JP2015111668A - 先進のパターニングのためのソフトランディング・ナノラミネート - Google Patents

Abstract

【課題】マルチプルパターニング集積方式において使用する高品質共形膜の成長を可能にする、半導体基板を処理する方法を提供する。
【解決手段】プラズマをベースにした原子層成長技術を使用して、低い高周波数無線周波（ＨＦＲＦ）プラズマ電力によって薄い酸化シリコン又は酸化チタンの膜を成長させることと、それに続いて、高いＨＦＲＦプラズマ電力によって共形酸化チタン膜又はスペーサを成長させることとを伴う。
【選択図】図１９

Description

先進の集積回路の製造は、多くの場合、半導体の大量生産において１Ｘｎｍハーフピッチの特徴をパターニングすることを伴う。マルチプルパターニング技術は、１９３ｎｍ液浸リソグラフィなどのリソグラフィ技術に基づいて特徴サイズを拡大縮小することを可能にしえる。自己整合型ダブルパターニングは、マルチプルパターニング技術の一例である。マルチプルパターニング技術の次数を１１ｎｍハーフピッチ及びそれ未満に拡張することが、難題である。

本明細書で提供されるのは、マルチプルパターニング集積方式において使用するための高品質共形膜の成長を可能にする、半導体基板を処理する方法である。

一態様は、半導体基板を処理する方法であって、基板の上にナノラミネート層を成長させることと、該ナノラミネート層の上に酸化チタン層を成長させることとによって半導体基板を処理する方法を伴う。ナノラミネート層は、約１５Åから約２００Åの厚さを有してよく、酸化チタン層の密度よりも低い密度を有してよい。様々な実施形態では、方法は、アモルファス炭素層を成長させることも含む。一部の実施形態では、アモルファス炭素層は、パターニングされる。様々な実施形態では、ナノラミネート層は、２枚以上の副層を含むスタックを含む。一部の実施形態では、これらの２枚以上の副層は、酸化シリコン、又は酸化チタン、又はそれらの組み合わせを含む。特定の実施形態では、スタックが含む副層は、２枚のみである。一部の実施形態では、ナノラミネート層は、酸化シリコンの第１の副層と、酸化チタンの第２の副層とを含む。

様々な実施形態では、ナノラミネート層は、酸化シリコン又は酸化チタンである。特定の実施形態では、ナノラミネート層は、プラズマ強化原子層成長（ＰＥＡＬＤ）などのプラズマベースのプロセスを使用して、基板をチタン含有前駆体又はシリコン含有前駆体に暴露することと、基板を酸化体に暴露することと、基板が酸化体に暴露されている間にプラズマを起こさせることとによって成長される。特定の実施形態では、ナノラミネート層は、約５０℃から約１５０℃の温度で成長され、プラズマは、基板面積１平方ミリメートルあたりにして約１．７６８×１０^-4Ｗ／ｍｍ²から約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²の高周波数無線周波（ＨＦＲＦ）電力で起こされる。特定の実施形態では、ナノラミネート層は、約１００℃未満の温度で成長される。本明細書で開示される方法に使用されえるチタン含有前駆体の一例は、テトラキス（ジメチルアミノ）チタン（ＴＤＭＡＴ）である。シリコン含有前駆体の一例は、ビス（第三ブチルアミノ）シラン（ＳｉＨ₂（ＮＨＣ（ＣＨ₃）₃）₂（ＢＴＢＡＳ）である。

様々な実施形態では、酸化チタン層は、ＰＥＡＬＤによって、基板をチタン含有前駆体に暴露することと、基板を酸化体に暴露することと、基板が酸化体に暴露されている間に、基板面積１平方ミリメートルあたりにして少なくとも約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力でプラズマを起こさせることとによって成長される。酸化体の例としては、亜酸化窒素、酸素、二酸化炭素、又はそれらの組み合わせが挙げられる。酸化チタン層は、一部の実施形態では、約５０℃から約４００℃の温度で成長されてよい。

別の一態様は、半導体基板を処理する方法であって、コア層を成長させることと、コア層の上にナノラミネート層を成長させることと、ナノラミネート層の上に金属窒化物層又は金属酸化物層を成長させることとによって半導体基板を処理する方法を伴う。一部の実施形態では、コア層は、パターニングされる。特定の実施形態では、アモルファス炭素又はフォトレジストであってよい。様々な実施形態では、ナノラミネート層は、酸化シリコン又は酸化チタンであってよい。一部の実施形態では、成長されるナノラミネート層の厚さは、約１５Åから約２００Åである。

特定の実施形態では、ナノラミネート層は、ＰＥＡＬＤを使用して、基板をチタン含有前駆体又はシリコン含有前駆体に暴露することと、基板を酸化体に暴露することと、基板が酸化体に暴露されている間にプラズマを起こさせることとによって成長される。様々な実施形態では、ナノラミネート層は、約５０℃から約１５０℃の温度で成長され、プラズマは、基板面積１平方ミリメートルあたりにして約１．７６８×１０^-4Ｗ／ｍｍ²から約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力で起こされる。一部の実施形態では、ナノラミネート層は、約１００℃未満の温度で成長される。

様々な実施形態では、金属窒化物層又は金属酸化物層は、酸化チタン又は酸化シリコンを含む。金属窒化物層又は金属酸化物層は、コアに対してエッチング選択性を有してよい。特定の実施形態では、金属窒化物層又は金属酸化物層は、ＰＥＡＬＤを使用して、基板を金属含有前駆体に暴露することと、基板を酸化体に暴露することと、基板が酸化体に暴露されている間に、基板面積１平方ミリメートルあたりにして少なくとも約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力でプラズマを起こさせることとによって成長される。酸化体の例としては、亜酸化窒素、酸素、二酸化炭素、又はそれらの組み合わせが挙げられる。一部の実施形態では、金属窒化物層又は金属酸化物層は、約５０℃から約４００℃の温度で成長される。

別の一態様は、半導体基板を処理する方法であって、（ａ）該基板を第１のチタン含有前駆体又はシリコン含有前駆体に暴露することと、（ｂ）基板を第１の酸化体に暴露することと、（ｃ）基板が第１の酸化体に暴露されている間に、基板面積１平方ミリメートルあたりにして約１．７６８×１０^-4Ｗ／ｍｍ²から約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力で第１のプラズマを起こさせることと、（ｄ）基板を第２のチタン含有前駆体に暴露することと、（ｅ）基板を第２の酸化体に暴露することと、（ｃ）基板が第２の酸化体に暴露されている間に、基板面積１平方ミリメートルあたりにして少なくとも約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力で第２のプラズマを起こさせることとによって半導体基板を処理する方法を伴う。

一部の実施形態では、（ａ）〜（ｃ）は、約５０℃から約１５０℃の温度で処理される。一部の実施形態では、（ｄ）〜（ｆ）は、約５０℃から約４００℃の温度で処理される。一部の実施形態では、（ｄ）〜（ｆ）は、（ｃ）から（ｄ）への移行が基板温度を少なくとも約５０℃、少なくとも約１００℃、少なくとも約１５０℃、又は少なくとも約２００℃上昇させることを含むように、（ａ）〜（ｃ）よりも高い温度で処理される。

第１のチタン含有前駆体及び第２のチタン含有前駆体は、例えばＴＤＭＡＴなどの、同じ前駆体であってよい。一部の実施形態では、第１の酸化体は、第２の酸化体と同じ（例えば、亜酸化窒素、酸素、二酸化炭素、又はそれらの組み合わせ）であってよい。一部の実施形態では、異なる酸化体又は混合物を使用することが有利かもしれない。一部の実施形態では、基板は、アモルファス炭素を含む。一部の実施形態では、アモルファス炭素は、パターニングされる。

様々な実施形態では、方法は、また、第２のプラズマを起こさせた後に、アモルファス炭素を露出させるために基板を平坦化することと、マスクを形成するためにアモルファス炭素を選択的にエッチングすることとを含む。

別の一態様は、半導体基板をパターニングする方法であって、コア層の上に共形膜を成長させる前に、パターニングされたコア層の上にナノラミネート保護層を成長させることと、該ナノラミネート保護層の上に共形膜を成長させることと、コアを露出させるために共形膜を平坦化すること、マスクを形成するためにコアを選択的にエッチングすることとによって半導体基板をパターニングする方法を伴う。

特定の実施形態では、コア層は、アモルファス炭素を含む。様々な実施形態では、ナノラミネート保護層は、酸化シリコン又は酸化チタンを含む。特定の実施形態では、ナノラミネート保護層の厚さは、約１５Åから約２００Åである。多くの実施形態では、ナノラミネート保護層は、ＰＥＡＬＤを使用して、基板をチタン含有前駆体又はシリコン含有前駆体に暴露することと、基板を酸化体に暴露することと、基板が酸化体に暴露されている間に第１のプラズマを起こさせることとによって成長される。

一部の実施形態では、ナノラミネート保護層は、約１００℃未満の温度で成長される。様々な実施形態では、ナノラミネート保護層は、約５０℃から約１５０℃の温度で成長され、第１のプラズマは、基板面積１平方ミリメートルあたりにして約１．７６８×１０^-4Ｗ／ｍｍ²から約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力で起こされる。

一部の実施形態では、酸化チタン層は、ＰＥＡＬＤを使用して、基板をチタン含有前駆体に暴露することと、基板を酸化体に暴露することと、基板が酸化体に暴露されている間に、基板面積１平方ミリメートルあたりにして少なくとも約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力で第２のプラズマを起こさせることとによって成長される。

別の一態様は、半導体基板を処理するための装置であって、１つ以上のプロセスチャンバと、プロセスチャンバへの１つ以上のガス入口、及び関連の流量制御ハードウェアと、ＨＦＲＦ発生器と、メモリと少なくとも１つのプロセッサとを有するコントローラとを含み、メモリと少なくとも１つのプロセッサとは、互いに通信可能であるように接続され、少なくとも１つのプロセッサは、流量制御ハードウェア及びＨＲＦＲ発生器に少なくとも可操作式に接続され、メモリは、基板を金属含有前駆体に暴露するためのコンピュータ実行可能命令と、基板を第１の酸化体に暴露するためのコンピュータ実行可能命令と、基板が第１の酸化体に暴露されている間に、約１２．５Ｗから約１２５ＷのＨＦＲＦ電力で第１のプラズマを起こさせるためのコンピュータ実行可能命令と、基板をチタン含有前駆体に暴露するためのコンピュータ実行可能命令と、基板を第２の酸化体に暴露するためのコンピュータ実行可能命令と、基板が第２の酸化体に暴露されている間に、少なくとも約１２５ＷのＨＦＲＦ電力で第２のプラズマを起こさせるためのコンピュータ実行可能命令とを記憶している。

これらの及びその他の態様が、図面を参照にして以下で更に説明される。

開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。

開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。 開示される実施形態にしたがった集積方式を示した概略図である。

開示される実施形態にしたがった方法のプロセスフローチャートである。

開示される実施形態にしたがった方法のプロセスフローチャートである。 開示される実施形態にしたがった方法のプロセスフローチャートである。

開示される実施形態にしたがった方法を実践するための反応チャンバを示した図である。

開示される実施形態にしたがった操作を実施するために使用されえるマルチステーション装置を示した図である。

開示される実施形態にしたがった方法を実施する実験から得られた成長膜の画像である。 開示される実施形態にしたがった方法を実施する実験から得られた成長膜の画像である。 開示される実施形態にしたがった方法を実施する実験から得られた成長膜の画像である。

以下の説明では、提示される実施形態の完全な理解を与えるために、数々の具体的詳細が明記される。開示される実施形態は、しかしながら、これらの詳細の一部又は全部を伴わずとも実施されえる。また、開示される実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス操作は省略される。開示される実施形態は、具体的な実施形態との関わりのもとで説明されるが、それらの具体的な実施形態は、開示される実施形態を限定することを意図しないことが理解される。

半導体素子の製造は、集積回路生産プロセスにおいて１枚以上の薄膜を成長させることを伴うことが一般的であり、パターニング工程を含んでいてよい。マルチプルパターニング技術は、より小さい特徴又はより高いアスペクト比を伴う、即ち２Ｘｎｍノード又は１Ｘｎｍノードまで下がった先進の集積回路を製造するために使用される。「１Ｘ」ノードという用語は、１０ｎｍから１９ｎｍのプロセスノードを意味し、「２Ｘ」ノードという用語は、２０ｎｍから２９ｎｍのプロセスノードを意味する。マルチプルパターニングの一例は、自己整合型ダブルパターニングであり、これは、従来のリソグラフィによって形成されるパターンの二倍の数の特徴を作成する技術である。素子サイズの縮小に伴って、クワドルプルパターニング、即ち「クワッドパターニング」などの更に先進のマルチプルパターニング技術を使用して、更に狭いハーフピッチ特徴が得られるだろう。

クワッドパターニング方式の一例が、図１から図１１に提供されている。図１は、半導体処理に適したウエハの上などにある多積層スタックに含まれえる様々な層の一例を示した概略図を提供している。図１における多積層スタックは、第１のコア（第１のマンドレルとも呼ばれる）１０３の形に形成された第１のコア層を含み、これは、先行するプロセスにおいてリソグラフィによってハードマスク１０４の上に画定されえるものである。ハードマスク１０４は、第２のコア層１０５の上にあってよく、該コア層自体は、層１０７の上に成長される。層１０７は、ハードマスク層１０７ａと、キャップ層１０７ｂと、マスク層１０７ｃとを含んでいてよく、マスク層１０７ｃは、後続のターゲット層１５０をパターニングするために使用されてよい。マスク層１０７ｃとターゲット層１５０との間には、バリア層、キャップ層、又はエッチング停止層があってよい。当業者ならば、上述されたいずれの層間にも１枚以上の層が成長されてよいこと、及びターゲット層１５０が１枚以上の追加の層を含んでいてよいことがわかるだろう。

第１のコア層（及びゆえに第１のコア１０３）は、例えばシリコン、及び／又はシリコンベースの酸化物若しくは窒化物などの、スタック内のその他の材料に対して高エッチング選択性であってよく、また、透光性であってよい。第１のコア層は、フォトレジストであってよい、又はアモルファス炭素材料若しくはアモルファスシリコン材料で作成されてよい。一部の実施形態では、第１のコア層は、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）などの成膜技術によってハードマスク１０４の上に成長されてよく、該成膜技術は、炭化水素前駆体を含む成膜ガスから成膜チャンバのなかでプラズマを発生させることを伴ってよい。炭化水素前駆体は、ｘを２から１０の整数、ｙを２から２４の整数としたときに、化学式：Ｃ_xＨ_yによって定義されてよい。例として、メタン（ＣＨ₄）、アセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）、エチレン（Ｃ₂Ｈ₄）、プロピレン（Ｃ₃Ｈ₆）、ブタン（Ｃ₄Ｈ₁₀）、シクロヘキサン（Ｃ₆Ｈ₁₂）、ベンゼン（Ｃ₆Ｈ₆）、及びトルエン（Ｃ₇Ｈ₈）が挙げられる。高周波（ＨＦ）電力及び低周波（ＬＦ）電力を含む二重無線周波数（ＲＦ）のプラズマソースが使用されてよい。或いは、単一ＲＦのプラズマソースが使用されてよい。このようなソースは、通常は、ＨＦＲＦソースである。

第１のコア１０３の形に形成された第１のコア層の下は、第２のコア層１０５である。第１のコア層と第２のコア層１０５との間は、ハードマスク１０４であってよい。ハードマスク１０４は、第１のコア層がパターニングされている間に第２のコア層１０５をエッチングすることがないように、第１のコア層及び第２のコア層１０５に対して高いエッチング選択性を有してよい。第２のコア層１０５は、アモルファス炭素材料又はアモルファスシリコン材料で作成されてよい。成膜の方法及び成膜用の前駆体は、第１のコア層に関して上述されたうちの任意であってよい。パターニングされると、第２のコア層１０５は、第２のコア（第２のマンドレルとも呼ばれる）１０５’（図５に示される）の形に形成され、マスク層１０７ｃなどの後続の層にマスクをエッチングするために使用されてよく、マスク層１０７ｃは、次いで、ターゲット層１５０をパターニングするために使用されてよい。特定の実施形態では、マスク層１０７ｃは、アモルファス炭素材料又はアモルファスシリコン材料で作成されてよい。図１から図１１に示されたようなクワドルプルパターニング方式では、マスク層１０７ｃは、フォトレジスト内の１つの特徴がパターニング及び転写を経てターゲット層１５０内に４つの特徴を形成するように、フォトレジストパターンの４分の１パターンであってよい。

第２のコア層１０５とターゲット層１５０との間は、ハードマスク層１０７ａ、又はキャップ層１０７ｂ、又はターゲット層１５０をパターニングするために使用されるマスク層１０７ｃなどの、その他の層であってよい。ターゲット層１５０は、最終的にパターニングされる層であってよい。ターゲット層１５０は、半導体、誘電体、又はその他の層であってよく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、又は窒化チタン（ＴｉＮ）で作成されてよい。ターゲット層１５０は、原子層成長（ＡＬＤ）、プラズマ強化ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、又はその他の適切な成膜技術によって成長されてよい。

一例では、図１に示されるようなクワッドパターニングスタックの組成及び厚さは、４００Åの第１のアモルファス炭素コア１０３、１５０Åのオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）ハードマスク層１０４、３５０Åの第２のアモルファス炭素コア層１０５、１５０ÅのＴＥＯＳハードマスク層１０７ａ、１００Åのアモルファスシリコンキャップ層１０７ｂ、３００Åのアモルファス炭素マスク層１０７ｃ、２００Åの窒化チタンバリア層１０８ａ、及び３００ÅのＴＥＯＳハードマスク層１０８ｂが、全て、シリコンターゲット層又は基板１５０の上にあるものであってよい。一例では、リソグラフィによるパターニングの前に、図１の例に示されたような第１のコア層を画定するために、１００Åから１５０ÅのＳｉＯＮエッチング停止層、３００Åの底部反射防止被覆（ＢＡＲＣ）層、及び１０００Åの第１のフォトレジストコア層が、４００Åの第１のアモルファス炭素コア層の上に成長されてよい。

図２では、第１のコア１０３を覆って共形膜１０９が成長される。共形膜１０９は、「スペーサ」と呼ばれてもよく、多積層スタック上のパターンを覆う均等に分布した層を作成するために、パターンの形状に一致するように成長されてよい。以下で更に説明されるように、共形膜１０９は、第１のコア１０３の側壁にそれぞれ隣接する複数の個々のスペーサ内に形成されてよい。共形膜１０９は、コアに対して高いエッチング選択性を有する。例えば、共形膜１０９は、アモルファス炭素層に対して３：１を超えるエッチング選択性を有してよい。一部の実施形態では、共形膜１０９は、ハロゲン化物エッチング化学剤中のポリシリコンに対して１５：１を超えるエッチング選択性を有する。

共形膜１０９は、ＳｉＯ₂などの誘電体材料で作成されてよい。共形膜１０９は、酸化チタン（ＴｉＯ₂）などの酸化物であってもよい、又は窒化シリコン（ＳｉＮ）であってよい。一部の実施形態では、共形膜１０９は、パターニングによる更に多くの「貫通」に耐えられるように更に密な材料で作成され、以下で簡単に説明されるようなＡＬＤ、ＰＥＡＬＤ、又は共形膜成長（ＣＦＤ）方法によって成長されてよい。

ＡＬＤプロセスは、層ごとに膜をそれぞれ成長させるために、表面介在性の成膜反応を使用する。ＡＬＤプロセスの一例では、表面活性部位の集団を含む基板表面が、第１の膜前駆体（Ｐ１）の気相分布に暴露される。Ｐ１の化学吸着種及びＰ１の物理吸着分子を含む、Ｐ１の分子の一部が、基板表面の上に凝縮相を形成するだろう。リアクタは、次いで、化学吸着種のみを残留させるように気相及び物理吸着Ｐ１を除去するために排気される。次いで、第２の前駆体（Ｐ２）の分子の一部が基板表面に吸着するように、リアクタにＰ２が導入される。リアクタは、今度は非結合Ｐ２を除去するために、再び排気されてよい。続いて、基板に提供される熱エネルギが、吸着分子Ｐ１とＰ２との間の表面反応を活性化させて膜層を形成する。最後に、リアクタは、反応副生成物をそして場合によっては未反応のＰ１及びＰ２を除去するために排気され、ＡＬＤサイクルを終了させる。膜の厚みを増すために、追加のＡＬＤサイクルが含まれていてもよい。ＰＥＡＬＤプロセスの一例では、Ｐ１と第２の膜前駆体Ｐ２との間の反応を活性化させるために、Ｐ２がリアクタに導入される間にプラズマが起こされる。

共形膜１０９を成長させるために、ＣＦＤが使用されてよい。ＣＦＤは、膜を形成するための反応前に１種以上の反応物を完全パージすることに依存しないのが一般的である。例えば、プラズマ（又はその他の活性化エネルギ）が打ち出されるときに、気相内に１種以上の反応物が存在していてよい。したがって、代表的なＣＦＤプロセスでは、ＡＬＤプロセスで説明されたプロセス工程の１つ以上が短縮又は排除されてよい。更に、一部の実施形態では、プラズマによる成膜反応の活性化は、反応が熱的に活性化される場合よりも成膜温度が低く、これは、統合プロセスの熱収支を低減させる可能性がある。背景として、ＣＦＤの簡単な説明が提供される。ＣＦＤサイクルの概念は、本明細書における様々な実施形態の議論に関わりがある。ＡＬＤプロセスと同様に、通常は、一サイクルが、一度の表面成膜反応を実施するために必要とされる操作の最小集合である。１つのサイクルの結果は、基板表面上に少なくとも１枚の部分膜層が作成されることである。一般に、ＣＦＤサイクルは、各反応物を基板表面に供給する及び吸着させるために、並びに次いで吸着されたそれらの反応物を反応させて部分膜層を形成するために必要とされる工程のみを含む。サイクルは、反応物若しくは副生成物の１種以上を排出させる、及び／又は成長された部分膜を処理するなどの、特定の付随工程を含んでいてよい。総じて、サイクルは、固有の順序の一連の操作を一組のみ含む。一例として、サイクルは、（ｉ）反応物Ａを供給する／吸着させる操作と、（ii）反応物Ｂを供給する／吸着させる操作と、（iii）反応チャンバからＢを排出させる操作と、（iv）ＡとＢとの表面反応を推進して表面上に部分膜層を形成させるためにプラズマを印加する操作とを含んでいてよい。本明細書で言うＰＥＡＬＤは、ＣＦＤプロセスを含む。

以下の条件は、ＣＦＤプロセスによって酸化シリコン共形膜１０９を成長させるのに適した条件の例である。成膜は、約５０℃から約４００℃の温度、約０．５トールから約１０トールの圧力、及び約１００Ｗから約１０ｋＷの４ステーションＲＦ電力で発生してよい。ＲＦ活性化周波数は、様々な実施形態において、約１３．５６ＭＨｚから約４０ＭＨｚの間で可変である。酸化シリコン共形膜１０９の場合は、使用されえるプロセスガスとして、シリコンソースとしての、シリコンアミド（例えば、ＢＴＢＡＳ、ＢＤＥＡＳ（ビス−ジ−エチルアミノシラン）又はＤＩＰＡＳ（ジ−イソプロピルアミノシラン）と、酸素ソースとしての、酸素、又は亜酸化窒素、又は二酸化炭素とが挙げられ、これらは、例えばアルゴン又は窒素などの不活性キャリアガスによって希釈された状態で、別々に又は併せて使用されてよい。プロセスガス流量は、（液体）シリコン前駆体（例えば、ＢＴＢＡＳ、ＢＤＥＡＳ、及びＤＩＰＡＳ）の場合は、例えばＢＴＢＡＳの約２．５ｓｃｃｍのように、約１ｓｃｃｍから３ｓｃｃｍであってよく、酸素前駆体（Ｏ₂、Ｎ₂Ｏ）の場合は、例えばＮ₂Ｏの５０００ｓｃｃｍのように、約５０００ｓｃｃｍから約１０，０００ｓｃｃｍであってよく、キャリアガス（Ａｒ又はＮ₂）の場合は、例えば５０００ｓｃｃｍのＡｒのように、約０ｓｃｃｍから約１０，０００ｓｃｃｍであってよい。

図３では、共形膜１０９は、第１のコア１０３を露出させるために、エッチバックされる又は平坦化される。様々な実施形態では、共形膜１０９は、多工程プロセスを通じて平坦化されてよい。一例では、共形膜１０９は、約３０秒にわたり、先ず約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの塩素（Ｃｌ₂）を、次いで約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍのメタン（ＣＨ₄）を、次いで約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの窒素（Ｎ₂）を流すことによってエッチバックされてよい。一部の実施形態では、共形膜１０９は、約３０秒にわたり、約１０℃から約２０℃の温度及び約２ミリトールから約２０ミリトールの圧力でエッチングされてよい。一部の実施形態では、基板は、約４０℃から約６０℃の温度及び約５ミリトールから約１００ミリトールの圧力でエッチングされてよい。多くの実施形態では、コアを露出させて共形膜１０９からスペーサ１０９’の構造を画定するために、異方性プラズマエッチングが実施される。

図４では、第１のコアは、剥離又はエッチングされ、基板上に自立スペーサ１０９’を残らせる。もし、第１のコア層がフォトレジストであるならば、第１のコア１０３は、酸素（Ｏ₂）を約４０℃から約６０℃の温度及び約５ミリトールから約２０ミリトールの圧力で約１００ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍの流量で流すことによってエッチングされてよい。

もし、第１のコア層がアモルファス炭素材料で作成されるならば、第１のコア１０３は、アッシング方法を使用して剥離又はエッチングされてよい。アッシング方法は、エネルギイオンの指向性運動よりも、材料除去のための化学反応に依存するだろう。例えば、アッシング操作で使用されるプロセスガスに暴露される表面は、その暴露ゆえに材料除去を受けるので、第１のコア１０３に使用されるアモルファス炭素材料は、第１のコア１０３がアッシングされている間にスペーサ１０９’がエッチングされないように、スペーサ１０９’に対して高いエッチング選択性を有してよい。また、一部の化学的エッチングプロセスとは対照的に、アッシング操作は、完全に気相の反応生成物を生成するだろう。炭素膜のためのアッシング操作は、例えば、解離した水素（Ｈ₂）又は酸素（Ｏ₂）をプロセスガスとして利用してよく、これは、炭素膜と反応して上記のような気相の反応副生成物を形成するだろう。一部の実施形態では、残留しているスペーサ１０９’は、様々なエッチング条件を使用する後続の処理のために成形されてよい。

図５では、スペーサ１０９’をマスクとして使用して第２のコア層１０５が下方へエッチングされ、それによってパターンが転写され、第２のコア１０５’が形成される。第２のコア層１０５は、スペーサ１０９’ではなく第２のコア層１０５をエッチングするのに適した化学剤を使用して、約５０℃から約７０℃の温度及び約５ミリトールから約１００ミリトールの圧力でエッチングされてよい。第２のコア層１０５は、したがって、スペーサ１０９’に対して高エッチング選択性である。第２のコア層１０５は、アモルファス炭素層又はアモルファスシリコン層であってよい。第２のコア層１０５の上は、キャップ層１０４であってよく、これは、シリコン反射防止被覆、又はＰＥＣＶＤ誘電体層、又はスピンオンガラスであってよい。

図６では、スペーサ１０９’及びキャップ層１０４がエッチング又はそれ以外のやり方で除去され、パターニングされた第２のコア１０５’を残らせる。一部の実施形態では、スペーサ１０９’は、約３０秒にわたり、約１０℃から約２０℃の温度及び約２ミリトールから約２０ミリトールの圧力で除去されてよい。一部の実施形態では、基板は、約４０℃から約６０℃の温度及び約５ミリトールから約１００ミリトールの圧力でエッチングされてよい。多くの実施形態では、異方性プラズマエッチングが実施される。一例では、スペーサ１０９’は、約３０秒にわたり、先ず約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの塩素（Ｃｌ₂）を、次いで約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍのメタン（ＣＨ₄）を、次いで約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの窒素（Ｎ₂）を流すことによってエッチングされる。

図７では、パターニングされた第２のコア１０５’を覆って第２の共形膜１１９が成長される。多くの実施形態では、第２の共形膜１１９は、酸化チタンの層であってよく、ＰＥＡＬＤ方法によって成長されてよい。

図８では、第２の共形膜１１９は、第２のコア１０５’を露出させるためにエッチング又は平坦化される。条件及び方法は、図３に関して上述されたうちの任意であってよい。

図９では、第２のコア１０５’は、エッチング又は除去され、第２の自立スペーサ１１９’を残らせる。条件及び方法は、図４に関して上述されたうちの任意であってよい。

図１０では、マスクとして第２のスペーサ１１９’を使用してマスク層１０７ｃが下方へエッチングされ、それによって第２のスペーサ１１９’からパターンが転写され、パターニングされたマスク１０７ｃ’が形成される。マスク層１０７ｃは、第２の共形膜１１９に対して高エッチング選択性であってよく、マスク層１０７ｃの化学剤に応じ、図５に関して上述された任意の方法によってエッチングされてよい。

図１１では、第２のスペーサ１１９’は、エッチング停止層１０７ａ及びキャップ層１０７ｂとともに除去され、パターニングされたマスク１０７ｃ’を残らせる。第２のスペーサ１１９’を除去するための条件及び方法は、図６に関して上述されたうちの任意であってよい。マスク１０７ｃ’は、次いで、ターゲット層１５０などの後続の層をパターニングするために使用されてよい。図１から図１１に示されたプロセス工程の結果は、リソグラフィによって画定された１つの特徴（図１の第１のコア１０３など）がそれよりも小さい４つの特徴を基板上にもたらすクワッドパターニング方式である。クワッドパターニング方式は、現行のダブルパターニング方式では実現不可能である小ささの、１０ｎｍの又は１０ｎｍと２０ｎｍとの間のハーフピッチの特徴を形成するために使用されえる。

より小さい特徴を形成する特性ゆえに、第２の共形膜１１９に使用される材料は、後続のパターニング工程における過酷な条件に曝されたときに頑強性を維持すること及び座屈を防ぐことができるように、より広いコアのスペーサに使用される共形膜よりも高品質であってよい。高品質共形膜材料は、理想に近い定比性と、低い炭素含有量とを有してよく、もし、共形膜が酸化チタンであるならば、該高品質共形膜は、例えば１：２のような、理想に近いＴｉ：Ｏの定比性を有するだろう。高品質共形膜は、ＡＬＤによって成長されてよく、これは、酸化半反応からの完全転換を実施し、それによって理想に近い定比性を形成しえる。したがって、高品質共形膜材料は、低いエッチング速度と、高いエッチング選択性とを有してよく、また、酸化物及び窒化物に対して限りなく選択性でもあってよい。これらの膜は、約１５０ＭＰａを超えるなどの高い弾性率も有してよく、これは、スペーサとしての共形膜の機械的安定性の向上に寄与し、それによって限界寸法の均一性（ＣＤＵ）を向上させる。本明細書で開示される高品質共形膜材料は、また、後続の集積工程に耐えられるように高密度であってもよい。

本明細書で提供されるのは、薄い共形ナノラミネート保護層を成長させる方法である。やはり提供されるのは、ナノラミネート層の成長を含む方法においてスペーサとして使用されえる高品質の膜を形成する方法である。ナノラミネート層は、その下にあるコア層を共形膜の成長中に劣化しないように保護しつつ、スペーサの頑強性を向上させることができる。

高品質酸化チタンなどの高品質膜をコア層の上に直接成長させると、スペーサの成長時における過酷な条件ゆえにコアが劣化又は消耗され、それによってその下のパターニングされたコアが傷つけられる恐れがある。例えば、高品質共形膜の成長時において、パターニングされたコア層は、Ｎ₂Ｏ／Ｏ₂シーケンシャルプラズマから少なくとも約１０００Ｗの高ＨＦＲＦ電力によって生成されるような酸素ラジカルに暴露されるだろう。高い電力ゆえに、多くの酸素ラジカルが形成され、これは、コア層へのラジカル衝撃の増加、及びそれに続くコアパターンの劣化を招く。窒化物は、もし、それがコア層を覆うキャップとして使用されればこのような衝撃に耐えられるだろうが、しかしながら、特定のコア材料に対して選択性ではないゆえに適していない。共形膜が成長された後、基板は、コアを露出させる及び除去するために平坦化されてよいが、しかしながら、コアが消耗又は劣化されているゆえに、結果として得られるスペーサ間の幅が消滅しているかもしれず、これは、半導体基板上に不規則なパターンを生じる。本明細書で開示される方法は、コアの劣化を防ぐために低品質共形膜を使用するのではなく、高品質スペーサ材料を使用することを可能にする。

ナノラミネート保護層は、成長中に使用されるＨＦＲＦ電力が低いゆえに、共形膜よりも低密度であってよい。このようなナノラミネート保護層は、コアを適切に保護する最小の厚みで成長されてよい。ナノラミネート保護層を最小の厚みにすることによって、後続の集積が促進されるだろう。ナノラミネート保護層は、その下にある層を、それを覆う高品質共形膜が成長されえる程度に保護してよい。それによって、コアの消耗及び劣化が低減され、コアは、高品質共形膜の成長中における過酷な条件に耐えることができる。後続のパターニング工程において、高品質共形膜は、その他の過酷な条件に耐えることができ、尚も、自立構造としてのその強い頑強性を維持することができる。ナノラミネート保護層は、また、コアの幾何学形状の統合性を維持するとともに自立スペーサ構造に対する機械的な支えを提供することによって、スペーサの傾きを防ぐとともに限界寸法の可変性も提供してよく、それによって、半導体処理において更に低いハーフピッチで更に微細な特徴を形成する能力を向上させるだろう。

ナノラミネート保護層を使用する方法の一例は、図１に関して上述されたような、リソグラフィによって画定された、即ちパターニングされた第１のコア層を多積層半導体基板に提供することによって開始されてよい。一部の実施形態では、ナノラミネート保護層は、図１３に関する実施形態で後述されるように、共形膜１０９を成長させる前に第１のコア１０３の上に成長されてよい。様々な実施形態では、共形膜１０９は、図２にあるように、第１のコア１０３を覆って成長されてよい。図３に示されるように、共形膜１０９が平坦化された後、第１のコア１０３は、図４に示されるように、残留するスペーサ１０９’を露出させるためにエッチング又は除去されてよい。次いで、スペーサ１０９’をマスクとして使用して第２のコア層１０５が下方へエッチングされてよく、それによってパターンが転写されて、図５に示されるような第２のコア１０５’が形成されてよい。スペーサ１０９’は、図１２に示されるようなパターニングされた第２のコア１０５を露出させるために除去されてよい。第２のコア層１０５は、アモルファス炭素層、又はアモルファスシリコン層であってよい。

図１３では、ナノラミネート保護層が、第２のコア１０５’を覆って共形的に成長されてよい。ナノラミネート層１１１の厚さの例として、約１５Åから約２００Åの厚さ、約１５Åから約１００Åの厚さ、又は約１５Åから約５０Åの厚さが挙げられる。なお、図１３に示されている厚さは、例示を目的として誇張されており、一例にすぎないことに留意せよ。

一部の実施形態では、ナノラミネート層１１１は、２枚以上の副層（不図示）を有しえるスタックを含んでいてよい。例えば、スタックは、二層であってよい。副層は、一部の実施形態では同じ組成を有し、一部の実施形態では異なる組成を有する。一部の実施形態では、ナノラミネート層１１１は、単層である。一例では、ナノラミネート層１１１は、酸化シリコンの単層である。別の一例では、ナノラミネート層１１１は、酸化チタンの単層である。二層ナノラミネート層１１１の一例では、上層が酸化シリコンであり、下層が酸化チタンである。二層ナノラミネート層１１１の別の例では、上層が酸化チタンであり、下層が酸化シリコンである。

ナノラミネート層１１１は、また、ナノラミネート層１１１を成長させるために使用されるだろうＨＦＲＦ電力が低いゆえに、共形膜として成長される材料よりも低密度であってよい。一部の実施形態では、ナノラミネート層１１１は、「柔らかい」ＡＬＤ酸化物と呼ばれる酸化シリコン（ＳｉＯ₂）又は酸化チタン（ＴｉＯ₂）などのＡＬＤ酸化物であってよい。ナノラミネート層１１１の厚さは、パターニング方式のための処理条件を設定するときに及びエッチングされるパターンを決定するときに、考慮に入れられてよい。様々な実施形態では、ナノラミネート層１１１は、共形膜成長（ＣＦＤ）又はＰＥＡＬＤによって成長される。

図１４では、第２の共形膜１２９が、ナノラミネート層１１１を覆って成長される。特定の実施形態では、第２の共形膜１２９は、低いウェットエッチング速度と、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）などの酸化物及び窒化シリコン（ＳｉＮ）などの酸化物に対して限りない選択性を持つ高ドライエッチング選択性とを有する酸化チタン層などの、高品質酸化チタン膜である。例えば、第２の共形膜１２９は、アモルファス炭素層に対して３：１を超えるエッチング選択性を有してよい。一部の実施形態では、第２の共形膜１２９は、ハロゲン化物エッチング化学剤中のポリシリコン層に対して１５：１を超えるエッチング選択性を有する。一例では、約１５Åの厚さに成長されたナノラミネート層１１１が、約１１０Åの第２の共形膜１２９の成長から第２のコア１０５’を保護するのに十分だろう。様々な実施形態では、第２の共形膜１２９は、ＣＦＤ又はＰＥＡＬＤによって成長される。一部の実施形態では、第２の共形膜１２９は、ナノラミネート層１１１よりも高密度である。

図１５では、基板は、ナノラミネート層１１１側壁を伴う第２のコア１０５’を露出させる及び第２の側壁スペーサ１２９’を得るために、平坦化される。平坦化のための条件は、図３に関して上述されたうちの任意であってよい。

図１６では、第２のコア１０５’は、エッチング及び除去される。条件及び方法は、図９に関して上述されたうちの任意であってよい。一部の実施形態では、エッチング工程の特性ゆえに、ナノラミネート層１１１のごく一部もエッチングされるだろう。一部の実施形態では、ナノラミネート層１１１は、十分にエッチング選択性であり、第２のコア１０５’が除去される間にエッチングされることはない。なお、第２のスペーサ１２９’は、その側壁に薄いナノラミネート層１１１を伴った状態で、薄いナノラミネート層１１１の上に座していることに留意せよ。これは、それによって、その安定性を強化するとともに傾きを防ぐことができるだろう。尚も更に、一部の実施形態では、ナノラミネート材料は、第２のコア１０５’とともに完全に除去されてよい。上記のように、一部の実施形態では、ナノラミネート層１１１の厚さ、及びそれがどの程度除去されるかは、パターニング方式を計画する際に、所望の寸法に到達するために考慮に入れられるだろう。しかしながら、一部の実施形態では、ナノラミネート層１１１の厚さは、パターニングされた寸法の許容差内であり、考慮に入れる必要が無いだろう。

図１７では、マスクとして第２のスペーサ１２９’を使用して、マスク層１０７ｃが下方へエッチングされる。第２の高品質スペーサ１２９’の安定性及び頑強性が増しているゆえに、この操作は、更に容易に且つ更に効率良く完成され、微細で安定した高アスペクト比特徴を形成するだろう。

図１８では、ナノラミネート層１１１及び第２のスペーサ１２９’は、エッチング又は除去され、結果として得られるパターニングされたマスク１０７ｃ’を露出させる。条件及び方法は、図５に関して上述されたうちの任意であってよい。パターニングされたマスク１０７ｃ’は、次いで、後続の層をパターニングするために使用されてよく、これは、ターゲット層１５０をパターニングするために使用することができる。一部の実施形態では、パターニングされたマスク１０７ｃ’は、ターゲット層１５０をパターニングするために使用されてよい。

図１９は、様々な実施形態にしたがった方法の段階のプロセスフローチャートである。本明細書で説明されるサイクル及び暴露時間は、使用される装置及びプラットフォームに依存してよく、当業者ならば、相応してサイクル及び暴露時間を調整しえる。操作１９０１では、チタン含有前駆体又はシリコン含有前駆体などの第１の前駆体に、基板が暴露されてよい。一部の実施形態では、基板は、コア層を含む。様々な実施形態では、コア層は、アモルファス炭素、アモルファスシリコン、又はフォトレジストである。一部の実施形態では、コア層は、リソグラフィによって画定又はパターニングされる。特定の一実施形態では、基板は、パターニングされたアモルファス炭素層を含む。

チタン含有前駆体の例としては、トリジメチルアミノチタン（ＴＤＭＡＴ）、テトラエトキシチタン、テトラキス−ジメチル−アミドチタン、チタンイソプロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、及び四塩化チタンが挙げられる。シリコン含有前駆体は、例えば、シラン、ハロシラン、又はアミノシランであってよい。シランは、水素及び／又は炭素基を含むが、ハロゲンは含まない。シランの例としては、シラン（ＳｉＨ₄）、ジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、並びにメチルシラン、エチルシラン、イソプロピルシラン、ｔ−ブチルシラン、ジメチルシラン、ジエチルシラン、ジ−ｔ−ブチルシラン、アリルシラン、ｓｅｃ−ブチルシラン、テキシルシラン、イソアミルシラン、ｔ−ブチルジシラン、ジ−ｔ−ブチルジシラン、オルトケイ酸テトラエチル（テトラエトキシシラン、即ちＴＥＯＳとしても知られる）などの有機シランが挙げられる。ハロシランは、少なくとも１つのハロゲン基を含み、水素及び／又は炭素基は含んでいても含んでいなくてもよい。ハロシランの例には、イオドシラン、ブロモシラン、クロロシラン、及びフルオロシランがある。ハロシラン、なかでも特にフルオロシランは、シリコン材料をエッチングすることができる反応性のハロゲン化物種を形成しえるが、本明細書で説明される特定の実施形態では、プラズマが打ち出されるときにシリコン含有反応物は存在していない。クロロシランは、具体的には、テトラクロロシラン（ＳｉＣｌ₄）、トリクロロシラン（ＨＳｉＣｌ₃）、ジクロロシラン（Ｈ₂ＳｉＣｌ₂）、モノクロロシラン（ＣｌＳｉＨ₃）、クロロアリルシラン、クロロメチルシラン、ジクロロメチルシラン、クロロジメチルシラン、クロロエチルシラン、ｔ−ブチルクロロシラン、ジ−ｔ−ブチルクロロシラン、クロロイソプロピルシラン、クロロ−ｓｅｃ−ブチルシラン、ｔ−ブチルジメチルクロロシラン、テキシルジメチルクロロシランなどである。アミノシランは、シリコン原子に結合された少なくとも１つの窒素原子を含むが、水素、酸素、ハロゲン、及び炭素も含んでいてよい。アミノシランの例は、モノ−、ジ−、トリ−、及びテトラ−アミノシラン（それぞれ、Ｈ₃Ｓｉ（ＮＨ₂）₄）、Ｈ₂Ｓｉ（ＮＨ₂）₂）、ＨＳｉ（ＮＨ₂）₃）、及びＳｉ（ＮＨ₂）₄）である）、並びに例えばｔ−ブチルアミノシラン、メチルアミノシラン、ｔｅｒｔ−ブチルシランアミン、ビス（第三ブチルアミノ）シラン（ＳｉＨ₂（ＮＨＣ（ＣＨ₃）₃）₂（ＢＴＢＡＳ））、ｔｅｒｔ−ブチルカルバミン酸シリル、ＳｉＨ（ＣＨ₃）−（Ｎ（ＣＨ）₃）₂）₂、ＳｉＨＣｌ−（Ｎ（ＣＨ₃）₂）₂、（Ｓｉ（ＣＨ₃）₂ＮＨ）₃などの、置換されたモノ−、ジ−、トリ−、及びテトラ−アミノシランである。アミノシランの更なる例は、トリシリルアミン（Ｎ（ＳｉＨ₃）₃）である。

操作１９０１の後、成膜チャンバは、排出段階において、注入器によるパージ又はポンプによる排気の工程によってパージされてよい。総じて、排出段階は、気相反応物の１種を反応チャンバから除去するものであり、通常は、そのような反応物の供給が完了した後に初めて生じる。要するに、その反応物は、排出段階時には、もう反応チャンバに供給されていない。しかしながら、反応物は、排出段階中も、基板上に吸着されたままである。通常は、排出は、反応物が基板表面上に所望のレベルまで吸着された後に残留しているチャンバ内の気相反応物を除去する働きをする。排出段階は、また、弱く吸着された種（例えば、特定の前駆体配位子又は反応副生成物）も基板表面から除去しえる。ＡＬＤでは、排出段階は、２種類の反応物どうしの間の気相相互作用を、又は１種類の反応物と、表面反応のための熱的力、プラズマ力、若しくはその他の推進力との相互作用を、必要に応じて防ぐためのものと見なされる。本明細書で別途明記されない限りは、排出／パージ段階は、総じて、（ｉ）反応チャンバを排気すること、及び／又は（ii）排出対象とされる種を含まないガスを反応チャンバに流すことによって達成されてよい。（ii）の事例では、そのようなガスは、例えば不活性ガスであってよい。

操作１９０３では、基板は、第２の前駆体又は酸化体に暴露されてよい。一部の実施形態では、酸化体は、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、又は酸素（Ｏ₂）、又は二酸化炭素（ＣＯ₂）、又はそれらの混合若しくは組み合わせである。一部の実施形態では、酸化剤は、酸素（Ｏ₂）と、Ｎ₂Ｏ、ＣＯ、ＣＯ₂、ＮＯ、ＮＯ₂、ＳＯ、ＳＯ₂、Ｃ_xＨ_yＯ_z、及び／又はＨ₂Ｏなどの弱酸化剤との混合であってよい。その他の実装形態では、酸化反応物は、全て弱酸化剤からなっていてよい。或いは、酸化反応物は、Ｏ₃を含んでいてよい。一部の実施形態では、酸化反応物は、約０％から約５０％がＯ₂であり、約５０％から約１００％が弱酸化剤である。

一部の事例では、反応物の１種が、（例えば、たとえその他の反応物の供給中及び／又はプラズマへの暴露中であっても）継続的に供給されてよい。例えば、酸化反応物が、継続的に供給されてよい。継続的に流される反応物は、アルゴンなどのキャリアガスと併せて反応チャンバに供給されてよい。一部の事例では、継続的に流れる反応物の、反応チャンバへの供給は、迂回弁／入口弁の切り替えを使用することによって制御される。ガス流量の変更は、迂回されてよい又は並行流にされてよい。一例では、継続的に流れる反応物は、特定の期間にのみ反応チャンバに供給されるように、反応チャンバから定期的に迂回される。継続的に流れるガスは、適切な弁を使用して出口／捨て場に迂回されてよい。例えば、酸化反応物は、継続的に流れていてよいが、反応チャンバへは、定期的にのみ供給される。酸化反応物は、反応チャンバに供給されていないときは、出口や再利用システムなどに迂回されていてよい。

操作１９０５では、基板が酸化体に暴露されている間に、低ＨＦＲＦ電力によってプラズマが起こされてよい。一部の実施形態では、ウエハの単位面積あたりの低ＨＦＲＦ電力は、約１．７６８×１０^-4Ｗ／ｍｍ²から約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²であってよく、ここで、ｍｍ²は、ウエハの表面積の単位を表している。プラズマ電力は、ウエハ表面積に線形に増減されてよい。例えば、低ＨＦＲＦ電力は、３００ｍｍウエハの場合はステーションごとに約１２．５Ｗから約１２５Ｗであってよく、４５０ｍｍウエハの場合は約２８Ｗから約２８０Ｗであってよい。成膜温度は、約５０℃から約１５０℃であってよい。操作１９０５の後、成膜チャンバは、再びパージされてよい。これらの工程は、所望の厚さの膜が成長されるまで繰り返されてよい。

一部の実施形態では、操作１９０５は、４ステーションツールにおいて約５０Ｗから約５００Ｗで３００ｍｍ基板を酸化体に暴露している間に、ＨＦＲＦ電力によって約１００℃未満などの低い温度で発生してよく、上記電力は、４ステーションツールに印加される合計電力である。

操作１９０７では、基板は、チタン含有前駆体に暴露されてよい。チタン含有前駆体の例は、操作１９０１に関して上述されたうちの任意であってよい。一例として、基板は、約２秒にわたってＴＤＭＡＴに暴露されてよく、これは、「ドーズ」として説明されえる。操作１９０７の後、成膜チャンバは、注入器によるパージ又はポンプによる排気の工程によってパージされてよい。一例として、パージは、約１０秒にわたって持続してよい。

操作１９０９では、基板は、別の前駆体又は酸化体に暴露されてよい。多くの実施形態では、酸化体は、亜酸化窒素（Ｎ₂Ｏ）、又は酸素（Ｏ₂）、又は二酸化炭素（ＣＯ₂）、又はそれらの混合である。一例として、操作１９０９は、約３０秒であってよく、最初の２５秒間は、酸化体は流されず、キャリアガス又は不活性ガスのみが流され、酸化体は、２５秒が経過した後に初めて流されて、次の操作の間も継続される。キャリアガスの例として、アルゴン（Ａｒ）及び窒素（Ｎ₂）が挙げられる。これらのキャリアガスの流量は、約０ｓｃｃｍから約１０，０００ｓｃｃｍであってよい。

操作１９１１では、基板が酸化体に暴露されている間に、高ＨＦＲＦ電力によってプラズマが起こされてよい。多くの実施形態では、ＨＦＲＦ電力は、３００ｍｍウエハの場合にステーションごとに約１２５Ｗから約１５００Ｗであってよい。一例として、ＨＦＲＦ電力は、ステーションごとに約６２５Ｗであってよい。プラズマは、約０．２５秒から約３秒にわたって、又は約０．５秒にわたって起こされてよい。操作１９０７から１９１１までは、約５０℃から約４００℃、又は約５０℃から約２００℃、又は約１５０℃の温度、及び約３トールから約３．５トールの圧力で生じてよい。操作１９１１の後、プラズマは、オフにされてよく、チャンバは、開始時の状態までパージされてよい又はポンプ排気されてよい。操作１９０１、１９０３、１９０５、１９０７、１９０９、及び１９１１の後に使用するためのパージガスの例として、アルゴン（Ａｒ）、又は窒素（Ｎ₂）、又はその他の任意の適切なパージガスが挙げられる。一部の実施形態では、操作１９０１から１９０５までで成長される膜の密度は、操作１９０７から１９１１までで成長される膜よりも低密度であってよい。

様々な実施形態にしたがうと、操作１９０１から１９０５までは、操作１９０７から１９１１までよりも、低い温度、及び／又は低いＲＦ電力、及び／又は短いＲＦ時間、及び／又は低い圧力、及び／又は弱い酸化体で実施されてよい。これらの成膜条件は、動作可能な素子を作成しつつも下の基板の損傷を防ぐのに役立つだろう。

図２０Ａは、様々な実施形態にしたがった、ナノラミネート層を使用する方法のプロセスフローチャートを提供している。操作２００１では、図１に関して説明されたような、コア層が成長されてよい。コア層は、アモルファス炭素層、又はアモルファスシリコン層、又はフォトレジストであってよい。一部の実施形態では、コア層は、パターニングされる。操作２００３では、コア層の上に、ナノラミネート層が成長される。ナノラミネート層は、ＣＦＤ方法又はＰＥＡＬＤ方法によって成長されてよい。ナノラミネート層は、上記の図１９に関係する操作１９０１から１９０５までを使用して成長されてよい。一部の実施形態では、ナノラミネート層は、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）又は酸化チタン（ＴｉＯ₂）であってよい。成長されたナノラミネート層の厚さは、約１５Åから約２００Å、又は約１５Åから約１００Åであってよい。操作２００５では、ナノラミネート層の上に、金属窒化物層又は金属酸化物層が成長されてよい。金属窒化物層又は金属酸化物層は、上記の図１９に関係する操作１９０７から１９１１までを使用して成長されてよい。一部の実施形態では、金属窒化物層又は金属酸化物層は、酸化シリコン層又は酸化チタン層である。一部の実施形態では、金属窒化物層又は金属酸化物層は、高品質酸化チタン層である。様々な実施形態では、金属窒化物層又は金属酸化物層は、コアに対して高いエッチング選択性を有する。多くの実施形態では、金属窒化物層又は金属酸化物層は、ナノラミネート層よりも高密度である。

図２０Ｂは、様々な実施形態にしたがった、ナノラミネート層を使用する方法の一例のプロセスフローチャートである。操作２０１１では、基板の上に、薄いナノラミネート層が成長される。ナノラミネート層は、図１３から図２０Ａに関して上述されたうちの任意であってよい。ナノラミネート層は、上記の図１９に関係する操作１９０１から１９０５までを使用して成長されてよい。操作２０１３では、ナノラミネート層の上に、酸化チタン層が成長されてよい。ナノラミネート層の上に成長される酸化チタン層の一例は、図１４に関して上述されている。酸化チタン層は、上記の図１９に関係する操作１９０７から１９１１までを使用して成長されてよい。

装置
本明細書で提供される成膜技術は、プラズマ強化化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）リアクタ又は共形膜成長（ＣＦＤ）リアクタのなかで実行に移されてよい。このようなリアクタは、多くの形態をとりえるものであり、また、１枚以上のウエハをそれぞれ収容して様々なウエハ処理操作を実施するように構成されえる１つ以上のチャンバ又は「リアクタ」（複数のステーションを含むこともある）を含む装置の一部であってよい。１つ以上のチャンバは、ウエハを１つ以上の所定の位置に（例えば回転、振動、又はその他の撹拌などの運動をその位置で伴って又は伴わずに）維持してよい。一実装形態では、膜成長を経ているウエハは、そのプロセス中に、１つのリアクタチャンバ内の１つのステーションから別のステーションへ移送されてよい。その他の実装形態では、ウエハは、エッチング操作又はリソグラフィ操作などの異なる操作を実施するために、装置内のチャンバからチャンバへ移送されてよい。膜全体の成長が１つのステーションのなかで全て生じてもよいし、又は１つの成長工程ごとに膜の厚さの一部分が成長されてもよい。プロセス中、各ウエハは、台座、ウエハチャック、及び／又はその他のウエハ保持装置によって適所に保持されてよい。ウエハが加熱される特定の操作では、装置は、加熱板などのヒータを含んでいてよい。カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって生産されているＶｅｃｔｏｒ（商標）（例えば、Ｃ３ Ｖｅｃｔｏｒ）又はＳｅｑｕｅｌ（商標）（例えば、Ｃ２ Ｓｅｑｕｅｌ）は、ともに、本明細書で説明される技術を実行に移すために使用されえる適切なリアクタの例である。

図２１は、本明細書で説明される方法を実行に移すように構成された様々なリアクタコンポーネントを描いた簡単なブロック図を提供している。図に示されるように、リアクタ２１００は、リアクタのその他のコンポーネントを囲うプロセスチャンバ２１２４を含み、該チャンバは、接地されたヒータブロック２１２０と連動して働くシャワーヘッド２１１４を含む容量放電タイプのシステムによって発生するプラズマを内包する働きをする。整合回路網２１０６及びシャワーヘッド２１１４には、高周波数（ＨＦ）無線周波（ＲＦ）発生器２１０４及び低周波数（ＬＦ）ＲＦ発生器２１０２が接続されてよい。整合回路網２１０６によって供給される電力及び周波数は、プロセスチャンバ２１２４に供給されるプロセスガスからプラズマを発生させるのに十分であってよい。例えば、整合回路網２１０６は、５０Ｗから５０００ＷのＨＦＲＦ電力を提供してよい。一部の例では、整合回路網２１０６は、１００Ｗから５０００ＷのＨＦＲＦ電力と、１００Ｗから５０００ＷのＬＦＲＦ電力との合計エネルギを提供してよい。代表的なプロセスでは、ＨＦＲＦコンポーネントは、一般に、５ＭＨｚから６０ＭＨｚであってよく、例えば、１３．５６ＭＨｚである。ＬＦコンポーネントがある操作では、ＬＦコンポーネントは、約１００ｋＨｚから２ＭＨｚであってよく、例えば、４３０ｋＨｚである。

リアクタ内では、ウエハ台座２１１８が基板２１１６を支えてよい。ウエハ台座２１１８は、成膜処理反応及び／又はプラズマ処理反応の最中及び合間に基板を保持及び移送するために、チャック、フォーク、又はリフトピン（不図示）を含んでいてよい。チャックは、業界で及び／又は研究のために使用するために入手可能である静電チャック、機械的チャック、又はその他の様々なタイプのチャックであってよい。

入口２１１２を通じて様々なプロセスガスが導入されてよい。複数のソースガスライン２１１０が、分岐管２１０８に接続されている。これらのガスは、予め混合されていてもよいし、混合されていなくてもよい。プロセスの成膜処理段階及びプラズマ処理段階の最中に正しいプロセスガスが供給されることを保証するために、適切な弁メカニズム及び質量流量制御メカニズムが利用されてよい。（１種以上の）化学的前駆体が液体状で供給される事例では、液体流量制御メカニズムが利用されてよい。このような液体は、次いで、成膜チャンバに到達する前に、液体中に供給された化学的前駆体の気化点よりも高い温度に加熱された分岐管を通って移送されている間に気化されて、プロセスガスと混合されてよい。

プロセスガスは、出口２１２２を通じてチャンバ２１２４から出てよい。絞り弁又は振り子弁などの閉ループ制御式流量制限機器を使用して、プロセスガスをプロセスチャンバ２１２４から抜き出すために及びプロセスチャンバ２１２４内を適度に低い圧力に維持するために、例えば、１つ又は２つの機械的乾燥ポンプ及び／又はターボ分子ポンプ２１４０などの、真空ポンプが使用されてよい。

上記のように、本明細書で議論される成膜のための技術は、複数ステーションの又は単独ステーションのツールにおいて実行に移されてよい。具体的な実装形態では、４ステーション成膜方式を有する３００ｍｍ Ｌａｍ Ｖｅｃｔｏｒ（商標）ツール、又は６ステーション成膜方式を有する２００ｍｍ Ｓｅｑｕｅｌ（商標）ツールが使用されてよい。一部の実装形態では、４５０ｍｍウエハを処理するためのツールが使用されてよい。様々な実装形態では、ウエハは、成膜処理後及び／若しくは成膜後プラズマ処理後ごとにインデックス送りされてよい、又はもしエッチングチャンバ若しくはエッチングステーションも同じツールの一部であるならばエッチング工程後にインデックス送りされてよい、又はウエハをインデックス送りする前に１つのステーションのなかで複数の成膜及び処理が行われてよい。

一部の実施形態では、本明細書で説明される技術を実施するように構成された装置が提供されてよい。適切な装置は、様々なプロセス操作を実施するためのハードウェアと、開示された実施形態にしたがったプロセス操作を制御するための命令を有するシステムコントローラ２１３０とを含んでいてよい。システムコントローラ２１３０は、一般に、１つ以上のメモリ装置と、１つ以上のプロセッサとを含み、該１つ以上のプロセッサは、例えば弁、ＲＦ発生器、ウエハ取り扱いシステムなどの様々なプロセス制御機器に可通信式に接続されており、例えば図１９の成膜工程で提供される技術などの、開示される実施形態にしたがった技術を装置が実施するように命令を実行するように構成される。本開示にしたがったプロセス操作を制御するための命令を含むマシン読み取り可能媒体が、システムコントローラ２１３０に接続されてよい。コントローラ２１３０は、本明細書で説明されるような成膜操作に関係付けられた様々なプロセスパラメータの制御を促すために、例えば質量流量コントローラ、弁、ＲＦ発生器、真空ポンプなどに可通信式に接続されてよい。

一部の実施形態では、システムコントローラ２１３０は、リアクタ２１００の動作の全てを制御してよい。システムコントローラ２１３０は、大容量記憶装置に記憶され、メモリ装置に取り込まれ、プロセッサ上で実行されるシステム制御ソフトウェアを実行してよい。システム制御ソフトウェアは、ガスの流れ、ウエハの動き、ＲＦ発生器の起動などのタイミングを制御するための命令、並びにリアクタ装置２１００によって実施される特定のプロセスの、ガスの混合、チャンバ及び／又はステーションの圧力、チャンバ及び／又はステーションの温度、ウエハ温度、目標電力レベル、ＲＦ電力レベル、基板台座、チャック、及び／又は支持台の位置、及びその他のパラメータを制御するための命令を含んでいてよい。システム制御ソフトウェアは、任意の適切な形で構成されてよい。例えば、様々なプロセスツールプロセスを実行に移すために必要とされるプロセスツールコンポーネントの操作を制御するために、様々なプロセスツールコンポーネントサブルーチン又は制御オブジェクトが記述されてよい。システム制御ソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラミング言語でコード化されてよい。

システムコントローラ２１３０は、一般に、１つ以上のメモリ装置と、本開示にしたがった技術を装置が実施するように命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサとを含んでいてよい。開示された実施形態にしたがったプロセス操作を制御するための命令を含むマシン読み取り可能媒体が、システムコントローラ２１３０に接続されてよい。

本明細書で説明される方法及び装置は、半導体素子、ディスプレイ、ＬＥＤ、光起電性パネルなどの製造又は生産のために、後述のようなリソグラフィパターニングのツール又はプロセスと併せて使用されてよい。このようなツール／プロセスは、必ずしもそうとは限らないが、一般に、共通の製造設備において併せて使用又は実施される。膜のリソグラフィパターニングは、一般に、（１）スピンオンツール又は噴き付けツールを使用して、開示される実施形態で提供されるような被加工物、即ち基板又は多積層スタックの上にフォトレジストを塗布する工程、（２）加熱板又は加熱炉又はＵＶ硬化ツールを使用して、フォトレジストを硬化させる工程、（３）ウエハステッパなどのツールによって、可視光又は紫外線又はＸ線にフォトレジストを暴露させる工程、（４）レジストを選択的に除去してパターニングするために、ウェットベンチなどのツールを使用して、レジストを現像する工程、（５）後述されるようなドライ式又はプラズマ支援式のエッチングツールを使用することによって、レジストパターンをその下のアモルファス炭素層などの膜又は被加工物に転写する工程、並びに（６）ＲＦ又はマイクロ波プラズマレジストストリッパなどのツールを使用して、レジストを除去する工程の、一部又は全部を含み、各工程は、考えられる幾つかのツールによってそれぞれ実施される。一実装形態では、本明細書で説明されるような技術を使用して、ウエハ上の１つ以上のギャップ特徴が炭素膜で満たされる。炭素膜は、次いで、例えば本明細書で説明される目的の１つのために使用されてよい。更に、該実装形態は、上述された工程（１）から（６）の１つ以上を含んでいてよい。

マルチステーション処理ツールには、１つ以上のプロセスステーションが含まれてよい。図２２は、そのいずれか一方又は両方が遠隔プラズマソースを含んでいてよい入室ロードロック２２０２及び退室ロードロック２２０４を伴うマルチステーション処理ツール２２００の一実施形態の概略図を示している。大気圧にあるロボット２２０６は、ポッド２２０８を通じて取り込まれたカセットから、大気ポート２２１０を通じて入室ロードロック２２０２内へウエハを移動させるように構成される。ロボット２２０６によって入室ロードロック２２０２内の台座２２１２の上にウエハが載せられ、大気ポート２２１０が閉じられ、ロードロックがポンプ排気される。入室ロードロック２２０２が遠隔プラズマソースを含む場合は、ウエハは、処理チャンバ２２１４に導入される前に、ロードロック内において遠隔プラズマ処理を受ける。更に、ウエハは、例えば湿気及び吸着ガスを除去するために、入室ロードロック２２０２内において加熱もされてよい。次に、処理チャンバ２２１４へのチャンバ搬送ポート２２１６が開かれ、別のロボット（不図示）が処理のためにウエハをリアクタ内に示された第１のステーションの台座の上に載せる。図に描かれている実施形態は、ロードロックを含むが、一部の実施形態では、ウエハがプロセスステーションに直接入れられてもよいことがわかる。

図に示された処理チャンバ２２１４は、４つのプロセスステーションを含み、これらのステーションは、図２２に示された実施形態において、１から４の数字を振ってある。各ステーションは、加熱された台座（ステーション１の場合は２２１８で示されている）と、ガスライン入口とを有する。一部の実施形態では、各プロセスステーションが、異なる又は複数の目的を有していてよいことがわかる。例えば、一部の実施形態では、プロセスステーションは、ＣＦＤプロセスモードとＰＥＣＶＤプロセスモードとの間で切り替え可能であってよい。加えて又は或いは、一部の実施形態では、処理チャンバ２２１４は、ＣＦＤプロセスステーションとＰＥＣＶＤプロセスステーションとを組み合わせたペアを１つ以上含んでいてよい。図に示された処理チャンバ２２１４は、４つのステーションを含むが、本開示にしたがった処理チャンバは、任意の数のステーションを有していてよいことが理解される。例えば、一部の実施形態では、処理チャンバは、５つ以上のステーションを有してよく、その一方で、その他の実施形態では、処理チャンバは、３つ以下のステーションを有してよい。

図２２は、また、処理チャンバ２２１４内においてウエハを移送するためのウエハ取り扱いシステム２２９０の一実施形態も描いている。一部の実施形態では、ウエハ取り扱いシステム２２９０は、様々なプロセスステーションの間で、及び／又はプロセスステーションとロードロックとの間でウエハを移送してよい。任意の適切なウエハ取り扱いシステムが利用されてよいことがわかる。非限定的な例として、ウエハ回転棚及びウエハ取り扱いロボットが挙げられる。図２２は、また、プロセスツール２２００のプロセス条件及びハードウェア状態を制御するために利用されるシステムコントローラ２２５０の一実施形態も示している。システムコントローラ２２５０は、１つ以上のメモリ装置２２５６と、１つ以上の大容量記憶装置２２５４と、１つ以上のプロセッサ２２５２とを含んでいてよい。プロセッサ２２５２は、ＣＰＵ又はコンピュータ、アナログ及び／又はデジタル入力／出力接続、ステッピングモータ制御盤などを含んでいてよい。

一部の実施形態では、システムコントローラ２２５０は、プロセスツール２２００の動作の全てを制御する。システムコントローラ２２５０は、大容量記憶装置２２５４に記憶され、メモリ装置２２５６に取り込まれ、プロセッサ２２５２上で実行されるシステム制御ソフトウェア２２５８を実行する。或いは、制御ロジックは、コントローラ２２５０内にハードコードされてよい。これらの目的のためには、特殊用途向け集積回路や、プログラマブルロジックデバイス（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ、即ちＦＰＧＡ）などが使用されてよい。以下の議論において、「ソフトウェア」又は「コード」という用語が使用されるところでは、いずれも、機能的に匹敵するハードコードされたロジックが使用されえる。システム制御ソフトウェア２２５８は、プロセスツール２２００によって実施される特定のプロセスの、タイミング、ガスの混合、チャンバ及び／又はステーションの圧力、チャンバ及び／又はステーションの温度、ウエハ温度、目標電力レベル、ＲＦ電力レベル、ＲＦ暴露時間、基板台座、チャック、及び／又は支持台の位置、並びにその他のパラメータを制御するための命令を含んでいてよい。システム制御ソフトウェア２２５８は、任意の適切な形で構成されてよい。例えば、様々なプロセスツールプロセスを実行に移すために必要とされるプロセスツールコンポーネントの操作を制御するために、様々なプロセスツールコンポーネントサブルーチン又は制御オブジェクトが記述されてよい。システム制御ソフトウェア２２５８は、任意の適切なコンピュータ読み取り可能プログラミング言語でコード化されてよい。

一部の実施形態では、システム制御ソフトウェア２２５８は、上述された様々なパラメータを制御するための入力／出力制御（ＩＯＣ）順序付け命令を含んでいてよい。例えば、ＣＦＤプロセスの各段階は、システムコントローラ２２５０によって実行されるための１つ以上の命令を含んでいてよい。ＣＦＤプロセス段階についてのプロセス条件を設定するための命令は、対応するＣＦＤレシピ段階に含められてよい。一部の実施形態では、ＣＦＤレシピ段階は、ＣＦＤプロセス段階のための全ての命令がそのプロセス段階と同時進行的に実行されるように順序付けられてよい。

一部の実施形態では、システムコントローラ２２５０に関係付けられた大容量記憶装置２２５４及び／又はメモリ装置２２５６に記憶されたその他のコンピュータソフトウェア及び／又はプログラムが利用されてよい。これを目的としたプログラム又はプログラムセクションの例として、基板位置決めプログラム、プロセスガス制御プログラム、圧力制御プログラム、ヒータ制御プログラム、及びプラズマ制御プログラムが挙げられる。

基板位置決めプログラムは、基板を台座２２１８に搭載するために及び基板とプロセスツール２２００のその他のパーツとの間の間隔を制御するために使用されるプロセスツールコンポーネントのためのプログラムコードを含んでいてよい。

プロセスガス制御プログラムは、ガス組成及び流量を制御するための、並びに随意としてプロセスステーション内の圧力を安定化させるために成膜前に１つ以上のプロセスステーションにガスを流し込むための、コードを含んでいてよい。一部の実施形態では、コントローラは、コア層の上にナノラミネート保護層を成長させるための、及び保護層を覆う共形層を成長させるための命令を含む。

圧力制御プログラムは、例えば、プロセスステーションの排気システムにおける絞り弁やプロセスステーションに入るガスの流れなどを調整することによって、プロセスステーション内の圧力を制御するための、コードを含んでいてよい。一部の実施形態では、コントローラは、コア層の上にナノラミネート保護層を成長させるための、及び保護層を覆う共形層を成長させるための命令を含む。

ヒータ制御プログラムは、基板を加熱するために使用される加熱ユニットへの電流を制御するためのコードを含んでいてよい。或いは、ヒータ制御プログラムは、基板への熱伝達ガス（ヘリウムなど）の供給を制御してよい。特定の実施形態では、コントローラは、ナノラミネート保護層を第１の温度で、及び保護層を覆う共形層を第１の温度よりも高い第２の温度で成長させるための命令を含む。

プラズマ制御プログラムは、本明細書における実施形態にしたがった１つ以上のプロセスステーションにおけるＲＦ電力レベル及び暴露時間を設定するためのコードを含んでいてよい。一部の実施形態では、コントローラは、ナノラミネート保護層を第１のＲＦ電力レベル及びＲＦ持続時間で成長させるための、並びに保護層を覆う共形層を第２の電力レベル及びＲＦ持続時間で成長させるための、命令を含む。第２のＲＦ電力レベル及び／又は第２のＲＦ持続時間は、第１のＲＦ電力レベル／第１の持続時間よりも高くてよい／長くてよい。

一部の実施形態では、システムコントローラ２２５０に関係付けられたユーザインターフェースがあってよい。ユーザインターフェースとしては、ディスプレイ画面、装置及び／又はプロセス条件のグラフィックソフトウェア表示、並びに位置指示装置、キーボード、タッチ画面、マイクなどのユーザ入力装置が挙げられる。

一部の実施形態では、システムコントローラ２２５０によって調整されるパラメータが、プロセス条件に関するものであってよい。非限定的な例として、プロセスガス組成及び流量、温度、圧力、プラズマ条件（ＲＦバイアス電力レベル及び暴露時間）などが挙げられる。これらのパラメータは、ユーザインターフェースを用いて入力されえるレシピの形でユーザに提供されてよい。

プロセスを監視するための信号が、システムコントローラ２２５０のアナログ及び／又はデジタル入力接続によって、様々なプロセスツールセンサから提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、プロセスツール２２００のアナログ及びデジタル出力接続に載せて出力されてよい。監視されえるプロセスツールセンサの非限定的な例として、質量流量コントローラ、圧力センサ（圧力計など）、熱電対などが挙げられる。プロセス条件を維持するために、これらのセンサからのデータとともに、適切にプログラムされたフィードバックアルゴリズム及び制御アルゴリズムが使用されてよい。

システムコントローラ２２５０は、上述された成膜プロセスを実行に移すためのプログラム命令を提供してよい。プログラム命令は、ＤＣ電力レベル、ＲＦバイアス電力レベル、圧力、温度などの、多岐にわたるプロセスパラメータを制御してよい。これらの命令は、本明細書で説明される様々な実施形態にしたがって膜スタックのｉｎ−ｓｉｔｕ成長を操作するために、パラメータを制御してよい。

システムコントローラは、一般に、１つ以上のメモリ装置と、本開示にしたがった技術を装置が実施するように命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサとを含んでいてよい。開示される実施形態にしたがったプロセス操作を制御するための命令を含むマシン読み取り可能な非一時的な媒体が、システムコントローラに接続されてよい。

実験
実験１
保護されていないコアの上に成長されたスペーサ膜又は共形膜と、ナノラミネート保護層によって保護されたコアの上に成長されたそれらとを比較するために、実験が行われた。最初の試験では、アモルファス炭素によって作成されたパターニングされたコア層を伴う基板が提供された。プラズマ強化原子層成長（ＰＥＡＬＤ）方法又は共形膜成長（ＣＦＤ）方法によって、コア層の上に高品質酸化チタンが直接成長された。チャンバ圧力は約３トールであり、温度は約１５０℃であった。基板は、第１の前駆体であるＴＤＭＡＴに２秒にわたって暴露され、次いで、１０秒にわたってパージされた。基板は、次いで、３０秒の暴露のなかで、酸化体Ｎ₂Ｏ／Ｏ₂の混合に暴露され、この暴露では、最初の２５秒は、キャリアガスＮ₂のみを（最大９５００ｓｃｃｍまでの流量で）流し、次いで、最後の５秒にＮ₂Ｏ／Ｏ₂流がオンにされ、プラズマが０．５秒で起こされるまでオンのままにされた。プラズマは、ステーションごとに６２５Ｗ、即ち４つのステーションで２５００Ｗの高周波数無線周波（ＨＦＲＦ）電力で起こされた。Ｎ₂Ｏ／Ｏ₂流れ及びプラズマは、０．５秒のプラズマ暴露後に同時にオフにされ、最後に、チャンバは、チャンバをパージする状態までポンプ排気された。成長された共形層及びその下のコア層の画像が、図２３Ａに示されている。酸化チタン（ＴｉＯ₂）共形膜層２３０２ａの下に、劣化したコア層２３０４ａが示されている。

第２の試験でも、やはり、アモルファス炭素層で作成されたパターニングされたコア層を伴う基板が提供された。ＰＥＡＬＤによって、コア層の上に酸化シリコン（ＳｉＯ₂）ナノラミネート保護層が成長された。成膜チャンバの温度は５０℃であり、チャンバの圧力は１．８トールであった。基板は、シリコン含有前駆体に０．２秒にわたって暴露され、次いで、０．２秒にわたってパージされた。基板は、次いで、０．３秒の暴露のなかで、酸化体Ｎ₂Ｏ／Ｏ₂の混合に暴露された。プラズマは、４つのステーションで１０００Ｗ、即ちステーションごとに５００Ｗで起こされた。Ｎ₂Ｏ／Ｏ₂流及びプラズマはオフにされ、チャンバはパージされた。続いて、基板は、２秒にわたってＴＤＭＡＴに暴露され、次いで、１０秒にわたってパージされた。パージに続いて、基板は、３０秒の暴露のなかで、酸化体Ｎ₂Ｏ／Ｏ₂に暴露され、この酸化体Ｎ₂Ｏ／Ｏ₂の混合は、最後の５秒のみ流され、３０秒の経過後は、ステーションごとに６２５Ｗ、即ち４つのステーションで２５００Ｗで０．５秒にわたってプラズマが起こされている間、０．５秒にわたって引き続き流された。プラズマ及びＮ₂Ｏ／Ｏ₂流がともにオフにされた後、チャンバは再びパージされた。成長された共形層、ナノラミネート層、及びその下のコア層の画像が、図２３Ｂに示されている。図に示されるように、成長された共形膜２３０２ｂは、ナノラミネート層２３０６の上に成長され、このナノラミネート層は、隣接する共形膜及びコア層から区別不可能であるほどに薄い。なお、図２３Ａと比較して、コアマンドレル２３０４ｂの劣化、即ち消耗が非常に少ないことに留意せよ。

第３の試験でも、やはり、アモルファス炭素層で作成されたパターニングされたコア層を伴う基板が提供された。ＰＥＡＬＤによって、コア層の上に酸化チタン（ＴｉＯ₂）ナノラミネート保護層が成長された。成膜チャンバの温度は１５０℃であり、チャンバの圧力は３．０トールであった。基板は、ＴＤＭＡＴに２秒にわたって暴露され、次いで、１０秒にわたってパージされた。基板は、次いで、３０秒の暴露のなかで、酸化体Ｎ₂Ｏ／Ｏ₂の混合に暴露され、この混合は、最後の５秒のみ流され、３０秒の経過後は、４つのステーションで１０００Ｗ、即ちステーションごとに５００Ｗでプラズマが起こされている間、０．５秒にわたって引き続き流された。プラズマ及びＮ₂Ｏ／Ｏ₂流がオフにされ、チャンバはパージされた。続いて、基板は、２秒にわたってＴＤＭＡＴに暴露され、続いて、１０秒にわたってパージされた。パージに続いて、基板は、３０秒の暴露のなかで、酸化体Ｎ₂Ｏ／Ｏ₂の混合に暴露され、この混合は、最後の５秒のみ流され、３０秒の経過後は、ステーションごとに６２５Ｗ、即ち４つのステーションで２５００Ｗで０．５秒にわたってプラズマが起こされている間、０．５秒にわたって引き続き流された。プラズマ及びＮ₂Ｏ／Ｏ₂流がともにオフにされた後、チャンバは再びパージされた。成長された共形層、ナノラミネート層、及びその下のコア層の画像が、図２３Ｃに示されている。図に示されるように、成長された共形膜２３０２ｃは、ナノラミネート層２３０８の上に成長されており、このナノラミネート層は、隣接する共形膜及びコア層から区別不可能であるほどに薄い。なお、コアマンドレル２３０４ｃの劣化、即ち消耗が非常に少ないことに留意せよ。

実験２
上記の３回の試験に関して説明されたのと同じ条件を使用して、ただし、特徴を伴わないブランケット基板に対し、別の一連の実験が行われた。各試験では、アモルファス炭素層の厚さが測定され、次いで、スペーサが成長されてその厚さが測定され、最後に、スペーサ成長の測定後に残留するアモルファス炭素層の厚さが測定された。炭素の消耗は、スペーサ成長前における厚さからスペーサ成長後における厚さを減算することによって算出された。この一連の実験の結果は、表１に示されている。

表に示されるように、ナノラミネート層の存在は、炭素の消耗を大幅に軽減した。ナノラミネート層がないと、炭素の消耗が１５．４ｎｍであるのに対し、ＳｉＯ₂及びＴｉＯ₂のいずれのナノラミネート層がある場合も、炭素の消耗は僅か約８ｎｍであった。したがって、アモルファス炭素層を覆うナノラミネート層の成長、なかでも特に、パターニングされたアモルファス炭素層の成長は、スペーサが成長されるときのアモルファス炭素層を保護し、その結果、スペーサの成長において、より高品質の膜が成長されるだろう。

結論
以上の実施形態は、理解を明瞭にする目的である程度まで詳細に説明されているが、添付の特許請求の範囲内であれば、何かしらの変更及び修正がなされてよいことが明らかである。本実施形態のプロセス、システム、及び装置を実行に移すには、多くの代替手法があることが留意されるべきである。したがって、これらの実施形態は、例示的であって、限定的ではないと見なされ、これらの実施形態は、本明細書で与えられる詳細に限定されない。

Claims (29)

1. 半導体基板を処理する方法であって、
   前記基板の上にナノラミネート層を成長させることと、
   前記ナノラミネート層の上に酸化チタン層を成長させることであって、前記ナノラミネート層は、約１５Åから約２００Åの厚さと、前記酸化チタン層の密度よりも低い密度を有する、ことと、
   を備える方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、更に、
   アモルファス炭素層を成長させることを備え、
   前記ナノラミネート層は、前記アモルファス炭素層の上に成長される、方法。
3. 請求項２に記載の方法であって、
   前記アモルファス炭素層は、パターニングされる、方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
   前記ナノラミネート層は、２枚以上の副層を含むスタックを含む、方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、
   前記２枚以上の副層は、それぞれ、酸化シリコン、又は酸化チタン、又はそれらの組み合わせを含む、方法。
6. 請求項４に記載の方法であって、
   前記スタックは、２枚以下の副層を含む、方法。
7. 請求項６に記載の方法であって、
   前記ナノラミネート層は、酸化シリコンの第１の副層と、酸化チタンの第２の副層とを含む、方法。
8. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
   前記ナノラミネート層は、酸化シリコン又は酸化チタンを含む、方法。
9. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
   前記ナノラミネート層は、プラズマ強化原子層成長（ＰＥＡＬＤ）を使用して、
   前記基板をチタン含有前駆体又はシリコン含有前駆体に暴露することと、
   前記基板を酸化体に暴露することと、
   前記基板が前記酸化体に暴露されている間にプラズマを起こさせることと、
   によって成長される、方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    前記ナノラミネート層は、約５０℃から約１５０℃の温度で成長され、前記プラズマは、基板面積１平方ミリメートルあたりにして約１．７６８×１０^-4Ｗ／ｍｍ²から約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²の高周波数無線周波（ＨＦＲＦ）電力で起こされる、方法。
11. 請求項９に記載の方法であって、
    前記ナノラミネート層は、約１００℃未満の温度で成長される、方法。
12. 請求項９に記載の方法であって、
    前記チタン含有前駆体は、ＴＤＭＡＴを含む、方法。
13. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記酸化チタン層は、ＰＥＡＬＤによって、
    前記基板をチタン含有前駆体に暴露することと、
    前記基板を酸化体に暴露することと、
    前記基板が前記酸化体に暴露されている間に、基板面積１平方ミリメートルあたりにして少なくとも約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力でプラズマを起こさせることと、
    によって成長される、方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記酸化体は、亜酸化窒素、又は酸素、又は二酸化炭素、又はそれらの組み合わせを含む、方法。
15. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記チタン含有前駆体は、ＴＤＭＡＴを含む、方法。
16. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記酸化チタン層は、約３トールから約３．５トールの圧力で成長される、方法。
17. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記酸化チタン層は、約５０℃から約４００℃の温度で成長される、方法。
18. 半導体基板を処理する方法であって、
    コア層を成長させることと、
    前記コア層の上にナノラミネート層を成長させることと、
    前記ナノラミネート層の上に金属窒化物層又は金属酸化物層を成長させることと、
    を備える方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、
    前記金属窒化物層又は金属酸化物層は、前記コアに対してエッチング選択性を有する、方法。
20. 半導体基板を処理する方法であって、
    （ａ）前記基板を第１のチタン含有前駆体又はシリコン含有前駆体に暴露することと、
    （ｂ）前記基板を第１の酸化体に暴露することと、
    （ｃ）前記基板が前記第１の酸化体に暴露されている間に、基板面積１平方ミリメートルあたりにして約１．７６８×１０^-4Ｗ／ｍｍ²から約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力で第１のプラズマを起こさせることと、
    （ｄ）前記基板を第２のチタン含有前駆体に暴露することと、
    （ｅ）前記基板を第２の酸化体に暴露することと、
    （ｆ）前記基板が前記第２の酸化体に暴露されている間に、基板面積１平方ミリメートルあたりにして少なくとも約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力で第２のプラズマを起こさせることと、
    を備える方法。
21. 半導体基板をパターニングする方法であって、
    コア層の上に共形膜を成長させる前に、パターニングされたコア層の上にナノラミネート保護層を成長させることと、
    前記ナノラミネート保護層の上に共形膜を成長させることと、
    前記コアを露出させるために前記共形膜を平坦化することと、
    マスクを形成するために前記コアを選択的にエッチングすることと、
    を備える方法。
22. 請求項２１に記載の方法であって、
    前記コア層は、アモルファス炭素を含む、方法。
23. 請求項２１に記載の方法であって、
    前記ナノラミネート保護層は、酸化シリコン又は酸化チタンを含む、方法。
24. 請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記ナノラミネート保護層の厚さは、約１５Åから約２００Åである、方法。
25. 請求項２１〜２３のいずれか一項に記載の方法であって、
    前記ナノラミネート保護層は、ＰＥＡＬＤを使用して、前記基板をチタン含有前駆体又はシリコン含有前駆体に暴露することと、前記基板を酸化体に暴露することと、前記基板が前記酸化体に暴露されている間に第１のプラズマを起こさせることと、によって成長される、方法。
26. 請求項２５に記載の方法であって、
    前記ナノラミネート保護層は、約１００℃未満の温度で成長される、方法。
27. 請求項２５に記載の方法であって、
    前記ナノラミネート保護層は、約５０℃から約１５０℃の温度で成長され、前記第１のプラズマは、基板面積１平方ミリメートルあたりにして約１．７６８×１０^-4から約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力で起こされる、方法。
28. 請求項２５に記載の方法であって、
    前記酸化チタン層は、ＰＥＡＬＤを使用して、前記基板をチタン含有前駆体に暴露することと、前記基板を酸化体に暴露することと、前記基板が前記酸化体に暴露されている間に、基板面積１平方ミリメートルあたりにして少なくとも約１．７６８×１０^-3Ｗ／ｍｍ²のＨＦＲＦ電力で第２のプラズマを起こさせることと、によって成長される、方法。
29. 半導体基板を処理するための装置であって、
    １つ以上のプロセスチャンバと、
    前記プロセスチャンバへの１つ以上のガス入口、及び関連の流量制御ハードウェアと、
    ＨＦＲＦ発生器と、
    メモリと少なくとも１つのプロセッサとを有するコントローラであって、
    前記メモリと前記少なくとも１つのプロセッサとは、互いに通信可能であるように接続され、
    前記少なくとも１つのプロセッサは、前記流量制御ハードウェア及び前記ＨＲＦＲ発生器に少なくとも可操作式に接続され、
    前記メモリは、
    前記基板を金属含有前駆体に暴露するためのコンピュータ実行可能命令と、
    前記基板を第１の酸化体に暴露するためのコンピュータ実行可能命令と、
    前記基板が前記第１の酸化体に暴露されている間に、約１２．５Ｗから約１２５ＷのＨＦＲＦ電力で第１のプラズマを起こさせるためのコンピュータ実行可能命令と、
    前記基板をチタン含有前駆体に暴露するためのコンピュータ実行可能命令と、
    前記基板を第２の酸化体に暴露するためのコンピュータ実行可能命令と、
    前記基板が前記第２の酸化体に暴露されている間に、少なくとも約１２５ＷのＨＦＲＦ電力で第２のプラズマを起こさせるためのコンピュータ実行可能命令と、
    を記憶している、
    メモリと少なくとも１つのプロセッサとを有するコントローラと、
    を備える装置。