KR20110074904A - 플라즈마-강화 화학적 기상 증착(ｐｅｃｖｄ)에 의해 컨포멀한 비정질 탄소막을 증착하기 위한 방법 - Google Patents

플라즈마-강화 화학적 기상 증착(ｐｅｃｖｄ)에 의해 컨포멀한 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; 기판 프로세싱 챔버에 1:2 보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 주입하는 단계; 프로세싱 챔버에 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택되는 플라즈마 개시 가스(plasma initiating gas)를 주입하는 단계 ―상기 탄화수소 소스는 1:2 이상의 체적 유량(volumetric flow rate) 대 플라즈마 개시 가스 체적 유량 비를 가짐―; 및 1 W/cm2 이하의 RF 전력, 2 Torr 이상의 압력, 및 약 300℃ 내지 약 480℃의 온도에서 프로세싱 챔버에 플라즈마를 생성하는 단계; 및 기판상에 컨포멀한 비정질 탄소층을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

플라즈마-강화 화학적 기상 증착(ＰＥＣＶＤ)에 의해 컨포멀한 비정질 탄소막을 증착하기 위한 방법{METHOD FOR DEPOSITING CONFORMAL AMORPHOUS CARBON FILM BY PLASMA-ENHANCED CHEMICAL VAPOR DEPOSITION (PECVD)}
[0001] 본 발명의 실시예들은 전반적으로 집적회로들의 제조에 관한 것으로 특히 반도체 기판상에 비정질 탄소층의 증착에 관한 것이다.
[0002] 집적 회로들은 단일 칩 상에 백만 개에 이르는 트랜지스터들, 캐패시터들 및 레지스터들을 포함할 수 있는 복합 디바이스들로 발전되었다. 칩 설계의 발전은 지속적으로 보다 빠른 회로 및 보다 큰 회로 밀도를 요구한다. 보다 큰 회로 밀도들을 갖는 보다 빠른 회로들에 대한 요구조건은 이러한 집적 회로들을 제조하는데 이용되는 물질들에 대해 이에 대응하는 요구조건들을 부과한다. 특히, 집적 회로 콤포넌트들의 치수들이 서브미크론 치수들로 축소됨에 따라, 디바이스의 전기적 성능을 개선하기 위해 구리와 같은 낮은 저항률의 도전성 물질들 뿐만 아니라, 낮은-k 유전체 물질들로도 불리는 낮은 유전상수 절연 물질들을 사용하는 것이 필요해졌다. 낮은-k 유전체 물질들은 일반적으로 3.8 미만의 유전 상수를 갖는다.
[0003] 표면 결함들 또는 피처 변형(deformation)이 없는 또는 거의 없는 낮은-k 유전체 물질들을 갖는 디바이스들의 제조에는 문제가 있다. 3.0 미만의 유전 상수를 가지는 낮은-k 유전체 물질들은 흔히 다공성이며 순차적 프로세스 단계들 동안 긁히거나 손상되기 쉬워, 기판 표면상에 결함들이 형성될 가능성이 증가한다. 이러한 낮은-k 유전체 물질들은 흔히 깨지기 쉬고(brittle) 통상의 연마 프로세스들, 이를 테면 화학적 기계적 연마(CMP) 상태에서 변형될 수 있다. 낮은-k 유전체 물질들의 변형 및 표면 결함들을 제한 또는 감소시키는 한 가지 방안은 패터닝 및 에칭 이전에 노출된 낮은-k 유전체 물질들 위로 하드마스크를 증착하는 것이다. 하드마스크는 약한(delicate) 낮은-k 유전체 물질들의 손상 및 변형을 방지한다. 또한, 하드마스크 층은 에칭 동안 낮은-k 유전체 물질의 제거를 방지하기 위해 통상의 리소그래피 기술들과 함께 에칭 마스크로서 작용할 수 있다.
[0004] 부가적으로, 하드마스크들은 프론트-엔드(front-end) 및 백-엔드(back-end) 프로세스들 모두에 대한 집적 회로 제조 프로세스들에서 거의 모든 단계 동안 이용된다. 디바이스 크기들이 축소되고 패턴 구조가 보다 복잡해지고 제조가 어려워짐에 따라, 이용가능한 포토레지스트들이 에칭 저항 요구조건들을 충족시키는 것을 실패하게 되고 포토레지스트들이 리소그래피 및 에칭 프로세스에서 에칭 마스크 보다는 단순히 이미지 전사를 위해 이용됨에 따라 에칭 마스크가 점점 중요시되고 있다. 대신, 이미지 패턴을 수신하는 하드마스크들은 하부에 놓인 층들에서 패턴들의 효율적 에칭을 위한 주요 물질이 되고 있다.
[0005] 비정질 수소화 탄소(amorphous hydrogenated carbon)는 금속들, 비정질 실리콘, 및 유전체 물질들, 이를 테면 특히 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물 물질들에 대한 하드마스크로서 이용될 수 있는 물질이다. 비정질 수소화 탄소는 비정질 탄소로도 불리며 a-C:H 또는 α-C:H 로 표시될 수 있으며, 장거리 결정 질서(long-range crystalline order)가 아니며 상당한(substantial) 수소 함량, 예를 들어 약 10 내지 45 원자% 정도의 수소를 함유할 수 있는 탄소 물질이 고려된다. 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 조정력으로 인해 광범위하게 사용된다. 통상적인 PECVD 프로세스에서, 탄화수소 소스, 이를 테면 캐리어 가스에 수반되었던 가스-상 탄화수소 또는 액체-상 탄화수소가 PECVD 챔버에 주입된다. 다음, 플라즈마는 여기된 CH- 라디칼들을 생성하기 위해 플라즈마가 챔버에서 개시된다. 여기된 CH- 라디칼들은 챔버에 위치되는 기판의 표면에 화학적으로 경계설정되어(bound), 그 위에 원하는 a-C:H 막을 형성한다.
[0006] 하드마스크층이 기하학구조의(topographic) 피처들을 가지는 기판 상에 증착되는 애플리케이션들에 대해, 하드마스크층은 상기 기하학구조의 피처들의 전체 표면들에 컨포멀하게 커버될 것이 요구된다. 부가적으로, 피처 크기들이 감소됨에 따라, 포토레지스트 물질들은 광 파장들 및 패턴 크기들의 제한으로 인해 정확한 패턴들의 전사를 방해한다. 이처럼, 이러한 문제점들을 해결하기 위해 새로운 프로세스들 및 물질이 필요하게 되었으며, 하드마스크는 차세대 디바이스들에 대한 임계 치수의 효율적 전사에 있어 중요해지고 있다.
[0007] 하드마스크 층 증착 컨포몰리티(conformality)는 하부 토폴로지(underlying topography), 예를 들어 패터닝 프로세스를 정렬하는데 이용되는 정렬 키를 갖는 기판상에서는 달성하기 어렵다. 도 1은 그 상부에 피처(111) 및 논-컨포멀(non-conformal) 비정질 탄소층(112)이 형성된 기판(100)의 개략적 단면도를 도시한다. 논-컨포멀 비정질 탄소층(112)은 피처(111)의 측벽들(114)을 완전히 덮지 못하기 때문에, 차후 에칭 프로세스들은 측벽들(114)의 원치않는 부식을 야기시킬 수 있다. 논-컨포멀 비정질 탄소층(112)에 의한 측벽들의 완벽한 커버리지의 결핍은 논-컨포멀 탄소층(112) 아래 재료의 포토레지스트 중독(poisoning)을 유도할 수 있으며, 이는 전자 디바이스들을 손상시키는 것으로 알려져 있다.
[0008] 따라서, 기하학구조의 피처들을 가지는 기판상에 컨포멀하게 증착될 수 있는 집적회로 제조에 유용한 재료층을 증착하는 방법이 요구된다.
[0009] 본 발명의 실시예들은 이를 테면 기판상에 비정질 탄소층을 증착함으로써, 기판을 프로세싱하는 방법을 제공한다. 제 1 실시예에 따라, 상기 방법은 기판 프로세싱 챔버에 기판을 위치시키는 단계, 프로세싱 챔버에 1:2보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 주입하는 단계, 프로세싱 챔버에 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들을 포함하는 그룹에서 선택된 플라즈마 개시 가스를 주입하는 단계 ―상기 탄화수소 소스는 1:2 이상의 체적 유량(volumetric flow rate) 대 플라즈마 개시 가스 체적 유량 비를 가짐―, 1
Figure pct00001
이하의 RF 전력, 2 Torr 이상의 압력, 및 약 300℃ 내지 약 480℃의 온도에서 프로세싱 챔버내에 플라즈마를 생성하는 단계, 및 기판상에 컨포멀한 비정질 탄소층을 형성하는 단계를 포함한다.
[0010] 또 다른 실시예에서, 기판의 표면상에 컨포멀한 비정질 탄소 물질을 형성하는 단계 및 프로세싱 챔버를 통해 정화 가스를 흘려보내는 단계를 포함하는 증착 사이클을 수행하는 단계, 및 상기 사이클을 2 내지 50회 반복하는 단계를 포함하는 기판을 프로세싱하는 방법이 제공된다.
[0011] 또 다른 실시예에서, 기판 프로세싱 챔버에 기판을 위치시키는 단계, 프로세싱 챔버에 1:2 보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 유입하는 단계, 프로세싱 챔버에 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택된 플라즈마 개시 가스를 유입하는 단계 ―상기 탄화수소 소스는 1:2 이상의 체적 유량(volumetric flow rate) 대 플라즈마 개시 가스 체적 유량 비를 가지며, 상기 탄화수소 소스 및 플라즈마 개시 가스는 기판 표면으로부터 400 mils 내지 600 mils의 가스 분배기 위치에 의해 프로세싱 챔버로 유입됨―,
Figure pct00002
이하의 RF 전력 및 0℃ 내지 약 100℃의 온도에서 프로세싱 챔버내에 플라즈마를 생성하는 단계, 및 기판상에 컨포멀한 비정질 탄소층을 형성하는 단계를 포함하는 기판을 프로세싱하는 방법이 제공된다.
[0012] 앞서 언급된 본 발명의 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략하게 요약된 본 발명의 보다 상세한 설명은 실시예들을 참조로 이루어질 수 있으며, 실시예들 중 일부가 첨부되는 도면에 예시된다. 그러나, 첨부되는 도면들은 단지 본 발명의 전형적인 실시예들만을 예시하는 것이며 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 고려되지 않으며, 본 발명은 등가적인 다른 유효 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 주목된다.
[0013] 도 1(종래 기술)은 그 상부에 피처 및 논-컨포멀 비정질 탄소층이 형성된 기판의 개략적 단면도이다.
[0014] 도 2는 그 상부에 피처 및 논-컨포멀 비정질 탄소층이 형성된 기판의 개략적 단면도이다.
[0015] 도 3은 본 발명의 실시예들에 따라 비정질 탄소층 증착을 수행하는데 이용될 수 있는 기판 프로세싱 시스템의 개략도이다.
[0016] 도 4A-4L은 물질층을 에칭하기 위해 본 명세서에 개시된 것처럼 비정질 탄소층을 이용하는 프로세스에 대한 일 실시예의 개략적 측면도들이다.
[0017] 도 5A-5H 및 5E'는 스페이스 마스크 더블 패터닝 프로세스에서 본 명세서에 개시된 것처럼 비정질 탄소층을 이용하는 프로세스의 일 실시예에 대한 개략적 측면도들이다.
[0018] 도 6A-6J는 물질층을 에칭하기 위해 본 명세서에 개시된 것처럼 비정질 탄소층을 이용하는 프로세스에 대한 또 다른 실시예의 개략적 측면도들이다.
[0019] 도 7은 반도체 구조물에서 그 내부에 배치된 비정질 탄소층의 사용에 대한 개략적 측면도이다.
[0020] 이해를 돕기 위해, 도면들에 공통되는 동일한 부재들을 표시하는데 가능한 동일한 참조 부호들이 사용되었다. 일 실시예의 부재들 및/또는 프로세스 단계들은 추가 언급 없이도 다른 실시예들에 바람직하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
[0021] 본 명세서에 개시된 실시예들은 전반적으로 화학적 기상 증착 시스템에서 개선된 컨포몰리티(conformality)를 가지는 비정질 탄소 물질들(a-C:H)을 증착하기 위한 방법들을 제공한다. 층의 컨포몰리티는 통상적으로 피처의 측벽들상에 증착된 층의 평균 두께 대 기판의 필드 또는 상부 표면상에 증착된 동일한 층의 평균 두께의 비(퍼센테이지로 표시될 수 있음)로 수량화된다. 본 명세서에 개시된 방법들에 의해 증착되는 층들은 약 30% 보다 큰, 이를 테면 70% 이상, 약 7:10 이상, 이를 테면 약 80% 이상, 약 4:5 이상 내지 약 100%, 약 1:1의 컨포몰리티를 갖는 것으로 관찰된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것과 같은 종래 기술의 논-컨포멀 비정질 탄소층(112)은 측벽들(114) 상의 층 증착 결핍으로 인해 0% 컨포몰리티를 갖는 것으로 간주된다.
[0022] 특히, a-C:H 층의 개선된 컨포멀한 증착을 위한 방법들이 제공된다. 컨포멀한 증착은 헬륨, 수소, 질소, 아르곤, 또는 이들의 조합들의 그룹에서 선택되는 플라즈마-개시 가스와 함께, 전구체 대 플라즈마-개시(plasma-initiating) 가스 유량들 증가, 증착 압력들 증가, 낮은 RF 전력 인가에서, 1:2 이상의 탄소 대 수소 비들, 이를 테면 2:3 이상의 탄소 대 수소 비를 가지는 전구체들을 이용함으로써, 다수의 층들에 비정질 탄소를 증착함으로써, 그리고 이들의 조합들을 이용함으로써 개선될 수 있으며, 플라즈마 환경은 감소된 증착률들을 갖는다. 본 명세서의 증착 프로세스들은 적절한 프로세싱 시스템에서 수행될 수 있다.
[0023] 도 3은 기판 프로세싱 시스템인 시스템(300)의 개략도로, 본 발명의 실시예들에 따라 비정질 탄소층을 증착하는데 이용될 수 있다. 적절한 시스템들의 예들은
Figure pct00003
프로세싱 챔버,
Figure pct00004
시스템들,
Figure pct00005
시스템들, 이를 테면,
Figure pct00006
Figure pct00007
프로세싱 챔버 및
Figure pct00008
프로세싱 챔버를 이용할 수 있으며, 이들 모두는 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 이용가능하다.
[0024] 시스템(300)은 프로세스 챔버(325), 가스 패널(330), 제어 유니트(310), 및 전원장치들 및 진공 펌프들과 같은 다른 하드웨어 콤포넌트들을 포함한다. 본 발명에 사용되는 시스템의 일 실시예에 대한 상세사항들은 본 명세서에 참조로 통합되는, 공동으로 양도된 2002년 4월 2일자로 발행된 "High Temperature Chemical Vapor Deposition Chamber"란 명칭의 미국 특허 제6,364,954호에 개시된다.
[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 전원장치(306)로부터 히터 부재(370)로 전류를 인가함으로써 저항식으로(resistively) 가열될 수 있다. 결국, 반도체 기판(390)은 기판 지지 페디스털(350)에 의해 가열된다. 또한, 기판 지지 페디스털(350)의 온도를 모니터링하기 위해, 서모커플(thermocouple)과 같은 온도 센서(372)가 기판 지지 페디스털(350)에 내장된다. 측정된 온도는 히터 부재(370)에 대한 전원장치(306)를 제어하기 위해 피드백 루프에 이용된다. 기판 온도는 특정 프로세스 애플리케이션에 대해 선택되는 온도로 유지 또는 제어될 수 있다.
[0026] 진공 펌프(302)는 프로세스 챔버(325)를 배기시키고 적절한 가스 흐름들 및 프로세스 챔버(325) 내부의 압력을 유지하는데 이용된다. 프로세스 챔버(325)로 프로세스 가스들을 유입하는 샤워헤드(320)는 기판 지지 페디스털(350) 위에 위치되며 프로세스 챔버(325)에 프로세스 가스들의 균일한 분포를 제공하도록 적응된다. 샤워헤드(320)는 가스 패널(330)에 접속되며 프로세스 시퀀스의 상이한 단계들에서 사용되는 다양한 프로세스 가스들을 제어 및 공급한다. 프로세스 가스들은 탄화수소 소스 및 플라즈마-개시 가스를 포함할 수 있으며 예시적인 아르곤-희석 증착 프로세스의 설명과 관련하여 하기에 보다 상세하게 개시된다.
[0027] 또한 가스 패널(330)은 다양한 기화된 액체 전구체들을 제어 및 공급하는데 이용될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 액체 전구체 공급원으로부터의 액체 전구체들은 예를 들어, 액체 분사 기화기(liquid injection vaporizer)에 의해 기화되고 캐리어 가스의 존재하에 프로세스 챔버(325)로 전달될 수 있다. 캐리어 가스는 통상적으로 질소와 같은 불활성 가스, 또는 아르곤 또는 헬륨과 같은 귀가스(noble gas)이다. 대안적으로, 액체 전구체는 열적 및/또는 진공 강화 기상 프로세스에 의해 앰플(ampoule)로부터 기화될 수 있다.
[0028] 샤워헤드(320) 및 기판 지지 페디스털(350)은 쌍의 이격된 전극들을 형성할 수 있다. 이러한 전극들 사이에 전기장이 생성될 때, 챔버(325)로 유입되는 프로세스 가스들은 플라즈마(392)로 점화된다. 통상적으로, 매칭 네트워크(미도시)를 통해 기판 지지 페디스털(350)을 싱글-주파수 또는 듀얼 주파수 무선 주파수(RF) 전력(미도시)에 연결함으로써 전기장이 생성된다. 대안적으로, RF 전력 소스 및 매칭 네트워크는 샤워헤드(320)에 결합되거나, 또는 샤워헤드(320)와 기판 지지 페데스털(350) 모두에 결합될 수 있다.
[0029] PECVD 기술들은 기판 표면 부근의 반응 구역으로의 전기장 인가에 의해 반응성 가스들의 여기 및/또는 분해를 조장(promote)하여 반응성 종들의 플라즈마를 생성한다. 플라즈마에서 종들의 반응성은 이루어지는 화학적 반응에 대해 요구되는 에너지를 감소시켜 실제로 이러한 PECVD 프로세스들에 대해 요구되는 온도를 낮춘다.
[0030] 가스 패널(330)을 흐르는 가스 및 액체 흐름들의 적절한 제어 및 조절은 질량 흐름 제어기들(미도시) 및 컴퓨터와 같은 제어 유니트(310)에 의해 수행된다. 샤워헤드(320)는 가스 패널(330)로부터의 프로세스 가스들이 프로세스 챔버(325)에 균일하게 분산 및 유입되게 한다. 예시적으로, 제어 유니트(310)는 중앙 프로세스 유니트(CPU)(312), 지원 회로(314), 및 메모리들을 포함하는 연관된 제어 소프트웨어(316)를 포함한다. 이러한 제어 유니트(310)는 기판 프로세싱, 이를 테면 기판 전달, 가스 흐름 제어, 액체 흐름 제어, 온도 제어, 챔버 배기 등을 위해 요구되는 다수의 단계들의 자동 제어에 응답할 수 있다. 프로세스 가스 혼합물이 샤워헤드(320)를 벗어날 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] a-C:H 층의 개선된 컨포멀한 증착을 위해 발명의 양상들이 제공된다. 개선된 컨포멀한 증착은 1:2 이상의 탄소 대 수소 비들, 이를 테면 2:3 이상의 탄소 대 수소 비를 가지는 전구체들을 사용하는 프로세스에 의해 달성될 수 있고, 헬륨, 수소, 질소, 아르곤, 또는 이들의 조합들의 그룹에서 선택되는 플라즈마-개시 가스로 달성될 수 있고, 전구체 대 플라즈마-개시 가스 유량들의 증가로 달성될 수 있고, 증착 압력들의 증가로 달성될 수 있고, 증착 온도들의 증가로 달성될 수 있고, 낮은 RF 전력 인가로 달성될 수 있고, 감소된 증착률들을 가지는 플라즈마 환경들로 달성될 수 있고, 가스 분배기와 기판 표면 간의 간격 증가로 달성될 수 있고, 다수의 층들에 비정질 탄소를 증착함으로써 달성될 수 있고, 그리고 이들의 조합들을 통해 달성될 수 있다. 본 명세서에 개시되는 프로세스들은 감소된 증착률 및/또는 보다 등방성인 증착 프로세스를 위해 제공되어, 보다 컨포멀한 증착 프로세스를 제공하는 것으로 여겨진다.
[0032] 증착 프로세스의 일 양상에서, a-C:H 층은 탄화수소 소스 및 플라즈마-개시 가스를 프로세싱 챔버, 도 3과 관련하여 앞서 개시된 프로세스 챔버(325)로 유입하는 단계를 포함하는 프로세스에 의해 형성된다. 탄화수소 소스는 하나 이상의 탄화수소 화합물들, 및 선택적으로 아르곤과 같은 캐리어 가스의 혼합물이다.
[0033] 하나 이상의 탄화수소 화합물들은 1:2 이상, 예를 들어 1:2 보다 큰 의 탄소 원자 대 수소 원자 비를 가지는 화합물들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2:3 이상, 이를 테면 2:3 내지 2:1, 예를 들어 약 2:3 내지 약 3:2의 탄소 대 수소(또는 수소에 대해 불소와 같은 대체 그룹) 비가 개선된 컨포미티(conformity)를 갖는 비정질 탄소막들을 생성하는 것으로 관찰되었다. 개시된 탄소 대 수소 원자 비를 갖는 이러한 탄화수소 화합물들은 보다 등방성인 증착 프로세스를 유도하는 것으로 여겨진다.
[0034] 또한, 부분적으로 또는 완전히 도핑된 탄화수소 화합물들의 유도체들일 수 있는 탄화수소 화합물들이 본 발명의 방법에 바람직할 수 있다. 유도체들은 탄화수소 화합물들의 질소-, 불소-, 산소-, 히드록실기, 및 붕소-함유 유도체들을 포함한다.
[0035] 일반적으로, 탄화수소 소스에 포함될 수 있는 탄화수소 화합물들 또는 이들의 유도체들은 식
Figure pct00009
로 표시될 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 이상이며, 예를 들어 1:2보다 크다. 예를 들어, A 대 B+C의 비는 2:3 이상, 이를 테면 2:3 내지 2:1일 수 있으며, 추가 실시예에서는 2:3 내지 3:2일 수 있다. 일 실시예에서, C=O이고, 탄화수소 소스는 식
Figure pct00010
를 가지며, 2/3 =< x/y =< 3/2이고, x/y는 각각의 원자들의 수이다. 대안적으로, 산소 및/또는 질소 치환 화합물들에 대해, 탄화수소 소스는 식
Figure pct00011
으로 표시될 수 있으며, 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, A 대 B+C+D+E의 비는 1:2 이상, 예를 들어 1:2 보다 크다. 예를 들어, A 대 B+C+D+E는 2:3 이상, 이를 테면 2:3 내지 2:1일 수 있으며, 추가 예에서는 2:3내지 3:2일 수 있다.
[0036] 적절한 탄화수소 화합물들은 하기의 화합물들, 예를 들어 알킨들, 이를 테면 아세틸렌(C2H2), 비닐아세틸렌 및 이들의 유도체들, 방향성 탄화수소들, 이를 테면, 벤젠, 스틸렌, 톨루엔, 크실렌, 피리딘, 에틸벤젠, 아세토페논, 메틸 벤조에이트, 페닐 아세테이트, 페놀, 크레솔(cresol), 퓨란 및 이와 유사한 것, 알파-터피넨(alpha-terpinene), 시멘(cymene), 1,1,3,3,-테트라메틸부틸벤젠(tetramethylbutylbenzene), t-부틸에테르(butylether), t-부틸에틸렌(butylethylene), 메틸-메타크릴레이트(methyl-methacrylate), 및 t-부틸퍼퍼릴에테르(butylfurfurylether) 중 하나 이상을 포함하며, 화합물들은 식
Figure pct00012
및
Figure pct00013
를 가지며, 할로겐화 방향성 화합물들은 모노플루오로벤젠(monofluorobenzene), 디플루오로벤젠들, 테트라플루오로벤젠들, 헥사플루오로벤젠 및 이와 유사한 것을 포함한다. 추가의 적절한 탄화수소들은 알켄들, 이를 테면 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜텐(pentene) 및 이와 유사한 것, 디엔들(dienes) 이를 테면, 부타디엔, 이소프렌, 펜타디엔, 헥사디엔 및 이와 유사한 것을 포함하고, 수소화된 알렌들은 모노플루오로에틸렌, 디플루오로에틸렌들, 트리플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌, 모노클로로에틸렌, 디클로로에틸렌들, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 및 이와 유사한 것을 포함한다. 1:2 보다 큰 탄소 원자 대 수소 원자 비를 가지는 전구체에 대한 예로는
Figure pct00014
가 있으며, 이는 디아세틸일 수 있다.
[0037] 부가적으로, 본 발명은 3:1 이상, 이를 테면 5:1, 예를 들어 10:1 이상의 탄소 원자 대 수소 원자 비를 가지는 전구체들의 사용을 고려한다.
[0038] 탄소 대 수소 비가 증가함에 따라, 증착 동안 탄소 원자들은 이웃하는 탄소 원자들과 결합하게 되어, 복잡한 3차원의 쇼트-오더(short-order) 구조들의 웨브(web)를 형성함으로써 증착된 막의 컨포몰리티가 개선되는 것으로 여겨진다.
[0039] a-C:H 증착 프로세스는 탄화수소 화합물 및 플라즈마가 증착을 시작하도록 개시됨과 동시에 및/또는 그 이전에 챔버로 주입되는 플라즈마-개시 가스의 사용을 포함한다. 플라즈마-개시 가스는 제한되는 것은 아니지만, 헬륨 가스, 수소 가스, 질소 가스, 아르곤 가스 및 이들의 조합들을 포함하는 높은 이온화 전위 가스(potential gas)일 수 있으며, 이들 중 헬륨이 선호된다. 플라즈마-개시 가스는 화학적으로 불활성인 가스일 수 있으며 이를 테면 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 챔버에 유입될 수 있고, 이는 안정한 플라즈마가 형성되게 하고 아킹 가능성들을 감소시킨다. 높은 이온화 전위를 갖는 플라즈마-개시 가스의 사용은 증착 동안 막에 대해 덜 비등방성인 에칭을 제공하여, 비정질 탄소막 증착시 컨포몰리티를 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 증착에 대해 약 1:100 이상, 예를 들어 약 1:100 내지 100:1, 이를 테면 약 1:10 내지 약 10:1의 탄화수소 화합물 대 플라즈마-개시 가스 흐름비로 유입될 수 있다. 일 실시예에서, 약 1:5 이상, 이를 테면 약 1:5 내지 약 2:1, 예를 들어 약 1:2 내지 약 1:1일 수 있는 탄화수소 화합물 대 플라즈마-개시 가스 흐름비가 비정질 탄소 증착에 이용될 수 있다. 탄화수소 화합물 대 플라즈마-개시 가스 흐름비 증가는 낮은 비들에 비해 개선된 컨포몰리티를 제공하는 것으로 관찰되었다.
[0041] 챔버 압력을 약 2 Torr 이상, 이를 테면 약 2 Torr 내지 약 20 Torr, 그리고 일 실시예에서는 약 7 Torr 이상, 예를 들어 약 7 Torr 내지 약 9 Torr로 유지함으로써 프로세싱 가스로부터 a-C:H 층이 증착될 수 있다. 컨포몰리티는 압력 증가에 따라 증가하는 것이 관찰되었으며 이는 기판에 도달하기 이전에 이온들이 많은 산란들을 겪어 이로써 많은 산란을 경험하는 라디칼들 및 에칭에 대한 일부 능력이 손실되며, 이온들이 보다 등각성이며 컨포멀한 막 성장을 위해 보다 랜덤하고 등각성인 각도로 기판 표면에 도달하는 것으로 여겨진다.
[0042] a-C:H 층은 약 0℃ 내지 약 800℃의 기판 온도, 이를 테면 약 0℃ 내지 약 100℃의 온도 또는 약 300℃ 내지 약 480℃의 온도, 예를 들어 약 400℃ 내지 약 450℃의 온도를 유지하는 챔버에서 탄화수소 소스로부터 증착될 수 있다. 증가하는 온도들에서 비정질 탄소막을 증착하는 것은 증착률을 감소시키며 따라서 컨포몰리티를 개선하는 것으로 관찰되었다. 또한, 증가하는 온도에서, 흡착되는 탄소 전구체의 확산성 또는 이동성이 증가하여, 보다 등방성인 증착 및 개선된 컨포몰리티가 유도된다.
[0043] 부가적으로, a-C:H 층은 층이 약 100℃ 미만의 기판 온도를 유지하는 챔버에서 탄화수소 소스로부터 증착될 때 보다 컨포멀한 방식으로 증착될 수도 있다. 예를 들어, a-C:H 층은 기판 표면으로부터 310 mils 만큼 이격된 샤워헤드를 통해 75℃ 및 9 Torr의 압력에서 유지되는 프로세싱 챔버에 3800 sccm의 C2H2 및 6000 sccm의 헬륨을 제공하고, 300 watts의 고주파수 전력의 인가에 의해 플라즈마를 생성함으로써 증착된다. 분석되는 증착된 층은 77.8%의 컨포몰리티(컨포몰리티의 치수(measure)는 피처의 측벽들상에 증착된 비정질 탄소층의 평균 두께(S) 대 기판의 상부 표면상의 비정질 탄소층의 평균 두께(T)의 비로써 정의됨)를 나타낸다. 유사하게, 기판의 상부 표면상의 비정질 탄소층의 두께(T)와 비교할 때 피처의 바닥부 상의 비정질 탄소층의 두께에 대한 비는 72.2%임이 관찰되었다.
[0044] 또한, 놀랍고 예상치 못하게도, 감소된 헬륨 유량, 예를 들어 약 3000 sccm 헬륨에서 100℃ 미만의 온도에서의 증착은 기판의 상부 표면상의 비정질 탄소층의 두께(T)와 비교할 때 피처의 바닥부상의 비정질 탄소층의 두께의 비는 조밀한 피처 한정부들, 즉 1600nm2 당 약 9 피처들에 비해 72.2%로서, 피처 한정부(definition)의 바닥부상의 증착 두께에 상당한 개선을 산출하는 것이 밝혀졌다.
[0045] 또한, 층이 증착될 때 샤워헤드와 기판 표면 간의 간격 증가, 이를 테면 400 mils 내지 600 mils 간격, 예를 들어, 약 500 mils 간격으로 증착된 비정질 탄소층의 컨포몰리티가 개선된다는 것이 관찰되었다. 예를 들어, 제 2 비정질 탄소층은 310 mils과 비교할 때 샤워헤드 간격이 500 mils인 것을 제외하고, 낮은 온도 증착과 관련하여 이전의 문단과 동일한 조건하에서 증착되었다. 분석되는 증착된 제 2층은 90.9% 내지 91.7%의 컨포몰리티(컨포몰리티 치수는 피처의 측벽들상에 증착된 비정질 탄소층의 평균 두께(S) 대 기판의 상부 표면상의 비정질 탄소층의 평균 두께(T)의 비로 정의됨)를 나타냈다. 유사하게, 기판의 상부 표면상의 비정질 탄소층의 두께(T)와 비교할 때 피처의 바닥부 상의 비정질 탄소층의 두께의 비는 상이한 밀도들, 이를 테면, 조밀한 피처 한정부들, 즉 약 4 내지 20 피처들, 예를 들어 덜 조밀한 한정부들, 즉 4 미만의 피처 한정부들, 이를 테면 1600 nm2 당 1 피처 한정부와 비교할 때 1600 nm2 당 9 피처 한정부들을 갖는 피처 패턴들에 대해 90.9% 내지 91.7%임이 관찰되었다.
[0046] 또한, 500 mil 간격 탄소층은 310 mil 간격의 300 Å/min의 프로세스 증착률에 비교할 때 약 138 Å/min의 증착률을 갖는 것으로 관찰되었다.
[0047] 탄화수소 소스 및 플라즈마-개시 가스가 챔버로 주입되며 증착이 시작되도록 플라즈마가 개시된다. 플라즈마를 생성하는데 듀얼-주파수 RF 시스템이 이용될 수 있다. 듀얼 주파수 RF 전력 인가는 플럭스 및 이온 에너지의 독립적 제어를 제공하는 것으로 여겨지며, 이는 막 표면을 가격하는 이온들의 에너지가 막 밀도에 영향을 미치는 것으로 여겨지기 때문이다. 고주파수 플라즈마는 플라즈마 밀도를 제어하고 저주파수 플라즈마는 기판 표면을 가격하는 이온들의 운동 에너지를 제어하는 것으로 여겨진다. 혼합된 RF 전력의 듀얼-주파수 소스는 약 10 KHz 내지 약 1 MHz, 예를 들어 약 350 KHz 범위의 저주파수 전력 뿐만 아니라 약 10 MHz 내지 약 30 MHz, 예를 들어, 약 13.56 MHz 범위의 고주파수 전력을 제공한다. 듀얼 주파수 RF 시스템이 a-C:H 막을 증착하는데 이용될 때, 제 2 RF 전력 대 전체 혼합된 주파수 전력의 비는 바람직하게 약 0.6 대 1.0 미만(06.:1)이다. 인가된 RF 전력 및 하나 이상의 주파수들의 사용은 기판 크기 및 사용되는 장비에 따라 변경될 수 있다. 싱글 주파수 RF 전력 인가가 사용될 수 있으며, 이는 통상적으로 본 명세서에 개시된 것처럼 고주파수 전력의 인가이다.
[0048] 플라즈마는 기판 표면적에 대해 약 0.01 W/cm2 내지 약 5 W/cm2, 이를 테면 약 0.01 내지 약 1 W/cm2, 예를 들면 약 0.1 W/cm2의 전력 밀도로 RF 전력을 인가함으로써 생성될 수 있다. 전력 인가는 300 mm 기판에 대해 약 1 Watt 내지 약 2000 watts, 이를 테면 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, 플라즈마 프로세스는 활성 이온들(energetic ions)의 수를 감소시키고, 탄화수소 화합물들, 즉 라디칼들이 보다 랜덤한 증착 패턴을 갖는 기판 표면에 도달하게 하여, 보다 등방성인 증착 패턴으로 생성되는 막 성장을 제공함으로써 컨포몰리티를 개선하기 위해 비정질 탄소 증착률을 감소시키는 것으로 여겨진다. 또한, 감소된 플라즈마 증착은 흡착된 탄소 전구체들이 기판의 표면상에서 확산되게 하여 보다 컨포멀한 층을 제공하는 낮은 증착률을 제공하는 것으로 관찰되었다.
[0050] 300mm 원형 기판들을 프로세싱하기 위한 예시적인 증착 프로세스는 플라즈마-개시 가스, 이를 테면 헬륨 및 탄화수소 소스 이를 테면 아세틸렌(C2H2)을 사용한다. 프로세스는 플라즈마-개시 가스, 이를 테면 헬륨을 400 sccm 내지 약 8000 sccm의 유량으로 공급하는 단계, 탄화수소 소스, 이를 테면 아세틸렌(C2H2)을 약 400sccm 내지 8000sccm의 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 컨포미티(피처의 측벽들상에 증착된 층의 평균 두께 대 기판의 필드 또는 상부 표면상에 동일하게 증착된 층의 평균 두께의 비)로 약 10 Å/min 내지 약 30000Å/min 범위의 증착률을 제공한다. 본 명세서의 개시물을 참조로, 당업자들은 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 개시되는 증착 단계는 휴지(pause) 단계로 이어지며, 이 단계에서는 플라즈마-개시 가스, 희석 가스, 및/또는 전구체가 감소되게 또는 증착률이 없게 흐를 수 있다. 적절한 플라즈마-개시 가스, 희석 가스 및/또는 전구체는 약 100 sccm 내지 약 40000 sccm의 유량으로 챔버에 흐를 수 있다. 플라즈마-개시 가스 및/또는 희석 가스가 사용될 경우 플라즈마가 휴지 단계 동안 개시될 수 있다. 다음 증착 단계 및 휴지 단계는 원하는 두께가 얻어질 때까지 반복될 수 있고 1 내지 100 사이클들, 이를 테면 10 내지 50 사이클들, 예를 들어 30 사이클들일 수 있고 또는 대안적으로 비정질 탄소 물질의 두께의 약 1% 내지 약 100%, 이를 테면 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 앞서 개시된 프로세스 파라미터 조절치들 중 하나 이상을 사용할 수 있다.
[0052] 대안적으로, 가스들이 펌핑 아웃될 수 있고 증착 단계 이전에 또는 휴지 단계 동안 다시 유입될 수 있다.
[0053] 다층 증착 방식은 유효 막 증착률을 낮추고, 컨포몰리티를 개선하는 것으로 여겨진다. 또한, 새롭게 증착된 탄소 원자들은 휴지 단계 동안 확산되어, 컨포몰리티를 더욱 개선시킬 수 있다. 일반적으로, 컨포몰리티는 층들의 개수가 제시된 비정질 탄소 막 두께(보다 작은 개별 층 두께 및 많은 반복성)에 대해 증가할 때 그리고 휴지 단계 시간 대 증착 단계 시간의 비가 더 높을 때(낮은 유효 증착률) 때 개선된다. 예를 들어, 휴지 단계 시간 대 증착 단계 시간의 비는 약 100:1 내지 약 1:100일 수 있다. 개벌 층 두께 및 휴지-대-증착 시간 비를 조절함으로써, 비정질 탄소막의 컨포몰리티는 디바이스가 요구하는 것을 충족시키도록 조절될 수 있어, 제시된 PECVD 증착 조건(전구체, 가스, 유량, 압력, 온도, RF 전력 등)에 대해 컨포몰리티를 개선하는 또 다른 노브(knob)가 제공된다.
[0054] 본 발명의 방법에 대한 한 가지 주요 장점은 도 2에 예시된 것처럼, 다른 a-C:H 증착 프로세스들에 비해 컨포몰리티 강화에 있다. 도 2는 상부에 피처(201) 및 비정질 탄소층(202)이 형성된 기판(200)의 개략적 단면도를 예시한다. 비정질 탄소층(202)은 본 발명의 방법을 사용하여 증착된 막의 전형적인 외형을 예시한다. 질적으로, 비정질 탄소층(202)은 매우 컨포멀하며 피처(201)의 측벽들(204) 및 플로어(floor)(203)를 완전히 커버한다. 질적으로, 비정질 탄소층(202)은 약 30% 내지 약 100% 정도의 컨포몰리티를 가질 수 있다. 예를 들어, 약 70% 내지 약 90%에 대해, 컨포몰리티(컨포몰리티 치수)는 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)로 정의된다. 다시 도 2를 참조로, 논-컨포멀 비정질 탄소층(202)은 약 5%의 컨포몰리티를 갖는 것으로 나타났다.
[0055] 본 명세서에 개시되는 프로세스들에 의해 증착되는 비정질 탄소 물질들의 예들은 다음과 같다.
[0056] 비교예: 비교의 비정질 탄소 증착 프로세스 예는, 개방 구역 스텝 커버리지(컨포몰리티의 치수) 및 조밀한 구역들에 대해 약 20%의 컨포몰리티를 갖는 비정질 탄소층을 생성하기 위해 약 380mils의 간격을 이용하며, 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 포함한다.
[0057] 제 1 예에서, 비정질 탄소층은 187 Å/min의 증착률을 생성하기 위해 약 300mils의 공간을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하는 단계, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하는 단계, 약 50W에서 고주파수 RF 전력(13.56MHz)을 인가하는 단계, 약 400℃의 증착 온도를 유지하는 단계, 약 9Torr의 챔버 압력을 유지하는 단계에 의해 증착되며, 이는 약 96% 개방 구역 스텝 커버리지(컨포몰리티 치수)에 대해 약 83% 조밀 구역의 컨포몰리티들을 달성하는 것으로 관찰되었다. 모든 예들은 약 2.1:1의 높이 대 폭 종횡비들을 가지는 피처들상에서 수행되었다.
[0058] 제 2 예에서, 비정질 탄소층은, 516 Å/min의 증착률을 산출하기 위해 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 헬륨을 제공하는 단계, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하는 단계, 약 100W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하는 단계, 약 400℃의 증착 온도를 유지하는 단계, 및 약 9Torr의 챔버 압력을 유지하는 단계에 의해 증착되며, 이는 약 86% 개방 구역 스텝 커버리지(컨포몰리티 치수)에 대해 약 82% 조밀 구역의 컨포몰리티들을 달성하는 것으로 관찰되었다. 제 1 예와 제 2 예는 약 2.1:1의 높이 대 폭 종횡비들을 가지는 피처들 상에서 수행되었다.
[0059] 제 3 예에서, 비정질 탄소층은, 64 Å/min의 증착률을 산출하기 위해 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하는 단계, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하는 단계, 약 20W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하는 단계, 약 400℃의 증착 온도를 유지하는 단계, 및 약 9Torr의 챔버 압력을 유지하는 단계에 의해 증착되며, 이는 약 97% 개방 구역 스텝 커버리지(컨포몰리티 치수)에 대해 약 93% 조밀 구역을 달성하는 것으로 관찰되었다.
[0060] 제 4 예에서, 비정질 탄소층은, 약 310mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하는 단계, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하는 단계, 약 1000W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하는 단계, 약 400℃의 증착 온도를 유지하는 단계, 및 약 7Torr의 챔버 압력을 유지하는 단계에 의해 증착된다.
[0061] 제 5 예에서, 비정질 탄소층은 증착 단계에 이어 헬륨 정화 단계의 14 증착 사이클들에 의해 증착된다. 증착 단계는, 909 Å/min의 증착률을 산출하기 위해 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하는 단계, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하는 단계, 약 100W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하는 단계, 약 300℃의 증착 온도를 유지하는 단계, 및 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지하는 단계에 의해 증착되며, 이는 약 84% 조밀 구역 커버리지(컨포몰리티 치수)를 달성하는 것으로 관찰되었다. 헬륨 정화 단계는 C2H2 흐름이 없고 RF 전력 인가가 없다는 것을 제외하고 동일한 프로세스 파라미터들 하에서 수행되었다.
[0062] 제 6 예에서, 비정질 탄소층은 증착 단계에 이어 헬륨 정화 단계의 14 증착 사이클들에 의해 증착된다. 증착 단계는, 909 Å/min의 증착률을 산출하기 위해 약 300mils을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 400sccm (낮은) 유량의 헬륨을 제공하는 단계, 프로세싱 챔버에 약 400sccm 유량의 C2H2를 제공하는 단계, 약 100W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하는 단계, 약 300℃의 증착 온도를 유지하는 단계, 및 약 7 Torr의 챔버 압력을 유지하는 단계에 의해 증착되며, 이는 67%의 측벽 대 상부 컨포미티(conformity), 94%의 측벽 대 바닥부 컨포미티 및 72%의 바닥부 대 상부 컨포미티를 달성하는 것으로 관찰되었다. 헬륨 정화 단계는 C2H2 흐름이 없고 RF 전력 인가가 없다는 것을 제외하고 동일한 프로세스 파라미터들 하에서 수행되었다.
[0063] 제 7 예에서는 상이한 전력 범위들에서 증착된 비정질 탄소층의 비교가 예시된다. 2개의 프로세스들에 대해, 비정질 탄소는 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하는 단계, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하는 단계, 약 50W 또는 20W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하는 단계, 약 400℃의 증착 온도를 유지하는 단계, 및 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지하는 단계에 의해 증착된다. 50W 증착 프로세스는 200Å/min의 증착률에서 82%의 측벽 대 상부 컨포미티를 산출하며, 20W 증착 프로세스는 64Å/min의 증착률에서 93-97%의 측벽 대 상부 컨포미티를 산출한다.
[0064] 제 8 예에서는 주기적 증착 대 단일 단계 증착으로 증착된 비정질 탄소층의 비교가 예시된다. 2개의 프로세스들에 대해, 비정질 탄소는 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하는 단계, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하는 단계, 약 100W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하는 단계, 약 400℃의 증착 온도를 유지하는 단계, 및 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지하는 단계에 의해 증착된다. 단일 단계 증착 프로세스는 51%의 측벽 대 상부 컨포미티, 87%의 측벽 대 바닥부 컨포미티 및 59%의 바닥부 대 상부 컨포미티를 산출한다. 증착에 이어 헬륨 정화 단계의 14 사이클들을 포함하는 주기적 증착 단계는 71% 측벽 대 상부 컨포미티, 92%의 측벽 대 바닥부 컨포미티 및 77%의 바닥부 대 상부 컨포미티를 산출한다. 헬륨 정화 단계는 C2H2 흐름이 없고 RF 전력 인가가 없다는 것을 제외하고 동일한 프로세스 파라미터들 하에서 수행되었다.
[0065] 제 9 예에서, 2 사이클 프로세스 대 단일 단계 증착으로 증착된 비정질 탄소층의 비교가 예시된다. 2개의 프로세스들에 대해, 비정질 탄소는 약 300mils의 간격을 이용하여, 프로세싱 챔버에 약 4000sccm 유량의 헬륨을 제공하는 단계, 프로세싱 챔버에 약 2000sccm 유량의 C2H2를 제공하는 단계, 약 50W에서 고주파수 RF 전력(13.56 MHz)을 인가하는 단계, 약 400℃의 증착 온도를 유지하는 단계, 및 약 9 Torr의 챔버 압력을 유지하는 단계에 의해 증착된다. 단일 단계 증착 프로세스는 25W RF 전력 인가를 이용하며 조밀한 구조물들에 대해 56%의 측벽 대 상부 컨포미티 및 개방 구조물들에 대해 87%의 측벽 대 상부 컨포미티를 산출한다. 제 1 주기적 프로세스에 대한 제 1 시리즈의 주기적 프로세스들은, 20Å에서, 각각 7초 이상에서 앞서 개시된 것처럼 25 증착 및 헬륨 냉각 사이클을 이용했고, 조밀한 구조물들에 대해 55%의 측벽 대 상부 컨포미티 및 개방 구조물들에 대해 82%의 측벽 대 상부 컨포미티를 나타내며; 제 2 시리즈는 50Å에서, 각각 15초 이상에서 10 증착 및 헬륨 사이클들을 이용했고, 조밀한 구조물들에 대해 54%의 측벽 대 상부 컨포미티 및 개방 구조물들에 대해 75%의 측벽 대 상부 컨포미티를 나타낸다. 제 2 프로세스의 제 1 시리즈의 주기적 프로세스들은 20Å에서 25의 7초 증착 사이클들을 이용했고, 각각 조밀한 구조물들에 대해 78%의 측벽 대 상부 컨포미티 및 개방 구조물들에 대해 89%의 측벽 대 상부 컨포미티를 나타내며; 제 2 시리즈는 50Å에서 10의 15초 증착 사이클들을 이용했고 각각 조밀한 구조물들에 대해 69%의 측벽 대 상부 컨포미티 및 개방 구조물들에 대해 89%의 측벽 대 상부 컨포미티를 나타내며; 제 3 시리즈는 20Å에서 25의 7초 증착 및 13초 안정화 단계 사이클들을 이용했고 각각 조밀한 구조물들에 대해 55%의 측벽 대 상부 컨포미티 및 개방 구조물들에 대해 92%의 측벽 대 상부 컨포미티를 나타낸다.
[0066] 도 4A-4I는 물질층을 에칭하기 위해 본 명세서에 개시된 것처럼 비정질 탄소층을 이용하기 위한 프로세스의 개략적 측면도들이다. 물질 스택(400) 형성을 시작하기 위해 기판 표면(미도시) 상에 베이스 물질(410)이 증착된다. 베이스 물질은 반도체 디바이스들을 형성하는데 이용되는 실리콘 기판 물질, 산화물 물질, 폴리실리콘 물질, 또는 이와 유사한 것을 포함하는 하나 이상의 물질들일 수 있다. 제 1 비정질 탄소층(420)은 베이스 물질(410) 상에 증착되고 제 1 비반사(anti-reflective) 코팅 물질(430)은 도 4B에 도시된 것처럼 제 1 비정질 탄소층(420)상에 증착된다. 비정질 탄소층은 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수가능한 Advanced Patterning Film™ (APF) 물질일 수 있으며 혹은 대안적으로, 본 명세서에 개시된 비정질 탄소 물질일 수 있다. 제 1 비반사 코팅 물질(430)은 리소그래피 패터닝 프로세스 동안 광의 반사를 제어하는데 이용된다. 제 1 비반사 코팅 물질(430)은 실리콘 이산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 비반사 코팅 물질은 캘리포니아 산타 클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수가능한 DARC™ 물질층일 수 있다.
[0067] 제 2 비정질 탄소층(440) 및 제 2 비반사 코팅 물질(450)은 도 4C에 도시된 것처럼 제 1 비반사 코팅 물질상에 순차적으로 증착될 수 있다. 제 2 비정질 탄소층(44) 및 제 2 비반사 코팅 물질(450)은층(420) 및 제 1 비반사 코팅 물질(430)에 대해 증착된 것과 동일한 물질들일 수 있다. 다음, 레지스트층(460), 이를 테면 포토레지스트 물질이 도 4D에 도시된 것처럼 제 2 비반사 코팅 물질(450) 상에 증착된다. 다음, 레지스트층은 도 4E에 도시된 것처럼 패터닝된 레지스트층(461)을 생성하는 릿그래피 프로세스에 의해 패터닝된다. 레지스트층(461)에 형성된 제 1 패턴(462)이 제 2 비정질 탄소층(440)에 전사되어, 도 4F에 도시된 것처럼, 제 2 비반사 코팅 물질(450)의 제 1 에칭에 의해 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441) 및 하나 이상의 에칭 프로세스들에 의해 제 2 비정질 탄소층(444)이 형성된다. 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441)은 하부에 놓인 물질에 대한 하드마스크로서 작용할 수 있다(perform). 제 2 비반사 코팅 물질(450)은 하나 이상의 에칭 프로세스들에 의해 또는 개별 프로세스에 의해 제거될 수 있다.
[0068] 컨포멀한 비정질 탄소층(470)은 도 4G에 도시된 것처럼 제 1 비반사 코팅 물질(430) 및 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441) 상에 증착된다. 컨포멀한 비정질 탄소층은 본 명세서에 개시되는 임의의 프로세스들에 의해 증착될 수 있다. 컨포멀한 비정질 탄소층(470)은 도 4H에 도시된 것처럼 측벽 비정질 탄소 물질들(471)에 대해 제공되는 비등방성 에칭 프로세스에 의해 패터닝된다. 측벽 비정질 탄소 물질들(471)의 존재는 현재의 포토리소그래피 프로세스들을 통해 달성될 수 있는 것과는 달리, 제 2 패턴(472)의 형성에 있어 감소된 임계치수들 및 피처 크기들, 즉 증가된 패턴 밀도를 허용한다. 측벽 비정질 탄소 물질들(471)과의 조합으로 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441)은 하부에 놓인 제 1 비반사 코팅 물질(430) 및 제 1 비정질 탄소층(420)에 대한 하드마스크층으로서 작용할 수 있다.
[0069] 다음 제 1 비반사 코팅 물질(430)이 에칭되어 도 4I에 도시된 것처럼 제 2 패턴(472)을 갖는 패터닝된 비반사 코팅층(431)을 형성한다. 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441) 및 측벽 비정질 탄소 물질들(471)은 에칭 프로세스 동안 또는 차후의 프로세스에 의해 제거된다. 다음, 제 1 비정질 탄소층(420)이 에칭되어 하부에 놓인 베이스 물질(410)로 전사될 제 2 패턴(472)을 가지는 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(421)을 형성한다. 다음 베이스 물질(410)은 도 4K에 도시된 것처럼 하드마스크층으로서 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(421)을 이용하여 에칭되며 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(421)은 제거되어 도 4L에 도시된 것처럼 제 2 패턴(472)을 가지는 패터닝된 베이스 물질(411)을 갖는 기판 표면을 제공한다.
[0070] 대안적 실시예에서, 패터닝된 레지스트 물질은 도 4F-4L에 대해 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(441) 대신 사용되어, 도 4C-4E의 패터닝된 제 2 비정질 탄소층(440) 및 제 2 비반사 코팅 물질(450) 및 해당하는 증착 단계들 및 에칭 단계들에 대한 필요성이 사라진다.
[0071] 도 5 A-5H는 스페이스 마스크(space mask) 더블 패터닝 프로세스에서 본 명세서에 개시된 것처럼 비정질 탄소층을 이용하는 프로세스의 개략적 단면도들이다. 물질 스택(500)의 형성을 시작하기 위해 베이스 물질(510)이 기판 표면상에 증착된다. 베이스 물질은 반도체 디바이스들을 형성하는데 이용되는 실리콘 기판 물질, 산화물 물질, 폴리실리콘 물질, 또는 이와 유사한 것을 포함하는 하나 이상의 물질들일 수 있다. 제 1 비정질 탄소층(520)이 베이스 물질(510) 상에 증착되고 제 1 패턴(532)을 갖는 패터닝된 레지스트층(530)이 도 5A에 도시된 것처럼 제 1 비정질 탄소층(520) 상에 형성된다. 비정질 탄소층은 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수가능한 Advanced Patterning Film™ (APF) 물질일 수 있으며, 혹은 대안적으로 본 명세서에 개시되는 비정질 탄소 물질일 수 있다. 레지스트층(530)은 리소그래피 프로세스에 의해 패터닝될 수 있다. 다음, 패터닝된 레지스트층(530)이 트리밍 프로세스(trimming process)로 처리되어, 패터닝된 레지스트 물질들의 폭이 좁아져 도 5B에 도시된 것처럼 트리밍된 레지스트 물질(531)에 의해 한정되는 제 2 패턴(533)을 형성한다. 다음, 제 1 비정질 탄소층(520)은 에칭되고 도 5C에 도시된 것처럼 패터닝된 비정질 탄소층(521)을 형성하도록 제 2 패턴(533)이 전사되도록 에칭된다.
[0072] 다음, 측벽 스페이서들(540)은 패터닝된 비정질 탄소층(521) 구조물들 부근에 형성된다. 스페이서들은 제 1 비정질 탄소층 또는 컨포멀한 비정질 탄소 물질과 상이한 에칭률을 가지는 에칭가능한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적절한 물질들은 실리콘 이산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 또는 이들의 조합들을 포함한다. 다음, 도 5E에 도시된 것처럼 컨포멀한 비정질 탄소 물질의 갭 충진층(550)이 측벽 스페이서들(540) 및 패터닝된 비정질 탄소층(521) 구조물들 상에 증착된다. 컨포멀한 비정질 탄소 물질은 본 명세서에 개시되는 임의의 프로세스들에 의해 증착될 수 있다. 바람직한 컨포멀한 비정질 탄소 물질은 패터닝된 비정질 탄소층(521)과 유사한 에칭 특성들을 가지는 물질들이다. 다음 도 5F에 도시된 것처럼 갭 충진층(550)이 에치백되어(etched back) 측벽 스페이서들(540)이 노출된다. 다음 도 5G에 도시된 것처럼 측벽 스페이서들(540)이 에칭되어 하드마스크층(551)을 한정하는 베이스 물질(510)이 노출된다. 다음 도 5H에 도시된 것처럼 베이스 물질(510)이 패터닝되고 에칭되어 패터닝된 베이스 물질(511)이 형성된다.
[0073] 대안적 프로세스에서, 도 5D에 도시된 것처럼 측벽 스페이서들(540)이 패터닝된 비정질 탄소층(521) 부근에 형성된 후, 패터닝된 비정질 탄소층(521)이 기판 표면으로부터 스트립된다. 다음, 도 5E'에 도시된 것처럼 패터닝된 비정질 탄소층(521)은 패턴을 형성하며, 이는 베이스 물질(510)에 대한 하드마스크로서 이용될 수 있다. 베이스 물질(510)은 패터닝된 베이스 물질(511)을 형성하도록 패터닝되고 에칭될 수 있다.
[0074] 도 6A-6J는 예를 들어 100℃ 미만에서 비정질 탄소 증착 프로세스에 의한 물질층 에칭을 위해 본 명세서에 개시되는 것처럼 비정질 탄소층을 이용하는 프로세스의 개략적 측단면도들이다. 물질 스택(600) 형성을 시작하기 위해 기판 표면(미도시) 상에 베이스 물질(610)이 증착된다. 베이스 물질은 반도체 디바이스들의 형성에 이용되는, 실리콘 기판 물질, 산화물 물질, 폴리실리콘 물질, 또는 이와 유사한 것을 포함하는 하나 이상의 물질들일 수 있다. 도 6B에 도시된 것처럼, 제 1 비정질 탄소층(620)이 베이스 물질(610) 상에 증착되고 비반사 코팅 물질(630)이 제 1 비정질 탄소층(620) 상에 증착된다. 비정질 탄소층은 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수가능한 Advanced Patterning Film™ (APF), 또는 대안적으로 본 명세서에 개시되는 비정질 탄소 물질일 수 있다. 비반사 코팅 물질(630)은 리소그래피 패터닝 프로세스 동안 광의 반사를 제어하는데 이용된다. 비반사 코팅 물질(630)은 실리콘 이산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 비반사 코팅 물질은 캘리포니아 산타클라라의 어플라이드 머티리얼스사로부터 상업적으로 입수가능한 DARC™ 물질층일 수 있다.
[0075] 다음 도 6C에 도시된 것처럼, 포토레지스트 물질과 같은 레지스트층(640)이 비반사 코팅 물질(630) 상에 증착된다. 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 개시되는 프로세스들 및 컨포몰리티들에 의해 패터닝된 레지스트층(641) 상에 컨포멀하게 또는 실질적으로 컨포멀하게 증착된다. 컨포멀한 비정질 탄소층은 본 명세서에 개시되는 임의의 프로세스들에 의해 증착될 수 있다. 일례로, 제 2 비정질 탄소 물질은 100℃ 미만의 증착 프로세스에 의해 증착된다. 제 2 비정질 탄소층(650)은 에칭되고 패터닝되어, 도 6F에 도시된 것처럼 제 1 에칭 패턴보다 감소된, 이를 테면 좁은 피처 치수들을 가지는 제 2 에칭 패턴(652)을 형성한다. 컨포멀한 제 2 비정질 탄소층(650)은 측벽 비정질 탄소 물질들(651)에 대해 제공되는 비등방성 에칭 프로세스에 의해 패터닝된다.
[0077] 측벽 비정질 탄소 물질들(651)의 존재는, 현재의 포토리소그래피 프로세스들을 통해 통상적으로 달성될 수 있는 것과 달리, 제 2 에칭 패턴(652)의 형성에 대해 감소된 임계 치수들 및 피처 크기들, 즉 증가된 패턴 밀도를 허용한다. 이러한 프로세스에 의해, 치수들, 이를 테면 레지스트층에 형성되는 피처 한정부들의 임계 치수들은 하부에 놓인 층들에 보다 미세한(finer) 피처 패턴을 제공하도록 감소(축소)될 수 있다. 측벽 비정질 탄소 물질들(651)과의 조합으로 패터닝된 레지스트층(641)은 하부에 놓인 비반사 코팅 물질(630) 및 제 1 비정질 탄소층(620)에 대한 하드마스크층으로서 작용할 수 있다.
[0078] 측벽 비정질 탄소 물질들(651) 및 레지스트층(641)로 형성된 제 2 에칭 패턴(652)이 제 1 비정질 탄소층(620)에 전사되어 도 6G에 도시된 것처럼 비반사 코팅 물질(630)을 제 1 에칭함으로써 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(621)을 형성하고 다음 도 6H에 도시된 것처럼 하나 이상의 에칭 프로세스들에 의해 제 1 비정질 탄소 물질(620)을 형성한다. 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(621)은 하부에 놓인 베이스 물질(610)에 대한 하드마스크로서 작용할 수 있다. 비반사 코팅 물질(631)은 하부에 놓인 물질을 에칭하기 이전에 개별 프로세스에 의해 또는 하나 이상의 에칭 프로세스들에 의해 제거될 수 있다.
[0079] 다음, 제 1 비정질 탄소층(620)이 에칭되어 도 6H에 도시된 것처럼 하부에 놓인 베이스 물질(610)로 전사될 제 2 에칭 패턴(652)을 가지는 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(621)을 형성한다. 다음, 베이스 물질(610)은 도 6I에 도시된 것처럼 하드마스크층으로서 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(621)을 사용하여 에칭되고 패터닝된 제 1 비정질 탄소층(621)은 도 6J에 도시된 것처럼 제 2 에칭 패턴(652)을 가지는 패터닝된 베이스 물질(611)을 갖는 기판 표면을 제공하도록 제거된다.
[0080] 도 7은 반도체 구조물에서 본 명세서에서 개시되는 비정질 탄소층의 사용에 대한 개략적 단면도이다. 도 7은 반전형(inversed)-T 게이트(700)에 대한 희생 측벽 마스크로서 사용하기 위해 본 명세서에 개시되는 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 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 산화물층(740), 도핑된 폴리실리콘층(730)은 피처들(755)을 형성하도록 에칭된다. 본 명세서에 개시된 방법들 중 하나에 의해 증착되는 비정질 탄소층(760)은 형성된 피처들(755)의 측벽 커버리지를 형성하도록 에칭 기판 표면 위에 증착된다.
[0081] 지금까지는 본 발명의 실시예들에 관한 것이었지만, 본 발명의 다른 및 추가의 실시예들이 본 발명의 기본 범주를 이탈하지 않고 고안될 수 있고, 본 발명의 범주는 하기 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 기판 프로세싱 챔버에 1:2 보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 주입하는 단계;
    상기 프로세싱 챔버에 수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택되는 플라즈마 개시 가스(plasma initiating gas)를 주입하는 단계 ―상기 탄화수소 소스는 1:2 이상의 체적 유량(volumetric flow rate) 대 플라즈마 개시 가스 체적 유량 비를 가짐―; 및
    1 W/cm2 이하의 RF 전력, 2 Torr 이상의 압력, 및 약 300℃ 내지 약 480℃의 온도에서 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 기판상에 컨포멀한 비정질 탄소층을 형성하는 단계
    를 포함하는, 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비정질 탄소층을 형성하는 단계 이후에 정화(purge) 프로세싱 단계를 수행하는 단계를 더 포함하는, 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    약 2 내지 약 50 사이클들로 상기 비정질 탄소 형성 프로세스 단계 및 상기 정화 프로세싱 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 전구체, 상기 플라즈마-개시 가스, 또는 상기 수소 전구체 및 상기 플라즈마-개시 가스와 함께 상기 프로세싱 챔버로 희석(dilutant) 가스를 주입하는 단계를 더 포함하는, 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화수소 소스는 2:3 이상의 탄소 대 수소 원자 비를 가지며, 아세틸렌(acetylene), 비닐아세틸렌(vinylacetylene), 벤젠(benzene), 스틸렌(styrene), 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene), 피리딘(pyridine), 아세토페논(acetophenone), 페놀(phenol), 푸란(furan), C3H2, C5H4, 모노플루오로벤젠(monofluorobenzene), 디플루오로벤젠들(difluorobenzenes), 테트라플루오로벤젠들(tetrafluorobenzenes), 및 헥사플루오로벤젠(hexafluorobenzene)의 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물들을 포함하며, 상기 탄화수소 가스 체적 유량 대 플라즈마 개시 가스 체적 유량 비는 약 1:1 내지 약 1:2인, 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 전력은 약 0.01W/cm2 내지 약 1W/cm2로 인가되며 상기 압력은 약 2 Torr 내지 약 20 Torr인, 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 RF 전력은 듀얼-주파수 시스템에 의해 제공되는, 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 비정질 탄소층은 약 30% 내지 약 100%의 컨포몰리티(conformality)를 갖는, 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
  9. 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법으로서,
    상기 기판의 표면상에 컨포멀한 비정질 탄소 물질을 형성하는 단계; 및
    상기프로세싱 챔버를 통해 정화 프로세스를 진행(flowing)하는 단계
    를 포함하는 증착 사이클을 수행하는 단계; 및
    상기 사이클을 2 내지 50회 반복하는 단계
    를 포함하는, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 정화 가스는 불활성 가스 또는 탄화수소 소스 가스를 포함하며 상기 정화 가스는 플라즈마로 여기(excited)될 수 있는, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    휴지(pause) 단계 시간 대 증착 단계 시간의 비는 약 100:1 내지 약 1:100일 수 있으며, 각각의 증착 사이클은 상기 비정질 탄소층의 두께의 2% 내지 50%를 증착할 수 있는, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판의 표면상에 컨포멀한 비정질 탄소 물질을 형성하는 단계는,
    상기 프로세싱 챔버로 1:2 이상의 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 유입하는 단계;
    수소, 헬륨, 아르곤, 질소 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택되는 플라즈마 개시 가스를 유입하는 단계 ―상기 탄화수소 소스는 1:2 이상의 체적 유량 대 플라즈마 개시 가스 체적 유량 비를 가짐―;
    5 W/cm2 이하의 RF 전력, 2 Torr 이상의 압력, 및 약 300℃ 내지 약 480℃의 온도에서 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 생성하는 단계
    를 포함하는, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 탄화수소 소스는 2:3 이상의 탄소 대 수소 원자 비를 가지며, 아세틸렌(acetylene), 비닐아세틸렌(vinylacetylene), 벤젠(benzene), 스틸렌(styrene), 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene), 피리딘(pyridine), 아세토페논(acetophenone), 페놀(phenol), 푸란(furan), C3H2, C5H4, 모노플루오로벤젠(monofluorobenzene), 디플루오로벤젠들(difluorobenzenes), 테트라플루오로벤젠들(tetrafluorobenzenes), 및 헥사플루오로벤젠(hexafluorobenzene)의 그룹에서 선택된 하나 이상의 화합물들을 포함하는, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 프로세스는 약 1:1 내지 약 1:2인 탄화수소 가스 체적 유량 대 플라즈마 개시 가스 체적 유량 비, 약 0.01W/cm2 내지 약 5 W/cm2로 인가되는 RF 전력, 약 2 Torr 내지 약 20 Torr의 압력, 및 약 300℃ 내지 약 480℃의 압력으로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 프로세싱 파라미터들을 포함하는, 프로세싱 챔버에서 기판을 프로세싱하기 위한 방법.
  15. 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법으로서,
    기판 프로세싱 챔버에 기판을 위치시키는 단계;
    상기 프로세싱 챔버에 1:2 보다 큰 탄소 대 수소 원자 비를 가지는 탄화수소 소스를 유입하는 단계;
    수소, 헬륨, 아르곤, 질소, 및 이들의 조합들로 이루어진 그룹에서 선택된 플라즈마 개시 가스를 상기 프로세싱 챔버로 유입하는 단계 ―상기 탄화수소 소스는 1:2 이상의 체적 유량 대 플라즈마 개시 가스 체적 유량 비를 가지며, 상기 탄화수소 소스 및 상기 플라즈마 개시 가스는 상기 기판 표면으로부터 400mil 내지 600mils의 가스 분배기 위치에 의해 상기 프로세싱 챔버로 유입됨―;
    1 W/cm2 이하의 RF 전력 및 약 0℃ 내지 약 100℃의 온도에서 상기 프로세싱 챔버에 플라즈마를 생성하는 단계; 및
    상기 기판상에 컨포멀한 비정질 탄소층을 형성하는 단계
    를 포함하는, 기판상에 비정질 탄소층을 형성하는 방법.
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