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CN104576327A - 生长出无金属且低应力的类钻碳厚膜的方法和装置 - Google Patents

生长出无金属且低应力的类钻碳厚膜的方法和装置 Download PDF

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CN104576327A
CN104576327A CN201410545803.5A CN201410545803A CN104576327A CN 104576327 A CN104576327 A CN 104576327A CN 201410545803 A CN201410545803 A CN 201410545803A CN 104576327 A CN104576327 A CN 104576327A
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diamond
etching
carbon
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dlc
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CN201410545803.5A
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汪忠晖
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Nano and Advanced Materials Institute Ltd
Original Assignee
Nano and Advanced Materials Institute Ltd
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Abstract

本发明提供了无金属且低应力的类钻碳(DLC)厚膜。本发明的类钻碳层具有很广的应用范围，例如汽车涂层、疏水-亲水调节、太阳能光伏、装饰涂层、保护涂层和生物相容性涂层。本发明还提供了一种通过在同一腔室中执行沉积和等离子体蚀刻以将多于一个类钻碳层堆叠在一起而生长出无金属且低应力的类钻碳厚膜的方法和装置。

Description

生长出无金属且低应力的类钻碳厚膜的方法和装置
著作权声明
本专利文献的披露内容的一部分包含了受到著作权保护的素材。著作权人不反对任何人对专利文献或专利披露内容以其在国家知识产权局文件或档案中所呈现的形式进行的复制，但在其他方面无论在何种情况均保留所有著作权。
相关申请的交叉引用
依据35U.S.C.§119(e)，这是非临时专利申请，其要求2013年10月15日申请的美国临时专利申请序列号61/961445的优先权，其披露内容在此并入作为参考。
技术领域
本发明涉及碳材料，特别涉及类钻碳(DLC)和类钻碳膜。更特别地，本发明涉及无金属且低应力的类钻碳厚膜。本发明还涉及用于形成无金属且低应力的类钻碳厚膜的方法和装置。
背景技术
由于类钻碳膜的高硬度、耐磨损性和低摩擦，类钻碳膜具有很广的应用范围。然而，目前可用的类钻碳膜存在许多抑制其应用的技术挑战，例如：
(1)高应力限制了类钻碳膜能生长的最大厚度；
(2)氟化的类钻碳(F-DLC)的硬度特性比得上类钻碳的硬度特性，除高应力外；
(3)类钻碳的生长率比较慢；和
(4)含金属的类钻碳降低了类钻碳的低摩擦性能。
为了解决上述挑战中的一些，已经作出了各种尝试但始终没有获得任何显著进步，这种尝试例如包括将氟结合到类钻碳膜中。如果将不同的金属离子掺杂到碳复合物中，则最终得到的类钻碳膜将具有不希望有的高摩擦。
发明内容
本发明减小类钻碳膜中的应力并增强其硬度，类钻碳膜可以用于例如汽车涂层、疏水-亲水调节、太阳能光伏、装饰涂层、保护涂层和生物相容性涂层的应用。
本发明的目标是高效地生产具有足够高厚度的类钻碳膜堆。本发明进一步的目标是克服沉积类钻碳层的饱和生长率的限制。
本发明的一个实施方式是无金属的氟化的类钻碳膜堆。所述无金属的氟化的类钻碳膜堆可以通过重复沉积和在重复沉积之前进行的表面蚀刻形成的。所述无金属的氟化的类钻碳具有减小的应力、增强的硬度和所需的厚度。
本发明的另一个实施方式是一种生产无金属的氟化的类钻碳膜堆的方法，所述方法包括沉积和蚀刻类钻碳层。单词“层”和“膜”在下文中被可互换地使用。所述方法提供高的生长率并且可以利用本发明中披露的装置高效地实施。为了准备用于新的类钻碳层的沉积的表面，在不破坏真空条件的情况下，在同一腔室中的沉积之前在现有的类钻碳层上进行蚀刻。
本发明的一个方面是通过提供类钻碳膜堆来减小类钻碳涂层中的应力。
本发明的另一个方面是生长出厚的类钻碳膜堆。
本发明的另一个方面是提供一种以高生长率生产无金属的氟化的类钻碳膜堆的装置和方法。类钻碳生长结构与进入的氢H和H钝化的类钻碳表面的特性有很大关系。H钝化的类钻碳的改性表面将调节类钻碳膜的生长率，因此调节所得到的膜的应力特性。
本发明涉及在基底上生长类钻碳膜的机构。
本发明的主要独特性在于几个方面：
(1)在单独而连续的步骤中沉积和蚀刻而不是在同一沉积步骤中或在两个不同的腔室中放入所有气体的新颖观念；
(2)新的装置能灵活地在同一腔室中容纳等离子体增强的化学汽相沉积(PECVD)和蚀刻；
(3)氟稀释(fluorine-attenuated)层在维持氢化类钻碳的基本性质的同时减小应力。
以氟化学品如SiF2和SiF4挥发性物质或碳氟气体CxHy或醛CxHyOz蚀刻硅材料，如Si、SiO2和Si3N4。等离子体蚀刻系统在建立的过程中利用氟化学品蚀刻Si和SiO2，并且如果我们将类钻碳基底放在蚀刻机中，F*中性物将攻击类钻碳中的H-和C-，在这种情况中我们可以通过F中性交互作用使类钻碳表面改性。
本发明提供了类钻碳膜堆，其包括堆叠在一起的多个无金属类钻碳层；和至少在第一无金属类钻碳层上的氟稀释表面，第二无金属类钻碳层沉积到第一无金属类钻碳层上。通过在沉积所述第二无金属类钻碳层之前蚀刻所述第一无金属类钻碳层而形成该类钻碳膜堆的氟稀释表面。
本发明还提供了一种形成类钻碳膜堆的方法，包括：沉积第一类钻碳层；蚀刻第一类钻碳层以在第一类钻碳层上形成氟稀释表面；和在第一类钻碳层的氟稀释表面上进一步沉积类钻碳层以形成类钻碳层堆。在一实施方式中，沉积使用一种或多种烃类气体。在不破坏真空条件的情况下在一个单一的腔室中执行蚀刻和沉积。
这种形成类钻碳膜堆的方法还包括：确定类钻碳层堆的厚度。
这种形成类钻碳膜堆的方法还包括：在类钻碳层堆的顶部进行蚀刻并在已经被蚀刻的类钻碳层堆的顶部上沉积新的类钻碳层，上述过程重复一次或多次，直到类钻碳层堆的厚度达到所需值为止。本发明还提供通过上述方法制造的类钻碳膜堆。
形成类钻碳膜堆的方法还包括：蚀刻基底，第一类钻碳层沉积在该基底上。在一实施方式中，蚀刻使用一种或多种碳氟气体。
在一实施方式中，当重复蚀刻和沉积时，不同的工艺参数例如压力和温度被用于蚀刻或沉积，从而利用第一组工艺参数执行蚀刻和利用第二组工艺参数执行沉积，其中第一组工艺参数不同于第二组工艺参数。
本发明还提供了一种用于形成类钻碳膜堆的装置，包括：用于生成等离子体的电源，其能提供输出，所述输出选自由射频输出、脉冲输出和将射频输出与DC结合的输出构成的组；被供应用于蚀刻和沉积的一种或多种气体的腔室；和用于检测氟终止表面的终点检测装置。在一实施方式中，所述一种或多种气体中的每一种的气流由可变波形控制。
该装置还包括：从所述腔室的多个位置供应所述一种或多种气体的多个口。
权利要求11的这种装置，还包括：用于保持一个或多个基底的、带有被加热的夹盘的基底保持器，类钻碳膜堆将形成在所述基底上。
在另一个实施方式中，该装置中的腔室产生脉冲DC激发等离子体和射频激发等离子体。并且射频激发等离子体在13.56MHz至60GHz之间的频率范围内工作。
在另一个实施方式中，该装置的腔室具有等离子体密度控制器。
在另一个实施方式中，该装置的腔室具有等离子体源，其选自由电感耦合等离子体和电子回旋共振构成的组。
在另一个实施方式中，该装置的腔室将可调偏置电压供应给基底。
在另一个实施方式中，该装置的终点检测装置利用椭圆测量术监测类钻碳膜堆的厚度。
附图说明
现在将在下文中参考附图仅以例子的方式更详细地描述本发明的实施方式，其中：
图1A是一个图表，其表示在通过连续沉积生长出类钻碳膜的过程中，类钻碳膜的生长率随着时间的变化，其中在沉积过程中没有插入任何蚀刻。
图1B是一个图表，其表示在通过连续沉积生长出类钻碳膜的过程中，类钻碳膜的厚度随着时间的变化，其中在沉积过程中没有插入任何蚀刻。
图1C是一个图表，其表示根据本发明的实施方式的在通过重复沉积生长出类钻碳膜的过程中，类钻碳膜的生长率随着时间的变化，其中所述重复沉积具有作为每两个沉积步骤之间的中间步骤的蚀刻。
图1D是一个图表，其表示根据本发明的实施方式的在通过重复沉积生长出类钻碳膜的过程中，类钻碳膜的厚度随着时间的变化，其中所述重复沉积具有作为每两个沉积步骤之间的中间步骤的蚀刻。
图2A-2F是示意图，表示在本发明的一个实施方式中怎样实施蚀刻和沉积的一系列步骤。
图3是流程图，表示根据本发明一个实施方式的利用蚀刻和沉积生长出类钻碳的方法的步骤。
图4是示意图，表示根据本发明一个实施方式的用于沉积和蚀刻的装置。
具体实施方式
在下面的描述中，作为优选的例子阐明了一种蚀刻和沉积以生长出类钻碳膜的方法以及一种用于蚀刻和沉积以生长出类钻碳膜的装置。对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的范围和精神的情况下可以作出改变，包括添加和/或替换。具体细节可以省略以便不模糊本发明；然而，写下的披露内容使得本领域技术人员能在没有过度的实验的情况下实践本申请中的教导。
为了生长出类钻碳膜，在一个连续步骤中完成类钻碳在基底上的沉积。图1A是一个图表，其表示在通过一个单一的连续沉积生长出类钻碳膜的过程中，类钻碳膜的生长率随着时间的变化，其中对类钻碳层沉积于其上的表面没有进行任何蚀刻。如图1A中的图表所示，类钻碳膜在沉积过程中的生长率将会随着时间而下降，在沉积开始时具有峰值水平，随后在其余的沉积期间始终保持在低水平。
如图1B中的图表所示，类钻碳膜的厚度在沉积开始时以较快的速率增加，随后，类钻碳膜厚度的增加速率将随着时间而下降，并且在基底上连续地沉积类钻碳达到某一个时间长度之后，类钻碳膜的厚度将变得饱和，增加得越来越少。
代替仅在一个单一的连续步骤中在基底上沉积类钻碳，本发明重复许多次地在基底上沉积类钻碳以形成类钻碳膜堆。因而，类钻碳膜的沉积以断断续续的方式执行。
图1C是图表，其表示根据本发明的实施方式的在通过重复沉积生长出类钻碳膜的过程中，类钻碳膜的生长率随着时间的变化，其中在每次沉积之前对类钻碳的表面进行蚀刻。如图1C中所示，第一沉积步骤101以高的类钻碳膜生长率开始。沉积将持续直到类钻碳膜的生长率开始下降为止。因而，当类钻碳膜的生长率下降到一定水平时或在它下降之前，第一沉积步骤101将停止并将开始对类钻碳膜的表面进行蚀刻。依据腔室的几何形状，在沉积几秒至几百秒之后，用于沉积类钻碳膜的生长率将下降，并且它将下降到的水平取决于在沉积过程中的扩散势垒长度。蚀刻步骤102将持续某个时间长度直到类钻碳膜的表面被充分地改性以便下一次沉积为止。蚀刻步骤102持续的时间长度范围从几秒至几百秒，这取决于腔室几何形状和蚀刻气体混合物。
在蚀刻步骤102之后，在第二沉积步骤103中，类钻碳膜在基底上的沉积将再次以高的类钻碳膜生长率开始。当钻的生长率开始下降时或在某一时间长度之后，类钻碳膜的这个重复的沉积将会停止。随后，将通过再次蚀刻某一时间长度来处理类钻碳膜。
在用于形成类钻碳膜堆的每个沉积步骤中，花费大约相同长度的时间来沉积类钻碳层以使每层达到所需厚度。然而，伴随厚层而来的组合应力将最终影响每次沉积的时间长度。
类似地，在蚀刻的情况下，每个蚀刻步骤的时间长度将保持差不多相同。伴随厚层而来的组合应力将以与影响沉积的时间长度相同的方式最终影响蚀刻的时间长度。
沉积然后进行蚀刻的过程将重复许多次直到类钻碳膜的厚度达到某个所需水平为止。沉积和在前的蚀刻的重复次数取决于被沉积的类钻碳膜堆所需的厚度和腔室体积和以及连接到腔室的泵的泵速，沉积和蚀刻在所述腔室中执行。
在重复的沉积和蚀刻的过程中，类钻碳膜的厚度将以图1D中所示的方式增加。当第一沉积步骤101发生时，厚度将会增加。厚度的增加速率在第一沉积步骤的开始时较高，并随着时间逐渐下降，因此类钻碳膜的厚度的增加将变得越来越慢。在第一沉积步骤101中在基底上沉积类钻碳膜达到某一时间长度之后，类钻碳膜的厚度将停止增加并在稍后的沉积阶段或多或少地保持相同。
在第一沉积步骤101之后，类钻碳膜的蚀刻将会开始并且类钻碳的厚度在整个蚀刻步骤102中保持大致上相同。
在蚀刻某一时间长度之后，蚀刻步骤102将结束并且第二沉积步骤103将开始。在第二沉积步骤103的开始，类钻碳膜的厚度增加得较快，然后类钻碳膜厚度的增加速率将逐渐下降。快到第二沉积步骤103的结尾时，类钻碳膜的厚度将停止增加并保持大致上相同。
在重复的沉积之后蚀刻的过程中，类钻碳膜的厚度可以通过累积每个沉积步骤容许的厚度而增加到所需水平。
图2A-2F是示意图，表示在本发明的一个实施方式中怎样实施蚀刻和沉积的一系列步骤。
图2A示出了基底201，类钻碳膜将在其上生长。作为例子，基底201被表示为扁平的矩形薄片。然而，本发明容许类钻碳膜生长在任何形状的基底201上或具有任何表面的基底201上，所述任何形状例如锥形，所述任何表面包括高低不平的或平坦的或任何其他外形。在优选实施方式中，利用平面来在其上生长出类钻碳层以便控制均匀性。
构成基底201的材料例如是，但不限于，Si，SiO2，其他硅材料，或不锈钢。有机的或无机的基底都适合于类钻碳层生长。基底201被放在腔室内，在腔室中，类钻碳膜在基底201上生长。所述腔室为处理基底201提供了气密环境以生长出类钻碳膜。
在一实施方式中，一个或多个另外的粘附层覆盖在基底201上以便促进类钻碳层在不同的基底材料上的生长。构成基底201的粘附层的材料例如是Cr、Ti和W或其他金属。
在优选实施方式中，使用中的腔室容许等离子体蚀刻和PECVD沉积两者在其内进行以使得等离子体蚀刻和PECVD沉积将在同一腔室中执行。腔室是偏移的射频(RF)的双频率腔室(13.56MHz至2.4GHz)。腔室具有用于源的等离子体密度控制器，腔室的可能的源包括电感耦合等离子体(ICP)或电子回旋共振(ECR)。各种波形用于控制进入腔室的气流，例如开和关(方波)，或逐渐地开和关(正弦波)。用于等离子体蚀刻和等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)的电源可以提供RF、交流电(AC)和直流电(DC)、或脉冲输出以偏移样本并提高等离子体密度。
在优选实施方式中，范围高达1500W的RF被用作电源。
在另一个优选实施方式中，范围高达10000W的DC被用作电源。
在进一步优选的实施方式中，使用频率范围高达500kHz、功率比高达10kW且在反向时间为0.5至10微秒的情况下占空比高达50％反向时间的脉冲电流。
图2B表示用于清洗基底201的等离子体蚀刻步骤。在一个优选实施方式中，在基底201上生长出任何类钻碳膜之前，用包含了含氟蚀刻化学品的蚀刻气体211清洗基底201。含氟蚀刻化学品例如CxFyOz、CxFy和SiFx(例如SiF2和SiF4)挥发性物质被用于蚀刻。在基底201的清洗过程中，所述腔室被供以一种或多种蚀刻气体211，如碳氟气体(例如CHF3、CF4、C3F8)或含碳氟化合物的气体，该含碳氟化合物的气体例如CxFy与其他辅助气体222的混合物，该辅助气体如Ar、N2和其他气体。在基底201的等离子体蚀刻的过程中释放一种或多种SxFy213。在例如Cr、Ti和W或其他金属的基底201的粘附层上执行Ar喷溅以便进行基底清洗。
在一优选实施方式中，利用5％-100％的含氟气体在-40℃至400℃的温度范围内和100托(Torr)至10-5托的压力范围内执行基底201的等离子体蚀刻。
图2C表示在基底201的顶部上沉积类钻碳材料的步骤。在通过等离子体蚀刻进行基底清洗之后，将在基底201上执行类钻碳的第一次沉积。在该第一次沉积步骤中，类钻碳层231通过等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)沉积在已经被蚀刻气体211(如含氟的蚀刻化学品)清洗过的基底201上。利用沉积气体221(如CxHy或CxHyOz)连同一种或多种不同的辅助气体222(如H2、Ar和N2)一起将类钻碳层231沉积在基底201上。每种辅助气体222的组合和浓度随着每个沉积气体分子221中的碳原子数量x和氢原子数量y而变化。引入的H将在类钻碳层231上形成H钝化的类钻碳表面241。根据CxHy或CxHyOz基团中的氢原子数量来控制H2。
在一优选实施方式中，沉积气体221是CH2O。
在一优选实施方式中，基底201在第一次沉积过程中被保持在范围从0℃至300℃的温度。
在一优选实施方式中，利用5％-100％的含碳气体或蒸汽在-40℃至400℃的温度范围内和100托至10-5托的压力范围内执行类钻碳膜的沉积。
在类钻碳层的沉积过程中，用于沉积的气体种类是富氢的以使得氢能容易地渗透到5％至100％的类钻碳层厚度中。氢的移除取决于含氢的类钻碳层的临界厚度和氟的渗透深度，氟的渗透深度由沉积和蚀刻时间控制。
在沉积某一时间长度之后，H钝化的类钻碳表面241将会形成在新近沉积的类钻碳层231的顶部上。H钝化的类钻碳表面241很薄，其厚度大约为几个nm至小于100nm。
图2D表示利用蚀刻气体211蚀刻类钻碳膜的步骤。在类钻碳层231的第一次沉积之后，用蚀刻气体211(如含氟的蚀刻化学品)或包含蚀刻气体211与其他辅助气体222的气体混合物来蚀刻类钻碳层。蚀刻步骤在任意两个沉积步骤之间执行并且充当第一次沉积和第二次沉积之间的中间步骤。在蚀刻过程中，腔室被供以各种蚀刻气体211，包括碳氟气体如CHF3、CF4、C3F8，和其他辅助气体222如Ar和N2。类钻碳层231的蚀刻使用CxFy或含CxFy的气体，含CxFy的气体如CxFy与Ar、N2和H2的混合物。来自蚀刻气体211如含氟的蚀刻化学品的氟中性物212攻击类钻碳层231中的氢和碳两者，从而蚀刻使类钻碳层231的表面改性。在蚀刻过程中，氟稀释层232在氟中性物攻击类钻碳层231中的氢之后形成在类钻碳层231的表面上以释放HF 214。
氟渗透到类钻碳层231中并选择性地移除类钻碳层231中的氢。同时，渗透的氟原子团也结合到类钻碳层231中。
在优选实施方式中，利用5％-100％的含氟气体在-40℃至400℃的温度范围内和100托至10-5托的压力范围内执行类钻碳膜的蚀刻。
在另一个实施方式中，类钻碳膜的蚀刻可以采用典型的半导体蚀刻工艺参数。
图2E表示在基底201的顶部上沉积类钻碳材料的步骤。在蚀刻之后，将在基底201上执行类钻碳的第二次沉积。在该第二次沉积步骤中，类钻碳层233通过等离子体增强的化学汽相沉积(PECVD)沉积在类钻碳层231的氟稀释表面232上。利用沉积气体221如CxHyOz和CxHy，或利用沉积气体221连同一种或多种不同的辅助气体222(如Ar、N2和H2)一起，将类钻碳层231沉积在类钻碳层231的表面的顶部上。
在一优选实施方式中，使用的沉积气体221是CH2O。在一个实施方式中，依据CxHy和CxHyOz的沉积气体221分子中的氢原子数量x和氢原子数量y，不同辅助气体222的浓度、比例、压力被确定并相应地使用。
图2F表示具有所需厚度的膜堆。沉积之后进行蚀刻的过程将会重复以用一个位于另一个之上的方式沉积多个类钻碳层231并形成具有所需厚度250的最终膜堆，如图2F中所示。每次在完成类钻碳层231的沉积之后，都会在沉积另一个新的类钻碳层之前在新近沉积的类钻碳层231上执行蚀刻。第一次沉积然后蚀刻然后第二次沉积如此这般的循环将持续直到最终膜堆的厚度达到所需水平250为止。例如，所需厚度250是大约几百微米。特别地，在一实施方式中，类钻碳膜堆250的所需厚度是大约400μm。
在一优选实施方式中，被沉积以形成类钻碳膜堆的类钻碳层231是无金属的类钻碳。
在另一个优选实施方式中，被沉积以形成类钻碳膜堆的类钻碳层231是无金属的氢化类钻碳。
图3是流程图，表示根据本发明一个实施方式的利用蚀刻和沉积生长出类钻碳膜的方法的步骤。
首先，是在等离子体环境中利用CxFy或含CxFy的气体蚀刻基底的基底清洗步骤301。含气CxFy的气体是CxFy、Ar、N2和其他气体的混合物。
在清洗基底301之后，在沉积步骤302中将类钻碳层沉积在基底上。在优选实施方式中，沉积步骤302是等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)。利用CxHy或含CxHy的气体将类钻碳层沉积在基底上，含CxHy的气体是CxHy、H2和Ar的混合物。
在沉积步骤302中沉积类钻碳层之后，在蚀刻步骤304中由CxFyOz、CxFy或含CxFy的气体蚀刻类钻碳层的表面，以使类钻碳层的表面改性并在类钻碳层上形成氟稀释表面。
在蚀刻步骤304的过程中，由于被来自含氟的蚀刻化学品(例如含CxFy的气体)的中性氟原子攻击，所以含氢的类钻碳层被改性并释放HF。
在蚀刻304之后，通过重复沉积步骤302使另一个类钻碳层沉积在类钻碳层的被蚀刻表面上。沉积步骤302重复一次或多次以形成类钻碳层堆。每次在新的类钻碳层沉积302在类钻碳层堆的顶部上之前，都在蚀刻步骤304中清洗由一个以上类钻碳层构成的堆的顶部。在一优选实施方式中，蚀刻步骤304是等离子体蚀刻。
在蚀刻304之前，可以在厚度确定步骤303中确定类钻碳层堆的厚度。如果类钻碳层堆的厚度达到所需值，则不再需要对类钻碳层进行进一步的蚀刻或沉积，并且具有所需厚度的类钻碳层堆将是DLC膜堆305。
如果类钻碳层堆的厚度没有达到所需值，则通过独立于任何早先沉积处理的一组参数例如蚀刻持续时间来重复蚀刻304。用于蚀刻304的该组参数可以与之前使用的参数相同或不同。在蚀刻304之后，通过一组参数如沉积持续时间来重复沉积302，该组参数被独立地确定以适合每次的沉积需求。
对于PECVD和等离子体蚀刻，沉积步骤302和蚀刻步骤304在产生等离子体的腔室中执行。提供该腔室的装置在图4中描述。
图4是示意图，描绘根据本发明一个实施方式的用于沉积和蚀刻类钻碳层的装置400。
装置400具有腔室401，腔室401的本体接地。第一电极433通过第一匹配箱441连接到第一AC电源431，第二电极435通过第二匹配箱442连接到第二AC电源432。第一AC电源431和第二AC电源432通过它们各自的匹配箱进行操作以激发腔室401中的粒子并在腔室401中产生射频激发等离子体。
在一优选实施方式中，射频激发等离子体以范围从13.56MHz至2.4GHz的双频率操作。
第一电极433连接到DC电源434。DC电源434产生脉冲DC激发等离子体。
该第一AC电源431和第二AC电源432连同DC电源434一起充当用于产生等离子体的电源并且给予不同的输入，例如射频输出、脉冲输出和将射频输出与DC结合起来的输出。
腔室401具有用于等离子体源的等离子体密度控制器(未示出)，用于腔室401的等离子体源包括电感耦合等离子体(ICP)或电子回旋共振(ECR)。
腔室401提供单个腔室以便蚀刻和沉积两者都在其中进行。不同的等离子体条件分别应用于每个蚀刻循环和沉积循环，因而，腔室401为沉积和蚀刻提供可调的偏压。
一个或多个管子或通道418将一个或多个气体供应件410连接到腔室401。气体供应件410包含碳氟气体CxHy411、醛气体CxHyOz412和其他辅助气体413。其他辅助气体413例如包括氩气Ar、氢气H2和氮气N2。
通道418连接到腔室401的不同的口(未示出)，不同的口位于腔室401的顶部、腔室401的底部或腔室401的侧部。通过这些口，不同的气体由不同的气体引入和泵送组合供应到腔室401。
为了控制处理参数如腔室401中的压力或气体浓度或气体流速，腔室401使用一个或多个机械泵422或涡轮分子泵421将气体泵入和泵出腔室401。
此外，气体供应件410受气流控制器(未示出)控制。气流控制器根据不同的波形控制气流，例如遵循平方函数打开和关闭，或遵循正弦函数逐渐打开和关闭。
基底201被置于基底保持器402上。基底保持器402配备有夹盘，夹盘是灯加热的或电阻加热的，基底201在基底保持器402上被夹盘加热。在优选实施方式中，基底201在加工过程中被夹盘保持在0℃至300℃的温度范围。
腔室401具有终点检测装置(未示出)，其执行厚度测量并确定何时停止蚀刻。另外，类钻碳层堆的厚度被终点检测装置确定并且终点检测装置通过测量类钻碳层堆的厚度来确定何时停止任何另外的类钻碳层的沉积。终点检测装置利用各种现场监测计量学例如椭圆测量术和其他光学的非破坏性检测机构，这种装置的一个例子是干涉仪。
已经为了说明和描述的目而提供了本发明的前述描述，不是想要穷举或将本发明限制为披露的精确形式，许多变型和变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
为了最好地说明本发明的原理及其实际应用而选择和描述了上述实施方式，由此使本领域技术人员能懂得本发明的各种实施方式和适合于预期的特定用途的各种变型。所打算的是，本发明的范围由下面的权利要求及其等同方案限定。

Claims (20)

1.一种形成类钻碳膜堆的方法，包括：
沉积第一类钻碳层；
蚀刻所述第一类钻碳层以在所述第一类钻碳层上形成氟稀释表面；和
在所述第一类钻碳层的所述氟稀释表面上进一步沉积类钻碳层以形成类钻碳层堆。
2.如权利要求1所述的形成类钻碳膜堆的方法，还包括：
确定所述类钻碳层堆的厚度。
3.如权利要求2所述的形成类钻碳膜堆的方法，还包括：
在所述类钻碳层堆的顶部进行蚀刻并在已经被蚀刻的所述类钻碳层堆的顶部上沉积新的类钻碳层，上述过程重复一次或多次，直到所述类钻碳层堆的厚度达到所需值为止。
4.如权利要求1所述的形成类钻碳膜堆的方法，还包括：
蚀刻基底，所述第一类钻碳层沉积在该基底上。
5.如权利要求1所述的形成类钻碳膜堆的方法，其中：
所述蚀刻使用一种或多种碳氟气体。
6.如权利要求1所述的形成类钻碳膜堆的方法，其中：
所述沉积使用一种或多种烃类气体。
7.如权利要求1所述的形成类钻碳膜堆的方法，其中：
所述烃类气体是CH2O。
8.如权利要求3所述的形成类钻碳膜堆的方法，其中：
第一组工艺参数被用于蚀刻；
第二组工艺参数被用于沉积；其中当重复所述蚀刻和所述沉积时，所述第一组工艺参数不同于所述第二组工艺参数。
9.如权利要求1所述的形成类钻碳膜堆的方法，其中：
在不破坏真空条件的情况下，所述蚀刻和所述沉积在一个单一的腔室中被执行。
10.一种通过权利要求1所述的方法制造的类钻碳膜堆。
11.一种用于通过权利要求2所述的方法形成类钻碳膜堆的装置，包括：
用于生成等离子体的电源，其能提供输出，所述输出选自由射频输出、脉冲输出和将射频输出与DC结合的输出构成的组；
供应用于蚀刻和沉积的一种或多种气体的腔室；和
用于检测氟终止表面的终点检测装置。
12.如权利要求11所述的装置，还包括：
从所述腔室的多个位置供应所述一种或多种气体的多个口。
13.如权利要求11所述的装置，其中：
所述一种或多种气体中的每一种均具有通过可变波形控制的气流。
14.如权利要求11所述的装置，还包括：
用于保持一个或多个基底的带有被加热的夹盘的基底保持器，类钻碳膜堆将形成在所述基底上。
15.如权利要求11所述的装置，其中：
所述腔室产生脉冲DC激发等离子体和射频激发等离子体。
16.如权利要求15所述的装置，其中：
所述射频激发等离子体在13.56MHz至60GHz之间的频率范围内工作。
17.如权利要求11所述的装置，其中：
所述腔室具有等离子体密度控制器。
18.如权利要求11所述的装置，其中：
所述腔室具有等离子体源，其选自由电感耦合等离子体和电子回旋共振构成的组。
19.如权利要求11所述的装置，其中：
所述腔室将可调偏置电压供应给基底。
20.如权利要求11所述的装置，其中：
所述终点检测装置利用椭圆测量术监测所述类钻碳膜堆的厚度。
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