JP2022505395A - パターニング応用のための高密度炭素膜 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022505395000001
本開示の実施形態は、概して、パターニング応用のための高透明、高密度の炭素膜の堆積に関する。一実施形態では、基板上に炭素膜を形成する方法が提供される。該方法は、静電チャック上に基板が位置づけられている処理チャンバに炭化水素含有ガス混合物を流すことであって、基板が約－１０℃から約２０℃の温度及び約０．５ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で維持される、流すこと、並びに、静電チャックに第１のＲＦバイアスを印加して、基板上に約６０％以上の混成ｓｐ３原子を含むダイヤモンドライクカーボン膜を堆積させることによってプラズマを生成することであって、第１のＲＦバイアスが約１８００ワットから約２２００ワットの電力及び約４０ＭＨｚから約１６２ＭＨｚの周波数で提供される、生成することを含む。
【選択図】図３

Description

本開示の実施形態は、概して、集積回路の製造に関する。より詳細には、本明細書に記載される実施形態は、パターニング応用のための高密度炭素膜の堆積のための技術を提供する。
集積回路は、単一チップ上に数百万個ものトランジスタ、コンデンサ、及び抵抗を搭載することができる複雑なデバイスへと進化を遂げている。チップ設計の進化には、より高速な回路及びより高い回路密度が継続的に必要とされる。より高い回路密度を有する、より高速な回路に対する要求は、集積回路部品の製造に用いられるプロセスシーケンスに対しても対応する要求を課している。例えば、従来のフォトリソグラフィ技術を使用するプロセスシーケンスでは、エネルギーに敏感なレジストの層が、基板上に配置された材料層のスタック上に形成される。このエネルギーに敏感なレジスト層は、パターンの画像へと露光されて、フォトレジストマスクを形成する。その後、マスクパターンは、エッチングプロセスを使用して、スタックの１つ以上の材料層に転写される。
パターンの寸法が縮小されると、それに応じて、パターンの解像度を制御するために、エネルギーに敏感なレジストの厚さが薄くなる。このような薄いレジスト層は、化学エッチング液による攻撃に起因して、パターン転写動作中に、下地材料層をマスクするには不十分になる可能性がある。ハードマスクは、化学エッチング液に対する耐性が高いことから、パターン転写を容易にするために、エネルギーに敏感なレジスト層と下地材料層との間によく用いられる。限界寸法（ＣＤ）が減少するにつれて、現在のハードマスク材料は、下地材料（例えば、酸化物及び窒化物）と比較して所望のエッチング選択性を欠き、堆積させるのが困難であることが多い。
したがって、当技術分野では、改良されたハードマスク層、並びに該改良されたハードマスク層を堆積させるための方法が必要とされている。
本開示の実施形態は、概して、集積回路の製造に関する。より詳細には、本明細書に記載される実施形態は、パターニング応用のための高密度膜の堆積のための技術を提供する。一実施形態では、基板上に炭素膜を形成する方法が提供される。該方法は、静電チャック上に位置づけられた基板を有する処理チャンバに炭化水素含有ガス混合物を流すことであって、基板が約－１０℃から約２０℃の温度及び約０．５ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で維持される、流すこと、並びに、静電チャックに第１のＲＦバイアスを印加して、基板上に約６０％以上の混成ｓｐ３原子を含むダイヤモンドライクカーボン膜を堆積させることによってプラズマを生成することであって、第１のＲＦバイアスが、３００ｍｍの基板で約１８００ワットから約２２００ワットの電力及び約４０ＭＨｚから約１６２ＭＨｚの周波数で提供される、生成することを含む。
別の実施形態では、該方法は、静電チャック上に位置づけられた基板を有する処理チャンバの処理容積内に炭化水素含有ガス混合物を流すこと、並びに、静電チャックに第１のＲＦバイアスを印加し、かつ静電チャックの上に配置された、静電チャックに対向する電極に第２のＲＦバイアスを印加することによってプラズマを生成し、基板上にダイヤモンドライクカーボン膜を堆積させることであって、第１のＲＦバイアスが約１３．５６ＭＨｚ以下の周波数で提供され、第２のＲＦバイアスが約４０ＭＨｚ以上の周波数で提供され、基板が約－１０℃から約２０℃の温度及び約０．５ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で維持される、堆積させることを含む。
さらに別の実施形態では、該方法は、静電チャック上に位置づけられた基板を有する処理チャンバの処理容積内に炭化水素含有ガス混合物を流すことであって、基板が約５ｍＴｏｒｒの間の圧力で維持され、炭化水素含有ガス混合物がアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を含む、流すこと、約２０００ワットの間の電力及び約６０ＭＨｚの周波数で提供される第１のＲＦバイアスを静電チャックに印加して、基板上にダイヤモンドライクカーボン膜を堆積させることによって、基板レベルでプラズマを生成すること、ダイヤモンドライクカーボン膜の上にパターン化されたフォトレジスト層を形成すること、パターン化されたフォトレジスト層に対応するパターンでダイヤモンドライクカーボンをエッチングすること、基板にパターンをエッチングすること、並びにダイヤモンドライクカーボン膜のエッチングされた部分に材料を堆積させることを含む。
本開示の上記の特徴を詳細に理解できるように、その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り、上に簡単に要約されている本開示のより詳細な説明を得ることができる。しかしながら、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容可能であるため、付随する図面はこの開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
本明細書に記載される実施形態の実施に用いることができる堆積システムの概略的な断面図 本明細書に記載される実施形態の実施に用いることができる別の堆積システムの概略的な断面図 本明細書に記載される実施形態の実施のための図１Ａ及び図１Ｂの装置に用いることができる静電チャックの概略的な断面図 本開示の１つ以上の実施形態による基板上に配置された膜スタック上にダイヤモンドライクカーボン層を形成する方法のフロー図 本開示の１つ以上の実施形態による基板上に形成された膜スタック上にダイヤモンドライクカーボン層を形成するためのシーケンスの一実施形態を示す図 本開示の１つ以上の実施形態による基板上に形成された膜スタック上にダイヤモンドライクカーボン層を形成するためのシーケンスの一実施形態を示す図
理解を容易にするため、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示すために同一の参照番号が用いられる。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記載がなくとも、他の実施形態に有益に組み込むことができることが企図されている。
以下の開示は、基板上にダイヤモンドライクカーボン膜を堆積させるための技術を説明するものである。任意の適切な薄膜堆積システムを使用して実行することができるＰＥＣＶＤプロセスを参照して、本明細書に記載される実施形態を以下に説明する。適切なシステムの例には、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システム（ＤＸＺ（登録商標）処理チャンバを使用することができる）、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ５０００（登録商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥ（登録商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥ（登録商標）ＧＴ（商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥ（登録商標）ＸＰ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ（商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥ（登録商標）ＳＥ（商標）システム、Ｓｙｍ３（登録商標）処理チャンバ、及びＭｅｓａ（商標）処理チャンバが含まれ、これらはすべて、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から市販されている。ＰＥＣＶＤプロセスを実行可能な他のツールもまた、本明細書に記載される実施形態から利益を得るように適合させることができる。加えて、本明細書に記載されるＰＥＣＶＤプロセスを可能にする任意のシステムを有利に使用することができる。本明細書に記載される装置の説明は例示的なものであり、本明細書に記載される実施形態の範囲を限定するものとして理解又は解釈されるべきではない。
図１Ａは、本明細書に記載される実施形態による、ダイヤモンドライクカーボン層の堆積を実行するために使用することができる基板処理システム１３２の概略図を示している。該基板処理システム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、概して、処理容積１２６を画成する頂壁１２４、側壁１０１、及び底壁１２２を含む。処理チャンバ１００の処理容積１２６内には、基板支持アセンブリ１４６が設けられている。基板支持アセンブリ１４６は、概して、ステム１６０によって支持された静電チャック１５０を含む。静電チャック１５０は、典型的には、アルミニウム、セラミック、及びステンレス鋼などの他の適切な材料から製造することができる。静電チャック１５０は、変位機構（図示せず）を使用して、処理チャンバ１００内で垂直方向に移動することができる。
真空ポンプ１０２は、処理チャンバ１００の底部に形成されたポートに結合される。真空ポンプ１０２は、処理チャンバ１００内で所望のガス圧を維持するために用いられる。真空ポンプ１０２はまた、処理チャンバ１００から、後処理ガス及び処理の副生成物を排出する。
複数の開孔１２８を有するガス分配アセンブリ１２０が、静電チャック１５０の上方で処理チャンバ１００の頂部に配置される。ガス分配アセンブリ１２０の開孔１２８は、処理チャンバ１００内にプロセスガスを導入するために利用される。開孔１２８は、種々の処理要件のためのさまざまなプロセスガスの流れを促進するために、種々のサイズ、数量、分配仕様、形状、設計、及び直径を有しうる。ガス分配アセンブリ１２０は、ガスパネル１３０に接続されており、これは、処理中にさまざまなガスが処理容積１２６内に流れることを可能にする。プラズマは、ガス分配アセンブリ１２０を出るプロセスガス混合物から形成されて、プロセスガスの熱分解を促進し、静電チャック１５０上に位置づけられた基板１９０の上面１９１上に材料の堆積をもたらす。
ガス分配アセンブリ１２０及び静電チャック１５０は、処理容積１２６内に一対の離間した電極を形成することができる。１つ以上のＲＦ電源１４０は、ガス分配アセンブリ１２０と静電チャック１５０との間のプラズマの生成を容易にするために、任意選択的であるマッチングネットワーク１３８を介してガス分配アセンブリ１２０にバイアス電位を供給する。あるいは、ＲＦ電源１４０及びマッチングネットワーク１３８は、ガス分配アセンブリ１２０、静電チャック１５０に結合することができ、あるいはガス分配アセンブリ１２０及び静電チャック１５０の両方に結合することができ、あるいは処理チャンバ１００の外部に配置されたアンテナ（図示せず）に結合することができる。幾つかの実施形態では、ＲＦ電源１４０は、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、又は１６２ＭＨｚの周波数で電力を生成することができる。
コントローラ１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１２、メモリ１１６、及びプロセスシーケンスを制御し、ガスパネル１３０からのガス流を調整するために利用されるサポート回路１１４を含む。このＣＰＵ１１２は、産業用の設定で用いることができる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサでありうる。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピー、又はハードディスクドライブ、若しくは他の形態のデジタル記憶装置などのメモリ１１６に格納することができる。サポート回路１１４は、ＣＰＵ１１２に結合され、キャッシュ、クロック回路、入出力システム、電源などを含みうる。コントローラ１１０と基板処理システム１３２のさまざまな構成要素との間の双方向通信は、その幾つかが図１Ａに示されている、集合的に信号バス１１８と呼ばれる多数の信号ケーブルを介して処理される。
図１Ｂは、本明細書に記載される実施形態の実施に用いることができる別の基板処理システム１８０の概略的な断面図を示している。基板処理システム１８０は、該基板処理システム１８０が、側壁１０１を介して基板１９０の上面１９１全体にわたってガスパネル１３０から処理ガスを放射状に流すように構成されていることを除き、図１Ａの基板処理システム１３２と同様である。さらに、図１Ａに示されるガス分配アセンブリ１２０が電極１８２に置き換えられている。この電極１８２は、二次電子生成のために構成されうる。一実施形態では、電極１８２はケイ素含有電極である。
図２は、本明細書に記載される実施形態の実施に用いることができる図１Ａ及び図１Ｂの処理システムに用いられる基板支持アセンブリ１４６の概略的な断面図を示している。図２を参照すると、静電チャック１５０は、該静電チャック１５０の上面１９２上に支持された基板１９０の温度の制御に適したヒータ要素１７０を含みうる。ヒータ要素１７０は、静電チャック１５０に埋め込まれうる。静電チャック１５０は、ヒータ電源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的に加熱することができる。ヒータ電源１０６は、該ヒータ電源１０６をＲＦエネルギーから保護するために、ＲＦフィルタ２１６を介して結合されうる。ヒータ電源１０６から供給される電流は、コントローラ１１０によって調整されて、ヒータ要素１７０によって生成される熱を制御し、したがって、膜の堆積中に基板１９０及び静電チャック１５０を実質的に一定の温度に維持する。供給される電流は、基板上へのダイヤモンドライクカーボン膜の堆積中に、静電チャック１５０の温度を約－５０℃から約３５０℃の間で選択的に制御するように調整することができる。
図１Ａ及び１Ｂを参照すると、熱電対などの温度センサ１７２を静電チャック１５０に埋め込み、該静電チャック１５０の温度を監視することができる。測定された温度は、ヒータ要素１７０に供給される電力を制御し、基板を所望の温度に維持するために、コントローラ１１０によって用いられる。
図２に戻ると、静電チャック１５０は、導電性材料のメッシュでありうるチャック電極２１０を含む。チャック電極２１０は、静電チャック１５０に埋め込まれうる。チャック電極２１０は、チャック電源２１２に結合されており、これは、通電時に、基板１９０を静電チャック１５０の上面１９２に静電的にクランプする。
チャック電極２１０は、単極又は双極電極として構成することができ、あるいは別の適切な配置を有することができる。チャック電極２１０は、ＲＦフィルタ２１４を介してチャック電源２１２に結合することができ、これは、基板１９０を静電チャック１５０の上面１９２に静電的に固定するための直流（ＤＣ）電力を供給する。ＲＦフィルタ２１４は、処理チャンバ１００内でプラズマを形成するために利用されるＲＦ電力が電気機器に損傷を与えるのを防ぐ。静電チャック１５０は、ＡｌＮ又はＡｌ２Ｏ３などのセラミック材料から製造することができる。
電力供給システム２２０は、基板支持アセンブリ１４６に結合される。電力供給システム２２０は、ヒータ電源１０６、チャック電源２１２、第１の無線周波数（ＲＦ）電源２３０、及び第２のＲＦ電源２４０を含みうる。電力供給システム２２０の実施形態は、コントローラ１１０、及び該コントローラ１１０と通信しているセンサデバイス２５０、並びに第１のＲＦ電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０の両方をさらに含みうる。コントローラ１１０はまた、基板１９０上に材料の層を堆積させるために、第１のＲＦ電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０からのＲＦ電力を印加することによる処理ガスからのプラズマを制御するために利用することができる。
上述したように、静電チャック１５０は、第１のＲＦ電極としても機能するとともに、一態様では基板１９０をチャックするように機能することができる、チャック電極２１０を含む。静電チャック１５０はまた、第２のＲＦ電極２６０も含むことができ、チャック電極２１０とともに、プラズマを調整するためにＲＦ電力を印加することができる。第１のＲＦ電源２３０は第２のＲＦ電極２６０に結合することができる一方で、第２のＲＦ電源２４０はチャック電極２１０に結合することができる。第１のマッチングネットワーク及び第２のマッチングネットワークは、それぞれ、第１のＲＦ電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０のために提供することができる。第２のＲＦ電極２６０は、導電性材料の固体金属プレート、又は導電性材料のメッシュでありうる。
第１のＲＦ電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０は、同じ周波数で又は異なる周波数で、電力を生成することができる。幾つかの実施形態では、第１のＲＦ電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０の一方又は両方が、独立して、約３５０ＫＨｚから約１６２ＭＨｚ（例えば、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、又は１６２ＭＨｚ）の周波数で電力を生成することができる。第１のＲＦ電源２３０及び第２のＲＦ電源２４０の一方又は両方からのＲＦ電力は、プラズマを調整するために変化させることができる。
概して、図１Ａ、１Ｂ、及び２に関して説明したシステムは、本明細書に記載される実施形態による炭素膜を堆積させるために使用することができる。本明細書に記載される実施形態に従って製造された炭素膜（例えば、１つ以上の炭素層）は、本質的にアモルファスであり、高いｓｐ３炭素含有量を有する（例えば、ダイヤモンドライク）。堆積したままのダイヤモンドライクカーボン層は、０．１未満、例えば０．０９の消光係数又はｋ値（Ｋ（６３３ｎｍにおける））、１．８ｇ／ｃｃ超、例えば約２．０ｇ／ｃｃ以上、約２．５ｇ／ｃｃ以上、例えば約１．８ｇ／ｃｃから約２．５ｇ／ｃｃの密度（ｇ／ｃｃ）、２．０超、例えば約２．０から約３．０、例えば２．３の屈折率又はｎ値（ｎ（６３３ｎｍにおける））、約－１００ＭＰａ未満、例えば約－１０００ＭＰａから約－１００ＭＰａ、例えば約－５５０ＭＰａの応力（ＭＰａ）、及び約１５０ＧＰａ以上、例えば約２００から約４００ＧＰａまでの弾性率（ＧＰａ）を有する。本開示のさまざまな実施形態では、堆積したままのダイヤモンドライクカーボン層は、少なくとも４０パーセント以上のｓｐ３混成炭素原子、例えば約６０パーセント以上、例えば約９０パーセントのｓｐ３混成炭素原子を含みうる。堆積されたままのダイヤモンドライクカーボン層は、約５Åから約２０，０００Åの間の厚さを有しうる。
上記の特性を有するダイヤモンドライクカーボン層は、以下の例示的な堆積プロセスパラメータを使用して形成することができる。基板温度は、約－５０℃から約３５０℃（例えば、約－１０℃から約２０℃）の範囲でありうる。チャンバ圧力は、約０．５ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒ（例えば、約５ｍＴｏｒｒから約１０ｍＴｏｒｒ）のチャンバ圧力の範囲でありうる。炭化水素含有ガス混合物の流量は、約１０ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍ（例えば、約１００ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍ）でありうる。希釈ガスの流量は、個別に、約５０ｓｃｃｍから約５０００ｓｃｃｍ（例えば、約５０ｓｃｃｍから約２００ｓｃｃｍ）の範囲でありうる。下記表Ｉは、米国カリフォルニア州サンタクララ所在のＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能な堆積チャンバ３００ｍｍの基板上で実行される例示的な堆積プロセスパラメータを示している。
Figure 2022505395000002
図３は、本開示の一実施形態による、基板上に配置された膜スタック上にダイヤモンドライクカーボン層を形成するための方法３００のフロー図を示している。膜スタック上に形成されたダイヤモンドライクカーボン層は、例えば、膜スタックに階段状構造を形成するためのハードマスクとして利用することができる。図４Ａ～４Ｂは、方法３００に従って基板上に配置された膜スタック上にダイヤモンドライクカーボン層を形成するためのシーケンスを示す概略的な断面図である。図３に示される動作は、同時に、及び／又は示される順序とは異なる順序で実行することができることも理解されるべきである。
方法３００は、図１Ａ又は図１Ｂに示される処理チャンバ１００などの処理チャンバ内に図４Ａに示される基板４００などの基板を位置決めすることによって、動作３１０から開始する。基板４００は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図２に示される基板１９０でありうる。基板４００は、静電チャック、例えば、静電チャック１５０の上面１９２上に位置づけることができる。基板４００は、必要に応じて、ケイ素をベースとした材料、若しくは任意の適切な絶縁材料、導電性材料、又は導体材料であってよく、また、膜スタック４０４に階段状構造などの構造４０２を形成するために利用することができる基板４００上に配置された膜スタック４０４を有する。
図４Ａに示される例示的な実施形態に示されるように、基板４００は、実質的に平坦な表面、不均一な表面、又はその上に構造が形成された実質的に平坦な表面を有しうる。膜スタック４０４は、基板４００上に形成される。一実施形態では、膜スタック４０４を利用して、フロントエンド又はバックエンドプロセスにおいてゲート構造、接触構造、又は相互接続構造を形成することができる。方法３００は、膜スタック４０４上で実行することができ、ＮＡＮＤ構造などのメモリ構造に用いられる階段状構造をその中に形成することができる。一実施形態では、基板４００は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープ又は非ドープポリシリコン、ドープ又は非ドープシリコン基板、及びパターン化又は非パターン化基板、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素をドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料でありうる。基板４００は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、及び４５０ｍｍ、又は他の直径の基板、並びに長方形又は正方形のパネルなど、さまざまな寸法を有することができる。別途明記されない限り、本明細書に記載される実施形態及び実施例は、直径２００ｍｍ、直径３００ｍｍ、又は直径４５０ｍｍの基板上で実行される。ＳＯＩ構造が基板４００に利用される実施形態では、基板４００は、シリコン結晶基板上に配置された埋め込み誘電体層を含みうる。本明細書に描かれている実施形態では、基板４００は結晶シリコン基板でありうる。
一実施形態では、基板４００上に配置された膜スタック４０４は、複数の垂直に積み重ねられた層を有しうる。膜スタック４０４は、該膜スタック４０４内に繰り返し形成された、第１の層（４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３，・・・・・・、４０８ａｎとして示されている）と第２の層（４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３，・・・・・・、４０８ｂｎとして示されている）とを含む対を含むことができる。これらの対は、第１の層と第２の層の対が所望の数に達するまで繰り返し形成された、第１の層（４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３，・・・・・・、４０８ａｎとして示されている）と第２の層（４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３，・・・・・・、４０８ｂｎとして示されている）とを交互に含んでいる。
膜スタック４０４は、三次元メモリチップなどの半導体チップの一部でありうる。第１の層（４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３，・・・・・・、４０８ａｎとして示されている）と第２の層（４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３，・・・・・・、４０８ｂｎとして示されている）との３つの繰り返し層が図４Ａ～４Ｂに示されているが、第１の層と第２の層との対の任意の所望の数の繰り返しを、必要に応じて利用することができることに留意されたい。
一実施形態では、膜スタック４０４を利用して、三次元メモリチップ用の複数のゲート構造を形成することができる。膜スタック４０４に形成された第１の層４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３、・・・・・・、４０８ａｎは第１の誘電体層であってよく、第２の層４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３，・・・・・・、４０８ｂｎは第２の誘電体層でありうる。適切な誘電体層を利用して、第１の層４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３，・・・・・・、４０８ａｎを形成することができ、第２の層４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３，・・・・・・、４０８ｂｎは、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、シリコンオキシカーバイド、窒化チタン、酸化物と窒化物の複合材料、窒化物層を挟む少なくとも１つ以上の酸化物層、及びそれらの組合せを含む。幾つかの実施形態では、誘電体層は、４より大きい誘電率を有する高ｋ材料でありうる。高ｋ材料の適切な例には、とりわけ、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウムケイ素（ＨｆＳｉＯ２）、酸化ハフニウムアルミニウム（ＨｆＡｌＯ）、酸化ジルコニウムケイ素（ＺｒＳｉＯ２）、二酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化アルミニウム、アルミニウムをドープした二酸化ハフニウム、ビスマスストロンチウムチタン（ＢＳＴ）、及びプラチナジルコニウムチタン（ＰＺＴ）が含まれる。
１つの特定の例では、第１の層４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３，・・・・・・、４０８ａｎは酸化ケイ素層であり、第２の層４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３，・・・・・・、４０８ｂｎは、第１の層４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３，・・・・・・、４０８ａｎ上に配置された窒化ケイ素層又はポリシリコン層である。一実施形態では、第１の層４０８ａ１、４０８ａ２、４０８ａ３，・・・・・・、４０８ａｎの厚さは、約５０Åから約１０００Åの間、例えば約５００Åに制御することができ、各第２の層４０８ｂ１、４０８ｂ２、４０８ｂ３，・・・・・・、４０８ｂｎの厚さは、約５０Åから約１０００Åの間、例えば約５００Åに制御することができる。膜スタック４０４は、約１００Åから約２０００Åの間の合計の厚さを有することができ、技術の進歩にともなって変化しうる。
ダイヤモンドライクカーボン層は、基板４００上に存在する膜スタック４０４の有無にかかわらず、基板４００の任意の表面又は任意の部分上に形成することができることに留意されたい。
動作３２０において、チャック電圧が静電チャックに印加されて、基板４００を静電チャックにクランプする。電気バイアスは、チャック電極２１０を介して基板４００に提供される。チャック電極２１０は、該チャック電極２１０にバイアス電圧を供給するチャック電源２１２と電子的に通信することができる。一実施形態では、チャック電圧は約１０ボルトから約３０００ボルトの間である。
動作３２０の間、処理容積内のプロセス圧力は、約０．１ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒ（例えば、約０．５ｍＴｏｒｒから約１５ｍＴｏｒｒ）に維持することができ、処理温度及び／又は基板温度は、約－５０℃から約３５０℃（例えば、約－１０℃から約２０℃）に維持することができる。
動作３３０では、炭化水素含有ガス混合物が処理容積１２６内に流れ込む。炭化水素含有ガス混合物は、ガス分配アセンブリ１２０を介して、又は側壁１０１を介してのいずれかで、ガスパネル１３０から処理容積１２６に流れ込むことができる。炭化水素含有ガス混合物は、少なくとも１つの炭化水素化合物を含みうる。炭化水素含有ガス混合物は、不活性ガス、希釈ガス、又はそれらのいずれかの組合せをさらに含みうる。幾つかの実施形態では、動作３２０中に供給されたチャック電圧は、動作３３０中、維持される。幾つかの実施形態では、プロセス条件は、動作３２０の間に確立され、動作３３０中、維持される。
一実施形態では、炭化水素化合物は、ガス状炭化水素である。一実施形態では、炭化水素化合物は、一般式ＣｘＨｙを有し、ここで、ｘは１から２０の間の範囲を有し、ｙは１から２０の間の範囲を有する。適切な炭化水素化合物には、例えば、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ６、ＣＨ４、Ｃ４Ｈ８、１，３－ジメチルアダマンタン、ビシクロ［２．２．１］ヘプタ－２，５－ジエン（２，５－ノルボルナジエン）、アダマント（Ｃ１０Ｈ１６）、ノルボルネン（Ｃ７Ｈ１０）、又はそれらの組合せが含まれる。
幾つかの実施形態では、炭化水素含有ガス混合物は、１つ以上の希釈ガスをさらに含む。適切な希釈ガスには、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、又はそれらのいずれかの組合せが含まれうるが、これらに限定されない。一実施形態では、希釈ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、及びＮ２の組合せを含む。一実施形態では、希釈ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、及びＨ２の組合せを含む。
幾つかの実施形態では、炭化水素含有ガス混合物は不活性ガスをさらに含む。幾つかの実施形態では、アルゴン（Ａｒ）及び／又はヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガスを、炭化水素含有ガス混合物とともに処理容積１２６内に供給することができる。窒素（Ｎ２）及び一酸化窒素（ＮＯ）などの他の不活性ガスもまた、ダイヤモンドライクカーボン層の密度及び堆積速度を制御するために使用することができる。
動作３４０では、プラズマが基板レベルで生成されて、図４Ｂに示されるように膜スタック上にダイヤモンドライクカーボン膜を形成する。プラズマは、静電チャックに第１のＲＦバイアスを印加することによって生成されうる。第１のＲＦバイアスは、約３５０ＫＨｚから約１６２ＭＨｚ（例えば、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、又は１６２ＭＨｚ）の周波数において、約１０ワットから及び約３０００ワットでありうる。一実施形態では、第１のＲＦバイアスは、約１５００ワットから約２５００ワットの間（例えば、１８００～２２００ワット）の電力及び約４０ＭＨｚ以上の周波数で提供される。一実施形態では、第１のＲＦバイアスは、第２のＲＦ電極２６０を介して静電チャック１５０に提供される。第２のＲＦ電極２６０は、該第２のＲＦ電極２６０にバイアス電圧を供給する第１のＲＦ電源２３０と電子通信することができる。第１のＲＦ電源２３０は、約３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚ（例えば、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１００ＭＨｚ）の周波数で電力を生成することができる。
幾つかの実施形態では、動作３４０は、第２のＲＦバイアスを静電チャックに印加して、イオン密度及びイオンエネルギーを独立して制御して、膜応力を調整することをさらに含む。第２のＲＦバイアスは、約３５０ＫＨｚから約１００ＭＨｚ（例えば、３５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１００ＭＨｚ）の周波数で、約１０ワットから及び約３０００ワットでありうる。一実施形態では、第２のＲＦバイアスは、約８００ワットから約１２００ワットの間の電力、及び約１３．５６ＭＨｚ以下、例えば約２ＭＨｚの周波数で提供される。一実施形態では、第２のＲＦバイアスは、チャック電極２１０を介して基板４００に提供される。チャック電極２１０は、該チャック電極２１０にバイアス電圧を供給する第２のＲＦ電源２４００と電子通信することができる。一実施形態では、第２のＲＦバイアスは、約１０ワットから約３０００ワットの間の電力で提供される。一実施形態では、第２のＲＦバイアスは、約８００ワットから約１２００ワットの間の電力で提供される。一実施形態では、動作３２０で供給されるチャック電圧は、動作３４０中、維持される。
本開示の他のいずれかの実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、動作３４０中、第１のＲＦバイアスは、チャック電極２１０を介して基板４００に提供され、第２のＲＦバイアスは、第２のＲＦ電極２６０を介して基板４００に提供することができる。
本開示の他のいずれかの実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、動作３４０中、第１のＲＦバイアスは、ガス分配アセンブリ１２０又は電極１８２に提供することができ、第２のＲＦバイアスは、第２のＲＦ電極２６０又はチャック電極２１０を介して基板４００に提供することができる。このような場合には、ガス分配アセンブリ１２０又は電極１８２に印加する第１のＲＦバイアスは、高い周波数を有していてよく、第２のＲＦ電極２６０又はチャック電極２１０に印加する第２のＲＦバイアスは、低い周波数を有していてよい。
第１のＲＦバイアス及び第２のＲＦバイアスに、電力レベルと周波数のさまざまな組合せを使用することができる。幾つかの実施形態では、第１のＲＦバイアスは、約４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１６２ＭＨｚで約２０００ワットであってよく、第２のＲＦバイアスは、３５０ＫＨｚで約１０００ワットでありうる。幾つかの実施形態では、第１のＲＦバイアスは、４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１６２ＭＨｚで約２０００ワットであってよく、第２のＲＦバイアスは、２ＭＨｚで約１０００ワットでありうる。幾つかの実施形態では、第１のＲＦバイアスは、約４０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、又は１６２ＭＨｚで約２０００ワットであってよく、第２のＲＦバイアスは、１３．５６ＭＨｚで約１０００ワットでありうる。
本開示の他の任意の実施形態と組み合わせることができる幾つかのさらなる実施形態では、動作３４０中、第１のＲＦバイアスは、チャック電極２１０を介して基板４００に提供され、第２のＲＦバイアスは、第２のＲＦ電極２６０を介して基板４００に提供することができ、第３のＲＦバイアスは、ガス分配アセンブリ１２０又は電極１８２に提供することができる。このような場合には、第１のＲＦバイアス及び第２のＲＦバイアスは、本開示で論じられる周波数と電力の任意の組合せであってよく、第３のＲＦバイアスは、本開示で論じられる第１又は第２のＲＦバイアスのものと同一の電力及び周波数を有するように構成することができる。
幾つかの実施形態では、ダイヤモンドライクカーボン層４１２が動作３４０中に基板上に形成された後、ダイヤモンドライクカーボン層４１２は水素ラジカルに曝露される。幾つかの実施形態では、ダイヤモンドライクカーボン層は、動作３４０の堆積プロセス中に水素ラジカルに曝露される。幾つかの実施形態では、水素ラジカルは、ＲＰＳに形成され、処理領域に送給される。理論に拘束されるものではないが、ダイヤモンドライクカーボン層を水素ラジカルに曝露すると、ｓｐ２混成炭素原子の選択的エッチングが生じ、したがって、膜のｓｐ３混成炭素原子の割合が増加し、エッチングの選択性が向上すると考えられる。
動作３５０において、ダイヤモンドライクカーボン層４１２が基板上に形成された後、基板はデチャックされる。動作３５０中、チャック電圧はオフにされる。反応性ガスはオフにされ、任意選択的に処理チャンバからパージされる。一実施形態では、動作３５０中、ＲＦ電力は低減される（例えば、約２００Ｗ）。基板が静電チャックからデチャックされると、残りのガスは処理チャンバからパージされる。処理チャンバはポンプダウンされ、基板はリフトピン上を上に移動し、プロセスチャンバの外へと移送される。
ダイヤモンドライクカーボン層４１２が基板上に形成された後、該ダイヤモンドライクカーボン層４１２は、階段状構造などの三次元構造を形成するためのパターニングマスクとしてエッチングプロセスに利用することができる。ダイヤモンドライクカーボン層４１２は、標準的なフォトレジストパターニング技術を使用してパターン化することができる。
以下の非限定的な例は、本明細書に記載される実施形態をさらに説明するために提供される。しかしながら、これらの例は、すべてを網羅することは意図しておらず、本明細書に記載される実施形態の範囲を限定することを意図するものでもない。一実施形態では、本明細書に開示される低応力、高密度のダイヤモンドライクカーボン膜は、１０℃の温度で１５０ｓｃｃｍのＣ２Ｈ２及び１００ｓｃｃｍのＨｅをプロセスガスとして流し、希釈ガスとしてＡｒ及び／又はＨｅを用いてＣＶＤリアクタ内の基板ペデスタル（静電チャック）を介して２０００ワットのＲＦ（６０ＭＨｚ）電力を印加することによって、製造した。得られたダイヤモンドライクカーボン膜、アモルファスカーボン基準膜、及びＰＶＤによって形成されたダイヤモンドライクカーボン膜の比較が以下の表ＩＩに示されている。
Figure 2022505395000003
したがって、半導体デバイスの三次元スタックを製造するための階段状構造を形成するために利用することができる、透明性の高いダイヤモンドライクカーボンハードマスク層を形成するための方法及び装置が提供される。所望のロバストな膜特性とエッチング選択性とを備えたダイヤモンドライクハードマスク層を利用することにより、膜スタックに形成された結果として得られる構造の改善された寸法及びプロファイル制御を獲得することができ、チップデバイスの電気的性能を、半導体デバイスの三次元スタックの用途において強化することができる。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。

Claims (15)

  1. 基板上に炭素膜を形成する方法において、
    静電チャック上に位置づけられた基板を有する処理チャンバ内に炭化水素含有ガス混合物を流すことであって、基板が約－１０℃から約２０℃の温度及び約０．５ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で維持される、流すこと；及び
    静電チャックに第１のＲＦバイアスを印加して、基板上に約６０％以上の混成ｓｐ３原子を含むダイヤモンドライクカーボン膜を堆積させることによってプラズマを生成することであって、第１のＲＦバイアスが約１８００ワットから約２２００ワットの電力及び約４０ＭＨｚから約１６２ＭＨｚの周波数で提供される、生成すること
    を含む、方法。
  2. プラズマを生成することが、静電チャックに第２のＲＦバイアスを印加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 第２のＲＦバイアスが、約８００ワットから約１２００ワットの電力及び約３５０ＫＨｚから約１３．５６ＭＨｚの周波数で提供される、請求項２に記載の方法。
  4. 第１のＲＦバイアスが約２０００ワットの電力及び約６０ＭＨｚの周波数で提供され、第２のＲＦバイアスが約１０００ワットの電力及び約２ＭＨｚの周波数で提供される、請求項２に記載の方法。
  5. 基板が約１０℃の温度で維持される、請求項１に記載の方法。
  6. 基板上に炭素膜を形成する方法であって、
    静電チャック上に位置づけられた基板を有する処理チャンバに炭化水素含有ガス混合物を流すこと；及び
    静電チャックに第１のＲＦバイアスを印加し、かつ静電チャックの上に配置された、静電チャックに対向する電極に第２のＲＦバイアスを印加することによってプラズマを生成し、基板上にダイヤモンドライクカーボン膜を堆積させること
    を含み、
    第１のＲＦバイアスが約１３．５６ＭＨｚ以下の周波数で提供され、第２のＲＦバイアスが約４０ＭＨｚ以上の周波数で提供され、基板が約－１０℃から約２０℃の温度及び約０．５ｍＴｏｒｒから約１０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力で維持される、
    方法。
  7. 第１のＲＦバイアスが、約２ＭＨｚの周波数及び約８００ワットから約１２００ワットの電力で提供される、請求項６に記載の方法。
  8. 第２のＲＦバイアスが、約６０ＭＨｚの周波数及び約１５００ワットから約２５００ワットの電力で提供される、請求項６に記載の方法。
  9. プラズマを生成することが、静電チャック上に配置された、静電チャックに対向する電極に第３のＲＦバイアスを印加することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
  10. 第３のＲＦバイアスが、約１０ワット及び約３０００ワットの電力並びに約３５０ＫＨｚから約１６２ＭＨｚの周波数で提供される、請求項６に記載の方法。
  11. 基板を処理する方法であって、
    静電チャック上に位置づけられた基板を有する処理チャンバの処理容積内に炭化水素含有ガス混合物を流すことであって、基板が約５ｍＴｏｒｒの間の圧力で維持され、炭化水素含有ガス混合物がアセチレン（Ｃ２Ｈ２）を含む、流すこと；
    約２０００ワットの電力及び約６０ＭＨｚの周波数で提供される第１のＲＦバイアスを静電チャックに印加して、基板上にダイヤモンドライクカーボン膜を堆積させることによって、基板レベルでプラズマを生成すること；
    ダイヤモンドライクカーボン膜の上にパターン化されたフォトレジスト層を形成すること；
    パターン化されたフォトレジスト層に対応するパターンでダイヤモンドライクカーボンをエッチングすること；並びに
    ダイヤモンドライクカーボン膜のエッチングされた部分に材料を堆積させること
    を含む、方法。
  12. プラズマを生成することが、約１０００ワットの電力及び約２ＭＨｚの周波数で提供される第２のＲＦバイアスを静電チャックに印加することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  13. ダイヤモンドライクカーボン膜が、極端紫外線（「ＥＵＶ」）リソグラフィプロセスにおける下層として用いられる、請求項１１に記載の方法。
  14. 炭化水素含有ガス混合物が、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎ２、Ｈ２、又はそれらのいずれかの組合せを含む希釈ガスをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  15. 炭化水素含有ガス混合物が、処理チャンバの側壁に配置されたガスパネルを通ってプロセスチャンバ内に流れ込む、請求項１４に記載の方法。
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