包括多个碳层的结构及其形成和使用的方法与流程

1.本公开一般地涉及形成适合于在电子器件制造中使用的结构的方法。更具体地，本公开的示例涉及形成包括碳层的结构的方法、包括这样的层的结构、使用该方法和结构形成的器件、以及用于执行该方法和/或形成该结构的系统。


背景技术：

2.在器件(诸如半导体器件)制造中，通常期望的是用绝缘或介电材料填充在衬底表面上的间隙，又称为凹槽(例如，特征之间的沟槽或区域)。一些用于填补间隙的技术包括碳材料(诸如旋涂碳(soc))层的沉积。对于许多应用来说，使用碳材料(诸如soc)具有许多期望的性能，诸如填充能力、蚀刻选择性、灰化效率等。
3.虽然使用碳材料填充间隙对于某些应用可以很好地作用，但是使用传统沉积技术填充间隙具有几个缺点，特别是随着要填充的间隙尺寸减小。例如，可能期望的是获得相对平整的碳材料表面用于后续工艺，诸如光刻、材料刻蚀和/或材料沉积。如果碳材料表面的平整度和/或粗糙度不在适合的水平，则临界尺寸(cd)和/或线边缘粗糙度(ler)中不期望的变化可能导致随后形成的抗蚀图案和特征。
4.化学机械抛光(cmp)通常被用于使碳材料的表面变得平整和/或光滑，例如，在光刻步骤之前。然而，在传统的碳层沉积工艺中，最初可能会形成具有不期望的低平整度的碳材料，并且cmp的使用可能不能够提供期望的平整度和/或光滑度。
5.此外，soc的使用可能是相对昂贵的，因为soc工艺使用额外的工艺设备，诸如涂布机和烘箱。并且，soc工艺通常包括额外的工艺步骤，诸如涂覆、烘烤和固化。这样的额外的设备和工艺步骤的使用可能给形成用于形成器件的结构的方法增加不必要的时间和费用。
6.因此，期望有用于形成结构的改进的方法，特别是用于用碳材料填充衬底表面上的间隙或凹槽的方法，该方法适合于提供相对平整、光滑的表面。进一步改进的结构和装置，以及用于形成这样的结构和装置的系统，也是所期望的。
7.本公开中包括的在此部分中阐述的任何讨论，包括问题和解决方案的讨论，仅仅是用于提供本公开的上下文的目的，而不应该被认为是承认任何或所有的讨论在本发明被制造时是已知的或者以其它方式构成现有技术。


技术实现要素：

8.本公开的各种实施例涉及形成适合于在电子器件形成中使用的结构的方法、使用该方法形成的结构、以及用于执行该方法的系统。虽然下面更详细地讨论了本公开的各种实施例解决现有方法、结构和系统的缺点的方式，但是总体上，本公开的示例性实施例提供了用于形成包括具有不同性能的两个或更多碳层的结构的改进方法。与传统方法相比，在结构形成中使用两个或更多个碳层，例如，用于填充凹槽，可以提高凹槽填充材料的平整度，这反过来可以在使用本文中描述的方法形成的特征中提供减小的临界尺寸变化以及减小的线边缘粗糙度。
9.根据本公开的各种实施例，提供了形成结构的方法。示例性方法包括：在反应室内提供衬底、形成覆盖表面的第一碳层、以及形成覆盖第一碳层的第二碳层。衬底可以包括在衬底表面上形成的一个或更多个凹槽。第一碳层和第二碳层可以被用于填充一个或更多个凹槽(例如，具有约3.0至约100.0的深宽比)而没有空穴形成，以及为后续工艺提供相对光滑的表面。根据这些实施例的示例，第一碳层的密度大于第二碳层的密度。例如，第一碳层的密度可以比第二碳层的密度大约10％至约50％。示例性方法可以额外地包括化学机械抛光的步骤。化学机械抛光的步骤可以被用于移除第二碳层的至少一部分。化学机械抛光的步骤还可以被用于移除第一碳层的至少一部分。根据这些实施例的其它方面，形成第一和/或第二碳层的步骤包括等离子体工艺。示例性方法可以包括可是第二碳层和第一碳层的步骤。在这些情况下，刻蚀可以是非选择性的，使得第一碳层和第二碳层以基本相同的速率(例如，在约10％、5％、2％或1％的范围内)被刻蚀。刻蚀第一碳层和第二碳层的步骤可以包括离子刻蚀。根据这些实施例的又一额外的方面，该方法可以包括形成覆盖第二碳层的第三层。第三层可以包括第三碳层。第三层的成分可以和第二碳层的成分相同。
10.根据本公开的其它的示例性实施例，至少部分地根据本文描述的方法形成一种结构。结构可以包括第一碳层和第二碳层。
11.根据本公开的又一其它示例性实施例，提供了一种用于执行方法和/或用于形成如本文中描述的膜结构的系统。示例性实施例可以包括一个或更多个反应室、碳前驱体源、惰性气体源、等离子体功率源、排气源以及控制器。控制器可以被配置为控制进入一个或更多个反应室中的至少一个的碳前驱体的气流以形成第一碳层和覆盖第一碳层的第二碳层，其中，第一碳层的密度大于第二碳层的密度。
12.通过以下参照附图对某些实施例的详细描述，这些和其它实施例对于本领域技术人员来说将变得显而易见；本发明不限于公开的任何特定实施例。
附图说明
13.当结合以下说明性附图考虑时，可以通过参照详细描述和权利要求书得到对本公开的示例性实施例更完整的理解。：
14.图1示出了根据本公开的示例性实施例的方法。
15.图2示出了根据本公开的示例性实施例的方法。
16.图3
‑
图6示出了根据本公开的示例性实施例的结构。
17.图7示出了根据本公开的示例性实施例的与其它结构相比的额外的结构。
18.图8、图9和图11示出了根据本公开的示例性实施例的时序图。
19.图10示出了根据本公开的示例性实施例的系统。
20.将可以理解的是，附图中的元件是为了简单和清楚而示出的，并不必要按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大以帮助提高对本公开的示出的实施例的理解。
具体实施方式
21.虽然下面公开了某些实施例和示例，但本领域技术人员将理解的是，本发明延伸超过具体公开的本发明的实施例和/或使用以及其明显的修改和等同物。因此，应当意识到
公开的本发明的范围不应受到下面描述的特定公开实施例的限制。
22.本公开一般地涉及形成结构的方法、使用该方法形成的结构、以及用于执行该方法和/或形成结构的系统。作为示例，本文中描述的方法可以被用于用碳材料填充衬底表面上的凹槽或间隙(例如，沟槽或通孔或特征(诸如线或凸出物)之间的间距)。
23.示例性方法包括形成具有不同性能(例如，硬度、模量、抛光速率和或密度)的两个或更多个碳层。使用多个碳层(其中至少两个层表现出不同性能)可以提供期望的凹槽填充性能，同时还提供期望的碳材料的抛光(例如，化学机械抛光)和/或刻蚀性能。此外，使用两个或更多个碳层形成的结构可以(例如，在抛光和/或蚀刻之后)表现出相对平整、光滑的表面，该表面适合于后续工艺，诸如光刻胶图案形成、蚀刻等。结构的相对平整、光滑的表面可以导致在图案化抗蚀层中的图案化和/或在结构表面上形成的特征的图案化具有减小的临界尺寸(cd)变化和/或减小的线边缘粗糙度(ler)。
24.密度相对较小的碳层可能是抛光(例如，cmp)所期望的。碳层的密度通常可以与碳层的模量、抛光速率有关。高抛光速率通常允许更高的器件制造生产量。另一方面，密度相对较小的碳层可能不适合在后续蚀刻工艺中作为掩模使用，因为密度相对较小的碳层在刻蚀过程中可能不稳定，导致cd和/或ler变化相对较大的特征。使用两个碳层可以提供期望的抛光速率，同时还为图案转移提供具有相对高密度的碳层。
25.在本公开中，“气(gas)”可以指在常温常压下为气体、蒸发的固体、和/或蒸发的液体的材料，并且可以是由单个气体或气体混合物组成，根据上下文。除了工艺气体(即，没有通过气体分配组件(诸如喷头)、其它气体分配装置等而引入的气)之外的气可以被用于，例如，密封反应空间，其包括密封气体(诸如稀有气体)。在一些情况下，诸如在材料的沉积的上下文中，术语“前驱体(precursor)”可以指参与产生另一化合物的化学反应的化合物，并且特别地指构成膜阵列或膜的主骨架的化合物，而术语“反应物(reactant)”可以指激活前驱体、修改前驱体、或催化前驱体的反应的化合物(在一些情况下不同于前驱体)；反应物可以向膜阵列提供元素(诸如o、h、n、c)并在例如施加功率(例如，射频(rf)功率)时成为膜阵列的一部分。在一些情况下，术语“前驱体”和“反应物”可以互换使用。术语“惰性气体”是指在很大程度上不参与化学反应的气体和/或在例如施加功率(例如，rf功率)时刺激前驱体(例如，有助于前驱体的聚合)的气体，但不像反应物，惰性气体在很大程度上不可能变成膜阵列的一部分。
26.如本文中使用的，术语“衬底(substrate)”可以指任何底层材料或者可以被用于形成或在其上可以形成器件、电路或膜的材料。衬底可以包括块体材料，诸如硅(例如，单晶硅)、其它第iv族材料(诸如锗)、或化合物半导体材料(诸如iii
‑
v族或ii
‑
vi族半导体)，以及可以包括在块状材料上层或下层的一个或多个层。此外，衬底可以包括各种特征，诸如间隙、线或凸出物，诸如具有特征之间形成的间隙的线，以及在衬底的层或块状材料上或在衬底的层或块状材料内或在衬底的层或块状材料的至少一部分上形成的类似物。作为示例，一个或更多个特征(例如，凹槽、线或凸出物)可以具有约10nm至约30nm的宽度、约30nm至约1000nm的深度或高度、和/或约3.0至100.0的深宽比。
27.在一些实施例中，“膜(film)”是指在垂直于厚度方向的方向上延伸的层。在一些实施例中，“层”是指在表面上形成的具有一定厚度的材料，并且可以是“膜”的同义词或非膜结构。膜或层可以由具有一定特性的独立的单个膜或层或者多个膜或层构成，并且相邻
的膜或层之间的边界，基于物理、化和/或任何其它特性、形成工艺或顺序、和/或相邻的膜或层的的功能和目的，可能是清楚的或可能是不清楚的并且可能是确立的或可能没有确立。层或膜可以是连续的或不是连续的。此外，可以使用多个沉积循环和/或多个沉积和处理循环形成单个膜或层。
28.如本文中使用的，术语“碳层”可以指其化学式能够被表示为包含碳的层。包括碳材料的层可以包括其它元素，诸如氮和氢中的一个或更多个。类似地，术语“碳材料”可以指其化学式能够被表示为包含碳的材料。碳材料可以包括一个或更多个碳层。
29.如本文中使用的，术语“结构”可以指部分或完整制造的器件结构。作为示例，结构可以是衬底或者包括具有一个或更多个层和/或其上形成特征的衬底。
30.如本文中使用的，术语“循环沉积工艺”可以指气相沉积工艺，其中在处理室中进行沉积循环(通常是多个连续的沉积循环)。循环沉积工艺可以包括循环化学气相沉积(cvd)以及原子层沉积工艺。循环沉积工艺可以包括一个或更多个循环，所述循环包括前驱体、反应物和/或惰性气体的等离子体活化(例如，的脉冲)和/或向反应室的前驱体的脉冲。
31.在本公开中，“连续地(continuously)”可以指没有打破真空、没有中断时间线、没有材料介入步骤、没有改变处理条件、立即在其之后作为下一步、或者没有在两个结构之间介入除了该两个结构之外的独立的物理或化学结构，在一些实施例中且根据上下文。
32.流动性(例如，初始流动性)可以如下来确定：
33.表1
34.底部/顶部比率(b/t)流动性0<b/t<1无1≤b/t<1.5差1.5≤b/t<2.5好2.5≤b/t<3.5很好3.5≤b/t非常好
35.其中，b/t是指，在填充凹槽之前，沉积在凹槽底部处的膜厚度和沉积在形成凹槽的顶表面上的膜厚度的比率。一般地，使用具有约为1或更小的长宽比的宽凹槽来评估流动性，这是由于通常凹槽的长宽比越大，b/t比就变得越大。b/t比通常在凹槽的长宽比较大时变得较大。如本文中使用的，“可流动”膜或材料表现出良好或更好的流动性。
36.如下更详细地阐述，膜的流动性可以在挥发性碳氢化合物前驱体，例如，由等离子体聚合并沉积在衬底表面时获得，其中通过由等离子体气体放电提供的能量激活或分裂气态前驱体以便引发聚合。合成的聚合物材料可以表现出暂时的可流动的特性。当沉积步骤完成和/或在短时间段(例如，约3.0秒)之后时，膜可能不再是可流动，而是变得固化，所以因此，可以不采用单独的固化工艺。
37.在本公开中，变量的任何两个数字可以构成该变量的可行范围，并且所表示的任何范围可以包括或排除端点。另外，所表示的变量的任何值(不管它们是否用“约”来表示)可以指精确值或近似值以及包括等同值，并且在一些实施例中可以指平均数、中位数、代表数、众数等。此外，在本公开中，术语“包括(including)”、“由
…
构成(constituted by)”和“具有(having)”可以独立地指在一些实施例中的“通常或广泛地包含”、“包含(comprising)”、“基本上由
…
组成”或“组成(consisting of)”。在本公开中，在一些实施例
中的任何定义的含义不一定排除普通含义或习惯含义。
38.现在转向附图，图1示出了根据本公开的示例的一种示例性方法100。方法100包括以下步骤：在反应室内提供衬底(步骤102)、形成第一碳层(步骤104)以及形成第二碳层(步骤106)。如进一步示出的，方法100可以可选地包括刻蚀第二碳层和第一碳层中的一个或更多个(步骤108)和/或抛光(例如，化学机械抛光)(步骤110)中的一个或更多个步骤。
39.在反应室内提供衬底的步骤102中，衬底被提供到气相反应器的反应室内。根据本公开的示例，反应室可以形成循环沉积反应器的部分，诸如原子层沉积(ald)(例如，等离子体增强ald(peald))反应室或化学气相沉积(cvd)(例如，等离子体增强cvd(pecvd))反应器。本文描述的方法的各种步骤可以在单个反应室内被执行或可以在多个反应室(诸如，集群设备的反应室)内被执行。
40.在步骤102中，衬底可以被提供期望的温度和/或反应室可以被提供期望的压力，诸如适合于随后步骤的温度和/或压力。在示例中，反应室内的温度(例如，衬底或衬底支撑的温度)可以是小于或等于100℃。反应室内的压力可以是从约200pa至约1250pa。根据本公开的特定示例，衬底包括一个或更多个特征。在一些情况下，特征可以从衬底的表面延伸。在这些情况下，可以在特征之间形成凹槽。
41.参照图1和图3，在步骤104中，第一碳层304形成覆盖在衬底302的表面以形成结构300。如示出的，衬底302可以包括特征306和308以及在其之间形成的凹槽310。第一碳层304相对于衬底表面的高度可以大于特征306、308相对于表面衬底。
42.图2示出了形成碳层(例如，如本文所描述的第一、第二或第三碳)示例性方法200。方法200可以被用于方法100的步骤104和/或步骤106。
43.方法200包括以下步骤：向反应室提供碳前驱体(步骤202)、在反应室内提供等离子体(步骤204)以及处理步骤(206)。另外，方法200可以包括向反应室提供一个或更多个惰性气体和/或向反应室提供一个或更多个反应气体。
44.一个或更多个惰性气体可以包括，例如，氩气、氦气和氮气中的以任意组合的一个或更多个。在特定示例中，惰性气体是氦气或包括氦气。在该步骤中，惰性气体到反应室的流量可以是从约500sccm至约8000sccm。惰性气体可以被用于：在反应室内点燃等离子体或有助于等离子体的点燃、从反应室中清除反应物和/或副产物、和/以及被用作载气以帮助将前驱体输送到反应室。用来点燃和维持等离子体的功率可以在从约50w至约800w的范围中。功率的频率可以在从约2.0mhz至约27.12mhz的范围中。
45.在步骤202中，用于形成碳层的碳前驱体被引入反应室内。示例性前驱体包括由式cxhynz表示的化合物，其中x是大于或等于2的自然数，y是自然数，且z是零或自然数。例如，x可以在从约2至约15的范围中，y可以在从约4至约30的范围中，以及z可以在从约0至约10的范围中。前驱体可以包括具有两个或多个碳原子以及一个或更多个氢原子的链状或环状分子，诸如由上述式表示的分子。在特定示例中，前驱体可以是或包括一个或更多个环状(例如，芳香族)结构和/或具有至少一个双键的化合物，且在一些情况下，包括两个或更多或者三个或更多的双键。在特定示例中，碳前驱体可以是或包括1,3,5,三甲基苯或2,4,6,三甲基吡啶。
46.碳前驱体从碳前驱体源到反应室的流量可以根据其他工艺条件而变化。在示例中，流量可以是从约100scm至约3000sccm。类似地，向反应室提供碳前驱体的每步的持续时
间可以根据各种考虑因素而变化。在示例中，持续时间可以在从约1.0秒至约35.0秒的范围中。
47.继续参照图2，等离子体在反应室内形成以在衬底表面形成初始粘性碳材料。一旦碳前驱体被提供到反应室并形成等离子体，使用激发态物质将碳前驱体被转化成初始粘性(可流动)碳材料。初始粘性碳材料可以成为碳层，例如，通过进一步和激发态物质反应。碳层可以是固体或基本固体。
48.在步骤206中，可以用活性物质处理碳层以形成，例如，增加的碳层的密度和/或硬度。步骤206可以包括从惰性气体中(诸如，在向反应室提供惰性气体的步骤中提供的惰性气体)形成物质。用于形成等离子体的功率可以在从约50w至约800w的范围中。功率的频率可以在从约2.0mhz至约27.12mhz的范围中。
49.在步骤206中，可以通过使用等离子体(例如，射频和/或微波等离子体)来形成活性物质。直接等离子体和/或远程等离子体可以被用于形成活性物质。
50.在一些情况下，惰性气体可以持续的流入反应室，并且通过循环用于形成等离子体的功率周期性地形成活性物质。用于处理步骤的物质形成可以在用于一个或更多个或其他步骤的同一反应室中形成，或者可以是分开的反应室，诸如同一集群设备的另一个反应室。
51.在步骤202
‑
206中的反应室内的温度可以是小于或等于100℃。在用于处理的物质形成期间的反应室内的压力可以是从约200pa至约1250pa。
52.本文描述的各种方法的步骤可以重叠，且不需要如上述顺序执行。例如，步骤202的步骤204的顺序可以颠倒。此外，在一些情况下，各种步骤或其部分可以在方法进入到下一步骤之前被重复一次或更多次。例如，步骤202和步骤204可以在方法200进入到步骤206之前被重复一次或更多次(例如，约01至约20次(循环208))。类似地，步骤202
‑
206(有或者没有重复循环208)可以在进入到下一步骤(例如，方法100的下一步骤)之前被重复数次。
53.图8、图9和图11示出了适合于与方法200使用的示例性时序图。图8、图9和图11示出了惰性气体、碳前驱体以及等离子体功率脉冲，其中向反应器系统提供一个脉冲周期的气体和/或等离子体功率。脉冲的宽度不一定指示与每个脉冲相关联的时间量；示出的脉冲可以示出各种脉冲的相对开始时间。类似地，示出的脉冲的高度不一定指示具体的振幅或值，但可以显示相对高和低(例如，开和关)的值。这些示例仅是示意性的而不旨在限制本公开或权利要求的范围。
54.图8示出了合适于用作方法200的顺序800。顺序800可以包括一个或更多个碳材料沉积步骤802(n)以及一个或更多个处理步骤804。根据这些实施例的示例，n可以在从大约约1至大约约50的范围中，并且n个沉积循环与一个或更多个处理步骤的组合可以被重复n次，其中n在从大约约1至大约约50的范围中。
55.如示出的，在碳材料沉积步骤802中的一个或更多个和/或处理步骤804中的一个或更多个期间，顺序800可以包括向反应室连续地供应惰性气体。在示出的示例中，向反应室提供一脉冲周期806的惰性气体，该脉冲周期806在第一沉积步骤802之前开始并且可以在最后的处理步骤804之后结束。脉冲周期可以简称为脉冲。
56.在脉冲周期806开始之后，向反应室提供一脉冲周期808的碳前驱体。脉冲周期808可以在从例如大约约1.0秒至大约约35.0秒的范围中。每个脉冲周期808可以是相同的或在
时间上变化。
57.在碳前驱体向反应室的流动开始之后，提供一脉冲周期810的用于形成等离子体的功率。因此，在示出的示例中，当等离子体已点燃/形成时，惰性气体和碳前驱体两者都被提供到反应室。脉冲周期810可在从例如约1.0秒至约30.0秒的范围中。每个脉冲周期810可以是相同的或在时间上变化。
58.如在此示例中示出的，脉冲周期808可以在周期810之前结束。然而，在一些情况下，脉冲808和810可在时间上重叠。一旦碳前驱体向反应室的流动以及等离子体功率停止，可以对反应室进行一清洁周期的清洁。清洁周期可在从例如约5.0秒至约30.0秒的范围中。每个清洁周期810可以是相同的或在时间上变化。
59.在脉冲810期间的功率(例如，施加到电极)可以是在从约100w至约800w的范围中。功率的频率可以是在从约2.0mhz至约27.12mhz。
60.在脉冲周期810之后，可以将等离子体功率增加至使用活性物质处理一脉冲周期812的碳材料的所期望的水平。反应室内的功率水平和压力可以如上所描述的。脉冲周期812可在从例如约1.0秒至约30.0秒的范围中。每个脉冲周期812可以是相同的或在时间上变化。在步骤804中的功率、脉冲时间和/或脉冲数可以根据所期望的碳层性能而变化。例如，在步骤804中，用于第一碳层的功率、脉冲时间和/或脉冲数中的一个或更多个，以任何组合形式，可以相对大于用于第二碳层的功率、脉冲时间和/或脉冲数。
61.在使用活性物质处理一个或更多个脉冲周期812的碳材料的步骤之后，可以反对应室进行第二清洁周期的清洁。第二清洁周期可在从例如约10.0秒至约70.0秒的范围中。每个第二清洁周期可以是相同的或在时间上变化。
62.图9示出了合适于用作方法200的另一个顺序900。类似于顺序800，顺序900可以包括一个或更多个碳材料沉积步骤902(n)以及一个或更多个处理步骤904。根据这些实施例的示例，n可以在从约1至约50的范围中，并且n个沉积循环与一个或更多个处理步骤的组合可以被重复n次，其中n在从约1至约50的范围中。
63.在碳材料沉积步骤902中的一个或更多个和/或处理步骤904中的一个或更多个期间，顺序900可以包括向反应室连续地供应惰性气体。在示出的示例中，向反应室提供一脉冲周期906的惰性气体，该脉冲周期906在第一沉积步骤902之前开始并且可以在最后的处理步骤904之后结束。
64.在脉冲周期906开始之后，提供一脉冲周期910的用于形成等离子体的功率。如示出的，脉冲周期906可以在向反应室引入碳前驱体的第一脉冲908之前开始并且可以继续直到最后的处理步骤904。脉冲910期间提供的功率可以在第一脉冲908之前开始并可以持续直到最后的处理步骤904。等离子体脉冲910的功率水平和频率可以是如上结合脉冲810所描述的。脉冲908可以与上述脉冲808相同或相似。
65.在每个脉冲908之后可以对反应室进行清洁。清洁时间可以是如上结合第一清洁时间所描述的。在使用活性物质处理碳材料的步骤之后，可以反对应室进行第二清洁周期的清洁。第二清洁周期可在从例如约10.0秒至约70.0秒的范围中。每个第二清洁周期可以是相同的或在时间上变化。
66.在一些情况下，在顺序900中用于形成等离子的功率和/或频率可以是恒定的，且用于处理步骤的时间量可以被用于形成不同性能(例如，密度、硬度等)的碳层。
67.图11示出了合适于用作方法200的另一个顺序1100。类似于顺序800和顺序900，顺序1100可以包括一个或更多个碳材料沉积步骤1102(n)以及一个或更多个处理步骤1104。根据这些实施例的示例，n可以在从约1至约50的范围中，并且n个沉积循环与一个或更多个处理步骤的组合可以被重复n次，其中n在从约1至约50的范围中。
68.在碳材料沉积步骤1102中的一个或更多个和/或处理步骤1104中的一个或更多个期间，顺序1100可以包括向反应室连续地供应惰性气体。在示出的示例中，向反应室提供一脉冲周期1106的惰性气体，该脉冲周期1106在第一沉积步骤1102之前开始并且可以在最后的处理步骤1104之后结束。
69.在脉冲周期1106开始之后，向反应室提供一脉冲周期1108的碳前驱体。脉冲周期1108可以在从例如约1.0秒至约35.0秒的范围中。每个脉冲周期1108可以是相同的或在时间上变化。
70.在碳前驱体向反应室的流动开始之后，提供一脉冲周期1110的用于形成等离子体的功率。因此，当等离子体已点燃/形成时，惰性气体和碳前驱体两者都被提供到反应室。脉冲周期1110可在从例如约1.0秒至约30.0秒的范围中。每个脉冲周期1110可以是相同的或在时间上变化。等离子体功率水平和频率以及前驱体的流量可以如上所述。
71.如在此示例中示出的，脉冲周期1108可以在周期1110之前结束。一旦碳前驱体向反应室的流动以及等离子体功率停止，可以对反应室进行一清洁周期的清洁。清洁周期可在从例如约5.0秒至约30.0秒的范围中。每个清洁周期可以是相同的或在时间上变化。
72.在使用活性物质处理一个或更多个脉冲周期1104的碳材料的步骤之后，可以反对应室进行第二清洁周期的清洁。第二清洁周期可在从例如约1.0秒至约70.0秒的范围中。每个第二清洁周期可以是相同的或在时间上变化。
73.参照图1和图4，在形成第一碳层304之后(例如，使用方法200(例如，依照顺序800、顺序900或顺序1100))，方法100进入到形成第二碳层402以形成结构400的步骤106。第二碳层402可以形成(例如，直接地)覆盖在第一碳层304。
74.如上所述，方法200(例如顺序800、顺序900或顺序1100)可以被用于形成第二碳层402。根据本公开的示例，用于第二碳层402的形成的方法200的处理步骤使得第二碳层402相对于第一碳层304密度较小和/或表现出较低的硬度。在示例中，第一碳层的密度可以比第二碳层的密度大约10％至约50％。第一碳层和/或第二碳层的硬度的控制可以通过，例如，选择在一个或多个处理步骤之前的沉积步骤的数量(n)和/或在各个沉积和处理步骤中的时间、功率或电极间距。
75.一旦第二碳层402形成到期望的厚度，结构400可以被暴露在步骤108和/或步骤110中的一个或更多个。
76.步骤108可以包括刻蚀第二碳层402和/或第一碳层304。根据本公开的示例，步骤108包括非选择性地刻蚀第二碳层402和第一碳层304。如本文中使用的，非选择性地刻蚀，可以指第二碳层402的刻蚀速率在第一碳层304的刻蚀速率的约10％、5％、2％或1％的之内。
77.如图5中所示，一旦完成步骤108，形成结构500。结构500包括第一碳层502(从第一碳层304中剩余的)以及第二碳层504(从第二碳层402中剩余的)。
78.步骤108可以在与步骤104和/或步骤106不同的或相同的反应室中执行。在步骤
108中的反应室内的压力可以是小于1000pa或在从约100pa至约1300pa的范围中。在步骤108中的反应室内的温度可以是小于100℃。在步骤109中使用的等离子体功率可以在从约200w至约4000w的范围中。
79.根据本公开的其他示例，步骤108可以包括离子刻蚀。根据这些示例，等离子体可以被用于在反应室内形成激发态物质。惰性气体可以被用于执行离子刻蚀。例如，在步骤108中可以单独使用氢气和氮气中的一种或更多种，或与氩气和氦气中的一种或更多种混合使用。在特定示例中，氢气和氩气的混合(例如，从约20至约50体积百分比的氢气和/或从约50至约80体积百分比的氢气)可以被用于离子刻蚀第一碳层304和第二碳层402。
80.为了进一步使结构500变得光滑和/或平整，抛光步骤(例如，cmp)可以被用于移除或基本移除第二碳层504以及第一碳层502的一部分以形成结构600，在图6中示出。结构600包括已经使用步骤108和/或110进行平坦化的第一碳层602。
81.第三层(例如，第三碳层)可以在形成覆盖结构500和/或结构600。第三层的化学成分可以与第二碳层402的成分相同或相似。
82.图7示出了仅使用第一碳层的第一比较示例702、使用利用相同工艺条件形成的第一碳层和第二碳层的第二比较示例、以及根据本公开的示例的使用第一碳层和第二碳层的示例(示例1)，其中第一碳层的密度大于第二碳层的密度。对于每个示例，示出了衬底上的具有不同特征尺寸和间距的三个位置。
83.对于比较示例1，第一碳层710沉积覆盖特征708。如示出的，第一碳层710的表面相对粗糙。对于比较示例2，第一碳层和第二碳层沉积覆盖特征708。然后执行刻蚀，并且第三碳层沉积覆盖第一碳层和第二碳层以形成碳材料712。所有三个碳层具有相同或相似的成分。如示出的，第一碳层710的表面仍然相对粗糙。最后，对于根据本公开的示例，第一碳层和第二弹层(具有比第一碳层低的密度)沉积覆盖特征708。然后执行刻蚀，并且沉积第三碳层(例如，具有与第二碳层相同的成分)以形成碳材料714。如示出的，得到的碳材料(使用第一碳层、第二碳层和第三碳层形成的)的表面相对光滑，即使没有使用抛光工艺。
84.图10示出了根据本公开的示例性实施例的反应器系统(本文中有时简称为系统)1000。反应器系统1000可以被用于执行如本文中描述的步骤或子步骤中的一个或更多个，和/或被用于形成如本文中描述的结构或其部分中的一个或更多个。
85.系统1000包括在反应室3的内部11(反应区)中平行且彼此面对的一对导电平板电极4、2。通过向一个电极(例如，电极4)施加来自功率源25的，例如，hrf功率(例如，13.56mhz或27mhz)并且电接地另一个电极(例如，电极2)，等离子体可以在反应室3内被激发。可以在下层2(下电极)中提供温度调节器，并且在下层上放置的衬底的温度可以被保持在期望的温度。电极4可以用作气体分配装置，诸如喷淋板(shower plate)。反应气体、稀释气体、(如果有的话)前驱体气体和/或类似的气体可以分别地使用气体管线20、气体管线21和气体管线22中的一个或更多个被引入反应室3中，并通过喷淋板4。尽管示出了三条气体管线，反应器系统800可以包括任何合适数量的气体管线。气体管线20可以联接到碳前驱体源27，气体管线21可以联接到惰性气体源28，而气体管线22可以联接到另一个气体源29。
86.在反应室3中，提供了带有排气管线7的圆形管道13，通过其可以排出反应室3的内部11中的气体。另外，设置在反应室3下方的转移室5配备有密封的气体管线24，以将密封气体经由转移室5的内部16(转移区)引入到反应室3的内部11中，其中提供了用于分隔反应区
和转移区的分隔板14(在图中省略了闸阀，通过该闸阀，晶片转移进入转移室5或从转移室5中转移出晶片)。转移室还配备有排气管线6。在一些实施例中，沉积步骤和处理步骤在同一反应空间中执行，使得步骤(例如，沉积步骤，包括处理的步骤)中的两个或更多个(例如，全部)可以连续地进行而没有将衬底暴露于空气或其它含氧气氛中。
87.在一些实施例中，惰性气体或载气向反应室3的连续流动可以使用流动通过系统(flow
‑
pass system，fps)来实现，其中载气管线配备有具有前驱体池(瓶)的绕行管线，并且主管线和绕行管线是切换的，其中当只打算将载气供给到反应室时，绕行管线被关闭；而当打算将载气和前驱体气体都供给到反应室时，主管线被关闭，载气流过绕行管线并和前驱体气体一起从瓶中流出。这样，载气可以连续地流进反应室并且可以通过在主管线和绕行管线之间切换以脉冲形式携带前驱体气体，而不会使反应室的压力大幅波动。
88.本领域技术人员将理解的是，该装置包括一个或多个控制器26，其被编程或以其他方式被配置为使得本文中描述的方法步骤中的一个或多个被进行。控制器与反应器的各种功率源、加热系统、泵、机器人和气流控制器或者与阀连通，如本领域技术人员将理解的。作为示例，控制器可以被配置为控制进入到一个或更多个反应室中的至少一个的碳前驱体的气流以形成第一碳层和覆盖第一碳层的第二碳层，其中第一碳层的密度大于第二碳层的密度。
89.在一些实施例中，可以使用双室反应器(靠近彼此设置的两个用于处理晶片的分区或隔间)，其中反应气体和惰性气体可以通过共享管线供应，而前驱体气体通过非共享管线供应。
90.由于这些实施例仅是本发明的实施例的示例，上述本公开的示例实施例不限制本发明的范围。任何等同的实施例可以视为在本发明的范围内。事实上，本公开的各种修改，除了那些在本文中所示和描述的之外，诸如所述元件的替代有用组合，对于本领域技术人员来说，可以从描述中变得显而易见。这样的修改和实施例还旨在落入所附权利要求书的范围内。