(57)【要約】【課題】薄膜蒸着方法、及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】下部膜の損失量及び損失均一度を改善させながら、所望エッチング特性を有する薄膜を蒸着するための方法を提供するためのものであり、該方法は、半導体基板のパターン構造上に薄膜を蒸着するにおいて、半導体基板とパターン構造とに対して、（ａ１）ソースガス供給段階、（ｂ１）反応ガス供給段階、（ｃ１）プラズマ供給段階を含む第１サイクルを一定回数ほど遂行することにより、薄膜の一部分を蒸着する第１段階と、第１段階後、（ａ２）ソースガス供給段階、（ｂ２）反応ガス供給段階、（ｃ２）プラズマ供給段階を含む第２サイクルを一定回数ほど遂行することにより、薄膜の残り部分を蒸着する第２段階と、を遂行し、（ａ１）ソースガス供給段階の供給時間は、（ａ２）ソースガス供給段階の供給時間より長いことを特徴とする。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板のパターン構造上に薄膜を蒸着するにおいて、前記半導体基板と前記パターン構造とに対して、
（ａ１）ソースガス供給段階、（ｂ１）反応ガス供給段階、（ｃ１）プラズマ供給段階を含む第１サイクルを一定回数ほど反復遂行することにより、薄膜の一部分を蒸着する第１段階と、
前記第１段階後、（ａ２）ソースガス供給段階、（ｂ２）反応ガス供給段階、（ｃ２）プラズマ供給段階を含む第２サイクルを一定回数ほど反復遂行することにより、薄膜の残り部分を蒸着する第２段階と、を遂行し、
前記（ａ１）ソースガス供給段階の供給時間は、前記（ａ２）ソースガス供給段階の供給時間より長いことを特徴とする薄膜蒸着方法。
【請求項２】
前記（ａ１）ソースガス供給段階の供給時間は、前記（ａ２）ソースガス供給段階の供給時間の２倍ないし５倍であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項３】
前記（ａ１）ソースガス供給段階の供給時間は、０．２秒ないし１秒であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項４】
前記第１サイクルの反復回数は、前記第２サイクルの反復回数より少ないことを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項５】
前記第２サイクルの反復回数に対する前記第１サイクルの反復回数の比率は、１／１２ないし１／１０であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項６】
前記第１段階の前記（ａ１）ソースガス供給段階の供給時間、前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマ電力、及び前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、前記パターン構造の損失量と損失均一度とを調節することを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項７】
前記（ａ１）ソースガス供給段階の供給時間が増大すれば、前記第１段階の間に損失される前記パターン構造の損失量が減少することを特徴とする請求項６に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項８】
前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマ電力とプラズマデューティ比との乗積を一定に維持しながら、（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマ電力を増大させ、（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比を低下させることにより、第１段階の間の前記パターン構造の損失量が減少し、前記パターン構造の損失均一度が改善されることを特徴とする請求項６に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項９】
前記第１段階の前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマ電力は、６５０Ｗないし１，２００Ｗ範囲内にあり、
前記第１段階の前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比は、２５％ないし５０％範囲内にあることを特徴とする請求項８に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１０】
前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマ電力は、前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマ電力より大きく、
前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比は、前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比より小さいことを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１１】
前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマ電力、及び前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、前記薄膜の所望湿式エッチング速度（ＷＥＲ）が獲得されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１２】
前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマ電力が増大すれば、前記薄膜の湿式エッチング速度（ＷＥＲ）が低減されることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１３】
前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比が上昇すれば、前記薄膜の湿式エッチング速度（ＷＥＲ）が低減されることを特徴とする請求項１１に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１４】
半導体基板のパターン構造上に薄膜を蒸着する方法であり、
プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、第１プラズマ電力をパルス形態で印加する第１サイクルをｍ回反復し、前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段階と、
プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、第２プラズマ電力をパルス形態で印加する第２サイクルをｎ回反復し、前記薄膜を蒸着する段階と、を含むことを特徴とする薄膜蒸着方法。
【請求項１５】
前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段階は、
前記プラズマ原子層蒸着工程のソース供給段階の供給時間を増大させることにより、前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させることを含むことを特徴とする請求項１４に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１６】
前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段階は、
前記第１プラズマ電力及びデューティ比のうち少なくとも一つを調節することにより、前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させることを含むことを特徴とする請求項１４に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１７】
前記第２サイクルの反復回数（ｎ）に対する前記第１サイクルの反復回数（ｍ）の比率を、１／１２ないし１／１０にし、前記薄膜を形成することを特徴とする請求項１４に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１８】
前記第２サイクルをｎ回反復し、前記薄膜を蒸着する段階は、
前記第２プラズマ電力及びデューティ比のうち少なくとも一つを調節することにより、前記薄膜の湿式エッチング速度を制御することを含むことを特徴とする請求項１４に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項１９】
前記薄膜蒸着方法は、前記薄膜の少なくとも一部を除去し、前記薄膜のスペーサパターンを形成する段階をさらに含み、
前記薄膜のスペーサパターンは、前記半導体基板にわたり、一定線幅サイズを有することを特徴とする請求項１４に記載の薄膜蒸着方法。
【請求項２０】
半導体基板のパターン構造上に薄膜を蒸着する方法であり、
プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、ソースガス供給段階の供給時間、プラズマ供給段階のプラズマ電力及びプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段階と、
プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、プラズマ供給段階のプラズマ電力及びプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、前記薄膜の湿式エッチング特性を制御する段階と、を含むことを特徴とする薄膜蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜蒸着方法、及び半導体装置の製造方法に係り、さらに具体的には、基板のパターン構造上に、プラズマ原子層蒸着法で薄膜を蒸着する方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ（dynamic random access memory）製品のパターニング技術の微細化により、ＤＰＴ（double patterning technology）工程時、ＰＲ（photoresist）、またはハードマスクとして使用される材料であるＳＯＨ（spin on hardmask）の精密な制御が要求される。
一般的に、プラズマ工程を利用し、ＳＯＨ膜上に薄膜を蒸着すれば、プラズマラジカルにより、ＳＯＨ膜にも損失が発生することになるが、基板の各部分別に、その損失程度が変わる場合が生じる。そのような損失の不均一性により、微細パターニングを行ったとき、ＣＤ（critical dimension）間隔が不規則になり、それにより、製品の収率（yield）が低下し、生産性と経済性との損失を発生させる。
ＳＯＨ全体損失量だけではなく、そのようなＳＯＨ損失均一度（ＳＯＨ loss uniformity）を改善しなければならないという技術的開発が要求されており、ＳＯＨ薄膜上に形成された薄膜の質も、考慮しなければならないために、それを調節することができる技術が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０２７５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一目的は、薄膜蒸着時、下部膜損失量と損失均一度とを、所望レベルに調節しながら、所望エッチング特性を有する薄膜を蒸着することができる方法を提案することである。
本発明の他の目的は、半導体基板のパターン上に薄膜を蒸着するとき、パターンの損失量と損失均一度とを向上させ、同時に半導体パターン上に形成された薄膜のＷＥＲ（wet etch rate）を制御することができる方法を提案することである。
本発明のさらに他の目的は、半導体基板のパターン上に薄膜を蒸着するとき、パターンの損失均一度を改善し、基板全体にわたし、さらに均一なスペーサマスクを形成することができる半導体装置の製造方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の技術的思想による実施形態の一側面によれば、薄膜蒸着方法は、半導体基板のパターン構造上にも遂行され、前記半導体基板と前記パターン構造とに対して、（ａ１）ソースガス供給段階、（ｂ１）反応ガス供給段階、（ｃ１）プラズマ供給段階を含むサイクルを一定回数反復遂行する第１サイクルにより、薄膜の一部分を蒸着する第１段階と、前記第１段階後、（ａ２）ソースガス供給段階、（ｂ２）反応ガス供給段階、（ｃ２）プラズマ供給段階を含むサイクルを一定回数反復遂行する第２サイクルにより、薄膜の残り部分を蒸着する第２段階を遂行するが、前記（ａ１）ソースガス供給段階の供給時間は、前記（ａ２）ソースガス供給段階の供給時間よりも長い。
前記薄膜蒸着方法の一例によれば、前記（ａ１）ソースガス供給段階の供給時間は、前記（ａ２）ソースガス供給段階の供給時間の２倍ないし５倍でもある。
前記薄膜蒸着方法の他の例によれば、前記（ａ１）ソースガス供給段階の供給時間は、０．２秒ないし１秒範囲内にもある。
前記薄膜蒸着方法の他の例によれば、前記第１サイクルの反復回数は、前記第２サイクルの反復回数よりも少ない。
前記薄膜蒸着方法の他の例によれば、前記第２サイクルの反復回数に対する前記第１サイクルの反復回数の比率は、１／１２ないし１／１０でもある。
前記薄膜蒸着方法の他の例によれば、前記第１段階の（ａ１）前記ソースガス供給段階の供給時間、前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマ電力、及び前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、前記パターン構造の損失量と損失均一度とを調節することができる。例えば、前記（ａ１）ソースガス供給段階の供給時間が増大すれば、前記第１段階間損失される前記パターン構造の損失量が減少する。また、例えば、前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマ電力とプラズマデューティ比との乗積（multiplication）であるプラズマ電力量を一定に維持しながら、（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマ電力を増大させ（ｃ１）、プラズマ供給段階のプラズマデューティ比を低下させることにより、第１段階の間の前記パターン構造の損失量が減少し、前記パターン構造の損失均一度が改善される。一例において、前記第１段階の前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマ電力は、６５０Ｗないし１，２００Ｗ範囲内にあり、前記第１段階の前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比は、２５％ないし５０％範囲内にもある。
前記薄膜蒸着方法の他の例によれば、前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマ電力は、前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマ電力より大きく、前記（ｃ１）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比は、前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比よりも低い。
前記薄膜蒸着方法の他の例によれば、前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマ電力、及び前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、前記薄膜の所望湿式エッチング速度（ＷＥＲ）が獲得される。例えば、前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマ電力が増大すれば、前記薄膜の湿式エッチング速度（ＷＥＲ）が低減される。また、前記（ｃ２）プラズマ供給段階のプラズマデューティ比が上昇すれば、前記薄膜の湿式エッチング速度（ＷＥＲ）が低減される。
本発明の技術的思想による実施形態の他の側面によれば、半導体基板のパターン構造上に薄膜を蒸着する方法は、プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、第１ＲＦ電力をパルス形態で印加する第１サイクルをｍ回反復し、前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段階と、プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、第２ＲＦ電力をパルス形態で印加する第２サイクルをｎ回反復し、前記薄膜を蒸着する段階と、を含んでもよい。
前記薄膜蒸着方法の一例によれば、前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段階は、前記プラズマ原子層蒸着工程のソース供給段階の供給時間を増大させることにより、前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させることを含んでもよい。
前記薄膜蒸着方法の他の例によれば、前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段階は、前記第１ＲＦ電力及びデューティ比のうち少なくとも一つを調節することにより、前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させることを含んでもよい。
前記薄膜蒸着方法の他の例によれば、前記第２サイクルの反復回数（ｎ）に対する前記第１サイクルの反復回数（ｍ）の比率を、１／１２ないし１／１０にし、前記薄膜を形成することができる。
前記薄膜蒸着方法の他の例によれば、前記第２サイクルをｎ回反復し、前記薄膜を蒸着する段階は、前記第２ＲＦ電力及びデューティ比のうち少なくとも一つを調節することにより、前記薄膜の湿式エッチング速度を制御することを含んでもよい。
前記薄膜蒸着方法の他の例によれば、前記薄膜蒸着方法は、前記薄膜の少なくとも一部を除去し、前記薄膜のスペーサパターンを形成する段階をさらに含み、前記薄膜のスペーサパターンは、前記基板にわたり、一定線幅サイズを有することができる。
本発明の技術的思想による実施形態のさらに他の側面によれば、半導体基板のパターン構造上に薄膜を蒸着する方法は、プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、ソースガス供給段階の供給時間、プラズマ供給段階のプラズマ電力、及びプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、前記パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段階と、プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、プラズマ供給段階のプラズマ電力及びプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、前記薄膜の湿式エッチング特性を制御する段階と、を含んでもよい。
【０００６】
本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【０００７】
前述のように、本発明の技術的思想による実施形態によれば、互いに異なる工程条件を有する２つの段階に分けて薄膜蒸着工程を遂行することにより、下部膜損失量と損失均一度とを所望レベルに調節しながら、所望エッチング特性を有する薄膜を蒸着することができる。本発明の技術的思想による薄膜蒸着方法をＤＰＴ工程に適用すれば、基板全体にかけてさらに均一なスペーサマスクを形成することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の技術的思想による実施形態による薄膜蒸着方法を概略的に図示したタイミング図である。
【図２】本発明の技術的思想による実施形態による薄膜蒸着方法を概略的に図示したタイミング図である。
【図３】図１及び図２の既存工程を利用しての薄膜蒸着時、生じる問題点を概略的に図示する図面である。
【図４】本発明の技術的思想による他の実施形態による薄膜蒸着方法を概略的に図示したタイミング図である。
【図５】本発明の技術的思想による他の実施形態による薄膜蒸着方法を概略的に図示したタイミング図である。
【図６】本発明の技術的思想による他の実施形態による薄膜蒸着方法を概略的に図示したタイミング図である。
【図７】連続方式とパルス方式とでプラズマを基板上に供給するとき、デューティ比による膜のＷＥＲ特性を示すグラフである。
【図８】連続方式とパルス方式とでプラズマを基板上に供給するとき、デューティ比による下部膜損傷度を示すグラフである。
【図９】本発明の他の技術的思想によるさらに他の実施形態による薄膜蒸着方法を概略的に図示したタイミング図である。
【図１０】本発明の他の技術的思想によるさらに他の実施形態による薄膜蒸着方法にも利用される工程パラメータの一例を図示する表である。
【図１１】第１段階において、連続方式とパルス方式とでプラズマを基板上に供給するときに生じる、基板位置によるＳＯＨの損失量を示すグラフである。
【図１２】第１段階のソース供給時間によるＳＯＨ損失均一度及び薄膜のＷＥＲを示す表である。
【図１３】第１段階を遂行した場合と遂行していない場合とにおいて、ＳＯＨ損失量及び損失均一度を比較する表である。
【図１４】本発明の技術的思想によるさらに他の実施形態による半導体装置の製造方法を概略的に図示した断面図である。
【図１５】本発明の技術的思想によるさらに他の実施形態による半導体装置の製造方法を概略的に図示した断面図である。
【図１６】本発明の技術的思想によるさらに他の実施形態による半導体装置の製造方法を概略的に図示した断面図である。
【図１７】本発明の技術的思想によるさらに他の実施形態による半導体装置の製造方法を概略的に図示した断面図である。
【図１８】本発明の技術的思想によるさらに他の実施形態による半導体装置の製造方法を概略的に図示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態は、当該技術分野において当業者に、本発明についてさらに完全に説明するために提供されるものであり、以下の実施形態は、さまざまに異なる形態に変形され、本発明の範囲は、以下の実施形態に限定されるものではない。むしろ、それら実施形態は、本開示をさらに充実したものであって完全なものにさせ、当業者に、本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。
【００１０】
本明細書で使用された用語は、特定実施形態についても説明に使用され、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使用されているように、単数形態は、文脈上、他の場合を明らかに指摘するものではないならば、複数形態を含んでもよい。また、本明細書で使用される場合、「含む（comprise）」及び／または「含むところの（comprising）」は、言及された形状、数、段階、動作、部材、要素及び／またはそれらグループの存在を特定するものであり、１以上の他の形状、数、動作、部材、要素及び／またはグループの存在または付加を排除するものではない。本明細書で使用されているように、用語「及び／または」は、当該列挙項目のうちいずれか一つ、及び１以上の全ての組み合わせを含む。
【００１１】
本明細書において、第１、第２のような用語が、多様な部材、領域及び／または部位についての説明に使用されるが、それらの部材、部品、領域、層及び／または部位は、それら用語によって限定されるものではないということは、自明である。それら用語は、特定順序や、上下または優劣を意味するものではなく、１つの部材、領域または部位を、他の部材、領域または部位と区別するためにのみ使用される。従って、以下で述べる第１の部材、領域または部位は、本発明の教えから外れることなく、第２の部材、領域または部位を指すことができる。
【００１２】
以下、本発明の技術的思想による実施形態について、概略的に図示する図面を参照して説明する。図面において、例えば、製造技術及び／または公差により、図示された形状の変形が予想される。従って、本発明の実施形態は、本明細書に図示された領域の特定形状に制限されるものであると解釈されるものではなく、例えば、製造上もたらされる形状の変化を含むものである。
【００１３】
図１は、本発明の技術的思想による実施形態による薄膜蒸着方法を概略的に図示したタイミング図である。
図１を参照すれば、該薄膜蒸着方法は、ソースガス供給段階、反応ガス供給段階及びプラズマ供給段階を含む。
ソースガス供給段階において、ソースガスが、ｔ０時間ないしｔ１時間の間、反応空間に供給されながら、基板上に化学吸着（chemisorptions）される。
その後、ｔ１時間ないしｔ２時間の間、ソースガス供給は中断され、パージガスが反応空間に供給され、反応空間に残留しているソースガスを、反応器外部に排出させる。
【００１４】
反応ガス供給段階及びプラズマ供給段階において、ｔ２時間ないしｔ３時間の間、反応ガスが反応空間に供給され、基板上に化学吸着されたソースガスと化学反応を行いながら、薄膜層（thin film layer）が形成される。該薄膜層が低温で形成されるように（すなわち、低温で化学反応が起こるように）、ｔ２時間ないしｔ３時間の間、プラズマが供給され、それにより、反応ガスはイオン化され、ソースガスと化学反応を行い、薄膜層を形成する。その後、ｔ３時間ないしｔ４時間の間、反応ガス供給が中断され、さらにパージガスが供給されながら、残留する反応ガスが反応器から除去される。
【００１５】
そのような単位薄膜を形成する１回の過程をサイクル（cycle）と定義する。すなわち、図１に示されたｔ０時間ないしｔ４時間を１サイクル（１ cycle）と定義し、前記サイクルを数回反復しながら、所望厚の薄膜が形成されるのである。
【００１６】
図２は、本発明の技術的思想による実施形態による薄膜蒸着方法を概略的に図示したタイミング図である。該実施形態による薄膜蒸着方法は、図１に図示された実施形態による薄膜蒸着方法の変形例でもある。以下、実施形態間の重複説明は省略する。
【００１７】
図２を参照すれば、該薄膜蒸着方法は、ＰＥＡＬＤ（plasma-enhanced atomic layer deposition）方式によっても遂行される。例えば、１サイクルは、ソースガス供給（ｔ０〜ｔ１）、パージ（ｔ１〜ｔ２）、反応ガス供給及びプラズマ印加（ｔ２〜ｔ３）及びパージ（ｔ３〜ｔ４）の順序によって順次になされる。
【００１８】
選択的な実施において、反応ガスとパージガスは、全周期の間、持続的に（continuously）反応器に供給される。前記反応ガスは、プラズマによって活性化されないときは、ソースと反応せず、パージガスと共に、反応器をパージする役割を行うが、プラズマによって活性化されるときには、励起され（activated）、基板上に吸着されたソースガスと化学反応を行い、薄膜を形成することができる。すなわち、該反応ガスは、反応性パージガス（reactive purge gas）の役割を行うことができる。
【００１９】
また、図２としては、該反応ガスが、全ＰＥＡＬＤ工程周期の間、持続的に供給されるように図示されているが、他の実施形態において、該反応ガスは、プラズマが供給されるときだけ供給されるか、あるいはプラズマが供給される直前段階に供給され始め、プラズマ供給が中断されるとき、共にその供給が中断される。
【００２０】
他の実施形態において、該反応ガスが、基板との熱的反応（thermal reaction）を介してソースガスと反応を行う場合、該反応ガスは、プラズマが供給されるときにのみ供給され、それによっても薄膜が形成される。
【００２１】
図２の実施形態において、プラズマは、基板上で生じるインサイチュ・プラズマ（in-situ plasma）、または反応器外部で形成され、反応空間に誘導される遠隔プラズマ（remote plasma）でもある。他の実施形態において、該プラズマは、反応ガスを励起させることができる他のソース（例えば、ＵＶ（ultraviolet））でもある。
【００２２】
本発明の技術的思想による実施形態によれば、反応ガスは、プラズマによって活性化されるときだけ、ソースガスと化学的反応を行い、プラズマによって活性化されていないときは、パージガスの役割を行うので、反応性パージガスの役割を行う。従って、該反応ガスは、図２のｔ０からｔ４まで持続的に供給されるのである。
【００２３】
他の実施形態において、反応ガスがプラズマによって活性化されていないときも、ソースガスと化学的反応を行うならば、該反応ガスは、プラズマが供給される段階（ｔ２〜ｔ３）でのみ供給されるのである（図１参照）。
【００２４】
本発明技術的思想による実施形態によれば、プラズマ供給段階（ｔ２〜ｔ３）の間、プラズマの周波数は、２７ないし１００ＭＨｚでもある。１００ＭＨｚ以上の周波数印加は、望ましくないが、１００Ｍｈｚ以上周波数のプラズマが印加される場合、反応器内プラズマの放電が困難であるからである。従って、プラズマの周波数は、望ましくは、６０ＭＨｚないし７０ＭＨｚでもある。
【００２５】
図２に示された時点であるｔ０からｔ４までを基本サイクルにし、所望厚の薄膜が蒸着されるまで基本サイクルが反復される。
【００２６】
本発明の技術的思想によれば、ソースガス供給段階ないしプラズマ供給段階は、半導体基板のパターン構造（例えば、高さが幅より大きい構造）に対して遂行され、プラズマ供給段階の間、６０ＭＨｚ以上の高周波数で遂行される。前記パターン構造は、上部表面、下部表面、及び前記上部表面と前記下部表面とを連結する側面を有することができ、前記側面の長さは、前記上部表面の幅よりも大きく、前記側面の長さは、前記下部表面の幅よりも大きくなる。
【００２７】
前記パターン構造は、特に、マスクパターンでもあり、前述の薄膜蒸着工程、すなわち、プラズマを利用した原子層蒸着工程の間に使用される物質（例えば、ソースガス及び／または反応ガス）のうち少なくとも一つと反応性を有する物質によっても形成される。前記マスクパターンは、例えば、スピンオンハードマスク（ＳＯＨ）膜質または炭素スピンオンハードマスク（Ｃ−ＳＯＨ）膜質によってもなる。
【００２８】
例えば、マスクパターンがＳＯＨによって形成され、薄膜蒸着工程を利用し、前記マスクパターン上に、シリコン酸化層（ＳｉＯ２）を形成する場合、反応ガスとして、酸素ガスが供給される。例えば、該反応ガスとしての酸素ソースは、前記Ｏ２以外に、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、ＣＯ２のうち少なくとも一つを含んでもよい。その場合、該酸素ガスは、プラズマ供給段階が遂行される間に供給されるので、酸素プラズマにより、工程初期に、マスクパターンの損傷（例えば、アッシング（ashing））が生じる。
【００２９】
図３は、マスクパターンにＰＥＡＬＤ方法で薄膜を蒸着したとき、ラジカルによってマスクパターンに損傷が生じる場合を示す。前述のように、プラズマ供給の間、反応ガスとして酸素ガスが使用されるならば、酸素ラジカルが生じ、前記酸素ラジカルは、スピンオンハードマスク（ＳＯＨ）膜質または炭素スピンオンハードマスク（Ｃ−ＳＯＨ）膜質のハードマスクパターンの物質と反応性を有し、プラズマ供給段階の間、ハードマスクパターン構造の少なくとも一部（特に、側壁一部）が除去されもする。
【００３０】
プラズマ供給段階の間、ハードマスクパターン構造が損失される場合、該ハードマスクパターンの内側空間（inner space）と外側空間（outer space）との臨界寸法（ＣＤ：critical dimension）の差が生じうる。
【００３１】
さらに具体的には、図３（ａ）のハードマスクパターンを参照すれば、例えば、基板周辺部に位置するハードマスクパターンの場合、プラズマが供給されても、マスクに実質的な損傷が加えられない。その結果、内部空間ＣＤ（inner space ＣＤ）と外部空間ＣＤ（outer space ＣＤ）は、同一でもある。
【００３２】
一方、図３（ｂ）のハードマスクパターンを参照すれば、例えば、基板中心部に位置するハードマスクパターンの場合、プラズマが供給され、反応ガスとして酸素が供給される場合、酸素プラズマにより、ハードマスクパターンの側壁部分に損傷が生じうる。その結果、内部空間ＣＤと外部空間ＣＤは、異なってしまう。
【００３３】
そのような内部空間ＣＤと外部空間ＣＤとの差は、次のように、後続ダブルパターニング技術（ＤＰＴ）を利用した工程に影響を及ぼす。該ＤＰＴ工程において、パターン基板上のハードマスク上に、酸化膜を蒸着する工程が遂行される（図１４ないし図１８参照）。酸化膜蒸着工程の間、ハードマスクが損失され、その損失程度は、基板の中心部と周辺部とで互いに異なる。それにより、その後、酸化膜に対する後続湿式エッチング段階を経れば、基板中心部における残留酸化膜の厚みと、基板周辺部における残留酸化膜の厚みとが異なるという問題が生じうる。そのような残留酸化膜は、後続ＤＰＴ工程のマスクとして作用するために、残留酸化膜厚の不均一性は、ＣＤ不均一性という問題を引き起こし、それは、素子不良の原因にもなる。
【００３４】
すなわち、ハードマスクパターンの内部空間ＣＤと外部空間ＣＤとの差は、それによって生成されるフィーチャの誤整列を引き起こし、結果として、製品全体の特性に悪影響を及ぼす。
【００３５】
再び図３を参照すれば、基板周辺部（図３（ａ）参照）と中心部（図３（ｂ）参照）とでのハードマスクパターンの損失量が異なるということが分かる。例えば、基板周辺部でのＳＯＨ損失量ｄ１またはｄ２は、基板中心部でのＳＯＨ損失量ｄ３またはｄ４と異なる。
【００３６】
その場合、後工程において、基板全面にかけて均一な処理が困難になる。例えば、後工程を介して、ハードマスクパターン損失を補償する過程において、基板全面にわたって一貫した処理が困難になり、素子不良率が高くなってしまう。
【００３７】
基板上に薄膜を蒸着及びエッチングする基板処理過程において、基板各部分の均一度一定維持は、半導体素子の収率（yield）を高めるために非常に重要である。しかし、そのように、基板の各部分別に損傷程度が異なる場合、素子の収率管理に大きい影響を及ぼすことになる。
【００３８】
従って、ハードマスクの損失量を減少させながら、基板上位置によるハードマスク（例えば、ＳＯＨ）の損失均一度（loss uniformity）を向上させ、後工程において、全基板にわたって、ハードマスク損失を均一に補償することが重要な技術的課題になった。
【００３９】
本発明においては、前述の基板上位置によるハードマスク（例えば、ＳＯＨ）の損失不均一度（loss non-uniformity）を最小化させながら、所望エッチング特性（例えば、ＷＥＲ）を有する薄膜（例えば、ＳｉＯ２）を形成する方法を提示する。
【００４０】
本発明の技術的思想による実施形態によれば、該薄膜蒸着方法は、ハードマスクパターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段階（第１段階）、及び薄膜の湿式エッチング特性を制御する段階（第２段階）を含む。第１段階において、高周波数プラズマをパルス方式で供給するが、連続方式で供給された電力より大きい電力を、相対的に短い時間印加することにより、ラジカル（例えば、酸素ラジカル）が長時間印加されることにより、ハードマスクが損傷される問題を防止することができる。また、第１段階において、プラズマ供給前、ソースガスを十分に供給することにより、ハードマスクパターン構造に対する保護膜の機能を強化することができる。第２段階において、プラズマ供給段階のプラズマ電力及びプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、前記薄膜の湿式エッチング特性を制御することができる。
【００４１】
図４ないし図６は、本発明の技術的思想による他の実施形態による薄膜蒸着方法を概略的に図示したタイミング図である。該実施形態による薄膜蒸着方法は、前述の実施形態による薄膜蒸着方法の変形例でもある。以下、実施形態間の重複説明は、省略する。
【００４２】
図４は、図２の実施形態と同様に、ｔ２〜ｔ３区間において、プラズマが連続して供給される連続方式（continuous mode）のプラズマ供給段階を示す。連続方式のプラズマ供給段階の間、所定値の電力量が印加される。
【００４３】
一般的に、電力量の単位は、ワット時（Ｗｈ：watt-hour）であるが、本明細書で定義される電力量は、その単位をワット秒（Ｗｓ：watt-second）にする。例えば、一実施形態において、４００Ｗの電力が０．５秒間印加され、このときの電力量は、２００Ｗｓになるのである。
【００４４】
図５及び図６は、ｔ２〜ｔ３区間において、プラズマが断続的に供給される波動方式（pulse mode）のプラズマ供給段階を示す。本実施形態においてプラズマは、複数の下部区間にわたって断続的に供給され、それぞれの下部区間（sub period）の間、プラズマは、１００％未満のデューティ比（duty ratio）（例えば、５０％以下のデューティ比）でも印加される。ここで、該デューティ比は、全体プラズマ発生時間（その場合、ｔ２〜ｔ３）に対するパルス印加時間を意味する。
【００４５】
図５及び図６を参照すれば、ｔ２〜ｔ３区間の間、下部区間が反復される。図５においては、ｔ２〜ｔ３区間が、ａｂｃｄ、ａ’ｂ’ｃ’ｄ’、ａ”ｂ”ｃ”ｄ”であり、下部区間が３回反復され、総１２個の個別区間からなっているが、下部区間の反復回数は、それに限定されるものではない。また、図５において、各下部区間及び／または個別区間の幅は、同一であるが、他の実施形態において、各下部区間及び／または個別区間の幅は、互いに異なってもよい。
【００４６】
図４の連続モードにおいては、プラズマがｔ２〜ｔ３区間の下部区間全体にわたって連続的に供給される一方、図５のパルスモードにおいては、プラズマがｔ２〜ｔ３区間の下部区間ａｂｃｄ、ａ’ｂ’ｃ’ｄ’、ａ”ｂ”ｃ”ｄ”の間、個別区間ａｂ，ａ’ｂ’，ａ”ｂ”領域として、パルス形態で供給される。各下部区間の５０％領域にわたって供給されるので、図５の場合、デューティ比は、５０％になる。また、前記図５のａｂｃｄ、ａ’ｂ’ｃ’ｄ’、ａ”ｂ”ｃ”ｄ”の区間に供給されたプラズマ電力量を、図４の相応区間に供給されたプラズマの電力量と同一にするために、図５のプラズマパルス区間のプラズマ電力の大きさは、図４のプラズマ電力の大きさｙの２倍である２ｙに設定する。例えば、図４の連続方式において、４００Ｗ電力のプラズマが供給されるならば、図５のパルス方式においては、８００Ｗ電力のプラズマが供給される。
【００４７】
同様に、図４の連続モードにおいては、プラズマがｔ２〜ｔ３区間の下部全区間にわたって連続して供給される一方、図６のパルスモードにおいては、プラズマがｔ２〜ｔ３区間の下部区間ａｂｃｄ，ａ’ｂ’ｃ’ｄ’，ａ”ｂ”ｃ”ｄ”において、個別区間であるａ，ａ’，ａ”領域にパルス形態で供給される。各下部区間の２５％領域にわたって供給されるので、図６の場合、デューティ比は、２５％になる。また、前記図６のａｂｃｄ、ａ’ｂ’ｃ’ｄ’、ａ”ｂ”ｃ”ｄ”の区間に供給されたプラズマの電力量を、図４の相応区間に供給されたプラズマの電力量と同一にするために、図６のプラズマパルス区間のプラズマ電力の大きさは、図４のプラズマ電力の大きさｙの４倍である４ｙに設定する。例えば、図４の連続方式において、４００Ｗ電力のプラズマが供給されるならば、図６のパルス方式においては、１，６００Ｗ電力のプラズマが供給される。
【００４８】
例えば、プラズマ供給段階の間、６０ＭＨｚ周波数で、１２０ワット秒（Ｗｓ）の電力量が供給される。その場合、連続方式においては、４００Ｗ電力のプラズマが約０．３秒間供給される（図４参照）。他の実施形態において、３個の下部区間を有し、デューティ比が５０％であるパルス方式では、８００Ｗ電力のプラズマが３個の下部区間にわたって供給され、それぞれの下部区間は、０．１秒の周期を有し、８００Ｗ電力のプラズマは、１下部区間の間、０．０５秒間供給される（図５参照）。さらに他の実施形態において、３個の下部区間を有し、デューティ比が２５％であるパルス方式では、１，６００Ｗ電力のプラズマが３個の下部区間にわたって供給され、それぞれの下部区間は、０．１秒の周期を有し、１，６００Ｗ電力のプラズマは、１下部区間の間、０．０２５秒間供給される（図６参照）。
【００４９】
前述の実施形態においては、下部区間が３つの部分に分けられたが、それに限定されるものではなく、２つの部分、あるいは４つの部分、あるいはそれ以上の部分にも分けられ、設定されたデューティ比により、各領域に供給されるプラズマ電力の大きさが調節される。
【００５０】
また、前述の実施形態で説明されたプラズマ電力と係わる数値は、全く例示的なものである。従って、例えば、連続モードにおいて、プラズマは、１００％のデューティ比で基板上に供給され、プラズマ電力の大きさは、１００ないし１，０００Ｗ範囲でもある。一方、１パルスモードにおいてプラズマは、５０％のデューティ比で基板上に供給され、プラズマ電力の大きさは、連続方式の２倍範囲、すなわち、２００ないし２，０００Ｗ範囲でもある。他の実施形態において、他のパルスモードにおいてプラズマは、２５％のデューティ比で基板上に供給され、プラズマ電力の大きさは、連続方式の４倍の範囲、すなわち、４００ないし４，０００Ｗ範囲でもある。
【００５１】
そのように、本発明の技術的思想による実施形態によれば、プラズマ電力を断続的に供給するパルスモードでプラズマを印加する。すなわち、該パルスモードでプラズマを供給するが、その大きさを増大させることにより、連続モードで供給される電力量と同一電力量のプラズマ電力が供給される。パルスモードを適用することにより、イオン砲撃（ion bombardment）による下部膜の損傷を減らすことができる。
【００５２】
図７及び図８は、前述の実施形態により、連続方式とパルス方式とにおいて、プラズマを基板上に供給するとき、デューティ比及びプラズマ電力による薄膜のＷＥＲ特性と、下部膜損傷度とを示す。
【００５３】
図７を参照すれば、デューティ比が、それぞれ２５％、５０％及び１００％である場合、ハードマスクパターン上に蒸着されたシリコン酸化物層（ＳｉＯ２）のＷＥＲ特性を比較した。ここで、デューティ比１００％は、連続方式に該当する。すなわち、図７は、連続方式（デューティ比１００％）とパルス方式（デューティ比２５％、５０％）とを比較したものである。
【００５４】
同一ＷＥＲ特性を具現するために、デューティ比が低いほど、供給されるプラズマパワーが増大される。例えば、図７の点線部分を参照すれば、約１７ｎｍ／ｍｉｎのＷＥＲを達成するために、デューティ比が１００％である連続方式においては、約４００Ｗ電力のプラズマが供給され、デューティ比が５０％であるパルス方式においては、約８００Ｗ電力のプラズマが供給され、デューティ比が２５％であるパルス方式においては、１，６００Ｗ電力のプラズマが供給される。図７を参照すれば、各場合において供給されるプラズマ電力量（プラズマパワーとデューティ比との乗積値）は、いずれも同一であるということが分かる。
【００５５】
また、図７から、図２のプラズマ供給段階のプラズマ電力及びプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、薄膜（その場合、ＳｉＯ２）の湿式エッチング速度を制御することができるということが分かる。具体的には、プラズマデューティ比を一定に維持させながら、プラズマ電力を増大させることにより、薄膜のＷＥＲが低減され、プラズマ電力を一定に維持させながら、プラズマデューティ比を上昇させることにより、薄膜のＷＥＲが低減されるということが分かる。
【００５６】
本発明のそのような技術的効果に着眼し、薄膜蒸着時、プラズマ電力及びプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、薄膜の所望湿式エッチング速度を得ることができる。それについては、図９及び図１２を参照してさらに説明する。
【００５７】
図８は、デューティ比が低いほど、下部膜に対する損傷が低減するということを示す。図８を参照すれば、下部膜が、ＳＯＨのハードマスクからなっている場合、前記ハードマスク上に、ＰＥＡＬＤ方法でシリコン酸化層（ＳｉＯ２）を蒸着するとき、酸素ラジカルにより、下部膜パターンが変形されて損傷を受け、その損傷程度は、プラズマを供給する方式によっても異なるということが分かる。
【００５８】
例えば、図８の点線で示されているように、４００Ｗの電力を連続方式で供給する場合、下部膜パターンの損傷程度は、約６５Åである一方、８００Ｗの電力を、５０％のデューティ比を有するパルス方式で供給する場合、下部膜パターンの損傷程度は、約５０Åに低減され、１，６００Ｗの電力を、２５％のデューティ比を有するパルス方式で供給する場合、下部膜パターンの損傷程度は、約３５Åに低減されるということが分かる。
【００５９】
従って、図７及び図８を考慮するとき、連続方式よりは、パルス方式で、（実質的に同一電力量を有する）プラズマを供給するとき、下部膜に対する損失量が減少されるということが分かる。
【００６０】
本発明は、そのような技術的効果に着眼し、薄膜蒸着工程遂行において、高周波数プラズマをパルス方式で断続的に供給する。そのようなプラズマを断続的に供給することにより、下部マスクの損傷を最小化させることができるからである。それについては、図９ないし図１１を参照してさらに説明する。
【００６１】
図９は、本発明の他の技術的思想によるさらに他の実施形態による薄膜蒸着方法を概略的に図示したタイミング図である。該実施形態による薄膜蒸着方法は、前述の実施形態による薄膜蒸着方法の変形例でもある。以下、実施形態間の重複説明は、省略する。
【００６２】
図９を参照すれば、全基板にわたって、下部膜（例えば、パターン構造）の損失量と損失均一度とを向上させながら、薄膜のＷＥＲを制御することができる薄膜蒸着方法が開示される。本実施形態によれば、薄膜を蒸着する前、下部膜のための保護膜を蒸着させ、下部膜損失量を減少させ、損失均一度を向上させる段階が遂行される。
【００６３】
本実施形態によれば、該薄膜蒸着方法は、第１段階及び第２段階を含む。
第１段階は、下部膜の損失量及び損失均一度を改善させる段階である。具体的には、第１段階は、下部膜のための保護膜の役割を行うことができる薄膜の一部を蒸着させる段階である。
第２段階は、薄膜蒸着段階である。具体的には、第２段階は、薄膜の湿式エッチング特性を制御しながら、薄膜の残り部分を蒸着する段階である。
第１段階の１サイクルは、ソースガス供給段階、反応ガス供給段階、プラズマ供給段階を含む。また、図９に図示されているように、第１段階は、そのような１サイクルを反復（例えば、ｍ回）遂行することにより、薄膜の一部分を蒸着することができる。また、第１段階は、プラズマ原子層蒸着工程でもある。
【００６４】
一実施形態において、第１段階の１サイクルは、ソースガス供給段階（ｔ０〜ｔ１）、パージ段階（ｔ１〜ｔ２）、反応ガス供給段階及びプラズマ供給段階（ｔ２〜ｔ３）、そしてパージ段階（ｔ３〜ｔ４）の順序で順次になされる。
【００６５】
一実施形態において、ｉ）ソースガス供給段階（ｔ０〜ｔ１）、ｉｉ）パージ段階（ｔ１〜ｔ２）、ｉｉｉ）反応ガス供給段階及びプラズマ供給段階（ｔ２〜ｔ３）及びｉｖ）パージ段階（ｔ３〜ｔ４）のプロセス時間は、それぞれｉ）０．２秒ないし１秒、ｉｉ）０．１秒ないし１秒、ｉｉｉ）０．１秒ないし１秒、ｉｖ）０．１秒ないし１秒でもある。
【００６６】
図１２を参照して説明するように、ソースガス供給段階の供給時間が増大するほど、パターン構造の損失量が減少しながら、パターン構造の損失均一度が改善される。従って、一実施形態において、第１段階のソースガス供給段階の供給時間を制御することにより、パターン構造の損失量と損失均一度とを制御することができる。望ましい実施形態において、第１段階のソースガス供給段階の供給時間を増大させることにより、パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させることができる。望ましくは、第１段階のソースガス供給段階の供給時間は、０．２秒ないし１秒である。
【００６７】
選択的な実施において、反応ガスとパージガスは、全周期の間、持続的に反応器に供給される。前記反応ガスは、プラズマによって活性化されていないときは、ソースと反応せず、パージガスと共に反応器をパージする役割を行うが、プラズマによって活性化されるときには、励起され（activated）、基板上に吸着されたソースガスと化学反応を行い、薄膜を形成することができる。すなわち、該反応ガスは、反応性パージガスの役割を行うことができる。
【００６８】
また、図９においては、反応ガスが全ＰＥＡＬＤ工程周期の間、持続的に供給されるように図示されたが、他の実施形態において、該反応ガスは、プラズマが供給されるときだけ供給されるか、あるいはプラズマが供給される直前段階に供給され始め、プラズマ供給が中断されるとき、共にその供給が中断される。
【００６９】
他の実施形態において、反応ガスが、基板との熱的反応（thermal reaction）を介して、ソースガスと反応を行う場合、該反応ガスは、プラズマが供給されるときだけ供給され、それによって薄膜が形成される。
【００７０】
シリコン酸化層蒸着のためのソースガスとして、シリコンを含むソースが使用される。本実施形態において、ソースガスとして、アミノシランガスが使用された。反応ガスとしては、酸素ガスが使用され、パージガスとしては、非活性ガスが使用された。しかし、前述のソースガス及び反応ガスは、それらに限定されるものではないということに留意する。
【００７１】
例えば、Ｓｉソースとして、前記アミノシランガス以外に、ＴＳＡ、（ＳｉＨ３）３Ｎ；ＤＳＯ、（ＳｉＨ３）２；ＤＳＭＡ、（ＳｉＨ３）２ＮＭｅ；ＤＳＥＡ、（ＳｉＨ３）２ＮＥｔ；ＤＳＩＰＡ、（ＳｉＨ３）２Ｎ（ｉＰｒ）；ＤＳＴＢＡ、（ＳｉＨ３）２Ｎ（ｔＢｕ）；ＤＥＡＳ、ＳｉＨ３ＮＥｔ２；ＤＴＢＡＳ、ＳｉＨ３Ｎ（ｔＢｕ）２；ＢＤＥＡＳ、ＳｉＨ２（ＮＥｔ２）２；ＢＤＭＡＳ、ＳｉＨ２（ＮＭｅ２）２；ＢＴＢＡＳ、ＳｉＨ２（ＮＨｔＢｕ）２；ＢＩＴＳ、ＳｉＨ２（ＮＨＳｉＭｅ３）２；ＴＥＯＳ、Ｓｉ（ＯＥｔ）４；ＳｉＣｌ４；ＨＣＤ、Ｓｉ２Ｃｌ６；３ＤＭＡＳ、ＳｉＨ（Ｎ（Ｍｅ）２）３；ＢＥＭＡＳ、ＳｉＨ２［Ｎ（Ｅｔ）（Ｍｅ）］２；ＡＨＥＡＤ、Ｓｉ２（ＮＨＥｔ）６；ＴＥＡＳ、Ｓｉ（ＮＨＥｔ）４；Ｓｉ３Ｈ８；ＤＣＳ、ＳｉＨ２Ｃｌ２；ＳｉＨＩ３；ＳｉＨ２Ｉ２などが使用され、あるいは前記Ｓｉソースを供給するとき、前述の物質の組み合わせが利用されもする。
【００７２】
反応ガスとして酸素ガスが供給される。例えば、反応ガスとして、酸素ソースは、前記Ｏ２以外に、Ｏ３、Ｎ２Ｏ、ＣＯ２のうち少なくとも一つを含んでもよい。
また、図９としては、第１段階のプラズマが２５％のデューティ比で供給されるように図示されているが、他の実施形態において、該プラズマは、他のデューティ比でも供給される。例えば、連続モードにおいて該プラズマは、１００％のデューティ比で基板上に供給され、プラズマ電力の大きさは、１００ないし１，０００Ｗ範囲でもある。一方、１パルスモードでプラズマは、５０％のデューティ比で基板上に供給され、プラズマ電力の大きさは、連続方式の２倍範囲、すなわち、２００ないし２，０００Ｗ範囲でもある。望ましくは、第１段階のプラズマ供給段階のプラズマ電力は、６５０Ｗないし１，２００Ｗであり、第１段階のプラズマ供給段階のプラズマデューティ比は、２５％ないし５０％である。
【００７３】
図８を参照して説明したように、そして図１１を参照して説明するように、プラズマ電力及びデューティ比のうち少なくとも一つを調節することにより、パターン構造の損失量及び損失均一度が調節される。具体的には、プラズマ電力量（ＲＦ電力とデューティ比との乗積）を一定に維持しながら、ＲＦ信号の電力を増大させ、ＲＦ信号のデューティ比を低下させる場合、パターン構造の損失量が減少し、パターン構造の損失均一度が改善される。従って、望ましい実施形態において、第１段階のプラズマ電力及びデューティ比のうち少なくとも一つを調節することにより、パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させることができる。
【００７４】
すなわち、図９に図示されているように、第１段階は、プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、第１ＲＦ信号をパルス形態で印加する第１サイクルをｍ回反復し、パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段階でもある。パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させるために、ソースガス供給時間を増大させ、第１段階の第１ＲＦ電力及びデューティ比のうち少なくとも一つを調節することができる。
前述の第１段階により、薄膜の一部分が蒸着された後、第２段階により、薄膜の残り部分が蒸着される。
【００７５】
第２段階の１サイクルは、ソースガス供給段階、反応ガス供給段階、プラズマ供給段階を含む。また、図９に図示されているように、第２段階は、そのような１サイクルを反復（例えば、ｎ回）遂行することにより、薄膜の残り部分を蒸着することができる。また、第２段階は、プラズマ原子層蒸着工程でもある。
【００７６】
一実施形態において、第２段階の１サイクルは、ソースガス供給段階（ｔ４〜ｔ５）、パージ段階（ｔ５〜ｔ６）、反応ガス供給段階及びプラズマ供給段階（ｔ６〜ｔ７）、そしてパージ段階（ｔ７〜ｔ８）の順序で順次になされる。
【００７７】
一実施形態において、ｉ）ソースガス供給段階（ｔ４〜ｔ５）、ｉｉ）パージ段階（ｔ５〜ｔ６）、ｉｉｉ）反応ガス供給段階及びプラズマ供給段階（ｔ６〜ｔ７）、並びにｉｖ）パージ段階（ｔ７〜ｔ８）のプロセス時間は、それぞれ（ａ）０．１秒ないし１秒、（ｂ）０．１秒ないし１秒、（ｃ）０．１秒ないし１秒、（ｄ）０．１秒ないし１秒でもある。
【００７８】
また、図９としては、第２段階のプラズマが２５％のデューティ比で供給されるように図示されたが、他の実施形態において、該プラズマは、他のデューティ比でも供給される。
【００７９】
図４ないし図７を参照して説明したように、プラズマデューティ比を一定に維持させながら、プラズマ電力を増大させることにより、薄膜のＷＥＲが低減し、そしてプラズマ電力を一定に維持させながら、プラズマデューティ比を低下させることにより、薄膜のＷＥＲが増大することができる。それにより、プラズマ電力及びデューティ比のうち少なくとも一つを調節して薄膜を蒸着することにより、薄膜の湿式エッチング速度（ＷＥＲ）が制御されるということが分かる。本発明のそのような技術的効果に着眼し、図９の薄膜蒸着段階（すなわち、第２段階）の間、プラズマ電力及びプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、所望湿式エッチング速度を有する薄膜を蒸着することができる。
【００８０】
すなわち、図９に図示されているように、第２段階は、プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、第２ＲＦ電力をパルス形態で印加する第２サイクルをｎ回反復し、所望ＷＥＲを有する薄膜を蒸着する段階でもある。
【００８１】
一実施形態において、第１段階の前記第１サイクルの反復回数（ｍ回）は、第２段階の前記第２サイクルの反復回数（ｎ回）より少ない。望ましくは、前記第２サイクルの反復回数（ｎ回）に対する前記第１サイクルの反復回数（ｍ回）の比率は１／１２ないし１／１０である。
【００８２】
図１０は、図９の実施形態を利用してパターン構造上に薄膜を蒸着する場合にも利用される工程パラメータの一例を図示する。
【００８３】
本実施形態において、第１段階及び第２段階のプラズマは、いずれもパルス形態で供給される。
第１段階及び第２段階の第１ＲＦプラズマ及び第２ＲＦプラズマの周波数は、２７ないし１００ＭＨｚでもあり、望ましくは、６０ＭＨｚでもある。本実施形態において、第１ＲＦプラズマ及び第２ＲＦプラズマの周波数は、６０ＭＨｚである。本実施形態においては、６０ＭＨｚ工程を例示したが、それより大きい高周波を適用することもできる。
薄膜の蒸着は、常温あるいは５００℃の温度範囲で進められ、望ましくは、常温あるいは１００℃の温度で進められる。本実施形態において、薄膜の蒸着は、５０℃工程温度で進められた。
【００８４】
望ましい実施形態において、第１段階のプラズマ供給段階のプラズマ電力は、第２段階のプラズマ供給段階のプラズマ電力より大きく、第１段階のプラズマ供給段階のプラズマデューティ比は、第２段階のプラズマ供給段階のプラズマデューティ比より低い。その理由は、第１段階の目的は、パターン構造の損失量及び損失均一度を改善させるためのものであるが、第１段階のプラズマ電力が大きく、デューティ比が低いほど、パターン構造の損失量及び損失均一度が改善されるからである。本実施形態において、第１段階の第１ＲＦ信号の電力は、１，２００Ｗであり、デューティ比は、２５％である。第２段階の第２ＲＦ信号の電力は、９００Ｗであり、デューティ比は、３７％である。
【００８５】
本実施形態において、第１段階のソースガス供給段階、パージ段階、反応ガス供給段階及びプラズマ供給段階、並びにパージ段階のプロセス時間は、それぞれ１．０秒、０．３秒、０．３秒及び０．２秒であり、第２段階のソースガス供給段階、パージ段階、反応ガス供給段階及びプラズマ供給段階、並びにパージ段階のプロセス時間は、それぞれ０．２秒、０．３秒、０．３秒及び０．２秒である。
【００８６】
望ましい実施形態において、第１段階のソースガス供給段階の供給時間は、第２段階のソースガス供給段階の供給時間よりも長い。それは、第１段階において、ソースガスを十分に供給することにより、下部膜（例えば、ＳＯＨ膜）に対する保護膜の機能を強化するためである。それについては、図１２を参照して説明する。望ましくは、第１段階のソースガス供給段階の供給時間は、第２段階のソースガス供給段階の供給時間の２倍ないし５倍である。望ましくは、第１段階のソースガス供給段階の供給時間は、０．２秒ないし１秒範囲内にある。本実施形態において、第１段階のソースガス供給時間は、第２段階でのソースガス供給時間の０．２秒より５倍長い１．０秒である。
【００８７】
本実施形態においては、第１段階の工程を１０回進め、第２段階の工程を１２０回進めた。その場合、第２段階の反復回数に対する第１段階の反復回数の比率は、１／１２である。
【００８８】
図１１は、本発明の技術的思想による実施形態による薄膜蒸着方法を遂行する場合に生じる下部マスク（すなわち、ＳＯＨマスク）の損失程度を示すグラフである。具体的には、図１１は、第１段階において、連続方式とパルス方式とでプラズマを基板上に供給するときに生じる、基板の位置によるＳＯＨの損失量を示す。第１段階のプラズマ供給段階の間に供給されるプラズマ電力量（ＲＦ電力とデューティ比との乗積値）を一定に維持しながら、プラズマ電力とデューティ比とを変更し、ＳＯＨの損失程度を測定した。
【００８９】
図１１の横軸は、直径３００ｍｍ基板の中心からの距離を示す。すなわち、図１１の横軸の中心は、３００ｍｍ基板の中心を示す。図１１の縦軸は、薄膜蒸着時のパターン構造（その場合、ＳＯＨ膜）の損失量を示す。すなわち、図１１の横軸中心（０ｍｍ）を基準に、左側と右側は、それぞれ基板の半分の長さ（すなわち、１５０ｍｍ長）での位置によるＳＯＨ損失程度を示す。
【００９０】
図１１において、ＣＷは、continuous wave ＲＦ modeを示し、デューティ比が１００％である既存のＲＦパルシング方式を示す。Ｄ、はデューティ比であり、全体プラズマ供給時間中、実際にプラズマが供給される時間を示す。例えば、Ｄ５０は、プラズマ供給時間において、５０％の時間の間のみプラズマが供給されることを意味する。
【００９１】
図１１は、図１０に図示された工程パラメータにおいて、第１段階の第１ＲＦ信号の電力、及びデューティ比のみを変化させながら、ＳＯＨの損失量を測定した実験結果である。第１段階の工程を１０回、第２段階の工程を１２０回進め、第１段階の工程時間（ソース供給／パージ／プラズマ印加／パージ）は、１．０／０．３／０．３／０．２秒である。
【００９２】
図１１を参照すれば、連続方式で、所定値の電力量（その場合、３００Ｗｘ０．３ｓｘ１００％＝９０Ｗｓ）を印加する場合、基板中心部分に位置するＳＯＨマスクが相対的に多く損失される一方、基板周辺部に位置するＳＯＨマスクは、相対的にあまり損失されないということが分かる。すなわち、第１段階の間、プラズマを連続方式で印加する場合、パターン構造の損失量が多く、全基板にわたって損失が均一に発生しないということが分かる。
【００９３】
５０％のデューティ比を有するパルス方式で、連続方式と類似した電力量（その場合、６５０Ｗｘ０．３ｓｘ５０％＝９７．５Ｗｓ）を印加する場合、全体的に、ＳＯＨの損傷が低減するということが分かる。また、基板中心部分に位置するＳＯＨの損傷は、相対的に高く、基板の周辺部に位置するＳＯＨの損傷は、相対的に低いが、全体的に、ＳＯＨ損傷の偏差が減少するということが分かる。
【００９４】
２５％のデューティ比を有するパルス方式で、連続方式と同一電力量（その場合、１，２００Ｗｘ０．３ｓｘ２５％＝９０Ｗｓ）を印加する場合、ＳＯＨマスク損失がさらに減少され、基板の中心部分に位置するＳＯＨの損失量と、基板の周辺部に位置するＳＯＨ損失量との偏差がさらに減少するということが分かる。
【００９５】
図１１から、デューティ比が小さいほど、そして供給されるプラズマ電力が大きいほど、マスクパターン（その場合、ＳＯＨ）の損失量は減少し、ＳＯＨ損失均一度は、改善されるということが分かる。
【００９６】
そのように、本発明の技術的思想による実施形態によれば、プラズマ供給段階において、連続方式の間に供給される電力に比べ、大きい電力を相対的に短時間印加することにより、ハードマスクが不均一に損傷される問題を防止することができる。結果として、残留スペーサによって形成されるマスクは、均一な内部空間ＣＤ及び外部空間ＣＤを有することができ、フィーチャが整列され、最終製品の収率が向上し、製品の良好な特性が達成される。
【００９７】
図１２は、第１段階のソース供給時間によるＳＯＨ損失均一度及び薄膜のＷＥＲを示す表である。
具体的には、図１２は、図１０に図示された工程パラメータにおいて、第１段階のソースガス供給段階の工程時間のみを変化させながら、第１段階でのＳＯＨの損失均一度と、第２段階を進めた後の薄膜のＷＥＲと、を測定した実験結果である。本実施形態において、第１段階及び第２段階は、インサイチュで進められた。
【００９８】
条件１ないし条件４は、第１段階において、互いに異なる量のソースガスが供給されるという点を除いては、他の条件は、いずれも同一である。条件１において、第１段階のソースガス供給時間は、０．２秒であり、条件２において、第１段階のソースガス供給時間は、０．４秒であり、条件３において、第１段階のソースガス供給時間は、０．６秒であり、そして条件４において、第１段階のソースガス供給時間は、１．０秒である。
【００９９】
図１２を参照すれば、ソースガス供給時間が増大するほど、ＳＯＨ損失均一度（最大損失が発生した位置での損失量−最小損失が発生した位置での損失量）が減少するということが分かる。それは、ソースガスを十分に供給することにより、下部ＳＯＨ膜に対する保護膜の機能が強化されるからである。それにより、第１段階のプラズマ電力及びデューティ比以外に、ソースガス供給時間（または、ソースガス供給量）も、下部マスクパターンの損失量を減らすことができる重要な工程変数であるということが分かる。従って、第１段階のソースガス供給時間を制御することにより、下部膜の損失量と損失均一度とを所望レベルに調節可能である。
【０１００】
また、図１２を参照すれば、条件１ないし条件４の場合、いずれも薄膜のＷＥＲがターゲットＷＥＲ（１０６Ａ／ｍｉｎ〜１０８Ａ／ｍｉｎ）の範囲にわたっているということが分かる。図７を参照して説明したように、第２段階のプラズマ電力及びデューティ比を制御することにより、所望湿式エッチング速度を有する薄膜を蒸着することができる。
【０１０１】
そのように、本発明の技術的思想による実施形態によれば、第１段階のソースガス供給段階のソースガス供給時間、プラズマ供給段階のプラズマ電力、及びプラズマ供給段階のプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、下部膜（すなわち、パターン構造）の損失量と損失均一度とを調節することができる。また、第２段階のプラズマ供給段階のプラズマ電力、及びプラズマ供給段階のプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、所望湿式エッチング速度（ＷＥＲ）を有する薄膜を蒸着することができる。すなわち、本発明の技術的思想による実施形態によれば、薄膜蒸着時に、下部膜の損失量と損失均一度とを所望レベルに調節しながら、それと同時に、所望エッチング特性を有する薄膜を蒸着することができる。
【０１０２】
図１３は、下部膜の損失量と損失均一度とを改善させる段階である第１段階を遂行した場合と、遂行していない場合とにおいて、ＳＯＨ損失量及び損失均一度を比較する表である。
【０１０３】
Case １は、第１段階なしに第２段階のみを１３０回遂行して薄膜を蒸着した場合であり、Case ２は、第１段階を１０回、第２段階を１２０回遂行して薄膜を蒸着した場合である。２つの場合のいずれも、総サイクルは、１３０サイクルである。Case １及びCase ２の工程条件は、図１０に図示された工程条件の通りである。
【０１０４】
図１３を参照すれば、第２段階のみを遂行した場合には（Case １）、ＳＯＨの損失均一度が７．７６である一方、第２段階を遂行する前に第１段階を遂行した場合には（Case ２）、ＳＯＨ損失均一度が３．９９である。すなわち、第２段階を遂行する前に第１段階を遂行することにより、ＳＯＨ損失均一度が約５０％ほど改善されたということが分かる。
【０１０５】
それにより、第１段階を遂行することにより、下部膜（その場合、ＳＯＨ膜）の損失量及び損失均一度を改善させることができるということが分かる。すなわち、薄膜蒸着の初期工程の間、ソースガス供給時間及びプラズマ電力を増大させ、プラズマデューティ比を低下させ、プラズマ原子層蒸着工程を遂行することにより、下部膜の損失量及び損失均一度を改善させることができる。
【０１０６】
そのような本発明の技術的利点は、図１４ないし図１８を参照することにより、さらに明確に理解されることができるであろう。図１４ないし図１８は、本発明の技術的思想によるさらに他の実施形態による半導体装置の製造方法を概略的に図示した断面図である。該実施形態による半導体装置の製造方法は、前述の実施形態による薄膜蒸着方法を利用することができる。以下、実施形態間の重複説明は、省略する。
【０１０７】
図１４を参照すれば、基板１００上にエッチング対象膜である第１層１１０を形成する。前記エッチング対象膜は、シリコン酸化層のような絶縁層でもあり、下部層をパターニングするのに利用するＡＣＬ（amorphous carbon layer）のようなマスク層でもある。
【０１０８】
その後、第１層１１０上に第２層１２０を形成する。第２層１２０は、ハードマスクであり、アッシング工程及び／またはストリップ工程を介し、容易に除去されるポリマー物質によっても形成される。例えば、第２層は、スピンオンハードマスク（ＳＯＨ）膜質または炭素スピンオンハードマスク（Ｃ−ＳＯＨ）膜質によってもなる。その後、第２層１２０をパターニングし、第１層１１０の少なくとも一部を露出させる。従って、エッチング対象膜である第１層１１０の薄膜、及び前記薄膜上に形成された第１マスクパターン１２０を含む基板１００が設けられる。
【０１０９】
図１５を参照すれば、第１層１１０の露出された表面と、第２層１２０上に（すなわち、半導体基板とパターン構造とに対して）、第３層の一部分１３０ａを形成する段階が遂行される。第３層の一部分１３０ａの形成段階は、前述の実施形態による薄膜蒸着方法のパターン構造の損失量及び損失均一度を改善させる段層（すなわち、図９及び図１０の第１段階）を利用しても遂行される。
【０１１０】
具体的には、プラズマ原子層蒸着（ＰＥＡＬＤ）工程を利用するが、第１ＲＦ信号をパルス形態で印加する第１サイクルを一定回数（例えば、ｍ回）反復し、第３層の一部分１３０ａが蒸着される。
【０１１１】
前述のように、該段階の間、ソースガス供給時間及びプラズマ電力を増大させ、プラズマデューティ比を低下させることにより、下部膜（その場合、第２層１２０）の損失量及び損失均一度を改善させることができる。
【０１１２】
その次に、図１６を参照すれば、前記半導体基板とパターン構造とに対して、第３層の残り部分１３０ｂを形成する段階が遂行される。第３層の残り部分１３０ｂの形成段階は、前述の実施形態による薄膜蒸着方法の薄膜蒸着段層（すなわち、図９及び図１０の第２段階）を利用しても遂行される。
【０１１３】
具体的には、プラズマ原子層蒸着工程を利用するが、第２ＲＦ電力をパルス形態で印加する第２サイクルを一定回数（例えば、ｎ回）反復し、第３層１３０の残り部分１３０ｂが蒸着される。ここで、第３層、図１５の第３層の一部１３０ａ、及び図１６の第３層の残り部分１３０ｂからなる。
【０１１４】
前述のように、該段階の間、プラズマ供給段階のプラズマ電力及びプラズマデューティ比のうち少なくとも一つを制御することにより、薄膜（その場合、第３層の残り部分１３０ｂ）の湿式エッチング速度を制御することができる。具体的には、プラズマデューティ比を一定に維持させ、プラズマ電力を増大させることにより、第３層の残り部分１３０ｂのＷＥＲを低減させることができ、プラズマ電力を一定に維持させ、プラズマデューティ比を上昇させることにより、第３層の残り部分１３０ｂのＷＥＲを低減させることができる。
【０１１５】
本実施形態において、第１段階は、１０回遂行され、第２段階は、１２０回遂行された。従って、図１６に図示されているように、第１段階の間、蒸着された第３層の一部分１３０ａの厚みは、第２段階の間に蒸着された第３層の残り部分１３０ｂの厚みより薄い。
【０１１６】
図１７を参照すれば、第３層の少なくとも一部を除去し、第３層１３０のスペーサパターン１３５を形成する段階が遂行される。例えば、第３層に対する湿式エッチング工程が遂行されることにより、第２層（第１マスクパターン１２０上に形成された第３層がエッチバックされることにより、スペーサパターン１３５が形成される。
【０１１７】
前述のように、本発明により、第２層１２０の損失均一度が改善されたので、前記第３層のスペーサパターン１３５は、基板１００にわたり、一定線幅サイズを有することができる。
図１８を参照すれば、その後、第２層を除去する段階が遂行される。従って、残存する第３層のスペーサパターン１３５をマスクにし、エッチング対象膜である第１層１１０をエッチングするＤＰＴ工程が遂行される。
【０１１８】
そのように、本発明の技術的思想による実施形態によれば、薄膜蒸着の初期工程の間、ソースガスを十分に供給し、そしてプラズマをパルス方式で印加することにより、ＤＰＴ工程のスペーサマスクパターン（すなわち、図１８のスペーサパターン１３５）を形成するのに利用されるＳＯＨマスクパターン（すなわち、一次マスクパターン１２０）が損傷される問題を防止することができる。また、前述のように、薄膜蒸着の初期工程の間、ソースガスを十分に供給し、高周波数プラズマをパルス方式で、特に、連続方式の間に供給される電力に比べて大きい電力を、相対的に短時間印加することにより、ＤＰＴ工程のハードマスク（一次マスクパターン）の損失均一度を改善させることができる。すなわち、残留スペーサによって形成されるマスクは、均一な内部空間ＣＤ及び外部空間ＣＤを有することができる。結果として、ＤＰＴ工程のエッチバック工程後、さらに均一なスペーサマスク（その場合、図１８のスペーサパターン１３５）が形成され、最終製品の収率が向上し、製品の良好な特性が達成される。
【０１１９】
また、本発明の技術的思想による実施形態によれば、薄膜蒸着工程の間、プラズマをパルス方式で印加することにより、そしてプラズマ電力及びデューティ比を制御することにより、所望エッチング特性を有する薄膜を蒸着することができる。
【０１２０】
前述のように、本発明の技術的思想による実施形態によれば、互いに異なる工程条件を有する２つの段階に分けて薄膜蒸着工程を遂行することにより、下部膜損失量と損失均一度とを所望レベルに調節しながら、所望エッチング特性を有する薄膜を蒸着することができる。本発明の技術的思想による薄膜蒸着方法をＤＰＴ工程に適用すれば、基板全体にわたってさらに均一なスペーサマスクを形成することができるのである。
【０１２１】
本発明を明確に理解させるために、添付された図面の各部位の形状は、例示的なものであると理解しなければならない。図示された形状以外の多様な形状にも変形されるということに留意しなければならないのである。
【０１２２】
以上で説明した本発明は、前述の実施形態、及び添付された図面に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を外れない範囲内で、さまざまな置換、変形及び変更が可能であるということは、本発明が属する技術分野で当業者において明白であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明の、薄膜蒸着方法、及び半導体装置の製造方法は、例えば、電子装置関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１００    基板
１１０    第１層
１２０    第２層
１３０ａ    第３層の一部分
１３０ｂ    第３層の残り部分
１３５    スペーサパターン
【図１】
2020004971.tif 000003
【図２】
2020004971.tif 000004
【図３】
2020004971.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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