JP6045975B2 - カーボン膜の成膜方法および成膜装置 - Google Patents

カーボン膜の成膜方法および成膜装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6045975B2
JP6045975B2 JP2013101484A JP2013101484A JP6045975B2 JP 6045975 B2 JP6045975 B2 JP 6045975B2 JP 2013101484 A JP2013101484 A JP 2013101484A JP 2013101484 A JP2013101484 A JP 2013101484A JP 6045975 B2 JP6045975 B2 JP 6045975B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon film
gas
film
carbon
film forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013101484A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014033186A (ja
Inventor
智行 大部
智行 大部
覚 水永
覚 水永
武裕 大塚
武裕 大塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
Priority to JP2013101484A priority Critical patent/JP6045975B2/ja
Priority to KR1020130078996A priority patent/KR101725581B1/ko
Priority to TW102124440A priority patent/TWI565826B/zh
Priority to US13/937,902 priority patent/US9378944B2/en
Publication of JP2014033186A publication Critical patent/JP2014033186A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6045975B2 publication Critical patent/JP6045975B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02269—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by thermal evaporation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02296—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer
    • H01L21/02299—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment
    • H01L21/02304—Forming insulating materials on a substrate characterised by the treatment performed before or after the formation of the layer pre-treatment formation of intermediate layers, e.g. buffer layers, layers to improve adhesion, lattice match or diffusion barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02115—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material being carbon, e.g. alpha-C, diamond or hydrogen doped carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02527—Carbon, e.g. diamond-like carbon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Description

この発明は、カーボン膜の成膜方法および成膜装置に関する。
次世代半導体材料の一つとしてカーボン（Ｃ）が注目されている。例えば、カーボン膜は、ホトリソグラフィ工程における反射防止膜に利用されたり（特許文献１）、エッチング工程におけるハードマスクに利用されたり（特許文献１、２）、低誘電率層間絶縁膜として利用されたり（特許文献３）、炭化シリコン（ＳｉＣ）ウエハのステップパンチング防止用の保護膜に利用されたり（特許文献４）、今後とも更なる利用に期待がかかっている。
カーボン膜の成膜方法としては、特許文献１−３に記載されているようにプラズマＣＶＤ法、あるいは特許文献４に記載されているように熱ＣＶＤ法が知られている。
また、特許文献３には、フッ素（Ｆ）添加カーボン膜が記載されている。
特開２００２−１２９７２号公報 国際公開２００８／１０５３２１号 特開２００５−６４３０２号公報 特開２０１２−１７５０２号公報
カーボン膜は、半導体装置の製造に使用される材料として、様々な用途への汎用性に富む材料である。
しかしながら、プラズマＣＶＤ法を用いてカーボン膜を成膜する場合には、成膜温度は低く抑えられるが（特許文献１によれば１００℃〜５００℃）、段差被覆性が良好でない、という事情がある。このため、プラズマＣＶＤ法を用いたカーボン膜の成膜は、ラインパターンやホールパターンなどの凹凸を有する下地上への成膜には不向きである。
また、熱ＣＶＤ法を用いてカーボン膜を成膜する場合には、段差被覆性は良好であるが、成膜温度を高い温度（特許文献４によれば８００℃〜１０００℃）にしなければならない、という事情がある。このため、熱ＣＶＤ法を用いたカーボン膜の成膜は、例えば、シリコンウエハに形成されるトランジスタへの熱履歴の観点から、半導体装置の上層部分のプロセスへの適用には適さない、という事情がある。
この発明は、段差被覆性が良好で、かつ、従来の熱ＣＶＤ法よりも低い温度でカーボン膜を成膜することが可能なカーボン膜の成膜方法、およびその成膜方法を実行することが可能な成膜装置を提供する。
この発明の第１の態様に係るカーボン膜の成膜方法は、被処理基板上に、カーボン膜を成膜するカーボン膜の成膜方法であって、（１）カーボン膜が成膜される被処理基板を、成膜装置の処理室内に搬入する工程と、（２）前記処理室内において、炭化水素系カーボンソースガスを熱分解し、カーボン膜を前記被処理基板上に成膜する工程とを具備し、前記（２）工程は、カーボン膜の成膜温度を、前記炭化水素系カーボンソースガス単体のプラズマアシストが無い状態での熱分解温度未満の温度とし、前記炭化水素系カーボンソースガスと、ハロゲン元素を含む熱分解温度降下ガスとを前記処理室内に導入し、ノンプラズマの熱ＣＶＤ法にて行い、前記（２）工程の前に、（３）前記処理室内において前記被処理基板を加熱し、前記処理室内にアミノシラン系ガスを導入し、前記カーボン膜と前記被処理基板との密着性を高める密着性改善層を前記被処理基板上に形成する工程を、さらに具備する。
この発明の第２の態様に係る成膜装置は、被処理基板上に、カーボン膜を成膜する成膜装置であって、前記カーボン膜が形成される下地を有した被処理基板を収容する処理室と、前記処理室内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理室内に収容された前記被処理基板を加熱する加熱装置と、前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御するコントローラと、を具備し、前記コントローラが、上記第１の態様に係るカーボン膜の成膜方法が実施されるように前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御する。
この発明によれば、段差被覆性が良好で、かつ、従来の熱ＣＶＤ法よりも低い温度でカーボン膜を成膜することが可能なカーボン膜の成膜方法、およびその成膜方法を実行することが可能な成膜装置を提供できる。
この発明の第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法の一例を示す流れ図 （Ａ）図〜（Ｂ）図は被処理体の状態を概略的に示す断面図 この発明の第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す断面図 縦型バッチ式成膜装置における成膜位置の成膜温度依存性を示す図 縦型バッチ式成膜装置における成膜位置の処理圧力依存性を示す図 この発明の第３の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法の一例を示す流れ図 （Ａ）図〜（Ｂ）図は被処理体の状態を概略的に示す断面図 この発明の第３の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を実施することが可能なバッチ式縦型成膜装置の一例を概略的に示す断面図 この発明の第４の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法の一例を示す流れ図 （Ａ）図〜（Ｃ）図は被処理体の状態を概略的に示す断面図 この発明の第４の実施形態の一例に係るカーボン膜の成膜方法を実施することが可能なバッチ式縦型成膜装置の一例を概略的に示す断面図 この発明の第４の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法の他例を示す流れ図 この発明の第４の実施形態の他例に係るカーボン膜の成膜方法を実施することが可能なバッチ式縦型成膜装置の一例を概略的に示す断面図 （Ａ）図〜（Ｈ）図はこの発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図 この発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の他例を示す断面図 この発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の他例を示す断面図 この発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の他例を示す断面図
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図２Ａおよび図２Ｂは被処理体の状態を概略的に示す断面図である。なお、図２Ａおよび図２Ｂには、成膜装置の処理室が概略的に示されている。
図１のステップ１および図２Ａに示すように、被処理基板として、例えば、表面にシリコン酸化膜２が形成されたシリコン基板１を、成膜装置の処理室３内に搬入する。
次に、図１のステップ２および図２Ｂに示すように、処理室３内において、炭化水素系カーボンソースガスを熱分解し、カーボン膜４を被処理基板上に成膜する。本例では、カーボン膜４は、シリコン基板１上のシリコン酸化膜２上に成膜される。
ステップ２においては、本例では、カーボン膜４の成膜温度を、プラズマアシストが無い状態での炭化水素系カーボンソースガス単体の熱分解温度未満とする。このために、炭化水素系カーボンソースガスとともに、炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させるための熱分解温度降下ガスを処理室３内に導入する。さらに、本例では、段差被覆性を良好とするために、カーボン膜４の成膜を、ノンプラズマの熱ＣＶＤ法にて行う。
熱分解温度降下ガスの例は、ハロゲン元素を含むガスである。ハロゲン元素としては、
フッ素（Ｆ）
塩素（Ｃｌ）
臭素（Ｂｒ）
ヨウ素（Ｉ）
を挙げることができる。
また、これらハロゲン元素は、化合物ガスとして含まれるよりも、単体のフッ素（Ｆ２）ガス、単体の塩素（Ｃｌ２）ガス、単体の臭素（Ｂｒ２）ガス、および単体のヨウ素（Ｉ２）ガスとして導入されることが好ましい。これは、熱分解温度降下ガスが、ハロゲン元素の化合物ガスとなっていると、この化合物ガスを熱分解させるために温度が必要となり、炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させる効果が低くなってしまうためである。
さらに、上記ハロゲン元素のうち、フッ素は、塩素、臭素、およびヨウ素に比較して反応性が高い。このために、成膜されるカーボン膜の表面粗さや平坦性を損なう可能性がある。このため、ハロゲン元素としては、フッ素を除く、塩素、臭素、およびヨウ素が選ばれることが好ましい。
また、取り扱いの安全性の観点から、臭素、およびヨウ素よりは、塩素が選ばれることが好ましい。
また、炭化水素系カーボンソースガスとしては、
ＣｎＨ２ｎ＋２
ＣｍＨ２ｍ
ＣｍＨ２ｍ−２
の少なくとも一つの分子式で表わされる炭化水素を含むガスを挙げることができる（ただし、ｎは１以上の自然数、ｍは２以上の自然数）。
また、炭化水素系カーボンソースガスには、
ベンゼンガス（Ｃ６Ｈ６）
が含まれていてもよい。
分子式ＣｎＨ２ｎ＋２で表わされる炭化水素としては、
メタンガス（ＣＨ４）
エタンガス（Ｃ２Ｈ６）
プロパンガス（Ｃ３Ｈ８）
ブタンガス（Ｃ４Ｈ１０：他の異性体も含む）
ペンタンガス（Ｃ５Ｈ１２：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
分子式ＣｍＨ２ｍで表わされる炭化水素としては、
エチレンガス（Ｃ２Ｈ４）
プロピレンガス（Ｃ３Ｈ６：他の異性体も含む）
ブチレンガス（Ｃ４Ｈ８：他の異性体も含む）
ペンテンガス（Ｃ５Ｈ１０：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
分子式ＣｍＨ２ｍ−２で表わされる炭化水素としては、
アセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）
プロピンガス（Ｃ３Ｈ４：他の異性体も含む）
ブタジエンガス（Ｃ４Ｈ６：他の異性体も含む）
イソプレンガス（Ｃ５Ｈ８：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
本例では、炭化水素系カーボンソースガスとしてエチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスを用い、熱分解温度降下ガスとして塩素（Ｃｌ２）ガスを用いた。
このように、エチレンガスと塩素ガスとを用い、下記の処理条件にてカーボン膜４の成膜を行った。
ガス流量比：Ｃ２Ｈ４：Ｃｌ２＝５００：１００ｓｃｃｍ
成膜温度 ：４５０℃
処理圧力 ：９９７．５Ｐａ（７．５Ｔｏｒｒ）
処理時間 ：６０ｍｉｎ
上記処理条件においては、シリコン酸化膜２上に、膜厚２０ｎｍ程度のカーボン膜４の成膜が確認された（カーボン膜４の状態は、例えば、アモルファスカーボンである）。
このように第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法であると、プラズマアシストを用いない熱ＣＶＤ法でありながらも、従来の炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度、例えば、８００℃〜１０００℃未満の４５０℃という、より低い成膜温度で、カーボン膜４を成膜することができる。
また、本例では成膜温度を４５０℃としているが、成膜温度が４５０℃よりも低い温度、例えば３００℃であっても、この発明の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法によれば、プラズマアシスト無しにカーボン膜４を成膜することが可能である。これは、炭化水素（ＣＸＨＹ）系カーボンソースガス中にハロゲン元素を含むガスが添加されることによって、炭化水素（ＣＸＨＹ）の分解が促進され、ハロゲン元素を含むガスを添加しない場合に比較して、より低い温度での成膜が可能となるためである。本例では、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガス中に塩素（Ｃｌ２）ガスが添加されており、添加された塩素（Ｃｌ２）が、エチレン（Ｃ２Ｈ４）から水素（Ｈ）を引き抜く。これにより、エチレンが分解され、カーボン（Ｃ）が残る。
化学反応式は、以下の通りである。
Ｃ２Ｈ４ ＋ ２Ｃｌ２ → ２Ｃ ＋ ４ＨＣｌ↑
また、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスに代表されるアルケンと塩素（Ｃｌ２）ガスとの組み合わせに比較すると、分子式ＣｍＨ２ｍ−２で表わされるアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスやＣ５Ｈ８（例えば、ペンチンやイソプレン）ガスに代表されるアルキン、ジエン等と塩素（Ｃｌ２）ガスとの組み合わせの方が分解しやすい。このため、分子式ＣｍＨ２ｍ−２で表わされる炭化水素を含むガスを、カーボンソースガスとして用いると、成膜温度をより低い温度にシフトさせつつ、かつ、より実用的な成膜が可能になる、と期待される。
したがって、第１の実施形態によれば、プラズマアシストを用いることがなく、段差被覆性が良好で、かつ、従来の熱ＣＶＤ法よりも低い温度でカーボン膜を成膜することが可能なカーボン膜の成膜方法を得ることができる。
このように、段差被覆性が良好で、かつ、従来の熱ＣＶＤ法よりも低い温度でカーボン膜を成膜することが可能になることで、従来、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜されたカーボン膜においては、成膜温度は低いが、ラインパターンやホールパターンなどの凹凸を有する下地上への成膜には不向きであった点を解消できる。この結果、低温成膜でありながらも、ラインパターンやホールパターンなどの凹凸を有する下地上への成膜に好適なカーボン膜４が得られる、という利点を得ることができる。
さらに、低温成膜となることで、半導体装置の上層部分のプロセスへの適用、例えば、多層配線構造のうち、上層部分にある配線のパターニングや、配線を埋め込むための溝のパターニングにも適用することが可能なカーボン膜４が得られる、という利点を得ることができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例に関する。
図３はこの発明の第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
図３に示すように、縦型バッチ式成膜装置（以下成膜装置という）１００ａは、有天井の円筒状の外壁１０１と、外壁１０１の内側に設けられ、円筒状の内壁１０２とを備えている。外壁１０１および内壁１０２は、例えば、石英製であり、内壁１０２の内側を、被処理体、本例では複数のシリコン基板１を収容し、収容された複数のシリコン基板１に対して一括した成膜処理を施す処理室３とする。処理室３の内部において、上記第１の実施形態において説明したカーボン膜の成膜方法が、複数のシリコン基板１に対し、一括して実施される。
外壁１０１と内壁１０２とは環状空間１０４を隔てつつ水平方向に沿って互いに離れており、各々の下端部において、ベース材１０５に接合されている。内壁１０２の上端部は、外壁１０１の天井部から離隔されており、処理室３の上方が環状空間１０４に連通されるようになっている。処理室３の上方に連通される環状空間１０４は排気路となる。処理室３に供給され、拡散されたガスは、処理室３の下方から処理室３の上方へと流れて、環状空間１０４に吸引される。環状空間１０４の、例えば、下端部には排気管１０６が接続されており、排気管１０６は、排気装置１０７に接続されている。排気装置１０７は図示せぬ真空ポンプ等を含んで構成され、処理に使用したガスを処理室３の内部から排気し、また、処理室３の内部の圧力を処理に適切な圧力となるように調節する。
外壁１０１の外側には、加熱装置１０８が、処理室３の周囲を取り囲むように設けられている。加熱装置１０８は、処理室３の内部の温度を処理に適切な温度となるように調節し、被処理体、本例では複数のシリコン基板１を加熱する。
処理室３の下方はベース材１０５に設けられた開口１０９に連通している。開口１０９には、例えば、ステンレススチールにより円筒状に成形されたマニホールド１１０がＯリング等のシール部材１１１を介して連結されている。マニホールド１１０の下端部は開口となっており、この開口を介してボート１１２が処理室３の内部に挿入される。ボート１１２は、例えば、石英製であり、複数本の支柱１１３を有している。支柱１１３には、図示せぬ溝が形成されており、この溝により、複数枚の被処理基板が一度に支持される。これにより、ボート１１２は、被処理基板として複数枚、例えば、５０〜１５０枚のシリコン基板１を多段に載置することができる。複数のシリコン基板１を載置したボート１１２が、処理室３の内部に挿入されることで、処理室３の内部には、複数のシリコン基板１を収容することができる。
ボート１１２は、石英製の保温筒１１４を介してテーブル１１５の上に載置される。テーブル１１５は、例えば、ステンレススチール製の蓋部１１６を貫通する回転軸１１７上に支持される。蓋部１１６は、マニホールド１１０の下端部の開口を開閉する。蓋部１１６の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１８が設けられ、回転軸１１７を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部１１６の周辺部とマニホールド１１０の下端部との間には、例えば、Ｏリングよりなるシール部材１１９が介設され、処理室３の内部のシール性を保持している。回転軸１１７は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１２０の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート１１２および蓋部１１６等は、一体的に鉛直方向に昇降されて処理室３に対して挿脱される。
成膜装置１００ａは、処理室３の内部に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１３０を有している。
本例の処理ガス供給機構１３０は、炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａ、熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂ、および不活性ガス供給源１３１ｃを含んでいる。炭化水素系カーボンソースガスは、本例ではエチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスが用いられ、熱分解温度降下ガスは塩素（Ｃｌ２）ガスが用いられている。また、不活性ガスには窒素（Ｎ２）ガスが用いられている。炭化水素系カーボンソースガス、および熱分解温度降下ガスは、第１の実施形態のステップ２で用いられ、不活性ガスはステップ２前後のパージに用いられるパージガスや、また、ステップ２における希釈ガスとして用いることができる。
炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａは、流量制御器（ＭＦＣ）１３２ａおよび開閉弁１３３ａを介してガス供給口１３４ａに接続されている。同様に、熱分解温度降下ガス供給源１３１ｂは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｂおよび開閉弁１３３ｂを介してガス供給口１３４ｂに接続され、不活性ガス供給源１３１ｃは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｃおよび開閉弁１３３ｃを介してガス供給口１３４ｃに接続されている。ガス供給口１３４ａ〜１３４ｃはそれぞれ、マニホールド１１０の側壁を水平方向に沿って貫通するように設けられ、供給されたガスを、マニホールド１１０の上方にある処理室３の内部に向けて拡散させる。
成膜装置１００ａには制御部１５０が接続されている。制御部１５０は、例えば、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ１５１を備えており、成膜装置１００ａの各構成部の制御は、プロセスコントローラ１５１が行う。プロセスコントローラ１５１には、ユーザーインターフェース１５２と、記憶部１５３とが接続されている。
ユーザーインターフェース１５２は、オペレータが成膜装置１００ａを管理するためにコマンドの入力操作等を行うためのタッチパネルディスプレイやキーボードなどを含む入力部、および成膜装置１００ａの稼働状況を可視化して表示するディスプレイなどを含む表示部を備えている。
記憶部１５３は、成膜装置１００ａで実行される各種処理をプロセスコントローラ１５１の制御にて実現するための制御プログラムや、成膜装置１００ａの各構成部に処理条件に応じた処理を実行させるためのプログラムを含んだ、いわゆるプロセスレシピが格納される。プロセスレシピは、記憶部１５３の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、プロセスレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して適宜伝送させるようにしてもよい。
プロセスレシピは、必要に応じてユーザーインターフェース１５２からのオペレータの指示等にて記憶部１５３から読み出され、読み出されたプロセスレシピに従った処理をプロセスコントローラ１５１が実行することで、成膜装置１００ａは、プロセスコントローラ１５１の制御のもと、要求された処理を実行する。本例では、成膜装置１００ａは、プロセスコントローラ１５１の制御のもと、上記第１の実施形態において説明したカーボン膜の成膜方法に従った処理を実行する。
上記第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法は、例えば、図３に示すような縦型バッチ式成膜装置１００ａによって実施することができる。
<成膜位置の成膜温度依存性>
縦型バッチ式成膜装置１００ａを用い、処理条件を下記のように設定し、カーボン膜の成膜を試みた。
ガスの流量比：Ｃ２Ｈ４：Ｃｌ２＝５００：１００ｓｃｃｍ
成 膜 温 度 ：５００℃
処 理 圧 力 ：９９７．５Ｐａ（７．５Ｔｏｒｒ）
処 理 時 間 ：６０ｍｉｎ
上記処理条件においては、ボート１１２の下段に載置されたシリコン基板１上にはカーボン膜が成膜された。しかし、中段および上段に載置されたシリコン基板１上にはカーボン膜がほとんど成膜されなかった。これは、処理室３の下方から上方に向かって拡散されるエチレンガスおよび塩素ガスが、成膜温度が高すぎ、処理室３の下方においてほぼ反応しきってしまったことが原因と考えられる。
そこで、処理条件のうち、成膜温度をパラメータとして、温度５００℃から４５０℃、および４００℃に変更してみた。
図４は、縦型バッチ式成膜装置における成膜位置の成膜温度依存性を示す図である。
図４に示すように、下記の処理条件においては、ボート１１２の下段および中段に載置されたシリコン基板１上にはカーボン膜が成膜された。上段に載置されたシリコン基板１上にはカーボン膜がほとんど成膜されなかった。
ガス流量比：Ｃ２Ｈ４：Ｃｌ２＝５００：１００ｓｃｃｍ
成膜温度 ：４５０℃
処理圧力 ：９９７．５Ｐａ（７．５Ｔｏｒｒ）
処理時間 ：６０ｍｉｎ
また、下記の処理条件においては、ボート１１２の下段、中段および上段それぞれに載置されたシリコン基板１上にカーボン膜が成膜された。
ガス流量比：Ｃ２Ｈ４：Ｃｌ２＝５００：１００ｓｃｃｍ
成膜温度 ：４００℃
処理圧力 ：９９７．５Ｐａ（７．５Ｔｏｒｒ）
処理時間 ：６０ｍｉｎ
このように、上記第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を、縦型バッチ式成膜装置１００ａに適用した場合には、成膜位置の成膜温度依存性があることが判明した。この知見と図４に示す結果から、
（１） 成膜温度が４７５℃を超え５００℃以下であると、ボート１１２の下段においてカーボン膜の成膜が可能であること
（２） 成膜温度が４２５℃を超え４７５℃以下であると、ボート１１２の下段および中段においてカーボン膜の成膜が可能であること
（３） 成膜温度が４００℃以上４２５℃以下であると、ボート１１２の下段、中段、および上段のそれぞれにおいてカーボン膜の成膜が可能であること
が判明した。
したがって、カーボン膜が成膜されるシリコン基板１の枚数を多く得るためには、成膜温度を４７５℃を超え５００℃以下にするよりも、４００℃以上４７５℃以下の範囲（図４中参照符号Ｉにより示す範囲）にすることが好ましく、さらに４００℃以上４２５℃以下の範囲（図４中参照符号IIにより示す範囲）にすると、カーボン膜が成膜されるシリコン基板１の枚数を、さらに多く得ることができる、という利点を得ることができる。
さらに、第１の実施形態において述べたように、この発明の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法によれば、炭化水素（ＣＸＨＹ）系カーボンソースガス中にハロゲン元素を含むガスを添加することで、炭化水素（ＣＸＨＹ）の分解を促進できることから、成膜温度が３００℃であってもカーボン膜の成膜が可能となる。
そして、図４に示す結果から、成膜温度が低いほど、カーボン膜をボート１１２上段の高い位置まで成膜できるようになることから、成膜温度を３００℃以上４００℃未満の範囲（図４中参照符号IIIにより示す範囲）としても、ボート１１２の下段、中段、および上段のそれぞれにおいて、カーボン膜を成膜することができる。
したがって、成膜温度の範囲としては、範囲III（３００℃以上４００℃以下）が選択することが可能である他、範囲Ｉ＋III（３００℃以上４７５℃以下）が選択されてもよく、より成膜位置を広げる観点から、範囲II＋III（３００℃以上４２５℃以下）が選択されてもよい。
また、図４に示す結果においては、成膜温度が３７５℃以上となると、ボート１１２の上段のほぼ全ての領域でカーボン膜が成膜されることがわかる。カーボン膜の成膜に、ある程度の高い温度が要求され、かつ、ボート１１２の上段のほぼ全ての領域でカーボン膜を得たい場合には、３７５℃以上４２５℃以下の範囲（図４中参照符号IVにより示す範囲）を選択するとよい。また、反対に、カーボン膜の成膜には、高い温度は要求されず、むしろ低い温度が要求されるような場合には、３００℃以上３７５℃以下の範囲（図４中参照符号Ｖにより示す範囲）を選択するとよい。これにより、ボート１１２の上段のほぼ全ての領域でカーボン膜を得ることができる。
また、ボート１１２の下段から上段にかけての全ての領域でカーボン膜が成膜される必要は、必ずしもない。図４に示すように、例えば、成膜温度が５００℃のとき、ボート１１２の下段においてはカーボン膜を成膜することができる。カーボン膜の成膜に、例えば、約５００℃の高い温度が要求されるような場合には、成膜温度を５００℃として、ボート１１２の下段のみを使ってカーボン膜の成膜を行えばよい。この際、カーボン膜が成膜されないボート１１２の中段から上段にかけては、被処理体、例えばシリコン基板１を収容しないか、ダミーのシリコン基板を収容するようにすればよい。
したがって、成膜温度の範囲としては、３００℃以上５００℃以下の範囲であればよく、その範囲の中から、要求される条件に応じて範囲Ｉ、範囲II、範囲III、範囲Ｉ＋III、範囲II＋III、範囲IV、および範囲Ｖ等のいずれかを絞り込んで、カーボン膜の成膜が実施されればよい。
<成膜位置の処理圧力依存性>
図４に示す結果より、成膜温度が高すぎると、エチレンガスおよび塩素ガスが処理室３の下方においてほぼ反応しきってしまう。そこで、処理圧力を下げ、エチレンガスおよび塩素ガスの処理室３内における流速を上げてみて、成膜温度が高い、例えば、５００℃付近であってもボート１１２の中段および上段にカーボン膜を成膜することができないか、について調べてみた。
図５は縦型バッチ式成膜装置における成膜位置の処理圧力依存性を示す図である。なお、図５に示す結果においては、処理圧力を下げると、エチレンガスおよび塩素ガスの処理室３内における反応確率が下がるため、成膜レートが低下する。これを鑑み、処理圧力９９７．５Ｐａ（７．５Ｔｏｒｒ）は処理時間を６０ｍｉｎとしたが、これより低い処理圧力については処理時間を１２０ｍｉｎに設定した。
図５に示すように、下記の処理条件においては、成膜温度が５００℃であってもボート１１２の下段および中段に載置されたシリコン基板１上にはカーボン膜が成膜された。上段に載置されたシリコン基板１上にはカーボン膜がほとんど成膜されなかった。
処理ガスの流量比：Ｃ２Ｈ４：Ｃｌ２＝５００：１００ｓｃｃｍ
成 膜 温 度 ：５００℃
処 理 圧 力 ：１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）
処 理 時 間 ：１２０ｍｉｎ
また、下記の処理条件においては、ボート１１２の下段、中段および上段それぞれに載置されたシリコン基板１上にカーボン膜が成膜された。
処理ガスの流量比：Ｃ２Ｈ４：Ｃｌ２＝５００：１００ｓｃｃｍ
成 膜 温 度 ：５００℃
処 理 圧 力 ：２６．６Ｐａ（０．２Ｔｏｒｒ）
処 理 時 間 ：１２０ｍｉｎ
このように、上記第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を、縦型バッチ式成膜装置１００ａに適用した場合には、成膜位置の処理圧力依存性があることが裏付けられた。この知見と図５に示す結果から、
（１） 処理圧力が３３２．５Ｐａ（２．５Ｔｏｒｒ）を超え９９７．５Ｐａ（７．５Ｔｏｒｒ）以下であると、ボート１１２の下段においてカーボン膜の成膜が可能であること
（２） 処理圧力が６６．５Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）を超え３３２．５Ｐａ（２．５Ｔｏｒｒ）以下であると、ボート１１２の下段および中段においてカーボン膜の成膜が可能であること
（３） 処理圧力が０Ｐａ（０Ｔｏｒｒ）を超え６６．５Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）以下であると、ボート１１２の下段、中段、および上段のそれぞれにおいてカーボン膜の成膜が可能であること
が判明した。
したがって、カーボン膜が成膜されるシリコン基板１の枚数を多く得るためには、処理圧力を３３２．５Ｐａを超え９９７．５Ｐａ以下にするよりも、０Ｐａを超え３３２．５Ｐａ以下（図５中参照符号VI）にすることが好ましく、さらに０Ｐａを超え６６．５Ｐａ以下（図５中参照符号VII）にすると、カーボン膜が成膜されるシリコン基板１の枚数を、さらに多く得ることができる、という利点を得ることができる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、さらに、カーボン膜と下地との密着性を良好とすることが可能な成膜方法の一例に関する。
図６はこの発明の第３の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図７Ａおよび図７Ｂは被処理体の状態を概略的に示す断面図である。なお、図７Ａおよび図７Ｂには、成膜装置の処理室が概略的に示されている。
図６および図７Ａおよび図７Ｂに示すように、第３の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、ステップ１に続くステップ３に示すように、カーボン膜４の成膜に際し、炭化水素系カーボンソースガス、および熱分解温度降下ガスに、さらに、水素ガスを加えて処理室３内に導入することである。
このように水素ガスをさらに加えると、熱分解した炭化水素系カーボンソース（ＣｘＨｙ）に、水素（Ｈ２）ガスが再結合して、例えば、エチレン（Ｃ２Ｈ４）ガスがプロパン（Ｃ３Ｈ８）ガスのように、より高次の炭化水素に変化して、カーボン膜４が結晶性の高いカーボンだけで成膜されるようになる。
このように、カーボン膜４の成膜に際し、炭化水素系カーボンソースガス、熱分解温度降下ガス、および水素ガスを処理室３内に導入することにより、結晶性の高いカーボン膜４を成膜することができる。これにより、下地、本例ではシリコン酸化膜２とカーボン膜４との密着性を高めることができる、という利点を得ることができる。
図８はこの発明の第３の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を実施することが可能なバッチ式縦型成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
図８に示すように、成膜装置１００ｂが、図３に示した成膜装置１００ａと異なるところは、処理ガス供給機構１３０が、水素ガス供給源１３１ｄを、さらに備えていることである。水素ガス供給源１３１ｄは、流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｄおよび開閉弁１３３ｄを介してガス供給口１３４ｄに接続されている。ガス供給口１３４ｄは、ガス供給口１３４ａ〜１３４ｃと同様に、マニホールド１１０の側壁を水平方向に沿って貫通するように設けられ、供給されたガスを、マニホールド１１０の上方にある処理室３の内部に向けて拡散させる。
本第３の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法は、例えば、図８に示すような縦型バッチ式成膜装置１００ｂによって実施することができる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、さらに、カーボン膜と下地との密着性を良好とすることが可能な成膜方法の別の例に関する。
（一例）
図９はこの発明の第４の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法の一例を示す流れ図、図１０Ａ〜図１０Ｃは被処理体の状態を概略的に示す断面図である。なお、図１０Ａ〜図１０Ｃには、成膜装置の処理室が概略的に示されている。
図９および図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、第４の実施形態の一例が第１の実施形態と異なるところは、ステップ１とステップ２との間に、被処理基板上に、カーボン膜４と下地、本例ではカーボン膜４とシリコン酸化膜２との密着性を改善するための密着性改善層５を形成する工程があることである（ステップ４）。
図９のステップ４および図１０Ｂに示すように、本例では、密着性改善層５を形成するために、処理室３内において被処理基板、本例ではシリコン基板１を加熱し、処理室３内にアミノシラン系ガスを導入する。これにより、被処理基板（下地）上、本例では下地としてシリコン酸化膜２上に密着性改善層５が形成される。
アミノシラン系ガスの例としては、
ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）
ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）
ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）
ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）
ＴＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）
ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）
ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）
ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）
ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）
などの少なくとも一つを含むガスを挙げることができる。本例では、ＢＴＢＡＳを用いた。
ステップ４における処理条件の一例は、
ＢＴＢＡＳ流量： １００ｓｃｃｍ
処 理 時 間： ５ｍｉｎ
処 理 温 度： ４００℃
処 理 圧 力： １３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）
である。
この後、図９のステップ２および図１０Ｃに示すように、第１の実施形態において説明した成膜方法によって、カーボン膜４が、被処理基板上、本例では密着性改善層５上に形成される。本例では、密着性改善層５は、シリコンリッチの窒素含有シリコン層となる。
このように、カーボン膜４を成膜する前に、アミノシラン系ガスを処理室３内に導入し、下地上に、密着性改善層５を形成しておくことによって、下地、本例ではシリコン酸化膜２とカーボン膜４との密着性を高めることができる、という利点を得ることができる。
図１１はこの発明の第４の実施形態の一例に係るカーボン膜の成膜方法を実施することが可能なバッチ式縦型成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
図１１に示すように、成膜装置１００ｃが、図３に示した成膜装置１００ａと異なるところは、処理ガス供給機構１３０が、アミノシラン系ガス供給源１３１ｅを、さらに備えていることである。アミノシラン系ガス供給源１３１ｅは、流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｅおよび開閉弁１３３ｅを介してガス供給口１３４ｅに接続されている。ガス供給口１３４ｅは、ガス供給口１３４ａ〜１３４ｃと同様に、マニホールド１１０の側壁を水平方向に沿って貫通するように設けられ、供給されたガスを、マニホールド１１０の上方にある処理室３の内部に向けて拡散させる。
本第４の実施形態の一例に係るカーボン膜の成膜方法は、例えば、図１１に示すような縦型バッチ式成膜装置１００ｃによって実施することができる。
また、図１１に示す縦型バッチ式成膜装置１００ｃによれば、密着性改善層５を形成する工程に続いて、カーボン膜４を形成する工程を、同一の処理室３の内部でインサイチュで行うことができ、スループットを向上させることができる、という利点を得ることができる。
（他例）
図１２はこの発明の第４の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法の他例を示す流れ図である。
第４の実施形態は、第１の実施形態と組み合わせるばかりでなく、第３の実施形態と組み合わせることも可能である。図１２に示すように、第４の実施形態の他例が第３の実施形態と異なるところは、ステップ１とステップ３との間に、カーボン膜４とシリコン酸化膜２との密着性を改善するための密着性改善層５を形成する工程があることである（ステップ４）。
このように、第４の実施形態は、第３の実施形態と組み合わせることもでき、密着性改善層５上に、結晶性の高いカーボン膜４が成膜されることによって、更なる密着性の改善が可能となる。
図１３はこの発明の第４の実施形態の他例に係るカーボン膜の成膜方法を実施することが可能なバッチ式縦型成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
図１３に示すように、成膜装置１００ｄが、図８に示した成膜装置１００ｂと異なるところは、処理ガス供給機構１３０が、アミノシラン系ガス供給源１３１ｅを、さらに備えていることである。
本第４の実施形態の他例に係るカーボン膜の成膜方法は、例えば、図１３に示すような縦型バッチ式成膜装置１００ｄによって実施することができる。
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、第１、第３、第４の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を利用した半導体装置の製造方法に関する。
図１４Ａ〜図１４Ｈは、この発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。
本例は、この発明の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を、ダブルパターニングプロセスに適用した例である。
図１４Ａに示すように、シリコン基板１上には、例えば、シリコン酸化膜２が形成されており、シリコン酸化膜２上には、シリコン窒化膜６が形成されている。シリコン窒化膜６は、後にダブルパターニングプロセスにおける芯材となる膜である。シリコン窒化膜６上には、ホトレジスト膜７が形成されている。ホトレジスト膜７は、例えば、ラインアンドスペースパターンに現像されており、ラインとラインとの間隔Ｓ１は、例えば、ホトリソグラフィ法の最小解像限界とされている。
次に、図１４Ｂに示すように、ホトレジスト膜７をマスクに用いて、シリコン窒化膜６を、例えば、ＲＩＥ法を用いてエッチングする。次いで、ホトレジスト膜７を除去する。これにより、シリコン窒化膜６にはホトレジスト膜７のパターンが転写され、シリコン窒化膜６はラインアンドスペースパターンにパターニングされる。
次に、図１４Ｃに示すように、シリコン基板１を加熱するとともに、シリコン酸化膜２上およびシリコン窒化膜６上にアミノシラン系ガスを供給し、第４の実施形態において説明した密着性改善層５を形成する。本例における密着性改善層５を形成することによる利点は、下地にシリコン酸化膜２とシリコン窒化膜６とのように異なる膜が存在した場合に、後に成膜されるカーボン膜の密着性が、シリコン酸化膜２上と、シリコン窒化膜６上とで異なってしまうことを緩和することができることである。つまり、下地にシリコン酸化膜２とシリコン窒化膜６とのように異なる膜が存在するような場合には、密着性改善層５を形成しておく。これによって、後に成膜されるカーボン膜は、密着性改善層５の単層上にのみ形成されるようになり、異なる膜が下地に存在した場合であっても、カーボン膜の密着性が大きく異なってしまうような事情を解消できることである。
次に、図１４Ｄに示すように、密着性改善層５上に、上記第１、又は第３の実施形態において説明したカーボン膜の成膜方法に従って、カーボン膜４を成膜する。
次に、図１４Ｅに示すように、ＲＩＥ法を用いてカーボン膜４をエッチングし、カーボン膜４をシリコン窒化膜６の側面上に、側壁状に残す。
次に、図１４Ｆに示すように、カーボン膜４およびシリコン酸化膜２をエッチングしにくく、シリコン窒化膜６をエッチングしやすい条件でシリコン窒化膜６をエッチングし、シリコン窒化膜６を除去する。これにより、残置されたカーボン膜４の間隔Ｓ２は、図１４Ａに示したホトリソグラフィ法の最小解像限界Ｓ１の半分の間隔となる。
次に、図１４Ｇに示すように、カーボン膜４をマスクに用いて、シリコン酸化膜２を、例えば、ＲＩＥ法を用いてエッチングする。
次に、図１４Ｈに示すように、カーボン膜４および密着性改善層５を除去する。これにより、シリコン酸化膜２は、間隔Ｓ３が、ホトリソグラフィ法の最小解像限界Ｓ１の半分とされたラインアンドスペースパターンにパターニングされる。
この発明の第１、第３、第４の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法は、例えば、ダブルパターニングプロセスに使用されるマスク材として利用することが可能である。
また、第１、第３、第４の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法によれば、カーボン膜４を、例えば、３００℃〜５００℃といった低温で成膜することができる。このため、上述したように、半導体装置の上層部分においてもカーボン膜を成膜することが可能となる。しかも、プラズマアシストを用いないノンプラズマで成膜するため、段差被覆性がよい。このため、半導体装置の上層部分において、ダブルパターニングプロセスを適用することも可能となる。
このようなダブルパターニングプロセスを、半導体装置の上昇部分に適用した例を説明する。
図１５Ａ〜図１５Ｃは、この発明の第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法の他例を示す断面図である。
図１５Ａには、不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの断面構造が示されている。図１５Ａに示されるメモリセルアレイは、ワード線１０を層間絶縁膜１１で絶縁しながら、複数本垂直方向に積み上げ、最上層を選択ゲート線１２とし、メモリセルトランジスタのチャネルを、シリコン基板１に対して垂直方向となるように柱状シリコンに形成する構造を持つ。ビット線は、最上層の選択トランジスタのドレイン拡散層１３に対して接続される。このようなメモリセルアレイの構造は、例えば特開２００７−１８０３８９号公報などに記載されている。このようなメモリセルアレイのビット線に対し、カーボン膜４をマスクに用いたダブルパターニングを用いる。
図１５Ａに示すように、最上層層間絶縁膜１４上に、図１４Ａ〜図１４Ｆを参照して説明したカーボン膜の成膜方法に従って、カーボン膜４を形成する。
次に、図１５Ｂに示すように、カーボン膜４をマスクに用いて、最上層層間絶縁膜１４を、ドレイン拡散層１３が露出するまでエッチングする。これにより、ビット線を埋め込むための溝１５が形成される。
次に、図１５Ｃに示すように、カーボン膜４および密着性改善層５を除去した後、溝１５内を導電物で埋め込む。これにより、例えば、ホトリソグラフィ法の最小解像限界未満の間隔でビット線１６を形成することができる。
このように上記実施形態に係るカーボン膜の成膜方法によれば、低温成膜でカーボン膜４を成膜できるので、半導体装置の上層部分への適用が可能である。このため、多層配線構造を持つ半導体装置において、例えば、上層部分の配線構造に対してダブルパターニングプロセスを適用することも可能となる。
以上、この発明を第１〜第５の実施形態に従って説明したが、この発明は、上記第１〜第５の実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
例えば、上記実施形態においては、処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではない。
また、上記実施形態においては、縦型バッチ式成膜装置を用いてカーボン膜を成膜する例を示したが、もちろん枚葉式成膜装置を用いることも可能であるし、縦型以外のバッチ式成膜装置を用いることも可能である。
また、多層配線構造として、不揮発性半導体記憶装置のビット線を例示し、ビット線の形成に、上記実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を適用し、かつ、ダブルパターニングプロセスを適用した例を示したが、多層配線構造としては、ビット線に限られるものでもない。
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
１…シリコン基板、２…シリコン酸化膜、３…処理室、４…カーボン膜、５…密着性改善層。

Claims (17)

  1. 被処理基板上に、カーボン膜を成膜するカーボン膜の成膜方法であって、
    （１） カーボン膜が成膜される被処理基板を、成膜装置の処理室内に搬入する工程と、
    （２） 前記処理室内において、炭化水素系カーボンソースガスを熱分解し、カーボン膜を前記被処理基板上に成膜する工程とを具備し、
    前記（２）工程は、カーボン膜の成膜温度を、前記炭化水素系カーボンソースガス単体のプラズマアシストが無い状態での熱分解温度未満の温度とし、
    前記炭化水素系カーボンソースガスと、ハロゲン元素を含む熱分解温度降下ガスとを前記処理室内に導入し、
    ノンプラズマの熱ＣＶＤ法にて行い、
    前記（２）工程の前に、
    （３） 前記処理室内において前記被処理基板を加熱し、前記処理室内にアミノシラン系ガスを導入し、前記カーボン膜と前記被処理基板との密着性を高める密着性改善層を前記被処理基板上に形成する工程
    を、さらに具備することを特徴とするカーボン膜の成膜方法。
  2. 前記ハロゲン元素を含む熱分解温度降下ガスが、
    フッ素（Ｆ）
    塩素（Ｃｌ）
    臭素（Ｂｒ）
    ヨウ素（Ｉ）
    の少なくとも一つを含むガスから選ばれることを特徴とする請求項１に記載のカーボン膜の成膜方法。
  3. 前記炭化水素系カーボンソースガスが、
    ＣｎＨ２ｎ＋２
    ＣｍＨ２ｍ
    ＣｍＨ２ｍ−２
    の少なくとも一つの分子式で表わされる炭化水素を含むガスから選ばれること（ただし、ｎは１以上の自然数、ｍは２以上の自然数）を特徴とする請求項１または請求項２に記載のカーボン膜の成膜方法。
  4. 請求項３に記載の分子式で表わされる炭化水素系カーボンソースガスのうち、前記ＣｍＨ２ｍの分子式で表わされるエチレンガス、又は熱分解温度が前記エチレンガス単体の熱分解温度よりも低い炭化水素系カーボンソースガスが選ばれることを特徴とする請求項３に記載のカーボン膜の成膜方法。
  5. 前記密着性改善層は、前記被処理基板上に前記アミノシラン系ガスに含まれるアミノシランを吸着させて形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
  6. 前記密着性改善層は、シリコンリッチの窒素含有シリコン層であることを特徴とする請求項５に記載のカーボン膜の成膜方法。
  7. 前記アミノシラン系ガスが、
    ＢＡＳ（ブチルアミノシラン）
    ＢＴＢＡＳ（ビスターシャリブチルアミノシラン）
    ＤＭＡＳ（ジメチルアミノシラン）
    ＢＤＭＡＳ（ビスジメチルアミノシラン）
    ＴＤＭＡＳ（トリスジメチルアミノシラン）
    ＤＥＡＳ（ジエチルアミノシラン）
    ＢＤＥＡＳ（ビスジエチルアミノシラン）
    ＤＰＡＳ（ジプロピルアミノシラン）
    ＤＩＰＡＳ（ジイソプロピルアミノシラン）
    の少なくとも一つを含むガスから選ばれることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
  8. 前記（３）工程に続いて前記（２）工程がインサイチュで行われることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
  9. 前記（２）工程は、前記被処理基板の複数に対して前記カーボン膜を同時に成膜するバッチ処理工程であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
  10. 前記（２）工程、および前記（３）工程はそれぞれ、前記被処理基板の複数に対して前記カーボン膜を同時に成膜する、および前記被処理基板の複数に対して前記密着性改善層を同時に形成するバッチ処理工程であることを特徴とする請求項８に記載のカーボン膜の成膜方法。
  11. 前記（２）工程における前記カーボン膜の成膜温度は、３００℃以上５００℃以下の範囲に設定され、
    前記（２）工程におけるカーボン膜を成膜する際の処理圧力は、０Ｐａを超え９９７．５Ｐａ以下に設定されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
  12. 前記バッチ処理工程は、前記被処理基板の複数を垂直方向に配置し、前記炭化水素系カーボンソースガス、および前記ハロゲン元素を含む熱分解温度降下ガスを、前記垂直方向に配置された被処理基板の下方から上方に向けて供給することで行われ、
    前記（２）工程における前記カーボン膜の成膜温度は、３００℃以上４７５℃以下の範囲に設定され、
    前記（２）工程におけるカーボン膜を成膜する際の処理圧力は、０Ｐａを超え９９７．５Ｐａ以下に設定されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のカーボン膜の成膜方法。
  13. 前記（２）工程における前記カーボン膜の成膜温度は、３００℃以上４２５℃以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項１２に記載のカーボン膜の成膜方法。
  14. 前記バッチ処理工程は、前記被処理基板の複数を垂直方向に配置し、前記炭化水素系カーボンソースガス、および前記ハロゲン元素を含む熱分解温度降下ガスが、前記垂直方向に配置された被処理基板の下方から上方に向けて供給することで行われ、
    前記（２）工程における前記カーボン膜の成膜温度は、３００℃以上５００℃以下の範囲に設定され、
    前記（２）工程における処理圧力は、０Ｐａを超え３３２．５Ｐａ以下に設定されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のカーボン膜の成膜方法。
  15. 前記（２）工程における処理圧力は、０Ｐａを超え６６．５Ｐａ以下に設定されることを特徴とする請求項１４に記載のカーボン膜の成膜方法。
  16. 前記（２）工程において、さらに水素ガスを導入することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
  17. 被処理基板上に、カーボン膜を成膜する成膜装置であって、
    前記カーボン膜が形成される下地を有した被処理基板を収容する処理室と、
    前記処理室内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構と、
    前記処理室内に収容された前記被処理基板を加熱する加熱装置と、
    前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御するコントローラと、を具備し、
    前記コントローラが、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法が実施されるように前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御することを特徴とする成膜装置。
JP2013101484A 2012-07-09 2013-05-13 カーボン膜の成膜方法および成膜装置 Active JP6045975B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013101484A JP6045975B2 (ja) 2012-07-09 2013-05-13 カーボン膜の成膜方法および成膜装置
KR1020130078996A KR101725581B1 (ko) 2012-07-09 2013-07-05 카본 막의 성막 방법 및 성막 장치
TW102124440A TWI565826B (zh) 2012-07-09 2013-07-08 形成碳膜之方法及設備
US13/937,902 US9378944B2 (en) 2012-07-09 2013-07-09 Method and apparatus of forming carbon film

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012153897 2012-07-09
JP2012153897 2012-07-09
JP2013101484A JP6045975B2 (ja) 2012-07-09 2013-05-13 カーボン膜の成膜方法および成膜装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014033186A JP2014033186A (ja) 2014-02-20
JP6045975B2 true JP6045975B2 (ja) 2016-12-14

Family

ID=49878839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013101484A Active JP6045975B2 (ja) 2012-07-09 2013-05-13 カーボン膜の成膜方法および成膜装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9378944B2 (ja)
JP (1) JP6045975B2 (ja)
KR (1) KR101725581B1 (ja)
TW (1) TWI565826B (ja)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014220322A (ja) * 2013-05-07 2014-11-20 株式会社東芝 半導体装置の製造方法及び製造装置
JP6549765B2 (ja) * 2014-06-16 2019-07-24 東京エレクトロン株式会社 処理方法
US10386914B2 (en) * 2014-09-19 2019-08-20 Huawei Technologies Co., Ltd. Method and apparatus for running application program
JP6317232B2 (ja) * 2014-10-29 2018-04-25 東京エレクトロン株式会社 選択成長方法および基板処理装置
JP2016153518A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 東京エレクトロン株式会社 カーボン膜の成膜方法および成膜装置
JP2016157893A (ja) 2015-02-26 2016-09-01 東京エレクトロン株式会社 カーボン膜の成膜方法および成膜装置
JP6501576B2 (ja) * 2015-03-24 2019-04-17 東京エレクトロン株式会社 シリコン膜の成膜方法および成膜装置
US20170170065A1 (en) * 2015-12-15 2017-06-15 Tokyo Electron Limited Carbon film forming method, carbon film forming apparatus, and storage medium
JP2017110293A (ja) * 2015-12-15 2017-06-22 東京エレクトロン株式会社 カーボン膜の成膜方法および成膜装置
JP6632470B2 (ja) 2016-05-24 2020-01-22 東京エレクトロン株式会社 カーボン膜の成膜方法および成膜装置
JP2017212294A (ja) * 2016-05-24 2017-11-30 東京エレクトロン株式会社 カーボン膜の成膜方法および成膜装置
CN106684038B (zh) * 2017-03-22 2019-12-24 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 用于4m制程制备tft的光罩及4m制程tft阵列制备方法
JP2022114918A (ja) 2021-01-27 2022-08-08 東京エレクトロン株式会社 窒化ホウ素膜の成膜方法及び成膜装置
JP2022119573A (ja) 2021-02-04 2022-08-17 東京エレクトロン株式会社 カーボン膜の成膜方法及び成膜装置
CN113151801B (zh) * 2021-03-03 2022-12-27 电子科技大学 一种自支撑悬浮碳膜制备方法
JP2023113464A (ja) 2022-02-03 2023-08-16 東京エレクトロン株式会社 成膜方法及び成膜装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2846452B2 (ja) * 1990-11-28 1999-01-13 古河電気工業株式会社 カーボン被覆光ファイバ
JPH04280896A (ja) * 1991-03-08 1992-10-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 結晶成長方法
JPH05281427A (ja) * 1992-04-06 1993-10-29 Sumitomo Electric Ind Ltd 光導波路装置及びその製造方法
US5614019A (en) * 1992-06-08 1997-03-25 Air Products And Chemicals, Inc. Method for the growth of industrial crystals
JPH10226541A (ja) * 1997-02-10 1998-08-25 Furukawa Electric Co Ltd:The カーボン被覆光ファイバの製造装置
TW414918B (en) * 1998-01-20 2000-12-11 Tokyo Electron Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5121090B2 (ja) 2000-02-17 2013-01-16 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド アモルファスカーボン層の堆積方法
JP2002194547A (ja) 2000-06-08 2002-07-10 Applied Materials Inc アモルファスカーボン層の堆積方法
JP4413556B2 (ja) 2003-08-15 2010-02-10 東京エレクトロン株式会社 成膜方法、半導体装置の製造方法
WO2005087974A2 (en) * 2004-03-05 2005-09-22 Applied Materials, Inc. Cvd processes for the deposition of amorphous carbon films
US7323401B2 (en) 2005-08-08 2008-01-29 Applied Materials, Inc. Semiconductor substrate process using a low temperature deposited carbon-containing hard mask
JP4822841B2 (ja) 2005-12-28 2011-11-24 株式会社東芝 半導体記憶装置及びその製造方法
JP2007224383A (ja) 2006-02-24 2007-09-06 Tokyo Electron Ltd アモルファスカーボン膜の成膜方法、それを用いた半導体装置の製造方法、およびコンピュータ読取可能な記憶媒体
JP5138212B2 (ja) * 2006-12-25 2013-02-06 東京エレクトロン株式会社 成膜装置
JP5113830B2 (ja) 2007-02-28 2013-01-09 東京エレクトロン株式会社 アモルファスカーボン膜の形成方法、半導体装置の製造方法およびコンピュータ可読記憶媒体
KR20080105321A (ko) 2007-05-30 2008-12-04 주식회사 웰라이프 비전열 다기능 밥솥
JP2009123795A (ja) * 2007-11-13 2009-06-04 Hitachi Kokusai Electric Inc 半導体装置の製造方法及び基板処理装置
JP2011014872A (ja) * 2009-06-04 2011-01-20 Tokyo Electron Ltd アモルファスカーボン膜の形成方法および形成装置
JP5411171B2 (ja) * 2010-02-05 2014-02-12 東京エレクトロン株式会社 アモルファスカーボン膜を含む積層構造を形成する方法
JP5459115B2 (ja) 2010-07-08 2014-04-02 三菱電機株式会社 カーボン膜成膜装置

Also Published As

Publication number Publication date
US9378944B2 (en) 2016-06-28
KR101725581B1 (ko) 2017-04-10
JP2014033186A (ja) 2014-02-20
TWI565826B (zh) 2017-01-11
US20140011368A1 (en) 2014-01-09
KR20140007279A (ko) 2014-01-17
TW201408814A (zh) 2014-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6045975B2 (ja) カーボン膜の成膜方法および成膜装置
KR101131709B1 (ko) 반도체 처리용 성막 방법, 반도체 처리용 성막 장치, 및컴퓨터로 판독 가능한 매체
JP4659856B2 (ja) 微細パターンの形成方法
JP4589984B2 (ja) 微細パターンの形成方法
US8592324B2 (en) Method for forming laminated structure including amorphous carbon film
JP5806612B2 (ja) シリコン酸炭窒化膜の形成方法
KR102120529B1 (ko) 카본 막의 성막 방법, 카본 막의 성막 장치 및 기억 매체
US9142403B2 (en) Method of forming boron-containing silicon oxycarbonitride film and method of forming silicon oxycarbonitride film
US20230223263A1 (en) Inert gas implantation for hard mask selectivity improvement
US8518834B2 (en) Method and apparatus for forming oxide film on carbon film
KR20160104553A (ko) 카본 막의 성막 방법 및 성막 장치
JP2017212294A (ja) カーボン膜の成膜方法および成膜装置
JP2017110293A (ja) カーボン膜の成膜方法および成膜装置
JP2016153518A (ja) カーボン膜の成膜方法および成膜装置
US20230245882A1 (en) Deposition method and deposition apparatus
KR20220112677A (ko) 카본막의 성막 방법 및 성막 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151014

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160825

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160906

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161027

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161115

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161116

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6045975

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250