形成層的方法
【專(zhuān)利摘要】在許多薄膜應(yīng)用中，將在其上形成層的表面可包括：若干不同材料，一些是電絕緣的而一些是導(dǎo)電的；和/或若干不同布局。這些表面可影響該表面的帶電效果，從而導(dǎo)致與包含帶電粒子的傳入粒子束的不同并且可能未知的相互作用。當(dāng)前利用的工藝通過(guò)將電子束與離子束組合由此尋求獲得凈零電荷，僅補(bǔ)償組成該束的帶電粒子。
【專(zhuān)利說(shuō)明】形成層的方法

【背景技術(shù)】
[0001] 在許多薄膜應(yīng)用中，在其上擬形成層的表面可包括若干不同的材料，一些是電絕 緣的而一些是導(dǎo)電的；和/或若干不同的形貌。這類(lèi)表面可能影響表面的充電效應(yīng)并由此 造成與包含帶電粒子的入射粒子束之間的不同的和可能未知的相互作用。當(dāng)前利用的處理 僅通過(guò)將電子束與離子束結(jié)合來(lái)補(bǔ)償構(gòu)成束的帶電粒子，由此尋求具有零的凈電荷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] -種形成層的方法，該方法包括：提供具有適于在其上作沉積的至少一個(gè)表面的 襯底；提供前體離子束，該前體離子束包括離子；中和前體離子束的離子的至少一部分以 形成中性粒子束，所述中性粒子束包括中性粒子；以及將中性粒子束引導(dǎo)朝向襯底表面，其 中中性粒子具有不大于IOOeV的注入能量，并且粒子束的中性粒子在襯底上形成層。
[0003] -種形成層的方法，該方法包括：提供具有適于在其上作沉積的至少一個(gè)表面的 襯底；提供前體離子束，該前體離子束包括離子；通過(guò)將前體離子束引向離子光柵而中和 前體離子束的離子的至少一部分以形成改性的前體粒子束；以及將改性的前體粒子束引向 高長(zhǎng)寬比光柵以形成中性粒子束；以及將中性粒子束引向襯底的表面，其中中性粒子具有 不大于IOOeV的注入能量，并且粒子束的中性粒子在襯底上形成層。
[0004] 一種形成層的方法，該方法包括：提供具有適于在其上作沉積的至少一個(gè)表面的 襯底；提供前體離子束，該前體離子束包括離子；將前體離子束引向質(zhì)量選擇技術(shù)以形成 經(jīng)改性的前體粒子束；以及將改性的前體粒子束引向高長(zhǎng)寬比光柵以形成中性粒子束；以 及將中性粒子束引向襯底的表面，其中中性粒子具有不大于IOOeV的注入能量，并且粒子 束的中性粒子在襯底上形成層。
[0005] 本公開(kāi)的上面概述不旨在描述本公開(kāi)的每個(gè)公開(kāi)的實(shí)施例或每個(gè)實(shí)施方式。下面 的描述更具體地例示出說(shuō)明性實(shí)施例。在貫穿本申請(qǐng)的若干位置，通過(guò)示例列表提供指引， 所述示例列表可用于多種組合。在每種情形下，所引述的列表僅充當(dāng)代表性組并且不應(yīng)當(dāng) 被解釋成窮盡性列表。
[0006] 附圖描述
[0007] 圖IA示出示例性系統(tǒng)的說(shuō)明性示圖；而圖IB示出圖IA所示系統(tǒng)的一部分的近視 圖。
[0008] 圖2是具體示例性系統(tǒng)中的束發(fā)散（° )相對(duì)于離子光柵的第三光柵的偏壓的曲 線(xiàn)圖。
[0009] 圖3示出示例性公開(kāi)系統(tǒng)的示意圖。
[0010] 圖4示出表面注入如何能夠通過(guò)插入和位移效應(yīng)來(lái)調(diào)制表面密度。
[0011] 圖5示出示例性分子離子的束擴(kuò)展。
[0012] 這些附圖不一定按比例示出。附圖中使用的相同附圖標(biāo)記表示相同部件。然而， 將理解在給定附圖中使用數(shù)字來(lái)指代部件不旨在限制用另一附圖中同一數(shù)字標(biāo)記的部件。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 在以下描述中，參照形成本說(shuō)明書(shū)一部分的附圖集，其中通過(guò)圖示示出了若干特 定實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解的是，可構(gòu)想和作出其他實(shí)施例而不背離本公開(kāi)內(nèi)容的范圍或精神。因 此，以下詳細(xì)描述不應(yīng)按照限制的意義來(lái)理解。
[0014] 通過(guò)術(shù)語(yǔ)"約"，在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中使用的表示部件大小、量以及物理性質(zhì)的 所有數(shù)字應(yīng)被理解為在任何情況下被修改，除非另外指明。因此，除非相反地指明，否則在 上述說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求中陳述的數(shù)值參數(shù)是近似值，這些近似值可根據(jù)利用本文中公 開(kāi)的示教的本領(lǐng)域技術(shù)人員所尋求的性質(zhì)而變化。
[0015] 通過(guò)端點(diǎn)對(duì)數(shù)值范圍的陳述包括包含在該范圍內(nèi)的所有數(shù)值（例如1到5包括1、 I. 5、2、2. 75、3、3. 80、4以及5)以及該范圍內(nèi)的任何范圍。
[0016] 如說(shuō)明書(shū)以及所附權(quán)利要求書(shū)中所使用地，單數(shù)形式的"一"、"一個(gè)"以及"該"包 括具有復(fù)數(shù)引用的實(shí)施例，除非該內(nèi)容另外明確地指出。如本說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求書(shū)中 使用地，術(shù)語(yǔ)"或"一般以包括"和/或"的意思來(lái)使用，除非該內(nèi)容明確地指出相反情形。
[0017] "包括"、"包含"或類(lèi)似術(shù)語(yǔ)表示涵蓋但不限于，即包括并且非排他的。應(yīng)當(dāng)注意， "頂"和"底"（或者類(lèi)似于"上"和"下"）被嚴(yán)格地利用于相對(duì)描述并且不暗示著所述要素 被定位在其中的物品的任何總?cè)∠颉?br> [0018] 本文中利用的"層"可指襯底表面上的材料、在襯底界面處的材料（即部分注入到 表面內(nèi)但也暴露（宛如在）表面上的材料）、襯底內(nèi)的材料（即被注入到襯底并且不被暴露 在襯底表面的材料）或其任意組合。層的形成因此可包括在大塊襯底內(nèi)注入材料（一般僅 至幾納米深或略微低于表面）；在襯底表面注入材料（例如部分嵌入到襯底中）；在襯底表 面上（或在已通過(guò)所公開(kāi)的方法形成的材料上）沉積材料；或其組合。也應(yīng)當(dāng)注意，隨著層 被形成，表面連續(xù)地向上移離襯底。本文中利用的"薄膜"可指存在于襯底表面上的材料。 層因此可僅包括薄膜以及在襯底中的薄膜和材料。本文公開(kāi)的方法可用來(lái)形成層。利用本 文公開(kāi)的方法形成層可包括表面改性、材料合成、組合改性或它們的組合。如本文公開(kāi)的， 層的形成可包括可約束至表面層原子或來(lái)自表面的一些鍵長(zhǎng)內(nèi)的過(guò)程相互作用。利用所公 開(kāi)的方法的層形成也可被稱(chēng)為表面下植入（surface sub-plantation, SSP)。
[0019] 本文公開(kāi)了延伸和改善表面納米設(shè)計(jì)技術(shù)的方法、過(guò)程和系統(tǒng)。所公開(kāi)的方法例 如使用各方法和技術(shù)（包括中性粒子束）給予表面下植入（SSP)和接口設(shè)計(jì)。在所公開(kāi)的 方法和系統(tǒng)中，處理發(fā)生在距離表面從子單層至若干鍵長(zhǎng)的范圍內(nèi)的深度標(biāo)度上。其應(yīng)用 包括表面改性、材料合成在從表面延伸若干納米的深度標(biāo)度上的組合改性、蝕刻和界面設(shè) 計(jì)。在這里特別討論了碳層和氫化碳層兩者，但所公開(kāi)的方法和考慮可適用于其它材料，包 括亞穩(wěn)表面組成或表面層。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員在閱讀了本說(shuō)明書(shū)之后將理解所公開(kāi)的方法 適用于碳和氫化碳以外的材料。
[0020] 在許多重要的薄膜應(yīng)用中，例如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的滑動(dòng)件換能器技術(shù)、微電子或生物 醫(yī)藥應(yīng)用，表面可包括若干不同的材料，一些是電絕緣的，一些是半導(dǎo)體的，一些是導(dǎo)電的 (它們可例如被接地至電浮置結(jié)構(gòu)），其標(biāo)度從亞微米以下至厘米。也有位于邊緣附近的薄 膜形貌和/或結(jié)構(gòu)。所有這些因素以及其它因素可能影響充電效應(yīng)。對(duì)絕緣和/或?qū)щ姳?面的充電或微分充電可能影響入射帶電粒子通量、能量和到達(dá)角分布，這些中的任意一個(gè) 或全部對(duì)表面納米設(shè)計(jì)過(guò)程是有害的。
[0021] 此外，許多基于離子束和等離子體的過(guò)程牽涉到等離子體表面相互作用。當(dāng)表面 與等離子體接觸時(shí)，在表面上形成鞘層，所述鞘層可能影響通量、能量以及帶電粒子跨鞘層 邊界的入射角分布。在平的、同質(zhì)的半無(wú)限襯底表面上均勻入射的帶電粒子通量中，鞘層厚 度是均勻的并且其電場(chǎng)線(xiàn)與襯底表面正交，即鞘層本質(zhì)上是一個(gè)維度的，因?yàn)閹щ娏Ｗ涌?鞘層流動(dòng)。鞘層場(chǎng)的扭曲可伴隨地影響在材料界面處入射的粒子的通量、能量和角分布。若 干因素可能造成等離子體鞘層扭曲。示例可包括在絕緣材料和導(dǎo)電材料之間的界面。即使 在平面幾何形狀中，鞘層厚度差可能源自在界面的任一側(cè)上形成的鞘層電位的差（絕緣體 對(duì)于給定等離子體特征達(dá)到浮置電位，導(dǎo)體電位可例如通過(guò)偏壓等而改變）?？缃缑娴慕Y(jié)果 電位差可局部地扭曲來(lái)自表面正交方向的電場(chǎng)，并因此扭曲跨該表面的離子流動(dòng)。形貌特 征和襯底/晶片邊緣也可能扭曲等離子體鞘層。扭曲的程度依賴(lài)于鞘層厚度對(duì)于形貌特征 的長(zhǎng)度標(biāo)度的相對(duì)尺寸并在鞘層寬度與特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)變得重大，并具有入射帶電 粒子通量、能量和角分布的伴隨扭曲。
[0022] 由于上述問(wèn)題、表面的充電效應(yīng)和等離子體表面相互作用，本公開(kāi)利用中性粒子 束與表面相互作用。中性束的使用消除了與等離子體鞘層的相互作用（或甚至使得等離子 體鞘層的形成最小化）并可最小化或甚至防止襯底表面和所形成的層上的電壓或電荷的 產(chǎn)生。由于這些電壓對(duì)于某些應(yīng)用可能是成問(wèn)題，因此這是有益的。例如，隧道磁阻（TMR) 頭可能由于在制造過(guò)程中電荷的形成而受到有害的影響。此外，如果電荷在層成形期間不 被形成在表面上，則形成層的粒子更可靠地受到控制。這可實(shí)現(xiàn)具有更均勻特征的層的制 造。
[0023] 傳統(tǒng)的沉積、蝕刻和注入過(guò)程使用與充電處理粒子的靜電和/或電磁相互作用來(lái) 控制粒子特征和粒子傳輸。用于中和襯底上的表面電荷的方法包括通過(guò)電子束輻射的束脈 沖和溢流。通過(guò)在重新結(jié)合時(shí)取得表面電荷平衡，前者依賴(lài)于脈沖和后者之間的電荷的表 面擴(kuò)散消散。一種更常見(jiàn)的、可實(shí)踐的嘗試減少襯底上的充電效應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)方法是通過(guò) 電子束源或例如通過(guò)等離子體橋式中和器將電子（例如對(duì)于正離子束）"耦合"至離子束。 然而，在束轉(zhuǎn)移期間沒(méi)有離子和電子的重新結(jié)合發(fā)生并且這種情況是"平衡"到達(dá)襯底的相 反電荷（粒子）的量中的一個(gè)。因而，之前利用的中和離子束處理與通過(guò)等離子束（前面 討論）的處理具有相似性。結(jié)果，充電效應(yīng)在之前利用的處理和系統(tǒng)中可能無(wú)法被完全消 除。
[0024] 另一方面，所公開(kāi)的方法和系統(tǒng)利用高受控的、低能的中性粒子束，該中性粒子束 隨后作為真正的中性粒子與襯底相互作用。這可消除或起碼減少前面提到的有害的相互作 用。一般，所公開(kāi)的方法尋求形成帶電粒子束，其中這些粒子具有期望的性質(zhì)，并隨后中和 這些粒子而不會(huì)有害地改變粒子的性質(zhì)。
[0025] 所公開(kāi)的方法一般可包括步驟：提供襯底；提供前體離子束、形成中性粒子束；以 及將中性粒子束引向襯底以形成層。
[0026]提供襯底
[0027]提供襯底可通過(guò)例如布置、配置或以其它方式將子系統(tǒng)定位在系統(tǒng)中而完成。其 上擬形成層的襯底可以是任何類(lèi)型的材料或結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，示例性襯底可具有至 少一個(gè)表面，在其上將發(fā)生層形成。這一表面可被稱(chēng)為"適于層形成"，它可包括簡(jiǎn)單地布置 在處理腔內(nèi)以使層被形成在至少期望的表面上。在一些實(shí)施例中，襯底可包括形成在其上 或其中的結(jié)構(gòu)或設(shè)備。在某些實(shí)施例中，可利用本文公開(kāi)的方法在各結(jié)構(gòu)上形成覆層；并且 在這些實(shí)施例中，其上形成有覆層的設(shè)備可被認(rèn)為是襯底。
[0028] 前體離子束
[0029] 所公開(kāi)的方法也包括提供、形成或以其它方式獲得前體離子束的步驟。前體離子 束包括可具有期望性質(zhì)的離子或帶電粒子。一旦離子束被中和，中和粒子、原先的帶電粒子 或離子仍然具有期望的性質(zhì)。期望的性質(zhì)可包括例如能量、速度、角發(fā)散分布以及它們的組 合。在一些實(shí)施例中，前體離子束中的離子可具有一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)，這些特征被選擇以使其 中和形式具有期望的性質(zhì)。帶電粒子可或者是帶正電的或者是帶負(fù)電的。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人 員在閱讀本說(shuō)明書(shū)后能對(duì)更具體討論的理念作出適應(yīng)，所討論的這些理念可具體相對(duì)于帶 正電的離子用于到帶負(fù)電的離子而被具體地討論。
[0030] 提供前體離子束可通過(guò)利用市面上有售的設(shè)備來(lái)達(dá)成。例如，寬束離子源或窄束 離子源均可被利用。前體離子束的源的類(lèi)型例子可包括例如電感耦合的RF離子源以及直 流（DC)寬束離子源。
[0031] 中和前體離子束
[0032] 在形成前體離子束之后，然后中和前體離子束。該步驟（它可以多步驟方式執(zhí)行 或者也可以不那樣）將前體離子束的離子改變至中性粒子束的中性粒子。術(shù)語(yǔ)"中和前體 離子束的離子"（和/或類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)）一般意指至少一些離子已被中和。因此，如本文中使 用的，術(shù)語(yǔ)"中和的粒子束"指其中前體離子束的至少一些離子已被中和的粒子束。因而， 中和的粒子束包括部分中和的粒子束和完全中和的粒子束。在一些實(shí)施例中，基本全部離 子已被中和。在一些實(shí)施例中，至少大約5%的離子已被中和。在一些實(shí)施例中，至少大約 20%的離子已被中和。在一些實(shí)施例中，至少大約50%的離子已被中和。在一些實(shí)施例中， 至少大約75%的離子已被中和。在一些實(shí)施例中，至少大約95%的離子已被中和。在一些 實(shí)施例中，大約100%的離子已被中和。
[0033] 在一些實(shí)施例中，前體粒子束可使用表面中和技術(shù)被中和。這些表面中和技術(shù)可 被配置成很大程度地保留入射離子束的能量和方向特征（"期望的性質(zhì)"），由此允許從事 先準(zhǔn)備的前體離子束中產(chǎn)生高受控的中性粒子束。
[0034]例如，中和離子的一種方式可牽涉到在表面（例如金屬表面）引導(dǎo)帶電粒子束。接 近表面的離子可例如通過(guò)共振或俄歇效應(yīng)被中和。如果離子以掠射角貼近地接近表面，散 射過(guò)程的動(dòng)能將導(dǎo)致低角（近鏡面）前散射，并具有非常低的動(dòng)能損失，由此產(chǎn)生其能量和 方向（即"期望的性質(zhì)"）接近入射離子束的能量和方向的中性粒子。使用這種掠射碰撞的 前體離子束的中和由于諸如表面粗糙度和表面污物的存在的因素而變得更為困難或功能 難以實(shí)現(xiàn)。
[0035]替代地，通過(guò)從等離子體邊界的離子提取以及向高長(zhǎng)寬比光柵的直接離子注入， 能從前體離子束產(chǎn)生中性粒子。在這種情形下，在離子行進(jìn)通過(guò)接地光柵的高長(zhǎng)寬比孔時(shí)， 通過(guò)側(cè)壁相互作用，中和發(fā)生。前面的方法已嘗試這樣的控制，但在制造掠射、中和碰撞方 面已表現(xiàn)出有限的控制，這是因?yàn)榈入x子體半月形邊界與光柵孔受糟糕控制的相互作用， 該相互作用確定了形狀并因此確定從半月形表面射出的離子方向。此外，源氣壓可導(dǎo)致快 速離子和慢速中性子之間的電荷交換振蕩，這可降低束的質(zhì)量（例如通過(guò)其變寬的能量分 布）并減少中性含量。
[0036] 在一些實(shí)施例中，所公開(kāi)的系統(tǒng)和方法因此利用離子光學(xué)器件來(lái)控制掃掠側(cè)壁碰 撞，并由此改善對(duì)離子至中性子轉(zhuǎn)換過(guò)程的控制。在一些實(shí)施例中，可利用四光柵系統(tǒng)。例 如，通過(guò)寬束離子源，高長(zhǎng)寬比光柵可形成第四光柵，其作為所公開(kāi)的方法和系統(tǒng)中典型利 用的三光柵系統(tǒng)的補(bǔ)充。
[0037] 示例性系統(tǒng)的示意圖可從圖IA中看到。圖IA中例示出的系統(tǒng)是寬束離子源系統(tǒng) 的一個(gè)示例。圖IA中所見(jiàn)的系統(tǒng)100包括離子源110 (以提供前體離子束）。離子源110 可包括例如寬束離子源或窄束離子源。離子源的特定示例是電感耦合的RF離子源。系統(tǒng) 也可包括用于中和離子的組件，例如離子光柵120和高長(zhǎng)寬比光柵130。離子光柵120可包 括例如常見(jiàn)利用的離子光學(xué)系統(tǒng)。離子光柵120 -般包括三組光柵，即第一光柵、第二光柵 和第三光柵，其中第一光柵是最靠近離子源的一個(gè)，而第三光柵是最遠(yuǎn)離離子源的一個(gè)。在 本公開(kāi)的方法或系統(tǒng)中利用的離子光柵120中，第三光柵是電偏壓的，不像它在現(xiàn)有技術(shù) 系統(tǒng)中是接地的。系統(tǒng)100也可包括高長(zhǎng)寬比中和光柵130。高長(zhǎng)寬比中和光柵可或者接 地或者偏壓。第三光柵的偏壓電位可控制離子進(jìn)入高長(zhǎng)寬比中和光柵的注入角。
[0038] 圖2示出對(duì)于的源、光束和光柵幾何形狀和偏壓參數(shù)的給定集合的特定說(shuō)明示 例，其示出例如第三光柵偏壓電位的離子光學(xué)參數(shù)變化可如何用來(lái)顯著地影響離子進(jìn)入高 長(zhǎng)寬比光柵130的注入角。應(yīng)當(dāng)注意，許多因素確定束的最終發(fā)散極限。在該特定說(shuō)明性 示例中，可以看到，相對(duì)于具有接地的第三光柵光學(xué)器件（其工作以產(chǎn)生具有20°左右的 發(fā)散的發(fā)散束）的三光柵系統(tǒng)，可獲得第三光柵偏壓的大窗口以減少束發(fā)散。第三光柵偏 壓的相對(duì)窄的窗存在，這將產(chǎn)生低束發(fā)散（小于約5° )以在高長(zhǎng)寬比光柵內(nèi)產(chǎn)生直接對(duì)應(yīng) 的掠射角側(cè)壁入射，從而產(chǎn)生中性粒子束。
[0039] 離子光柵的偏壓第三光柵可起作用以提供發(fā)散小得多的粒子束以進(jìn)入高長(zhǎng)寬比 光柵130。這是通過(guò)帶電粒子束上的其靜電場(chǎng)的作用實(shí)現(xiàn)的。伴隨地，粒子以較低的入射角 擊中高長(zhǎng)寬比光柵的板，并因此當(dāng)它們被形成或改變時(shí)保持不變（即維持它們"期望的性 質(zhì)"）。由于它產(chǎn)生具有期望性質(zhì)的更受控制的粒子束，因此這是有利的。
[0040] 一旦前體粒子束已經(jīng)過(guò)離子光柵，它可被稱(chēng)為經(jīng)改性的前體離子束。經(jīng)改性的前 體粒子束可隨后被引導(dǎo)通過(guò)高長(zhǎng)寬比光柵。應(yīng)當(dāng)注意，前體離子束和/或經(jīng)改性的前體離 子束可被引導(dǎo)通過(guò)其它組件和/或具有在被引導(dǎo)通過(guò)離子光柵之前和/或之后在其上執(zhí)行 其它步驟。還應(yīng)當(dāng)注意，系統(tǒng)在一些實(shí)施例中可包括一個(gè)以上的離子光柵或不同離子光學(xué) 組件。
[0041] 圖IB示出離子光柵120的第三光柵的以及高長(zhǎng)寬比中和光柵130的放大部分。如 圖所示，束發(fā)散（a)和側(cè)壁掠射角（90-a)相對(duì)于法線(xiàn)而言。圖IB中又示出在其擊中高 長(zhǎng)寬比中和光柵130之前并在擊中側(cè)壁之后的帶電（n +)粒子140,由此變?yōu)橹行裕╪0)粒子 145。
[0042]對(duì)于具有給定發(fā)散性和直徑的束，可設(shè)定光柵的長(zhǎng)寬比的幾何考量以影響束粒子 與壁的掠射相互作用的期望程度（就擊中壁的束粒子比例和粒子在傳輸通過(guò)壁的過(guò)程中 與壁相互作用的次數(shù)而言），并因此影響當(dāng)離開(kāi)高長(zhǎng)寬比中和光柵130時(shí)束的中和（或替代 地離子化）程度。
[0043] 在襯底處引導(dǎo)中性粒子束
[0044] 在前體粒子束被中和以形成中性粒子束之后，中性粒子束隨后被引導(dǎo)至襯底。一 般來(lái)說(shuō)，諸如離子源、粒子光柵、高長(zhǎng)寬比光柵和可選用的襯底保持器（或單純襯底）可被 配置在一系統(tǒng)中，以使粒子并最終使最終中性粒子與襯底相互作用。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員在 細(xì)閱本說(shuō)明書(shū)后將理解應(yīng)當(dāng)如何配置這一系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于部分中和的束，如果在儀器 設(shè)計(jì)中未作出對(duì)至襯底臺(tái)的"投擲"距離的適當(dāng)考量以及過(guò)程窗口中的沉積速率的適宜控 制，那么束可能表現(xiàn)出束發(fā)散（具有過(guò)程控制的可能損失）。
[0045] 形成層
[0046] 可利用所公開(kāi)的方法來(lái)形成任何材料層；或換句話(huà)說(shuō)，被插入到表面層中的中性 粒子可具有任何身份。在一些實(shí)施例中，可利用所公開(kāi)的方法來(lái)形成包括碳的層。在一些 實(shí)施例中，可利用所公開(kāi)的方法來(lái)形成包括作為烴的碳（例如氫化碳）的層。然而應(yīng)當(dāng)理 解，碳和烴僅僅是示例，并且所公開(kāi)的方法不僅限于碳和/或烴層或膜的形成。
[0047]如前所述，本文中利用的"層"可指襯底表面上的材料、在襯底界面上的材料（即 部分注入到表面內(nèi)但也暴露（宛如在）表面上的材料）、襯底內(nèi)的材料（即被注入到襯底 并且不被暴露在襯底表面的材料）或其任意組合。層的形成因此可包括在大塊襯底內(nèi)注入 材料（一般僅至幾納米深或略微低于表面）；在襯底表面注入材料（例如部分嵌入到襯底 中）；在襯底表面上（或在已通過(guò)所公開(kāi)的方法形成的材料上）沉積材料；或前述組合。也 應(yīng)當(dāng)注意，隨著層被形成，表面連續(xù)地向上移離襯底。本文中利用的"薄膜"可指存在于襯底 表面上的材料。層因此可僅包括薄膜以及在襯底中的薄膜和材料。本文公開(kāi)的方法可用來(lái) 形成層。利用本文公開(kāi)的方法形成層可包括表面改性、材料合成、組合改性或它們的組合。 如本文公開(kāi)的，層的形成可包括可限制于表面層原子或來(lái)自表面的一些鍵長(zhǎng)內(nèi)的過(guò)程相互 作用。利用所公開(kāi)的方法的層形成也可被稱(chēng)為SSP。
[0048]構(gòu)成中性粒子束的材料將是擬被形成的層的材料的組成。在一些實(shí)施例中，來(lái)自 中性粒子束的材料將被插入到襯底中，在這種情形下，來(lái)自中性粒子束的材料和襯底材料 的混合物將被形成。在一些實(shí)施例中，含碳（例如）的層被形成。在一些其它實(shí)施例中，含 氫化碳（碳和氫兩者）的層被形成。所形成的層可具有不同的厚度。層的厚度，與本文中 利用的術(shù)語(yǔ)一樣，指厚度的度量。例如，厚度的度量可提供平均厚度，或可提供能夠關(guān)聯(lián)于 層的厚度或平均厚度的性質(zhì)。例如，層可從大約子單層（小于材料的單層）至大約30A厚。 在一些實(shí)施例中，層可從大約15A至大約25A厚；而在一些實(shí)施例中，層可從大約15人 至大約20A厚。
[0049]可利用所公開(kāi)的方法來(lái)設(shè)計(jì)層的組成。例如，可利用所公開(kāi)的方法來(lái)設(shè)計(jì)含碳層 (要注意含碳層僅作為示例使用并且組成設(shè)計(jì)可用任何類(lèi)型的材料來(lái)進(jìn)行）。要注意，可利 用組成設(shè)計(jì)以形成含碳層和/或含氫化碳層。將所公開(kāi)的過(guò)程或方法應(yīng)用于含碳層的沉積 能允許設(shè)計(jì)sp3/sp2比的層。"sp3"和"sp2"指可含（例如）碳原子的雜化軌道類(lèi)型。sp3 碳原子被鍵合于四個(gè)其它原子，例如四個(gè)其它碳原子，因?yàn)樗膫€(gè)sp3軌道，sp3軌道 例如形成對(duì)另一碳原子非常強(qiáng)的〇鍵。sp2碳原子鍵合于三個(gè)其它原子，例如三個(gè)其它碳 原子，因?yàn)樗齻€(gè)sp2軌道，sp2軌道形成比〇鍵弱的鍵。在包括用于磁記錄頭和 介質(zhì)的碳覆層的多種應(yīng)用中，sp3鍵比sp2鍵更多的碳經(jīng)常是期望的，因?yàn)樘几€(wěn)定（即， 它包含更強(qiáng)的鍵）。在一些實(shí)施例中，所公開(kāi)的過(guò)程或方法可允許形成更穩(wěn)定的含碳層，即 sp3鍵比sp2鍵更多的含碳層。這類(lèi)碳層可具有更高的熱彈性、更好的機(jī)械性質(zhì)、更好的化 學(xué)性質(zhì)或其組合。
[0050] 如前面提到的，層可指襯底表面上的材料、在襯底界面上的材料（即部分注入到 表面內(nèi)但也暴露（宛如在）表面上的材料）、襯底內(nèi)的材料（即被注入到襯底并且不被暴露 在襯底表面的材料）或其任意組合。在諸實(shí)施例中，本文公開(kāi)的方法不基于成核生長(zhǎng)機(jī)理 來(lái)形成層。成核生長(zhǎng)機(jī)理從根本上限制了連續(xù)薄膜的最小厚度。
[0051] 一些公開(kāi)的方法包括處理或沉積低能粒子以最小化不期望的注入效果。這里可利 用下面的構(gòu)造以解釋粒子的能量。在接地束粒子源的示例性情形下，粒子就在與未偏壓、未 充電的襯底表面相互作用之前的入射能量（V iJ是通過(guò)束電壓（或屏電壓）Vb和等離子體 電位Vp之和給出的，假設(shè)入射粒子是單原子、單帶電的離子。在這種情形下，注入能量（V imp) 與所描述的入射能量（ViJ相同。對(duì)于單帶電分子離子或簇團(tuán)的情形，假設(shè)一旦與襯底表面 上的原子相互作用，則分子軌道重疊導(dǎo)致分子（或簇團(tuán)）完全分裂成其組成原子物種。入 射動(dòng)能（v b+vp)減去分子或簇團(tuán)解離能隨后在每個(gè)原子"裂片"上根據(jù)其原始入射分子或簇 團(tuán)質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（質(zhì)量質(zhì)量被分割，以給出每個(gè)裂片的V imp。
[0052] 可選擇粒子的注入能量（選擇最大值）來(lái)將離子投射范圍約束表面之中小于若干 鍵長(zhǎng)的最大值。也可選擇粒子的注入能量（選擇最小值）以使其至少足以使表面能壘的穿 透性允許將粒子納入到表面中。由于所選擇的最小能量（足以使粒子穿透入襯底中），所以 層的生長(zhǎng)不是經(jīng)由典型的成核生長(zhǎng)機(jī)理完成的。所選的注入粒子能量的范圍使得至目標(biāo)原 子的動(dòng)能轉(zhuǎn)移要么不足以產(chǎn)生置換，或者平均起來(lái)總體地產(chǎn)生僅一個(gè)或兩個(gè)置換反應(yīng)，或 者足以允許插入到表面內(nèi)或離表面的若干鍵長(zhǎng)內(nèi)的距離。
[0053] -旦與襯底表面接觸，粒子可被分裂成較小的粒子。在這些情形下，粒子本身、這 些入射粒子的裂片或其某些組合可具有能量，即不大于IOOeV的注入能量。當(dāng)在本文中討 論注入能量時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，這些能量可指入射粒子、這些入射粒子因?yàn)槠渑c表面的相互作用 產(chǎn)生的裂片或其任意組合。在一些實(shí)施例中，所公開(kāi)的方法包括利用具有幾十（IOs)個(gè)電 子伏（eV)的注入能量的粒子。在一些實(shí)施例中，方法包括利用具有小于約IOOeV的注入能 量的粒子。在一些實(shí)施例中，方法包括利用具有不大于約SOeV的注入能量的粒子。在一些 實(shí)施例中，方法包括利用具有不大于約60eV的注入能量的粒子。在一些實(shí)施例中，方法包 括利用具有不大于約40eV的注入能量的粒子。在一些實(shí)施例中，方法包括利用具有不大于 約20eV的注入能量的粒子。在一些實(shí)施例中，方法包括利用具有從大約20eV至大約IOOeV 的注入能量的粒子。在一些實(shí)施例中，方法包括利用具有從大約20eV至大約SOeV的注入 能量的粒子。在一些實(shí)施例中，方法包括利用具有從大約20eV至大約60eV的注入能量的 粒子。在一些實(shí)施例中，方法包括利用具有從大約20eV至大約40eV的注入能量的粒子。
[0054] 所公開(kāi)的方法可從成核改變基本生長(zhǎng)機(jī)理，這依賴(lài)于表面遷移效果。基于成核的 方法一般在利用小于約20eV的入射能量的過(guò)程中（例如典型的濺射沉積方法從大約7eV 至大約15eV ;并且蒸鍍方法小于約IeV)。所公開(kāi)的方法通過(guò)至近表面區(qū)的注入而抑制了 遷移性。保持注入?yún)^(qū)為淺的以產(chǎn)生超薄更改的表面區(qū)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，利用低能入射 粒子，它在實(shí)踐中難以在有用的束通量下產(chǎn)生。傳統(tǒng)的低能注入仍然利用具有KeV能量的 粒子以取得可商用的束電流。所利用的粒子是相對(duì)大的分子或簇團(tuán)，以使裂片具有低能量； 例如硅摻雜。對(duì)于納米規(guī)模薄膜的功能設(shè)計(jì)，這種分裂過(guò)程不允許足夠的控制。因此，所公 開(kāi)的方法利用在少量分子上分割的非常低的入射能以取得可控制的、非常低的注入能量粒 子。
[0055] 粒子能量、束電流、束發(fā)散、電荷狀態(tài)和離子質(zhì)量的處理控制在傳統(tǒng)處理技術(shù)中一 般是靜態(tài)的。然而，可使用所選擇的束參數(shù)的變化以例如定制界面、具有和不具有樣本測(cè)向 運(yùn)動(dòng)的組成或損傷中心濃度分布。共同地，可通過(guò)在例如潤(rùn)滑設(shè)計(jì)應(yīng)用中在薄膜生長(zhǎng)期間 或之后適當(dāng)切換質(zhì)量過(guò)濾參數(shù)來(lái)取得可變摻雜的多層納米結(jié)構(gòu)或選擇深度或表面摻雜。
[0056] 可選步驟
[0057] 所公開(kāi)的方法也可包括其它可選步驟。這些可選步驟可利用多種技術(shù)改善低能處 理技術(shù)。也可利用這些可選步驟以提供具有前述"期望性質(zhì)"的離子。在利用這些可選步 驟以給予離子/中性粒子期望的性質(zhì)的一些實(shí)施例中，這些可選步驟一般在離子被引導(dǎo)通 過(guò)高長(zhǎng)寬比光柵前被執(zhí)行。一旦離子被中和，控制并因此性質(zhì)改性可能是困難的（如果不 是不可能的）。
[0058] 可選步驟的一個(gè)示例是離子的加速和/或減速，這在本文中可被稱(chēng)為"離子加 速-減速"方法。這種可選方法和/或步驟可在粒子束被中和之前執(zhí)行。這種粒子加速-減 速方法可通過(guò)質(zhì)量選擇、束調(diào)整和成形結(jié)合測(cè)角動(dòng)能處理來(lái)實(shí)現(xiàn)（通過(guò)目標(biāo)處理表面的測(cè) 角（角）配置的粒子束參數(shù)的協(xié)同實(shí)時(shí)變化（相對(duì)于束軸））以控制承擔(dān)處理現(xiàn)象的控制的 控制因數(shù)，例如納米材料和亞穩(wěn)表面材料的蝕亥IJ、界面納米設(shè)計(jì)、納米摻雜、表面納米設(shè)計(jì)。 離子加速-減速方法可避免低能量離子束傳輸效果和低能量下糟糕的離子源性能特性（例 如無(wú)法使用的低束電流）以改善處理控制。離子可在高能量下被加速和調(diào)整，并隨后就在 與襯底碰撞之前被減速至沖擊能。然而，低能量處理的存在限制可能極窄并且容易被破壞。
[0059] 在另一實(shí)施例中，可選擇地成形束。束的成形可發(fā)生在例如離子源或例如在質(zhì)量 選擇之后。在一些實(shí)施例中，窄的矩形或線(xiàn)形束可以是有利的形狀。另一有利方面是中性 粒子束本身是靜止的并且襯底可相對(duì)于束機(jī)械地被掃描。不管是成形、靜態(tài)入射還是獨(dú)立 襯底掃描都是奇諾測(cè)角（kinogoniometric)中性粒子處理中的重要方面。
[0060] 示例性系統(tǒng)
[0061]在這里公開(kāi)了方法和系統(tǒng)兩者。一般來(lái)說(shuō)，可通過(guò)獲得執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)所公開(kāi)的 方法步驟的組件來(lái)配置所公開(kāi)的系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，所公開(kāi)的系統(tǒng)可包括離子源、離子 光柵和高長(zhǎng)寬比光柵。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)也可包括可選的襯底保持器。類(lèi)似地，一些公 開(kāi)的系統(tǒng)可選地包括影響離子加速-減速、質(zhì)量選擇、束成形、束掃描、束脈沖發(fā)射的組件 或這些組件的多種組合。
[0062]圖3中可以看到包括示例性基本要素但不包括可用來(lái)執(zhí)行所公開(kāi)方法的示例性 系統(tǒng)或所公開(kāi)系統(tǒng)的詳細(xì)組件的示意圖。圖3中看到的示例性系統(tǒng)300包括：離子源310， 它可以例如是氣體離子源和/或固體離子源并可被偏壓（+ve)至離子撞擊電位（浮置）； 兩個(gè)離子光學(xué)組件320a、320b，它們?cè)谶@種情形下可以被例示為離子光學(xué)透鏡；以及高長(zhǎng) 寬比光柵330。該示例性系統(tǒng)也包括可選組件：高電壓（HV)離子提取透鏡315、質(zhì)量過(guò)濾器 315、束減速和成形離子光學(xué)組合件327以及襯底保持器340。偏壓的束線(xiàn)345可用來(lái)允許 離子正確地束傳輸通過(guò)系統(tǒng)。
[0063]在該公開(kāi)的系統(tǒng)中，為了克服起源于空間電荷擴(kuò)張的束傳遞困難，低能離子（經(jīng) 由315)被提取并從離子源（310)加速，所述離子源（310)在期望的目標(biāo)（襯底）撞擊電位 下被偏壓，并且低能離子被傳輸通過(guò)偏壓的束線(xiàn)345組合件以控制在束傳輸期間的空間電 荷擴(kuò)張效果。在（經(jīng)由325)進(jìn)行質(zhì)量過(guò)濾之后，離子（經(jīng)由327)被減速回到撞擊電位，并 且受控制的、低發(fā)散角射束被注入到高長(zhǎng)寬比中和器件（330)。所得到的中性粒子（原子、 分子或納米簇團(tuán)）束有效地維持前體離子束的能量和方向，并隨后被引導(dǎo)至襯底（340)?？?選的一組粒子偏向板也可被定位在高長(zhǎng)寬比中和器件之后并在襯底組合件之前。這類(lèi)粒子 偏向板可被靜電地充電以使任何電離粒子偏離束路徑。
[0064]優(yōu)勢(shì)/效果
[0065]所公開(kāi)的方法試圖隨著生長(zhǎng)繼續(xù)而將處理效果連續(xù)地約束至層的頂部幾個(gè)鍵長(zhǎng)。 這可最小化或消除注入粒子與襯底原子的非線(xiàn)形原子相互作用的效果（當(dāng)僅改變?nèi)肷浣?時(shí)這仍然存在）。圖4示出表面注入如何能夠通過(guò)插入和位移效應(yīng)調(diào)制表面密度。在一些 實(shí)施例中，在正形成含碳薄膜的情形下，這也可調(diào)制sp3鍵雜化。
[0066] 如圖4所示，表面注入可能因?yàn)槿舾蓹C(jī)理而變得復(fù)雜，包括濺射蝕刻、表面能壘的 穿透和離子反射。處理能量窗口可從這些效果的計(jì)算估計(jì)中估計(jì)得到。對(duì)于在碳或烴襯底 表面中植入碳的情形，尺寸效果有效地確定穿透的最小能量；這從碰撞橫截面的估計(jì)中被 估計(jì)為大約20-25eV。這接近于典型的原子置換能，該原子置換能對(duì)應(yīng)于離子束沉積（IBD) 濺射沉積技術(shù)的高能量尾部。從可能的表面原子注射機(jī)理的研究來(lái)看，可計(jì)算例如來(lái)自法 向入射的最大到達(dá)能量以避免生長(zhǎng)薄膜的過(guò)度濺射并基于濺射系統(tǒng)的能量依存性與預(yù)測(cè) 值進(jìn)行比較。濺射部分地定義用于表面下植入（SSP)技術(shù)的能量上限（在某些實(shí)施例中）。 兩種模型預(yù)測(cè)低于大約40-42eV的最小原子注入。實(shí)踐中，來(lái)自濺射結(jié)果的能量依存性的 預(yù)測(cè)指示在大約60eV下僅有大約10%表面濺射損失，從在一些實(shí)施例中，對(duì)處理上限設(shè)定 有效"零"的濺射損失估計(jì)。在其它實(shí)施例中，可容忍或甚至期望較大的濺射損失，例如在 本例中在80eV注入能量下大約30-40%。應(yīng)當(dāng)注意，前面討論的特定值應(yīng)用在碳的情形下； 然而這些考量適用于任何材料的實(shí)現(xiàn)。
[0067]所公開(kāi)的方法和系統(tǒng)可較為有利地提供受控的低能量、質(zhì)量過(guò)濾、電荷比控制、 用適當(dāng)束電流校準(zhǔn)的束粒子源用于測(cè)角動(dòng)能處理技術(shù)，例如2012年4月5日提交的題 為"METHOS OF FORMING LAYERS (形成層的方法）"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)13/440, 068和2012 年4月5日提交的題為"METHOS OF FORMING LAYERS(形成層的方法）''的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) 13/440, 073,這兩篇文獻(xiàn)的內(nèi)容被援引包含于此。此外，本文公開(kāi)的方法和系統(tǒng)可能是有利 的，例如推動(dòng)表面碰撞處理以實(shí)現(xiàn)表面、界面和近表面區(qū)受控制的納米設(shè)計(jì)。用途可包括例 如摻雜、缺陷形成、蝕刻、應(yīng)力控制、sp3/sp2比設(shè)計(jì)和界面設(shè)計(jì)。
[0068] 測(cè)角動(dòng)能處理可利用離子束參數(shù)的協(xié)調(diào)實(shí)時(shí)變化，其具有目標(biāo)處理表面的測(cè)角布 置（相對(duì)于束軸）。這些方法可例如有助于控制入射粒子是否"詢(xún)問(wèn)"表面或子表面原子， 并由此通過(guò)表面原子間電位或內(nèi)部"體積"原子間電位或這兩者與目標(biāo)原子或原子"鏈"相 互作用。這進(jìn)而可確定是否取得所期望的表面碰撞或表面碰撞順序、是否克服了對(duì)表面反 應(yīng)的勢(shì)壘或者是否取得了子表面穿透。例如，可使用與選擇值關(guān)聯(lián)的入射粒子能量或沖擊 角的范圍的具體分布以控制在例如摻雜濃度分布或在例如sp3/sp2深度分布中控制植入 原子的深度分布，或控制表面蝕刻處理。在測(cè)角動(dòng)能處理中，處理控制變量可根據(jù)處理控制 算法改變以控制例如粒子束參數(shù)（例如能量、束粒子密度等）相對(duì)于襯底與粒子束軸的幾 何布置（例如傾斜或極角）的變化，或反之亦然。
[0069]窄離子束一般被靜電地掃描到襯底表面上以產(chǎn)生均勻的離子劑量。這可導(dǎo)致進(jìn)入 離子與目標(biāo)原子的位置可變的角對(duì)齊，并因此導(dǎo)致碰撞動(dòng)能的變化，即使對(duì)固定襯底位置 和原子平滑表面來(lái)說(shuō)也是如此。此外，束掃描可產(chǎn)生位置入射能、動(dòng)能交換變化和位置可 變的束電流密度，即便對(duì)在靜態(tài)襯底上的離子源處的束能量和束離子電流的固定值也是如 此。許多這些效果也適用于掃描的中性粒子束。機(jī)械掃描技術(shù)與束成形方法結(jié)合能夠改善 由光點(diǎn)粒子束掃描所產(chǎn)生的若干潛在測(cè)角動(dòng)能處理變化效果。示例包括被形成為薄"槽" 狀均勻強(qiáng)度分布的粒子束，并且襯底沿垂直軸或水平軸相對(duì)于束軸進(jìn)行掃描以在襯底面積 之上取得總體均勻的照射。一些掃描系統(tǒng)可使用成形的靜態(tài)束外形結(jié)合襯底的高速方位角 旋轉(zhuǎn)再加上較慢的橫向或縱向掃描運(yùn)動(dòng)以獲得在襯底表面上的粒子輻射的均勻場(chǎng)。相比束 掃描技術(shù)，這些技術(shù)可允許在襯底上的恒入射面積粒子密度處理，即便襯底是傾斜的。在低 能納米設(shè)計(jì)離子束處理中，空間電荷效果尤為加重。對(duì)于給定的場(chǎng)自由束偏壓長(zhǎng)度和束電 流，對(duì)分子離子產(chǎn)生的束擴(kuò)張的一個(gè)示例示出于圖5。通過(guò)束掃描產(chǎn)生的場(chǎng)自由漂移路徑 (FFDP)的長(zhǎng)度變化不只是改變粒子入射角，還能造成入射束發(fā)散（通過(guò)可變路徑長(zhǎng)度和空 間電荷效應(yīng)）的顯著改變，所述入射束發(fā)散影響關(guān)鍵測(cè)角動(dòng)能處理變量，這些變量跨材料 處理平面也是不一致的。這可進(jìn)一步通過(guò)位置可變的粒子面密度（在恒定束電流下）復(fù)雜 化。這些效果可使用被設(shè)計(jì)成允許襯底在恒定FFDP和入射粒子面密度下的測(cè)角變量處理 的襯底運(yùn)動(dòng)通過(guò)靜態(tài)成形的粒子束一定程度地減輕。然而，源自短FFDP的低的、無(wú)法在實(shí) 踐中使用的低束電流密度和幾何限制可能約束低能離子束處理的商業(yè)應(yīng)用。所公開(kāi)的方法 和系統(tǒng)可提供低能中性束粒子處理，它不遭受來(lái)自這些空間充電誘發(fā)的限制并可能是在可 行束粒子（通量）密度下具有可行低能粒子處理的關(guān)鍵。
[0070]所公開(kāi)的方法和過(guò)程也可最小化或限制層形成的"不期望效果"至離表面第一少 量原子層的程度。本文公開(kāi)的方法和過(guò)程可被描述為將處理粒子（那些被注入、沉積或兩 者兼有的粒子）與下層子表面的相互作用限制于離表面僅幾個(gè)鍵長(zhǎng)。隨著生長(zhǎng)繼續(xù)，"少量 鍵長(zhǎng)"連續(xù)地移動(dòng)（朝向表面）。本文公開(kāi)的方法和過(guò)程也可被表征為：控制來(lái)自處理粒子 (那些正被沉積的粒子）的能量向表面或近表面區(qū)中的交換或耦合，以使下層材料不受有 害的影響。
[0071]本文描述的方法和過(guò)程可替代地被表征為：允許將入射物種插入到原子表面層 內(nèi)，直至離表面30A內(nèi)。在一些實(shí)施例中，所公開(kāi)的方法和過(guò)程可允許將入射物種插入到 原子表面層內(nèi)，直至離表面20A內(nèi)。在一些實(shí)施例中，所公開(kāi)的方法和過(guò)程可允許將入射 物種插入到原子表面層內(nèi)，直至離表面15A內(nèi)。在一些實(shí)施例中，所公開(kāi)的方法和過(guò)程可 允許將入射物種插入到原子表面層內(nèi)，直至離表面10人內(nèi)。短語(yǔ)"離表面的第一少量原子 層"或離表面的特定度量（例如"在離表面30A內(nèi)"）意在指近表面層最靠近沉積/注入表 面的頂部原子層。
[0072]可使用所公開(kāi)的方法和系統(tǒng)避免或最小化的不期望效果可包括例如損害中心或 具體地指置換原子；缺陷產(chǎn)生和重新結(jié)合、空位和反沖；以足以使沉積層與表面下層形成 界面的數(shù)量級(jí)的反沖混合；來(lái)自沉積離子的動(dòng)能熱耗散，這可能對(duì)來(lái)自層的期望特征（例 如含碳薄膜內(nèi)的sP3中心）進(jìn)行退火；濺射；入射粒子反射；生熱；以及注入（和本征）誘 發(fā)的缺陷，所述缺陷可能通過(guò)缺陷中心遷移增強(qiáng)局部誘導(dǎo)的應(yīng)變的熱弛豫，所述熱弛豫可 對(duì)來(lái)自層的期望性質(zhì)（例如含碳層內(nèi)的sp3中心）進(jìn)行退火；或前述任意組合。所公開(kāi)的 過(guò)程和方法可避免或最小化這些效果，可將它們約束至離表面的第一少量原子層，或兩者 兼有。
[0073] 入射超高溫粒子能通過(guò)或者插入到已有原子之間的位點(diǎn)和/或通過(guò)用未重新結(jié) 合的反沖原子的產(chǎn)生置換已有原子來(lái)穿透表面勢(shì)壘，以誘發(fā)原子密度的局部增加。局部原 子重構(gòu)和sp3鍵雜化可能發(fā)生以適應(yīng)不平衡超熱和置換粒子的存在以及結(jié)果導(dǎo)致的局部 扭曲/應(yīng)變。所公開(kāi)的方法可在包含在表面的若干鍵長(zhǎng)內(nèi)的非常薄層中實(shí)現(xiàn)這個(gè)。另外，可 調(diào)整能量以嘗試最小化瞬間重新結(jié)合和熱能產(chǎn)生，它們能分別用來(lái)湮滅或退火sp3中心。
[0074] 可選擇粒子的注入能量（選擇最大值）來(lái)將粒子投射范圍約束表面內(nèi)小于若干鍵 長(zhǎng)的最大值。也可選擇粒子的注入能量（選擇最小值）以使其至少足以穿透表面能壘，以 允許將粒子納入到表面中。由于所選擇的最小能量（足以使粒子穿透入襯底中），層的生長(zhǎng) 不是經(jīng)由典型的成核生長(zhǎng)機(jī)理完成的。所選的注入粒子能量的范圍使得至目標(biāo)原子的動(dòng)能 轉(zhuǎn)移要么不足以產(chǎn)生置換，要么平均起來(lái)以總體地產(chǎn)生僅一個(gè)或兩個(gè)置換反應(yīng)，或者足以 允許插入到表面內(nèi)或離表面的若干鍵長(zhǎng)內(nèi)的距離。
[0075] 由此，公開(kāi)了形成層的方法的實(shí)施例。上述實(shí)現(xiàn)以及其它實(shí)現(xiàn)落在所附權(quán)利要求 書(shū)的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明可利用除所公開(kāi)內(nèi)容之外的實(shí)施例來(lái)實(shí)施。所 公開(kāi)的實(shí)施例是為了說(shuō)明目的而不是限定目的給出。
【權(quán)利要求】
1. 一種形成層的方法，所述方法包括： 提供具有至少一個(gè)表面的襯底，所述至少一個(gè)表面上適于進(jìn)行沉積； 提供前體離子束，所述前體離子束包括離子； 中和所述前體離子束的至少一部分離子以形成中性粒子束，所述中性粒子束包括中性 粒子；以及 將所述中性粒子束引向所述襯底的表面， 其中所述中性粒子具有不大于IOOeV的注入能，并且所述粒子束的中性粒子在所述襯 底上形成層。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中和前體束的至少一部分離子的步驟 包括將所述前體粒子束引向金屬表面。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中和前體束的至少一部分離子的步驟 包括將所述前體離子束引向離子光柵以形成經(jīng)改性的前體粒子束。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述離子光柵包括三個(gè)單獨(dú)光柵，其中第三 光柵被電偏壓。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，還包括將所述經(jīng)改性的前體粒子束引向高 長(zhǎng)寬比光柵。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述中和前體束的至少一部分離子的步驟 包括質(zhì)量選擇技術(shù)以形成經(jīng)改性的前體粒子束。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括將所述經(jīng)改性的前體粒子束引向高 長(zhǎng)寬比光柵。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述高長(zhǎng)寬比光柵是電偏壓的。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粒子包括碳。
10. -種形成層的方法，所述方法包括： 提供具有至少一個(gè)表面的襯底，所述至少一個(gè)表面上適于進(jìn)行沉積； 提供前體離子束，所述前體離子束包括離子； 通過(guò)將前體離子束引向離子光柵以中和所述前體離子束的至少一部分離子，以形成經(jīng) 改性的前體粒子束；以及 將所述經(jīng)改性的前體粒子束引向高長(zhǎng)寬比光柵以形成中性粒子束；以及 將所述中性粒子束引向所述襯底的表面， 其中所述中性粒子具有不大于IOOeV的注入能，并且所述粒子束的中性粒子在所述襯 底上形成層。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述高長(zhǎng)寬比光柵是電偏壓的。
12. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述粒子包括碳。
13. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括在將前體離子束引向高長(zhǎng)寬比光 柵之前將所述前體離子束引向加速-減速模塊和/或束成形模塊。
14. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述前體粒子束的離子的至少大約95% 被中和以形成中性粒子束。
15. -種形成層的方法，所述方法包括： 提供具有至少一個(gè)表面的襯底，所述至少一個(gè)表面上適于進(jìn)行沉積； 提供前體離子束，所述前體離子束包括離子； 將所述前體離子束引向質(zhì)量選擇技術(shù)以形成經(jīng)改性的前體粒子束；以及 將所述經(jīng)改性的前體粒子束引向高長(zhǎng)寬比光柵以形成中性粒子束；以及 將所述中性粒子束引向所述襯底的表面， 其中所述中性粒子具有不大于IOOeV的注入能，并且所述粒子束的中性粒子在所述襯 底上形成層。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述離子源是窄束離子源。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述高長(zhǎng)寬比光柵是電偏壓的。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述前體離子束的離子和所述中性粒 子束的中性粒子兩者具有不大于約IOOeV的注入能。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述前體粒子束的離子的至少大約 95 %被中和以形成中性粒子束。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述粒子包括碳。
【文檔編號(hào)】H01J37/317GK104321459SQ201380012241
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月3日
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