JP2009135439A - アモルファスカーボン層の高温堆積のための方法 - Google Patents

アモルファスカーボン層の高温堆積のための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 改善されたステップカバレージを有するアモルファスカーボン膜を高温堆積するための方法を提供すること。
【解決手段】 一実施形態では、アモルファスカーボン膜を堆積するための方法は、処理チャンバに基板を準備し、５００℃よりも高い温度に上記基板を加熱し、上記加熱された基板を含む上記処理チャンバ内へ炭化水素化合物及び不活性ガスを含むガス混合物を供給し、上記加熱された基板上に、約１００メガパスカル（ＭＰａ）の引張力と約１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力との間の応力を有するアモルファスカーボン膜を堆積することを含む。
【選択図】 図２

Description

背景
発明の分野
[0001]本発明は、集積回路の製造に係り、基板上に物質を堆積するための処理に係る。より特定すると、本発明は、基板上にカーボン物質を堆積するための高温処理に係る。
背景技術の説明
[0002]集積回路は、単一チップに数百万というトランジスタ、キャパシタ及び抵抗を含むことのできる複合デバイスへと発展している。チップ設計のこのような発展は、絶えず、より高速な回路及びより高い回路密度を要求してきている。より高い回路密度を有するより高速な回路に対するこのような要求は、そのような集積回路を製造するのに使用される種々な物質に対してもそれに応じた種々な要求を課するものである。特に、集積回路構成部分の諸寸法がサブミクロンまで減ぜられてきている現在では、このような構成部分から適当な電気的性能を得るために、低抵抗率の導電性物質（例えば、銅）並びに低誘電率（約４より小さい誘電率）の絶縁物質を使用することが必要となっている。
[0003]より高い集積回路密度に対する要求は、集積回路構成部分の製造に使用される処理シーケンスにも種々な要求を課している。例えば、従来の写真平版印刷技法を使用する処理シーケンスにおいては、基板上に堆積された物質層のスタックの上にエネルギー感応レジスト層が形成される。このエネルギー感応レジスト層は、フォトレジストを形成するため、あるパターンの像に対して露出される。その後、このマスクパターンは、エッチング処理を使用してスタックの１つ以上の物質層へと転写されていく。このようなエッチング処理に使用される化学エッチング剤は、エネルギー感応レジストのマスクに対してよりも、スタックの物質層に対してより高いエッチング選択性を有するように選択されている。即ち、この化学エッチング剤は、エネルギー感応レジストよりも、物質スタックの１つ以上の層をより速い割合でエッチングしていく。レジストに対するよりもスタックの１つ以上の物質層に対するエッチング選択性をこのように高くすることにより、パターン転写の完了する前にそのエネルギー感応レジストが使い尽くされてしまわないようにすることができる。高い選択性のエッチング剤を使用することにより、より正確なパターン転写を行うことができる。
[0004]半導体デバイスを形成するのに使用される構造部の形状限界が技法の限界に逆らって押し広げられているので、それら構造部を製造するための正確なパターン転写のための必要性として、小さな微小寸法となり、高いアスペクト比とする難しさが増してきている。例えば、１９３ナノメータのレジスト層のようなエネルギー感応レジストの厚さは、パターン解像度を制御するため減ぜられている。このような薄いレジスト層（例えば、約２０００Åより薄い）は、化学エッチング剤により侵蝕されるためパターン転写ステップ中に下層の物質層をマスクするのに十分でないことがある。ハードマスクと称される中間層（例えば、酸窒化シリコン、炭化シリコン、カーボン膜）が、化学エッチング剤に対するより高い耐性のため、パターン転写を容易とするため、エネルギー感応レジスト層と下層の物質層との間に、しばしば使用される。約５：１のより大きいアスペクト比及び／又は約５０ナノメータより小さな微小寸法を有する構造部を形成するため物質をエッチングするとき、それら物質へパターンを転写するのに使用されるハードマスクは、相当の時間の間、アグレッシブエッチング剤に対して露出される。このようなアグレッシブエッチング剤に対する長い期間に亘る露出の後は、そのハードマスク層は、曲げられ、つぶされ、没落され、ねじられ、歪まされ又は変形させられてしまうことがあり、その結果として、パターン転写が不正確となってしまい、寸法制御が失われてしまうことがある。更に又、膜スタックの堆積膜及び／又はハードマスク層における応力により、応力誘導線エッジベンディング及び／又は線破損が生じてしまうことがある。
[0005]その上、膜スタックにおいて堆積されたハードマスク層及び隣接層に対して選択された物質の類似性のため、それらの間のエッチング特性もまた類似してくることがあり、その結果として、エッチング中の選択性が悪くなってしまうことがある。ハードマスク層と隣接層との間の選択性が悪くなると、ハードマスク層のプロフィールが非均一とされ、テーパ付けされ、変形されたものとなってしまうことがあり、それにより、パターン転写が不良となり、正確な構造寸法制御ができなくなってしまうことがある。
[0006]従って、当業分野において、ハードマスク層を堆積するための改良された方法が必要とされている。
概要
[0007]改善されたステップカバレージを有するアモルファスカーボン膜を高温堆積するための方法が提供される。一実施形態では、アモルファスカーボン膜を堆積するための方法は、処理チャンバに基板を準備するステップと、５００℃よりも高い温度に上記基板を加熱するステップと、上記加熱された基板を含む上記処理チャンバ内へ炭化水素化合物及び不活性ガスを含むガス混合物を供給するステップと、上記加熱された基板上に、約１００メガパスカル（ＭＰａ）の引張力と約１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力との間の応力を有するアモルファスカーボン膜を堆積するステップと、を含む。
[0008]別の実施形態では、アモルファスカーボン膜を堆積するための方法は、処理チャンバに、金属層を含まない膜スタックを有する基板を準備するステップと、上記処理チャンバ内へ、炭化水素化合物及びヘリウム又はアルゴンガスのうちの少なくとも１つから選択された不活性ガスを含むガス混合物を流し込むステップと、約５５０℃と約７５０℃との間の温度に上記基板を維持するステップと、上記加熱された基板上にアモルファスカーボン膜を堆積するステップと、を含み、不活性ガス流量は、１００メガパスカル（ＭＰａ）の引張力と約１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力との間の応力を上記堆積膜に生成するため、上記基板温度と整合するように選択されている。
[0009]別の実施形態では、アモルファスカーボン膜を堆積するための方法は、処理チャンバに、金属層を含まない膜スタックを有する基板を準備するステップと、上記処理チャンバ内へ、ヘリウム又はアルゴンガスのうちの少なくとも１つから選択された不活性ガス及びプロパン化合物又はアセチレン化合物のうちの少なくとも１つを含むガス混合物を流し込むステップと、約５５０℃と約７５０℃との間の温度に上記基板を維持するステップと、上記基板にアモルファスカーボン膜を堆積するステップと、を含み、上記不活性ガスの量及び上記基板温度は、上記堆積アモルファスカーボン膜に約１００メガパスカル（ＭＰａ）の引張力と約１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力との間の所定の応力レベルを生成するように選択されている。
[0010]本発明の前述したような特徴が達成され、詳細に理解できるように、概要について簡単に前述したような本発明について、添付図面に例示している実施形態に関して、以下より特定して説明する。
[0014]理解を容易とするため、図において共通な同一の要素を示すのに、可能な限り、同一の参照符号を使用している。１つの実施形態の要素及び特徴は、特に繰り返し述べなくとも、他の実施形態に効果的に使用することができるものと考えられる。
[0015]しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しているのであって、従って、本発明の範囲をそれに限定しようとしているものではなく、本発明は、均等の効果を発揮しうる他の実施形態を含みうるものであることに、注意されたい。
詳細な説明
[0016]本発明は、高い温度においてアモルファスカーボン膜を高温形成するための方法を提供する。一実施形態では、そのアモルファスカーボン膜は、ハードマスク層として使用するのに適したものである。このアモルファスカーボン膜は、高い処理温度、例えば、約５００℃よりも高い処理温度において炭化水素化合物及び不活性ガスを含むガス混合物を分解することにより堆積される。堆積中により高い処理温度を使用することにより、高密度、硬さ及び弾性率を維持しつつ低膜応力のような望ましい機械的特性を有するアモルファスカーボン膜を与えることができ、これにより、その後のエッチング処理のため他の物質層に対する高い膜選択性が与えられる。更に又、高温で堆積されたアモルファスカーボン膜は、写真平版印刷パターン形成処理のために有利な望ましい範囲の屈折率（ｎ）及び吸収係数（ｋ）のような望ましい光膜特性を与えることもできる。
[0017]図１は、本発明の実施形態に従ってアモルファスカーボン層堆積を行うのに使用することができる基板処理システムの概略図である。本発明を実施するのに使用される基板処理システム１３２の一実施例の詳細については、Salvador氏等に２００２年４月２日に発行され同一人に譲渡された米国特許第６，３６４，９５４号明細書に記載されており、この米国特許明細書の記載はここに援用される。本発明を実施するのに使用されるシステムの他の実施例としては、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録名）、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ５０００（登録名）及びＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録名）堆積システムがあり、これらは、全てカリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手できるものである。他の製造者から入手できるような他の処理システムを含めてその他の処理システムも、本発明を実施するのに適応できると考えられる。
[0018]この処理システム１３２は、ガスパネル１３０及びコントローラ１１０に結合された処理チャンバ１００を含む。処理チャンバ１００は、一般的には、内部空間１２６を画成する上部１２４、側部１０１及び底壁部１２２を含む。このチャンバ１００の内部空間１２６には、支持ペデスタル１５０が設けられている。このペデスタル１５０は、アルミニウム、セラミック、及びその他の適当な材料で形成することができる。一実施形態では、ペデスタル１５０は、ペデスタル１５０に熱的損傷を生ぜしめることなくプラズマ処理環境のような高温環境において使用するのに適した材料である、窒化アルミニウムのようなセラミック材料で形成される。このペデスタル１５０は、リフト機構（図示せず）を使用してチャンバ１００の内側で垂直方向に移動される。
[0019]ペデスタル１５０は、このペデスタル１５０上に支持される基板１９０の温度を制御するのに適した埋め込みヒータ素子１７０を含むことができる。一実施形態では、ペデスタル１５０は、電力供給源１０６から電流をヒータ素子１７０へ加えることにより抵抗加熱される。一実施形態では、ヒータ素子１７０は、ニッケル−鉄−クロム合金（例えば、ＩＮＣＯＬＯＹ（登録名））シーズチューブに封入されたニッケル−クロムワイヤで形成されている。電力供給源１０６から供給される電流は、ヒータ素子１７０により発生される熱を制御して、膜堆積中に基板１９０及びペデスタル１５０を実質的に一定の温度に維持するように、コントローラ１１０により調整される。その供給電流は、ペデスタル１５０の温度を、５００℃より高いような、約１００℃と約７８０℃との間の温度に選択的に制御するように調整することができる。
[0020]従来の仕方によりペデスタル１５０の温度を監視するため支持ペデスタル１５０に、熱電対のような温度センサ１７２を埋め込むことができる。その測定温度は、基板を望ましい温度に維持するため、加熱素子１７０へ供給される電力を制御するのにコントローラ１１０によって使用される。
[0021]真空ポンプ１０２が、チャンバ１００の壁部に形成されたポートに結合される。この真空ポンプ１０２は、処理チャンバ１００に望ましいガス圧力を維持するのに使用される。この真空ポンプ１０２は、処理後ガス及び処理副生物をチャンバ１００から排気することもする。
[0022]複数の開口１２８を有するシャワーヘッド１２０が、基板支持ペデスタル１５０の上方で処理チャンバ１００の上部１２４に結合される。シャワーヘッド１２０の開口１２８は、処理ガスをチャンバ１００内へ導入するのに使用される。これら開口１２８は、種々異なる処理要件に対して種々な処理ガスを流すため、種々異なるサイズ、数、分布、形状、構造及び直径を有することができる。シャワーヘッド１２０は、処理中に内部空間１２６へ種々なガスを供給できるようにするガスパネル１３０に接続されている。基板１９０の表面１９１に物質を堆積させる処理ガスの熱分解を増強するため、シャワーヘッド１２０から出された処理ガス混合物からプラズマが形成される。
[0023]シャワーヘッド１２０及び基板支持ペデスタル１５０は、内部空間１２６における１対の離間電極として形成することができる。１つ以上の高周波源１４０により、整合回路網１３８を通してバイアス電位がシャワーヘッド１２０へ与えられ、シャワーヘッド１２０とペデスタル１５０との間にプラズマを生成することができる。別の仕方として、高周波電力源１４０及び整合回路網１３８は、シャワーヘッド１２０に結合することもでき、基板ペデスタル１５０に結合することもでき、又は、シャワーヘッド１２０及び基板ペデスタル１５０の両方に結合することもでき、又は、チャンバ１００の外部に配設されたアンテナ（図示せず）に結合することもできる。一実施形態では、高周波源１４０は、約３０ｋＨｚから約１３．６ＭＨｚまでの周波数で約５００ワットと約３０００ワットとの間の電力を与えることができる。
[0024]コントローラ１１０は、処理シーケンスを制御し且つガスパネル１３０からのガス流を調整するのに使用される中央処理装置（ＣＰＵ）１１２、メモリ１１６及び支援回路１１４を含む。ＣＰＵ１１２は、工業設定において使用される任意の形式の汎用コンピュータプロセッサであってよい。ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、フロッピー又はハードディスクドライブ、又はその他の形式のデジタル記憶装置のようなメモリ１１６に、ソフトウエアルーチンを記憶させておくことができる。支援回路１１４は、従来のようにＣＰＵ１１２に結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力システム、電力供給源等を含むことができる。図１に幾つかが示されていて、まとめて信号バス１１８と称されているような種々な信号バスを通して、制御装置１１０と処理システム１３２の種々な構成部分との間の双方向通信が行われる。
[0025]図２は、本発明の一実施形態によりアモルファスカーボン膜を堆積するための方法２００の処理フロー図を例示している。図３Ａから図３Ｃは、この方法２００により堆積されたハードマスク層として使用するためのアモルファスカーボン膜を堆積するシーケンスを例示する概略断面図である。
[0026]この方法２００は、ステップ２０２で始まり、このステップにおいて、処理チャンバに基板を準備する。その処理チャンバは、図１に示されたような処理チャンバ１００であってよい。他の製造者から入手できるようなものを含めて他の処理チャンバを使用することもできると考えられる。基板１９０は、図３Ａに示されるように、物質層３０２を堆積させているものでもよい。この基板１９０は、実質的に平坦な表面を有するものであっても、又は、平らでない表面を有するものであっても、又は、そこにある構造部を形成した実質的に平坦な表面を有するものであってもよい。一実施形態では、物質層３０２は、ゲート構造部、コンタクト構造部又はシャドウトレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造部を形成するのに使用される膜スタックの部分であってよい。このような物質層３０２がないような実施形態では、これら構造部は、基板１９０において直接的に形成することができる。
[0027]一実施形態では、物質層３０２は、ゲート電極を形成するのに使用されるシリコン層である。別の実施形態では、この物質層３０２は、酸化シリコン層、シリコン層上に堆積された酸化シリコン層を含むことができる。更に別の実施形態では、この物質層３０２は、半導体デバイスを製造するのに使用される他の誘電体物質の１つ以上の層を含むことができる。更に別の実施形態では、この物質層３０２は、金属層を含まないものとすることができる。
[0028]ステップ２０４において、基板は、約５００℃と約７５０℃との間のような、約５００℃より高い温度に維持される。ガス混合物の分解の反応挙動を制御するため、従来の堆積処理よりも高い温度に維持される。従来の堆積処理は、典型的には、約４５０℃よりも低い温度において行われる。従来の理解では、４５０℃より高い基板温度を使用すると、堆積速度がより低くなり、基板の表面に亘る膜均一性が悪くなり、従って、生産スループットがより低くなってしまい、膜特性もより望ましくないものとなってしまうと考えられていた。更に又、過度に高い処理温度とすると、このタイプの処理に使用される大抵の従来の支持ペデスタルが損傷させられてしまい、そのペデスタルの寿命が減少させられてしまい、処理汚染の原因となる粒子生成も増大する可能性があると考えられていた。しかしながら、以下に更に説明するように、注意深く選択したガス混合物と共に５００℃より高い注意深く選択された基板温度を使用することにより、望ましい膜堆積速度を維持し且つ基板内膜均一性を維持しつつ効果的な膜特性及び選択性を有する膜とすることができるような処理ウインドウを作り出すことができることが見出されたのである。
[0029]ステップ２０６において、ガス混合物が、ガスパネル１３０からシャワーヘッド１２０を通して処理チャンバ１００内へ流し込まれる。このガス混合物は、少なくとも炭化水素化合物及び不活性ガスを含む。一実施形態では、炭化水素化合物は、配合式ＣｘＨｙを有する。ここで、ｘは、１と１２との間の範囲を有し、ｙは、４と２６との間の範囲を有する。より詳細には、脂肪族炭化水素として、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、へプタン、オクタン、ノナン、デカン等のようなアルカン、プロペン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンテン等のようなアルケン、ヘキサジエン、ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン等のようなジエン、アセチレン、ビニルアセチレン等のようなアルキンがある。脂環式炭化水素として、例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロペンタジエン、トルエン等がある。芳香族炭化水素として、例えば、ベンゼン、スチレン、トルエン、キシレン、ピリジン、エチルベンゼン、アセトフェノン、安息香酸メチル、酢酸フェニル、フェノール、クレゾール、フラン等がある。更に又、α-テルピネン、サイメン、１，１，３，３，-テトラメチルブチルベンゼン、ｔ-ブチルエーテル、ｔ-ブチルエチレン、メチル-メタクリレート、及びｔ-ブチルフルフリルエーテルもまた使用することができる。更に又、α-テルピネン、サイメン、１，１，３，３，-テトラメチルブチルベンゼン、ｔ-ブチルエーテル、ｔ-ブチルエチレン、メチル-メタクリレート、及びｔ-ブチルフルフリルエーテルを選択することもできる。ある典型的な実施形態では、炭化水素化合物は、プロペン、アセチレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、トルエン、α-テルピネンである。ある特定の実施形態では、炭化水素化合物は、プロペン（Ｃ３Ｈ６）又はアセチレンである。
[0030]別の仕方として、１つ以上の炭化水素化合物を、処理チャンバへ供給されたガス混合物の炭化水素化合物と混ぜることができる。２つ以上の炭化水素化合物の混合物を、アモルファスカーボン物質を堆積するのに使用することができる。
[0031]アルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）のような不活性ガスが、処理チャンバ１００へのガス混合物で供給される。アモルファスカーボン層の密度及び堆積速度を制御するのに、窒素（Ｎ２）及び一酸化窒素（ＮＯ）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）及び窒素（Ｎ２）の混合物、又はそれらの組合せを使用することもできる。堆積アモルファスカーボン層の水素比（例えば、炭素対水素比）を制御するのに、Ｈ２及び／又はＮＨ３を添加して使用することもできる。アモルファスカーボン膜に存在する水素比により、反射率のような層特性を制御することができる。
[0032]一実施形態では、アルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）のような不活性ガスが、プロペン（Ｃ３Ｈ６）又はアセチレンのような炭化水素化合物と共に、アモルファスカーボン膜を堆積するため処理チャンバ内へ供給される。ガス混合物に与えられている不活性ガスは、形成された層の屈折率（ｎ）及び吸収係数（ｋ）、硬さ、密度及び弾性率のような、堆積直後の層の光学的及び機械的特性の制御を助成する。例えば、プラズマ堆積中に、ガス混合物において供給された炭化水素化合物は、炭素イオン及び水素イオンとして解離する。堆積膜に存在する水素比は、光学的及び機械的特性に影響を及ぼす。プラズマ解離ガス混合物において与えられる、Ａｒ又はＨｅ原子のような原子は、ガス混合物においてある特定の運動量を生成し、プラズマ衝撃の可能性を増大させ、従って、膜結合形成から水素原子を追いやってしまう。従って、膜形成のためにガス混合物に含まれるイオンは、ほとんど炭素イオンとなり、炭素と炭素の二重結合形成の可能性が増大され、その形成された層の吸収係数（ｋ）がより高くなり、例えば、透過性がより低くなり、硬さ、密度及び弾性率がより高くなる。更に又、より高い堆積温度によっても、炭素と炭素の二重結合形成の可能性が増大されるので、堆積された膜の光学的及び機械的特性を調整するための別の代替方法を与えることができる。このように、形成される堆積膜に含まれる水素比を制御することにより、堆積膜の光学的及び機械的特性を効率良く制御し調整することができる。
[0033]ステップ２０８において、図３Ｂに示されるように、５００℃より高く制御された基板温度で高周波プラズマの存在下で、物質層３０２上に及び／又は基板１９０上に、アモルファスカーボン膜３０４が堆積される。前述したように、ガス混合物における炭化水素化合物は、比較的に高い温度で分解し、広範囲に分解し熱分解した炭化水素化合物からの炭素及び水素原子の間の結合を可能とする。従って、実質的に分解した炭素及び水素原子は、ガス混合物から生成されたプラズマにより再編成され再配列され、それにより、基板表面に均一に徐々に吸収され、基板１９０上にアモルファスカーボン膜３０４を形成する。基表面に吸収された無秩序な又は配向されていない原子があると、しばしば、膜構造が不良となり固有膜応力が生じてしまう。固有膜応力が生ずると、膜ボイド、クラック、ボーイング及びヒルロックが生じてしまい、平版印刷処理中の特徴部転写に相当な影響が及ぼされてしまい、その後のエッチング処理中にパターン形成線ベンディング又は線切断が生じてしまう。更に又、形成されたアモルファスカーボン膜のこのような固有膜応力が存在すると、基板１９０に形成された隣接層の間の応力不一致が生じ、それにより、膜クラック又は膜構造部ベンディング及び変形が生じてしまう。堆積処理中に処理ガスの適切な組合せの下で５００℃より高い範囲に基板温度を上昇させることにより、炭化水素化合物からの炭素及び水素原子は、実質的に分解され再構成されて、アモルファスカーボン膜３０４の炭素原子の秩序及び格子を再配列させ、低応力膜を有する実質的に平坦な表面を生成することができる。このようにして、炭素原子は、より秩序だった均一な仕方において基板表面上に堆積させられるのである。
[0034]一実施形態では、堆積されたアモルファスカーボン膜３０４の応力は、零に近いのが望ましく、例えば、非圧縮性又は非引張性膜の実質的に平らな表面であるのが望ましい。堆積処理中に過度に高い処理温度及び過度に高い高周波電力を使用すると、その堆積されたカーボン膜が過度に引張性又は圧縮性のものとされてしまい、これが、その後のエッチング及び堆積処理中に線ベンディング、応力不一致及び／又は膜クラックが生ずる要因となってしまうことがある。カーボン膜に形成される望ましい膜応力は、約１００メガパスカル（ＭＰａ）の引張力と約１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力との間である。所定の基板処理温度に対して不活性ガスの適量を注意深く選定することにより、このような望ましい応力範囲にある膜応力を有するアモルファスカーボン膜を得ることができる。基板処理温度と不活性ガス流量とのこのような組合せにより与えられる処理ウインドウによれば、応力、機械的及び光学的膜特性の望ましい組合せを生成することもできる。例えば、不活性ガス流量を高くし過ぎると、堆積膜が圧縮性になり過ぎると同時に、不活性ガスが無かったり不活性ガス流量を低くし過ぎると、膜の均一性が不良とされ、ｎ／ｋ値が望ましくないものとされてしまう。温度が高いほど、一般的には、膜応力をより低くすることができ、従って、処理を平衡させ堆積膜の応力を零に近づけるために使用される基板温度に応じて不活性ガスの割合を減ずることができる。
[0035]更に又、ガス混合物に不活性ガスを加えることにより、プラズマにより解離された水素原子が、そのガス混合物から効率良く駆動され追いやられ、それにより、堆積アモルファスカーボン膜における炭素と炭素との結合が増強される。このように炭素と炭素との結合が増強されると、硬さ、弾性率及び密度のような機械的特性がより強化され、それにより、その後のエッチング処理中のプラズマ侵蝕に対する高い耐性を有し且つ高い選択性を有する堆積アモルファスカーボン膜３０４を与えることができる。その上、ガス混合物において供給される不活性ガスの量を調整することにより、膜応力及びエッチング選択性を望ましい範囲に維持しつつ、形成カーボン膜３０４の光学的特性、例えば、屈折率（ｎ）及び吸収係数（ｋ）を望ましい範囲において得ることもできる。別の仕方として、異なる処理要件を満足するように異なる数の炭素原子及び水素原子及び／又は炭素原子と水素原子との異なる比率を有するような異なる炭化水素化合物を選択することにより、異なる光学的及び機械的特性を有する堆積カーボン膜を得ることもできる。
[0036]一実施形態では、堆積アモルファスカーボン膜の吸収係数（ｋ）は、約６３３ナノメータの波長で約０．２と約１．８との間に制御され、又、約１９３ナノメータの波長で約０．３と約０．６との間に制御される。
[0037]一実施形態では、アモルファスカーボン膜３０４の吸収係数は、堆積温度の関数として変化させることもできる。詳述するに、温度を増大させるにつれて、堆積層の吸収係数（ｋ）も同様に増大する。従って、堆積カーボン膜が望ましい範囲の応力、屈折率（ｎ）及び吸収係数（ｋ）を有するように調整するのに、処理温度と、ガス混合物において供給される不活性ガスと炭化水素化合物との比と、の組合せを適切に選択して使用することができる。
[0038]処理温度が、約５５０℃と約７５０℃との間のように、約５００℃より高い温度に制御されるような一実施形態では、プロペン（Ｃ３Ｈ６）のような炭化水素化合物が、約４００sccｍと約２０００sccｍとの間のように、約２００sccｍと約３０００sccｍとの間の割合でガス混合物において供給される。Ａｒガスのような不活性ガスが、約１２００sccｍと約８０００sccｍとの間のように、約２００sccｍと約１００００sccｍとの間の割合でガス混合物において供給される。
[0039]堆積中に、処理温度を必要に応じて調整することができる。３００ｍｍ基板を処理するのに適した一実施形態では、８００ワットから約１６００ワットまでの間のように約４００ワットから約２０００ワットまでの間の高周波ソース電力、又は、約１．３５ワット／ｃｍ２と約２．３５ワット／ｃｍ２との間の電力密度が、ガス混合物から形成されるプラズマを維持するのに加えられる。処理圧力は、約２トールから約１２トールまで、例えば、約４トールから約９トールまでのように、約１トールから約２０トールまでに維持される。基板とシャワーヘッドとの間の間隔は、約２００ミルから約１０００ミルまでに制御される。本発明を実施するのに使用することのできるアモルファスカーボン膜を堆積するための処理パラメータの他の実施例の詳細については、Seamaons氏等による２００５年１２月２９日に公開され同一人に譲渡された米国特許出願公開第２００５／０２８７７７１号明細書及びPadhi氏等による２００６年６月２８日に出願された米国特許出願第１１／４２７，３２４号（代理人管理番号１０８４７）明細書に記載されており、これら明細書の記載はここに援用される。
[0040]本方法２００は、半導体デバイス製造処理において金属化処理の前にフロントエンド処理（ＦＥＯＬ）において使用される処理のために特に適している。適当なフロントエンド処理（ＦＥＯＬ）としては、ゲート製造適用例、コンタクト構造部適用例、シャドウトレンチアイソレーション（ＳＴＩ）処理等がある。
[0041]アモルファスカーボン膜３０４がエッチストップ層として使用され又は異なる処理目的で異なる膜として使用されるような実施形態では、その膜の機械的又は光学的特性は、その特定の処理目的に十分に合うように調整される。例えば、アモルファスカーボン膜３０４がエッチストップ層として使用されるような実施形態では、その膜の機械的特性は、下層のオーバエッチングを防止するような高い選択性を与えるように、その光学的特性よりも重きを置かれ、又、その逆も同じである。
[0042]アモルファスカーボン膜３０４がハードマスク層として使用されるような特定の実施形態では、そのアモルファスカーボン膜３０４が基板１９０上に堆積された後、（図３Ｃにおいて仮想的に示された）任意的なキャップ層３０６がそのアモルファスカーボン膜３０４上に堆積させられる。この任意的なキャップ層３０６は、アモルファスカーボン膜３０４と一緒になって、レジスト層がそのキャップ層３０６上に堆積されるときに、平版印刷処理を行い易くするための反射防止膜として作用する。この任意的なキャップ層３０６の適当な材料としては、シリコン、酸化シリコン、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）及びその他の材料がある。このアモルファスカーボン膜３０４は、深紫外線（ＤＵＶ）平版印刷、極紫外線（ＥＵＶ）平版印刷、浸漬平版印刷又はその他の適当な平版印刷技法に使用することができる。
[0043]従って、望ましい機械的膜特性及び光学的膜特性の両方を有するアモルファスカーボン膜を堆積するための方法は、高温堆積処理を使用することにより与えられる。この方法は、アモルファスカーボン膜の応力、硬さ、弾性率及び密度のような機械的特性を改善するのにも効果的である。そのようにカーボン膜の機械的特性が改善されると、その後の平版印刷処理のために屈折率（ｎ）及び吸収係数（ｋ）のような光学的膜特性を望ましい範囲に維持しつつ、その後のエッチング処理のために高い膜選択性を与えることができる。
[0044]本発明の種々な実施形態について前述してきたのであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、本発明の他の更なる実施形態が考えられるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって決定されるものである。
本発明の実施のために使用することのできる装置の概略図を示している。 本発明の一実施形態による堆積処理の処理フロー図を示している。 図２の方法により堆積されるアモルファスカーボン層を組み入れる基板構造部の概略断面図のシーケンスを示している。 図２の方法により堆積されるアモルファスカーボン層を組み入れる基板構造部の概略断面図のシーケンスを示している。 図２の方法により堆積されるアモルファスカーボン層を組み入れる基板構造部の概略断面図のシーケンスを示している。
符号の説明
１００…処理チャンバ、１０１…側部、１０２…真空ポンプ、１０６…電力供給源、１１０…コントローラ、１１２…ＣＰＵ、１１４…支援回路、１１６…メモリ、１１８…信号バス、１２０…シャワーヘッド、１２２…底壁部、１２４…上部、１２６…内部空間、１２８…開口、１３０…ガスパネル、１３２…基板処理システム、１３８…整合回路網、１４０…高周波源、１５０…支持ペデスタル、１７０…ヒータ素子、１７２…温度センサ、１９０…基板、１９１…表面、２００…方法、２０２…ステップ、２０４…ステップ、２０６…ステップ、２０８…ステップ、３０２…物質層、３０４Ａ…膜、３０４Ｂ…膜、３０４Ｃ…膜、３０６…任意的なキャップ層

Claims (15)

  1. アモルファスカーボン膜を堆積するための方法において、
    処理チャンバに基板を準備するステップと、
    ５００℃よりも高い温度に上記基板を加熱するステップと、
    上記加熱された基板を含む上記処理チャンバ内へ炭化水素化合物及び不活性ガスを含むガス混合物を供給するステップと、
    上記加熱された基板上に、約１００メガパスカル（ＭＰａ）の引張力と約１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力との間の応力を有するアモルファスカーボン膜を堆積するステップと、
    を備えた方法。
  2. 上記炭化水素化合物は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、へプタン、オクタン、ノナン、デカン、プロペン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンテン、ヘキサジエン、ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン、アセチレン、ビニルアセチレン、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロペンタジエン、トルエン、ベンジエン、スチレン、トルエン、キシレン、ピリジン、エチルベンジエン、アセトフェノン、安息香酸メチル、酢酸フェニル、フェノール、クレゾール、フラン、α-テルピネン、サイメン、１，１，３，３，-テトラメチルブチルベンジエン、ｔ-ブチルエーテル、ｔ-ブチルエチレン、メチル-メタクリレート、ｔ-ブチルフルフリルエーテル、α-テルピネン、サイメン、１，１，３，３，-テトラメチルブチルベンジエン、ｔ-ブチルエーテル、ｔ-ブチルエチレン、メチル-メタクリレート、及びｔ-ブチルフルフリルエーテルのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 上記炭化水素化合物は、プロペン又はアセチレンのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
  4. 上記基板を加熱するステップは、更に、
    上記基板温度を約５５０℃と約７５０℃との間に維持する段階を含む、請求項１に記載の方法。
  5. 上記処理チャンバ内へ上記ガス混合物を供給するステップは、更に、
    約２００sccｍと約３０００sccｍとの間の流量で上記炭化水素化合物を流す段階と、
    約２００sccｍと約１００００sccｍとの間の流量で上記不活性ガスを流す段階と、
    を含む、請求項１に記載の方法。
  6. 上記不活性ガスは、Ａｒ又はＨｅのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。
  7. 上記アモルファスカーボン膜を堆積するステップは、更に、
    上記基板温度に応じて上記処理チャンバへ与えられる不活性ガスの割合を選択する段階を含む、請求項１に記載の方法。
  8. 上記アモルファスカーボン膜を堆積するステップは、更に、
    上記ガス混合物を付勢するために４００ワットと２０００ワットとの間の高周波ソース電力を加える段階を含む、請求項１に記載の方法。
  9. アモルファスカーボン膜を堆積するための方法において、
    処理チャンバに、金属層を含まない膜スタックを有する基板を準備するステップと、
    上記処理チャンバ内へ、炭化水素化合物及びヘリウム又はアルゴンガスのうちの少なくとも１つから選択された不活性ガスを含むガス混合物を流し込むステップと、
    約５５０℃と約７５０℃との間の温度に上記基板を維持するステップと、
    上記加熱された基板上にアモルファスカーボン膜を堆積するステップと、
    を備え、不活性ガス流量は、１００メガパスカル（ＭＰａ）の引張力と約１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力との間の応力を上記堆積膜に生成するため、上記基板温度と整合するように選択される、方法。
  10. 上記炭化水素化合物は、プロパン又はアセチレンのうちの少なくとも１つである、請求項９に記載の方法。
  11. 上記処理チャンバ内へ上記ガス混合物を流し込むステップは、更に、
    約２００sccｍと約３０００sccｍとの間の流量で上記炭化水素化合物を流す段階と、
    約２００sccｍと約１００００sccｍとの間の流量で上記不活性ガスを流す段階と、
    を含む、請求項９に記載の方法。
  12. 上記アモルファスカーボン膜を堆積するステップは、更に、
    上記ガス混合物を付勢するために４００ワットと２０００ワットとの間の高周波ソース電力を加える段階を含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 上記基板上にアモルファスカーボン膜を堆積するステップは、更に、
    約２トールと約１０トールとの間の範囲に処理圧力を維持する段階を含む、請求項９に記載の方法。
  14. 上記膜スタックは、ゲート構造部、コンタクト構造部又はシャドウトレンチアイソレーション構造部を形成するのに適している、請求項９に記載の方法。
  15. アモルファスカーボン膜を堆積するための方法において、
    処理チャンバに、金属層を含まない膜スタックを有する基板を準備するステップと、
    上記処理チャンバ内へ、ヘリウム又はアルゴンガスのうちの少なくとも１つから選択された不活性ガス及びプロパン化合物又はアセチレン化合物のうちの少なくとも１つを含むガス混合物を流し込むステップと、
    約５５０℃と約７５０℃との間の温度に上記基板を維持するステップと、
    上記基板にアモルファスカーボン膜を堆積するステップと、
    を備え、上記不活性ガスの量及び上記基板温度は、上記堆積アモルファスカーボン膜に約１００メガパスカル（ＭＰａ）の引張力と約１００メガパスカル（ＭＰａ）の圧縮力との間の所定の応力レベルを生成するように選択される、方法。
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