[发明专利]无定形碳膜的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种无定形碳膜的形成方法。

背景技术

含氢无定形碳膜(Hydrogenated amorphous carbon，a-C:H)又称为类金刚石碳膜(Diamond-Like Carbon)，因其具有高硬度、高强度、高导热、高电阻率、高抗辐射、高化学稳定性、低摩擦系数以及红外光学波段良好的透过率等优良性能而备受关注。在半导体衬底上形成精细图案时，为了获得较高分辨率以及精确的图案化，通常使用无定形碳膜作为硬掩模。

无定形碳膜可以通过已知的CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)法和PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)法，例如等离子体CVD、离子镀和溅射而形成。但是，在以溅射为代表的PVD法中，无定形碳膜的形成具有方向性。因此，为形成均匀的无定形碳膜，必须采取措施将基材进行旋转或者将多个靶放入装置中。这种形成无定形碳膜的装置结构复杂、价格本昂贵，并且有时难以根据基材的形状形成无定形碳膜。等离子体CVD法能够在基材上形成均匀的无定形碳膜，而与基材的形状无关，并且等离子体CVD法由反应气体形成无定形碳膜，其装置结构简单且价格低廉。因此，现有技术通常采用等离子体CVD法形成无定形碳膜，即通常使用碳氢化合物，例如具有苯环或者多个双键的苯(C₆H₆)、甲苯(C₇H₈)等作为反应气体来形成无定形碳膜。

更多关于形成无定形碳膜的技术，可参考公开号为CN101448740A和CN101312126A的中国专利申请。

下面以等离子体CVD法为例，说明现有技术中无定形碳膜的形成方法。

参考图1所示，现有技术的无定形碳膜的形成方法包括：

步骤S1，将基材加载至CVD反应腔室中；

步骤S2，将包括一种或者多种气体的反应气体引入所述CVD反应腔室，在所述基材上形成无定形碳膜。

但是利用上述现有技术形成的无定形碳膜，被作为硬掩模进行曝光显影以及刻蚀时，对后续半导体制程产生了不利的影响，例如会影响LWR(Line Width Roughness，线宽粗糙度)和LER(Line Edge Roughness，线边缘粗糙度)。所述LWR是对直线特征的边缘平滑程度的度量，理想的特征的边缘应当是一条直线，但是现有技术中该直线特征会表现出锯齿状，这是非常不希望出现的，因为沿该直线特征测得的关键尺寸(Critical Dimension，CD)在不同的位置会发生变化，导致后续形成的半导体器件的性能不稳定。

因此，如何有效地提高无定形碳膜的性能以避免对后续半导体制程的不良影响成为本领域的技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种无定形碳膜的形成方法，以有效地提高无定形碳膜的性能并避免对后续半导体制程的不良影响，进而提高半导体器件的性能。

为解决上述问题，本发明提供了一种无定形碳膜的形成方法，在基材上形成无定形碳膜之后，进行离子注入。

可选地，在所述碳离子注入之后进行退火处理。

可选地，所述注入的原材料包括C₁₆H₁₀或者C₇H₇；离子束的剂量范围包括5E15～8E15/cm²；碳离子注入的能量范围包括5Kev～6Kev。

可选地，所述退火处理的保护气体为氮气或者氦气。

可选地，所述退火处理的时间在30分钟～60分钟范围内。

可选地，所述退火处理的温度在400～550℃范围内。

可选地，通过等离子体CVD法在基材上形成所述无定形碳膜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)在形成无定形碳膜后对其进行碳离子注入，从而有效地增加了无定形碳膜中碳原子的含量，提高了无定形碳膜的硬度和刻蚀选择比，有效地避免了对后续半导体制程的不利影响。

2)可选方案中，在离子注入之后进行退火处理，通过退火可以去除无定形碳膜中多余的或者不稳定的氢键，从而减少了氢原子的含量，进一步增加了无定形碳膜中碳原子的含量，提高了无定形碳膜的硬度和刻蚀选择比。

附图说明

图1是现有技术中无定形碳膜的形成方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例的无定形碳膜的形成方法的流程示意图；