半导体结构及其形成方法与流程

本公开涉及半导体，具体而言，涉及一种半导体结构及其形成方法。

背景技术：

1、图案化工艺是半导体器件制程过程中的重要工艺之一，目前，在图案化工艺过程中常采用碳膜层作为硬掩膜；然而，现有碳膜层的硬度较小，在蚀刻过程中，常因损耗较大而变形，进而导致蚀刻窗口变形，产品良率较低。

2、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提供一种半导体结构及其形成方法，可增大碳膜层的硬度，提高产品良率。

2、根据本公开的一个方面，提供一种半导体结构的形成方法，包括：

3、提供衬底；

4、在所述衬底的表面形成初始碳膜层，所述初始碳膜层至少包括sp2杂化键；

5、向所述初始碳膜层内注入改性离子，以使所述sp2杂化键转化为sp3杂化键，得到目标碳膜层。

6、在本公开的一种示例性实施例中，所述目标碳膜层的硬度大于所述初始碳膜层的硬度。

7、在本公开的一种示例性实施例中，所述目标碳膜层的刻蚀选择比高于所述初始碳膜层的刻蚀选择比。

8、在本公开的一种示例性实施例中，在所述衬底表面形成初始碳膜层，所述初始碳膜层至少包括sp2杂化键，包括：

9、在第一预设温度、第一预设功率、第一预设频率及第一预设压力下对含碳气体进行等离子体轰击，以形成附着于所述衬底的表面的初始碳膜层。

10、在本公开的一种示例性实施例中，所述含碳气体包括环丙烷。

11、在本公开的一种示例性实施例中，所述第一预设温度包括300℃～650℃，所述第一预设功率包括1500w～2500w，所述第一预设频率包括10mhz～15mhz，所述第一预设压力包括3torr～10torr。

12、在本公开的一种示例性实施例中，向所述初始碳膜层内注入改性离子，以使所述sp2杂化键转化为sp3杂化键，得到目标碳膜层，包括：

13、在第二预设温度下对改性气体进行离子化，以形成改性离子；

14、对所述改性离子进行加速，以形成高能离子束；

15、将所述高能离子束经过高速电场后注入至所述初始碳膜层内，以形成目标碳膜层。

16、在本公开的一种示例性实施例中，所述改性气体为一氧化碳，所述改性离子为碳离子。

17、在本公开的一种示例性实施例中，所述改性气体为乙硼烷，所述改性离子为硼离子。

18、在本公开的一种示例性实施例中，所述第二预设温度为常温。

19、在本公开的一种示例性实施例中，所述初始碳膜层的厚度包括100nm～300nm。

20、在本公开的一种示例性实施例中，所述初始碳膜层的所述改性离子的注入深度小于所述初始碳膜层的厚度的2/3。

21、在本公开的一种示例性实施例中，所述改性离子的注入量为1×1015～4ions/cm2×1015ions/cm2。

22、根据本公开的一个方面，提供一种半导体结构，所述半导体结构包括：

23、衬底；

24、目标碳膜层，所述目标碳膜层包括sp2杂化键和sp3杂化键，所述目标碳膜层通过对形成于所述衬底上的初始碳膜层注入改性离子的方法获得，所述目标碳膜层的sp2杂化键的含量高于所述初始碳膜层的sp2杂化键的含量。

25、在本公开的一种示例性实施例中，所述目标碳膜层的硬度大于所述初始碳膜层的硬度。

26、在本公开的一种示例性实施例中，所述目标碳膜层的刻蚀选择比高于所述初始碳膜层的刻蚀选择比。

27、本公开的半导体结构及其形成方法，初始碳膜层中的sp2杂化键的轨道是类似石墨烯的正三角形结构，碳原子以sp2杂化轨道与邻近的三个碳原子形成共价单键，此时，碳原子结构中还存在一个未参与杂化的孤对电子，导致sp2杂化键较为活泼，碳膜层硬度较小；当改性离子进入初始碳膜层后，孤对电子获得能量发生跃迁，使得相邻的碳原子之间形成sp3杂化键，sp3杂化键的轨道是类金刚石正四面体结构，每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外四个碳原子形成共价键，构成正四面体结构，所有的c原子价电子都参与共价键的形成，此时，没有自由电子，因而sp3杂化键硬度较大。因此，注入改性离子后的碳膜层的硬度较大，在蚀刻过程中蚀刻选择比增大，碳膜层不易变形，可保证蚀刻窗口的蚀刻形状，提高产品良率；同时，由于增大了碳膜层的硬度，在蚀刻过程中，可适当的减小碳膜层的厚度，可节省碳材料，降低制造成本。

28、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述目标碳膜层的硬度大于所述初始碳膜层的硬度。

3.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述目标碳膜层的刻蚀选择比高于所述初始碳膜层的刻蚀选择比。

4.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述衬底表面形成初始碳膜层，所述初始碳膜层至少包括sp2杂化键，包括：

5.根据权利要求4所述的形成方法，其特征在于，所述含碳气体包括环丙烷。

6.根据权利要求4所述的形成方法，其特征在于，所述第一预设温度包括300℃～650℃，所述第一预设功率包括1500w～2500w，所述第一预设频率包括10mhz～15mhz，所述第一预设压力包括3torr～10torr。

7.根据权利要求1-6任一项所述的形成方法，其特征在于，向所述初始碳膜层内注入改性离子，以使所述sp2杂化键转化为sp3杂化键，得到目标碳膜层，包括：

8.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述改性气体为一氧化碳，所述改性离子为碳离子。

9.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述改性气体为乙硼烷，所述改性离子为硼离子。

10.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述第二预设温度为常温。

11.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述初始碳膜层的厚度包括100nm～300nm。

12.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述初始碳膜层的所述改性离子的注入深度小于所述初始碳膜层的厚度的2/3。

13.根据权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述改性离子的注入量为1×1015ions/cm2～4×1015ions/cm2。

14.一种半导体结构，其特征在于，所述半导体结构包括：

15.根据权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，所述目标碳膜层的硬度大于所述初始碳膜层的硬度。

16.根据权利要求14所述的半导体结构，其特征在于，所述目标碳膜层的刻蚀选择比高于所述初始碳膜层的刻蚀选择比。

技术总结
本公开是关于半导体技术领域，涉及一种半导体结构及其形成方法。本公开的形成方法包括：提供衬底；在所述衬底的表面形成初始碳膜层，所述初始碳膜层至少包括SP<supgt;2</supgt;杂化键；向所述初始碳膜层内注入改性离子，以使所述SP<supgt;2</supgt;杂化键转化为SP<supgt;3</supgt;杂化键，以得到目标碳膜层。本公开的形成方法可增大碳膜层的硬度，在蚀刻过程中蚀刻选择比增大，碳膜层不易变形，可保证蚀刻窗口的蚀刻形状，提高产品良率；同时，由于增大了碳膜层的硬度，在蚀刻过程中，可适当的减小碳膜层的厚度，可节省碳材料，降低制造成本。

技术研发人员：廉婷,符云飞,刘宇恒
受保护的技术使用者：长鑫存储技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1