能用于在衬底上形成碳层的处理工具的制作方法

技术特征：
1.一种沉积工具，其包括：处理室；用于在所述处理室内保持工件的工件保持器；电极，当所述工件由所述工件保持器保持时，所述电极设置在工件的远端；等离子体源，其用于在所述处理室中产生等离子体鞘，所述等离子体鞘在所述工件和所述电极之间产生；和dc电压源，其用于向所述电极施加时变dc电压。2.根据权利要求1所述的沉积工具，其中所述等离子体鞘的任何部分都没有与所述工件物理接触。3.根据权利要求1所述的沉积工具，其中所述等离子体鞘包含碳离子和非碳离子。4.根据权利要求3所述的沉积工具，其中所述碳离子具有比所述非碳离子重的原子质量。5.根据权利要求3所述的沉积工具，其中所述非碳离子是氢。6.根据权利要求1所述的沉积工具，其中所述时变dc电压是一系列脉冲。7.根据权利要求6所述的沉积工具，其中所述系列脉冲按以下一者或多者变化：(i)脉冲宽度；(ii)幅值；或者(iii)极性。8.根据权利要求1所述的沉积工具，其中所述时变dc电压包括施加到所述电极的一个或多个负dc电压脉冲，所述一个或多个负dc脉冲引起比碳离子更多的非碳离子从所述等离子体鞘中去除。9.根据权利要求8所述的沉积工具，其中施加到所述电极的所述一个或多个负dc电压脉冲导致所述非碳离子被吸引到所述电极。10.根据权利要求9所述的沉积工具，其中，所述电极还被配置为中和被吸引到所述电极的所述非碳离子的电荷。11.根据权利要求10所述的沉积工具，其还包括用于从所述处理室抽真空和去除中和的所述非碳原子的泵。12.根据权利要求1所述的沉积工具，其中所述时变dc电压包括一个或多个正dc电压脉冲，其中施加到所述电极的所述一个或多个正dc电压脉冲导致所述等离子体鞘中的碳离子加速朝向并轰击所述工件的表面。13.根据权利要求12所述的沉积工具，其中所述轰击碳离子：(a)沉积在所述工件的所述表面上；以及(b)在所述工件的所述表面下方注入。14.根据权利要求12所述的沉积工具，其中所述轰击碳离子在所述工件的所述表面上形成碳层。15.根据权利要求14所述的沉积工具，其中，所述工件是半导体晶片并且所述碳层用作图案化掩模。16.根据权利要求12所述的沉积工具，其中，所述工件保持器将所述工件保持在低于所述正dc电压脉冲的电压下。
17.根据权利要求1所述的沉积工具，其中所述等离子体源还包括选择性地耦合到所述电极的rf发生器。18.根据权利要求17所述的沉积工具，其还包括第一开关，所述第一开关被配置为选择性地将所述电极耦合到：(a)所述rf源；或者(b)正dc电压脉冲或负dc电压脉冲。19.根据权利要求18所述的沉积工具，其还包括耦合在所述第一开关与以下任一项之间的第二开关：(c)所述dc电压电源的正端子；或者(d)所述dc电压电源的负端子。其中，所述第二开关通过在所述dc电压源的所述正端子或所述负端子之间切换来定义所述正dc电压脉冲或所述负dc电压脉冲。20.一种沉积工具，其包括：用于将衬底保持在处理室内的衬底保持器；和控制器，其被配置为对以下各项进行时序排序：(a)在所述处理室内提供碳离子和非碳离子的混合物；(b)从所述处理室中去除大部分所述非碳离子；和(c)用大部分碳离子轰击所述衬底，所述碳离子的轰击在所述衬底上形成碳层。21.根据权利要求20所述的沉积工具，其中，所述控制器还被布置为至少重复(b)和(c)直到达到所述碳层的预定厚度。22.根据权利要求20所述的沉积工具，其中，当需要补充所述处理室中的碳离子时，所述控制器还被设置为重复(a)。23.根据权利要求20所述的沉积工具，其中(a)还包括：(i)将含有碳和非碳的反应物引入所述处理室；(ii)通过在所述处理室内提供射频(rf)能量从所述反应物产生等离子体，所述等离子体包括所述碳离子和所述非碳离子；以及(iii)通过去除所述处理室内的所述rf能量来使所述等离子体悬浮。24.根据权利要求20所述的沉积工具，其中通过以下方式去除所述非碳离子：将负dc电压脉冲施加到所述处理室中远离所述衬底定位的电极，所述负dc电压脉冲导致相对于所述碳离子，更多的所述非碳离子被吸引到所述电极；当被吸引的所述非碳离子接触所述电极的表面时，通过表面复合中和来中和所述非碳离子的电荷；以及在所述电极的附近施加真空以从所述处理室中去除中和的所述非碳离子。25.根据权利要求24所述的沉积工具，其中，因为所述非碳离子相对于所述碳离子具有较小的原子质量，因而相对于所述碳离子，相对较多的所述非碳离子被所述电极吸引、接触并且被所述电极中和。26.根据权利要求24所述的沉积工具，其中，所述电极包括催化材料以帮助中和所述非碳离子的所述电荷。27.根据权利要求20所述的沉积工具，其中在所述处理室中用碳离子轰击所述衬底还
包括：向所述处理室中远离所述衬底定位的电极施加正dc电压脉冲，所述正dc电压脉冲导致所述碳离子加速朝向并且轰击所述衬底。28.根据权利要求27所述的沉积工具，其中，所述衬底保持器还被配置为将所述衬底保持在比施加到所述电极的所述正dc电压脉冲较低的电压，所述较低的电压在轰击期间促进所述碳离子朝向所述衬底的加速。29.根据权利要求20所述的沉积工具，其中通过将负和正dc电压脉冲序列施加到所述处理室中远离所述衬底定位的电极来重复(b)和(c)。30.根据权利要求29所述的沉积工具，其还包括元件，所述元件用于选择性地将所述电极耦合到rf源以在所述处理室内提供rf能量以用于产生包含所述碳离子和所述非碳离子的等离子体。31.根据权利要求29所述的沉积工具，其还包括用于选择性地将所述电极耦合到提供负和正dc电压脉冲序列的电压源的元件。32.根据权利要求20所述的沉积工具，其中所述处理室内的碳离子和非碳离子的所述混合物通过以下方式产生：将反应物引入所述处理室，从而由所述处理室中的所述反应物产生等离子体，所述反应物包括以下一者：(a)乙炔(c2h2)；(b)甲烷(ch4)；或者(c)任何其他含碳反应物。33.根据权利要求20所述的沉积工具，其中所述衬底是半导体晶片，并且所述碳层是用作图案化掩模的碳层。34.一种在处理室中的衬底上形成碳层的方法，所述方法包括：(a)至少部分地从处理室中的碳离子中去除非碳离子；(b)在(a)之后，用所述处理室中的大部分所述碳离子轰击所述衬底；以及(c)由轰击所述衬底的所述碳离子形成碳层，其中所述碳离子比轰击所述衬底的所述非碳离子的比率高于所述非碳离子未被至少部分地从所述处理室去除的情形。35.根据权利要求34所述的方法，其中，所述碳层是碳层。36.根据权利要求34所述的方法，其中所述衬底是半导体晶片，并且所述碳层用作图案化掩模。37.根据权利要求34所述的方法，其还包括重复(a)和(b)直到所述碳层在所述衬底上具有期望的厚度。38.根据权利要求34所述的方法，在执行(a)、(b)和(c)之前，其还包括：(i)将前体引入所述处理室，所述前体包括碳和非碳元素；(ii)使用rf源在所述处理室中产生等离子体，所述等离子体包括所述碳离子和所述非碳离子；以及(iii)通过移除所述rf源而使所述碳离子和所述非碳离子悬浮在所述处理室中。39.根据权利要求38所述的方法，其还包括根据需要周期性地重复(i)、(ii)和(iii)以补充所述处理室中的所述碳离子。
40.根据权利要求38所述的方法，其中前体是以下一者：(i)乙炔(c2h2)；(ii)甲烷(ch4)；或者(iii)任何含有碳的前体。41.根据权利要求38所述的方法，其中重复(a)还包括：将一系列负dc脉冲施加到所述处理室中远离所述衬底定位的电极上，所述负dc脉冲将所述非碳离子吸引到所述电极上；使用真空泵从所述处理室中去除吸附到所述电极上的所述非碳离子。42.根据权利要求41所述的方法，其还包括在使用所述真空泵从所述处理室去除所述非碳离子之前中和所述非碳离子的电荷。43.根据权利要求34所述的方法，其中重复(b)还包括将一系列正dc脉冲施加到所述处理室中远离所述衬底定位的电极上，所述正dc脉冲使所述碳离子加速朝向并且轰击保持在较低电位下的所述衬底。44.根据权利要求34所述的方法，其中通过向所述处理室中远离所述衬底定位的电极提供一系列间歇性负和正dc电压来重复(a)和(b)。45.根据权利要求1所述的沉积工具，其中，所述碳层是以下一者：氢化无定形碳(a-c:h)；氢化四面体无定形碳(ta-c:h)；四面体无定形碳(ta-c)；具有很少或没有sp2或sp3键的无定形碳层。石墨碳层；金刚石碳层，具有；主要具有sp2键的sp2碳层；主要具有sp3键的sp3碳层；主要具有1微米或更多微米的大晶体结构的大晶体碳层；或者主要具有亚纳米尺寸晶体的小晶体碳层。46.根据权利要求20所述的沉积工具，其中，所述碳层是以下一者：氢化无定形碳(a-c:h)；氢化四面体无定形碳(ta-c:h)；四面体无定形碳(ta-c)；具有很少或没有sp2或sp3键的无定形碳层。石墨碳层；金刚石碳层，具有；主要具有sp2键的sp2碳层；主要具有sp3键的sp3碳层；主要具有1微米或更多微米的大晶体结构的大晶体碳层；或者主要具有亚纳米尺寸晶体的小晶体碳层。47.根据权利要求33所述的方法，其中，所述碳层是以下一者：氢化无定形碳(a-c:h)；
氢化四面体无定形碳(ta-c:h)；四面体无定形碳(ta-c)；具有很少或没有sp2或sp3键的无定形碳层。石墨碳层；金刚石碳层，具有；主要具有sp2键的sp2碳层；主要具有sp3键的sp3碳层；主要具有1微米或更多微米的大晶体结构的大晶体碳层；或者主要具有亚纳米尺寸晶体的小晶体碳层。48.一种方法，其包括：在处理室中产生第一离子和第二离子的混合物；通过向电极施加变化的dc电压，至少部分地将所述混合物中的所述第一离子与所述第二离子分离，所述变化的dc电压导致：(a)与所述第二离子相比从所述混合物中去除更多的所述第一离子；和(b)与所述第一离子相比，更多的所述第二离子留在所述混合物中，其中所述与所述第二离子相比从所述混合物中去除更多的所述第一离子至少部分是由于所述第一离子具有第一质量并且所述第二离子具有不同于所述第一质量的第二质量。49.根据权利要求48所述的方法，其中所述第一质量比所述第二质量轻，与所述第二离子相比，较轻的所述第一质量导致所述第一离子响应于所述变化的dc电压而加速且移动得更快，从而导致与所述第二离子相比，更多的所述第一离子从所述混合物中去除。50.根据权利要求48所述的方法，其还包括通过向所述工件提供偏置来用大部分所述第二离子轰击工件的表面，所述偏置导致所述混合物中的所述第二离子朝向所述工件的所述表面加速。51.根据权利要求48所述的方法，其中所述变化的dc电压是包括第一极性的第一脉冲和第二极性的第二脉冲的一系列脉冲。52.根据权利要求48所述的方法，其中，在所述变化的dc电压的第一极性的第一脉冲期间，与所述第二离子相比，从所述混合物中去除更多的所述第一离子。53.根据权利要求48所述的方法，其还包括在所述变化的dc电压的第二极性的第二脉冲期间用大部分所述第二离子轰击所述处理室中的工件的表面，所述第二极性的所述第二脉冲导致所述第二离子朝所述工件的所述表面的方向移动。54.根据权利要求48所述的方法，其中所述混合物通过以下方式产生：(c)将化学物质引入所述处理室；(d)通过在所述处理室内施加rf能量而由所述化学物质在所述处理室中产生等离子体，所述等离子体包括所述第一离子和所述第二离子；(e)在所述等离子体产生后去除所述rf能量。55.根据权利要求54所述的方法，其还包括通过周期性地重复(c)到(e)来用所述第一离子和所述第二离子补充所述混合物。56.根据权利要求54所述的方法，其中在去除所述rf能量之后施加所述变化的dc电压。57.根据权利要求48所述的方法，其还包括：
将工件定位在所述处理室中远离所述电极的位置，所述混合物位于所述工件和所述电极之间；以及将所述变化的dc电压施加到所述电极上，使得从所述混合物中去除的所述第一离子朝远离所述工件的方向被吸引到所述电极上。58.根据权利要求48所述的方法，其还包括：将工件定位在所述处理室中的所述混合物和所述电极之间；以及向所述电极施加所述变化的dc电压，使得从所述混合物中去除的所述第一离子朝远离所述工件的方向被排斥远离所述电极。59.根据权利要求48所述的方法，其还包括通过所述混合物与包括有助于电荷中和的催化材料的中和元件接触来中和从所述混合物中去除的所述第一离子。60.根据权利要求59所述的方法，其还包括从所述处理室中去除中和的所述第一离子。61.根据权利要求48所述的方法，其还包括：将半导体晶片定位在所述处理室中；以及用大部分所述第二离子轰击所述半导体晶片的表面，所述轰击在所述半导体晶片的所述表面上形成碳层。62.根据权利要求48所述的方法，其中所述第一离子是氢离子。63.根据权利要求48所述的方法，其中所述第二离子选自包括以下各项的群组：碳离子；硅烷离子；或者氮离子。64.根据权利要求48所述的方法，其中从所述混合物中去除更多的所述第一离子，因为所述第一离子与所述第二离子相比具有较轻的质量，并且保留在所述混合物中的一些所述第二离子沉积到在所述处理室内提供的工件的表面上。

技术总结
一种衬底处理工具，其能够通过以下方式在衬底上形成碳层：在处理室中产生包含碳和非碳离子的等离子体，在处理室中悬浮碳和非碳离子，从处理室去除大部分悬浮的非碳离子，并用大部分碳离子轰击衬底表面。可以重复上述顺序的一个或多个步骤，直到碳层具有期望的厚度。直到碳层具有期望的厚度。直到碳层具有期望的厚度。


技术研发人员：卡尔
受保护的技术使用者：朗姆研究公司
技术研发日：2020.06.25
技术公布日：2022/2/24