KR101357181B1 - 플라즈마-강화 화학적 기상 증착(ｐｅｃｖｄ)에 의해 등각성 비정질 탄소막을 증착하기 위한 방법 - Google Patents

플라즈마-강화 화학적 기상 증착(ｐｅｃｖｄ)에 의해 등각성 비정질 탄소막을 증착하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

기판상에 비정질 탄소층을 증착하기 위한 방법들 및 장치들이 제공된다. 일 실시예에서, 증착 프로세스는 기판 프로세싱 챔버에 기판을 위치시키는 단계; 프로세싱 챔버에 1:2 보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 유입시키는 단계; 프로세싱 챔버에 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 개시 가스(plasma initiating gas)를 유입시키는 단계 ― 탄화수소 소스의 체적 유량(volumetric flow rate) 대 플라즈마 개시 가스의 체적 유량의 비는 1:2 또는 그 초과임 ―; 및 프로세싱 챔버에 플라즈마를 생성하는 단계; 및 기판 상에 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

플라즈마-강화 화학적 기상 증착(ＰＥＣＶＤ)에 의해 등각성 비정질 탄소막을 증착하기 위한 방법{METHOD FOR DEPOSITING CONFORMAL AMORPHOUS CARBON FILM BY PLASMA-ENHANCED CHEMICAL VAPOR DEPOSITION (PECVD)}
[0001] 본 발명의 실시예들은 일반적으로 집적 회로들의 제조에 관한 것이며, 특히 반도체 기판 상에 비정질 탄소층의 증착에 관한 것이다.
[0002] 집적 회로들은 단일 칩 상에 수백만 개의 트랜지스터들, 캐패시터들 및 레지스터들을 포함할 수 있는 복잡한 디바이스들로 발전하였다. 칩 설계의 발전은 지속적으로 보다 빠른 회로 및 보다 큰 회로 밀도를 요구한다. 보다 큰 회로 밀도들을 갖는 보다 빠른 회로들에 대한 요구사항들은 이러한 집적 회로들을 제조하는데 이용되는 물질들에 대해 대응하는 요구사항들을 부과한다. 특히, 집적 회로 콤포넌트들의 치수들이 1미크론 미만의 치수들로 감소됨에 따라, 디바이스들의 전기적 성능을 개선하기 위해 구리와 같은 낮은 저항률의 도전성 물질들뿐만 아니라, 로우(low)-k 유전체 물질들로서 흔히 불리는 낮은 유전상수 절연 물질들을 사용하는 것이 필요해졌다. 로우-k 유전체 물질들은 일반적으로 3.8 미만의 유전 상수를 갖는다.
[0003] 표면 결함들 또는 피처 변형(deformation)이 없는 또는 거의 없는 로우-k 유전체 물질들을 갖는 디바이스들을 제조하는 것은 문제가 있다. 약 3.0 미만의 유전 상수를 갖는 로우-k 유전체 물질들은 흔히 다공성이며 그리고 후속 프로세스 단계들 동안 긁히거나 손상되어서, 결국 기판 표면상에 결함들이 형성될 가능성이 증가하기 쉽다. 이러한 로우-k 유전체 물질들은 흔히 잘 부러지고(brittle) 그리고 종래의 연마 프로세스들, 예컨대 화학적 기계적 연마(CMP) 하에서 변형될 수 있다. 이러한 로우-k 유전체 물질들의 변형 및 표면 결함들을 제한하거나 또는 감소시키는 하나의 솔루션은, 패터닝 및 에칭 이전에, 노출된 로우-k 유전체 물질들 위에서의 하드마스크의 증착이다. 하드마스크는 약한(delicate) 로우-k 유전체 물질들의 손상 및 변형을 방지한다. 부가하여, 하드마스크 층은 에칭 동안 로우-k 유전체 물질의 제거를 방지하기 위해 종래의 리소그래피 기술들과 관련하여 에칭 마스크로서 작용할 수 있다.
[0004] 부가적으로, 하드마스크들은 프론트-엔드(front-end) 및 백-엔드(back-end) 프로세스들 둘 다에 대한 집적 회로 제조 프로세스들에서 거의 모든 단계에서 이용되고 있다. 디바이스 크기들이 축소되고 그리고 패턴 구조가 보다 복잡해지고 제조가 어려워짐에 따라, 이용가능한 포토레지스트들이 에칭 저항 요건들을 충족시키기를 실패하고 그리고 포토레지스트들이 리소그래피 및 에칭 프로세스에서 에칭 마스크로서가 아니라 이미지 전사를 위해 단순히 이용되기 때문에, 에칭 마스크가 점점 중요해지고 있다. 대신, 이미지 패턴을 수신하는 하드마스크들은 기저(underlying) 층들에서 패턴들의 효과적 에칭을 위한 주요 물질이 되고 있다.
[0005] 비정질 수소화 탄소(amorphous hydrogenated carbon)는 금속들, 비정질 실리콘, 및 유전체 물질들, 예컨대 그 중에서도 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물 물질들에 대한 하드마스크로서 이용될 수 있는 물질이다. 비정질 탄소로 또한 불리고 그리고 a-C:H 또는 α-C:H로서 표시될 수 있는 비정질 수소화 탄소는, 장거리 격자 질서(long-range crystalline order)를 갖지 않고 그리고 예를 들어 약 10 내지 45 원자%의 수소 정도로 상당한(substantial) 수소 함량을 포함할 수 있는 탄소 물질로 간주된다. 비정질 탄소는 화학적 불활성(chemical inertness), 광학적 투명성(optical transparency), 및 양호한 기계적 특성들을 갖는 것으로 관찰되었다. a-C:H 막들은 다양한 기술들을 통해 증착될 수 있지만, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD)은 비용 효율성 및 막 특성 조정가능성으로 인해 널리 사용된다. 통상적인 PECVD 프로세스에서, 탄화수소 소스, 예컨대 캐리어 가스 내에서 부유했던 가스-상 탄화수소 또는 액체-상 탄화수소가 PECVD 챔버 안에 유입된다. 그런 다음, 여기된 CH- 라디칼들을 생성하기 위해 플라즈마는 상기 챔버 내에서 개시된다. 여기된 CH- 라디칼들은 챔버 내에 위치되는 기판의 표면에 화학적으로 결속되어(bound), 그 위에 원하는 a-C:H 막이 형성된다.
[0006] 하드마스크 층이 지형(topographic) 피처들을 가지는 기판 상에 증착되는 애플리케이션들에 대해, 하드마스크 층이 상기 지형 피처들의 모든 표면들을 등각으로 덮도록 요구된다. 부가적으로, 피처 크기들이 감소됨에 따라, 포토레지스트 물질들은 광 파장들 및 패턴 크기들의 제한으로 인해 패턴들을 정확하게 전사하는 것에 문제점을 갖는다. 이처럼, 이들 문제들을 다루기 위해 새로운 프로세스들 및 물질이 요구되고 있고, 그 중 하드마스크들이 차세대 디바이스들에 대한 임계 치수의 효과적 전사에 대해 중요해지고 있다.
[0007] 하드마스크 층 증착 등각성(conformality)은 기저 지형(underlying topography), 예를 들어 패터닝 프로세스를 정렬하는데 이용되는 정렬 키를 갖는 기판 상에서 달성하기에 어렵다. 도 1은 기판(100) 상에 피처(111) 및 비등각성(non-conformal) 비정질 탄소층(112)이 형성된 상기 기판(100)의 개략적 단면도를 도시한다. 비등각성 비정질 탄소층(112)이 피처(111)의 측벽들(114)을 완전히 덮지 않기 때문에, 후속 에칭 프로세스들은 측벽들(114)의 원치않는 부식을 야기시킬 수 있다. 비등각성 비정질 탄소층(112)에 의한 측벽들(114)의 완전한 커버리지의 결여는 비등각성 탄소층(112) 아래 재료의 포토레지스트 중독(poisoning)을 또한 유도할 수 있으며, 이는 전자 디바이스들을 손상시키는 것으로 알려져 있다.
[0008] 따라서, 지형 피처들을 가지는 기판들 상에 등각으로 증착될 수 있는 집적회로 제조에 유용한 물질층을 증착하는 방법에 대한 필요가 있다.
[0009] 본 발명의 실시예들은 예컨대 기판상에 비정질 탄소층을 증착함으로써 기판을 프로세싱하기 위한 방법을 제공한다. 제 1 실시예에 따라, 상기 방법은 기판 프로세싱 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계, 1:2보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 프로세싱 챔버 안에 유입시키는 단계, 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 구성된 그룹에서 선택된 플라즈마 개시 가스를 프로세싱 챔버 안에 유입시키는 단계 ― 이때, 탄화수소 소스의 체적 유량(volumetric flow rate) 대 플라즈마 개시 가스의 체적 유량의 비는 1:2 또는 그 초과임―, 1
Figure 112013014733624-pct00001
또는 그 미만의 RF 전력, 2 Torr 또는 그 초과의 압력, 및 약 300℃ 내지 약 480℃의 온도에서 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계, 및 기판 상에 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계를 포함한다.
[0010] 다른 실시예에서, 기판을 프로세싱하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은, 기판의 표면 상에 등각성 비정질 탄소 물질을 형성하는 단계 및 프로세싱 챔버를 통해 퍼지(purge) 가스를 흘려보내는 단계를 포함하는 증착 사이클을 수행하는 단계, 및 상기 사이클을 2회 내지 50회 반복하는 단계를 포함한다.
[0011] 다른 실시예에서, 기판을 프로세싱하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은, 기판 프로세싱 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계, 1:2보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 프로세싱 챔버 안에 유입시키는 단계, 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 구성된 그룹에서 선택된 플라즈마 개시 가스를 프로세싱 챔버 안에 유입시키는 단계 ― 이때, 탄화수소 소스의 체적 유량 대 플라즈마 개시 가스의 체적 유량의 비는 1:2 또는 그 초과이며, 여기서 상기 탄화수소 소스 및 플라즈마 개시 가스는 기판 표면으로부터 400 mils 내지 600 mils의 위치에 있는 가스 분배기에 의해 프로세싱 챔버 안에 유입됨―, 1
Figure 112013014733624-pct00022
또는 그 미만의 RF 전력 및 약 0℃ 내지 약 100℃의 온도에서 프로세싱 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 단계, 및 기판 상에 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계를 포함한다.
[0012] 본 발명의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로 앞서 간략히 요약된 본 발명의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 발명의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 발명이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0013] 도 1(종래 기술)은 기판 상에 피처 및 비등각성 비정질 탄소층이 형성된 상기 기판의 개략적 단면도이다.
[0014] 도 2는 기판 상에 피처 및 비정질 탄소층이 형성된 상기 기판의 개략적 단면도이다.
[0015] 도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 비정질 탄소층 증착을 수행하는데 이용될 수 있는 기판 프로세싱 시스템의 개략도이다.
[0016] 도 4A-도 4L은 물질층을 에칭하기 위해 본 명세서에 설명된 바와 같은 비정질 탄소층을 이용하기 위한 프로세스의 일 실시예의 개략적 측면도들이다.
[0017] 도 5A-도 5H 및 도 5E'는 스페이스 마스크 더블 패터닝 프로세스에서 본 명세서에 설명된 것과 같은 비정질 탄소층을 이용하기 위한 프로세스의 일 실시예의 개략적 측면도들이다.
[0018] 도 6A-도 6J는 물질층을 에칭하기 위해 본 명세서에 설명된 바와 같은 비정질 탄소층을 이용하기 위한 프로세스의 다른 실시예의 개략적 측면도들이다.
[0019] 도 7은 반도체 구조물 내에서 그 내부에 배치된 비정질 탄소층의 사용의 개략적 측면도이다.
[0020] 이해를 돕기 위해, 도면들에 공통되는 동일한 부재들을 표시하는데 가능한 한 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 일 실시예의 부재들 및/또는 프로세스 단계들이 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 유용하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
[0021] 본 명세서에 설명된 실시예들은 일반적으로 화학적 기상 증착 시스템에서 개선된 등각성(conformality)으로 비정질 탄소 물질들(a-C:H)을 증착하기 위한 방법들을 제공한다. 층의 등각성은 통상적으로 피처의 측벽들 상에 증착된 층의 평균 두께 대 기판의 필드 또는 기판의 상부 표면 상의 동일한 증착된 층의 평균 두께의 비(퍼센티지로 표시될 수 있음)로 수량화된다. 본 명세서에 설명된 방법들에 의해 증착되는 층들은 약 30% 보다 큰, 예컨대 70% 또는 그 초과, 약 7:10 또는 그 초과, 예컨대 약 80% 또는 그 초과, 약 4:5 초과 내지 약 100%, 약 1:1의 등각성을 갖는 것으로 관찰된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 종래 기술의 비등각성 비정질 탄소층(112)은 측벽들(114) 상의 층 증착의 결여로 인해 0% 등각성을 갖는 것으로 간주될 것이다.
[0022] 특히, a-C:H 층의 개선된 등각성 증착을 위한 방법들이 제공된다. 증가하는 전구체 대 플라즈마-개시(plasma-initiating) 가스 유량들에서, 증가하는 증착 압력들에서, 증가하는 증착 온도들에서, 보다 낮은 RF 전력 인가시 ― 이때, 플라즈마 환경들은 감소된 증착률들을 가짐 ―, 1:2 또는 그 초과의 탄소 대 수소 비들, 예컨대 2:3 또는 그 초과의 탄소 대 수소 비를 가지는 전구체들을 이용함으로써 ― 이때, 플라즈마-개시 가스는 헬륨, 수소, 질소, 아르곤, 또는 이들의 조합들의 그룹에서 선택됨 ―, 다수의 층들 내에 비정질 탄소를 증착함으로써, 그리고 이들의 조합들을 이용함으로써, 등각성 증착이 개선될 수 있다. 본 명세서의 증착 프로세스들은 적절한 프로세싱 시스템에서 수행될 수 있다.
[0023] 도 3은 기판 프로세싱 시스템인 시스템(300)의 개략도이고, 상기 시스템(300)은 본 발명의 실시예들에 따라 비정질 탄소층 증착을 위해 이용될 수 있다. 적절한 시스템들의 예들은
Figure 112013000981118-pct00003
프로세싱 챔버,
Figure 112013000981118-pct00004
시스템들,
Figure 112013000981118-pct00005
시스템들, 예컨대
Figure 112013000981118-pct00006
Figure 112013000981118-pct00007
프로세싱 챔버 및
Figure 112013000981118-pct00008
프로세싱 챔버를 이용할 수 있는 CENTURA® 시스템들을 포함하고, 이들 모두는 캘리포니아 산타클라라 소재의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수 가능하다.
[0024] 시스템(300)은 프로세스 챔버(325), 가스 패널(330), 제어 유니트(310), 그리고 파워 서플라이들 및 진공 펌프들과 같은 다른 하드웨어 콤포넌트들을 포함한다. 본 발명에 사용되는 시스템의 일 실시예의 상세사항들은 본원과 양수인이 동일한 미국 특허, 2002년 4월 2일자로 발행된 "High Temperature Chemical Vapor Deposition Chamber"란 명칭의 미국 특허 제6,364,954호에 설명되고, 이로써 상기 특허는 본 명세서에 참조에 의해 통합된다.
[0025] 일반적으로 프로세스 챔버(325)는 반도체 기판(390)과 같은 기판을 지지하는데 이용되는 기판 지지 페디스털(350)을 포함한다. 이러한 기판 지지 페디스털(350)은 샤프트(360)에 결합되는 변위 메커니즘(미도시)을 사용하여 프로세스 챔버(325) 내부에서 수직 방향으로 이동한다. 프로세스에 따라, 반도체 기판(390)은 프로세싱 이전에 원하는 온도로 가열될 수 있다. 기판 지지 페디스털(350)은 내장형 히터 부재(370)에 의해 가열된다. 예를 들어, 기판 지지 페디스털(350)은 파워 서플라이(306)로부터 히터 부재(370)로 전기 전류를 인가함으로써 저항식으로(resistively) 가열될 수 있다. 차례로, 반도체 기판(390)은 기판 지지 페디스털(350)에 의해 가열된다. 기판 지지 페디스털(350)의 온도를 모니터링하기 위해, 서모커플(thermocouple)과 같은 온도 센서(372)가 또한 기판 지지 페디스털(350) 내에 내장된다. 측정된 온도는 히터 부재(370)에 대한 파워 서플라이(306)를 제어하기 위해 피드백 루프에서 이용된다. 기판 온도는 특정 프로세스 애플리케이션에 대해 선택되는 온도로 유지될 수 있거나 또는 제어될 수 있다.
[0026] 진공 펌프(302)는, 프로세스 챔버(325)를 배기시키고 그리고 프로세스 챔버(325) 내부의 적절한 가스 유동들 및 압력을 유지하는데 이용된다. 샤워헤드(320) ― 상기 샤워헤드(320)를 통해 프로세스 챔버(325) 안에 프로세스 가스들이 유입됨 ― 는 기판 지지 페디스털(350) 위에 위치되며 그리고 프로세스 챔버(325) 안에 프로세스 가스들의 균일한 분포를 제공하도록 적응된다. 샤워헤드(320)는 가스 패널(330)에 접속되고, 상기 가스 패널(330)은 프로세스 시퀀스의 상이한 단계들에서 사용되는 다양한 프로세스 가스들을 제어하고 그리고 공급한다. 프로세스 가스들은 탄화수소 소스 및 플라즈마-개시 가스를 포함할 수 있으며, 그리고 예시적인 아르곤-희석 증착 프로세스의 설명과 관련하여 하기에 보다 상세하게 설명된다.
[0027] 또한 가스 패널(330)은 다양한 기화된 액체 전구체들을 제어하고 그리고 공급하는데 이용될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 액체 전구체 공급원으로부터의 액체 전구체들은 예를 들어, 액체 주입 기화기(liquid injection vaporizer)에 의해 기화되고 그리고 캐리어 가스의 존재시 프로세스 챔버(325)에 전달될 수 있다. 캐리어 가스는 통상적으로 질소와 같은 불활성 가스, 또는 아르곤 또는 헬륨과 같은 희가스(noble gas)이다. 대안적으로, 액체 전구체는 열적 및/또는 진공 강화 기화 프로세스에 의해 앰플(ampoule)로부터 기화될 수 있다.
[0028] 샤워헤드(320) 및 기판 지지 페디스털(350)은 또한 한 쌍의 이격된 전극들을 형성할 수 있다. 이들 전극들 사이에 전기장이 생성될 때, 챔버(325) 안에 유입되는 프로세스 가스들은 점화되어 플라즈마(392)로 된다. 통상적으로, 매칭 네트워크(미도시)를 통해 기판 지지 페디스털(350)을 싱글-주파수 또는 듀얼 주파수 무선 주파수(RF) 전력(미도시)의 소스에 연결함으로써 전기장이 생성된다. 대안적으로, RF 전력 소스 및 매칭 네트워크는 샤워헤드(320)에 결합될 수 있거나, 또는 샤워헤드(320)와 기판 지지 페데스털(350) 둘 다에 결합될 수 있다.
[0029] PECVD 기술들은 기판 표면 부근의 반응 구역으로의 전기장의 인가에 의해 반응물 가스들의 여기 및/또는 분리(disassociation)를 촉진(promote)하여, 반응성 종들의 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 내의 종들의 반응성은 화학적 반응이 발생하는데 요구되는 에너지를 감소시켜, 실제로 이러한 PECVD 프로세스들에 대해 요구되는 온도를 낮춘다.
[0030] 가스 패널(330)을 통한 가스 및 액체 유동들의 적절한 제어 및 조절은 질량 유동 제어기들(미도시) 및 컴퓨터와 같은 제어 유니트(310)에 의해 수행된다. 샤워헤드(320)는 가스 패널(330)로부터의 프로세스 가스들이 프로세스 챔버(325) 안에 균일하게 분산되고 그리고 유입되도록 허용한다. 예시적으로, 제어 유니트(310)는 중앙 프로세싱 유니트(CPU)(312), 지원 회로(314), 및 연관된 제어 소프트웨어를 포함하는 메모리들(316)을 포함한다. 이러한 제어 유니트(310)는 기판 프로세싱, 예컨대 기판 수송, 가스 유동 제어, 액체 유동 제어, 온도 제어, 챔버 배기 등을 위해 요구되는 다수의 단계들의 자동 제어를 담당한다. 프로세스 가스 혼합물이 샤워헤드(320)로부터 배출될 때, 반도체 기판(390)의 표면(395)에서 탄화수소 화합물의 플라즈마 강화 열적 분해가 발생하여, 반도체 기판(390) 상에 비정질 탄소층의 증착이 야기된다.
증착 프로세스( Deposition Process )
[0031] 발명의 양상들은 a-C:H 층의 개선된 등각성 증착을 제공한다. 개선된 등각성 증착은, 1:2 또는 그 초과의 탄소 대 수소 비들, 예컨대 2:3 또는 그 초과의 탄소 대 수소 비를 가지는 전구체들을 사용하는 프로세스에 의해 달성될 수 있고, 헬륨, 수소, 질소, 아르곤, 또는 이들의 조합들의 그룹에서 선택되는 플라즈마-개시 가스에 의해 달성될 수 있고, 증가하는 전구체 대 플라즈마-개시 가스 유량들에서 달성될 수 있고, 증가하는 증착 압력들에서 달성될 수 있고, 증가하는 증착 온도들에서 달성될 수 있고, 보다 낮은 RF 전력 인가시 달성될 수 있고, 감소된 증착률들을 가지는 플라즈마 환경들에 의해 달성될 수 있고, 가스 분배기와 기판 표면 간의 증가하는 간격에 의해 달성될 수 있고, 다수의 층들에 비정질 탄소를 증착함으로써 달성될 수 있고, 그리고 이들의 조합들을 통해 달성될 수 있다. 본 명세서에 설명되는 프로세스들이 감소된 증착률 및/또는 보다 등방성의 증착 프로세스를 제공하여, 이로써 보다 등각성의 증착 프로세스를 제공한다고 믿어지고 있다.
[0032] 증착 프로세스의 일 양상에서, a-C:H 층은 탄화수소 소스 및 플라즈마-개시 가스를 프로세싱 챔버, 예컨대 도 3과 관련하여 앞서 설명된 프로세스 챔버(325) 안에 유입시키는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 형성된다. 탄화수소 소스는 하나 또는 그 초과의 탄화수소 화합물들, 및 선택적으로 아르곤과 같은 캐리어 가스의 혼합물이다.
[0033] 하나 또는 그 초과의 탄화수소 화합물들은 1:2 또는 그 초과, 예를 들어 1:2보다 큰 탄소 원자 대 수소 원자 비를 가지는 화합물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2:3 또는 그 초과, 예컨대 2:3 내지 2:1, 예를 들어 약 2:3 내지 약 3:2의 탄소 대 수소(또는 수소에 대해, 플루오린과 같은 치환기) 비가 개선된 정합(conformity)을 갖는 비정질 탄소막들을 생성하는 것으로 관찰되었다. 설명된 탄소 대 수소 원자 비를 갖는 이러한 탄화수소 화합물들이 보다 등방성의 증착 프로세스를 유도한다는 것이 믿어지고 있다.
[0034] 또한, 부분적으로 또는 완전히 도핑된, 탄화수소 화합물들의 유도체들일 수 있는 탄화수소 화합물들이 본 발명의 방법으로부터 이익을 얻을 수 있다. 유도체들은 탄화수소 화합물들의 질소-, 플루오린-, 산소-, 히드록실기-, 및 붕소-함유 유도체들을 포함한다.
[0035] 일반적으로, 탄화수소 소스 내에 포함될 수 있는 탄화수소 화합물들 또는 이들의 유도체들은 식
Figure 112013000981118-pct00009
로 설명될 수 있으며, 여기서 A는 1 내지 24의 범위를 가지며, B는 0 내지 50의 범위를 가지며, C는 0 내지 50의 범위를 가지며 A 대 B+C의 비는 1:2 또는 그 초과, 예를 들어 1:2보다 크다. 예를 들어, A 대 B+C의 비는 2:3 또는 그 초과, 예컨대 2:3 내지 2:1일 수 있으며, 그리고 추가 예에서는 2:3 내지 3:2일 수 있다. 일 실시예에서, C=O인 경우, 탄화수소 소스는 식
Figure 112013000981118-pct00010
를 가질 수 있으며, 이때 2/3 =< x/y =< 3/2이고, 이때 x/y는 원자들의 각각의 개수이다. 대안적으로, 산소 및/또는 질소 치환 화합물들에 대해, 탄화수소 소스는 식
Figure 112013000981118-pct00011
으로 설명될 수 있으며, 여기서 A는 1 내지 24의 범위를 가지며, B는 0 내지 50의 범위를 가지며, C는 0 내지 10의 범위를 가지며, D는 0 내지 50의 범위를 가지며, E는 0 내지 10의 범위를 가지며, 그리고 A 대 B+C+D+E의 비는 1:2 또는 그 초과, 예를 들어 1:2보다 크다. 예를 들어, A 대 B+C+D+E는 2:3 또는 그 초과, 예컨대 2:3 내지 2:1일 수 있으며, 그리고 추가 예에서는 2:3 내지 3:2일 수 있다.
[0036] 적절한 탄화수소 화합물들은 하기의 화합물들, 예를 들어 알킨들, 예컨대 아세틸렌(C2H2), 비닐아세틸렌 및 이들의 유도체들, 방향족 탄화수소들, 예컨대 벤젠, 스틸렌, 톨루엔, 크실렌, 피리딘, 에틸벤젠, 아세토페논, 메틸 벤조에이트, 페닐 아세테이트, 페놀, 크레솔(cresol), 퓨란 및 이와 유사한 것, 알파-테르피넨(alpha-terpinene), 시멘(cymene), 1,1,3,3,-테트라메틸부틸벤젠(tetramethylbutylbenzene), t-부틸에테르(butylether), t-부틸에틸렌(butylethylene), 메틸-메타크릴레이트(methyl-methacrylate), 및 t-부틸퓨퓨릴에테르(butylfurfurylether), 식
Figure 112013000981118-pct00023
및
Figure 112013000981118-pct00024
를 갖는 화합물들, 모노플루오로벤젠(monofluorobenzene), 디플루오로벤젠들, 테트라플루오로벤젠들, 헥사플루오로벤젠 및 이와 유사한 것을 포함하는 할로겐화 방향족 화합물들 중 하나 또는 그 초과를 포함한다. 부가적인 적절한 탄화수소들은 알켄들, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜텐(pentene) 및 이와 유사한 것, 디엔(diene)들, 예컨대 부타디엔, 이소프렌, 펜타디엔, 헥사디엔 및 이와 유사한 것을 포함하고, 그리고 할로겐화 알켄들은 모노플루오로에틸렌, 디플루오로에틸렌들, 트리플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌, 모노클로로에틸렌, 디클로로에틸렌들, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 및 이와 유사한 것을 포함한다. 1:2보다 큰 탄소 원자 대 수소 원자 비를 가지는 전구체의 일 예는
Figure 112013000981118-pct00014
이며,
Figure 112013000981118-pct00025
는 디아세틸렌일 수 있다.
[0037] 부가적으로, 본 발명은 3:1 또는 그 초과, 예컨대 5:1, 예를 들어 10:1 또는 그 초과의 탄소 원자 대 수소 원자 비를 가지는 전구체들의 사용을 고려한다.
[0038] 탄소 대 수소 비가 증가함에 따라, 증착 동안 탄소 원자들은 이웃하는 탄소 원자들과 결합할 것이며, 복잡한 3차원의 쇼트-오더(short-order) 구조들의 웹(web)을 형성함으로써 증착된 막의 더 양호한 등각성을 초래한다는 것이 믿어지고 있다.
[0039] a-C:H 증착 프로세스는 탄화수소 화합물 및 플라즈마가 증착을 시작하도록 개시됨과 동시에 및/또는 그 이전에 챔버 안에 유입되는 플라즈마-개시 가스의 사용을 포함한다. 플라즈마-개시 가스는, 헬륨 가스, 수소 가스, 질소 가스, 아르곤 가스 및 이들의 조합들을 포함하는 높은 이온화 전위 가스(potential gas)일 수 있으나 이들로 제한되는 것은 아니며, 이들 중 헬륨 가스가 선호된다. 또한 플라즈마-개시 가스는 화학적으로 불활성인 가스일 수 있으며, 예컨대 헬륨 가스, 질소 가스 또는 아르곤 가스가 선호된다. 가스들에 대해 적합한 이온화 전위들은 약 5eV(electron potential) 내지 25eV이다. 플라즈마-개시 가스는 탄화수소 소스에 앞서 챔버 안에 유입될 수 있고, 이는, 안정한 플라즈마가 형성되도록 허용하고 그리고 아킹(arcing)의 가능성들을 감소시킨다. 높은 이온화 전위를 갖는 플라즈마-개시 가스의 사용은 증착 동안 막에 대해 덜 이방성인 에칭을 제공하여, 이로써 비정질 탄소막 증착시 등각성을 개선시키는 것으로 관찰되었다. 희석 가스 또는 캐리어 가스로서 아르곤과 같은 불활성 가스는 플라즈마-개시 가스, 탄화수소 소스 또는 이들의 조합들과 함께 유입될 수 있다.
[0040] 탄화수소 화합물 및 플라즈마-개시 가스는 비정질 탄소 증착을 위해 약 1:100 또는 그 초과, 예를 들어 약 1:100 내지 100:1, 예컨대 약 1:10 내지 약 10:1의 탄화수소 화합물 대 플라즈마-개시 가스 유동 비로 유입될 수 있다. 일 실시예에서, 약 1:5 또는 그 초과, 예컨대 약 1:5 내지 약 2:1, 예를 들어 약 1:2 내지 약 1:1일 수 있는 탄화수소 화합물 대 플라즈마-개시 가스 유동 비가 비정질 탄소 증착을 위해 이용될 수 있다. 탄화수소 화합물 대 플라즈마-개시 가스 유동 비를 증가시키는 것은, 보다 낮은 비들에 비해 개선된 등각성을 제공하는 것으로 관찰되었다.
[0041] 약 2 Torr 또는 그 초과, 예컨대 약 2 Torr 내지 약 20 Torr, 그리고 일 실시예에서는 약 7 Torr 또는 그 초과, 예를 들어 약 7 Torr 내지 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지함으로써 프로세싱 가스로부터 a-C:H 층이 증착될 수 있다. 등각성은 증가하는 압력들에 따라 증가하는 것이 관찰되었으며, 그리고 기판에 도달하기 이전에 이온들이 보다 많은 산란을 경험하여, 이로써 보다 많은 산란을 경험하는 라디칼들 및 에칭에 대한 몇몇의 능력이 손실되는 것이 믿어지고 있으며, 그리고 이온들이 보다 등방성이며 그리고 등각성 막 성장을 위해 보다 랜덤하고 그리고 등방성인 각도로 기판 표면에 도달하는 것이 믿어지고 있다.
[0042] a-C:H 층은 약 0℃ 내지 약 800℃, 예컨대 약 0℃ 내지 약 100℃의 온도 또는 약 300℃ 내지 약 480℃의 온도, 예를 들어 약 400℃ 내지 약 450℃의 기판 온도를 유지하는 챔버 내에서 탄화수소 소스로부터 증착될 수 있다. 증가하는 온도들에서 비정질 탄소막을 증착하는 것은 증착률을 감소시켜서 결국 등각성을 개선하는 것으로 관찰되었다. 또한, 증가하는 온도에서, 흡수되는 탄소 전구체의 확산도 또는 이동성이 증가하여, 보다 등방성의 증착 및 개선된 등각성이 유도된다.
[0043] 부가적으로, a-C:H 층은 또한 상기 층이 약 100℃ 미만의 기판 온도를 유지하는 챔버 내에서 탄화수소 소스로부터 증착될 때 보다 등각성 방식으로 증착될 수 있다. 예를 들어, 기판 표면으로부터 310 mils만큼 이격된 샤워헤드를 통해 75℃ 및 9 Torr의 압력에서 유지되는 프로세싱 챔버에 3800 sccm의 C2H2 및 6000 sccm의 헬륨을 제공함으로써, 그리고 30 watts의 고주파수 전력의 인가에 의해 플라즈마를 생성함으로써, a-C:H 층이 증착되었다. 분석되는 증착된 층은 77.8%의 등각성을 나타냈다(등각성의 척도(measure)는 피처의 측벽들 상에 증착된 비정질 탄소층의 평균 두께(S) 대 기판의 상부 표면 상의 비정질 탄소층의 평균 두께(T)의 비로서 정의된다). 유사하게, 기판의 상부 표면 상의 비정질 탄소층의 두께(T)와 비교할 때 피처의 바닥부 상의 비정질 탄소층의 두께의 비는 72.2%였음이 또한 관찰되었다.
[0044] 또한, 놀랍고 그리고 예상치 못하게, 감소된 헬륨 유량에서, 예를 들어 약 3000 sccm 헬륨에서 100℃ 미만의 온도에서 증착하는 것은, 기판의 상부 표면상의 비정질 탄소층의 두께(T)와 비교할 때 피처의 바닥부 상의 비정질 탄소층의 두께의 비가, 조밀한 피처 정의부(definition)들에 걸쳐 72.2%, 즉 1600nm2 당 약 9개의 피처들인 것과 비교하여, 피처 정의부의 바닥부 상의 증착 두께에서 상당한 개선을 산출한다는 것이 발견되었다.
[0045] 또한, 층을 증착할 때 샤워헤드와 기판 표면 간의 증가하는 간격, 예컨대 400 mils 내지 600 mils의 간격, 예를 들어, 약 500 mils의 간격에 의해 상기 증착된 비정질 탄소층의 등각성이 개선되었음이 관찰되었다. 예를 들어, 제 2 비정질 탄소층은, 310 mils과 비교할 때 샤워헤드 간격이 500 mils인 것을 제외하고서, 낮은 온도 증착과 관련하여 이전의 문단과 동일한 조건들 하에서 증착되었다. 분석되는 증착된 제 2층은 90.9% 내지 91.7%의 등각성을 나타내었다(등각성의 척도는 피처의 측벽들 상에 증착된 비정질 탄소층의 평균 두께(S) 대 기판의 상부 표면 상의 비정질 탄소층의 평균 두께(T)의 비로서 정의된다). 유사하게, 기판의 상부 표면 상의 비정질 탄소층의 두께(T)와 비교할 때 피처의 바닥부 상의 비정질 탄소층의 두께의 비는 덜 조밀한 피처 정의부들, 즉 1600 nm2 당 4개 미만의 피처들 정의부들, 예컨대 1개의 피처 정의부와 비교하여 상이한 밀도들, 예를 들어, 조밀한 피처 정의부들, 즉 1600 nm2 당 약 4개 내지 20개의 피처들, 예를 들어 9개 피처 정의부들을 갖는 피처 패턴들에 대해 90.9% 내지 91.7%임이 또한 관찰되었다.
[0046] 또한, 500 mil 간격 비정질 탄소층은 310 mil 간격 증착 프로세스의 300 Å/min의 증착률에 비교할 때 약 138 Å/min의 증착률을 갖는 것으로 관찰되었다.
[0047] 탄화수소 소스 및 플라즈마-개시 가스가 챔버 안에 유입되며 그리고 증착을 시작하도록 플라즈마가 개시된다. 플라즈마를 생성하는데 듀얼-주파수 RF 시스템이 이용될 수 있다. 듀얼 주파수 RF 전력 인가는 플럭스 및 이온 에너지의 독립적 제어를 제공하는 것이 믿어지고 있는데, 그 이유는 막 표면을 가격하는 이온들의 에너지가 막 밀도에 영향을 미치는 것으로 믿어지고 있기 때문이다. 고주파수 플라즈마는 플라즈마 밀도를 제어하고 그리고 저주파수 플라즈마는 기판 표면을 가격하는 이온들의 운동 에너지를 제어한다고 믿어지고 있다. 혼합된 RF 전력의 듀얼-주파수 소스는 약 10 KHz 내지 약 1 MHz 범위, 예를 들어 약 350 KHz의 저주파수 전력뿐만 아니라 약 10 MHz 내지 약 30 MHz 범위, 예를 들어 약 13.56 MHz의 고주파수 전력을 제공한다. 듀얼 주파수 RF 시스템이 a-C:H 막을 증착하는데 이용될 때, 제 2 RF 전력 대 총 혼합된 주파수 전력의 비는 바람직하게 약 0.6 대 1.0(0.6:1) 미만이다. 인가된 RF 전력 및 하나 또는 그 초과의 주파수들의 사용은 기판 크기 및 사용되는 장비에 기초하여 가변될 수 있다. 싱글 주파수 RF 전력 인가가 사용될 수 있으며, 그리고 통상적으로 본 명세서에 설명된 것처럼 고주파수 전력의 인가이다.
[0048] 기판 표면적에 대해 약 0.01 W/cm2 내지 약 5 W/cm2, 예컨대 약 0.01 내지 약 1 W/cm2, 예를 들면 약 0.1 W/cm2의 전력 밀도로 RF 전력을 인가함으로써 플라즈마는 생성될 수 있다. 전력 인가는 300 mm 기판에 대해 약 1 Watt 내지 약 2000 watts, 예컨대 약 10W 내지 약 200W, 예를 들어 약 20 W일 수 있다. 전극 간격, 즉 기판과 샤워헤드 간의 거리는 약 200 mils 내지 약 1000 mils일 수 있다.
[0049] 임의의 특정 이론에 제한되는 것은 아니지만, 에너제틱 이온(energetic ion)들의 개수를 감소시키고, 탄화수소 화합물들, 즉 라디칼들을 만들고, 보다 랜덤한 증착 패턴을 갖는 기판 표면에 도달하게 함으로써, 등각성을 개선하기 위해 플라즈마 프로세스가 비정질 탄소 증착률들을 감소시키고, 이로써 보다 등방성의 증착 패턴을 갖는 결과적인 막 성장을 제공한다고 믿어지고 있다. 또한, 감소된 플라즈마 증착은 흡수된 탄소 전구체들로 하여금 기판의 표면 상에서 확산되고 그리고 보다 등각성 층을 제공하도록 허용하는 보다 낮은 증착률을 제공하는 것으로 관찰되었다.
[0050] 300mm 원형 기판들을 프로세싱하기 위한 예시적인 증착 프로세스는 플라즈마-개시 가스, 예컨대 헬륨, 및 탄화수소 소스, 예컨대 아세틸렌(C2H2)을 사용한다. 상기 프로세스는, 플라즈마-개시 가스, 예컨대 헬륨을 약 400 sccm 내지 약 8000 sccm의 유량으로 공급하는 단계, 탄화수소 소스, 예컨대 아세틸렌(C2H2)을 약 400 sccm 내지 8000 sccm의 유량으로 공급하는 단계, 약 10W 내지 약 2000W의 듀얼 주파수 RF 전력을 인가하는 단계, 약 2 Torr 내지 약 20 Torr로 챔버 압력을 유지하는 단계, 및 약 25℃ 내지 약 475℃로 챔버 온도를 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 프로세스 범위는 a-C:H 층에 대해 약 30% 내지 약 100%의 정합(피처의 측벽들 상에 증착된 층의 평균 두께 대 기판의 필드 또는 상부 표면 상의 동일한 증착된 층의 평균 두께의 비)으로 약 10 Å/min 내지 약 30000 Å/min 범위의 증착률을 제공한다. 본 명세서의 개시물을 판독시, 기술분야의 당업자는 상이한 증착률의 a-C:H 막을 생성하기 위해 적절한 프로세스 파라미터들을 계산할 수 있다.
[0051] 증착 프로세스의 일 실시예에서, 비정질 탄소층을 형성하기 위해 다수의 개별적인 비정질 탄소 증착들이 수행된다. 다수의 증착 프로세스의 일 양상에서, 본 명세서에 설명되는 것과 같은 증착 단계 뒤에는 휴지(pause) 단계가 이어지며, 상기 휴지 단계에서는 플라즈마-개시 가스, 희석 가스, 및/또는 전구체가 감소된 증착률로 유동되거나 또는 어떠한 증착률도 없이 유동될 수 있다. 적절한 플라즈마-개시 가스, 희석 가스 및/또는 전구체는 약 100 sccm 내지 약 40000 sccm의 유량으로 챔버 안에 유동될 수 있다. 플라즈마-개시 가스 및/또는 희석 가스가 사용될 경우, 휴지 단계 동안 플라즈마가 개시될 수 있다. 그런 다음, 증착 단계 및 휴지 단계는 원하는 두께가 얻어질 때까지 반복될 수 있고, 그리고 1회 내지 100회 사이클들, 예컨대 10회 내지 50회 사이클들, 예를 들어 30회 사이클들일 수 있거나, 또는 대안적으로 비정질 탄소 물질의 두께의 약 1% 내지 약 100%, 예컨대 약 2% 내지 약 10%, 예를 들어 약 3.3%로 증착될 수 있다. 각각의 사이클은, 약 10Å 내지 약 15000Å 두께를 가지는 비정질 탄소층을 형성하기 위해 각각의 사이클 동안 약 1Å 내지 약 1000Å 두께의 비정질 탄소 물질을 증착할 수 있다. 주기적 증착 프로세스는 위에 설명된 프로세스 파라미터 조절치들 중 하나 또는 그 초과를 사용할 수 있다.
[0052] 대안적으로, 가스들이 또한 펌핑 아웃될 수 있고 그리고 증착 단계 이전에 또는 휴지 단계 동안 다시 유동될 수 있다.
[0053] 다중층 증착 방식은 유효 막 증착률을 낮추어, 등각성을 개선하는 것이 믿어지고 있다. 또한, 새롭게 증착된 탄소 원자들은 휴지 단계 동안 확산되어, 등각성을 훨씬 더 개선시킬 수 있다. 일반적으로, 층들의 개수가 주어진 비정질 탄소 막 두께에 대해 증가할 때(보다 작은 개별 층 두께 및 보다 많은 반복) 그리고 휴지 단계 시간 대 증착 단계 시간의 비가 더 높을 때(낮은 유효 증착률) 등각성이 개선된다. 예를 들어, 휴지 단계 시간 대 증착 단계 시간의 비는 약 100:1 내지 약 1:100일 수 있다. 개별 층 두께 및 휴지-대-증착 시간 비를 조절함으로써, 비정질 탄소막의 등각성은 디바이스 요구를 충족시키도록 맞춤화될 수 있고, 따라서 주어진 PECVD 증착 조건(전구체, 가스, 유량, 압력, 온도, RF 전력 등)에 대해 등각성을 개선시키기 위해 다른 노브(knob)가 제공된다.
[0054] 본 발명의 방법의 하나의 주요 장점은 도 2에 예시된 것처럼, 다른 a-C:H 증착 프로세스들에 비해 등각성의 강화이다. 도 2는 기판(200) 상에 피처(201) 및 비정질 탄소층(202)이 형성된 기판(200)의 개략적 단면도를 예시한다. 비정질 탄소층(202)은 본 발명의 방법을 사용하여 증착된 막의 통상적인 외관을 예시한다. 정성적으로(quanlitatively), 비정질 탄소층(202)은 매우 등각이며 그리고 피처(201)의 측벽들(204) 및 플로어(floor)(203)를 완전히 덮는다. 정량적으로(quantitatively), 비정질 탄소층(202)은 약 30% 내지 약 100% 정도, 예를 들어, 약 70% 내지 약 90%의 등각성을 가질 수 있고, 여기서 등각성(등각성의 척도)은 측벽들(204) 상에 증착된 비정질 탄소층(202)의 평균 두께(S) 대 기판(200)의 상부 표면(205) 상의 비정질 탄소층(202)의 평균 두께(T)의 비로서 정의된다. 다시 도 2를 참조하면, 비등각성 비정질 탄소층(202)은 약 5%의 등각성을 갖는 것으로 도시된다.
[0055] 본 명세서에 설명되는 프로세스들에 의해 증착되는 비정질 탄소 물질들의 예들은 다음과 같다.
[0056] 비교예: 비교의 비정질 탄소 증착 프로세스 예는, 프로세싱 챔버에 약 400sccm 유량의 헬륨, 프로세싱 챔버에 약 8000sccm 유량의 아르곤을 제공하는 단계, 프로세싱 챔버에 약 600sccm 유량의 C3H6를 제공하는 단계, 약 1250W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하는 단계, 약 300℃의 증착 온도를 유지하는 단계, 약 4.5 Torr의 챔버 압력을 유지하는 단계를 포함하고, 이때 비정질 탄소층을 생성하기 위한 약 380 mils의 간격은 조밀한 구역들 및 개방 구역 스텝 커버리지(등각성의 척도)에 대해 약 20%의 등각성을 갖는다.
[0057] 제 1 예에서, 187 Å/min의 증착률을 산출하기 위해 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하고, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하고, 약 50W에서 고주파수 RF 전력(13.56MHz)을 인가하고, 약 400℃의 증착 온도를 유지하고, 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지함으로써 비정질 탄소층이 증착되었고, 그리고 약 83% 조밀 구역 대 약 96% 개방 구역 스텝 커버리지(등각성 척도)의 등각성들을 달성하는 것이 관찰되었다. 모든 예들은 약 2.1:1의 높이 대 폭 종횡비들을 가지는 피처들 상에서 수행되었다.
[0058] 제 2 예에서, 516 Å/min의 증착률을 산출하기 위해 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 헬륨을 제공하고, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하고, 약 100W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하고, 약 400℃의 증착 온도를 유지하고, 및 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지함으로써 비정질 탄소층은 증착되었으며, 그리고 약 82% 조밀 구역대 약 86% 개방 구역 스텝 커버리지(등각성 척도)의 등각성들을 달성하는 것이 관찰되었다. 제 1 예와 제 2 예는 약 2.1:1의 높이 대 폭 종횡비들을 가지는 피처들 상에서 수행되었다.
[0059] 제 3 예에서, 64 Å/min의 증착률을 산출하기 위해 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하고, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하고, 약 20W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하고, 약 400℃의 증착 온도를 유지하고, 및 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지함으로써 비정질 탄소층은 증착되었으며, 그리고 약 93% 조밀 구역 대 약 97% 개방 구역 스텝 커버리지(등각성 척도)를 달성하는 것이 관찰되었다.
[0060] 제 4 예에서, 약 310mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하고, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하고, 약 1000W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하고, 약 400℃의 증착 온도를 유지하고, 및 약 7 Torr의 챔버 압력을 유지함으로써 비정질 탄소층은 증착되었다.
[0061] 제 5 예에서, 비정질 탄소층은 증착 단계 및 그 뒤를 잇는 헬륨 퍼지 단계의 14회 증착 사이클들에 의해 증착되었다. 증착 단계는, 909 Å/min의 증착률을 산출하기 위해 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하고, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하고, 약 100W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하고, 약 300℃의 증착 온도를 유지하고, 및 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지하며, 그리고 약 84% 조밀 구역 커버리지(등각성 척도)를 달성하는 것이 관찰되었다. 헬륨 퍼지 단계는, C2H2 유동이 없고 그리고 RF 전력 인가가 없다는 것을 제외하고서, 동일한 프로세스 파라미터들 하에서 수행되었다.
[0062] 제 6 예에서, 비정질 탄소층은 증착 단계 및 그 뒤를 잇는 헬륨 퍼지 단계의 14회 증착 사이클들에 의해 증착되었다. 증착 단계는, 909 Å/min의 증착률을 산출하기 위해 약 300mils을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 400sccm (낮은) 유량의 헬륨을 제공하고, 프로세싱 챔버에 약 400sccm 유량의 C2H2를 제공하고, 약 100W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하고, 약 300℃의 증착 온도를 유지하고, 및 약 7 Torr의 챔버 압력을 유지하며, 그리고 67%의 측벽 대 최상단 정합(conformity), 94%의 측벽 대 바닥부 정합 및 72%의 바닥부 대 최상단 정합을 달성하는 것이 관찰되었다. 헬륨 퍼지 단계는, C2H2 유동이 없고 그리고 RF 전력의 인가가 없다는 것을 제외하고서, 동일한 프로세스 파라미터들 하에서 수행되었다.
[0063] 제 7 예에서, 상이한 전력 범위들에서 증착된 비정질 탄소층의 비교가 예시된다. 프로세스들 둘 다에 대해, 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하고, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하고, 약 50W 또는 20W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하고, 약 400℃의 증착 온도를 유지하고, 및 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지함으로써 비정질 탄소 층이 증착된다. 50W 증착 프로세스는 200Å/min의 증착률에서 82%의 측벽 대 최상단 정합을 산출했고, 그리고 20W 증착 프로세스는 64Å/min의 증착률에서 93-97%의 측벽 대 최상단 정합을 산출했다.
[0064] 제 8 예에서, 주기적 증착 대 단일 단계 증착으로 증착된 비정질 탄소층의 비교가 예시된다. 프로세스들 둘 다에 대해, 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하고, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하고, 약 100W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하고, 약 400℃의 증착 온도를 유지하고, 및 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지함으로써 비정질 탄소층이 증착된다. 단일 단계 증착 프로세스는 51%의 측벽 대 최상단 정합, 87%의 측벽 대 바닥부 정합 및 59%의 바닥부 대 최상단 정합을 산출했다. 증착 단계 및 그 뒤를 잇는 헬륨 퍼지 단계의 14회 사이클들을 포함한 주기적 증착 단계는 71%의 측벽 대 최상단 정합, 92%의 측벽 대 바닥부 정합 및 77%의 바닥부 대 최상단 정합을 산출했다. 헬륨 퍼지 단계는, C2H2 가 제공되지 않고 그리고 RF 전력이 인가되지 않고 동일한 조건들 하에서 수행되었다.
[0065] 제 9 예에서, 2개 주기적 프로세스 대 단일 단계 증착으로 증착된 비정질 탄소층의 비교가 예시된다. 프로세스들 둘 다에 대해, 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하고, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하고, 약 50W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하고, 약 400℃의 증착 온도를 유지하고, 및 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지함으로써 비정질 탄소층이 증착된다. 단일 단계 증착 프로세스는 25W RF 전력 인가를 이용했고 그리고 조밀한 구조물들에 대해 56%의 측벽 대 최상단 정합 및 개방 구조물들에 대해 87%의 측벽 대 최상단 정합을 산출했다. 제 1 주기적 프로세스의 제 1 주기적 프로세스들의 시리즈는, 약 20Å에서, 각각 7초 초과하여 위에 설명된 25회 증착 및 헬륨 냉각 사이클을 이용했고, 조밀한 구조물들에 대해 55%의 측벽 대 최상단 정합 및 개방 구조물들에 대해 82%의 측벽 대 최상단 정합을 산출했고; 그리고 제 2 시리즈는 50Å에서, 각각 15초 초과하여 10회 증착 및 헬륨 사이클들을 이용했고, 조밀한 구조물들에 대해 54%의 측벽 대 최상단 정합 및 개방 구조물들에 대해 75%의 측벽 대 최상단 정합을 산출했다. 제 2 프로세스의 제 1 주기적 프로세스들의 시리즈는 약 20Å에서 25회 7초 증착 사이클들을 이용했고, 각각 조밀한 구조물들에 대해 78%의 측벽 대 최상단 정합 및 개방 구조물들에 대해 89%의 측벽 대 최상단 정합을 산출했고; 제 2 시리즈는 50Å에서 10회 15초 증착 사이클들을 이용했고, 각각 조밀한 구조물들에 대해 69%의 측벽 대 최상단 정합 및 개방 구조물들에 대해 89%의 측벽 대 최상단 정합을 산출했고; 그리고 제 3 시리즈는 20Å에서 25회 7초 증착 및 13초 안정화 단계 사이클들을 이용했고, 각각 조밀한 구조물들에 대해 55%의 측벽 대 최상단 정합 및 개방 구조물들에 대해 92%의 측벽 대 최상단 정합을 산출했다.
[0066] 도 4A-도 4I는 물질층을 에칭하기 위해 본 명세서에 설명된 것처럼 비정질 탄소층을 이용하기 위한 프로세스의 개략적 측면도들이다. 물질 스택(400)을 형성하기 시작하기 위해 기판 표면(미도시) 상에 베이스 물질(410)이 증착된다. 베이스 물질은 실리콘 기판 물질, 산화물 물질, 폴리실리콘 물질, 또는 이와 유사한 것을 포함하여 반도체 디바이스들을 형성하는데 이용되는 하나 또는 그 초과의 물질들일 수 있다. 제 1 비정질 탄소층(420)은 베이스 물질(410) 상에 증착되고 그리고 제 1 무반사(anti-reflective) 코팅 물질(430)은 도 4B에 도시된 것처럼 제 1 비정질 탄소층(420) 상에 증착된다. 비정질 탄소층은 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수 가능한 Advanced Patterning Film™ (APF) 물질일 수 있거나, 또는 대안적으로, 본 명세서에 설명된 바와 같이 비정질 탄소 물질일 수 있다. 제 1 무반사 코팅 물질(430)은 리소그래피 패터닝 프로세스 동안 광의 반사를 제어하는데 이용된다. 제 1 무반사 코팅 물질(430)은 실리콘 이산화물, 실리콘 산화질화물, 실리콘 질화물 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 무반사 코팅 물질은 캘리포니아 산타 클라라 소재의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수 가능한 DARC™ 물질층일 수 있다.
[0067] 제 2 비정질 탄소층(440) 및 제 2 무반사 코팅 물질(450)은 도 4C에 도시된 것처럼 제 1 무반사 코팅 물질 상에 순차적으로 증착될 수 있다. 제 2 비정질 탄소층(440) 및 제 2 무반사 코팅 물질(450)은 층(420) 및 제 1 무반사 코팅 물질(430)에 대해 증착된 것과 동일한 물질들일 수 있다. 그런 다음, 레지스트층(460), 예컨대 포토레지스트 물질이 도 4D에 도시된 것처럼 제 2 무반사 코팅 물질(450) 상에 증착된다. 그런 다음, 레지스트층은 도 4E에 도시된 것처럼 패터닝된 레지스트층(461)을 생성하는 리소그래피 프로세스에 의해 패터닝된다. 레지스트층(461) 내에 형성된 제 1 패턴(462)이 제 2 비정질 탄소층(440)에 전사되어, 도 4F에 도시된 것처럼, 제 2 무반사 코팅 물질(450)을 제 1 에칭함으로써 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441)이 형성되고 그리고 그런 다음 하나 또는 그 초과의 에칭 프로세스들에 의해 제 2 비정질 탄소층(440)이 형성된다. 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441)은 기저 물질에 대한 하드마스크로서 작용할 수 있다. 제 2 무반사 코팅 물질(450)은 하나 또는 그 초과의 에칭 프로세스들에 의해 또는 개별 프로세스에 의해 제거될 수 있다.
[0068] 등각성 비정질 탄소층(470)은 도 4G에 도시된 것처럼 제 1 무반사 코팅 물질(430) 및 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441) 상에 증착된다. 등각성 비정질 탄소층은 본 명세서에 설명되는 프로세스들 중 임의의 것에 의해 증착될 수 있다. 등각성 비정질 탄소층(470)은 도 4H에 도시된 것처럼 측벽 비정질 탄소 물질들(471)을 제공하기 위해 이방성 에칭 프로세스에 의해 패터닝된다. 측벽 비정질 탄소 물질들(471)의 존재는, 그렇지 않으면 현재의 포토리소그래피 프로세스들을 통해 보통 달성될 수 있는 것보다, 감소된 임계 치수들 및 피처 크기들, 즉 증가된 패턴 밀도로, 제 2 패턴(472)의 형성을 허용한다. 측벽 비정질 탄소 물질들(471)과 결합하여 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441)은 기저 제 1 무반사 코팅 물질(430) 및 제 1 비정질 탄소층(420)에 대한 하드마스크층으로서 작용할 수 있다.
[0069] 그런 다음, 제 1 무반사 코팅 물질(430)이 에칭되어, 도 4I에 도시된 것처럼 제 2 패턴(472)을 갖는 패터닝된 무반사 코팅층(431)을 형성한다. 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441) 및 측벽 비정질 탄소 물질들(471)은 에칭 프로세스 동안 또는 후속 프로세스에 의해 제거된다. 그런 다음, 제 1 비정질 탄소층(420)이 에칭되어, 기저 베이스 물질(410)로 전사될 제 2 패턴(472)을 가지는 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(421)을 형성한다. 그런 다음, 베이스 물질(410)은 도 4K에 도시된 것처럼 하드마스크층으로서 상기 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(421)을 이용하여 에칭되며, 그리고 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(421)은 제거되어, 도 4L에 도시된 것처럼 제 2 패턴(472)을 가지는 패터닝된 베이스 물질(411)을 기판 표면에 제공한다.
[0070] 대안적 실시예에서, 패터닝된 레지스트 물질은 도 4F-도 4L에 대해 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441) 대신 사용되어, 이로써 도 4C-도 4E의 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(440) 및 제 2 무반사 코팅 물질(450) 및 대응하는 증착 단계들 및 에칭 단계들에 대한 필요가 제거된다.
[0071] 도 5A-도 5H는 스페이스 마스크(space mask) 더블 패터닝 프로세스에서 본 명세서에 설명된 것처럼 비정질 탄소층을 이용하기 위한 프로세스의 개략적 측면도들이다. 물질 스택(500)의 형성을 시작하기 위해 베이스 물질(510)이 기판 표면 상에 증착된다. 베이스 물질은 실리콘 기판 물질, 산화물 물질, 폴리실리콘 물질, 또는 이와 유사한 것을 포함하여 반도체 디바이스들을 형성하는데 이용되는 하나 또는 그 초과의 물질들일 수 있다. 제 1 비정질 탄소층(520)이 베이스 물질(510) 상에 증착되고 그리고 제 1 패턴(532)을 갖는 패터닝된 레지스트층(530)이 도 5A에 도시된 것처럼 제 1 비정질 탄소층(520) 상에 형성된다. 비정질 탄소층은 캘리포니아 산타클라라 소재의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수 가능한 Advanced Patterning Film™ (APF) 물질일 수 있거나, 또는 대안적으로, 본 명세서에 설명되는 비정질 탄소 물질일 수 있다. 레지스트층(530)은 리소그래피 프로세스에 의해 패터닝될 수 있다. 그런 다음, 패터닝된 레지스트층(530)에는 트리밍 프로세스(trimming process)가 실시되어, 이로써, 패터닝된 레지스트 물질들의 폭이 좁아져, 도 5B에 도시된 것처럼 트리밍된 레지스트 물질(531)에 의해 정의되는 제 2 패턴(533)이 형성된다. 그런 다음, 제 1 비정질 탄소층(520)은 에칭되어, 제 2 패턴(533)이 전사되어, 도 5C에 도시된 것처럼 패터닝된 비정질 탄소층(521)이 형성된다.
[0072] 그런 다음, 측벽 스페이서들(540)은 패터닝된 비정질 탄소층(521) 구조물들에 인접하게 형성된다. 스페이서들은 제 1 비정질 탄소층 또는 등각성 비정질 탄소 물질과 상이한 에칭률을 가지는 에칭 가능한 물질을 포함할 수 있다. 적절한 물질들은, 예를 들어 실리콘 이산화물, 실리콘 산화질화물, 실리콘 질화물, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 그런 다음, 도 5E에 도시된 것처럼 등각성 비정질 탄소 물질의 갭 충진층(550)이 측벽 스페이서들(540) 및 패터닝된 비정질 탄소층(521) 구조물들 상에 증착된다. 등각성 비정질 탄소 물질은 본 명세서에 설명되는 프로세스들 중 임의의 것에 의해 증착될 수 있다. 바람직한 등각성 비정질 탄소 물질은 패터닝된 비정질 탄소층(521)과 유사한 에칭 특성들을 가지는 그러한 물질들이다. 그런 다음, 도 5F에 도시된 것처럼 갭 충진층(550)이 에치백되어(etched back), 측벽 스페이서들(540)이 노출된다. 그런 다음, 도 5G에 도시된 것처럼 측벽 스페이서들(540)이 에칭되어, 하드마스크 층(551)을 정의하는 베이스 물질(510)이 노출된다. 그런 다음, 도 5H에 도시된 것처럼 베이스 물질(510)이 패터닝되고 에칭되어, 패터닝된 베이스 물질(511)이 형성될 수 있다.
[0073] 대안적 프로세스에서, 도 5D에 도시된 것처럼 측벽 스페이서들(540)이 패터닝된 비정질 탄소층(521) 구조에 인접하게 형성된 후, 그런 다음, 패터닝된 비정질 탄소층(521)이 기판 표면으로부터 스트립된다. 그런 다음, 도 5E'에 도시된 것처럼 측벽 스페이서들(540)은 패턴을 형성하며, 상기 패턴은, 베이스 물질(510)에 대한 하드마스크로서 이용될 수 있다. 그런 다음, 베이스 물질(510)이 패터닝되고 에칭되어, 패터닝된 베이스 물질(511)이 형성될 수 있다.
[0074] 도 6A-도 6J는, 예를 들어, 100℃ 미만에서 비정질 탄소 증착 프로세스에 의해 물질층을 에칭하기 위해 본 명세서에 설명되는 것처럼 비정질 탄소층을 이용하기 위한 프로세스의 개략적 측면도들이다. 물질 스택(600)을 형성하기를 시작하기 위해 기판 표면(미도시) 상에 베이스 물질(610)이 증착된다. 베이스 물질은 실리콘 기판 물질, 산화물 물질, 폴리실리콘 물질, 또는 이와 유사한 것을 포함하여 반도체 디바이스들을 형성하는데 이용되는 하나 또는 그 초과의 물질들일 수 있다. 도 6B에 도시된 것처럼, 제 1 비정질 탄소층(620)이 베이스 물질(610) 상에 증착되고 그리고 무반사 코팅 물질(630)이 제 1 비정질 탄소층(620) 상에 증착된다. 비정질 탄소층은 캘리포니아 산타클라라 소재의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수 가능한 Advanced Patterning Film™ (APF) 물질일 수 있거나, 또는 대안적으로, 본 명세서에 설명되는 바와 같은 비정질 탄소 물질일 수 있다. 무반사 코팅 물질(630)은 리소그래피 패터닝 프로세스 동안 광의 반사를 제어하는데 이용된다. 무반사 코팅 물질(630)은 실리콘 이산화물, 실리콘 산화질화물, 실리콘 질화물, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 무반사 코팅 물질은 캘리포니아 산타클라라 소재의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수 가능한 DARC™ 물질층일 수 있다.
[0075] 그런 다음, 도 6C에 도시된 것처럼, 포토레지스트 물질과 같은 레지스트층(640)이 무반사 코팅 물질(630) 상에 증착된다. 그런 다음, 도 6D에 도시된 것처럼, 레지스트층이 패터닝된 레지스트층(641)을 형성하는 리소그래피 프로세스에 의해 패터닝된다. 패터닝된 레지스트층(641)은 제 1 에칭 패턴(642)을 형성한다.
[0076] 제 2 비정질 탄소층(650)은 도 6E에 도시된 것처럼 본 명세서에 설명되는 프로세스들 및 등각성들에 의해 상기 패터닝된 레지스트층(641) 상에 등각으로 또는 실질적으로 등각으로 증착된다. 등각성 비정질 탄소층은 본 명세서에 설명되는 프로세스들 중 임의의 것에 의해 증착될 수 있다. 일례로, 제 2 비정질 탄소 물질은 100℃ 미만의 증착 프로세스에 의해 증착된다. 제 2 비정질 탄소층(650)은 에칭되고 그리고 패터닝되어, 도 6F에 도시된 것처럼 제 1 에칭 패턴보다 감소된, 예컨대 보다 좁은 피처 치수들을 가지는 제 2 에칭 패턴(652)이 형성된다. 등각성 제 2 비정질 탄소층(650)은 측벽 비정질 탄소 물질들(651)을 제공하기 위해 이방성 에칭 프로세스에 의해 패터닝된다.
[0077] 측벽 비정질 탄소 물질들(651)의 존재는, 그렇지 않으면 현재의 포토리소그래피 프로세스들을 통해 보통 달성될 수 있는 것보다, 감소된 임계 치수들 및 피처 크기들, 즉 증가된 패턴 밀도를 갖는 제 2 에칭 패턴(652)의 형성을 허용한다. 이러한 프로세스에 의해, 치수들, 예컨대 레지스트층 내에 형성되는 피처들 정의부들의 임계 치수들은 기저 층들 내에 보다 미세한(finer) 피처 패턴을 제공하도록 감소("축소")될 수 있다. 측벽 비정질 탄소 물질들(651)과 결합하여 패터닝된 레지스트층(641)은 기저 무반사 코팅 물질(630) 및 제 1 비정질 탄소층(620)에 대한 하드마스크층으로서 작용할 수 있다.
[0078] 측벽 비정질 탄소 물질들(651) 및 레지스트층(641)으로 형성된 제 2 에칭 패턴(652)이 제 1 비정질 탄소층(620)에 전사되어, 도 6G에 도시된 것처럼 무반사 코팅 물질(630)을 제 1 에칭함으로써 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(621)이 형성되고 그리고 그런 다음 도 6H에 도시된 것처럼 하나 또는 그 초과의 에칭 프로세스들에 의해 제 1 비정질 탄소층(620)이 형성된다. 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(621)은 기저 베이스 물질(610)에 대한 하드마스크로서 작용할 수 있다. 무반사 코팅 물질(631)은 기저 물질을 에칭하기 이전에 개별 프로세스에 의해 또는 하나 또는 그 초과의 에칭 프로세스들에 의해 제거될 수 있다.
[0079] 그런 다음, 제 1 비정질 탄소층(620)이 에칭되어, 도 6H에 도시된 것처럼 기저 베이스 물질(610)로 전사될 제 2 에칭 패턴(652)을 가지는 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(621)이 형성된다. 그런 다음, 베이스 물질(610)은 도 6I에 도시된 것처럼 하드마스크층으로서 상기 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(621)을 사용하여 에칭되고, 그리고 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(621)은 도 6J에 도시된 것처럼 제 2 에칭 패턴(652)을 가지는 패터닝된 베이스 물질(611)을 기판 표면에 제공하도록 제거된다.
[0080] 도 7은 반도체 구조물에서 본 명세서에서 설명되는 비정질 탄소층의 사용의 개략적 측면도이다. 도 7은 반전(inversed)-T 게이트(700)에 대한 희생 측벽 마스크로서 사용하기 위해 본 명세서에 설명되는 프로세스들 중 하나에 의해 증착되는 비정질 탄소층의 사용을 개시한다. 터널 산화물층(720)이 기판(710) 상에 증착된다. 도핑된 폴리실리콘층(730)이 터널 산화물층 상에 증착되고, 그리고 높은 열적 산화물(HTO)층(740)이 도핑된 폴리실리콘층(730) 상에 증착된다. 마스크층(750)이 높은 열적 산화물(HTO)층(740)상에 증착된다. 마스크층(750)은 패터닝되며 그리고 산화물층(740) 도핑된 폴리실리콘층(730)은 에칭되어 피처들(755)이 형성된다. 본 명세서에 설명된 방법들 중 하나에 의해 증착되는 비정질 탄소층(760)은 에칭 기판 표면 위에 증착되어, 형성된 피처들(755)의 측벽 커버리지가 형성된다.
[0081] 전술한 것은 본 발명의 실시예들에 관한 것이었지만, 본 발명의 다른 및 추가의 실시예들이 본 발명의 기본 범위로부터 벗어남 없이 창안될 수 있고, 그리고 본 발명의 범위는 이어지는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (23)

  1. 기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계;
    증착 사이클을 수행하는 단계; 및
    상기 증착 사이클을 2 회 내지 50 회 반복하는 단계를 포함하고,
    상기 증착 사이클을 수행하는 단계는,
    상기 프로세싱 챔버 안에 1:2 보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 유입시키는 단계;
    상기 프로세싱 챔버 안에 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 개시 가스(plasma initiating gas)를 유입시키는 단계 ― 상기 탄화수소 소스가 갖는 체적 유량(volumetric flow rate) 대 상기 플라즈마 개시 가스의 체적 유량의 비는 1:2 또는 그 초과임 ―;
    1 W/cm2 또는 그 미만의 RF 전력 밀도, 2 Torr 또는 그 초과의 압력, 및 300℃ 내지 480℃의 온도에서 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계;
    상기 기판 상에 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계; 및
    상기 등각성 비정질 탄소층을 형성한 후, 상기 프로세싱 챔버를 통해 퍼지 가스를 유동시킴으로써 퍼지 프로세싱 단계를 수행하는 단계 ― 상기 퍼지 프로세싱 단계는 휴지(pause) 단계 시간을 포함하고, 상기 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계는 증착 단계 시간을 포함하고, 상기 휴지 단계 시간 대 상기 증착 단계 시간의 비율은 100:1 내지 1:100 임 ― ; 를 포함하고,
    상기 증착 사이클은 수소 전구체, 상기 플라즈마 개시 가스, 또는 상기 수소 전구체 및 상기 플라즈마 개시 가스 둘 다와 함께 상기 프로세싱 챔버 안에 희석(dilutant) 가스를 유입시키는 단계를 더 포함하는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화수소 소스는 2:3 또는 그 초과의 탄소 대 수소 원자 비를 가지며, 그리고 아세틸렌(acetylene), 비닐아세틸렌(vinylacetylene), 벤젠(benzene), 스틸렌(styrene), 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene), 피리딘(pyridine), 아세토페논(acetophenone), 페놀(phenol), 푸란(furan), C3H2, C5H4, 모노플루오로벤젠(monofluorobenzene), 디플루오로벤젠(difluorobenzene)들, 테트라플루오로벤젠(tetrafluorobenzene)들, 및 헥사플루오로벤젠(hexafluorobenzene)의 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 초과의 화합물들을 포함하는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화수소 소스의 체적 유량 대 상기 플라즈마 개시 가스의 체적 유량의 비는 1:1 내지 1:2인,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 전력 밀도는 0.01W/cm2 내지 1W/cm2로 인가되는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력은 2 Torr 내지 20 Torr인,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 전력은 듀얼-주파수 시스템에 의해 제공되는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  8. 기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계;
    증착 사이클을 수행하는 단계; 및
    상기 증착 사이클을 2 회 내지 50 회 반복하는 단계를 포함하고,
    상기 증착 사이클을 수행하는 단계는,
    상기 프로세싱 챔버 안에 1:2 보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 유입시키는 단계;
    상기 프로세싱 챔버 안에 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 개시 가스(plasma initiating gas)를 유입시키는 단계 ― 상기 탄화수소 소스가 갖는 체적 유량(volumetric flow rate) 대 상기 플라즈마 개시 가스의 체적 유량의 비는 1:2 또는 그 초과임 ―;
    1 W/cm2 또는 그 미만의 RF 전력 밀도, 2 Torr 또는 그 초과의 압력, 및 300℃ 내지 480℃의 온도에서 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계;
    상기 기판 상에 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계; 및
    상기 등각성 비정질 탄소층을 형성한 후, 상기 프로세싱 챔버를 통해 퍼지 가스를 유동시킴으로써 퍼지 프로세싱 단계를 수행하는 단계 ― 상기 퍼지 프로세싱 단계는 휴지(pause) 단계 시간을 포함하고, 상기 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계는 증착 단계 시간을 포함하고, 상기 휴지 단계 시간 대 상기 증착 단계 시간의 비율은 100:1 내지 1:100 임 ― ; 를 포함하고,
    상기 등각성 비정질 탄소층은 30% 내지 100%의 등각성(conformality)을 갖는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  9. 기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계;
    증착 사이클을 수행하는 단계; 및
    상기 증착 사이클을 2 회 내지 50 회 반복하는 단계를 포함하고,
    상기 증착 사이클을 수행하는 단계는,
    상기 프로세싱 챔버 안에 1:2 보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 유입시키는 단계;
    상기 프로세싱 챔버 안에 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 개시 가스(plasma initiating gas)를 유입시키는 단계 ― 상기 탄화수소 소스가 갖는 체적 유량(volumetric flow rate) 대 상기 플라즈마 개시 가스의 체적 유량의 비는 1:2 또는 그 초과임 ―;
    1 W/cm2 또는 그 미만의 RF 전력 밀도, 2 Torr 또는 그 초과의 압력, 및 300℃ 내지 480℃의 온도에서 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계;
    상기 기판 상에 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계; 및
    상기 등각성 비정질 탄소층을 형성한 후, 상기 프로세싱 챔버를 통해 퍼지 가스를 유동시킴으로써 퍼지 프로세싱 단계를 수행하는 단계 ― 상기 퍼지 프로세싱 단계는 휴지(pause) 단계 시간을 포함하고, 상기 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계는 증착 단계 시간을 포함하고, 상기 휴지 단계 시간 대 상기 증착 단계 시간의 비율은 100:1 내지 1:100 임 ― ; 를 포함하고,
    상기 퍼지 가스는 불활성 가스 또는 탄화수소 소스 가스를 포함하는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  10. 기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계;
    증착 사이클을 수행하는 단계; 및
    상기 증착 사이클을 2 회 내지 50 회 반복하는 단계를 포함하고,
    상기 증착 사이클을 수행하는 단계는,
    상기 프로세싱 챔버 안에 1:2 보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 유입시키는 단계;
    상기 프로세싱 챔버 안에 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 개시 가스를 유입시키는 단계 ― 상기 탄화수소 소스가 갖는 체적 유량 대 상기 플라즈마 개시 가스의 체적 유량의 비는 1:2 또는 그 초과임 ―;
    1 W/cm2 또는 그 미만의 RF 전력 밀도, 2 Torr 또는 그 초과의 압력, 및 300℃ 내지 480℃의 온도에서 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계;
    상기 기판 상에 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계; 및
    상기 등각성 비정질 탄소층을 형성한 후, 상기 프로세싱 챔버를 통해 퍼지 가스를 유동시킴으로써 퍼지 프로세싱 단계를 수행하는 단계 ― 상기 퍼지 가스는 플라즈마로 여기(excited)됨 ― ; 를 포함하는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    각각의 증착 사이클은 상기 등각성 비정질 탄소층의 두께의 2% 내지 50%를 증착하는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  12. 기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버 내에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 프로세싱 챔버 안에 1:2 보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 유입시키는 단계;
    헬륨으로 구성된 플라즈마 개시 가스를 상기 프로세싱 챔버 안에 유입시키는 단계 ― 상기 탄화수소 소스가 갖는 체적 유량 대 상기 플라즈마 개시 가스의 체적 유량의 비는 1:2 또는 그 초과이며, 상기 탄화수소 소스 및 상기 플라즈마 개시 가스는 기판 표면으로부터 400 mils 내지 600 mils의 위치에 있는 가스 분배기에 의해 상기 프로세싱 챔버 안에 유입됨 ―;
    1 W/cm2 또는 그 미만의 RF 전력 밀도, 9 Torr의 압력 및 75℃의 온도에서 상기 프로세싱 챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 기판 상에 등각성 비정질 탄소층을 형성하는 단계를 포함하는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 등각성 비정질 탄소층은 72 %의 등각성을 갖는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 등각성 비정질 탄소층은 기판 표면의 1600 nm2 당 9 개의 피처 정의부들(feature definitions)에 걸쳐 형성되는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 분배기는 상기 기판 표면으로부터 500 mils의 위치에 있는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 등각성 비정질 탄소층은 90 % 또는 그 초과의 등각성을 갖는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 등각성 비정질 탄소층은 기판 표면의 1600 nm2 당 4 내지 20 개의 피처 정의부들에 걸쳐 형성되는,
    기판 상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
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  20. 삭제
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  22. 삭제
  23. 삭제
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