JP6896869B2 - 反応性ガス及びバイアス電力によって、ｐｖｄカーボンの膜品質を改善するための方法 - Google Patents

反応性ガス及びバイアス電力によって、ｐｖｄカーボンの膜品質を改善するための方法 Download PDF

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Description

［０００１］ 本開示の実施形態は概して半導体製造で使用される方法に関し、より具体的には、電子デバイス製造プロセスで基板上にアモルファスカーボン層を堆積するために使用される方法に関する。
関連技術の説明
［０００２］ カーボンハードマスクはよく知られており、半導体製造の記録プロセス（ＰＯＲ）で一般的に使用されている。しかしながら、ＤＲＡＭ及びＮＡＮＤが１０ｎｍ未満のレベルまで縮小し続け、深いコンタクト孔やトレンチなど、高アスペクト比エッチングのデバイス特徴が要求されるようになると、従来の方法を用いて堆積されたカーボンハードマスクによって生ずるプロセスの問題は高まると予想されている。目詰まり、孔形状の歪み、及びパターンの変形、最大限界寸法の膨張、ラインの屈曲、形状の反りを含む、高アスペクト比エッチングの問題は、一般的に従来の方法で堆積されたカーボンハードマスクの望ましくない材料特性の結果である。例えば、低密度ハードマスクを用いるエッチング、及び／又は熱伝導率が低いハードマスク材料を用いるエッチングは、高密度ハードマスクを用いるエッチング及び／又は熱伝導率が高いハードマスク材料を用いるエッチングと比較した場合、高アスペクト比の特徴で変形が大きくなることが知られている。同様に、エッチング選択性が低い、及び／又は、膜応力が高いハードマスク材料を用いるエッチングは、エッチング選択性が高い、及び／又は、膜応力が低いハードマスク材料を用いるエッチングと比較した場合、スリットパターンの変形及び／又はラインの屈曲が大きくなることが知られている。したがって、従来のカーボンハードマスク堆積法によって現在提供されているものよりも、より高い密度、より高いエッチング選択性、より低い応力及びより高い熱伝導率を有するエッチングハードマスクを有することが望ましい。
［０００３］ 物理的気相堆積（ＰＶＤ）方法を用いて堆積されるアモルファスカーボン層は、化学的気相堆積（ＣＶＤ）方法を用いて堆積されるカーボン膜と比較して、望ましい高密度と高いエッチング耐性を有することが知られている。アスペクト比が非常に高いため、下部の基板材料のエッチング速度と比較して、低いエッチング速度のハードマスク材料が要求される３Ｄ ＮＡＮＤエッチング応用では、高いエッチング耐性により、ＰＶＤ堆積アモルファスカーボン層は、良好なハードマスク材料となる。しかしながら、従来のＰＶＤ堆積アモルファスカーボン材料は一般的に、ＣＶＤ堆積アモルファスカーボン層と比較した場合、望ましくないほど粗度が高く、形態が悪く、屈折率が低く、吸収係数（光学的Ｋ）が高く、また、膜応力が増大する。粗度は、局所限界寸法（ＣＤ）の一様性、すなわち、１ｃｍ２未満の小さな局所領域上のエッチングされた特徴の寸法、及び、エッチングされた特徴の形状での一様性に影響を及ぼす重要な因子である。高い屈折率及び／又は高い吸収係数（光学的Ｋ）及びその結果として低い透明度を有するハードマスク材料は、リソグラフィによってパターニングされるときには、付加的な位置合わせステップが要求され、望ましくないことがある。形態的に劣る（例えば、望ましくない柱状の形態の）ハードマスク材料を用いるエッチングは、高アスペクト比の特徴では変形する可能性が高い。高い応力のハードマスクと他の材料との一体化は困難であるため、及び／又は、高い応力のハードマスク材料の一体化はその後のフォトリソグラフィプロセスに悪影響を及ぼすため、高い応力はハードマスク材料層では望ましくない。
［０００４］ したがって、当該技術分野で必要とされているのは、アモルファスカーボンハードマスク層の堆積方法の改良である。
［０００５］ 本開示の実施形態は概して、高電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨｉＰＩＭＳ）処理を用いて、基板上に以前形成された層の上を含め、基板上にアモルファスカーボン層を堆積するための方法を説明している。
［０００６］ 一実施形態では、アモルファスカーボン層を堆積する方法が提示される。方法は、処理チャンバの処理空間内に配設された基板支持体上に基板を配置すること、並びに、処理空間内へ処理ガスを流し込むことを含む。本書では、処理ガスは、不活性ガス、並びに、水素、窒素、又はこれらの組み合わせを含む反応性ガスを含む。方法は更に、処理空間内に配設されたターゲットにパルスＤＣ電力を供給することと、処理ガスのプラズマを形成することと、基板支持体に配設されたバイアス電極にバイアス電力を供給することと、基板上にアモルファスカーボン層を堆積することとを含む。
［０００７］ 別の実装形態では、アモルファスカーボン層を堆積する方法が提供される。この方法は、処理チャンバの処理空間に配設された基板支持体上に基板を配置することを含む。本書では、処理チャンバは、処理空間を画定する一又は複数の側壁、チャンバ底部、及びリッドアセンブリを備える。リッドアセンブリは、金属バッキング板に結合されたターゲットと、金属バッキング板に連結されたマグネトロンハウジングとを備え、金属バッキング板とマグネトロンハウジングはハウジング空間を画定し、また、リッドアセンブリは、ハウジング空間に配設されたマグネトロンアセンブリと、回転可能なシャフトによってマグネトロンアセンブリに連結されたモーターとを備える。方法は更に、処理空間へ処理ガスを流し込むことを含み、ここで処理ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、又はこれらの組み合わせの不活性ガス、並びに、水素源ガス、窒素源ガス、又はこれらの組み合わせを含む反応性ガスを含む。方法は更に、約１０ｒｐｍから約２００ｒｐｍの間で回転可能なシャフトを通して配設された軸の周りに、マグネトロンアセンブリを動かすこと、並びに、ターゲットにパルスＤＣ電力を供給することを含む。本書では、パルスＤＣ電力は約１ＭＶから約８ＭＶの間の電圧を有し、電圧パルス中にカーボンターゲットに提供される平均電力は、約１Ｗ／ｃｍ２から約２０Ｗ／ｃｍ２の間である。方法は更に、処理ガスのプラズマを形成すること、基板支持体に配設されたバイアス電極に約０．０２８３Ｗ／ｃｍ２から約１．４５Ｗ／ｃｍ２の間のバイアス電力を供給すること、基板を約２００°Ｃ未満の温度に維持すること、並びに、基板上にアモルファスカーボン層を堆積することを含む。
［０００８］ 一実施形態では、アモルファスカーボンハードマスクを形成する方法が提示される。本方法は、処理チャンバの処理空間内に配設された基板支持体上に基板を配置することを含む。本書では、処理チャンバは、処理空間を画定する一又は複数の側壁、チャンバ底部、及びリッドアセンブリを備える。リッドアセンブリは、金属バッキング板に結合されたターゲット、並びに、金属バッキング板に連結されたマグネトロンハウジングを備え、金属バッキング板とマグネトロンハウジングはハウジング空間を画定する。リッドアセンブリは更に、ハウジング空間に配設されたマグネトロンアセンブリ、並びに、回転シャフトによってマグネトロンアセンブリに連結されたモーターを含む。本方法は更に、処理ガスを処理空間内へ流し込むことを含む。本書では、処理ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、又はこれらの組み合わせを含む不活性ガス、並びに、水素源ガス、窒素源ガス、又はこれらの組み合わせを含む反応性ガスを含む。本方法は更に、約１０ｒｐｍから約２００ｒｐｍの間で回転可能なシャフトによって、マグネトロンアセンブリを配設された軸の周りで回転運動させることと、ターゲットにパルスＤＣ電力を供給することとを含み、パルスＤＣ電力は約１ＭＶから約８ＭＶの間の電圧を有し、電圧パルス中にターゲットに供給される平均ＤＣ電圧は約１Ｗ／ｃｍ２から約２０Ｗ／ｃｍ２の間にあり、また、本方法は処理ガスのプラズマを形成することを含む。本方法は更に、基板支持体に配設されたバイアス電極にバイアス電力を提供することを含み、本書ではバイアス電力は約０．０２８３Ｗ／ｃｍ２から約１．４５Ｗ／ｃｍ２の間になっている。本方法は更に、基板を約２００°Ｃ未満の温度に維持することと、基板上にアモルファスカーボン層を堆積することと、その後アモルファスカーボン層の上にパターニング層を堆積することとを含む。本書では、パターニング層は酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はこれらの組み合わせを含む。本方法は更に、パターニング層を通る複数の開口部を形成することと、アモルファスカーボン層を通り複数の開口部を形成することとを含む。
［０００９］ 別の実施形態では、アモルファスカーボン層の堆積方法を開始するコンピュータ可読媒体が提供される。本書では、アモルファスカーボン層の堆積方法には、処理チャンバ内の処理空間に配設された基板支持体上に基板を配置することと、処理空間に処理ガスを流し込むことと、処理空間に配設されたカーボンターゲットにパルスＤＣ電力を供給することと、処理ガスのプラズマを形成することとが含まれる。アモルファスカーボン層の堆積方法は更に、基板支持体に配設されたバイアス電極にバイアス電力を供給することと、基板上にアモルファスカーボン層を堆積することとを含む。幾つかの実施形態では、処理チャンバは、処理空間を画定する一又は複数の側壁、チャンバ底部、及びリッドアセンブリを備える。幾つかの実施形態では、リッドアセンブリは、金属バッキング板に結合された炭素ターゲットと、金属バッキング板に連結されたマグネトロンハウジングであって、金属バッキング板と前記マグネトロンハウジングがハウジング空間を画定するマグネトロンハウジングと、ハウジング空間に配設されたマグネトロンアセンブリと、回転可能なシャフトによってマグネトロンアセンブリに連結されたモーターとを備える。一般的に、処理ガスは、不活性ガス、並びに、水素、窒素、又はこれらの組み合わせを含む反応性ガスを含む。幾つかの実施形態では、不活性ガスはＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、又はこれらの組み合わせを含む。幾つかの実施形態では、反応性ガスは、Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ４Ｈ８、及びＣ５Ｈ１０、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される。他の実施形態では、反応性ガスはＮ２、ＮＨ３、又はこれらの組み合わせである。幾つかの実施形態では、本方法は更に、約１０ｒｐｍから約２００ｒｐｍの間で回転可能なシャフトによって、マグネトロンアセンブリを配設された軸の周りに動かすことを含む。幾つかの実施形態では、パルスＤＣ電力は約１ＭＶから約８ＭＶの間の電圧パルスを有し、パルス作動時間中にターゲットに供給される平均ＤＣ電力は、約１Ｗ／ｃｍ２から約２０Ｗ／ｃｍ２の間である。幾つかの実施形態では、バイアス電極に供給されるバイアス電力は約０．０２８３Ｗ／ｃｍ２から約１．４５Ｗ／ｃｍ２の間である。幾つかの実施形態では、方法は更に、基板を約２００°Ｃ未満に維持することを含む。
［００１０］ 上述の本開示の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかし、添付図面は例示的な実施形態を示しているにすぎず、従って、本開示の範囲を限定すると見なすべきではなく、その他の等しく有効な実施形態も許容されうることに留意されたい。
一実施形態による、本書に記載の方法の実施に用いられる例示的な処理チャンバの概略断面図である。 図１Ａで説明した処理チャンバの処理空間に配設されたターゲットに供給されるパルスＤＣ電圧などのパルスＤＣ電圧を示す。 一実施形態による、基板上にアモルファスカーボン層を堆積する方法を示すフロー図である。 図２で説明した方法を用いて堆積されたアモルファスカーボンハードマスクの形成を示す。 図２で説明した方法を用いて堆積されたアモルファスカーボンハードマスクの形成を示す。 図２で説明した方法を用いて堆積されたアモルファスカーボンハードマスクの形成を示す。 図２で説明した方法を用いて堆積されたアモルファスカーボンハードマスクの形成を示す。 図２で説明した方法を用いて堆積されたアモルファスカーボンハードマスクの形成を示す。 一実施形態により、純粋なＫｒ ＨｉＰＩＭＳプロセス（反応性ガスなし）を用いて堆積され、部分的にエッチングされたアモルファスカーボンハードマスクの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像で、アモルファスカーボン層が実質的に柱状の形態（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）にあることを示している。 本書に記載の一実施形態により堆積された、部分的にエッチングされたアモルファスカーボンハードマスクの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像で、アモルファスカーボン層が実質的に柱状の自由形態（ｃｏｌｕｍｎａｒ ｆｒｅｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）にあることを示している。
［００１７］ 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうると考えられている。
［００１８］ 本開示の実施形態は概して、高電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨｉＰＩＭＳ）処理を用いて、一方で、堆積処理中に基板にバイアスを与え、不活性ガスに加えて窒素源ガス及び／又は水素源ガスを処理チャンバに流し込むことで、基板上に以前形成された層の上を含め、基板上にアモルファスカーボン層を堆積するための方法を説明している。
［００１９］ 一般的に、従来の物理的気相堆積（ＰＶＤ）プロセスを用いて堆積されたアモルファスカーボン層は、化学的気相堆積（ＣＶＤ）で堆積されたアモルファスカーボン層と比較したときに、高い密度とエッチング耐性を有し、これらは共に、高アスペクト比の特徴の形成時にハードマスクとして使用されるときには、どちらも望ましい特性である。しかし、従来のＰＶＤを用いて堆積されたアモルファスカーボン層は一般的に、ＣＶＤ堆積されたアモルファスカーボン層と比較したとき、粗度が大きく、より柱状の形態を有し、屈折率（ｎ）が大きく、吸収係数（光学的Ｋ）が高く、その結果として透明度が低く、また、内部応力が大きいため、ハードマスクを通るエッチングによって高アスペクト比の特徴を形成する際に使用されるハードマスクでは望ましくない特性である。
［００２０］ 基板にバイアスを与えることで、粗度と光学的Ｋ（透明度）は望むように改善されるが、膜応力を高める。水素又は水素化炭素ガスなどの水素源ガス、或いは、Ｎ２又はＮＨ３などの窒素源ガスを不活性ガスに添加することは、Ｋｒなどの不活性ガスのみを使用する方法と比較して、結果として得られる膜の粗度を低下させ、膜応力を軽減するするため望ましい。更に、水素源ガスと不活性ガスの組み合わせ、例えば、Ｈ２とＫｒの組み合わせは、不活性ガスのみを使用する、或いは水素源ガスと不活性ガスを使用する方法と比較して、得られる膜の光学的Ｋの特性を改善する。堆積処理中の水素源ガス又は窒素源ガスのバイアスと添加の組み合わせは、従来のＰＶＤ方法と比較して、アモルファスカーボン層の密度を高め、エッチング耐性を高め、膜の粗度を低減する結果となる。実施形態は、以下の図を参照してより明確に説明される。
［００２１］ 図１は例示的な処理チャンバの概略的な断面図で、本書に記載の方法を実施するため、本書では、高電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨｉＰＩＭＳ）処理チャンバ１００が使用される。処理チャンバ１００は、処理空間１１８を画定する、一又は複数の側壁１１０、チャンバ底部１４６、及びリッドアセンブリ１０４からなるチャンバ本体１０８を含む。処理空間は、内部に処理ガスを供給するガス源１２８に流体連結されている。金属バッキング板１２１に結合されているターゲット１２０は、パルスＤＣ電源に連結されているリッドアセンブリ１０４に配設されており、本書では、パルスがターゲット１２０に与えられたとき、第１の電源１３２は、容量性結合によって処理空間１１８内の処理ガスからプラズマを引き起こす。処理空間１１８を準大気圧に維持し、そこから処理ガス及びその他のガスを排気するため、処理空間１１８は、真空排出口１５０を経由して、一又は複数の専用真空ポンプ１５２などの真空源に流体連結されている。
［００２２］ 処理チャンバ１００は更に、チャンバ底部１４６を通って延在する支持体シャフト１４０に連結される処理空間１１８に配設された基板支持体１３８を含む。ベローズ１４２は支持体シャフト１４０に外接し、基板支持体１３８及びアクチュエータ１４４に連結され、その間に柔軟な密閉が提供され、それによって処理空間１１８の真空の完全性が維持される。
支持体シャフト１４０はまた、支持体シャフト１４０、及びその上に配設された基板支持体１３８を上げ下げするように構成されたアクチュエータ１４４に連結されており、基板１９０の処理及び、処理チャンバ１００との間での基板１９０の搬送を容易にする。一般的に、基板支持体１３８が上の位置すなわち処理位置にあるとき、基板１９０は、約２０ｍｍから約２５０ｍｍまでの距離、例えば、約４０ｍｍから６０ｍｍまでの距離だけ、ターゲット１２０の表面から離間されている。
［００２３］ 基板１９０は、側壁１１０に沿って形成された開口部１３０を経由して、処理チャンバ１００との間で搬送されるが、従来、この開口部１３０は堆積処理中にはドア１３１又はバルブによって密閉されている。幾つかの実施形態では、処理チャンバ１００は、移送チャンバ及び／または基板処理システムの他のチャンバに連結されている。一般的に、複数のリフトピン（図示せず）は、基板支持体１３８との間での基板１９０の搬送を容易にするため、基板支持体１３８を通って移動可能に配設される。基板支持体１３８が下方位置にあるとき、複数のリフトピンは基板支持体１３８の上方に延在し、これによって、ロボットハンドラによるアクセスのため、基板１９０を基板支持体１３８から離間する。基板支持体１３８が上方の処理位置にあるとき、複数のリフトピンの上部は基板支持体１３８の表面と同一平面上、或いは下方に配置されており、処理のため、基板１９０は基板支持体１３８に直接接して停止する。リフトピンの上部と基板支持体１３８の基板受容面の相対位置は、基板支持体１３８が処理チャンバ１００内で下降するにつれて、その下端と固定式又は可動式ピンプレート（図示せず）との接触、或いは処理チャンバ１００のチャンバ底部１４６との接触によって、変えることができる。
［００２４］ 処理中、基板１９０は、基板支持体１３８の誘電体材料に埋め込まれたチャッキング電極１８０に供給される電力により、基板と基板支持体との間に生成される静電引力によって基板支持体１３８の表面に固定される。チャッキング電極１８０は、第２の電源１８１に電気的に連結される。本書では、第２の電源１８１は、約−５０００Ｖから約５０００Ｖの間の電圧を供給する静的ＤＣ電源である。本書の基板支持体１３８は更に、その誘電体材料に配設されたバイアス電極１８６を含み、それらの間に配設された基板支持体１３８の誘電体材料によって、チャッキング電極１８０から電気絶縁されている。バイアス電極１８６は第３の電源１８５に電気的に連結されており、本書では第３の電源は、パルス又は連続波（ＣＷ）モードで動作するＲＦ電源である。パルスモードでは、バイアス電極に供給されるＲＦバイアス電力は一般的に、約１０μｓから約２００μｓの間、約１０μｓから約１００μｓの間、約１０μｓから約５０μｓの間、例えば、約１０μｓから約２５μｓの間のパルス幅（パルス持続時間）を有する。本書では、パルスＲＦバイアス電力は、約１０％から約９０％の間、例えば、約３０％から約７０％の間のデューティサイクルの時間を有する。一般的に、パルスモード又はＣＷモードでバイアス電極に供給される平均ＲＦバイアス電力は、直径３００ｍｍの基板に対して構成された基板支持体については、約２０Ｗから約１０００Ｗの間、約２０Ｗから約５００Ｗの間で、例えば、約１５０Ｗになる。基板１９０の表面で１ｃｍ２当たりのＲＦバイアス電力が約０．０２８Ｗ／ｃｍ２から約１．４１５Ｗ／ｃｍ２の間、約０．０２８Ｗ／ｃｍ２から約０．７１Ｗ／ｃｍ２の間、例えば、約０．２１Ｗ／ｃｍ２である、異なるサイズの基板用の基板支持体には、適切なスケーリングが使用されうる。
［００２５］ 幾つかの実施形態では、基板支持体１３８は更に、堆積処理中に、基板支持体１３８、及び基板支持体の表面上に配設される基板１９０の温度を調整するために使用される冷却ベース（図示せず）に連結される。一般的に、冷却ベースは、冷媒源又は温度制御流体源などの冷却源（図示せず）と流体連結されている、内部に配設された一又は複数の流体導管を含む。
［００２６］ 本書のリッドアセンブリ１０４は、マグネトロンハウジング１７０と、ハウジング空間１６６を画定する金属バッキング板１２１に結合されたターゲット１２０と、ハウジング空間１６６に配設されたマグネトロンアセンブリ１６５と、ターゲット１２０を電気絶縁する接地フィールドアセンブリ１２６と、チャンバ本体１０８の側壁１１０から結合された金属バッキング板１２１とを含む。本書のマグネトロンアセンブリ１６５は、ターゲット１２０を通って処理空間１１８へ延在する磁場を供給するように配置された、ネオジウム鉄ボロン磁石など、複数の強力な磁石１６９を含む。磁場は磁力線に沿って電子を捕捉し、電子とガス原子の衝突を可能にすることによって、プラズマイオン密度を高める。ターゲット上の負のバイアスは、ターゲットに向かって処理プラズマのイオンを加速し、ここでイオンはターゲットに当たり、基板１９０の表面上に堆積可能な炭素原子をターゲット１２０から叩き出して、本書に記載のアモルファスカーボン層を形成する。一実施形態では、プラズマの磁場の強度は、約２００ガウスから約１０００ガウスの間、例えば、約２００ガウスから約５００ガウスの間、或いは約５００ガウスから約１０００ガウスの間、或いは約２００ガウスを超える、約５００ガウスを超える、又は約８００ガウスを超える値になる。
［００２７］ 幾つかの実施形態では、リッドアセンブリ１０４は更に、堆積処理中に、マグネトロンアセンブリ１６５を軸１２４の周りに回転運動させる回転可能なシャフト１６７によって、マグネトロンアセンブリ１６５に連結されたモーター１７５を含む。堆積処理中のマグネトロンアセンブリ１６５の回転により、望ましいことに高イオン密度領域はターゲット表面を横切って移動し、ターゲット１２０の面からカーボン材料をより一様に腐食することが可能になる。これは堆積したアモルファスカーボン層の一様性を改善し、望ましくはターゲット１２０の寿命を延ばす。一般的に、マグネトロンアセンブリ１６５は、約１０ｒｐｍから約２００ｒｐｍの間、例えば、約４０ｒｐｍから約１５０ｒｐｍの間で軸１２４の周りを回転する。他の実施形態では、マグネトロンアセンブリ１６５は堆積処理中に動かない。幾つかの実施形態では、水又は冷媒などの冷却液は、磁石及び隣接するターゲットを冷却するため、内部に流体連通された冷却液源１６８によって、ハウジング空間１６６に供給される。
［００２８］ 接地シールドアセンブリ１２６は、接地フレーム１０６とそこに連結された接地シールド１１２を含み、接地フレーム１０６は接地シールド１１２をターゲット１２０から電気的に絶縁し、一方で、その側壁１１０を通ってチャンバ本体１０８まで接地経路を提供する。幾つかの実施形態では、接地フィールドアセンブリ１２６は更に、他のチャンバシールド部材（ターゲットシールド部材など）と、暗空間（ｄａｒｋ ｓｐａｃｅ）シールドと、暗空間シールドフレームと、これらの組み合わせ（図示せず）とを含む。本書では、接地シールド１１２は、処理中に生成されたプラズマを処理空間の上部処理領域１５４内に閉じ込めるのに役立ち、上部処理領域１５４は、基板支持体１３８及びその上に配設された基板１９０と、ターゲット１２０の表面との間に位置する。
［００２９］ マグネトロンハウジング１７０及びターゲット１２０は操作可能に第１の電源１３２に連結され、これにより高電圧パルスＤＣ電力をターゲット１２０に供給する。
［００３０］ 本書では、処理チャンバ１００は更に、そこに連結されたコントローラ１４８を備える。本書のコントローラ１４８は、中央処理装置（ＣＰＵ）１６０、メモリ１５８、及び支援回路１６２を含む。コントローラ１４８は、処理手順を制御し、ガス源１２８から処理チャンバ１００へのガスの流れを調整し、基板支持体１３８の上に配設された基板１９０にバイアスを与え、その上に配設された基板支持体１３８及び／又は基板を所望の温度に加熱／冷却又は維持し、第１の電源１３２によってターゲット１２０及びマグネトロンハウジング１７０に供給される高電圧パルスＤＣ電力を制御することによって、また、軸１２４の周りでのマグネトロンアセンブリ１６５の速度を制御することによって、ターゲット１２０のイオン衝突を制御するために使用される。本書では、ＣＰＵ１６０は、処理チャンバと関連するサブプロセッサを制御する工業用の設定で使用するように構成された、汎用コンピュータプロセッサである。本書のメモリ１５８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、或いはローカル又はリモートの他の適切な形態のデジタルストレージを含む。本書では、支援回路１６２は、従来、ＣＰＵ１６０に連結されており、キャッシュ、クロック回路、入出力サブシステム、電源など、並びにこれらの組み合わせを備える。幾つかの実施形態では、コントローラ１４８は、一又は複数のコンピュータ可読媒体（図示されず）を更に含む。
［００３１］ 本書のコンピュータ可読媒体は、計算装置によって検索可能な情報を格納することができる、コントローラ１４８の近く又は離れた場所に位置する任意の装置を含む。本開示の実施形態で使用可能なコンピュータ可読媒体の例には、ソリッドステートメモリ、フロッピーディスク、内部又は外部ハードドライブ、及び光学メモリ（ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＲ−Ｄなど）が含まれる。一実施形態では、コンピュータ可読媒体はメモリ１５８を備える。更に、任意の接続は正しくはコンピュータ可読媒体と呼ばれている。例えば、命令がウェブサイト、サーバー、又は他のリモートソースから、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、又は赤外線（ＩＲ）、無線、及びマイクロ波などの無線技術を使用して送信されるときには、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、又は赤外線（ＩＲ）、無線、及びマイクロ波などの無線技術は、媒体の定義に含まれる。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１６０によって実行されると、本開示の実施形態に従って処理が実行されるように、ＣＰＵを、処理チャンバ１００の操作を制御する特定用途のコンピュータ、本書ではコントローラ１４８に変換する。幾つかの実施形態では、ソフトウェアルーチンは、処理チャンバ１００から離れて配置された第２のコントローラ（図示されず）によって記憶及び／又は実行される。他の実施形態では、本書に記載の処理又はその一部は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は他の種類のハードウェア実装によって実行される。幾つかの他の実施形態では、本書に記載の処理は、ソフトウェアルーチン、ＡＳＩＣ、及び／又は他の種類のハードウェア実装の組み合わせによって実行される。
［００３２］ 図１Ｂは、図１Ａに示した第１の電源１３２によってターゲット１２０に供給される高電圧パルスＤＣ電力などの、循環（ｃｙｃｌｉｃ）パルスＤＣ電力１８４を示す。本書では、循環パルスＤＣ電力１８４は、約−４メガボルト（ＭＶ）から約０Ｖの間の第１の電圧Ｖ１から、約１ＭＶから約８ＭＶの間の第２の電圧Ｖ２まで循環する。循環パルスＤＣ電力１８４はパルス持続時間を有し、本書ではパルス作動時間ｔｏｎは、約１０μｓから約４０μｓの間、又は約２００μｓ未満、約１００μｓ未満、約５０μｓ未満、例えば、約３５μｓ未満及び繰り返し周期Ｔ未満となる。一般的に、繰り返し周期Ｔは約４００μｓ未満、約３００μｓ未満、例えば約２００μｓ未満、或いは約２５００Ｈｚを超える、約３３００Ｈｚを超える、例えば約５０００Ｈｚを超えるパルス反復周波数となる。図示したように、循環パルスＤＣ電力１８４は矩形波形状（ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｓｈａｐｅ）を有し、他の実施形態では、循環パルスＤＣ電力１８４は非矩形波形状（ｎｏｎ−ｓｑｕａｒｅ ｗａｖｅ ｓｈａｐｅ）を有する。本書では、パルス作動時間ｔｏｎ中にターゲットに供給される平均ＤＣ電力は、直径３００ｍｍの基板を処理するように構成された処理チャンバ内に配設されたターゲットに対して、約１ｋＷから約１１ｋＷの間となる。異なるサイズの基板を処理するように構成された処理チャンバ内に配設されたターゲットに対しては、適切なスケーリングが使用されてよく、パルス作動時間ｔｏｎ中のターゲット面１ｃｍ２当たりの平均ＤＣ電力は、約１Ｗ／ｃｍ２から約２０Ｗ／ｃｍ２の間で、例えば、約１．４Ｗ／ｃｍ２から約１６Ｗ／ｃｍ２の間となる。
［００３３］ 図２は、一実施態様により、アモルファスカーボン層を基板上に堆積させる方法２００のフロー図である。図３Ａ〜図３Ｅは、方法２００を用いたアモルファスカーボンハードマスクの形成を示している。
［００３４］ 方法２００は作業２１０で、図３Ａに示した基板１９０などの基板を、処理チャンバ内の処理空間に配設された基板支持体の上に配置することを含む。本書では、基板１９０及び／又はその上の一又は複数の材料面は３０１は、結晶シリコン、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、タングステン、窒化チタニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、炭素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、低誘電率誘電体材料、又はこれらの組み合わせを含む材料から形成される。幾つかの実施形態では、基板１９０の材料表面３０１は、低誘電率炭素含有誘電体層などの低誘電率材料、低誘電率多孔性酸炭化ケイ素、超低誘電率誘電体層、又はこれらの組み合わせを含む。幾つかの実施形態では、基板１９０は結晶シリコンである。幾つかの実施形態では、基板支持体の上に基板１９０を配置することは、基板支持体の誘電体材料に埋め込まれたチャッキング電極にチャッキング電力を供給することを含む。
［００３５］ 方法２００は作業２２０で、処理空間内に処理ガスを流し込むことを含む。本書では、処理ガスは不活性ガスと反応性ガスを含む。本書に記載の不活性ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、又はこれらの組み合わせを含む。反応性ガスは、水素源ガス、窒素源ガス、又はこれらの組み合わせを含む。一実施形態では、反応性ガスはＨ２、水素化炭素ガス、又はこれらの組み合わせなどの水素源ガスを含み、水素化炭素ガスはＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ４Ｈ８、及びＣ５Ｈ１０、又はこれらの組み合わせを含む。別の実施形態では、反応性ガスはＮ２、ＮＨ３、又はこれらの組み合わせなどの窒素源ガスを含む。一般的に、処理ガスは約５％から約９５％の間、約５％から約５０％の間、約５％から約４０％の間、例えば、約２０％から約４０％の間、或いは２０％を超える、水素源ガス、窒素源ガス、又はこれらの組み合わせを含む。一実施形態では、処理ガスはＫｒ及びＮ２或いはＫｒ及びＨ２を含む。一般的に、処理空間内の処理圧は、堆積処理中に、約１ｍＴｏｒｒから約１Ｔｏｒｒの間、例えば、約１Ｔｏｒｒ未満、或いは例えば、約１ｍＴｏｒｒから約５００ｍＴｏｒｒの間に維持される。
［００３６］ 方法２００は作業２３０で、処理空間内に配設されたターゲットにパルスＤＣ電力を供給することを含む。幾つかの実施形態では、パルスＤＣ電力は約１ＭＶから約８ＭＶの間の電圧を含む。一般的に、パルスＤＣ電力の平均パルス持続時間、本書のパルス作動時間は、約１０μｓから約２００μｓの間となる。幾つかの実施形態では、ターゲットのスパッタ可能な表面の１ｃｍ２当たりの平均ＤＣ電力は、各パルスサイクルに対して、約１Ｗ／ｃｍ２から約２０Ｗ／ｃｍ２、例えば、約１．４Ｗ／ｃｍ２から約１６Ｗ／ｃｍ２の間である。本書の実施形態では、ターゲットはグラファイト、アモルファスカーボン、ｓｐ２タイプカーボン材料、又はこれらの組み合わせなどのカーボン含有材料を含み、接着剤により、又は他の従来の手段によって金属バッキング板に結合される。
［００３７］ 方法２００は作業２４０で、処理ガスのプラズマを形成することを含み、方法２００は作業２５０で、基板支持体の誘電体材料に配設されたバイアス電極にバイアス電力を供給することを含む。一実施形態では、バイアス電力は、約１０μｓから約２００μｓの間、約１０μｓから約１００μｓの間、約１０μｓから約５０μｓの間、例えば、約１０μｓから約２５μｓの間の平均パルス持続時間、並びに、約１０％から約９０％の間、約３０％から約７０％の間のオンタイムデューティサイクルを有するパルスＲＦバイアス電力である。一実施形態では、基板１９０の表面の１ｃｍ２当たりの平均ＲＦバイアス電力は、各パルスサイクルに対して、約０．０２８Ｗ／ｃｍ２から約１．４１５Ｗ／ｃｍ２の間、約０．０２８Ｗ／ｃｍ２から約０．７１Ｗ／ｃｍ２の間、例えば、約０．２１Ｗ／ｃｍ２である。他の実施形態では、ＲＦバイアス電力は連続波（ＣＷ）で供給される。
［００３８］ 方法２００は作業２６０で、図３Ｂに示したアモルファスカーボン層３０３などのアモルファスカーボン層を基板の上に堆積することを含む。一実施形態では、アモルファスカーボン層は、約８００Aから約１６ｋAの間、例えば、約２ｋA未満、約１ｋA未満など、或いは約４ｋAを超える、例えば、５ｋAを超える、或いは約６ｋAを超える厚みを有する。
［００３９］ 他の実施形態では、方法２００は更に、アモルファスカーボン層３０３の上に、図３Ｃに示したパターニング層３０５などのパターニング層を堆積することを含む。本書では、パターニング層３０５は、ＣＶＤ又はＰＶＤなどの従来の堆積方法を用いて、アモルファスカーボン層３０３を堆積するために使用される堆積チャンバとは異なるチャンバに形成され、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、又はこれらの組み合わせを含む。幾つかの実施形態では、方法２００は更に、パターンを形成するため、図３Ｄに示したように、パターニング層３０５を通る複数の開口部３０７を形成することと、図３Ｅに示したように複数の開口部３０７を延伸することによってアモルファスカーボン層３０３にパターンを転写することとを含む。本書では、従来のフォトリソグラフィ及び／又はエッチングの方法は、パターンを形成するように複数の第１の開口部を形成するために、アモルファスカーボン層にパターンを転写するために、並びに、アモルファスカーボン層を通って複数の第２の開口部を形成するために、使用される。
［００４０］ 上述の方法２００は、高電力インパルスマグネトロンスパッタリング（ＨＩＰＩＭＳ）を用いて、アモルファスカーボン層の堆積をもたらす。基板にバイアスを与えること及び不活性ガスに窒素又は水素源ガスを添加することによって、アモルファスカーボン層は、従来のＰＶＤ方法を用いて形成されたアモルファスカーボン層と比較して、高密度、高エッチング耐性で、粗度、光学的Ｋ及び応力を改善した状態で形成される。
［００４１］ 別の実施形態では、カーボンハードマスクが提供される。カーボンハードマスクは、基板の上に配設されたアモルファスカーボン層を含み、アモルファスカーボン層は、約１ｋAから約１６ｋAの間の厚み、約２．０ｇ／ｃｍ３から約２．４ｇ／ｃｍ３の間の密度、約１５ＧＰａから約２０ＧＰａの間の硬度、約１．５ｎｍ未満のＲＭＳ表面粗度、約６３３ｎｍの波長で約０．３未満の吸収係数（光学的Ｋ）、約２０００ＭＰａ未満の圧縮膜応力、約１００ＧＰａから約３００ＧＰａの間のヤング率、及び実質的に柱状の自由形態を備える。幾つかの実施形態では、アモルファスカーボン層は、約１５ＧＰａを超える硬度、約１６ＧＰａを超える硬度など、例えば、約１７ＧＰａを超える硬度を有する。幾つかの実施形態では、アモルファスカーボン層は、約１ｎｍ未満の、約０．５ｎｍ未満の、例えば、約０．２５ｎｍ未満のＲＭＳ面粗度を有する。幾つかの実施形態では、アモルファスカーボン層は、約６３３ｎｍの波長で約０．２５未満、約０．２０未満、例えば、０．１７未満、又は約０．１５に等しい吸収係数（光学的ｋ）を有する。幾つかの実施形態では、アモルファスカーボン層は、約１０００ＭＰａから約２０００ＭＰａの間、約１０００ＭＰＡから約１５００ＭＰａの間、例えば、約１５００ＭＰａ未満、又は約１２００ＭＰａ未満の圧縮膜応力を有する。本書では、アモルファスカーボン層は、約１５０ＧＰａから約２５０ＧＰａの間、又は約１５０ＧＰａ超、又は約２５０ＧＰａ未満のヤング率を有する。幾つかの実施形態では、アモルファスカーボン層は貫通するように形成された複数の開口部を有し、複数の開口部の各々は、約２：１を超える、約３：１を超える、約４：１を超える、約５：１を超える、約６：１を超える、約７：１を超える、約８：１を超える、約９：１を超える、例えば、約１０：１を超えるアスペクト比（高さ対幅）を有する。
［００４２］ 一般的に、本書に記載の実施形態により堆積されたアモルファスカーボン層は、反応性ガスなしで堆積された、一般的に望ましくない柱状の形態を有するアモルファスカーボン層と比較して、実質的に柱状の自由形態を有する。実質的に柱状の形態を有する、また、実質的に柱状の自由形態を有するアモルファスカーボン層の例を図４Ａ及び図４Ｂにそれぞれ示した。
［００４３］ 図４Ａは、純粋なＫｒ ＨｉＰＩＭＳ処理（反応性ガスなし）を用いて堆積され、部分的にエッチングされたアモルファスカーボンハードマスクの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像４００を示す。ここで、アモルファスカーボン層は実質的に柱状の形態を示している。図４Ａに更に示したように、アモルファスカーボンハードマスク４００の実質的に柱状の形態は、エッチングされた開口部に望ましくない輪郭及びＣＤ歪みを引き起こしている。図４Ｂは、本書に記載の実施形態により堆積され、部分的にエッチングされたアモルファスカーボンハードマスクのＳＥＭ画像４０１を示している。ここで、反応性ガスに対する不活性ガスの比率（本書ではＫｒ：Ｎ２）は約３：１である。図４Ｂに示したように、ＨｉＰＩＭＳ堆積処理中のＮ２の添加物は、実質的に柱状の自由形態を有するアモルファスカーボン層をもたらす。図４Ｂに更に示したように、実質的に柱状の自由形態は、より滑らかなエッチング輪郭をもたらし、エッチングされた開口部の歪みは少なくなる。
［００４４］ 上記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しなければ、本開示の他の実施形態及び更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まる。

Claims (15)

  1. アモルファスカーボン層を堆積する方法であって、該方法は、
    処理チャンバ内の処理空間内に配設された基板支持体上に基板を配置することであって、前記処理チャンバは、
    金属バッキング板に結合されたカーボンターゲット、
    前記金属バッキング板に連結されたマグネトロンハウジングであって、前記金属バッキング板と前記マグネトロンハウジングがハウジング空間を画定する、マグネトロンハウジング、
    前記ハウジング空間に配設されたマグネトロンアセンブリ、及び
    回転可能なシャフトによって前記マグネトロンアセンブリに連結されたモーター、
    を備える、基板を配置することと、
    前記処理空間に処理ガスを流し込むことであって、前記処理ガスは、水素、窒素、又はこれらの組合せを含む反応性ガス及び不活性ガスを含む、処理ガスを流し込むことと、
    前記処理空間内に配設された前記カーボンターゲットにパルスＤＣ電力を供給することと、
    前記処理ガスのプラズマを形成することと、
    前記基板支持体に配設されたバイアス電極にバイアス電力を供給することと、
    前記基板上に前記アモルファスカーボン層を堆積することと、
    を含み、前記バイアス電力は、パルスＲＦバイアス電力である、方法。
  2. 前記パルスＤＣ電力は、約１ＭＶから約８ＭＶの間の電圧パルスを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記パルスＤＣ電力の平均パルス作動時間は、約１０μｓから約２００μｓの間である、請求項２に記載の方法。
  4. 前記反応性ガスは、Ｈ２の水素源ガス、水素化炭素ガス、又はこれらの組み合わせを含み、前記反応性ガスは、Ｎ２、ＮＨ３の窒素源ガス、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記バイアス電力は、約０．０２８３Ｗ／ｃｍ２から約１．４５Ｗ／ｃｍ２の間である、請求項１に記載の方法。
  6. 前記バイアス電力は、約１０μｓから約２００μｓの間の平均パルス持続時間を有するパルスＲＦバイアス電力である、請求項５に記載の方法。
  7. パルス作動時間中に前記カーボンターゲットに供給される平均ＤＣ電力は、約１Ｗ／ｃｍ２から約２０Ｗ／ｃｍ２の間である、請求項２に記載の方法。
  8. 前記基板を約２００°Ｃ未満の温度に維持することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  9. 前記回転可能なシャフトを約１０ｒｐｍから約２００ｒｐｍの間で回転することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記アモルファスカーボン層の上にパターニング層を堆積することであって、前記パターニング層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、又はこれらの組み合わせを含む、パターニング層を堆積することと、
    前記アモルファスカーボン層を通る複数の開口部を形成することと、
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
  11. アモルファスカーボン層を堆積する方法であって、
    処理チャンバ内の処理空間内に配設された基板支持体上に基板を配置することであって、前記処理チャンバは前記処理空間を画定する一又は複数の側壁、チャンバ底部、及びリッドアセンブリを備え、前記リッドアセンブリは、
    金属バッキング板に結合されたカーボンターゲット、
    前記金属バッキング板に連結されたマグネトロンハウジングであって、前記金属バッキング板と前記マグネトロンハウジングはハウジング空間を画定する、マグネトロンハウジング、
    前記ハウジング空間に配設されたマグネトロンアセンブリ、及び、
    回転可能なシャフトによって前記マグネトロンアセンブリに連結されたモーター、
    を備える、基板を配置することと、
    前記処理空間へ処理ガスを流し込むことであって、前記処理ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、又はこれらの組み合わせを含む不活性ガス、並びに、水素源ガス、窒素源ガス、又はこれらの組み合わせを含む反応性ガスを含む、処理ガスを流し込むことと、
    約１０ｒｐｍから約２００ｒｐｍの間で、前記回転可能なシャフトを通して配設された軸の周りに、前記マグネトロンアセンブリを動かすことと、
    前記処理空間に配設されたターゲットにパルスＤＣ電力を供給することであって、前記パルスＤＣ電力は約１ＭＶから約８ＭＶの間の電圧パルスを有し、パルス作動時間中に前記ターゲットに提供される平均ＤＣ電力は、約１Ｗ／ｃｍ２から約２０Ｗ／ｃｍ２の間である、パルスＤＣ電力を供給することと、
    前記処理ガスのプラズマを形成することと、
    前記基板支持体に配設されたバイアス電極にバイアス電力を供給することであって、前記バイアス電力は約０．０２８３Ｗ／ｃｍ２から約１．４５Ｗ／ｃｍ２の間である、バイアス電力を供給することと、
    前記基板を約２００°Ｃ未満の温度に維持することと、
    前記基板上に前記アモルファスカーボン層を堆積することと、
    を含む、方法。
  12. 前記反応性ガスは、Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ８、Ｃ４Ｈ１０、Ｃ２Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ４Ｈ８、及びＣ５Ｈ１０、又はこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記反応性ガスは、Ｎ２、ＮＨ３、又はこれらの組み合わせである、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記アモルファスカーボン層の上にパターニング層を堆積することであって、前記パターニング層は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、アモルファスシリコン、又はこれらの組み合わせを含む、パターニング層を堆積することと、
    前記アモルファスカーボン層を通る複数の開口部を形成することと、
    を更に含む、請求項１１に記載の方法。
  15. アモルファスカーボン層を堆積する方法のための命令を記憶したコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
    処理チャンバ内の処理空間内に配設された基板支持体上に基板を配置することであって、前記処理チャンバは前記処理空間を画定する一又は複数の側壁、チャンバ底部、及びリッドアセンブリを備え、前記リッドアセンブリは、
    金属バッキング板に結合されたカーボンターゲット、
    前記金属バッキング板に連結されたマグネトロンハウジングであって、前記金属バッキング板と前記マグネトロンハウジングはハウジング空間を画定する、マグネトロンハウジング、
    前記ハウジング空間に配設されたマグネトロンアセンブリ、及び、
    回転可能なシャフトによって前記マグネトロンアセンブリに連結されたモーター、
    を備える、基板を配置することと、
    前記処理空間へ処理ガスを流し込むことであって、前記処理ガスは、水素源ガス、窒素源ガス、又はこれらの組み合わせを含む反応性ガス及び不活性ガスを含む、処理ガスを流し込むことと、
    前記回転可能なシャフトを通して配設された軸の周りに、前記マグネトロンアセンブリを動かすことと、
    前記処理空間に配設されたターゲットにパルスＤＣ電力を供給することであって、前記パルスＤＣ電力は約１ＭＶから約８ＭＶの間の電圧パルスを有し、パルス作動時間中に前記ターゲットに供給される平均ＤＣ電力は、約１Ｗ／ｃｍ２から約２０Ｗ／ｃｍ２の間である、パルスＤＣ電力を供給することと、
    前記処理ガスのプラズマを形成することと、
    前記基板支持体に配設されたバイアス電極にバイアス電力を供給することと、
    前記基板上に前記アモルファスカーボン層を堆積することと、
    を含み、前記バイアス電力は、パルスＲＦバイアス電力である、コンピュータ可読媒体。
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