频率下(例如，约350KHz、约2MHz、约13.56MHz、约27MHz、约40MHz、约60MHz、或约100MHz)，第二RF偏压可从约10瓦至约3000瓦。在一些示例中，在约2MHz的频率下，第二RF偏压在约800瓦至约1200瓦的功率下提供。在其他示例中，将第二RF偏压经由卡紧电极210提供到基板402。卡紧电极210可与第二RF功率源240电子通信，第二RF功率源240将偏置电压供应到卡紧电极210。在一个或多个示例中，偏压功率为约10瓦至约3000瓦、约500瓦至约1500瓦、或约800瓦至约1200瓦。第二RF功率源240可在约350KHz至约100MHz(例如，约350KHz、约2MHz、约13.56MHz、约27MHz、约40MHz、约60MHz、或约100MHz)的频率下产生功率。在一个或多个实施例中，在操作330期间维持在操作320中供应的卡紧电压。

在一些实施例中，在操作330期间，将第一RF偏压经由卡紧电极210提供到基板402，并且可将第二RF偏压经由第二RF电极260提供到基板402。在一个或多个示例中，第一RF偏压是约2500瓦(约13.56MHz)并且第二RF偏压是约1000瓦(约2MHz)。

在操作340期间，使沉积气体流入处理体积126中以在膜堆叠上形成氮掺杂的类金刚石碳膜。沉积气体可穿过气体分配组件120或经由侧壁101从气体控制板130流入处理体积126中。沉积气体含有一种或多种烃化合物和一种或多种氮掺杂剂化合物。烃化合物可为或包括呈任何物质状态的一种、两种、或多于一种烃化合物。类似地，氮掺杂剂化合物可为或包括呈任何物质状态的一种、两种、或多于一种氮掺杂剂化合物。烃和/或氮掺杂剂化合物可为任何液体或气体，但若任何前驱物在室温下为蒸汽，则可实现一些优点以便简化材料计量、控制、和递送到处理体积所需的硬件。

沉积气体可进一步包括惰性气体、稀释气体、含氮气体、蚀刻剂气体或其任何组合。在一个或多个实施例中，在操作340期间维持在操作320期间供应的卡紧电压。在一些实施例中，在操作340期间维持在操作320期间建立的处理条件和在操作330期间形成的等离子体。

在一个或多个实施例中，烃化合物为气态烃或液体烃。烃可为或包括一种或多种烷烃、一种或多种烯烃、一种或多种炔烃、一种或多种芳族化合物、或其任何组合。在一些示例中，烃化合物具有通式C_xH_y，其中x具有1至约20的范围并且y具有1至约20的范围。适宜烃化合物包括例如C₂H₂、C₃H₆、CH₄、C₄H₈、1,3-二甲基金刚烷、二环[2.2.1]庚-2,5-二烯(2,5-降冰片烯)、金刚烷(C₁₀H₁₆)、降冰片烯(C₇H₁₀)、或其任何组合。在一个或多个示例中，归因于形成更稳定的中间物质，利用乙炔，这允许更大的表面流动性。

烃化合物可为或包括一种或多种烷烃(例如，C_nH_2n+2，其中n为从1至20)。适宜的烃化合物包括例如烷烃，诸如甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、丙烷(C₃H₈)、丁烷(C₄H₁₀)和其异构物异丁烷、戊烷(C₅H₁₂)、己烷(C₆H₁₄)和其异构物异戊烷和新戊烷、己烷(C₆H₁₄)和其异构物2-甲基戊烷、3-甲基戊烷、2,3-二甲基丁烷、和2,2-二甲基丁烷、或其任何组合。

烃化合物可为或包括一种或多种烯烃(例如，C_nH_2n，其中n是从1至20)。适宜的烃化合物包括例如烯烃(诸如乙烯、丙烯(C₃H₆)、丁烯和其异构物、戊烯和其异构物等)、二烯(诸如丁二烯、异戊二烯、戊二烯、己二烯)或其任何组合。额外适宜烃包括，例如，卤代烯烃，诸如，单氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯、单氯乙烯、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯、或其任何组合。

烃化合物可为或包括一种或多种炔烃(例如，C_nH_2n-2，其中n为从1至20)。适宜的烃化合物包括例如炔烃，诸如乙炔(ethyne)或乙炔(acetylene)(C₂H₂)、丙炔(C₃H₄)、丁炔(C₄H₈)、乙烯基乙炔、或其任何组合。

烃化合物可为或包括一种或多种芳族烃化合物，诸如苯、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、呋喃等、α-萜品烯、甲基异丙基苯、1,1,3,3-四甲基丁基苯、三级丁基醚、三级丁基乙烯、甲基-丙烯酸甲酯、和三级丁基呋喃醚、具有式C₃H₂和C₅H₄的化合物、卤化的芳族化合物，包括单氟苯、二氟苯、四氟苯、六氟苯、或其任何组合。

沉积气体含有一种或多种氮掺杂剂化合物。示例性氮掺杂剂化合物可为或包括分子氮(N₂)、原子氮、氨、肼、甲基肼、二甲基肼、三级丁基肼、苯肼、偶氮异丁烷、乙嗪酯、吡啶、其衍生物、其加和物、或其任何组合。在一个或多个实施例中，沉积气体进一步含有一种或多种稀释气体、一种或多种载气、和/或一种或多种净化气体。适宜的稀释气体、载气、和/或净化气体(诸如氦(He)、氩(Ar)、氙(Xe)、氢(H₂)、氮(N₂)、氨(NH₃)、一氧化氮(NO)、或其任何组合等)可以与沉积气体一起共同流动或以其他方式供应到处理体积126中。氩、氦、和/或氮可以用于控制氮掺杂的类金刚石碳膜的密度和沉积速率。在一些情况下，如下文论述，N₂和/或NH₃的添加可以用于控制氮掺杂的类金刚石碳膜的氢比率。或者，可能在沉积期间不使用稀释气体。

在一些实施例中，沉积气体进一步含有蚀刻剂气体。适宜的蚀刻剂气体可为或包括氯(Cl₂)、氟(F₂)、氟化氢(HF)、四氟化碳(CF₄)、三氟化氮(NF₃)、或其任何组合。不受理论束缚，据信蚀刻剂气体从膜选择性蚀刻sp²杂化的碳原子，因此增加膜中的sp³杂化的碳原子的分数，这增加了膜的蚀刻选择性。

在一个或多个实施例中，在操作340期间在基板上形成氮掺杂的类金刚石碳膜412之后，氮掺杂的类金刚石碳膜412暴露于氢自由基。在一些实施例中，在操作340的沉积工艺期间氮掺杂的类金刚石碳膜暴露于氢自由基。在其他实施例中，氢自由基在RPS中形成并且递送到处理区域。不受理论束缚，咸信将氮掺杂的类金刚石碳膜暴露于氢自由基导致选择性蚀刻sp2杂化的碳原子，因此增加膜的sp³杂化的碳原子分数，因此增加蚀刻选择性。

在操作350处，在基板上形成氮掺杂的类金刚石碳膜412之后，解卡紧基板。在操作350期间，关闭卡紧电压。反应气体关闭并且可选地从处理腔室净化。在一个或多个实施例中，在操作350期间，减小RF功率(例如，约200瓦)。可选地，控制器110监控阻抗改变以确定静电电荷是否经由RF路径耗散到接地。一旦从静电卡盘解卡紧基板，就从处理腔室净化剩余气体。处理腔室抽空并且基板在升降杆上向上移动并且传递出腔室。

图5描绘了根据本文描述和论述的一个或多个实施例的使用氮掺杂的类金刚石碳膜的方法500的流程图。在基板上形成氮掺杂的类金刚石碳膜412之后，氮掺杂的类金刚石碳膜412可在蚀刻工艺中用作图案化掩模以形成三维结构，诸如类阶梯结构。氮掺杂的类金刚石碳膜412可使用标准光刻胶图案化技术来图案化。在操作510处，图案化的光刻胶(未示出)可在氮掺杂的类金刚石碳膜412之上形成。在操作520处，氮掺杂的类金刚石碳化412可以与图案化的光刻胶层相对应的图案来蚀刻，接着在操作530处将图案蚀刻到基板402中。在操作540处，材料可沉积到基板402的蚀刻部分中。在操作550处，氮掺杂的类金刚石碳膜412可使用含有过氧化氢和硫酸的溶液移除。已知含有过氧化氢和硫酸的一种示例性溶液为Piranha溶液或Piranha蚀刻液。氮掺杂的类金刚石碳膜412也可使用含有氧和卤素(例如，氟或氯)的蚀刻化学物质移除，例如Cl₂/O₂、CF₄/O₂、Cl₂/O₂/CF₄。氮掺杂的类金刚石碳膜412可通过化学机械研磨(chemical mechanical polishing；CMP)工艺移除。

极紫外(“EUV”)图案化方案

当在极紫外(“EUV”)图案化方案中使用含金属光刻胶剂时，下层的选择对于防止半导体器件中的纳米失效(例如，桥接缺陷和间隔缺陷)为关键的。用于EUV图案化(平版印刷)方案的常规下层为旋涂碳(spin on carbon；SOC)材料。然而，在图案化期间，金属(诸如锡)例如穿过SOC材料扩散，从而导致半导体元件中的纳米失效。此种纳米失效导致减少、劣化和损害半导体性能。

另一方面，本文描述的高密度碳膜具有优异的膜品质，诸如改进的硬度和密度。与常规SOC膜相比，此种硬度和密度允许高密度碳膜用作对金属溶渗更强的阻挡，并且更大程度地防止纳米失效以及将纳米失效减少至最小。在一个或多个实施例中，提供了用作极紫外(“EUV”)平版印刷工艺的下层的氮掺杂的类金刚石碳膜。

在一个或多个实施例中，用作EUV平版印刷工艺的下层的氮掺杂的类金刚石碳膜可为本文描述的任何膜。氮掺杂的类金刚石碳膜可以具有基于氮掺杂的类金刚石碳膜中的碳原子的总量约40％至约90％的sp³杂化的碳原子含量，约-20MPa至小于-600MPa、约-150MPa至小于-600MPa、或约-200MPa至小于-600MPa(诸如约-225MPa至约-500MPa或约-250MPa至约-400MPa)的压缩应力，大于60GPa至约200GPa或大于60GPa至约150GPa的弹性模数，以及大于1.5g/cc至约2.1g/cc(诸如约1.55g/cc至小于2g/cc,例如，约1.6g/cc至约1.8g/cc、约1.65g/cc至约1.75g/cc、或约1.68g/cc至约1.72g/cc)的密度。

因此，提供了用于形成硬掩模层(其为或含有氮掺杂的类金刚石碳膜)的方法和设备，所述硬掩模层可用于形成用于制造半导体器件的三维堆叠的类阶梯结构。通过利用氮掺杂的类金刚石碳膜作为具有期望的牢固膜性质和蚀刻选择性的硬掩模层，可获得改进的对在膜堆叠中形成的所得结构的尺寸和轮廓控制，并且在半导体元件的三维堆叠的应用中可以增强芯片器件的电性能。

总而言之，本公开内容的一些益处提供了用于在基板上沉积或以其他方式形成氮掺杂的类金刚石碳膜的工艺。常见的PE-CVD硬掩模膜具有非常低的杂化sp³原子的百分比和因此低模数和蚀刻选择性。在本文描述的一些实施例中，低工艺压力(小于1托)和底部驱动等离子体实现制造具有约60％或更大的杂化sp³原子的掺杂膜，这导致相对于先前可用的硬掩模膜的蚀刻选择性的改进。此外，本文描述的一些实施例在低基板温度下执行，这实现在与当前可能的温度低得多的温度下沉积其他介电膜，从而开辟了具有低热预算的应用，其当前不能由CVD解决。此外，本文描述的一些实施例可用作EUV平版印刷工艺的下层。

尽管上述内容涉及本公开内容的实施例，但本公开内容的其他和进一步实施例可在不脱离其基本范围的情况下设计，并且其范围由所附的权利要求确定。本文描述的所有文献通过引用方式被并入本文中，包括任何优先权文献和/或测试程序，只要它们与本文不矛盾即可。如先前一般描述和具体实施例中显而易见的，尽管已经示出和描述本公开内容的形式，但在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下可以进行各种修改。由此，本公开内容不意欲由此限制。同样，出于美国法律的目的，术语“包含”被认为与术语“包括”同义。同样，每当组合物、元素、或一组元素在连接短语“包含”之前时，将理解，在叙述组合物、元素、或多个元素之前具有连接片语“基本上由……组成”、“由……组成”、“选自由……组成的群组”、或“为”的相同组合物或一组元素并且反之亦然，是预期的。

已使用一组数字上限和一组数字下限来描述某些实施例和特征。应了解，除非另外指明，否则预期包括任何两个值的组合的范围，例如，任何下限值与任何上限值的组合、任何两个下限值的组合、和/或任何两个上限值的组合。某些下限、上限和范围出现在所附的一个或多个权利要求中。

Claims (20)

1.一种处理基板的方法，包含：

使包含烃化合物和氮掺杂剂化合物的沉积气体流入在静电卡盘上定位有基板的工艺腔室的处理体积中；以及

通过将第一RF偏压施加到所述静电卡盘，在所述基板上方产生等离子体，以在所述基板上沉积氮掺杂的类金刚石碳膜，其中所述氮掺杂的类金刚石碳膜具有大于1.5g/cc的密度和约-20MPa至小于-600MPa的压缩应力。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述氮掺杂的类金刚石碳膜具有约-250MPa至约-400MPa的压缩应力。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述氮掺杂的类金刚石碳膜具有大于60GPa至约200GPa的弹性模数。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述氮掺杂的类金刚石碳膜具有约1.55g/cc至小于2g/cc的密度。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述氮掺杂剂化合物包含分子氮(N₂)、原子氮、氨、肼、甲基肼、二甲基肼、三级丁基肼、苯肼、偶氮异丁烷、乙嗪酯、吡啶、其衍生物、其加和物、或其任何组合。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述氮掺杂剂化合物包含分子氮。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述氮掺杂剂化合物以约10sccm至约1000sccm的速率流入所述处理体积中。

8.如权利要求1所述的方法，其中当产生所述等离子体并且在所述基板上沉积所述氮掺杂的类金刚石碳膜时，将所述处理体积维持在约0.5毫托至约10托的压力下。

9.如权利要求8所述的方法，其中将所述处理体积维持在约5毫托至约100毫托的压力下，并且其中将所述基板维持在约0℃至约50℃的温度下。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述氮掺杂的类金刚石碳膜包含约1原子百分比至约15原子百分比的氮。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述氮掺杂的类金刚石碳膜包含约50原子百分比至约90原子百分比的sp³杂化的碳原子。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述烃化合物包含乙炔、丙烯、甲烷、丁烯、1,3-二甲基金刚烷、二环[2.2.1]庚-2,5-二烯、金刚烷、降冰片烯、或其任何组合。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述沉积气体进一步包含氦、氩、氙、氖、氢(H₂)、或其任何组合。

14.如权利要求1所述的方法，其中在所述基板处产生所述等离子体包含：将第二RF偏压施加到所述静电卡盘。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述静电卡盘具有卡紧电极和与所述卡紧电极分离的RF电极，并且其中将所述第一RF偏压施加到所述RF电极并且将所述第二RF偏压施加到所述卡紧电极。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述第一RF偏压在约350KHz至约100MHz的频率下在约10瓦至约3000瓦的功率下提供，并且其中所述第二RF偏压在约350KHz至约100MHz的频率下在约10瓦至约3000瓦的功率下提供。

17.一种处理基板的方法，包含：

使包含烃化合物和氮掺杂剂化合物的沉积气体流入在静电卡盘上定位有基板的工艺腔室的处理体积中，其中所述静电卡盘具有卡紧电极和与所述卡紧电极分离的RF电极，并且其中将所述处理体积维持在约0.5毫托至约10托的压力下；以及

通过将第一RF偏压施加到所述RF电极并且将第二RF偏压施加到所述卡紧电极，在所述基板上方产生等离子体，以在所述基板上沉积氮掺杂的类金刚石碳膜，其中所述氮掺杂的类金刚石碳膜包含约0.1原子百分比至约20原子百分比的氮和约50原子百分比至约90原子百分比的sp³杂化的碳原子，并且具有大于1.5g/cc的密度和约-20MPa至小于-600MPa的压缩应力。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述氮掺杂的类金刚石碳膜包含约55原子百分比至约75原子百分比的sp³杂化的碳原子。

19.如权利要求17所述的方法，其中所述氮掺杂的类金刚石碳膜具有约1.55g/cc至小于2g/cc的密度、约-250MPa至约-400MPa的压缩应力、和大于60GPa至约200GPa的弹性模数。

20.一种处理基板的方法，包含：

使包含烃化合物和氮掺杂剂化合物的沉积气体流入在静电卡盘上定位有基板的工艺腔室的处理体积中，其中所述静电卡盘具有卡紧电极和与所述卡紧电极分离的RF电极，并且其中将所述处理体积维持在约0.5毫托至约10托的压力下；

通过将第一RF偏压施加到所述RF电极并且将第二RF偏压施加到所述卡紧电极，在所述基板上方产生等离子体，以在所述基板上沉积氮掺杂的类金刚石碳膜，其中所述氮掺杂的类金刚石碳膜包含约0.1原子百分比至约20原子百分比的氮，并且具有大于1.5g/cc的密度和约-20MPa至小于-600MPa的压缩应力；

在所述氮掺杂的类金刚石碳膜之上形成图案化的光刻胶层；

以与所述图案化的光刻胶层相对应的图案蚀刻所述氮掺杂的类金刚石碳膜；以及

将所述图案蚀刻到所述基板中。

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