半導体装置を形成するための方法
【課題】 半導体装置の形成のための方法が提供される。
【解決手段】 本方法は、プロセスチャンバ内の基板ホルダ上に基板を準備し、前記基板が、上部表面と側壁表面を持つ立ち上がり構造を含み；前記プロセスチャンバ内にプロセスガスを流し、前記プロセスガスが炭化水素ガス、酸素含有ガス、及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含む。本方法はさらに、プロセスチャンバ内のプロセスガス圧力を少なくとも１トールに維持し、マイクロ波プラズマ源を用いてプロセスガスからプラズマを形成し、及び基板をプラズマに暴露して共形アモルファスカーボンフィルムを前記立ち上がり構造の表面上に堆積させることを含む。
【解決手段】 本方法は、プロセスチャンバ内の基板ホルダ上に基板を準備し、前記基板が、上部表面と側壁表面を持つ立ち上がり構造を含み；前記プロセスチャンバ内にプロセスガスを流し、前記プロセスガスが炭化水素ガス、酸素含有ガス、及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含む。本方法はさらに、プロセスチャンバ内のプロセスガス圧力を少なくとも１トールに維持し、マイクロ波プラズマ源を用いてプロセスガスからプラズマを形成し、及び基板をプラズマに暴露して共形アモルファスカーボンフィルムを前記立ち上がり構造の表面上に堆積させることを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を製造するための方法に関し、より具体的には、立ち上がり構造（ｒａｉｓｅｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ）上に高共形にアモルファスカーボンフィルムを堆積するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
先進装置で見られる立ち上がり構造上に共形カーボンフィルムを低温堆積させる半導体製造における新たな方法の必要性が存在する。カーボンフィルム堆積の既存の方法は、プラズマ強化化学蒸着方法（ＰＥＣＶＤ）が含まれるが、この方法は立ち上がり構造上に非共形堆積を生じるという欠点があり、ここでカーボンフィルムは主に前記立ち上がり構造の上部及び前記立ち上がり構造の間の領域に堆積され、一方で前記立ち上がり構造の側壁上にはほとんどカーボンフィルムの堆積がない。
【発明の概要】
【０００３】
本発明発明は、基板上の立ち上がり構造上に高共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させるプロセス方法を提供することを課題とする。
【０００４】
本発明の実施態様は基板上の立ち上がり構造上に高共形アモルファスカーボンフィルムを堆積するための処理方法を提供する。１つの実施態様では、前記共形カーボンフィルムはパターン化されてハードマスクとして、下の材料層内又は基板内に構造をエッチングするために使用され得る。
【０００５】
本発明の１つの実施態様によると、前記方法は、プロセスチャンバ内の基板ホルダ上に基板を準備し、前記基板は上部表面と側壁表面を持つ立ち上がり構造を含み、プロセスガスを前記プロセスチャンバ内に流し、前記プロセスガスが炭化水素ガス、酸素含有ガス及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含み、前記プロセスチャンバ内のプロセスガスの圧力を１トール（Ｔｏｒｒ）以上に維持し、かつマイクロ波プラズマ源を用いて前記プロセスガスからプラズマを生成する、ことを含む。前記方法はさらに、前記基板を前記プラズマに曝露して共形アモルファスカーボンフィルムを前記立ち上がり構造の前記上部表面と側壁表面上に堆積させ、前記上部表面の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さと前記側壁表面の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さとの比（ｄ（上部）／ｄ（側壁））が２未満である、ことを含む。
【０００６】
他の実施態様によると、前記方法は、プロセスチャンバ内の基板ホルダ上に基板を準備し、前記基板が上部表面と側壁表面を持つ立ち上がり構造を含み、酸素含有ガス及び場合によりアルゴン又はヘリウムの連続フロー及び炭化水素ガスのパルス上フローを含むプロセスガスを流し、プロセスチャンバ内で少なくとも１トールにプロセスガスを維持し、かつ前記基板に面するラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）を含むマイクロ波プラズマ源を用いて前記プロセスガスからプラズマを形成する、ことを含む。前記方法はさらに、前記基板を前記プラズマに暴露して、前記立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させ、前記上部表面の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さと前記側壁表面の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さとの比（ｄ（上部）／ｄ（側壁））が２未満である、ことを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａから１Ｃは、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させること、続いてパターン化されたカーボンハードマスクを形成することを示す。
【図１Ｂ】図１Ａから１Ｃは、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させること、続いてパターン化されたカーボンハードマスクを形成することを示す。
【図１Ｃ】図１Ａから１Ｃは、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させること、続いてパターン化されたカーボンハードマスクを形成することを示す。
【図２】図２は、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積する方法のダイヤグラムを示す。
【図３Ａ】図３Ａから３Ｂは、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形カーボンフィルムを堆積する方法のガスフローダイヤグラムを示す。
【図３Ｂ】図３Ａから３Ｂは、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形カーボンフィルムを堆積する方法のガスフローダイヤグラムを示す。
【図４】図４は、Ｏ２ガスフローの関数として、カーボンフィルムの共形性（共形性）を示す。
【図５】図５は、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させるためのラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）を含むプラズマプロセスシステムのダイヤグラムを示す。
【図６】図６は、図５のプラズマプロセスシステムのガス供給ユニットの平面図である。
【図７】図７は、図５のプラズマプロセスシステムのアンテナ部の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施態様は添付図面を参照して記載される。これらは本発明の例示的実施態様である。以下の記載は本開示の範囲、応用性、又は構成を限定することを意図するものではない。むしろ以下の記載は、いくつかの例示的実施態様を当業者に与えるものである。留意すべきことは、本発明の実施態様は、添付の特許請求の範囲で与えられた本発明の本質及び範囲から離れることなく異なる形で実施され得る、ということである。
【０００９】
本発明の実施態様は、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積するプロセス方法に向けられている。立ち上がり構造上にアモルファスカーボンフィルムを堆積するための従来のプラズマ堆積方法（例えばＰＥＣＶＤ）は、その非共形な堆積特性が欠点であった。この非共形な堆積特性は、前記立ち上がり構造の上部表面上及び前記立ち上がり構造の間の領域の表面上へ優位にカーボンが堆積し、前記立ち上がり構造の側壁にはカーボン堆積は少ないという結果を与える。
【００１０】
図１Ａから１Ｃは、本発明による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させ、続いてパターン化カーボンハードマスクを形成することを示し、図２は本発明による基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積する方法のフローダイヤグラム２００を示す。
【００１１】
２０２では、フィールド表面１０７及び上部表面１０５と側壁表面１０３を持つ立ち上がり構造１０６を持つ基板１０４を含む構造１００がプロセスチャンバ内の基板ホルダ上に準備される。本発明の１つの実施態様では、前記プロセスチャンバは、図５で示されるラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）プラズマ源を含むプラズマ処理システムの１部分であり得る。基板１０４は、例えばシリコン（Ｓｉ）を含むことができる。前記立ち上がり構造１０６は、例えばＳｉを含み、かつ当業者に知られている種々のリソグラフィ及びエッチング方法により形成され得る。いくつかの例によれば、前記立ち上がり構造１０６は、例えば１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満又は２０ｎｍ未満の幅を持ち得る。いくつかの例によれば、前記立ち上がり構造１０６は、例えば０．５を超える、１を超える、２を超える、３を超える、５を超える、又は１０を超えるアスペクト比（高さ／幅）を持ち得る。
【００１２】
２０４で、炭化水素ガス、酸素含有ガス及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含むプロセスガスが前記プロセスチャンバ内に流される。前記炭化水素ガスは、一般式ＣｘＨｙを持ち、Ｃ４Ｈ４、Ｃ４Ｈ６又はそれらの混合物を含み得る。１つの実施態様では、前記炭化水素ガスは、炭素−炭素三重結合（Ｃ≡Ｃ）を含む分子、例えばＣ４Ｈ６（１−ブチン又は２−ブチン）を含み得る。いくつかの実施態様では、前記炭素−炭素三重結合は前記プラズマ励起では開裂されず、このことが前記アモルファスカーボンフィルムへ等方的に堆積する割合を増加させると考えられている。前記酸素含有ガスは、Ｏ２、Ｈ２Ｏ又はＯ２とＨ２Ｏ両方を含み得る。一例として、前記プロセスガスは、Ｃ４Ｈ６ガス、Ｏ２及び場合によりアルゴン又はヘリウムからなるか、これらを含み得る。いくつかの例では、前記アルゴン又はヘリウムガスの流速は、１００標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）と５００ｓｃｃｍの間、５００ｓｃｃｍと１０００ｓｃｃｍとの間、１０００ｓｃｃｍと２０００ｓｃｃｍとの間、２０００ｓｃｃｍと３０００ｓｃｃｍとの間、３０００ｓｃｃｍと４０００ｓｃｃｍとの間であるか、又は４０００ｓｃｃｍよりも大きい。いくつかの例では、前記炭化水素ガスの流速は、１０ｓｃｃｍと２００ｓｃｃｍの間、例えば４０ｓｃｃｍと６０ｓｃｃｍとの間、６０ｓｃｃｍと８０ｓｃｃｍとの間、８０ｓｃｃｍと１００ｓｃｃｍとの間であるか、又は１００ｓｃｃｍよりも大きい。いくつかの例では、前記酸素含有ガスの流速は、１０ｓｃｃｍと１００ｓｃｃｍの間、例えば１０ｓｃｃｍと４０ｓｃｃｍとの間、４０ｓｃｃｍと１００との間である。
【００１３】
２０６で、少なくとも１トールのプロセスガスの圧力がプロセスチャンバ内で維持される。本発明の発明者は次の知見を得た。３００ミリトール（ｍＴｏｒｒ）を超える、例えば１トールのプロセスガス圧力を用いることは、前記側壁表面１０３の底部近くのアモルファスカーボンフィルムのクラックの生成を抑制することができ、その結果前記側壁表面１０３上へのフィルム堆積が改善される、ということである。さらに、炭化水素ガスが炭素−炭素三重結合を含む場合（例えばＣ４Ｈ６）、プロセスガスへ酸素含有ガスを添加することはプロセスチャンバ内でプラズマによる炭化水素ラジカルの形成を増加させることが予想される。プロセスチャンバ内で炭化水素ラジカルの生成の増加は、前記フィルム堆積プロセスの等方性を増加させ、それにより堆積されたアモルファスカーボンフィルムの共形性が増加すると考えられる。前記プロセスチャンバ内のプロセスガス圧力は、排気ライン及び真空ポンプへ接続された圧力制御バルブにより正確に制御され得る。いくつかの例では、前記プロセスガス圧力は、１トールと１０トールとの間、１トールと５トールとの間、２トールと４トールとの間、１トールと２トールとの間、２トールと３トールとの間、４トールと５トールとの間、又は５トールを超える。
【００１４】
２０８で、プラズマが、マイクロ波プラズマ源を用いてプロセスチャンバ内で前記プロセスガスから形成される。前記プラズマ源は、ＲＬＳＡプラズマ源を含むことができ、これはプロセスチャンバ内に設けられ、１０００Ｗと５０００Ｗとの間、例えば１０００Ｗと２０００Ｗとの間、２０００Ｗと３０００Ｗとの間、３０００Ｗ及び４０００Ｗとの間又は４０００Ｗと５０００Ｗとの間でマイクロ波パワーを生成することができる。
【００１５】
２１０で、基板１０４及び立ち上がり構造１０６は前記プラズマに曝露され、前記立ち上がり構造１０６の表面上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積する。図１Ｂは、図１Ａの構造１００上に堆積された共形アモルファスカーボンフィルム１０８を含む構造１０１を示す。前記共形アモルファスカーボンフィルム１０８は、基板１０４のフィールド表面１０７上に厚さ１１３、前記立ち上がり構造１０６の側壁表面１０３上に厚さ１１１、及び前記立ち上がり構造１０６の上部表面１０５に厚さ１０９を有する。いくつかの例では、厚さ１０９，１１１、１１３の１つ又はそれ以上が、５ｎｍと１００ｎｍとの間、例えば５ｎｍと１０ｎｍとの間、２０ｎｍと３０ｎｍとの間、３０ｎｍと５０ｎｍとの間又は５０ｎｍと１００ｎｍとの間であり得る。本発明の実施態様によれば、厚さ１０９と１１１との比（ｄ（上部）／ｄ（側壁））は２未満、１．５未満又は１．３未満、例えば約１．２であり得る。
【００１６】
図１Ｃは、図１Ｂの構造１０１の異方性エッチングにより形成される構造１０２を示す。この例では、共形アモルファスカーボンフィルム１０８は、異方性プラズマエッチングプロセスを用いてパターン化され、前記パターン化されたアモルファスカーボンフィルム１１０が下の基板１０４内に構造をエッチングするためのハードマスクとして使用され得る。その後、前記パターン化されたアモルファスカーボンフィルム１１０は、よく知られたアッシングプロセスを用いて容易に除去され得る。
【００１７】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積するためのガスフローダイヤグラムを示す。図３Ａのガスフローダイヤグラムは、炭化水素ガス及び酸素含有ガスの、一定又は実質的に一定のガスフロー４０２と４０４をそれぞれ含む。図３Ａには示されていないが、Ａｒ又はＨｅの一定又は実質的に一定のガスフローも使用され得る。前記フォルム堆積は時間ｔ０で開始され、時間ｔ１で終了する。堆積時間の例は、約１０秒と約１２０秒との間、例えば約１０秒と約３０秒との間、約３０秒と約６０秒との間、又は約６０秒と約１２０秒との間であり得る。図３Ｂでのガスフローダイヤグラムは、酸素含有ガスの一定又は実質的に一定のガスフロー４１４と、炭化水素ガスの一連のパルス４１２ａ１、４１２ａ２、４１２ａ３、．．．４１２ａｎを含む。いくつかの例では、炭化水素ガスのパルスの数は、約１０と約５０との間、約５０と約１００との間、約１００と約２００との間、又は２００を超える。いくつかの例では、前記パルス長さは、約０．１秒と約３０秒との間、又は約１秒と約２０秒との間であり得る。
【００１８】
図４は、Ｏ２ガスフローの関数として、カーボンフィルムの共形性を示す。図１Ａ及び１Ｂを参照して、カーボンフィルムの共形性のレベルは、ｄ（上部）／ｄ（側壁）で表現される。ここで共形性１．０とは、前記立ち上がり構造１０６の上部表面１０５のアモルファスカーボンフィルム１０８の厚さと、前記立ち上がり構造１０６の側壁表面１０３上のアモルファスカーボンフィルムの厚さが等しいことを示す。前記アモルファスカーボンフィルムは、約１０ｎｍと約２０ｎｍの間の厚さを持ち、かつ高さ及び幅が約８０ｎｍを持つ立ち上がり構造上に堆積された。前記プロセスガスは、Ｃ４Ｈ６、Ｏ２及びＡｒからなる。前記Ｃ４Ｈ６のガス流速は約８０ｓｃｃｍであり、Ａｒのガス流速は約２５００ｓｃｃｍであり、Ｏ２のガスフローの流速は約０ｓｃｃｍから約９０ｓｃｃｍの間であった。前記立ち上がり構造上のカーボンフィルム共形性値は、Ｏ２フローが０ｓｃｃｍについて２を超え、Ｏ２ガスフロー（３０ｓｃｃｍ）の場合には１．５を超え、中間的なＯ２ガスフロー（６０ｓｃｃｍ）の場合には約１．２であり、かつ高Ｏ２ガスフロー（９０ｓｃｃｍ）の場合には２を超えた。
【００１９】
図４では、低及び高Ｏ２ガスフローについての高いカーボンフィルム共形性は、前記立ち上がり構造上のカーボンフィルム共形性が低いことを示す。Ｏ２ガスフローがゼロか小さい場合にカーボンフィルム共形性が小さいことは、前記炭化水素ガスの酸素補助による分解が低レベルであることによると考えられる。高Ｏ２ガスフローでのカーボンフィルムの共形性が小さいことは、フィルム堆積とフィルムエッチングとの競争により、アモルファスカーボンフィルムの正味の堆積速度が低くなるからと考えられる。対照的に、中間的なＯ２ガスフローは、炭化水素ガスの高レベルの分解と、低レベルのエッチングを与え顕著なカーボンフィルム共形性を与える結果となった。
【００２０】
図５は、本発明の実施態様による、基板上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積するためのラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）プラズマ源を含むプラズマ処理システムの模式的ダイヤグラムを示す。図示されるように、プラズマ処理システム１０は、プロセスチャンバ２０（真空チャンバ）、アンテナユニット５０（ＲＬＳＡ）及び基板ホルダ２１を含む。前記プロセスチャンバ２０の内部は、主に、プラズマガス供給ユニット３０の下に位置するプラズマ発生領域Ｒ１及び基板ホルダ２１側でプラズマ拡散領域Ｒ２に区分けされている。プラズマ発生領域Ｒ１で生成されたプラズマは、数電子ボルト（ｅＶ）の電子温度を持ち得る。前記プラズマが、前記フォルム形成プロセスが行われるプラズマ拡散領域Ｒ２へ拡散する際に、前記基板ホルダ２１近くのプラズマの電子温度は約２ｅＶ未満の値に低下する。基板ホルダ２１は、プロセスチャンバ２０の底部上の中心に位置され、基板Ｗを載置するための載置ユニットとして作用する。基板ホルダ２１内に、絶縁部材２１ａ、冷却ジャケット２１ｂ及び（図示されていないが）基板温度を制御するための温度制御ユニットが設けられる。
【００２１】
プロセスチャンバ２０の上部は開放端である。前記プラズマガス供給ユニット３０は基板ホルダ２１に対抗して設けられ、プロセスチャンバ２０の上部部分に（図示されていない、例えばＯリングなどの）密閉部材を介して付設されている。誘電窓としても機能するプラズマガス供給ユニット３０は、例えば酸化アルミニウム又は石英などの材料から作られ、その平面表面は、見かけ上ディスク形状であり、基板ホルダ２１に面する。複数のガス供給孔３１が、基板ホルダ２１に対抗して、前記プラズマガス供給ユニット３０の平坦な表面上に設けられる。前記ガス供給孔３１は、プラズマガス供給ポート３３とガスフローチャンネル３２を介して流通する。プラズマガス供給源３４及び４５は、プラズマガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス又は他の不活性ガスをガス供給ポート３３へ供給する。前記プラズマガスはその後均一にプラズマ生成領域Ｒ１へ複数のガス供給孔３１を介して供給される。
【００２２】
前記プラズマ処理システム１０はさらに、プロセスガス供給ユニット４０を含み、これは、前記プラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２との間で、前記プロセスチャンバの実質的に中心に設けられる。前記プロセスガス供給ユニット４０は、導電性材料、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を含むアルミニウム合金又はステンレススチールから作られる。前記プラズマガス供給ユニット３０と類似して、複数のガス供給孔４１が、前記プロセスガス供給ユニット４０の平坦表面に設けられている。前記プロセスガス供給ユニット４０の平坦表面は、基板ホルダ２１に対抗し、見かけ上ディスク形状を持つ。
【００２３】
プロセスチャンバ２０はさらに、排気ライン２６を含み、これはプロセスチャンバ２０の底部部分、前記排気ラインを圧力制御バルブ２８へ接続する真空ライン２７、及び真空ポンプへ接続される。前記圧力制御バルブ２８は、プロセスチャンバ２０内で望ましい圧力を達成するために使用され得る。
【００２４】
図６には前記プロセスガス共中心の平面図が示される。図に示されるように、グリッド状のガスフローチャンネル４２（これはシャワープレートとも呼ばれる）がプロセスガス供給ユニット４０内に形成される。前記グリッド状フローチャンネル４２は、垂直方向に形成される前記複数のガス供給孔４１の上部端と流通する。前記複数のガス供給孔４１の下部端部は載置テーブル２１に面して開かれている。上の場合と同じように、複数のガス供給孔４１は、プロセスガス供給ポート４３とグリッドパターンガスフローチャンネル４２を介して流通する。
【００２５】
さらに、複数の開口部４４が、プロセスガス供給ユニット４０上に形成され、複数の開口部４４が前記プロセスガス供給ユニット４０を垂直方向に通過する。複数の開口部４４は、プラズマガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス又は他の不活性ガスを、前記載置テーブル２１側で前記プラズマ拡散領域Ｒ２内に流す。図６に示されるように、複数の開口部４４は、隣接するガスフローチャンネル４２の間に形成される。
【００２６】
プロセスガスは、例えば２つの別々のプロセスガス供給源４６−４７からプロセスガス供給ポート４３へ供給される。プロセスガス供給源４６−４７は、それぞれ炭化水素ガス（例えばＣ４Ｈ６）及び酸素含有ガス（例えばＯ２）に対応する。プラズマガス、例えばＡｒガスの流速は、約１００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの範囲であり得る。酸素含有ガス、例えばＯ２の流速は、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの範囲であり得る。炭化水素ガス、例えばＣ４Ｈ６の流速は、約２０ｓｃｃｍと約２００ｓｃｃｍとの間であり得る。プラズマガス及びプロセスガスとして使用され得るより詳細なガスのリストは図２に関連して前記されている。さらに、プロセスチャンバ圧力と基板温度を含む使用可能なプロセスパラメータのより詳細な説明は、図２に関連して前記されている。
【００２７】
前記１又はそれ以上のプラズマガス、炭化水素ガス及び酸素含有ガスは、前記グリッド上ガスフローチャンネル４２を通って流れ、前記複数のガス供給孔４１を介して均一にプラズマ拡散領域Ｒ２内に供給される。プラズマ処理システム１０はさらに、４つのバルブ（Ｖ１からＶ４）及び４つの流速制御装置（ＭＦＣ１からＭＦＣ４）を持ち、それぞれプラズマガス、炭化水素ガス及び酸素含有ガスの供給を制御する。
【００２８】
外部マイクロ波発生器５５は、所定の周波数、例えば２．４５ＧＨｚのシグナルを前記アンテナユニット５０に同軸導波管５４を介して提供する。前記同軸導波管５４は、内部導体５４Ｂ及び外部導体５４Ａを含み得る。マイクロ波生成器５５からのマイクロ波エネルギーは、前記プラズマガス供給ユニット３０の直下のプラズマ生成領域Ｒ１で電場を生成し、これによりプロセスチャンバ内２０のプラズマガス、例えばＡｒガス、Ｈｅガス又は他の不活性ガスを励起する。
【００２９】
図７は、アンテナユニット５０（ＲＬＳＡ）の部分断面を示す。図示されているように、前記アンテナユニット５０は、平坦アンテナ本体５１、ラジアルラインスロットプレート５２及び前記マイクロ波シグナルの波長を短くするための誘電プレート５３を含む。前記平坦アンテナ本体５１は、円形状であり、端部が開放された底部表面を持つ。前記ラジアルラインスロットプレート５２は、前記平坦アンテナ本体５１の開放された底部端を閉じるように形成される。前記平坦アンテナ本体５１及びラジアルラインスロットプレート５２は、平坦な中空環形状導波管を持つ導電性材料からできている。
【００３０】
複数のスロット５６が、円偏波を形成するために前記ラジアルラインスロットプレート５２上に設けられる。複数のスロット５６は、実質的にＴ形状で、それらの間に僅かなギャップを有し、環状パターン又は周縁に沿って渦巻きのパターンで設けられる。スロット５６ａ及び５６ｂはお互いに垂直であることから、２つの直交偏向成分を持つ円偏波が平面波として前記ラジアルラインスロットプレート５２から放出される。
【００３１】
前記誘電プレート５３は低損失誘電材料、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又はシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）から作られており、これは前記ラジアルラインスロットプレート５２と前記平坦アンテナ本体５１の間に設けられる。図５に示されるように、ラジアルラインスロットプレート５２は、図５には示されていない密閉部材を用いてプロセスチャンバ２０上に設けられ、ラジアルラインスロットプレート５２がカバープレート２３と接近接触する。前記カバープレート２３は、プラズマガス供給ユニット３０の上部表面上に設けられ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのマイクロ波透過性誘電材料から作られる。
【００３２】
図５を参照して、外部高周波パワー供給源２２は電気的に前記基板ホルダ２１にマッチングネットワーク２５を介して接続される。前記外部高周波パワー供給源２２は、所定の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦバイアス電力を生成し、基板Ｗへ引かれるイオンエネルギーを制御する。前記電力供給源２２はさらに、場合によりパルス状のＲＦバイアス電力を与えるように構成され、前記パルス周波数は、１Ｈｚを超えることができ、例えば２Ｈｚ，４Ｈｚ，６Ｈｚ，８Ｈｚ、１０Ｈｚ，２０Ｈｚ，３０Ｈｚ５０Ｈｚ又は５０Ｈｚを超える。例示的なＲＦバイアス電力は約１００Ｗと約２００Ｗとの間、約２００Ｗと約３００Ｗとの間、約３００Ｗと約４００Ｗとの間又は約４００Ｗと約５００Ｗとの間であり得る。留意すべきことは、当業者には、電力供給源２２の電力レベルは処理される基板のサイズに関連するということが理解できるということである。例えば、３００ｍｍＳｉウェハは処理の際に２００ｍｍウェハよりも多くの電力消費を必要とする。プラズマ処理装置１０はさらに、ＤＣ電圧生成器３５を含みことができ、これは場合により約−５ｋＶと約＋５ｋＶとの間のＤＣ電圧バイアスを基板ホルダ２１に供給することができる。
【００３３】
共形アモルファスカーボンフィルムの形成の際に、プラズマガス、例えばＡｒガスが、プラズマガス供給ユニット３０を用いてプロセスチャンバ２０内に導入され得る。一方、炭化水素ガス及び酸素含ガス及びキャリアガスとしてのＡｒが、プロセスガス供給ユニット４０を用いてプロセスチャンバ２０へ導入され得る。図７に示されるように、炭化水素ガス及び酸素含有ガスはまた、プラズマガス供給ユニット３０を用いてプロセスチャンバ２０へ導入されることもできる。
【００３４】
これまで、立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積する処理方法を提供する複数の実施態様が記載された。本発明の実施態様の前記記載は本発明を例示し説明するためのものである。開示されたこれらのものに本発明を限定することは意図されていない。本明細書及び以下の特許請求の範囲には、説明目的、図示目的のみに使用される用語を含みこれらはなんらを限定するものと解釈されてはならない。例えば、明細書（及び特許請求の範囲）で採用される用語「上」は、基板「上」のフィルムが直接基板にあること、及び直接接触していることを必要とするものではない。前記フィルムと前記基板との間に第２のフィルム又は他の構造が含まれることもあり得る。
当業者には、前記教示に照らして多くの修正、変更が可能であるということが理解されるであろう。当業者は、図に示される種々の部品について、種々の均等な組合せ、置換物を認識するであろう。従って、本発明の範囲は開示された詳細な説明に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲で限定されるものである、ということが意図される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置を製造するための方法に関し、より具体的には、立ち上がり構造（ｒａｉｓｅｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ）上に高共形にアモルファスカーボンフィルムを堆積するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
先進装置で見られる立ち上がり構造上に共形カーボンフィルムを低温堆積させる半導体製造における新たな方法の必要性が存在する。カーボンフィルム堆積の既存の方法は、プラズマ強化化学蒸着方法（ＰＥＣＶＤ）が含まれるが、この方法は立ち上がり構造上に非共形堆積を生じるという欠点があり、ここでカーボンフィルムは主に前記立ち上がり構造の上部及び前記立ち上がり構造の間の領域に堆積され、一方で前記立ち上がり構造の側壁上にはほとんどカーボンフィルムの堆積がない。
【発明の概要】
【０００３】
本発明発明は、基板上の立ち上がり構造上に高共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させるプロセス方法を提供することを課題とする。
【０００４】
本発明の実施態様は基板上の立ち上がり構造上に高共形アモルファスカーボンフィルムを堆積するための処理方法を提供する。１つの実施態様では、前記共形カーボンフィルムはパターン化されてハードマスクとして、下の材料層内又は基板内に構造をエッチングするために使用され得る。
【０００５】
本発明の１つの実施態様によると、前記方法は、プロセスチャンバ内の基板ホルダ上に基板を準備し、前記基板は上部表面と側壁表面を持つ立ち上がり構造を含み、プロセスガスを前記プロセスチャンバ内に流し、前記プロセスガスが炭化水素ガス、酸素含有ガス及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含み、前記プロセスチャンバ内のプロセスガスの圧力を１トール（Ｔｏｒｒ）以上に維持し、かつマイクロ波プラズマ源を用いて前記プロセスガスからプラズマを生成する、ことを含む。前記方法はさらに、前記基板を前記プラズマに曝露して共形アモルファスカーボンフィルムを前記立ち上がり構造の前記上部表面と側壁表面上に堆積させ、前記上部表面の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さと前記側壁表面の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さとの比（ｄ（上部）／ｄ（側壁））が２未満である、ことを含む。
【０００６】
他の実施態様によると、前記方法は、プロセスチャンバ内の基板ホルダ上に基板を準備し、前記基板が上部表面と側壁表面を持つ立ち上がり構造を含み、酸素含有ガス及び場合によりアルゴン又はヘリウムの連続フロー及び炭化水素ガスのパルス上フローを含むプロセスガスを流し、プロセスチャンバ内で少なくとも１トールにプロセスガスを維持し、かつ前記基板に面するラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）を含むマイクロ波プラズマ源を用いて前記プロセスガスからプラズマを形成する、ことを含む。前記方法はさらに、前記基板を前記プラズマに暴露して、前記立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させ、前記上部表面の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さと前記側壁表面の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さとの比（ｄ（上部）／ｄ（側壁））が２未満である、ことを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】図１Ａから１Ｃは、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させること、続いてパターン化されたカーボンハードマスクを形成することを示す。
【図１Ｂ】図１Ａから１Ｃは、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させること、続いてパターン化されたカーボンハードマスクを形成することを示す。
【図１Ｃ】図１Ａから１Ｃは、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させること、続いてパターン化されたカーボンハードマスクを形成することを示す。
【図２】図２は、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積する方法のダイヤグラムを示す。
【図３Ａ】図３Ａから３Ｂは、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形カーボンフィルムを堆積する方法のガスフローダイヤグラムを示す。
【図３Ｂ】図３Ａから３Ｂは、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形カーボンフィルムを堆積する方法のガスフローダイヤグラムを示す。
【図４】図４は、Ｏ２ガスフローの関数として、カーボンフィルムの共形性（共形性）を示す。
【図５】図５は、本発明の１つの実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させるためのラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）を含むプラズマプロセスシステムのダイヤグラムを示す。
【図６】図６は、図５のプラズマプロセスシステムのガス供給ユニットの平面図である。
【図７】図７は、図５のプラズマプロセスシステムのアンテナ部の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施態様は添付図面を参照して記載される。これらは本発明の例示的実施態様である。以下の記載は本開示の範囲、応用性、又は構成を限定することを意図するものではない。むしろ以下の記載は、いくつかの例示的実施態様を当業者に与えるものである。留意すべきことは、本発明の実施態様は、添付の特許請求の範囲で与えられた本発明の本質及び範囲から離れることなく異なる形で実施され得る、ということである。
【０００９】
本発明の実施態様は、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積するプロセス方法に向けられている。立ち上がり構造上にアモルファスカーボンフィルムを堆積するための従来のプラズマ堆積方法（例えばＰＥＣＶＤ）は、その非共形な堆積特性が欠点であった。この非共形な堆積特性は、前記立ち上がり構造の上部表面上及び前記立ち上がり構造の間の領域の表面上へ優位にカーボンが堆積し、前記立ち上がり構造の側壁にはカーボン堆積は少ないという結果を与える。
【００１０】
図１Ａから１Ｃは、本発明による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させ、続いてパターン化カーボンハードマスクを形成することを示し、図２は本発明による基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積する方法のフローダイヤグラム２００を示す。
【００１１】
２０２では、フィールド表面１０７及び上部表面１０５と側壁表面１０３を持つ立ち上がり構造１０６を持つ基板１０４を含む構造１００がプロセスチャンバ内の基板ホルダ上に準備される。本発明の１つの実施態様では、前記プロセスチャンバは、図５で示されるラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）プラズマ源を含むプラズマ処理システムの１部分であり得る。基板１０４は、例えばシリコン（Ｓｉ）を含むことができる。前記立ち上がり構造１０６は、例えばＳｉを含み、かつ当業者に知られている種々のリソグラフィ及びエッチング方法により形成され得る。いくつかの例によれば、前記立ち上がり構造１０６は、例えば１００ｎｍ未満、５０ｎｍ未満、３０ｎｍ未満又は２０ｎｍ未満の幅を持ち得る。いくつかの例によれば、前記立ち上がり構造１０６は、例えば０．５を超える、１を超える、２を超える、３を超える、５を超える、又は１０を超えるアスペクト比（高さ／幅）を持ち得る。
【００１２】
２０４で、炭化水素ガス、酸素含有ガス及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含むプロセスガスが前記プロセスチャンバ内に流される。前記炭化水素ガスは、一般式ＣｘＨｙを持ち、Ｃ４Ｈ４、Ｃ４Ｈ６又はそれらの混合物を含み得る。１つの実施態様では、前記炭化水素ガスは、炭素−炭素三重結合（Ｃ≡Ｃ）を含む分子、例えばＣ４Ｈ６（１−ブチン又は２−ブチン）を含み得る。いくつかの実施態様では、前記炭素−炭素三重結合は前記プラズマ励起では開裂されず、このことが前記アモルファスカーボンフィルムへ等方的に堆積する割合を増加させると考えられている。前記酸素含有ガスは、Ｏ２、Ｈ２Ｏ又はＯ２とＨ２Ｏ両方を含み得る。一例として、前記プロセスガスは、Ｃ４Ｈ６ガス、Ｏ２及び場合によりアルゴン又はヘリウムからなるか、これらを含み得る。いくつかの例では、前記アルゴン又はヘリウムガスの流速は、１００標準立方センチメートル／分（ｓｃｃｍ）と５００ｓｃｃｍの間、５００ｓｃｃｍと１０００ｓｃｃｍとの間、１０００ｓｃｃｍと２０００ｓｃｃｍとの間、２０００ｓｃｃｍと３０００ｓｃｃｍとの間、３０００ｓｃｃｍと４０００ｓｃｃｍとの間であるか、又は４０００ｓｃｃｍよりも大きい。いくつかの例では、前記炭化水素ガスの流速は、１０ｓｃｃｍと２００ｓｃｃｍの間、例えば４０ｓｃｃｍと６０ｓｃｃｍとの間、６０ｓｃｃｍと８０ｓｃｃｍとの間、８０ｓｃｃｍと１００ｓｃｃｍとの間であるか、又は１００ｓｃｃｍよりも大きい。いくつかの例では、前記酸素含有ガスの流速は、１０ｓｃｃｍと１００ｓｃｃｍの間、例えば１０ｓｃｃｍと４０ｓｃｃｍとの間、４０ｓｃｃｍと１００との間である。
【００１３】
２０６で、少なくとも１トールのプロセスガスの圧力がプロセスチャンバ内で維持される。本発明の発明者は次の知見を得た。３００ミリトール（ｍＴｏｒｒ）を超える、例えば１トールのプロセスガス圧力を用いることは、前記側壁表面１０３の底部近くのアモルファスカーボンフィルムのクラックの生成を抑制することができ、その結果前記側壁表面１０３上へのフィルム堆積が改善される、ということである。さらに、炭化水素ガスが炭素−炭素三重結合を含む場合（例えばＣ４Ｈ６）、プロセスガスへ酸素含有ガスを添加することはプロセスチャンバ内でプラズマによる炭化水素ラジカルの形成を増加させることが予想される。プロセスチャンバ内で炭化水素ラジカルの生成の増加は、前記フィルム堆積プロセスの等方性を増加させ、それにより堆積されたアモルファスカーボンフィルムの共形性が増加すると考えられる。前記プロセスチャンバ内のプロセスガス圧力は、排気ライン及び真空ポンプへ接続された圧力制御バルブにより正確に制御され得る。いくつかの例では、前記プロセスガス圧力は、１トールと１０トールとの間、１トールと５トールとの間、２トールと４トールとの間、１トールと２トールとの間、２トールと３トールとの間、４トールと５トールとの間、又は５トールを超える。
【００１４】
２０８で、プラズマが、マイクロ波プラズマ源を用いてプロセスチャンバ内で前記プロセスガスから形成される。前記プラズマ源は、ＲＬＳＡプラズマ源を含むことができ、これはプロセスチャンバ内に設けられ、１０００Ｗと５０００Ｗとの間、例えば１０００Ｗと２０００Ｗとの間、２０００Ｗと３０００Ｗとの間、３０００Ｗ及び４０００Ｗとの間又は４０００Ｗと５０００Ｗとの間でマイクロ波パワーを生成することができる。
【００１５】
２１０で、基板１０４及び立ち上がり構造１０６は前記プラズマに曝露され、前記立ち上がり構造１０６の表面上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積する。図１Ｂは、図１Ａの構造１００上に堆積された共形アモルファスカーボンフィルム１０８を含む構造１０１を示す。前記共形アモルファスカーボンフィルム１０８は、基板１０４のフィールド表面１０７上に厚さ１１３、前記立ち上がり構造１０６の側壁表面１０３上に厚さ１１１、及び前記立ち上がり構造１０６の上部表面１０５に厚さ１０９を有する。いくつかの例では、厚さ１０９，１１１、１１３の１つ又はそれ以上が、５ｎｍと１００ｎｍとの間、例えば５ｎｍと１０ｎｍとの間、２０ｎｍと３０ｎｍとの間、３０ｎｍと５０ｎｍとの間又は５０ｎｍと１００ｎｍとの間であり得る。本発明の実施態様によれば、厚さ１０９と１１１との比（ｄ（上部）／ｄ（側壁））は２未満、１．５未満又は１．３未満、例えば約１．２であり得る。
【００１６】
図１Ｃは、図１Ｂの構造１０１の異方性エッチングにより形成される構造１０２を示す。この例では、共形アモルファスカーボンフィルム１０８は、異方性プラズマエッチングプロセスを用いてパターン化され、前記パターン化されたアモルファスカーボンフィルム１１０が下の基板１０４内に構造をエッチングするためのハードマスクとして使用され得る。その後、前記パターン化されたアモルファスカーボンフィルム１１０は、よく知られたアッシングプロセスを用いて容易に除去され得る。
【００１７】
図３Ａ及び３Ｂは、本発明の実施態様による、基板上の立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積するためのガスフローダイヤグラムを示す。図３Ａのガスフローダイヤグラムは、炭化水素ガス及び酸素含有ガスの、一定又は実質的に一定のガスフロー４０２と４０４をそれぞれ含む。図３Ａには示されていないが、Ａｒ又はＨｅの一定又は実質的に一定のガスフローも使用され得る。前記フォルム堆積は時間ｔ０で開始され、時間ｔ１で終了する。堆積時間の例は、約１０秒と約１２０秒との間、例えば約１０秒と約３０秒との間、約３０秒と約６０秒との間、又は約６０秒と約１２０秒との間であり得る。図３Ｂでのガスフローダイヤグラムは、酸素含有ガスの一定又は実質的に一定のガスフロー４１４と、炭化水素ガスの一連のパルス４１２ａ１、４１２ａ２、４１２ａ３、．．．４１２ａｎを含む。いくつかの例では、炭化水素ガスのパルスの数は、約１０と約５０との間、約５０と約１００との間、約１００と約２００との間、又は２００を超える。いくつかの例では、前記パルス長さは、約０．１秒と約３０秒との間、又は約１秒と約２０秒との間であり得る。
【００１８】
図４は、Ｏ２ガスフローの関数として、カーボンフィルムの共形性を示す。図１Ａ及び１Ｂを参照して、カーボンフィルムの共形性のレベルは、ｄ（上部）／ｄ（側壁）で表現される。ここで共形性１．０とは、前記立ち上がり構造１０６の上部表面１０５のアモルファスカーボンフィルム１０８の厚さと、前記立ち上がり構造１０６の側壁表面１０３上のアモルファスカーボンフィルムの厚さが等しいことを示す。前記アモルファスカーボンフィルムは、約１０ｎｍと約２０ｎｍの間の厚さを持ち、かつ高さ及び幅が約８０ｎｍを持つ立ち上がり構造上に堆積された。前記プロセスガスは、Ｃ４Ｈ６、Ｏ２及びＡｒからなる。前記Ｃ４Ｈ６のガス流速は約８０ｓｃｃｍであり、Ａｒのガス流速は約２５００ｓｃｃｍであり、Ｏ２のガスフローの流速は約０ｓｃｃｍから約９０ｓｃｃｍの間であった。前記立ち上がり構造上のカーボンフィルム共形性値は、Ｏ２フローが０ｓｃｃｍについて２を超え、Ｏ２ガスフロー（３０ｓｃｃｍ）の場合には１．５を超え、中間的なＯ２ガスフロー（６０ｓｃｃｍ）の場合には約１．２であり、かつ高Ｏ２ガスフロー（９０ｓｃｃｍ）の場合には２を超えた。
【００１９】
図４では、低及び高Ｏ２ガスフローについての高いカーボンフィルム共形性は、前記立ち上がり構造上のカーボンフィルム共形性が低いことを示す。Ｏ２ガスフローがゼロか小さい場合にカーボンフィルム共形性が小さいことは、前記炭化水素ガスの酸素補助による分解が低レベルであることによると考えられる。高Ｏ２ガスフローでのカーボンフィルムの共形性が小さいことは、フィルム堆積とフィルムエッチングとの競争により、アモルファスカーボンフィルムの正味の堆積速度が低くなるからと考えられる。対照的に、中間的なＯ２ガスフローは、炭化水素ガスの高レベルの分解と、低レベルのエッチングを与え顕著なカーボンフィルム共形性を与える結果となった。
【００２０】
図５は、本発明の実施態様による、基板上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積するためのラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）プラズマ源を含むプラズマ処理システムの模式的ダイヤグラムを示す。図示されるように、プラズマ処理システム１０は、プロセスチャンバ２０（真空チャンバ）、アンテナユニット５０（ＲＬＳＡ）及び基板ホルダ２１を含む。前記プロセスチャンバ２０の内部は、主に、プラズマガス供給ユニット３０の下に位置するプラズマ発生領域Ｒ１及び基板ホルダ２１側でプラズマ拡散領域Ｒ２に区分けされている。プラズマ発生領域Ｒ１で生成されたプラズマは、数電子ボルト（ｅＶ）の電子温度を持ち得る。前記プラズマが、前記フォルム形成プロセスが行われるプラズマ拡散領域Ｒ２へ拡散する際に、前記基板ホルダ２１近くのプラズマの電子温度は約２ｅＶ未満の値に低下する。基板ホルダ２１は、プロセスチャンバ２０の底部上の中心に位置され、基板Ｗを載置するための載置ユニットとして作用する。基板ホルダ２１内に、絶縁部材２１ａ、冷却ジャケット２１ｂ及び（図示されていないが）基板温度を制御するための温度制御ユニットが設けられる。
【００２１】
プロセスチャンバ２０の上部は開放端である。前記プラズマガス供給ユニット３０は基板ホルダ２１に対抗して設けられ、プロセスチャンバ２０の上部部分に（図示されていない、例えばＯリングなどの）密閉部材を介して付設されている。誘電窓としても機能するプラズマガス供給ユニット３０は、例えば酸化アルミニウム又は石英などの材料から作られ、その平面表面は、見かけ上ディスク形状であり、基板ホルダ２１に面する。複数のガス供給孔３１が、基板ホルダ２１に対抗して、前記プラズマガス供給ユニット３０の平坦な表面上に設けられる。前記ガス供給孔３１は、プラズマガス供給ポート３３とガスフローチャンネル３２を介して流通する。プラズマガス供給源３４及び４５は、プラズマガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス又は他の不活性ガスをガス供給ポート３３へ供給する。前記プラズマガスはその後均一にプラズマ生成領域Ｒ１へ複数のガス供給孔３１を介して供給される。
【００２２】
前記プラズマ処理システム１０はさらに、プロセスガス供給ユニット４０を含み、これは、前記プラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２との間で、前記プロセスチャンバの実質的に中心に設けられる。前記プロセスガス供給ユニット４０は、導電性材料、例えばマグネシウム（Ｍｇ）を含むアルミニウム合金又はステンレススチールから作られる。前記プラズマガス供給ユニット３０と類似して、複数のガス供給孔４１が、前記プロセスガス供給ユニット４０の平坦表面に設けられている。前記プロセスガス供給ユニット４０の平坦表面は、基板ホルダ２１に対抗し、見かけ上ディスク形状を持つ。
【００２３】
プロセスチャンバ２０はさらに、排気ライン２６を含み、これはプロセスチャンバ２０の底部部分、前記排気ラインを圧力制御バルブ２８へ接続する真空ライン２７、及び真空ポンプへ接続される。前記圧力制御バルブ２８は、プロセスチャンバ２０内で望ましい圧力を達成するために使用され得る。
【００２４】
図６には前記プロセスガス共中心の平面図が示される。図に示されるように、グリッド状のガスフローチャンネル４２（これはシャワープレートとも呼ばれる）がプロセスガス供給ユニット４０内に形成される。前記グリッド状フローチャンネル４２は、垂直方向に形成される前記複数のガス供給孔４１の上部端と流通する。前記複数のガス供給孔４１の下部端部は載置テーブル２１に面して開かれている。上の場合と同じように、複数のガス供給孔４１は、プロセスガス供給ポート４３とグリッドパターンガスフローチャンネル４２を介して流通する。
【００２５】
さらに、複数の開口部４４が、プロセスガス供給ユニット４０上に形成され、複数の開口部４４が前記プロセスガス供給ユニット４０を垂直方向に通過する。複数の開口部４４は、プラズマガス、例えばアルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス又は他の不活性ガスを、前記載置テーブル２１側で前記プラズマ拡散領域Ｒ２内に流す。図６に示されるように、複数の開口部４４は、隣接するガスフローチャンネル４２の間に形成される。
【００２６】
プロセスガスは、例えば２つの別々のプロセスガス供給源４６−４７からプロセスガス供給ポート４３へ供給される。プロセスガス供給源４６−４７は、それぞれ炭化水素ガス（例えばＣ４Ｈ６）及び酸素含有ガス（例えばＯ２）に対応する。プラズマガス、例えばＡｒガスの流速は、約１００ｓｃｃｍから約４０００ｓｃｃｍの範囲であり得る。酸素含有ガス、例えばＯ２の流速は、約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの範囲であり得る。炭化水素ガス、例えばＣ４Ｈ６の流速は、約２０ｓｃｃｍと約２００ｓｃｃｍとの間であり得る。プラズマガス及びプロセスガスとして使用され得るより詳細なガスのリストは図２に関連して前記されている。さらに、プロセスチャンバ圧力と基板温度を含む使用可能なプロセスパラメータのより詳細な説明は、図２に関連して前記されている。
【００２７】
前記１又はそれ以上のプラズマガス、炭化水素ガス及び酸素含有ガスは、前記グリッド上ガスフローチャンネル４２を通って流れ、前記複数のガス供給孔４１を介して均一にプラズマ拡散領域Ｒ２内に供給される。プラズマ処理システム１０はさらに、４つのバルブ（Ｖ１からＶ４）及び４つの流速制御装置（ＭＦＣ１からＭＦＣ４）を持ち、それぞれプラズマガス、炭化水素ガス及び酸素含有ガスの供給を制御する。
【００２８】
外部マイクロ波発生器５５は、所定の周波数、例えば２．４５ＧＨｚのシグナルを前記アンテナユニット５０に同軸導波管５４を介して提供する。前記同軸導波管５４は、内部導体５４Ｂ及び外部導体５４Ａを含み得る。マイクロ波生成器５５からのマイクロ波エネルギーは、前記プラズマガス供給ユニット３０の直下のプラズマ生成領域Ｒ１で電場を生成し、これによりプロセスチャンバ内２０のプラズマガス、例えばＡｒガス、Ｈｅガス又は他の不活性ガスを励起する。
【００２９】
図７は、アンテナユニット５０（ＲＬＳＡ）の部分断面を示す。図示されているように、前記アンテナユニット５０は、平坦アンテナ本体５１、ラジアルラインスロットプレート５２及び前記マイクロ波シグナルの波長を短くするための誘電プレート５３を含む。前記平坦アンテナ本体５１は、円形状であり、端部が開放された底部表面を持つ。前記ラジアルラインスロットプレート５２は、前記平坦アンテナ本体５１の開放された底部端を閉じるように形成される。前記平坦アンテナ本体５１及びラジアルラインスロットプレート５２は、平坦な中空環形状導波管を持つ導電性材料からできている。
【００３０】
複数のスロット５６が、円偏波を形成するために前記ラジアルラインスロットプレート５２上に設けられる。複数のスロット５６は、実質的にＴ形状で、それらの間に僅かなギャップを有し、環状パターン又は周縁に沿って渦巻きのパターンで設けられる。スロット５６ａ及び５６ｂはお互いに垂直であることから、２つの直交偏向成分を持つ円偏波が平面波として前記ラジアルラインスロットプレート５２から放出される。
【００３１】
前記誘電プレート５３は低損失誘電材料、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又はシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）から作られており、これは前記ラジアルラインスロットプレート５２と前記平坦アンテナ本体５１の間に設けられる。図５に示されるように、ラジアルラインスロットプレート５２は、図５には示されていない密閉部材を用いてプロセスチャンバ２０上に設けられ、ラジアルラインスロットプレート５２がカバープレート２３と接近接触する。前記カバープレート２３は、プラズマガス供給ユニット３０の上部表面上に設けられ、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などのマイクロ波透過性誘電材料から作られる。
【００３２】
図５を参照して、外部高周波パワー供給源２２は電気的に前記基板ホルダ２１にマッチングネットワーク２５を介して接続される。前記外部高周波パワー供給源２２は、所定の周波数、例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦバイアス電力を生成し、基板Ｗへ引かれるイオンエネルギーを制御する。前記電力供給源２２はさらに、場合によりパルス状のＲＦバイアス電力を与えるように構成され、前記パルス周波数は、１Ｈｚを超えることができ、例えば２Ｈｚ，４Ｈｚ，６Ｈｚ，８Ｈｚ、１０Ｈｚ，２０Ｈｚ，３０Ｈｚ５０Ｈｚ又は５０Ｈｚを超える。例示的なＲＦバイアス電力は約１００Ｗと約２００Ｗとの間、約２００Ｗと約３００Ｗとの間、約３００Ｗと約４００Ｗとの間又は約４００Ｗと約５００Ｗとの間であり得る。留意すべきことは、当業者には、電力供給源２２の電力レベルは処理される基板のサイズに関連するということが理解できるということである。例えば、３００ｍｍＳｉウェハは処理の際に２００ｍｍウェハよりも多くの電力消費を必要とする。プラズマ処理装置１０はさらに、ＤＣ電圧生成器３５を含みことができ、これは場合により約−５ｋＶと約＋５ｋＶとの間のＤＣ電圧バイアスを基板ホルダ２１に供給することができる。
【００３３】
共形アモルファスカーボンフィルムの形成の際に、プラズマガス、例えばＡｒガスが、プラズマガス供給ユニット３０を用いてプロセスチャンバ２０内に導入され得る。一方、炭化水素ガス及び酸素含ガス及びキャリアガスとしてのＡｒが、プロセスガス供給ユニット４０を用いてプロセスチャンバ２０へ導入され得る。図７に示されるように、炭化水素ガス及び酸素含有ガスはまた、プラズマガス供給ユニット３０を用いてプロセスチャンバ２０へ導入されることもできる。
【００３４】
これまで、立ち上がり構造上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積する処理方法を提供する複数の実施態様が記載された。本発明の実施態様の前記記載は本発明を例示し説明するためのものである。開示されたこれらのものに本発明を限定することは意図されていない。本明細書及び以下の特許請求の範囲には、説明目的、図示目的のみに使用される用語を含みこれらはなんらを限定するものと解釈されてはならない。例えば、明細書（及び特許請求の範囲）で採用される用語「上」は、基板「上」のフィルムが直接基板にあること、及び直接接触していることを必要とするものではない。前記フィルムと前記基板との間に第２のフィルム又は他の構造が含まれることもあり得る。
当業者には、前記教示に照らして多くの修正、変更が可能であるということが理解されるであろう。当業者は、図に示される種々の部品について、種々の均等な組合せ、置換物を認識するであろう。従って、本発明の範囲は開示された詳細な説明に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲で限定されるものである、ということが意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置を形成するための方法であり、前記方法は：
プロセスチャンバ内の基板ホルダ上に基板を準備し、前記基板が、上部表面と側壁表面を持つ立ち上がり構造を含み；
前記プロセスチャンバ内にプロセスガスを流し、前記プロセスガスが炭化水素ガス、酸素含有ガス、及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含み；
前記プロセスチャンバ内のプロセスガス圧力を少なくとも１トールに維持し；
マイクロ波プラズマ源を用いて前記プロセスガスからプラズマを形成し；及び
前記基板を前記プラズマに曝露して前記立ち上がり構造の表面上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させ、前記上部表面上の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さと、前記側壁表面上の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さとの比（ｄ（上部）／ｄ（側壁））が、２未満である、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であり、さらに、前記曝露の際に、高周波数（ＲＦ）バイアス電力を前記基板に適用する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であり、前記プロセスチャンバ内の前記プロセスガスの圧力が。１トールと５トールとの間である、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であり、さらに、基板ホルダの温度を２００℃未満に維持する、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であり、プラズマの形成が、前記基板に面するラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）を含む前記マイクロ波プラズマ源により前記プロセスガスを励起することを含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であり、前記炭化水素ガスが、プラズマ励起で開裂されない炭素−炭素三重結合を含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であり、前記炭化水素ガスが、Ｃ４Ｈ４、Ｃ４Ｈ６、Ｃ６Ｈ６又はそれらの組合せを含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であり、前記酸素含有ガスが、Ｏ２、Ｈ２Ｏ又はＯ２とＨ２Ｏの両方を含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であり、前記プロセスガスが、Ｃ４Ｈ６ガス、Ｏ２及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であり、前記ｄ（上部）／ｄ（側壁）値が１．４未満である、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であり、さらに：前記共形アモルファスカーボンフィルムをエッチングしてパターン化ハードマスクを形成する、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であり、前記プロセスガスを流すことが、酸素含有ガス及び場合によりアルゴン又はヘリウムの連続フロー及び前記炭化水素のパルスフローを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であり、前記プロセスガスを流すことが、前記炭化水素ガス、前記酸素含有ガス、及び場合によりアルゴン又はヘリウムを連続的にフローすることを含む、方法。
【請求項１４】
半導体装置を形成するための方法であり、前記方法は：
プロセスチャンバ内の基板ホルダ上に基板を準備し、前記基板が、上部表面と側壁表面を持つ立ち上がり構造を含み；
前記プロセスチャンバ内にプロセスガスを流し、前記プロセスガスが酸素含有ガス、及び場合によりアルゴン又はヘリウムの連続フロー、及び炭化水素ガスのパルスフロー含み；
前記プロセスチャンバ内のプロセスガスの圧力を少なくとも１トールに維持し；
前記基板に面するラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）を含むマイクロ波プラズマ源を用いて前記プロセスガスからプラズマを形成し、前記炭化水素ガスが、プラズマ励起では開裂されない炭素−炭素三重結合を含み；及び
前記基板を前記プラズマに曝露して前記立ち上がり構造の表面上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させ、前記上部表面上の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さと、前記側壁表面上の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さとの比（ｄ（上部）／ｄ（側壁））が、２未満である、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であり、さらに、前記曝露の際に前記基板ホルダへ高周波数（ＲＦ）バイアス電力を適用する、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であり、前記プロセスチャンバ内のプロセスガスのプロセスガス圧力が１トールと５トールとの間である、方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であり、さらに、前記基板温度を２００℃未満に維持することを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法であり、前記酸素含有ガスが、Ｏ２、Ｈ２Ｏ又はＯ２及びＨ２Ｏの両方を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の方法であり、前記プロセスガスが、Ｃ４Ｈ６ガス、Ｏ２、及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法であり、前記ｄ（上部）／ｄ（側壁）値が１．４未満である、方法。
【請求項１】
半導体装置を形成するための方法であり、前記方法は：
プロセスチャンバ内の基板ホルダ上に基板を準備し、前記基板が、上部表面と側壁表面を持つ立ち上がり構造を含み；
前記プロセスチャンバ内にプロセスガスを流し、前記プロセスガスが炭化水素ガス、酸素含有ガス、及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含み；
前記プロセスチャンバ内のプロセスガス圧力を少なくとも１トールに維持し；
マイクロ波プラズマ源を用いて前記プロセスガスからプラズマを形成し；及び
前記基板を前記プラズマに曝露して前記立ち上がり構造の表面上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させ、前記上部表面上の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さと、前記側壁表面上の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さとの比（ｄ（上部）／ｄ（側壁））が、２未満である、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であり、さらに、前記曝露の際に、高周波数（ＲＦ）バイアス電力を前記基板に適用する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であり、前記プロセスチャンバ内の前記プロセスガスの圧力が。１トールと５トールとの間である、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であり、さらに、基板ホルダの温度を２００℃未満に維持する、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であり、プラズマの形成が、前記基板に面するラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）を含む前記マイクロ波プラズマ源により前記プロセスガスを励起することを含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であり、前記炭化水素ガスが、プラズマ励起で開裂されない炭素−炭素三重結合を含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であり、前記炭化水素ガスが、Ｃ４Ｈ４、Ｃ４Ｈ６、Ｃ６Ｈ６又はそれらの組合せを含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であり、前記酸素含有ガスが、Ｏ２、Ｈ２Ｏ又はＯ２とＨ２Ｏの両方を含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法であり、前記プロセスガスが、Ｃ４Ｈ６ガス、Ｏ２及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であり、前記ｄ（上部）／ｄ（側壁）値が１．４未満である、方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法であり、さらに：前記共形アモルファスカーボンフィルムをエッチングしてパターン化ハードマスクを形成する、方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法であり、前記プロセスガスを流すことが、酸素含有ガス及び場合によりアルゴン又はヘリウムの連続フロー及び前記炭化水素のパルスフローを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法であり、前記プロセスガスを流すことが、前記炭化水素ガス、前記酸素含有ガス、及び場合によりアルゴン又はヘリウムを連続的にフローすることを含む、方法。
【請求項１４】
半導体装置を形成するための方法であり、前記方法は：
プロセスチャンバ内の基板ホルダ上に基板を準備し、前記基板が、上部表面と側壁表面を持つ立ち上がり構造を含み；
前記プロセスチャンバ内にプロセスガスを流し、前記プロセスガスが酸素含有ガス、及び場合によりアルゴン又はヘリウムの連続フロー、及び炭化水素ガスのパルスフロー含み；
前記プロセスチャンバ内のプロセスガスの圧力を少なくとも１トールに維持し；
前記基板に面するラジアルラインスロットアンテナ（ＲＬＳＡ）を含むマイクロ波プラズマ源を用いて前記プロセスガスからプラズマを形成し、前記炭化水素ガスが、プラズマ励起では開裂されない炭素−炭素三重結合を含み；及び
前記基板を前記プラズマに曝露して前記立ち上がり構造の表面上に共形アモルファスカーボンフィルムを堆積させ、前記上部表面上の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さと、前記側壁表面上の前記共形アモルファスカーボンフィルムの厚さとの比（ｄ（上部）／ｄ（側壁））が、２未満である、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であり、さらに、前記曝露の際に前記基板ホルダへ高周波数（ＲＦ）バイアス電力を適用する、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であり、前記プロセスチャンバ内のプロセスガスのプロセスガス圧力が１トールと５トールとの間である、方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であり、さらに、前記基板温度を２００℃未満に維持することを含む、方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法であり、前記酸素含有ガスが、Ｏ２、Ｈ２Ｏ又はＯ２及びＨ２Ｏの両方を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１４に記載の方法であり、前記プロセスガスが、Ｃ４Ｈ６ガス、Ｏ２、及び場合によりアルゴン又はヘリウムを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１４に記載の方法であり、前記ｄ（上部）／ｄ（側壁）値が１．４未満である、方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−４６０７０（Ｐ２０１３−４６０７０Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８２１５９（Ｐ２０１２−１８２１５９）
【出願日】平成２４年８月２１日（２０１２．８．２１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２１日（２０１２．８．２１）
【出願人】（０００２１９９６７）東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Ｆターム（参考）】
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