成膜装置
【課題】エッチング耐性の高いアモルファスカーボン膜を提供する。
【解決手段】上部電極および下部電極が処理容器内に配設された平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用い、下部電極上に基板を配置する工程と、処理容器内に一酸化炭素および不活性ガスを供給するとともに、少なくとも上部電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させることにより一酸化炭素を分解し、基板上にアモルファスカーボンを堆積して成膜する工程とを有する。上部電極が炭素電極であることが好ましい。
【解決手段】上部電極および下部電極が処理容器内に配設された平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用い、下部電極上に基板を配置する工程と、処理容器内に一酸化炭素および不活性ガスを供給するとともに、少なくとも上部電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させることにより一酸化炭素を分解し、基板上にアモルファスカーボンを堆積して成膜する工程とを有する。上部電極が炭素電極であることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、回路パターン形成のために、フオトリソグラフィー技術を用いてパターン化されたレジストをマスクとしてプラズマエッチングが行われている。クリティカルディメンション（ＣＤ）が４５ｎｍの世代では、微細化に対応してＡｒＦレジストが使用されるが、プラズマに対する耐性が弱いという問題がある。この問題を克服する技術として、ＡｒＦレジストの下にＳｉＯ２膜とプラズマ耐性のあるレジストを積層したマスク（多層レジスト）を用いたドライ現像という方法が採用されている。４５ｎｍよりも微細化が進んだ世代では、ＡｒＦレジストの膜厚が２００ｎｍと薄くなっており、この厚さがドライ現像の基準となる。すなわち、このレジスト膜厚でプラズマエッチングできるＳｉＯ２膜の厚さと、さらにこのＳｉＯ２膜厚でプラズマエッチングできる下層レジストの厚さは、３００ｎｍ程度である。この膜厚の下層レジストでは被エッチング膜の膜厚に対して、十分なプラズマ耐性を確保することができず、高精度のエッチングを達成することができない。そのため、このような下層レジスト膜の代わりに、より高い耐エッチング性を有する膜が求められている。
【０００３】
ところで、特許文献１には、多層レジストに用いられるＳｉＯ２膜の代わりや、反射防止層として、炭化水素ガスと不活性ガスを用いたＣＶＤにより堆積したアモルファスカーボン膜を適用する技術が開示されており、このようなアモルファスカーボン膜を上記の用途に適用することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の方法により形成されたアモルファスカーボン膜を上記の用途に適用した場合には、エッチング耐性が十分でないことが判明した。この場合において、アモルファスカーボンの堆積温度を高く設定（例えば５００℃〜６００℃）することにより、エッチング耐性の向上を図ることも考えられるが、Ｃｕ配線が形成された後のバックエンドプロセスなどの低温プロセスには、そのような高温の堆積温度を必要とするプロセスを適用することができない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エッチング耐性の高いアモルファスカーボン膜を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、エッチング耐性が高く、低温での堆積が可能で低温プロセスにも適用することができるアモルファスカーボン膜の形成方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、エッチング耐性の高いアモルファスカーボン膜を備えた多層レジスト膜を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、上記のようなアモルファスカーボン膜の形成工程を含む半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、上記アモルファスカーボン膜の形成方法を堆積装置に実施させるプログラムを記憶したコンピュータ可読記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、（１）アモルファスカーボン膜中における炭素原子の含有率が高いほどエッチング耐性が高いこと、（２）炭素原子の含有率を高めるためには水素原子の含有率を低下させる必要があること、（３）ＣＶＤ法における炭素を供給するガスとして、炭化水素ガスに代えて、水素原子を分子中に含まない一酸化炭素を使用することにより、水素原子の含有率の極めて低いアモルファスカーボン膜が形成されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明の第１の観点では、
処理容器内に一酸化炭素ガスを含む処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内に高周波の電力を供給する高周波電源と、
前記処理容器内に設けられ、炭素で作製された上部電極と、を有し、
前記ガス供給機構から供給される一酸化炭素ガスを含む処理ガスを、前記高周波の電力によりプラズマ化して基板上にアモルファスカーボンを成膜する成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、エッチング耐性が高く、低温での成膜が可能で低温プロセスにも適用することができるアモルファスカーボン膜の形成方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアモルファスカーボン膜の成膜方法に好適な堆積装置の一例を示す断面図。
【図２】上部電極として炭素電極を用いた場合に堆積レートが上昇するメカニズムを説明するための模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係るアモルファスカーボン膜の製造方法を適用して得られたアモルファスカーボン膜を用いた半導体装置を製造するための積層構造体を示す断面図。
【図４】パターニングされたＡｒＦレジストをマスクとし、その下のＳｉＯ２膜をエッチングした後の積層構造体を示す断面図。
【図５】エッチングされたＳｉＯ２膜をマスクとしてその下のアモルファスカーボン膜をエッチングした後の積層構造体を示す断面図。
【図６】エッチングされたアモルファスカーボン膜をマスクとして下地のエッチングの対象となる膜をエッチングした後の積層構造体を示す断面図。
【符号の説明】
【００１５】
１；チャンバ
２；サセプタ
５；ヒータ
６；ヒータ電源
７：熱電対
１０；シャワーヘッド
１４；ガス供給機構
１６；高周波電源
１８；排気装置
２４；高周波電源
３０；プロセスコントローラ
３２；記憶部
１００；堆積装置
１０１；ＳｉＣ膜
１０２；ＳｉＯＣ膜
１０３；ＳｉＣ膜
１０４：ＳｉＯ２膜
１０５；ＳｉＮ膜
１０６；アモルファスカーボン膜
１０７；ＳｉＯ２膜
１０８；ＢＡＲＣ
１０９；ＡｒＦレジスト膜
Ｗ；半導体ウエハ
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、水素を含まない一酸化炭素ガスを分解して基板上にアモルファスカーボン膜を堆積するので、比較的低温であっても、水素原子の含有率の低い、優れたエッチング耐性を有するアモルファスカーボン膜を形成することができる。
【００１７】
また、特殊な装置や高価な処理ガスを使用することなく、通常のプラズマ処理装置により安価な一酸化炭素ガスを使用してアモルファスカーボン膜を形成することができるので、製造コストを高めることなく、水素原子の含有率の低い、エッチング耐性に優れたアモルファスカーボン膜を形成することができる。さらに、上述のように低温での成膜が可能であるので、低温プロセスにも適用することができる。
【００１８】
さらに、上部電極を炭素電極とすれば、一酸化炭素ガスが分解して生成した酸素ラジカルは、炭素電極の炭素により取り除かれて基板上へ供給される炭素量が増加するので、アモルファスカーボン膜の堆積レートを上昇させることができる。また、アモルファスカーボン膜における水素原子の含有率を更に低くすることができる。
【００１９】
さらにまた、本発明の一実施形態によるアモルファスカーボン膜は、水素原子の含有率が低く、相対的に炭素原子の含有率が高くてエッチング耐性に優れている。このような本発明の一実施形態によるアモルファスカーボン膜をエッチングマスクとして用いてエッチングの対象となる膜をエッチングすることにより、良好なエッチング形状と、下地層との関係で高いエッチング選択比とを実現することができる。特に、半導体装置の製造において、従来の多層レジストの下層レジストの代わりに本発明の一実施形態によるアモルファスカーボン膜を用いてエッチングの対象となる膜をエッチングすれば、その結果として生じる構造は、明確に輪郭づけられたエッジを有することができる。
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施形態によるアモルファスカーボン膜の形成方法の実施に好適な堆積装置（平行平板型のプラズマＣＶＤ装置）の一例を示す断面図である。この堆積装置１００は、略円筒状のチャンバ１を有している。
【００２２】
このチャンバ１の内部には、処理の対象であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ２が配置されている。サセプタ２は、その中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２にはヒータ５が埋め込まれており、このヒータ５は、必要に応じて、ヒータ電源６から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。サセプタ２には熱電対７が埋設されており、熱電対７により検出された信号によりヒータ５の出力が制御される。サセプタ２の表面近傍には電極８（下部電極）が埋設されている。この電極８には、整合器２３を介して高周波電源２４が接続されており、必要に応じてこの高周波電源２４から電極８にバイアス用の高周波電力が供給される。さらに、サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本のウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００２３】
チャンバ１の天壁１ａには、絶縁部材９を介して、上部電極としても機能するシャワーヘッド１０が設けられている。このシャワーヘッド１０は円筒状であり、内部にガス拡散空間２０を有し、上面に処理ガスを導入するガス導入口１１、下面に多数のガス吐出口１２を有している。シャワーヘッド１０のガス導入口１１には、ガス配管１３を介して、アモルファスカーボン膜を形成するための一酸化炭素ガスを含む処理ガスを供給するガス供給機構１４が接続されている。
【００２４】
シャワーヘッド１０には、整合器１５を介して高周波電源１６が接続されており、この高周波電源１６から上部電極であるシャワーヘッド１０に高周波電力が供給されるようになっている。このように、高周波電源１６から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に導入された処理ガスが励起され、チャンバ１内にプラズマが生成される。
【００２５】
チャンバ１の底壁１ｂには排気管１７が接続されており、この排気管１７には真空ポンプを含む排気装置１８が接続されている。そしてこの排気装置１８を作動させることによりチャンバ１内の圧力が所定の真空度まで減圧され得る。チャンバ１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２１と、この搬入出口２１を開閉するゲートバルブ２２とが設けられている。
【００２６】
堆積装置１００の各種構成部品又は部材、例えば、ヒータ電源６、ガス供給機構１４、高周波電源１６、高周波電源２４、排気装置１８等は、ＣＰＵおよびその周辺回路を含むプロセスコントローラ３０に接続されて制御される。また、プロセスコントローラ３０には、工程管理者が堆積装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、堆積装置１００の動作を表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース３１が接続されている。さらに、プロセスコントローラ３０には記憶部３２が接続されている。記憶部３２は、プロセスコントローラ３０が堆積装置１００に種々の処理を実行させるプログラムを格納している。プログラムには、堆積装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ３０で制御するための制御プログラムや、処理条件に応じて堆積装置１００の各構成部を動作させるプログラム（すなわちレシピ）が含まれる。また、これらのプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体３３に記憶されて、これから記憶部３２へダウンロードされる。コンピュータ可読記憶媒体３３は、ハードディスク装置（携帯型ハードディスク装置を含む）やフラッシュメモリ等の半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の光学ディスク、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、ＵＳＢメモリであってもよい。また、レシピなどは、サーバなどの他の装置から回線を介して記憶部７２に格納されても良い。
【００２７】
また、記憶部３２はコンピュータ可読記憶媒体３３から種々のレシピを格納することができ、必要に応じて、ユーザーインターフェース３１からの指示等にて特定されたレシピが記憶部３２からプロセスコントローラ３０へ読み出される。読み出されたレシピがプロセスコントローラ３０により実行されて、プロセスコントローラ３０の制御下で、堆積装置１００での所望の処理が行われる。
【００２８】
次に、以上のように構成された堆積装置１００を用いて実施される本実施形態のアモルファスカーボン膜の形成方法について説明する。
【００２９】
まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。そして、ガス供給機構１４からガス配管１３およびシャワーヘッド１０を介してプラズマ生成ガスとして例えばＡｒガスを流しながら、排気装置１８によりチャンバ１内を排気して、チャンバ１内を所定の圧力に維持し、必要に応じてヒータ５によりサセプタ２を加熱する。そして、高周波電源１６からシャワーヘッド１０に高周波電力を印加することにより、シャワーヘッド１０と電極８との間に高周波電界が生じ、これにより処理ガスが励起されてプラズマが生成される。このとき、高周波電源２４から電極８に高周波バイアス電力を印加することが好ましい。
【００３０】
その状態で、ガス供給機構１４から一酸化炭素ガスを含むガス、例えば一酸化炭素ガスおよび不活性ガスをガス配管１３およびシャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に導入する。
【００３１】
このように一酸化炭素ガスを含む処理ガスをチャンバ１内に導入することにより、一酸化炭素ガスがチャンバ１内でプラズマにより励起され、ウエハＷ上で一酸化炭素の分解反応（ＣＯ→Ｃ＋Ｏ＊）が起こり、生成した炭素が堆積してアモルファスカーボン膜が形成される。
【００３２】
なお、このときの処理ガスとしては一酸化炭素ガス単独でもアモルファスカーボンを堆積することができるが、効率良くプラズマを形成する観点およびプラズマの均一性を制御する観点から不活性ガスを添加することが好ましい。
【００３３】
上記特許文献１に記載された技術では、アモルファスカーボン形成用の処理ガスとして炭化水素ガスと不活性ガスを用いてアモルファスカーボンを堆積している。この場合には、炭化水素ガスに由来する水素原子が膜中に導入されるため、このアモルファスカーボン膜は、高い含有率（例えば５０ａｔｍ％以上）で水素を含み、低いエッチング耐性を有することとなる。これに対応するため、堆積温度を上昇させることにより、水素原子の含有率をある程度低下させて、エッチング耐性を向上させることも考えられる。しかし、高い堆積温度を必要とする堆積プロセスは、バックエンドプロセスへ適用することができない。
【００３４】
これに対し、本発明の一実施形態では、水素原子を分子中に含まない一酸化炭素を処理容器（チャンバ１）内に導入するプラズマＣＶＤ法により堆積するので、比較的低温（例えば２００℃以下）でアモルファスカーボンを堆積しても、低い水素原子含有率を有するアモルファスカーボン膜を得ることができ、そのような膜は、優れたエッチング耐性を有するものとなる。
【００３５】
ただし、原料ガスの分子中に水素原子を含まない原料ガス（処理ガス）が、常に好適な原料ガスとは限らない。例えば、二酸化炭素ガスを原料ガスとして用いると、酸素原子濃度が高いため、堆積中にそのアモルファスカーボンのエッチングが同時に生じることがある。この結果、二酸化炭素ガスを原料としたアモルファスカーボン膜の堆積レートは極めて遅くなり、または、アモルファスカーボン膜が堆積されない虞さえある。
【００３６】
一酸化炭素ガスとともにチャンバ１内に導入される不活性ガスとしては、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガスなどが挙げられる。これらのうち、界面モホロジーの良好なアモルファスカーボン膜を形成することができる観点からＨｅガスを使用することが好ましい。
【００３７】
チャンバ１内に導入される一酸化炭素に対する不活性ガスの流量比率としては０．１〜１０であることが好ましい。また、一酸化炭素と不活性ガスと合計の流量としては５０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度が好ましい。さらに、堆積時のチャンバ内圧力は、６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）以下が好ましい。
【００３８】
アモルファスカーボン膜を堆積する際のウエハ温度（堆積温度）は、３５０℃以下であることが好ましく、より好ましくは３００℃以下、さらに好ましくは１５０〜２５０℃である。このような温度であれば、Ｃｕ配線形成後のバックエンドプロセスに適用可能である。このような比較的低い温度でも多層レジストの最下層として要求される高いエッチング耐性を有するアモルファスカーボン膜を得ることができる。
【００３９】
シャワーヘッド１０に印加される高周波の周波数および電力は、必要な反応性を得るために適宜設定すればよい。このように高周波電力を印加することにより、チャンバ１内に高周波電界を形成して処理ガスをプラズマ化することができ、プラズマＣＶＤによるアモルファスカーボン膜の成膜を実現することができる。プラズマ化されたガスは高い反応性を有するため、堆積温度をより低下させることが可能である。なお、本実施形態では高周波電力による容量結合型プラズマが利用されるが、他の実施形態では誘導結合型プラズマでもよいし、マイクロ波を導波管およびアンテナを介してチャンバ１内に導入してプラズマを形成するマイクロ波に基づくプラズマであってもよい。
【００４０】
高周波電源１６からシャワーヘッド１０に高周波電力を印加するとともに、高周波電源２４から電極８に高周波バイアス電力を印加することにより、堆積時における水素原子の膜中への進入を抑制し、結果として得られるアモルファスカーボン膜における水素原子の含有率を更に低くすることができる。電極８に印加される高周波バイアス電力の周波数およびパワーも適宜設定することができる。
【００４１】
以上のようにして形成された本実施形態におけるアモルファスカーボン膜は、比較的低い堆積温度にも拘わらず、低い水素原子含有率を有している。具体的には、水素原子の含有率は、２０．０ａｔｍ％以下とすることができ、さらには１８．０ａｔｍ％以下とすることができる。処理ガスとして炭化水素ガスを使用して形成されるアモルファスカーボン膜における水素原子の含有率は、通常５０．０ａｔｍ％以上であるから、本実施形態によるアモルファスカーボン膜の水素含有量はこれよりも格段に低く、よって、従来のアモルファスカーボン膜よりも格段に優れたエッチング耐性を提供する。
【００４２】
本実施形態によるアモルファスカーボン膜は、多層レジストの最下層（加工すべき膜のエッチングに使用するマスク）として好適である。また、このアモルファスカーボン膜は、２５０ｎｍ程度以下の波長で０．１〜１．０程度の光吸収係数を有するため、反射防止膜としても適用可能である。
【００４３】
本実施形態においてアモルファスカーボン膜を形成する際には、上部電極（シャワーヘッド１０）として炭素電極を用いることが好ましい。これにより、堆積レートを高くすることができ、アモルファスカーボン膜を効率的に形成することができる。
【００４４】
その理由は以下のように説明される。一酸化炭素ガスが分解すると酸素ラジカル（Ｏ＊）が生成する。この酸素ラジカルは形成されたアモルファスカーボン膜をエッチングすることができるため、これにより堆積レートが低下するおそれがある。しかし、上部電極として炭素電極を使用することによりこのような堆積レートを低下させることなく、むしろ高い堆積レートを得ることができる。
【００４５】
すなわち、図２に示すように、サセプタ２に載置されたウエハＷ上で一酸化炭素ガスが分解（ＣＯ→Ｃ↓＋Ｏ＊）することにより生成された酸素ラジカル（Ｏ＊）は、チャンバ内を流れて炭素で作製された電極に到達すると、その表面において、電極の構成元素である炭素と反応して一酸化炭素を生成する（Ｃ＋Ｏ＊→ＣＯ）。この一酸化炭素は、アモルファスカーボン膜の堆積に寄与し、また酸素ラジカルと反応して二酸化炭素を生成する（Ｏ＊＋ＣＯ→ＣＯ２）。生成された二酸化炭素はチャンバから排気される。（酸素ラジカルは、チャンバ内に導入された一酸化炭素と反応して二酸化炭素を生成することもある。）このようにして、アモルファスカーボン膜をエッチングする（堆積を阻害する）酸素ラジカルが炭素電極により取り除かれることにより、アモルファスカーボン膜のエッチングが抑制され、高い堆積レートを達成することができるものと推測される。
【００４６】
次に、以上のように形成したアモルファスカーボン膜を適用した半導体装置の製造方法について説明する。
図３に示すように、半導体ウエハ（Ｓｉ基板）Ｗ上に、エッチングすべき膜として、ＳｉＣ膜１０１、ＳｉＯＣ膜（Ｌｏｗ−κ膜）１０２、ＳｉＣ膜１０３、ＳｉＯ２膜１０４、及びＳｉＮ膜１０５をこの順に堆積する。次に、ＳｉＮ膜１０５上に、上述した方法でアモルファスカーボン（α−Ｃ）膜１０６、ＳｉＯ２膜１０７、ＢＡＲＣ（下部反射防止膜）１０８、及びＡｒＦレジスト膜１０９をこの順に形成し、フオトリソグラフィーによりＡｒＦレジスト膜１０９をパターニングして、エッチングマスクを形成する。
【００４７】
ＡｒＦレジスト膜１０９、ＢＡＲＣ１０８、ＳｉＯ２膜１０７、およびアモルファスカーボン膜１０６の厚さは、以下のように例示される。
【００４８】
・ＡｒＦレジスト膜１０９： ２００ｎｍ以下（典型的には１８０ｎｍ）
・ＢＡＲＣ１０８： ３０〜１００ｎｍ（典型的には７０ｎｍ）
・ＳｉＯ２膜１０７： １０〜１００ｎｍ（典型的には５０ｎｍ）
・アモルファスカーボン膜１０６： １００〜８００ｎｍ（典型的には２８０ｎｍ）
なお、エッチングすべき膜の膜厚は、以下のように例示される。
【００４９】
・ＳｉＣ膜１０１： ３０ｎｍ
・ＳｉＯＣ膜（Ｌｏｗ−κ膜）１０２： １５０ｎｍ
・ＳｉＣ膜１０３： ３０ｎｍ
・ＳｉＯ２膜１０４： １５０ｎｍ
・ＳｉＮ膜１０５： ７０ｎｍ
なお、ＳｉＯ２膜１０７の代わりにＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＮＨ等の他のＳｉを含有する薄膜を用いることもできる。
【００５０】
図４に示すように、ＡｒＦレジスト膜１０９をマスクとしてＢＡＲＣ１０８およびＳｉＯ２膜１０７をプラズマエッチングし、ＳｉＯ２膜１０７にＡｒＦレジスト膜１０９のパターンを転写する。なお、図示の例では、このエッチングの後、ＡｒＦレジスト膜１０９はエッチング耐性が低いため、エッチングにより除去されている。また、ＢＡＲＣ１０８もこのエッチングにより薄くなっている。
【００５１】
次に、図５に示すように、残存するＢＡＲＣ１０８とＳｉＯ２膜１０７をエッチングマスクとしてアモルファスカーボン膜１０６をエッチングする。これにより、エッチングマスクのパターン（ＡｒＦレジスト膜１０９のパターンと実質的に同一）がアモルファスカーボン膜１０６に転写される。上述した方法で堆積されたアモルファスカーボン膜１０６は、高いエッチング耐性のため、エッチングされて明確に輪郭づけられたエッジを有することとなる。換言すると、エッチングマスクのパターン（ＡｒＦレジスト膜１０９のパターン）が正確に転写される。なお、図示の例では、このエッチングによって、ＢＡＲＣ１０８は除去され、ＳｉＯ２膜１０７薄くなっている。
【００５２】
その後、図６に示すように、アモルファスカーボン膜１０６をエッチングマスクとして用いて、ＳｉＮ膜１０５、ＳｉＯ２膜１０４、ＳｉＣ膜１０３、ＳｉＯＣ膜１０２、ＳｉＣ膜１０１をプラズマエッチングにより順次エッチングする。このとき、上述の方法で堆積されたアモルファスカーボン膜１０６は、高いエッチング耐性を有し、アモルファスカーボン膜１０６のエッチング速度は、膜１０１〜１０５のエッチング速度よりも十分に遅い。換言すると、このエッチングにおいて、高いエッチング選択比を得ることができる。したがって、膜１０１〜１０５をエッチングしている間十分にエッチングマスクとして残存し、エッチングマスクのパターンが膜１０１〜１０５に正確に転写される。
【００５３】
上記のエッチングが終了したときには、ＳｉＯ２膜１０７は既に除去されており、残存したアモルファスカーボン膜１０６も、Ｈ２ガス／Ｎ２ガスを用いるアッシングにより比較的容易に除去可能である。
【００５４】
次に、本発明の効果を確認した結果について説明する。
【００５５】
図１に示したような堆積装置１００のサセプタ２上にウエハＷを載置し、ガス供給機構１４からガス配管１３およびシャワーヘッド１０（シリコンからなる上部電極）を介してＡｒガスを流しながら、排気装置１８によりチャンバ１内を排気して、５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）の減圧状態に維持した。なお、ヒータ５によるサセプタ２の加熱は行わず、ウエハＷの温度は２０℃であった。高周波電源１６からシャワーヘッド１０に２７ＭＨｚ、６．５Ｗ／ｃｍ２の高周波電力を印加して、シャワーヘッド１０と電極８との間に高周波電界を生じさせてプラズマを発生させた。このとき、高周波電源２４から電極８には高周波バイアス電力は印加しなかった。次いで、ガス供給機構１４から一酸化炭素およびＡｒガスをガス配管１３およびシャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に導入した。ここに、一酸化炭素の流量を４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒガスの流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定した。これにより、ウエハＷ上で一酸化炭素の分解反応が起こり、生成した炭素が堆積してアモルファスカーボン膜が形成された。このようにして形成されたアモルファスカーボン膜に含まれる水素量をＥＲＤＡ（Elastic Recoil Detection Analysis）法で測定したところ、１７．９ａｔｍ％と低い結果が得られた。
【００５６】
上部電極（シャワーヘッド１０）としてシリコン電極を配置した堆積装置（Ａ）、および、上部電極（シャワーヘッド１０）として炭素電極を配置した堆積装置（Ｂ）のそれぞれを用いて、本発明の一実施形態による方法でアモルファスカーボン膜を形成し、それぞれの膜厚を測定した。成膜条件は下記のとおりである。
（成膜条件）
・装置内の圧力：２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）
・ウエハＷの温度：２００℃
・上部電極へ印加した高周波電力：３８０ｋＨｚ、３Ｗ／ｃｍ２
・下部電極へ印加した高周波バイアス電力：３８０ｋＨｚ、２Ｗ／ｃｍ２
・一酸化炭素の流量：５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
・Ａｒガスの流量：１３ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
・堆積時間：６０秒
その結果、炭素電極を備えた堆積装置（Ｂ）により得られたアモルファスカーボン膜の膜厚は、シリコン電極を備えた堆積装置（Ａ）により得られたアモルファスカーボン膜の膜厚の２倍程度であった。この結果、上部電極として炭素電極を使用すれば、堆積レートを高くできることが実証された。
【００５７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明のアモルファスカーボン膜をドライ現像技術における多層レジストの下層に適用した場合について示したが、これに限るものではない。例えば、通常のフォトレジスト膜の下に形成し、反射防止膜を兼ねるエッチングマスクとして用いて良く、また、他の種々の用途に用いることができる。
【００５８】
さらにまた、上記実施形態では、被対象の基板として半導体ウエハを例示したが、これに限らず、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板等、他の基板にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係るアモルファスカーボン膜は、ドライ現像技術における多層レジストの下層等、エッチング耐性が要求されるエッチングプロセスにおけるエッチングマスクとして好適である。
【００６０】
本出願は、２００７年２月２８日に日本国特許庁へ出願された特許出願第２００７−０４９１８５号に関連する主題を包含し、それらの内容のすべてをここに援用する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、回路パターン形成のために、フオトリソグラフィー技術を用いてパターン化されたレジストをマスクとしてプラズマエッチングが行われている。クリティカルディメンション（ＣＤ）が４５ｎｍの世代では、微細化に対応してＡｒＦレジストが使用されるが、プラズマに対する耐性が弱いという問題がある。この問題を克服する技術として、ＡｒＦレジストの下にＳｉＯ２膜とプラズマ耐性のあるレジストを積層したマスク（多層レジスト）を用いたドライ現像という方法が採用されている。４５ｎｍよりも微細化が進んだ世代では、ＡｒＦレジストの膜厚が２００ｎｍと薄くなっており、この厚さがドライ現像の基準となる。すなわち、このレジスト膜厚でプラズマエッチングできるＳｉＯ２膜の厚さと、さらにこのＳｉＯ２膜厚でプラズマエッチングできる下層レジストの厚さは、３００ｎｍ程度である。この膜厚の下層レジストでは被エッチング膜の膜厚に対して、十分なプラズマ耐性を確保することができず、高精度のエッチングを達成することができない。そのため、このような下層レジスト膜の代わりに、より高い耐エッチング性を有する膜が求められている。
【０００３】
ところで、特許文献１には、多層レジストに用いられるＳｉＯ２膜の代わりや、反射防止層として、炭化水素ガスと不活性ガスを用いたＣＶＤにより堆積したアモルファスカーボン膜を適用する技術が開示されており、このようなアモルファスカーボン膜を上記の用途に適用することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１２９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の方法により形成されたアモルファスカーボン膜を上記の用途に適用した場合には、エッチング耐性が十分でないことが判明した。この場合において、アモルファスカーボンの堆積温度を高く設定（例えば５００℃〜６００℃）することにより、エッチング耐性の向上を図ることも考えられるが、Ｃｕ配線が形成された後のバックエンドプロセスなどの低温プロセスには、そのような高温の堆積温度を必要とするプロセスを適用することができない。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エッチング耐性の高いアモルファスカーボン膜を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、エッチング耐性が高く、低温での堆積が可能で低温プロセスにも適用することができるアモルファスカーボン膜の形成方法を提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、エッチング耐性の高いアモルファスカーボン膜を備えた多層レジスト膜を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、上記のようなアモルファスカーボン膜の形成工程を含む半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに他の目的は、上記アモルファスカーボン膜の形成方法を堆積装置に実施させるプログラムを記憶したコンピュータ可読記憶媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、（１）アモルファスカーボン膜中における炭素原子の含有率が高いほどエッチング耐性が高いこと、（２）炭素原子の含有率を高めるためには水素原子の含有率を低下させる必要があること、（３）ＣＶＤ法における炭素を供給するガスとして、炭化水素ガスに代えて、水素原子を分子中に含まない一酸化炭素を使用することにより、水素原子の含有率の極めて低いアモルファスカーボン膜が形成されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明の第１の観点では、
処理容器内に一酸化炭素ガスを含む処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内に高周波の電力を供給する高周波電源と、
前記処理容器内に設けられ、炭素で作製された上部電極と、を有し、
前記ガス供給機構から供給される一酸化炭素ガスを含む処理ガスを、前記高周波の電力によりプラズマ化して基板上にアモルファスカーボンを成膜する成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、エッチング耐性が高く、低温での成膜が可能で低温プロセスにも適用することができるアモルファスカーボン膜の形成方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアモルファスカーボン膜の成膜方法に好適な堆積装置の一例を示す断面図。
【図２】上部電極として炭素電極を用いた場合に堆積レートが上昇するメカニズムを説明するための模式図。
【図３】本発明の一実施形態に係るアモルファスカーボン膜の製造方法を適用して得られたアモルファスカーボン膜を用いた半導体装置を製造するための積層構造体を示す断面図。
【図４】パターニングされたＡｒＦレジストをマスクとし、その下のＳｉＯ２膜をエッチングした後の積層構造体を示す断面図。
【図５】エッチングされたＳｉＯ２膜をマスクとしてその下のアモルファスカーボン膜をエッチングした後の積層構造体を示す断面図。
【図６】エッチングされたアモルファスカーボン膜をマスクとして下地のエッチングの対象となる膜をエッチングした後の積層構造体を示す断面図。
【符号の説明】
【００１５】
１；チャンバ
２；サセプタ
５；ヒータ
６；ヒータ電源
７：熱電対
１０；シャワーヘッド
１４；ガス供給機構
１６；高周波電源
１８；排気装置
２４；高周波電源
３０；プロセスコントローラ
３２；記憶部
１００；堆積装置
１０１；ＳｉＣ膜
１０２；ＳｉＯＣ膜
１０３；ＳｉＣ膜
１０４：ＳｉＯ２膜
１０５；ＳｉＮ膜
１０６；アモルファスカーボン膜
１０７；ＳｉＯ２膜
１０８；ＢＡＲＣ
１０９；ＡｒＦレジスト膜
Ｗ；半導体ウエハ
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、水素を含まない一酸化炭素ガスを分解して基板上にアモルファスカーボン膜を堆積するので、比較的低温であっても、水素原子の含有率の低い、優れたエッチング耐性を有するアモルファスカーボン膜を形成することができる。
【００１７】
また、特殊な装置や高価な処理ガスを使用することなく、通常のプラズマ処理装置により安価な一酸化炭素ガスを使用してアモルファスカーボン膜を形成することができるので、製造コストを高めることなく、水素原子の含有率の低い、エッチング耐性に優れたアモルファスカーボン膜を形成することができる。さらに、上述のように低温での成膜が可能であるので、低温プロセスにも適用することができる。
【００１８】
さらに、上部電極を炭素電極とすれば、一酸化炭素ガスが分解して生成した酸素ラジカルは、炭素電極の炭素により取り除かれて基板上へ供給される炭素量が増加するので、アモルファスカーボン膜の堆積レートを上昇させることができる。また、アモルファスカーボン膜における水素原子の含有率を更に低くすることができる。
【００１９】
さらにまた、本発明の一実施形態によるアモルファスカーボン膜は、水素原子の含有率が低く、相対的に炭素原子の含有率が高くてエッチング耐性に優れている。このような本発明の一実施形態によるアモルファスカーボン膜をエッチングマスクとして用いてエッチングの対象となる膜をエッチングすることにより、良好なエッチング形状と、下地層との関係で高いエッチング選択比とを実現することができる。特に、半導体装置の製造において、従来の多層レジストの下層レジストの代わりに本発明の一実施形態によるアモルファスカーボン膜を用いてエッチングの対象となる膜をエッチングすれば、その結果として生じる構造は、明確に輪郭づけられたエッジを有することができる。
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明の一実施形態によるアモルファスカーボン膜の形成方法の実施に好適な堆積装置（平行平板型のプラズマＣＶＤ装置）の一例を示す断面図である。この堆積装置１００は、略円筒状のチャンバ１を有している。
【００２２】
このチャンバ１の内部には、処理の対象であるウエハＷを水平に支持するためのサセプタ２が配置されている。サセプタ２は、その中央下部に設けられた円筒状の支持部材３により支持されている。サセプタ２の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング４が設けられている。また、サセプタ２にはヒータ５が埋め込まれており、このヒータ５は、必要に応じて、ヒータ電源６から給電されることにより被処理基板であるウエハＷを所定の温度に加熱する。サセプタ２には熱電対７が埋設されており、熱電対７により検出された信号によりヒータ５の出力が制御される。サセプタ２の表面近傍には電極８（下部電極）が埋設されている。この電極８には、整合器２３を介して高周波電源２４が接続されており、必要に応じてこの高周波電源２４から電極８にバイアス用の高周波電力が供給される。さらに、サセプタ２には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本のウエハ支持ピン（図示せず）がサセプタ２の表面に対して突没可能に設けられている。
【００２３】
チャンバ１の天壁１ａには、絶縁部材９を介して、上部電極としても機能するシャワーヘッド１０が設けられている。このシャワーヘッド１０は円筒状であり、内部にガス拡散空間２０を有し、上面に処理ガスを導入するガス導入口１１、下面に多数のガス吐出口１２を有している。シャワーヘッド１０のガス導入口１１には、ガス配管１３を介して、アモルファスカーボン膜を形成するための一酸化炭素ガスを含む処理ガスを供給するガス供給機構１４が接続されている。
【００２４】
シャワーヘッド１０には、整合器１５を介して高周波電源１６が接続されており、この高周波電源１６から上部電極であるシャワーヘッド１０に高周波電力が供給されるようになっている。このように、高周波電源１６から高周波電力を供給することにより、シャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に導入された処理ガスが励起され、チャンバ１内にプラズマが生成される。
【００２５】
チャンバ１の底壁１ｂには排気管１７が接続されており、この排気管１７には真空ポンプを含む排気装置１８が接続されている。そしてこの排気装置１８を作動させることによりチャンバ１内の圧力が所定の真空度まで減圧され得る。チャンバ１の側壁には、ウエハＷの搬入出を行うための搬入出口２１と、この搬入出口２１を開閉するゲートバルブ２２とが設けられている。
【００２６】
堆積装置１００の各種構成部品又は部材、例えば、ヒータ電源６、ガス供給機構１４、高周波電源１６、高周波電源２４、排気装置１８等は、ＣＰＵおよびその周辺回路を含むプロセスコントローラ３０に接続されて制御される。また、プロセスコントローラ３０には、工程管理者が堆積装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、堆積装置１００の動作を表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース３１が接続されている。さらに、プロセスコントローラ３０には記憶部３２が接続されている。記憶部３２は、プロセスコントローラ３０が堆積装置１００に種々の処理を実行させるプログラムを格納している。プログラムには、堆積装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ３０で制御するための制御プログラムや、処理条件に応じて堆積装置１００の各構成部を動作させるプログラム（すなわちレシピ）が含まれる。また、これらのプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体３３に記憶されて、これから記憶部３２へダウンロードされる。コンピュータ可読記憶媒体３３は、ハードディスク装置（携帯型ハードディスク装置を含む）やフラッシュメモリ等の半導体メモリであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ等の光学ディスク、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、ＵＳＢメモリであってもよい。また、レシピなどは、サーバなどの他の装置から回線を介して記憶部７２に格納されても良い。
【００２７】
また、記憶部３２はコンピュータ可読記憶媒体３３から種々のレシピを格納することができ、必要に応じて、ユーザーインターフェース３１からの指示等にて特定されたレシピが記憶部３２からプロセスコントローラ３０へ読み出される。読み出されたレシピがプロセスコントローラ３０により実行されて、プロセスコントローラ３０の制御下で、堆積装置１００での所望の処理が行われる。
【００２８】
次に、以上のように構成された堆積装置１００を用いて実施される本実施形態のアモルファスカーボン膜の形成方法について説明する。
【００２９】
まず、ウエハＷをチャンバ１内に搬入し、サセプタ２上に載置する。そして、ガス供給機構１４からガス配管１３およびシャワーヘッド１０を介してプラズマ生成ガスとして例えばＡｒガスを流しながら、排気装置１８によりチャンバ１内を排気して、チャンバ１内を所定の圧力に維持し、必要に応じてヒータ５によりサセプタ２を加熱する。そして、高周波電源１６からシャワーヘッド１０に高周波電力を印加することにより、シャワーヘッド１０と電極８との間に高周波電界が生じ、これにより処理ガスが励起されてプラズマが生成される。このとき、高周波電源２４から電極８に高周波バイアス電力を印加することが好ましい。
【００３０】
その状態で、ガス供給機構１４から一酸化炭素ガスを含むガス、例えば一酸化炭素ガスおよび不活性ガスをガス配管１３およびシャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に導入する。
【００３１】
このように一酸化炭素ガスを含む処理ガスをチャンバ１内に導入することにより、一酸化炭素ガスがチャンバ１内でプラズマにより励起され、ウエハＷ上で一酸化炭素の分解反応（ＣＯ→Ｃ＋Ｏ＊）が起こり、生成した炭素が堆積してアモルファスカーボン膜が形成される。
【００３２】
なお、このときの処理ガスとしては一酸化炭素ガス単独でもアモルファスカーボンを堆積することができるが、効率良くプラズマを形成する観点およびプラズマの均一性を制御する観点から不活性ガスを添加することが好ましい。
【００３３】
上記特許文献１に記載された技術では、アモルファスカーボン形成用の処理ガスとして炭化水素ガスと不活性ガスを用いてアモルファスカーボンを堆積している。この場合には、炭化水素ガスに由来する水素原子が膜中に導入されるため、このアモルファスカーボン膜は、高い含有率（例えば５０ａｔｍ％以上）で水素を含み、低いエッチング耐性を有することとなる。これに対応するため、堆積温度を上昇させることにより、水素原子の含有率をある程度低下させて、エッチング耐性を向上させることも考えられる。しかし、高い堆積温度を必要とする堆積プロセスは、バックエンドプロセスへ適用することができない。
【００３４】
これに対し、本発明の一実施形態では、水素原子を分子中に含まない一酸化炭素を処理容器（チャンバ１）内に導入するプラズマＣＶＤ法により堆積するので、比較的低温（例えば２００℃以下）でアモルファスカーボンを堆積しても、低い水素原子含有率を有するアモルファスカーボン膜を得ることができ、そのような膜は、優れたエッチング耐性を有するものとなる。
【００３５】
ただし、原料ガスの分子中に水素原子を含まない原料ガス（処理ガス）が、常に好適な原料ガスとは限らない。例えば、二酸化炭素ガスを原料ガスとして用いると、酸素原子濃度が高いため、堆積中にそのアモルファスカーボンのエッチングが同時に生じることがある。この結果、二酸化炭素ガスを原料としたアモルファスカーボン膜の堆積レートは極めて遅くなり、または、アモルファスカーボン膜が堆積されない虞さえある。
【００３６】
一酸化炭素ガスとともにチャンバ１内に導入される不活性ガスとしては、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガスなどが挙げられる。これらのうち、界面モホロジーの良好なアモルファスカーボン膜を形成することができる観点からＨｅガスを使用することが好ましい。
【００３７】
チャンバ１内に導入される一酸化炭素に対する不活性ガスの流量比率としては０．１〜１０であることが好ましい。また、一酸化炭素と不活性ガスと合計の流量としては５０〜１０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）程度が好ましい。さらに、堆積時のチャンバ内圧力は、６６５Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）以下が好ましい。
【００３８】
アモルファスカーボン膜を堆積する際のウエハ温度（堆積温度）は、３５０℃以下であることが好ましく、より好ましくは３００℃以下、さらに好ましくは１５０〜２５０℃である。このような温度であれば、Ｃｕ配線形成後のバックエンドプロセスに適用可能である。このような比較的低い温度でも多層レジストの最下層として要求される高いエッチング耐性を有するアモルファスカーボン膜を得ることができる。
【００３９】
シャワーヘッド１０に印加される高周波の周波数および電力は、必要な反応性を得るために適宜設定すればよい。このように高周波電力を印加することにより、チャンバ１内に高周波電界を形成して処理ガスをプラズマ化することができ、プラズマＣＶＤによるアモルファスカーボン膜の成膜を実現することができる。プラズマ化されたガスは高い反応性を有するため、堆積温度をより低下させることが可能である。なお、本実施形態では高周波電力による容量結合型プラズマが利用されるが、他の実施形態では誘導結合型プラズマでもよいし、マイクロ波を導波管およびアンテナを介してチャンバ１内に導入してプラズマを形成するマイクロ波に基づくプラズマであってもよい。
【００４０】
高周波電源１６からシャワーヘッド１０に高周波電力を印加するとともに、高周波電源２４から電極８に高周波バイアス電力を印加することにより、堆積時における水素原子の膜中への進入を抑制し、結果として得られるアモルファスカーボン膜における水素原子の含有率を更に低くすることができる。電極８に印加される高周波バイアス電力の周波数およびパワーも適宜設定することができる。
【００４１】
以上のようにして形成された本実施形態におけるアモルファスカーボン膜は、比較的低い堆積温度にも拘わらず、低い水素原子含有率を有している。具体的には、水素原子の含有率は、２０．０ａｔｍ％以下とすることができ、さらには１８．０ａｔｍ％以下とすることができる。処理ガスとして炭化水素ガスを使用して形成されるアモルファスカーボン膜における水素原子の含有率は、通常５０．０ａｔｍ％以上であるから、本実施形態によるアモルファスカーボン膜の水素含有量はこれよりも格段に低く、よって、従来のアモルファスカーボン膜よりも格段に優れたエッチング耐性を提供する。
【００４２】
本実施形態によるアモルファスカーボン膜は、多層レジストの最下層（加工すべき膜のエッチングに使用するマスク）として好適である。また、このアモルファスカーボン膜は、２５０ｎｍ程度以下の波長で０．１〜１．０程度の光吸収係数を有するため、反射防止膜としても適用可能である。
【００４３】
本実施形態においてアモルファスカーボン膜を形成する際には、上部電極（シャワーヘッド１０）として炭素電極を用いることが好ましい。これにより、堆積レートを高くすることができ、アモルファスカーボン膜を効率的に形成することができる。
【００４４】
その理由は以下のように説明される。一酸化炭素ガスが分解すると酸素ラジカル（Ｏ＊）が生成する。この酸素ラジカルは形成されたアモルファスカーボン膜をエッチングすることができるため、これにより堆積レートが低下するおそれがある。しかし、上部電極として炭素電極を使用することによりこのような堆積レートを低下させることなく、むしろ高い堆積レートを得ることができる。
【００４５】
すなわち、図２に示すように、サセプタ２に載置されたウエハＷ上で一酸化炭素ガスが分解（ＣＯ→Ｃ↓＋Ｏ＊）することにより生成された酸素ラジカル（Ｏ＊）は、チャンバ内を流れて炭素で作製された電極に到達すると、その表面において、電極の構成元素である炭素と反応して一酸化炭素を生成する（Ｃ＋Ｏ＊→ＣＯ）。この一酸化炭素は、アモルファスカーボン膜の堆積に寄与し、また酸素ラジカルと反応して二酸化炭素を生成する（Ｏ＊＋ＣＯ→ＣＯ２）。生成された二酸化炭素はチャンバから排気される。（酸素ラジカルは、チャンバ内に導入された一酸化炭素と反応して二酸化炭素を生成することもある。）このようにして、アモルファスカーボン膜をエッチングする（堆積を阻害する）酸素ラジカルが炭素電極により取り除かれることにより、アモルファスカーボン膜のエッチングが抑制され、高い堆積レートを達成することができるものと推測される。
【００４６】
次に、以上のように形成したアモルファスカーボン膜を適用した半導体装置の製造方法について説明する。
図３に示すように、半導体ウエハ（Ｓｉ基板）Ｗ上に、エッチングすべき膜として、ＳｉＣ膜１０１、ＳｉＯＣ膜（Ｌｏｗ−κ膜）１０２、ＳｉＣ膜１０３、ＳｉＯ２膜１０４、及びＳｉＮ膜１０５をこの順に堆積する。次に、ＳｉＮ膜１０５上に、上述した方法でアモルファスカーボン（α−Ｃ）膜１０６、ＳｉＯ２膜１０７、ＢＡＲＣ（下部反射防止膜）１０８、及びＡｒＦレジスト膜１０９をこの順に形成し、フオトリソグラフィーによりＡｒＦレジスト膜１０９をパターニングして、エッチングマスクを形成する。
【００４７】
ＡｒＦレジスト膜１０９、ＢＡＲＣ１０８、ＳｉＯ２膜１０７、およびアモルファスカーボン膜１０６の厚さは、以下のように例示される。
【００４８】
・ＡｒＦレジスト膜１０９： ２００ｎｍ以下（典型的には１８０ｎｍ）
・ＢＡＲＣ１０８： ３０〜１００ｎｍ（典型的には７０ｎｍ）
・ＳｉＯ２膜１０７： １０〜１００ｎｍ（典型的には５０ｎｍ）
・アモルファスカーボン膜１０６： １００〜８００ｎｍ（典型的には２８０ｎｍ）
なお、エッチングすべき膜の膜厚は、以下のように例示される。
【００４９】
・ＳｉＣ膜１０１： ３０ｎｍ
・ＳｉＯＣ膜（Ｌｏｗ−κ膜）１０２： １５０ｎｍ
・ＳｉＣ膜１０３： ３０ｎｍ
・ＳｉＯ２膜１０４： １５０ｎｍ
・ＳｉＮ膜１０５： ７０ｎｍ
なお、ＳｉＯ２膜１０７の代わりにＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＮＨ等の他のＳｉを含有する薄膜を用いることもできる。
【００５０】
図４に示すように、ＡｒＦレジスト膜１０９をマスクとしてＢＡＲＣ１０８およびＳｉＯ２膜１０７をプラズマエッチングし、ＳｉＯ２膜１０７にＡｒＦレジスト膜１０９のパターンを転写する。なお、図示の例では、このエッチングの後、ＡｒＦレジスト膜１０９はエッチング耐性が低いため、エッチングにより除去されている。また、ＢＡＲＣ１０８もこのエッチングにより薄くなっている。
【００５１】
次に、図５に示すように、残存するＢＡＲＣ１０８とＳｉＯ２膜１０７をエッチングマスクとしてアモルファスカーボン膜１０６をエッチングする。これにより、エッチングマスクのパターン（ＡｒＦレジスト膜１０９のパターンと実質的に同一）がアモルファスカーボン膜１０６に転写される。上述した方法で堆積されたアモルファスカーボン膜１０６は、高いエッチング耐性のため、エッチングされて明確に輪郭づけられたエッジを有することとなる。換言すると、エッチングマスクのパターン（ＡｒＦレジスト膜１０９のパターン）が正確に転写される。なお、図示の例では、このエッチングによって、ＢＡＲＣ１０８は除去され、ＳｉＯ２膜１０７薄くなっている。
【００５２】
その後、図６に示すように、アモルファスカーボン膜１０６をエッチングマスクとして用いて、ＳｉＮ膜１０５、ＳｉＯ２膜１０４、ＳｉＣ膜１０３、ＳｉＯＣ膜１０２、ＳｉＣ膜１０１をプラズマエッチングにより順次エッチングする。このとき、上述の方法で堆積されたアモルファスカーボン膜１０６は、高いエッチング耐性を有し、アモルファスカーボン膜１０６のエッチング速度は、膜１０１〜１０５のエッチング速度よりも十分に遅い。換言すると、このエッチングにおいて、高いエッチング選択比を得ることができる。したがって、膜１０１〜１０５をエッチングしている間十分にエッチングマスクとして残存し、エッチングマスクのパターンが膜１０１〜１０５に正確に転写される。
【００５３】
上記のエッチングが終了したときには、ＳｉＯ２膜１０７は既に除去されており、残存したアモルファスカーボン膜１０６も、Ｈ２ガス／Ｎ２ガスを用いるアッシングにより比較的容易に除去可能である。
【００５４】
次に、本発明の効果を確認した結果について説明する。
【００５５】
図１に示したような堆積装置１００のサセプタ２上にウエハＷを載置し、ガス供給機構１４からガス配管１３およびシャワーヘッド１０（シリコンからなる上部電極）を介してＡｒガスを流しながら、排気装置１８によりチャンバ１内を排気して、５．３Ｐａ（４０ｍＴｏｒｒ）の減圧状態に維持した。なお、ヒータ５によるサセプタ２の加熱は行わず、ウエハＷの温度は２０℃であった。高周波電源１６からシャワーヘッド１０に２７ＭＨｚ、６．５Ｗ／ｃｍ２の高周波電力を印加して、シャワーヘッド１０と電極８との間に高周波電界を生じさせてプラズマを発生させた。このとき、高周波電源２４から電極８には高周波バイアス電力は印加しなかった。次いで、ガス供給機構１４から一酸化炭素およびＡｒガスをガス配管１３およびシャワーヘッド１０を介してチャンバ１内に導入した。ここに、一酸化炭素の流量を４００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒガスの流量を１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定した。これにより、ウエハＷ上で一酸化炭素の分解反応が起こり、生成した炭素が堆積してアモルファスカーボン膜が形成された。このようにして形成されたアモルファスカーボン膜に含まれる水素量をＥＲＤＡ（Elastic Recoil Detection Analysis）法で測定したところ、１７．９ａｔｍ％と低い結果が得られた。
【００５６】
上部電極（シャワーヘッド１０）としてシリコン電極を配置した堆積装置（Ａ）、および、上部電極（シャワーヘッド１０）として炭素電極を配置した堆積装置（Ｂ）のそれぞれを用いて、本発明の一実施形態による方法でアモルファスカーボン膜を形成し、それぞれの膜厚を測定した。成膜条件は下記のとおりである。
（成膜条件）
・装置内の圧力：２６６Ｐａ（２Ｔｏｒｒ）
・ウエハＷの温度：２００℃
・上部電極へ印加した高周波電力：３８０ｋＨｚ、３Ｗ／ｃｍ２
・下部電極へ印加した高周波バイアス電力：３８０ｋＨｚ、２Ｗ／ｃｍ２
・一酸化炭素の流量：５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
・Ａｒガスの流量：１３ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
・堆積時間：６０秒
その結果、炭素電極を備えた堆積装置（Ｂ）により得られたアモルファスカーボン膜の膜厚は、シリコン電極を備えた堆積装置（Ａ）により得られたアモルファスカーボン膜の膜厚の２倍程度であった。この結果、上部電極として炭素電極を使用すれば、堆積レートを高くできることが実証された。
【００５７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明のアモルファスカーボン膜をドライ現像技術における多層レジストの下層に適用した場合について示したが、これに限るものではない。例えば、通常のフォトレジスト膜の下に形成し、反射防止膜を兼ねるエッチングマスクとして用いて良く、また、他の種々の用途に用いることができる。
【００５８】
さらにまた、上記実施形態では、被対象の基板として半導体ウエハを例示したが、これに限らず、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板等、他の基板にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係るアモルファスカーボン膜は、ドライ現像技術における多層レジストの下層等、エッチング耐性が要求されるエッチングプロセスにおけるエッチングマスクとして好適である。
【００６０】
本出願は、２００７年２月２８日に日本国特許庁へ出願された特許出願第２００７−０４９１８５号に関連する主題を包含し、それらの内容のすべてをここに援用する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に一酸化炭素ガスを含む処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内に高周波の電力を供給する高周波電源と、
前記処理容器内に設けられ、炭素で作製された上部電極と、を有し、
前記ガス供給機構から供給される一酸化炭素ガスを含む処理ガスを、前記高周波の電力によりプラズマ化して基板上にアモルファスカーボンを成膜する成膜装置。
【請求項２】
前記処理容器内に、基板を載置する下部電極を更に備え、
前記上部電極及び前記下部電極のうち、少なくとも前記上部電極に高周波電力が印加される、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記上部電極にプラズマ形成用の高周波電力が印加され、前記下部電極に高周波バイアスが印加される、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記上部電極は、内部にガス経路及び複数のガス突出口を有し、前記ガス供給機構から供給された一酸化炭素ガスを含む処理ガスを、前記ガス経路を介して前記複数のガス突出口から前記処理容器内に導入する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記成膜装置は、プラズマＣＶＤ装置である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１】
処理容器内に一酸化炭素ガスを含む処理ガスを供給するガス供給機構と、
前記処理容器内に高周波の電力を供給する高周波電源と、
前記処理容器内に設けられ、炭素で作製された上部電極と、を有し、
前記ガス供給機構から供給される一酸化炭素ガスを含む処理ガスを、前記高周波の電力によりプラズマ化して基板上にアモルファスカーボンを成膜する成膜装置。
【請求項２】
前記処理容器内に、基板を載置する下部電極を更に備え、
前記上部電極及び前記下部電極のうち、少なくとも前記上部電極に高周波電力が印加される、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記上部電極にプラズマ形成用の高周波電力が印加され、前記下部電極に高周波バイアスが印加される、請求項１または請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記上部電極は、内部にガス経路及び複数のガス突出口を有し、前記ガス供給機構から供給された一酸化炭素ガスを含む処理ガスを、前記ガス経路を介して前記複数のガス突出口から前記処理容器内に導入する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記成膜装置は、プラズマＣＶＤ装置である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３０８０１（Ｐ２０１３−３０８０１Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２２５１１９（Ｐ２０１２−２２５１１９）
【出願日】平成２４年１０月１０日（２０１２．１０．１０）
【分割の表示】特願２００９−５０１２１０（Ｐ２００９−５０１２１０）の分割
【原出願日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【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２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１０月１０日（２０１２．１０．１０）
【分割の表示】特願２００９−５０１２１０（Ｐ２００９−５０１２１０）の分割
【原出願日】平成２０年２月２１日（２００８．２．２１）
【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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