JP2013526061A - スタック欠陥率を改善するアモルファスカーボン堆積法 - Google Patents

スタック欠陥率を改善するアモルファスカーボン堆積法 Download PDF

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Abstract

本明細書に記載の実施形態は、半導体基板内の特徴をパターニングおよびエッチングするための材料およびプロセスに関する。一実施形態において、基板上のスタック欠陥率を改善するための複合アモルファスカーボン層を形成する方法が提供される。方法は、プロセスチャンバ内に基板を配置すること、プロセスチャンバ内に炭化水素源ガスを導入すること、プロセスチャンバ内に希釈源ガスを導入すること、プロセスチャンバ内にプラズマ開始ガスを導入すること、プロセスチャンバ内でプラズマを生成すること、基板上にアモルファスカーボン開始層を形成することであって、炭化水素源ガスの体積流量の、希釈源ガスの体積流量に対する比が１：１２以下であること、アモルファスカーボン開始層上にバルクアモルファスカーボン層を形成することであって、バルクアモルファスカーボン層を形成するために使用される炭化水素源ガスの体積流量の、希釈源ガスの体積流量に対する比が１：６以上であることにより、複合アモルファスカーボン層が形成されることを含む。

Description

本発明の実施形態は、集積回路の製造に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、半導体基板内の特徴をパターニングおよびエッチングするための材料およびプロセスに関する。
集積回路の形状寸法は、数十年前にそのようなデバイスが最初に導入されて以来、サイズが劇的に縮小してきた。そのとき以来、集積回路は、一般的に２年／半分サイズルール（しばしばムーアの法則と呼ばれる）にしたがっており、これは、チップ上のデバイスの数が２年ごとに２倍になることを意味する。今日の製造設備は、サブ６５ｎｍさらにはサブ４５ｎｍ特徴サイズさえも有するデバイスを日常的に製造しており、将来の設備は、さらに小さな特徴サイズを有するデバイスを、すぐに製造することになる。
デバイスの形状寸法が継続して減少することによって、半導体基板上でナノメートルスケールの距離で分離されるナノメートルスケールの特徴を形成する方法の要望が生じた。最小特徴サイズが減少するにつれて、半導体産業は、現在のリソグラフィプロセスで近づく光学的解像度の限界に起因して、サブ３２ｎｍパターニングの制限に面している。基板上の特徴またはデバイス間の距離を減らすために開発された１つの方法としては、パターンを基板に移送するために使用される、ハードマスク層のダブルパターニングが挙げられる。
ダブルパターニングの１つの種類としては、従来型のリソグラフィ技法を使用するコアパターンを印刷することと、その後に続く、コア特徴の周りに共形のスペーサを次いで堆積することが挙げられる。スペーサの堆積に続いて、様々な方法を適用して、コアのパターン密度の２倍となるパターン密度を達成することができる。
ダブルパターニングの１つのバージョンでは、コアパターニング材料として、ポリシリコンが選択される。しかし、ポリシリコンは、後続の膜層の堆積後により大きなサイズの欠陥へとデコレーションされる、大きな表面粗さを有する。仮にこれらの欠陥が３２ｎｍノードで無視されると、これらの欠陥は潜在的に、壊れたパターンおよびブリッジしたラインなどの典型的には命取りとなる欠陥をもたらす、リソグラフィおよびパターニング欠陥の原因となる。この現象は、「スタック欠陥率」として知られ、ポリシリコン基板に限定されない。
したがって、デコレーション効果を最小化し、それによってスタック欠陥率を著しく減少させる、半導体基板内の特徴をパターニングしエッチングするための材料およびプロセスが必要である。
本発明の実施形態は、集積回路の製造に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、半導体基板内の特徴をパターニングおよびエッチングするための材料およびプロセスに関する。一実施形態において、基板上のスタック欠陥率を改善するための複合アモルファスカーボン層を形成する方法が提供される。方法は、基板を含むプロセスチャンバ内に炭化水素源ガスを導入すること、プロセスチャンバ内に希釈源ガスを導入すること、プロセスチャンバ内にプラズマ開始ガスを導入すること、プロセスチャンバ内でプラズマを生成すること、基板上にアモルファスカーボン開始層を形成することであって、炭化水素源ガスの体積流量の、希釈源ガスの体積流量に対する比が１：１２以下であること、アモルファスカーボン開始層上にバルクアモルファスカーボン層を形成することであって、バルクアモルファスカーボン層を形成するために使用される炭化水素源ガスの体積流量の、希釈源ガスの体積流量に対する比が１：６以上であることにより複合アモルファスカーボン層が形成されることを含む。
別の実施形態において、デバイスを形成する方法が提供される。方法は、基板を含むプロセスチャンバに混合ガスを提供することによって基板上にアモルファスカーボン開始層を形成することであって、混合ガスが炭化水素源ガス、希釈源ガス、およびプラズマ開始ガスを含み、炭化水素源ガスの体積流量の、希釈源ガスの体積流量に対する比が１：１２以下であること、プロセスチャンバ内でプラズマを生成し、混合ガス内の炭化水素源ガスを分解して、基板上にアモルファスカーボン開始層を形成することを含む。バルクアモルファスカーボン層は、アモルファスカーボン開始層上に形成され、炭化水素源ガスおよび希釈源ガスを使用してバルクアモルファスカーボン層を形成し、ここで、炭化水素源ガスの体積流量の、希釈源ガスの体積流量に対する比が１：６以上であることにより、複合アモルファスカーボン層が形成される。バルクアモルファスカーボン層とアモルファスカーボン開始層のうちの少なくとも１つの領域にパターンが画定され、バルクアモルファスカーボン層とアモルファスカーボン開始層のうちの少なくとも１つの領域に画定されたパターンは、バルクアモルファスカーボン層およびアモルファスカーボン開始層をマスクとして使用して基板へと移送される。
一実施形態において、堆積されたままの複合アモルファスカーボン層は、約１０％水素〜約２５％水素の範囲の調整可能水素成分および約７５％〜約９０％炭素の範囲の調整可能炭素成分を有する。別の実施形態において、堆積されたままの複合アモルファスカーボン層は、約１７．５％水素の調整可能水素成分および約８２．５％の調整可能炭素成分を有する。別の実施形態において、堆積されたままの複合アモルファスカーボン層は、約１０％水素〜約５０％水素の範囲の調整可能水素成分および約５０％〜約９０％炭素の範囲の調整可能炭素成分を有する。さらに別の実施形態において、堆積されたままの複合アモルファスカーボン層は、約２５％水素〜約５０％水素の範囲の調整可能水素成分および約５０％〜約７５％炭素の範囲の調整可能炭素成分を有する。
本発明の上記の特徴を詳細に理解することが可能な方法を、一部が添付の図面に示されている実施形態を参照することによって、上で簡単に要約された本発明をさらに具体的に説明する。しかし、他の同様に有効な実施形態を本発明が容認することができるので、添付の図面は、本発明の単に典型的な実施形態を示しており、したがって本発明の範囲を限定すると考えるべきでないことに留意されたい。
本明細書に記載の実施形態にしたがって、アモルファスカーボン層堆積を実施するため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。 Ａ〜Ｃは、本明細書に記載の実施形態にしたがう処理の様々なステージにおける基板構造を描く概略断面図である。 Ａ〜Ｌは、材料層をエッチングするために、本明細書に記載のようにアモルファスカーボン開始層を使用するためのプロセスの概略側面図である。 Ａ〜Ｈは、スペースマスクダブルパターニングプロセス中で、本明細書に記載のようにアモルファスカーボン開始層を使用するためのプロセスの概略側面図である。 Ａ〜Ｊは、材料層をエッチングするために、本明細書に記載のようにアモルファスカーボン開始層を使用するためのプロセスの概略側面図である。 本明細書に記載の実施形態にしたがって堆積された、アモルファスカーボンバルク膜対複合アモルファスカーボン膜についてのスタック欠陥率の比較を示すプロットを描く図である。 Ａ〜Ｄは、本明細書に記載の実施形態にしたがって堆積された構造についての、横方向拡張成長の減少を例示する走査型電子顕微鏡画像を描く図である。 アモルファスカーボン成長の「間隙充填」様の性質を例示する走査型電子顕微鏡画像を描く図である。
理解しやすくするために、可能な場合は、図に共通な同一の要素を指定するため、同一の参照番号が使用されている。一実施形態の要素および特徴が、さらなる記述なしに、他の実施形態に有利に組み込まれ得ることが意図される。
本発明の実施形態は、集積回路の製造に関する。より詳細には、本発明の実施形態は、半導体基板内の特徴をパターニングおよびエッチングするための材料およびプロセスに関する。ステップカバレッジは、段差、欠陥、または特徴（表面トポグラフィ）の上に堆積された膜の厚さと、平坦な区域内の膜の厚さの比として定義される。ステップカバレッジの比較は、後続の層の堆積期間に下層の欠陥が横に拡張することによりスタック欠陥が形成することの証拠を提供する。したがって、下層の欠陥の横への拡張を抑制することが、スタック欠陥を減少させることになると考えられる。本明細書に記載のいくつかの実施形態は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスを介して、「負の」ステップカバレッジに０を有するアモルファスカーボン開始層の堆積を含む。
アモルファスカーボン開始層によって、上を覆うアモルファスカーボンバルク膜の堆積の前に、下にあるトポグラフィおよび／またはシード粒子が覆われて、確実に平坦な表面を実現する。アモルファスカーボン開始層およびアモルファスカーボンバルク膜層を備えるこの複合層は、アモルファスカーボンバルク膜のみの堆積と比較して、スタック欠陥率を少なくとも１桁減らす。アモルファスカーボン開始層の厚さは、典型的には、存在する最大の欠陥の高さと実質的に一致するように選択される。一実施形態において、アモルファスカーボン開始層は、約１００Å〜約１，０００Å、好ましくは、約２００Å〜約５００Åの厚さを有する。
アモルファスカーボン開始層の堆積期間のプロセスパラメータおよび化学物質は、所望の結果に到達するために重要である。いくつかの実施形態において、アモルファスカーボン開始層が、下層の表面トポグラフィを模する典型的な共形堆積プロセスで起こるように欠陥の上部上ではなく、欠陥の側部から堆積するように、プロセスパラメータおよび前駆体流量が選択される。一実施形態において、炭化水素前駆体（ＣｘＨｙ）が、Ｈ２希釈剤ならびにＨｅまたはＡｒなどの任意選択の不活性ガスと混合される。炭化水素前駆体とＨ２希釈剤の比が重要である。炭化水素前駆体とＨ２希釈剤の比がより低いことによって、アモルファスカーボン開始層のステップカバレッジが減少し、したがって、アモルファスカーボン開始層は、横に成長することなく、欠陥を「覆うこと」がより効果的となる。しかし、炭化水素前駆体とＨ２希釈剤の比が低すぎることによって、アンダーカットおよびその後のパターニング期間にレジスト地汚れを引き起こす可能性がある、欠陥部位の周囲の周りの拡大「エッチング」をもたらす場合がある。したがって、上の２つの矛盾する要件を充たすために、改善した化学物質が提供される。いくつかの実施形態において、アモルファスカーボン開始層の堆積条件をさらに微調整して、パターンに引き起こされるエッチングの差がないように、バルク膜の膜特性とぴったりと一致する膜特性を得ることができる。
図１は、本明細書に記載の実施形態にしたがう、アモルファスカーボン開始層堆積に使用することができる、基板処理システム１００の概略図である。好適なシステムの例としては、ＤｘＺ（商標）プロセスチャンバ、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ５０００（登録商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ ＳＥ（商標）プロセスチャンバおよびＰＲＯＤＵＣＥＲ ＧＴ（商標）プロセスチャンバなどＰＲＯＤＵＣＥＲ（商標）システムを使用することができる、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システムを挙げることができ、これら全ては、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている。本明細書に記載のプロセスは、他の製造業者からの基板処理システムを含む、他の基板処理システム上で実施できることが意図される。
システム１００は、プロセスチャンバ１２５、ガスパネル１３０、制御ユニット１１０、ならびに電力供給および真空ポンプなど他のハードウェア構成要素を含む。本明細書に記載の実施形態で使用されるシステムの１つの実施形態のさらなる詳細は、同一出願人による、米国特許「Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｃｈａｍｂｅｒ」と題する、２００２年４月２日発行の、米国特許第６，３６４，９５４号に記載される。
プロセスチャンバ１２５は、一般的に基板支持ペデスタル１５０を備え、基板支持ペデスタル１５０は、半導体基板１９０などの基板を支持するために使用される。この基板支持ペデスタル１５０は、シャフト１６０に連結される移動機構（図示せず）を使用して、プロセスチャンバ１２５の内部で垂直方向に動く。プロセスによっては、処理の前に所望の温度に半導体基板１９０を加熱することができる。基板支持ペデスタル１５０は、埋込みヒータ要素１７０により加熱される。例えば、基板支持ペデスタル１５０は、電力供給１０６からヒータ要素１７０に電流を印加することによって、抵抗加熱することができる。今度は半導体基板１９０が、基板支持ペデスタル１５０によって加熱される。熱電対などの温度センサ１７２も基板支持ペデスタル１５０に埋め込まれ、基板支持ペデスタル１５０の温度を監視する。測定される温度は、フィードバックループで使用され、ヒータ要素１７０用の電力供給１０６を制御する。基板温度は、特定のプロセス用途用に選択される温度に維持または制御することができる。
真空ポンプ１０２を使用して、プロセスチャンバ１２５を排気し、プロセスチャンバ１２５内部の適切なガス流および圧力を維持する。シャワーヘッド１２０は、そこを通ってプロセスガスがプロセスチャンバ１２５内に導入されるのだが、基板支持ペデスタル１５０の上に置かれ、プロセスチャンバ１２５内へのプロセスガスの均一な分布を実現するようになされる。シャワーヘッド１２０は、ガスパネル１３０に接続され、ガスパネル１３０は、プロセスシーケンスの様々なステップで使用される様々なプロセスガスを制御および供給する。プロセスガスは、炭化水素源、水素など希釈源ガス、および任意選択でプラズマ開始ガスを含むことができ、以下で例示的なアモルファスカーボン開始層堆積プロセスの記載に関連して、より詳細に記載される。
同様に、ガスパネル１３０を使用して、蒸発させた様々な液体前駆体を制御および供給することができる。図示していないが、液体前駆体供給からの液体前駆体は、例えば液体噴射気化器によって蒸発させて、キャリアガスの存在下でプロセスチャンバ１２５に送達することができる。キャリアガスは、典型的には、窒素などの不活性ガス、またはアルゴンもしくはヘリウムなどの希ガスである。あるいは、液体前駆体は、アンプルから熱および／または真空拡張蒸発プロセスにより蒸発させることができる。
シャワーヘッド１２０および基板支持ペデスタル１５０は、１対の離間した電極も形成することができる。電場がこれらの電極間に生成されると、チャンバ１２５内に導入されるプロセスガスは、プラズマ１９２へと点火される。典型的には、基板支持ペデスタル１５０を、整合ネットワーク（図示せず）を介して単一周波数または２つの周波数の高周波（ＲＦ）電力（図示せず）源に接続することによって、電場が生成される。あるいは、ＲＦ電源および整合ネットワークを、シャワーヘッド１２０に結合する、またはシャワーヘッド１２０と基板支持ペデスタル１５０の両方に結合することができる。
ＰＥＣＶＤ技法は、電場を基板表面近傍の反応ゾーンに印加して、反応性核種のプラズマを生成することにより、反応性ガスの励起および／または解離を促進する。プラズマ内の核種の反応性によって、行われる化学反応に必要なエネルギーを減少させ、事実上そのようなＰＥＣＶＤプロセスに必要な温度を下げる。
ガスパネル１３０を介するガス流および液体流の適切な制御および調整は、質量流量コントローラ（図示せず）およびコンピュータなどの制御ユニット１１０により実施される。シャワーヘッド１２０によって、ガスパネル１３０からのプロセスガスをプロセスチャンバ１２５内に均一に分布および導入することが可能になる。例示的に、制御ユニット１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１２、支持回路１１４、および関連する制御ソフトウェア１１６を含むメモリを備える。この制御ユニット１１０は、基板搬送、ガス流量制御、液体流量制御、温度制御、チャンバ排気など、基板処理に必要な多数のステップの自動制御の役目を果たす。プロセス混合ガスがシャワーヘッド１２０を出ると、炭化水素化合物のプラズマ拡張熱分解が、半導体基板１９０の表面１９５において起こり、結果として半導体基板１９０上に窒素ドープされたアモルファスカーボン層が堆積することになる。
図２Ａ〜図２Ｃは、本明細書に記載の実施形態にしたがう処理の様々なステージにおける材料スタック２００の概略断面図を描く。ベース材料２１０は、その上に形成される欠陥２２０を有して、基板表面（図示せず）上に堆積され、材料スタック２００を形成し始める。ベース材料２１０は、シリコン基板材料、酸化物材料、ポリシリコン材料などを含む、半導体デバイスを形成するのに使用される１つまたは複数の材料であってよい。アモルファスカーボン開始層２３０は、ベース材料２１０上に堆積される。アモルファスカーボン開始層２３０は、本明細書に記載のようなアモルファスカーボン材料であってよい。図２Ｂに示すように、アモルファスカーボン開始層２３０は、実質的にゼロのステップカバレッジを有し、欠陥２２０の横方向成長を抑制する。アモルファスカーボン開始層の厚さは、存在する最大の欠陥の高さと実質的に一致するように選択することができる。一実施形態において、アモルファスカーボン開始層は、約１００Å〜約１，０００Åの厚さを有する。一実施形態において、アモルファスカーボン開始層は、約２００Å〜約５００Åの厚さを有する。図２Ｃに示すように、バルクアモルファスカーボン層２４０は、アモルファスカーボン開始層２３０上に堆積され、複合層２５０を形成する。バルクアモルファスカーボン層２４０は、例えば、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、アドバンスドパターニングフィルム（商標）（ＡＰＦ）材料、あるいは、本明細書に記載のアモルファスカーボン材料であってよい。
アモルファスカーボン開始層の形成
本明細書に記載の一実施形態において、アモルファスカーボン開始層２３０などのアモルファスカーボン開始層は、炭化水素源、希釈ガス、およびプラズマ開始ガスを、図１に関連して上で記載したプロセスチャンバ１２５などのプロセスチャンバ内に導入することを含むプロセスによって形成される。一実施形態において、炭化水素源ガスは、１つまたは複数の炭化水素化合物、および、任意選択でアルゴンなどのキャリアガスの混合物である。
一実施形態において、炭化水素化合物は、炭化水素化合物のフッ素含有誘導体、酸素含有誘導体、水酸基含有誘導体、およびホウ素含有誘導体を含む、炭化水素化合物の部分的または完全にドープされた誘導体であってよい。
炭化水素源ガスに含むことができる炭化水素化合物または炭化水素化合物の誘導体は、化学式ＣｘＨｙによって記述することができ、上式で、ｘは１〜１０の範囲を有し、ｙは２〜３０の範囲を有する。
好適な炭化水素化合物としては、以下の化合物のうちの１つまたは複数が挙げられる。例えば、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、ビニルアセチレンおよびそれらの誘導体などのアルキン、ベンゼン、スチレン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、アセトフェノン、メチルベンゾエート、酢酸フェニル、フェノール、クレゾール、フランなどの芳香族炭化水素、アルファ−テルピネン、シメン、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、およびｔ−ブチルフルフリルエーテル、化学式Ｃ３Ｈ２およびＣ５Ｈ４を有する化合物、モノフルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼンなどを含むハロゲン化芳香族化合物。さらなる好適な炭化水素としては、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンテンなどのアルケン、ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン、ヘキサジエンなどのジエンが挙げられ、ハロゲン化アルケンとしては、モノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、モノクロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレンなどが挙げられる。
好適な希釈ガスとしては、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ＣＯ、ＣＯ２およびこれらの組合せが挙げられる。
同様に、所望であれば、とりわけ窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、またはこれらの組合せなどの様々なガスを混合ガスに加えることができる。Ａｒ、Ｈｅ、およびＮ２を使用して、アモルファスカーボン開始層の密度および堆積速度を制御する。Ｎ２および／またはＮＨ３の添加を使用して、アモルファスカーボン開始層の水素比を制御することができる。
いくつかの実施形態において、アモルファスカーボン開始層堆積プロセスは、炭化水素化合物の前、炭化水素化合物の後、および／または炭化水素化合物と同時にチャンバに導入されるプラズマ開始ガスを使用することを含み、プラズマが堆積を開始し始める。プラズマ開始ガスは、高いイオン化電位のガスであって、限定するものではないが、ヘリウムガス、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガスおよびこれらの組合せを挙げることができ、これらのうちでヘリウムガスが好ましい。プラズマ開始ガスは、ヘリウムガス、窒素ガス、アルゴンガスおよびこれらの組合せなど化学的に不活性なガスであっても良く、これらのうちでアルゴンガスが好ましい。ガスにとっての好適なイオン化電位は、約５ｅＶ（電子ポテンシャル）から２５ｅＶである。プラズマ開始ガスは、窒素含有炭化水素源ガスおよび／または炭化水素源ガスの前にチャンバ内に導入して良く、このことによって、安定なプラズマを形成することが可能となり、アークを起こす可能性を減少させる。希釈ガスまたはキャリアガスとして使用されるアルゴンなどの不活性ガスを、プラズマ開始ガス、窒素含有炭化水素源、炭化水素源、またはこれらの組合せとともに導入することができる。
一実施形態において、アモルファスカーボン開始層堆積用に導入される炭化水素化合物と希釈ガス流との比は、約１：３以下、例えば、約１：１５〜約１：８など約１：３２〜１：３とすることができる。一実施形態において、導入される炭化水素化合物と希釈ガスとの比は、約１：１２以下、例えば、約１：１８〜約１：１４とすることができる。一実施形態において、導入される炭化水素化合物と希釈ガス流との比は、約１：１５以下とすることができる。一実施形態において、導入される炭化水素化合物と希釈ガスとの比は、約１：３２〜約１：１８とすることができる。
アモルファスカーボン開始層は、約０．５トル〜約２０トルなど約０．５トル以上、一実施形態では、約６トル〜約８トルなど約６トル以上のチャンバ圧力を維持することによって、プロセスガスから堆積することができる。一実施形態では、チャンバ圧力を、例えば約３トルといった、約１トル〜９トルに維持してよい。
アモルファスカーボン開始層は、例えば約５００°Ｃ〜約６５０°Ｃといった、約２００°Ｃ〜約７００°Ｃの温度または約３００°Ｃ〜約６５０°Ｃの温度など、約０°Ｃ〜約８００°Ｃの基板温度を維持するチャンバ内で、炭化水素源ガスおよび希釈ガス源から堆積することができる。いくつかの実施形態において、約２００°Ｃ〜約３００°Ｃの低い基板温度を使用することができる。アモルファスカーボン開始層を高い温度で堆積することによって、表面原子の拡散が向上することに起因するよりよい欠陥「埋込み（ｂｕｒｉｎｇ）」能力、および膜のエッチング選択性を相応に改善するより稠密な膜をもたらすことが観察された。
アモルファスカーボン開始層を堆積するとき、シャワーヘッドと基板表面との間の電極間隔は、例えば約４００ミル間隔といった、約１００ミル〜５，０００ミルの間隔であってよい。
プラズマが使用される、いくつかの実施形態において、炭化水素源、希釈ガス源、およびプラズマ開始ガスがチャンバ内に導入され、プラズマが堆積を開始し始める。２つの周波数のＲＦシステムを使用して、プラズマを生成することができる。２つの周波数のＲＦ電力供給は、流束およびイオンエネルギーを独立に制御することを可能にすると考えられる。というのは、膜表面を叩くイオンのエネルギーが膜密度に影響すると考えられるからである。高周波数プラズマがプラズマ密度を制御し、低周波数プラズマが基板表面を叩くイオンの運動エネルギーを制御すると考えられる。混合ＲＦ電力の２つの周波数源は、例えば約１３．５６ＭＨｚといった、約１０ＭＨｚ〜約３０ＭＨｚの範囲の高周波電力、ならびに例えば約３５０ＫＨｚといった、約１０ＫＨｚ〜約１ＭＨｚの範囲の低周波電力を提供する。２つの周波数のＲＦシステムを使用してアモルファスカーボン開始層を堆積するとき、第２のＲＦ電力と全体の混合周波数電力の比は、好ましくは約０．６対１．０（０．６：１）より低い。印加するＲＦ電力および１つまたは複数の周波数を使用することは、基板サイズおよび使用する装置に基づいて変えることができる。いくつかの実施形態において、単一の周波数のＲＦ電力供給を使用することができ、典型的には、本明細書に記載のような高周波数電力の供給である。
プラズマは、例えば約１．５５Ｗ／ｃｍ２といった、約０．０１〜約２Ｗ／ｃｍ２など、約０．０１Ｗ／ｃｍ２〜約５Ｗ／ｃｍ２の、基板表面積に対する電力密度でＲＦ電力を印加することにより生成することができる。電力供給は、３００ｍｍ基板用で、例えば約１，４００Ｗといった、約１，０００Ｗ〜約１，７００Ｗなど、約１ワット〜約２，０００ワットであってよい。いくつかの実施形態において、電力供給は、約５００ワット〜約６００ワットであってよい。
３００ｍｍ円形基板上にアモルファスカーボン開始層を堆積するための例示的な堆積プロセスは、高温で行われ、アルゴンなどのプラズマ開始ガス、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）などの炭化水素源、および水素（Ｈ２）などの希釈ガスを使用する。プロセスは、アルゴンなどのプラズマ開始ガスを、例えば約１，０００ｓｃｃｍ〜約２，０００ｓｃｃｍといった、約０ｓｃｃｍ〜約５０，０００ｓｃｃｍの流量で供給すること、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）などの炭化水素源を、例えば約２００ｓｃｃｍ〜約７００ｓｃｃｍといった、約１００ｓｃｃｍ〜約５０，０００ｓｃｃｍの流量で供給すること、水素（Ｈ２）などの希釈ガス源を例えば約７，０００ｓｃｃｍ〜約９，０００ｓｃｃｍといった、約１０ｓｃｃｍ〜約２０，０００ｓｃｃｍの流量で供給すること、２つの周波数のＲＦ電力（約１３．５６ＭＨｚ）を、例えば約１，２００Ｗ〜１，６００Ｗといった、約１０Ｗ〜約２，０００Ｗで印加すること、チャンバ圧力を、例えば約５トル〜８トルといった、約０．５トル〜約２０トルで維持すること、および基板温度を約５００°Ｃ〜約６００°Ｃに維持することを含む。このプロセス範囲は、約１００Å／分〜約１，０００Å／分の範囲でアモルファスカーボン層の堆積速度を実現する。当業者は、本明細書の開示を読めば、様々な堆積速度のアモルファスカーボン開始層を生産するための適切なプロセスパラメータを計算することができる。
３００ｍｍ円形基板上にアモルファスカーボン開始層を堆積するための別の例示的な堆積プロセスは、低温で行われ、アルゴンなどのプラズマ開始ガス、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）などの炭化水素源、および水素（Ｈ２）などの希釈ガスを使用する。プロセスは、アルゴンなどのプラズマ開始ガスを約０ｓｃｃｍ〜約５０，０００ｓｃｃｍの流量で供給すること、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）などの炭化水素源を約１００ｓｃｃｍ〜約５０，０００ｓｃｃｍの流量で供給すること、水素（Ｈ２）などの希釈ガス源を約１０ｓｃｃｍ〜約２０，０００ｓｃｃｍの流量で供給すること、２つの周波数のＲＦ電力（約１３．５６ＭＨｚ）を、例えば約５００Ｗ〜６００Ｗといった、約１０Ｗ〜約２，０００Ｗで印加すること、チャンバ圧力を、例えば約０．５トル〜４トルといった、約０．５トル〜約２０トルで維持すること、および基板温度を約２００°Ｃ〜約３００°Ｃに維持することを含む。炭化水素源ガスおよび希釈源ガスの流量は、約１：３２〜１：１８の炭化水素化合物と希釈ガス流の量を達成するように調節することができる。当業者は、本明細書の開示を読めば、様々な堆積速度のアモルファスカーボン開始層を生産するための適切なプロセスパラメータを計算することができる。
アモルファスカーボンバルク層の形成
本明細書に記載の一実施形態において、バルクアモルファスカーボン層２４０などのアモルファスカーボンバルク層は、炭化水素源、希釈ガス、および任意選択でプラズマ開始ガスを、図１に関連して上で記載したプロセスチャンバ１２５などのプロセスチャンバ内に導入することを含むプロセスによって形成される。一実施形態において、バルクアモルファスカーボン層２４０は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、アドバンスドパターニングフィルム（商標）（ＡＰＦ）材料であってよい。一実施形態において、炭化水素源ガスは、１つまたは複数の炭化水素化合物、および、任意選択でアルゴンなどのキャリアガスの混合物である。一実施形態において、アモルファスカーボンバルク層を堆積するために使用される前駆体およびプロセスガスは、アモルファスカーボン開始層を堆積するために使用される前駆体と同一であるが、前駆体およびプロセスガスの流量は異なる。アモルファスカーボンバルク層を堆積するために使用されるプロセス条件は、アモルファスカーボン開始層の堆積に関連して上で記載したプロセス条件とやはり同様であってよい。
一実施形態において、以下の堆積プロセスパラメータを使用して、アモルファスカーボンバルク層を形成することができる。プロセスパラメータは、約２００°Ｃ〜約７００°Ｃの基板温度、約１トル〜約２０トルのチャンバ圧力、約３Ｗ／インチ２〜約２０Ｗ／インチ２のＲＦ電力、および約３００ミル〜約６００ミルのプレート間隔の範囲である。上のプロセスパラメータは、約５００Å／分〜約３，０００Å／分の範囲のアモルファスカーボン層の典型的な堆積速度を実現し、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手可能な堆積チャンバ内で３００ｍｍ基板上で実施することができる。
炭化水素化合物および希釈ガスは、アモルファスカーボンバルク層堆積用に導入する炭化水素化合物と希釈ガス流との比を、例えば、約１：１０〜約１０：１など約１：１００〜１００：１といった、約１：１００以上とすることができる。一実施形態において、炭化水素化合物と希釈ガス流の比は、例えば約１：２〜約１：１といった、約１：４〜約２：１など、約１：４以上とすることができ、アモルファスカーボンバルク層堆積に使用することができる。一実施形態において、炭化水素化合物と希釈ガス流の比は、例えば約１：２〜約１：１といった、約１：６〜約２：１など、約１：６以上とすることができ、アモルファスカーボンバルク層堆積に使用することができる。
３００ｍｍ円形基板の上のアモルファスカーボン開始層上にアモルファスカーボンバルク層を堆積するための例示的な堆積プロセスは、アルゴンなどのプラズマ開始ガス、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）などの炭化水素源、および水素（Ｈ２）などの希釈ガスを使用する。プロセスは、アルゴンなどのプラズマ開始ガスを、例えば約１，０００ｓｃｃｍ〜約２，０００ｓｃｃｍの間といった、約０ｓｃｃｍ〜約５０，０００ｓｃｃｍの流量で供給すること、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）などの炭化水素源を、例えば約８００ｓｃｃｍ〜約１，５００ｓｃｃｍといった、約０ｓｃｃｍ〜約５０，０００ｓｃｃｍの流量で供給すること、水素（Ｈ２）などの希釈ガス源を、例えば約３，０００ｓｃｃｍ〜約６，０００ｓｃｃｍといった、約１０ｓｃｃｍ〜約１０，０００ｓｃｃｍの流量で供給すること、単一のＨＦ ＲＦまたは２つの周波数のＲＦ電力を、例えば約１，２００Ｗ〜１，７００Ｗといった、約１０Ｗ〜約２，０００Ｗで印加すること、チャンバ圧力を、例えば約６トル〜８トルといった、約０．５トル〜約２０トルで維持すること、および基板温度を約５００°Ｃ〜約６００°Ｃに維持することを含むことができる。このプロセス範囲は、約５００Å／分〜約３，０００Å／分の範囲でアモルファスカーボン層の堆積速度を実現する。当業者は、本明細書の開示を読めば、様々な堆積速度のアモルファスカーボンバルク層を生産するための適切なプロセスパラメータを計算することができる。
以下の非限定的な実施例は、本明細書に記載の実施形態をさらに例示するために提供される。しかし、実施例は、全て包括的であることを意図しておらず、本明細書に記載の実施形態の範囲を限定することを意図していない。
３００Åのアモルファスカーボン開始層が、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）システム内のポリシリコン基板上に堆積された。アモルファスカーボン開始層は、以下のように堆積された。約４００ミルの間隔で、約５６秒の時間間隔の間、プロセスチャンバに約１，６００ｓｃｃｍのアルゴンの流量を提供すること、プロセスチャンバに約８，０００ｓｃｃｍの水素（Ｈ２）の流量を提供すること、プロセスチャンバに約５００ｓｃｃｍのプロピレン（Ｃ３Ｈ６）の流量を提供すること、約１，４００Ｗで高周波ＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加すること、約５５０°Ｃの堆積温度を維持すること、約７トルのチャンバ圧力を維持すること。
１，７００Åのアモルファスカーボンバルク層が、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）システム内のアモルファスカーボン開始層上に堆積された。アモルファスカーボンバルク層は、以下のように堆積された。約４００ミルの間隔で、約１０６秒の時間間隔の間、プロセスチャンバに約１，６００ｓｃｃｍのアルゴンの流量を提供すること、プロセスチャンバに約４，０００ｓｃｃｍの水素（Ｈ２）の流量を提供すること、プロセスチャンバに約１，０００ｓｃｃｍのプロピレン（Ｃ３Ｈ６）の流量を提供すること、約１，４００Ｗで高周波ＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加すること、約５５０°Ｃの堆積温度を維持すること、約７トルのチャンバ圧力を維持すること。
図３Ａ〜図３Ｌは、材料層をエッチングするために、本明細書に記載のようにアモルファスカーボン開始層を使用するためのプロセスの概略側面図である。ベース材料３１０が基板表面（図示せず）上に堆積され、材料スタック３００を形成し始める。ベース材料３１０は、シリコン基板材料、酸化物材料、ポリシリコン材料などを含む、半導体デバイスを形成するのに使用される１つまたは複数の材料であってよい。本明細書に記載の実施形態にしたがって形成されたアモルファスカーボン開始層３１５は、ベース材料３１０上に堆積され、ベース材料３１０の表面上に存在する任意の欠陥を隠蔽し、後続の層の堆積で平坦化した表面を実現する。図３Ｂに示すように、第１のアモルファスカーボン層３２０がアモルファスカーボン開始層３１５上に堆積され、第１の反射防止コーティング材料３３０が第１のアモルファスカーボン層３２０上に堆積される。アモルファスカーボン層は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、アドバンスドパターニングフィルム（商標）（ＡＰＦ）材料、あるいは、本明細書に記載のアモルファスカーボン材料であってよい。第１の反射防止コーティング材料３３０を使用して、リソグラフィのパターニングプロセス期間に光の反射を制御する。第１の反射防止コーティング材料３３０は、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、またはこれらの組合せを含むことができる。反射防止コーティング材料は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、ＤＡＲＣ（商標）材料層であってよい。
図３Ｃに示すように、第２のアモルファスカーボン層３４０および第２の反射防止コーティング材料３５０を、連続して、第１の反射防止コーティング材料上に堆積することができる。第２のアモルファスカーボン層３４０および第２の反射防止コーティング材料３５０は、層３２０および第１の反射防止コーティング材料３３０用に堆積されたものと同一の材料であってよい。図３Ｄに示すように、次いでフォトレジスト材料などのレジスト層３６０が、第２の反射防止コーティング材料３５０上に堆積される。図３Ｅに示すように、次いでレジスト層は、リソグラフィプロセスによりパターン形成されて、パターン形成されたレジスト層３６１を作る。図３Ｆに示すように、レジスト層３６１内に形成される第１のパターン３６２は、第２のアモルファスカーボン層３４０に移送され、最初に第２の反射防止コーティング材料３５０、次いで第２のアモルファスカーボン層３４０を１つまたは複数のエッチングプロセスによりエッチングすることによって、パターン形成された第２のアモルファスカーボン層３４１を形成する。パターン形成された第２のアモルファスカーボン層３４１は、下にある材料にとってハードマスクとして機能する。第２の反射防止コーティング材料３５０は、１つもしくは複数のエッチングプロセスによって、または別個のプロセスによって除去することができる。
図３Ｇに示すように、共形のアモルファスカーボン層３７０が、第１の反射防止コーティング材料３３０およびパターン形成された第２のアモルファスカーボン層３４１上に堆積される。図３Ｈに示すように、共形のアモルファスカーボン層３７０は、異方性エッチングプロセスによってパターン形成され、側壁アモルファスカーボン材料３７１をもうける。側壁アモルファスカーボン材料３７１が存在することによって、他の場合に通常、現行のフォトリソグラフィプロセスによって達成することができるよりも、限界寸法および特徴サイズが減少した、すなわちパターン密度が増加した第２のパターン３７２を形成することが可能となる。パターン形成された第２のアモルファスカーボン層３４１は、側壁アモルファスカーボン材料３７１と組み合わせて、下にある第１の反射防止コーティング材料３３０および第１のアモルファスカーボン層３２０用のハードマスク層として機能することができる。
図３Ｉに示すように、次いで第１の反射防止コーティング材料３３０をエッチングして、第２のパターン３７２を備えるパターン形成された反射防止コーティング層３３１を形成する。パターン形成された第２のアモルファスカーボン層３４１および側壁アモルファスカーボン材料３７１は、エッチングプロセス期間に、または後続のプロセスによって除去される。アモルファスカーボン開始層３１５および第１のアモルファスカーボン層３２０を次いでエッチングして、下にあるベース材料３１０に移送される第２のパターン３７２を有する、パターン形成された第１のアモルファスカーボン層３２１およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層３１６を形成する。一実施形態において、アモルファスカーボン開始層３１５および第１のアモルファスカーボン層３２０は、単一のステップでエッチングされる。別の実施形態において、アモルファスカーボン開始層３１５および第１のアモルファスカーボン層３２０は、別個のステップでエッチングされる。図３Ｋに示すように、次いで、パターン形成された第１のアモルファスカーボン層３２１およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層３１６をハードマスク層として使用して、ベース材料３１０がエッチングされる。図３Ｌに示すように、パターン形成された第１のアモルファスカーボン層３２１およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層３１６を除去して、第２のパターン３７２を有するパターン形成されたベース材料３１１を備える基板表面を実現する。
代替実施形態において、図３Ｆ〜図３Ｌのパターン形成された第２のアモルファスカーボン層３４１の代わりにパターン形成されたレジスト材料が使用され、このことによって、パターン形成された第２のアモルファスカーボン層３４１および第２の反射防止コーティング材料３５０ならびに図３Ｃ〜図３Ｅの対応する堆積ステップおよびエッチングステップの必要をなくす。
図４Ａ〜図４Ｈは、スペースマスクダブルパターニングプロセス中で、本明細書に記載のようにアモルファスカーボン開始層を使用するためのプロセスの概略側面図である。ベース材料４１０が基板表面上に堆積され、材料スタック４００を形成し始める。ベース材料４１０は、シリコン基板材料、酸化物材料、ポリシリコン材料などを含む、半導体デバイスを形成するのに使用される１つまたは複数の材料であってよい。本明細書に記載の実施形態にしたがって形成されたアモルファスカーボン開始層４１５は、ベース材料４１０上に堆積され、ベース材料４１０の表面上に存在する任意の欠陥を隠蔽する。図４Ａに示すように、第１のアモルファスカーボン層４２０がアモルファスカーボン開始層４１５上に堆積され、第１のパターン４３２を有するパターン形成されたレジスト層４３０が第１のアモルファスカーボン層４２０上に形成される。アモルファスカーボン層４２０は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、アドバンスドパターニングフィルム（商標）（ＡＰＦ）材料、あるいは、本明細書に記載のアモルファスカーボン材料であってよい。レジスト層４３０は、リソグラフィプロセスによってパターン形成することができる。図４Ｂに示すように、次いで、パターン形成されたレジスト層４３０は、トリミングプロセスを受け、これによって、パターン形成されたレジスト材料の幅を狭くし、トリミングされたレジスト材料４３１によって画定される第２のパターン４３３を形成する。図４Ｃに示すように、次いで、第１のアモルファスカーボン層４２０およびアモルファスカーボン開始層４１５をエッチングして、第２のパターン４３３を移送し、パターン形成されたアモルファスカーボン層４２１およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層４１６を形成する。
次いで、側壁スペーサ４４０が、パターン形成されたアモルファスカーボン層４２１構造およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層構造に隣接して形成される。スペーサは、第１のアモルファスカーボン層４２０およびアモルファスカーボン開始層４１５と異なるエッチング速度を有するエッチング可能材料を含むことができる。好適な材料としては、例えば、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、またはこれらの組合せが挙げられる。図４Ｅに示すように、次いで、共形のアモルファスカーボン材料の間隙充填層４５０が側壁スペーサ４４０上に堆積される。共形のアモルファスカーボン材料は、本明細書に記載のプロセスのうちのいずれかによって堆積することができる。好ましい共形のアモルファスカーボン材料は、パターン形成されたアモルファスカーボン層４２１と同様のエッチング特性を有する材料である。図４Ｆに示すように、次いで、間隙充填層４５０はエッチバックされ、側壁スペーサ４４０を曝す。図４Ｇに示すように、次いで、側壁スペーサ４４０は、エッチングされて、ハードマスク層４５１を画定するベース材料４１０を曝す。図４Ｈに示すように、次いで、ベース材料４１０は、パターン形成エッチングされ、パターン形成されたベース材料４１１を形成することができる。
代替プロセスにおいて、図４Ｄに示すように側壁スペーサ４４０がパターン形成されたアモルファスカーボン層４２１構造およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層４１６構造に隣接して形成された後、パターン形成されたアモルファスカーボン層４２１およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層４１６は、次いで基板表面から剥がされる。図４Ｅ’に示すように、次いで、側壁スペーサ４４０がパターンを形成し、パターンは、ベース材料４１０用のハードマスクとして使用することができる。次いで、ベース材料４１０は、パターン形成エッチングされ、パターン形成されたベース材料４１１を形成することができる。
図５Ａ〜図５Ｊは、材料層をエッチングするために、本明細書に記載のようにアモルファスカーボン開始層を使用するためのプロセスの概略側面図である。ベース材料５１０が基板表面（図示せず）上に堆積され、材料スタック５００を形成し始める。ベース材料は、シリコン基板材料、酸化物材料、ポリシリコン材料などを含む、半導体デバイスを形成するのに使用される１つまたは複数の材料であってよい。本明細書に記載の実施形態にしたがって形成されたアモルファスカーボン開始層５１５は、ベース材料５１０上に堆積され、ベース材料５１０の表面上に存在する任意の欠陥を隠蔽する。図５Ｂに示すように、第１のアモルファスカーボン層５２０がベース材料５１０上に堆積され、反射防止コーティング材料５３０が第１のアモルファスカーボン層５２０上に堆積される。アモルファスカーボン層は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、アドバンスドパターニングフィルム（商標）（ＡＰＦ）材料、あるいは、本明細書に記載のアモルファスカーボン材料であってよい。反射防止コーティング材料５３０を使用して、リソグラフィのパターニングプロセス期間に光の反射を制御する。反射防止コーティング材料５３０は、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、またはこれらの組合せを含むことができる。反射防止コーティング材料は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、ＤＡＲＣ（商標）材料層であってよい。
図５Ｃに示すように、次いで、フォトレジスト材料などのレジスト層５４０が、反射防止コーティング材料５３０上に堆積される。図５Ｄに示すように、次いでレジスト層は、リソグラフィプロセスによりパターン形成されて、パターン形成されたレジスト層５４１を作る。パターン形成されたレジスト層５４１は、第１のエッチングパターン５４２を形成する。
図５Ｅに示すように、第２のアモルファスカーボン層５５０が、パターン形成されたレジスト層５４１上に共形にまたは実質的に共形に堆積される。図５Ｆに示すように、第２のアモルファスカーボン層５５０は、エッチングされパターン形成されて、第１のエッチングパターン５４２よりも減少した、例えばより狭い特徴寸法を有する第２のエッチングパターン５５２を形成する。共形の第２のアモルファスカーボン層５５０は、異方性エッチングプロセスによってパターン形成され、側壁アモルファスカーボン材料５５１をもうける。
側壁アモルファスカーボン材料５５１が存在することによって、他の場合に通常、現行のフォトリソグラフィプロセスによって達成することができるよりも、限界寸法および特徴サイズが減少した、すなわちパターン密度が増加した第２のエッチングパターン５５２を形成することが可能となる。そのようなプロセスによって、レジスト層内に形成される特徴解像度の限界寸法などの寸法を減少（「シュリンク（ｓｈｒｉｎｋｅｄ）」）して、下層内でより細かい特徴パターンを実現することができる。パターン形成されたレジスト層５４１は、側壁アモルファスカーボン材料５５１と組み合わせて、下にある反射防止コーティング材料５３０および第１のアモルファスカーボン層５２０用のハードマスク層として機能することができる。
側壁アモルファスカーボン材料５５１およびレジスト層５４１とともに形成される第２のエッチングパターン５５２は、第１のアモルファスカーボン層５２０に移送され、最初に図５Ｇに示すように反射防止コーティング材料５３０、次いで図５Ｈに示すように第１のアモルファスカーボン層５２０およびアモルファスカーボン開始層５１５を１つまたは複数のエッチングプロセスによりエッチングすることによって、パターン形成された第１のアモルファスカーボン層５２１およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層５１６を形成する。パターン形成された第１のアモルファスカーボン層５２１およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層５１６は、下にあるベース材料５１０用のハードマスクとして機能することができる。反射防止コーティング材料５３１は、下にある材料をエッチングする前に、１つもしくは複数のエッチングプロセスによって、または別個のプロセスによって除去することができる。
ベース材料５１０は、次いで、パターン形成された第１のアモルファスカーボン層５２１およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層５１６をハードマスク層として使用して、図５Ｉに示すようにエッチングされ、パターン形成された第１のアモルファスカーボン層５２１およびパターン形成されたアモルファスカーボン開始層５１６が除去されて、図５Ｊに示すように第２のエッチングパターン５５２を有するパターン形成されたベース材料５１１を備える基板表面を実現する。
結果
表１は、ポリシリコン基板の上に堆積された、本明細書に記載のアモルファスカーボン複合膜（アモルファスカーボン開始層ならびにアモルファスカーボン開始層の上に堆積されたアモルファスカーボンバルク膜）対ポリシリコン基板の上に直接堆積されたアモルファスカーボンバルク膜（例えば、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手可能なＡＰＦ ５５０）の、平坦化特性の比較を提供する。表１に描かれた結果は、多くのＡＰＦ５５０膜単独と同じ特性を備える一方、複合ａ：Ｃ膜は、単独で堆積されたＡＰＦ５５０膜に比べてスタック欠陥を最小化することを呈示する。

表１
図６は、アモルファスカーボンバルク膜対本明細書に記載の実施形態にしたがって堆積された複合アモルファスカーボン膜についてのスタック欠陥率の比較を示すプロット６００を描く図である。ｙ軸はスタック欠陥数（＞０．１２μｍ）を示し、ｘ軸はサンプル数（スロット１、スロット２、スロット３、およびスロット４）を示す。スロット１およびスロット２の材料スタックは、１，０００Åポリシリコン基板、１，０００Åポリシリコン基板の上に堆積された２，０００Åバルク ａ：ｃ層、およびバルク ａ：ｃ層の上に堆積された５００Å窒化ケイ素層を備える。スロット３およびスロット４の材料スタックは、スロット１およびスロット２の材料スタックと同様であるが、本明細書に記載のアモルファスカーボン開始層が、ａ：ｃバルク層の堆積の前に、ポリシリコン基板の上に堆積された。スロット１およびスロット２の両方は、最初のポリシリコン基板上の欠陥の数と材料スタック上の欠陥の数を比較すると、測定した欠陥が増加したことを示す。比較して、スロット３およびスロット４は、ポリシリコン基板上の測定した欠陥と材料スタック上の欠陥の数を比較すると、スタック欠陥率で１０倍以上減少することを示す。したがって、本明細書に記載のアモルファスカーボン開始層の堆積によって、スタック欠陥率が減少する。
図７Ａ〜図７Ｄは、本明細書に記載の実施形態にしたがって堆積された構造についての、横方向拡張成長の減少を例示する走査型電子顕微鏡画像を描く。図８は、本明細書に記載の実施形態にしたがうアモルファスカーボン成長の「間隙充填」様の性質を例示する走査型電子顕微鏡画像を描く。図７Ａ〜図７Ｄに示すように、本明細書に開示のプロセス条件を使用すると、図８のアモルファスカーボン成長の「間隙充填」様の性質により例示されるように、欠陥の上部上には最小に堆積する一方、欠陥の側面に成長が起こることが可能である。本明細書に記載の実施形態によって、後続の平坦な層の堆積が可能となり、スタック欠陥が全体的に減少することが可能となる。
上記は本発明の実施形態を対象としているが、本発明には他にさらなる実施形態が、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲により決定される。

Claims (15)

  1. 基板上のスタック欠陥率を改善する複合アモルファスカーボン層形成方法であって、
    基板を収容しているプロセスチャンバ内に炭化水素源ガスを導入するステップと、
    前記プロセスチャンバ内に希釈源ガスを導入するステップと、
    前記プロセスチャンバ内にプラズマ開始ガスを導入するステップと、
    前記プロセスチャンバ内でプラズマを生成するステップと、
    前記基板上にアモルファスカーボン開始層を形成するステップであって、前記炭化水素源ガスの体積流量の、前記希釈源ガスの体積流量に対する比が１：１２以下であるステップと、
    前記アモルファスカーボン開始層上にバルクアモルファスカーボン層を形成するステップであって、前記バルクアモルファスカーボン層を形成するために使用される炭化水素源ガスの体積流量の、希釈源ガスの体積流量に対する比が１：６以上であることにより、前記複合アモルファスカーボン層が形成されるステップと
    を含む方法。
  2. 前記アモルファスカーボン開始層用の、前記炭化水素源ガスの体積流量の、前記希釈源ガスの体積流量に対する前記比が約１：１８〜１：１４である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記バルクアモルファスカーボン層用の、前記炭化水素源ガスの体積流量の、前記希釈源ガスの体積流量に対する前記比が約１：４〜２：１である、請求項２に記載の方法。
  4. 基板上にアモルファスカーボン開始層を形成するステップの間に、前記基板を約５００°Ｃ〜約６５０°Ｃの温度に加熱するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
  5. 前記堆積されたままの複合アモルファスカーボン層が、約１０％水素〜約２５％水素の範囲の調整可能水素成分と、約７５％〜約９０％炭素の範囲の調整可能炭素成分とを有する、請求項４に記載の方法。
  6. 基板上にアモルファスカーボン開始層を形成するステップの間に、前記基板を約２００°Ｃ〜約３００°Ｃの温度に加熱するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  7. 前記アモルファスカーボン開始層用の前記炭化水素源ガスの体積流量の、前記希釈源ガスの体積流量に対する前記比が１：３２〜１：１８である、請求項６に記載の方法。
  8. 前記堆積されたままの複合アモルファスカーボン層が、約２５％水素〜約５０％水素の範囲の調整可能水素成分と、約５０％〜約７５％炭素の範囲の調整可能炭素成分とを有する、請求項７に記載の方法。
  9. 前記希釈源ガスが水素であり、前記炭化水素源ガスがプロピレンである、請求項８に記載の方法。
  10. 前記炭化水素源ガスが、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、ビニルアセチレン、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  11. 前記希釈源ガスが、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ＣＯ、ＣＯ２、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
  12. デバイスを形成する方法であって、
    基板上にアモルファスカーボン開始層を形成するステップであり、
    基板を含むプロセスチャンバに混合ガスを提供するステップであって、前記混合ガスが、炭化水素源ガス、希釈源ガス、およびプラズマ開始ガスを含み、前記炭化水素源ガスの体積流量の、前記希釈源ガスの体積流量に体する比が１：１２以下であるステップ、および
    前記プロセスチャンバ内でプラズマを生成し、前記混合ガス内の前記炭化水素源ガスを分解して、前記基板上にアモルファスカーボン開始層を形成するステップ
    によって基板上にアモルファスカーボン開始層を形成するステップと、
    バルクアモルファスカーボン層を前記アモルファスカーボン開始層上に形成するステップであって、炭化水素源ガスおよび希釈源ガスを使用して前記バルクアモルファスカーボン層を形成し、前記炭化水素源ガスの体積流量の、前記希釈源ガスの体積流量に対する比が１：６以上であることにより、複合アモルファスカーボン層が形成されるステップと、
    前記バルクアモルファスカーボン層と前記アモルファスカーボン開始層のうちの少なくとも１つの領域にパターンを画定するステップと、
    前記バルクアモルファスカーボン層と前記アモルファスカーボン開始層のうちの前記少なくとも１つの領域に画定された前記パターンを、前記バルクアモルファスカーボン層および前記アモルファスカーボン開始層をマスクとして使用して前記基板へと移送するステップと
    を含む方法。
  13. 前記アモルファスカーボン開始層用の、前記炭化水素源ガスの体積流量の、前記希釈源ガスの前記体積流量に対する前記比が、１：３２〜１：１８である、請求項１２に記載の方法。
  14. 基板上にアモルファスカーボン開始層を形成するステップの間に、前記基板を約２００°Ｃ〜約７００°Ｃの温度に加熱するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  15. 前記炭化水素源ガスが、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、ビニルアセチレンおよびこれらの組合せからなる群から選択され、
    前記希釈源ガスが、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ＣＯ、ＣＯ２およびこれらの組合せからなる群から選択される、
    請求項１４に記載の方法。
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