(57)【要約】  本明細書に記載の実施形態は、一般に集積回路の製造に関し、具体的には、窒素ドープされたアモルファスカーボン層と、窒素ドープされたアモルファスカーボン層を半導体基板に堆積させるプロセスとに関する。一実施形態では、窒素ドープされたアモルファスカーボン層を基板上に形成する方法が提示される。この方法は、基板を基板処理チャンバ内に配置するステップと、窒素含有炭化水素源を処理チャンバの中に導入するステップと、炭化水素源を処理チャンバの中に導入するステップと、プラズマ開始ガスを処理チャンバの中に導入するステップと、処理チャンバ内でプラズマを発生させるステップと、窒素ドープされたアモルファスカーボン層を基板上に形成するステップとを含む。
2013524508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素ドープされたアモルファスカーボン層を基板上に形成する方法であって、
窒素含有炭化水素源ガスを、基板を収容する処理チャンバの中に導入するステップと、
炭化水素源ガスを前記基板処理チャンバの中に導入するステップと、
プラズマ開始ガスを前記基板処理チャンバの中に導入するステップと、
前記基板処理チャンバ内でプラズマを発生させるステップと、
窒素ドープされたアモルファスカーボン層を前記基板上に形成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記窒素含有炭化水素源ガスが式ＣｘＨｙＮｚで記述され、ここでｘは１から１２の間の範囲を有し、ｙは２から２０の間の範囲を有し、ｚは１から１０の間の範囲を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記窒素含有炭化水素源ガスが、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、トリエチルアミン、アニリン、ピリジン、ベンゾニトリル、およびこれらの組合せを含む群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記炭化水素源ガスが式ＣｘＨｙで記述され、ここでｘは１から１０の間の範囲を有し、ｙは２から３０の間の範囲を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記炭化水素源ガスが、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、ビニルアセチレン、フェニルアセチレン、およびこれらの組合せを含む群から選択される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記炭化水素源ガスのモル流量と前記窒素含有炭化水素源ガスのモル流量の比が約１：５から約３：１の間である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
堆積したままの窒素ドープされたアモルファスカーボン層が、約０．１％窒素から約４．０％窒素の範囲にわたる調整可能な炭素：窒素比率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
デバイスを形成する方法であって、
１つまたは複数の窒素ドープされたアモルファスカーボン層を基板上に形成するステップであって、
窒素含有炭化水素源ガス、１つまたは複数の炭化水素化合物、および不活性ガスを含む混合ガスを、基板を収容する基板処理チャンバに供給し、
前記混合ガス中の１つまたは複数の炭化水素化合物および窒素含有炭化水素源を分解するように前記基板処理チャンバ内でプラズマを発生させて、１つまたは複数の窒素ドープされたアモルファスカーボン層を前記基板上に形成する
ことによって、１つまたは複数の窒素ドープされたアモルファスカーボン層を基板上に形成するステップと、
前記１つまたは複数の窒素ドープされたアモルファスカーボン層の少なくとも１つの領域にパターンを画定するステップと、
前記１つまたは複数の窒素ドープされたアモルファスカーボン層の前記少なくとも１つの領域に画定された前記パターンを、前記１つまたは複数の窒素ドープアモルファスカーボン層をマスクとして用いて、前記基板の中に転写するステップと
を含む方法。
【請求項９】
窒素含有炭化水素源が式ＣｘＨｙＮｚで記述され、ここでｘは１から１２の間の範囲を有し、ｙは２から２０の間の範囲を有し、ｚは１から１０の間の範囲を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記窒素含有炭化水素源が、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、トリエチルアミン、アニリン、ピリジン、ベンゾニトリル、およびこれらの組合せを含む群から選択される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記混合ガス中の前記１つまたは複数の炭化水素化合物が一般式ＣｘＨｙを有し、ここでｘは２から４の範囲を有し、ｙは２から１０の範囲を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記１つまたは複数の炭化水素化合物が、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記窒素ドープされたアモルファスカーボン層が、５％水素から５０％水素の範囲にわたる炭素：水素比率を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記不活性ガスが、ヘリウム、アルゴン、およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記窒素含有炭化水素源ガスがトリメチルアミンであり、前記１つまたは複数の炭化水素化合物がアセチレンであり、前記不活性ガスがヘリウムとアルゴンを含む混合物である、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に集積回路の製造に関し、具体的には、窒素ドープされたアモルファスカーボン層と、窒素ドープされたアモルファスカーボン層を半導体基板に堆積させるプロセスとに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、単一のチップ上に数百万のトランジスタ、コンデンサおよび抵抗を含むことができる複雑なデバイスに進化した。チップ設計が進化するには、より高速の回路、およびより高い回路集積度が引き続き必要とされる。より高い回路集積度と共により高速の回路が要求されることで、このような集積回路を製造するために使用される材料には、該当する要求が課せられる。特に、集積回路構成要素の大きさがサブミクロンの大きさに低減されるにつれ、デバイスの電気的性能を改善するためには銅などの低抵抗導電材料だけでなく、低ｋ誘電体材料と呼ばれることが多い低誘電率絶縁材料を使用することも必要になってきた。低ｋ誘電体材料は、一般に３．８未満の誘電率を有する。
【０００３】
低ｋ誘電体材料を有し、表面欠陥または特徴変形がほとんど、または全くないデバイスを生産することには問題が多い。約３．０未満の誘電率を有する低ｋ誘電体材料は、多孔性であることが多く、かつ連続する処理ステップの間中に擦り傷がついたり、または損傷したりしやすく、それによって、基板表面に欠陥が形成される可能性が増す。このような低ｋ誘電体材料は、もろいことが多く、また化学機械研磨（ＣＭＰ）などの従来の研磨処理にかけられると変形することがある。このような低ｋ誘電体材料の表面欠陥および変形を制限または低減する１つの解決策は、パターニングおよびエッチングの前に、露出した低ｋ誘電体材料の上にハードマスクを堆積することである。このハードマスクは、傷つきやすい低ｋ誘電体材料の損傷および変形を防止する。加えて、ハードマスク層は、従来のリソグラフィ技法と組み合わせてエッチマスクとして機能して、エッチング中の低ｋ誘電体材料の剥離を防止することもできる。
【０００４】
加えて、ハードマスクは、フロントエンドプロセスおよびバックエンドプロセス両方の集積回路製作プロセスにおいて、ほぼすべてのステップで使用されている。デバイスサイズが縮小し、パターン構造がより複雑になり、製作するのが困難になるにつれ、エッチハードマスクはより重要になってきている。というのは、使用可能なフォトレジストはエッチング耐性要件を満たすことができず、またフォトレジストは、リソグラフィプロセスおよびエッチングプロセスにおいてエッチマスクとしてではなく、単に像転写のために使用されているからである。その代わりに、像パターンを受光するハードマスクパターンが、下にある層にパターンを効果的にエッチングするための主材料になってきている。
【０００５】
水素化アモルファスカーボンは、とりわけ、金属、アモルファスシリコン、および二酸化ケイ素または窒化ケイ素材料などの誘電体材料のハードマスクとして使用できる材料である。アモルファスカーボンとも呼ばれ、ａ−Ｃ：Ｈまたはα−Ｃ：Ｈと表されることがある水素化アモルファスカーボンは、長距離結晶秩序がない炭素材料と考えられ、かなりの水素含有率、例えば１０〜４５原子％程度の水素を含みうる。アモルファスカーボンは、化学的不活性、光透過性、および良好な機械的特性を有することが確認されている。
【０００６】
デバイスパターンの特徴サイズが小さくなるにつれ、限界寸法（ＣＤ）要件が、安定で再現可能なデバイス性能のより重要な基準となる。ＣＤ要件を達成するには、よりエッチ耐性で、かつ／または厚いマスク材料を使用すること、あるいはエッチプロセスのエッチ選択性を改善することが必要である。前者を選択すると生産ステップの数が増加し、その結果、ウエハ当たりのコストが高くなると共に、複雑な集積の問題が生じる。
【０００７】
したがって、特徴のＣＤ要件を満たすことができるようにエッチ選択性を向上させる材料および方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の実施形態は、一般に集積回路の製造に関し、具体的には、窒素ドープされたアモルファスカーボン層と、窒素ドープされたアモルファスカーボン層を半導体基板に堆積させるプロセスとに関する。一実施形態では、窒素ドープされたアモルファスカーボン層を基板上に形成する方法が提示される。この方法は、基板を基板処理チャンバ内に配置するステップと、窒素含有炭化水素源を処理チャンバの中に導入するステップと、炭化水素源を処理チャンバの中に導入するステップと、プラズマ開始ガスを処理チャンバの中に導入するステップと、処理チャンバ内でプラズマを発生させるステップと、窒素ドープされたアモルファスカーボン層を基板上に形成するステップとを含む。
【０００９】
別の実施形態では、デバイスを形成する方法が提示され、この方法は、堆積チャンバ内に基板を配置すると共に、窒素含有炭化水素源、１つまたは複数の炭化水素化合物、および不活性ガスを含む混合ガスを堆積チャンバに供給することによって、また、混合ガス中の１つまたは複数の炭化水素化合物および窒素含有炭化水素源を分解するように処理チャンバ内でプラズマを発生させて、１つまたは複数の窒素ドープされたアモルファスカーボン層を基板上に形成することによって、１つまたは複数の窒素ドープされたアモルファスカーボン層を基板上に形成するステップと、１つまたは複数の窒素ドープされたアモルファスカーボン層の少なくとも１つの領域にパターンを画定するステップと、１つまたは複数の窒素ドープされたアモルファスカーボン層の少なくとも１つの領域に画定されたパターンを、１つまたは複数の窒素ドープアモルファスカーボン層をマスクとして用いて、基板の中に転写するステップとを含む。
【００１０】
本発明の上述の特徴を列挙する方法が詳細に理解できるように、上で簡潔に要約した本発明の具体的な説明を、添付図面にそのいくつかを示す実施形態を参照して後述する。しかし、本発明が、その他の同様に効果的な実施形態を認めることができるので、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態を示すのみであり、したがって、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきでないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書に記載の実施形態による、窒素ドープされたアモルファスカーボン層堆積を行うために使用できる基板処理システムの概略図である。
【図２】窒素ドーパントのレベルを変化させた窒素ドープアモルファスカーボン層のブランケット酸化物エッチ選択性を、以前より知られているアモルファスカーボン層と比較して示すグラフである。
【図３】窒素ドープされた炭化水素の流量（ｓｃｃｍ）に対する膜密度（ｇ／ｃｃ）を示すグラフである。
【図４】堆積温度（℃）に対する膜密度（ｇ／ｃｃ）を示すグラフである。
【図５】Ａ〜Ｌは、本明細書に記載の窒素ドープされたアモルファスカーボン層を使用して材料層をエッチングするプロセスの一実施形態の概略側面図である。
【図６】Ａ〜６Ｈおよび６Ｅ’は、スペースマスクダブルパターニングプロセスにおいて、本明細書に記載の窒素ドープされたアモルファスカーボン層を使用するプロセスの一実施形態の各概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
理解しやすくするために、各図面で共通の同じ要素を指定するのに、可能な場合には同じ参照数字が使用されている。一実施形態の要素および特徴は、別に列挙されていなくても他の実施形態で有利に組み込まれうることが意図されている。
【００１３】
本発明の実施形態は、一般に集積回路の製造に関し、具体的には、窒素ドープされたアモルファスカーボン層と、窒素ドープされたアモルファスカーボン層を半導体基板に堆積させるプロセスとに関する。本明細書に記載のいくつかの実施形態で、窒素含有アモルファスカーボン膜は、現在の最先端技術によるアモルファスカーボン膜と比較して大幅に改善された、酸化物に対するブランケットエッチ選択性（ＥＳ）を示す。この高いエッチ選択性により、３×ノード以下で望ましい、より薄いハードマスク厚さが可能になる。
【００１４】
図１は、本明細書に記載の実施形態による、アモルファスカーボン層堆積に使用できる基板処理システム、システム１００の概略図である。適切なシステムの例には、ＤｘＺ（登録商標）処理チャンバを使用できるＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システム、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ５０００（登録商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ  ＳＥ（登録商標）処理チャンバおよびＰＲＯＤＵＣＥＲ  ＧＴ（登録商標）処理チャンバなどのＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）システムが含まれ、これらのすべてがＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、カリフォルニア州から市販されている。
【００１５】
システム１００は、処理チャンバ１２５、ガスパネル１３０、制御ユニット１１０、ならびに電源および真空ポンプなど他のハードウェア構成要素を含む。本明細書に記載の実施形態に使用されるシステムの一実施形態についてのさらなる詳細は、本願の譲受人に譲渡された米国特許「Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｈａｍｂｅｒ」、２００２年４月２日発行の米国特許第６３６４９５４号に記載されている。
【００１６】
処理チャンバ１２５は一般に、半導体基板１９０などの基板を支持するために使用される基板支持体ペデスタル１５０を備える。この基板支持体ペデスタル１５０は、軸１６０に結合された移動機構（図示せず）を使用して、処理チャンバ１２５の内部で垂直方向に動く。処理に応じて半導体基板１９０は、処理の前に所望の温度まで加熱することができる。基板支持体ペデスタル１５０は、埋込ヒータ要素１７０によって加熱することができる。例えば、基板支持体ペデスタル１５０は、電源１０６からヒータ要素１７０に電流を印加することによって抵抗加熱することができる。そうすると半導体基板１９０は、基板支持体ペデスタル１５０によって加熱される。熱電対などの温度センサ１７２もまた、基板支持体ペデスタル１５０の温度を監視するために、基板支持体ペデスタル１５０の中に埋め込まれる。測定された温度は、ヒータ要素１７０の電源１０６を制御するために、フィードバックループ内で使用される。基板温度は、特定の処理適用例に対して選択される温度で維持または制御することができる。
【００１７】
真空ポンプ１０２は、処理チャンバ１２５を排気し、処理チャンバ１２５内部で適正なガス流および圧力を維持するために使用される。処理ガスを中に通して処理チャンバ１２５に導入するシャワーヘッドは、基板支持体ペデスタル１５０の上に置かれ、均等な分布の処理ガスを処理チャンバ１２５の中に供給するように適合される。シャワーヘッド１２０は、プロセスシーケンスの別々のステップで使用される様々な処理ガスを制御および供給するガスパネル１３０に結合される。処理ガスは、窒素含有炭化水素源、炭化水素源、およびプラズマ開始ガスを含むことがあり、例示的な窒素ドープされたアモルファスカーボン堆積プロセスについての説明と合わせて、以下でより詳細に説明する。
【００１８】
ガスパネル１３０はまた、様々な気化液体前駆体を制御および供給するために使用されることがある。図示されていないが、液体前駆体供給源からの液体前駆体は、例えば液体噴射気化器によって気化させ、キャリアガスの存在下で処理チャンバ１２５まで送出することができる。キャリアガスは通常、窒素などの不活性ガス、またはアルゴンもしくはヘリウムなどの希ガスである。あるいは、液体前駆体は、熱および／または真空で増強された気化プロセスによって、アンプルから気化させることもできる。
【００１９】
シャワーヘッド１２０と基板支持体ペデスタル１５０はまた、間隔をあけた一対の電極を形成することもできる。これらの電極の間に電界を発生させると、チャンバ１２５の中に導入された処理ガスが点火されてプラズマ１９２になる。通常、電界は、基板支持体ペデスタル１５０を単一周波数または二周波数の高周波（ＲＦ）電源（図示せず）に、整合回路網（図示せず）を介して接続することによって発生させる。別法としてＲＦ電源および整合回路網は、シャワーヘッド１２０に結合され、あるいはシャワーヘッド１２０および基板支持体ペデスタル１５０の両方に結合されることもある。
【００２０】
ＰＥＣＶＤ技法では、基板表面に近い反応ゾーンに電界を加えることによって反応ガスの励起および／または解離を促進して、反応種のプラズマを生成する。プラズマ中でのこれらの種の反応性により、化学反応が起こるために必要なエネルギーが低減されて、このようなＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）に必要な温度が実質的に下がる。
【００２１】
ガスパネル１３０を通るガス流および液体流の適正な制御および規制は、質量流コントローラ（図示せず）、およびコンピュータなどの制御ユニット１１０によって行われる。シャワーヘッド１２０は、ガスパネル１３０からの処理ガスが均一に分散され、処理チャンバ１２５の中に導入されることを可能にする。例示的に、制御ユニット１１０は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１１２、支持回路１１４、および付属制御ソフトウェアを収容するメモリ１１６を含む。この制御ユニット１１０は、基板輸送、ガス流制御、液体流制御、温度制御、チャンバ排気など、基板処理に必要な多数のステップの自動制御を担う。混合処理ガスがシャワーヘッド１２０を出ると、炭化水素化合物のプラズマ促進熱分解が半導体基板１９０の表面１９５で起こり、その結果、窒素ドープされたアモルファスカーボンが半導体基板１９０上に堆積することになる。
【００２２】
窒素ドープされたアモルファスカーボン層形成
本明細書に記載の一実施形態では、窒素ドープされたアモルファスカーボン層が、炭化水素源、窒素含有炭化水素源およびプラズマ開始ガスを、図１と一緒に上で説明した処理チャンバ１２５などの処理チャンバの中に導入するステップを含むプロセスによって形成される。一実施形態では、炭化水素源は、１つまたは複数の炭化水素化合物と、任意選択によるアルゴンなどのキャリアガスとの混合物である。いくつかの実施形態では、炭化水素源は必要とされず、窒素ドープされたアモルファスカーボン層は、窒素含有炭化水素源およびプラズマ開始ガスを導入することによって形成される。
【００２３】
炭化水素化合物は、炭化水素化合物のフッ素、酸素、水素基、およびホウ素を含有する各誘導体を含む、部分的または完全にドープされた炭化水素化合物誘導体でよい。
【００２４】
炭化水素源に含まれうる炭化水素化合物またはその誘導体は、式ＣｘＨｙで記述することができ、ここでｘは１から１０の間の範囲を有し、ｙは２から３０の間の範囲を有する。
【００２５】
適切な炭化水素化合物には以下の化合物、例えば、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、ビニルアセチレン、フェニルアセチレン、およびこれらの誘導体などのアルキン、ベンゼン、スチレン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、アセトフェノン、安息香酸メチル、酢酸フェニル、フェノール、クレゾール、フランなどの芳香族炭化水素、α−テルピネン、シメン、１，１，３，３，−テトラメチルブチルベンゼン、ｔ−ブチルエーテル、ｔ−ブチルエチレン、メタクリル酸メチル、およびｔ−ブチルフルフリルエーテル、式Ｃ３Ｈ２およびＣ５Ｈ４を有する化合物、モノフルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼンなどを含むハロゲン化芳香族化合物、のうちの１つ以上が含まれる。追加の適切な炭化水素には、エチレン、プロピレン、ブチレン、ペンテンなどのアルケン、およびブタジエン、イソプレン、ペンタジエン、ヘキサジエンなどのジエンが含まれ、ハロゲン化アルケンには、モノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、モノクロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレンなどが含まれる。
【００２６】
窒素含有炭化水素源に含まれうる窒素含有炭化水素化合物またはその誘導体は、式ＣｘＨｙＮｚで記述することができ、ここでｘは１から１２の間の範囲を有し、ｙは２から２０の間の範囲を有し、ｚは１から１０の間の範囲を有する。
【００２７】
適切な窒素含有炭化水素化合物には、以下の化合物、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン（ＴＭＡ）、トリエチルアミン、アニリン、ピリジン、およびベンゾニトリルのうちの１つ以上が含まれる。
【００２８】
同様に、とりわけ、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、またはこれらの組合せなどの様々なガスが必要に応じて混合ガスに追加されてよい。Ａｒ、Ｈｅ、およびＮ２が、アモルファスカーボン層の密度および堆積速度を制御するために使用される。アモルファスカーボン層の水素比率を制御するのに、追加のＨ２および／またはＮＨ３を使用することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、窒素ドープされたアモルファスカーボン堆積プロセスには、炭化水素化合物の前、および／または炭化水素化合物と同時にチャンバの中に導入されるプラズマ開始ガスを使用することが含まれ、プラズマを開始して堆積を始める。プラズマ開始ガスは高イオン化ポテンシャルガスでよく、これには、以下に限らないが、ヘリウムガス、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス、およびこれらの組合せが含まれ、そのうちヘリウムガスが好ましい。プラズマ開始ガスはまた、ヘリウムガスなどの化学的に不活性なガスでもよく、窒素ガスまたはアルゴンガスが好ましい。ガスの適切なイオン化ポテンシャルは、約５ｅＶ（電子電位）から２５ｅＶである。プラズマ開始ガスは、窒素含有炭化水素源および／または炭化水素源の前にチャンバの中に導入されることがあるが、これにより安定したプラズマが形成されることが可能になり、アーク放電の可能性が低減する。希釈ガスまたはキャリアガスとして使用されるアルゴンなどの不活性ガスは、プラズマ開始ガス、窒素含有炭化水素源、炭化水素源、またはこれらの組合せと共に導入されることがある。
【００３０】
炭化水素化合物および窒素含有炭化水素化合物は、炭化水素化合物と窒素含有化合物の約１：１０以上のガスモル流量比、例えば、窒素ドープされたアモルファスカーボン堆積の場合で約１：５から約３：１など、約１：１０から１０：１のモル流量比で導入することができる。一実施形態では、炭化水素化合物と窒素含有化合物のガスモル流量比は、窒素ドープされたアモルファスカーボン堆積の場合で約１：２から約１：１とすることができる。
【００３１】
窒素ドープされたアモルファスカーボン層は、約０．５トールから約２０トールなど、約０．５トール以上のチャンバ圧力に、一実施形態では約２トール以上、例えば約２トールから約４トールに維持することによって、処理ガスから堆積させることができる。
【００３２】
窒素ドープされたアモルファスカーボン層は、チャンバ内で基板温度を約２００℃から約６５０℃の温度、または約３００℃から約５５０℃の温度、例えば約４００℃から約４８０℃など、約０℃から約８００℃に維持して、炭化水素源および窒素ドープされた炭化水素源から堆積させることができる。窒素ドープされたアモルファスカーボン膜を高温で堆積させることで高密度膜が得られ、これに応じて膜のエッチ選択性が改善することが確認されている。
【００３３】
また、堆積された窒素ドープアモルファスカーボン層のエッチ選択性が、層を堆積させるときにシャワーヘッドと基板表面の間で２００ミルから５０００ミルの間の間隔、例えば約５００ミルの間隔などに電極間隔が広げられることで改善することも確認されている。
【００３４】
プラズマが使用されるいくつかの実施形態では、炭化水素源、窒素ドープされたアモルファスカーボン源、およびプラズマ開始ガスをチャンバに導入し、プラズマを開始して堆積を始める。プラズマを発生させるために二周波数ＲＦシステムが使用されることがある。二周波数ＲＦ電力供給では、膜表面に当たるイオンのエネルギーが膜密度に影響を及ぼすと考えられるので、フラックスおよびイオンエネルギーの独立した制御が行われると考えられる。高周波プラズマはプラズマ密度を制御し、低周波プラズマは、基板表面に当たるイオンの運動エネルギーを制御すると考えられる。混合ＲＦ電力の二周波数供給源が、約１０ＭＨｚから約３０ＭＨｚの範囲内の、例えば約１３，５６ＭＨｚの高周波電力、ならびに約０ｋＨｚから約１ＭＨｚの範囲内の、例えば約３５０ｋＨｚの低周波電力を供給する。窒素ドープされたアモルファスカーボン膜を堆積させるのに二周波数ＲＦシステムが使用される場合、第２のＲＦ電力と混合周波数総電力の比は、約０．６対１．０（０．６：１）未満であることが好ましい。加えられるＲＦ電力と、１つまたは複数の周波数の使用とは、基板サイズおよび使用される機器に基づいて変わりうる。いくつかの実施形態では、単一周波数ＲＦ電力供給が使用されることがあり、この電力供給は通常、本明細書に記載の高周波電力供給である。
【００３５】
プラズマは、約０．８から約２．３Ｗ／ｃｍ２など、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約５Ｗ／ｃｍ２の電力密度で、例えば約２Ｗ／ｃｍ２でＲＦ電力を基板表面領域に加えることによって発生させることができる。電力供給は、約８００Ｗから約１，６００Ｗなど、約１ワットから約２，０００ワットであり、例えば３００ｍｍ基板では約１，４００Ｗとすることができる。
【００３６】
３００ｍｍ円形基板を処理する例示的な堆積プロセスでは、ヘリウムおよび／またはアルゴンなどのプラズマ開始ガス、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭化水素源、およびトリメチルアミン（Ｎ（ＣＨ３）３）などの窒素含有炭化水素源が使用される。このプロセスは、ヘリウムおよび／またはアルゴンなどのプラズマ開始ガスを約０ｓｃｃｍから約５０，０００ｓｃｃｍの流量で、例えば、約４００ｓｃｃｍから約８，０００ｓｃｃｍで供給するステップと、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）などの炭化水素源を約０ｓｃｃｍから約５０，０００ｓｃｃｍの流量で、例えば、約４００ｓｃｃｍから約８，０００ｓｃｃｍで供給するステップと、トリメチルアミン（Ｎ（ＣＨ３）３）などの窒素含有炭化水素源を約１０ｓｃｃｍから約１０，０００ｓｃｃｍの流量で、例えば、約１００ｓｃｃｍから約１，０００ｓｃｃｍで供給するステップとを含むことがあり、約１０Ｗから約２，０００Ｗの二周波数ＲＦ電力が加えられ、チャンバ圧力が約０．５トールから約２０トールに維持され、基板温度が約５０℃から約４８０℃に維持される。このプロセス範囲では、窒素ドープされたアモルファスカーボン層で約１０Å／分から約３０，０００Å／分の範囲の堆積速度が得られる。本明細書の開示を読むことで、当業者は、様々な堆積速度の窒素ドープされたアモルファスカーボン膜を生成するための適切なプロセスパラメータを計算することができる。
【００３７】
堆積プロセスの一実施形態では、窒素ドープされたアモルファスカーボン層を形成するのに複数の個別アモルファスカーボン堆積が行われる。複数堆積プロセスの一態様では、本明細書に記載のものなどの堆積ステップに休止ステップが続き、この休止ステップでは、プラズマ開始ガス、希釈ガス、および／または前駆体を低減された速度、または堆積のない速度で流すことができる。適切なプラズマ開始ガス、希釈ガス、および／または前駆体は、約０ｓｃｃｍから約５０，０００ｓｃｃｍの流量でチャンバに流し込むことができる。プラズマ開始ガスおよび／または希釈ガスが使用される場合、休止ステップでプラズマが開始されることがある。次に、堆積ステップと休止ステップを、所望の厚さが得られるまで繰り返すことができ、これは１０から５０回、例えば３０回など、１から１００回の繰返しとすることができ、または別法として、アモルファスカーボン材料の厚さの約２％から約１０％、例えば約３．３％など、約１％から約１００％の間で堆積させることができる。個々の繰返しごとに、約１Åから約１，０００Åの厚さの窒素ドープされたアモルファスカーボン材料が堆積して、約１０Åから約１５，０００Åの厚さを有する窒素ドープされたアモルファスカーボン層が形成される。この周期的な堆積プロセスでは、上述のプロセスパラメータ調整のうちの１つ以上を使用することができる。
【００３８】
あるいは、ガスもまた、堆積ステップの前または休止ステップの間中に送り出し、再び流すことができる。
【００３９】
窒素ドープされたアモルファスカーボン膜の１つの主要な利点は、他のａ−Ｃ：Ｈ膜と比べて密度が増大することである。何か特定の理論に拘束されるのではないが、炭素−窒素結合を既に有する窒素含有炭化水素前駆体を使用することは、既存の炭素−窒素結合があることにより、既存の炭素−窒素結合がない窒素（Ｎ２）またはアンモニア（ＮＨ３）を使用してドープされた窒素ドープアモルファスカーボン膜と比較して、堆積したままの膜の中により容易に取り込まれると考えられる。さらに、堆積したままの膜の中に窒素が取り込まれることにより、膜の中へのＨ２取込みの量が減少し、それによって窒素−炭素結合網が増大し、これに応じて膜密度が増大することになると考えられる。
【００４０】
本明細書に記載のプロセスによって堆積されるアモルファスカーボン材料の例は、以下の通りである。
【００４１】
比較例１
アモルファスカーボン堆積プロセスの一比較例には、約４００ｓｃｃｍのヘリウム流量を処理チャンバに与えること、約１４，０００ｓｃｃｍのアルゴン流量を処理チャンバに与えること、約６００ｓｃｃｍのＣ２Ｈ２流量を処理チャンバに与えること、約１，４００Ｗの高周波ＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を加えること、約４００℃の堆積温度を維持すること、約３．５トールのチャンバ圧力を維持することが含まれて、約３００ミルの間隔により、約１９のエッチ選択性を有するアモルファスカーボン層が生成される。
【００４２】
比較例２
アモルファスカーボン堆積プロセスの一比較例には、約８００ｓｃｃｍのヘリウム流量を処理チャンバに与えること、約１，０００ｓｃｃｍのアルゴン流量を処理チャンバに与えること、約６００ｓｃｃｍのＣ３Ｈ６流量を処理チャンバに与えること、約１，６００Ｗの高周波ＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を加えること、約５５０℃の堆積温度を維持すること、約６トールのチャンバ圧力を維持することが含まれて、約３００ミルの間隔により、約１９のエッチ選択性を有するアモルファスカーボン層が生成される。
【実施例１】
【００４３】
窒素ドープされたアモルファスカーボン堆積プロセスの一例には、約４００ｓｃｃｍのヘリウム流量を処理チャンバに与えること、約１４，０００ｓｃｃｍのアルゴン流量を処理チャンバに与えること、約６００ｓｃｃｍのＣ２Ｈ２流量を処理チャンバに与えること、約２００ｓｃｃｍのトリメチルアミン流量を処理チャンバに与えること、約１，４００Ｗの高周波ＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を加えること、約４００℃の堆積温度を維持すること、約３．５トールのチャンバ圧力を維持することが含まれて、約３００ミルの間隔により、約２４のエッチ選択性を有する窒素ドープされたアモルファスカーボン層が生成される。
【実施例２】
【００４４】
窒素ドープされたアモルファスカーボン堆積プロセスの一例には、約４００ｓｃｃｍのヘリウム流量を処理チャンバに与えること、約１４，０００ｓｃｃｍのアルゴン流量を処理チャンバに与えること、約６００ｓｃｃｍのＣ２Ｈ２流量を処理チャンバに与えること、約５００ｓｃｃｍのトリメチルアミン流量を処理チャンバに与えること、約１，４００Ｗの高周波ＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を加えること、約４００℃の堆積温度を維持すること、約３．５トールのチャンバ圧力を維持することが含まれて、約３００ミルの間隔に、約２５のエッチ選択性を有する窒素ドープされたアモルファスカーボン層が生成される。
【実施例３】
【００４５】
窒素ドープされたアモルファスカーボン堆積プロセスの一例には、約４００ｓｃｃｍのヘリウム流量を処理チャンバに与えること、約１４，０００ｓｃｃｍのアルゴン流量を処理チャンバに与えること、約６００ｓｃｃｍのＣ２Ｈ２流量を処理チャンバに与えること、約１，０００ｓｃｃｍのトリメチルアミン流量を処理チャンバに与えること、約１，４００Ｗの高周波ＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を加えること、約４００℃の堆積温度を維持すること、約３．５トールのチャンバ圧力を維持することが含まれて、約３００ミルの間隔により、約２２のエッチ選択性を有する窒素ドープされたアモルファスカーボン層が生成される。
【００４６】
比較例１および２、ならびに実施例１、２、および３のブランケット酸化物エッチ選択性結果が図２に描かれている。図２は、窒素ドーパントのレベルを変化させて形成した窒素ドープアモルファスカーボン層のブランケット酸化物エッチ選択性を、以前より知られているアモルファスカーボン層と比較して示すグラフ２００である。ｘ軸には試料番号の表示が付けられ、ｙ軸にはエッチ選択性の表示が付けられている。図２に示された結果は、窒素ドープされたアモルファスカーボン層の窒素ドーピングを変化させると、堆積したままの膜のエッチ選択性が調節されて、比較例１および２と比べて最大約３０％の改善がもたらされることを明示している。実施例３は、高い流量のトリメチルアミンが、堆積したままの膜のエッチングを始めることを明示する。
【００４７】
図３は、窒素ドープされた炭化水素の流量（ｓｃｃｍ）に対する膜密度（ｇ／ｃｍ３）を描くグラフ３００である。ｘ軸にはトリメチルアミンドーピング流量（ｓｃｃｍ）の表示が付けられ、ｙ軸には膜密度（ｇ／ｃｃ）の表示が付けられている。グラフ３００は、トリメチルアミンの流量が増加するにつれ、トリメチルアミンドープされたアモルファスカーボンの密度もまた増加することを示す。図２および図３を見直すとまた、エッチ選択性は必ずしも密度と共に直線的に増加しないことが明示されており、それによって、化学結合もまたエッチ選択性に寄与することが指摘されている。
【００４８】
図４は、堆積温度（℃）に対する膜密度（ｇ／ｃｍ３）を示すグラフ４００である。ｘ軸には堆積温度（℃）の表示が付けられ、ｙ軸には膜密度（ｇ／ｃｃ）の表示が付けられている。グラフ４００は、堆積温度をさらに上げることによって膜密度を増大できることを明示している。
【００４９】
表Ｉには、比較例１，比較例２、および実施例２の各膜特性が要約されている。
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【００５０】
一実施形態では、堆積したままの窒素ドープされたアモルファスカーボン層は、約０．０１％窒素から約１０．０％窒素の範囲にわたる調整可能な炭素：窒素比率を有する。一実施形態では、堆積したままの窒素ドープされたアモルファスカーボン層は、約０．１％窒素から約４．０％窒素の範囲にわたる調整可能な炭素：窒素比率を有する。一実施形態では、堆積したままの窒素ドープされたアモルファスカーボン層は、約１．５％窒素から約２％窒素の範囲にわたる調整可能な炭素：窒素比率を有する。アモルファスカーボン層の窒素比率を制御することは、膜エッチ選択性を最適にするのに望ましい。
【００５１】
他の堆積チャンバも本発明の範囲内にあり、また上に列記したパラメータは、アモルファスカーボン層を形成するために使用される特定の堆積チャンバに応じて変わりうる。例えば、他の堆積チャンバは、容積がより大きい、または小さいことがあり、それによって、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な堆積チャンバとして列挙されたものよりもガス流量が大きい、または小さい必要がありうる。
【００５２】
窒素ドープされたアモルファスカーボンハードマスク
図５Ａ〜５Ｉは、本明細書に記載の窒素ドープされたアモルファスカーボン層を使用して材料層をエッチングするプロセスの各概略側面図である。基材５１０を基板表面（図示せず）に堆積して、材料スタック５００の形成を始める。基材は、シリコン基板材料、酸化物材料、ポリシリコン材料などを含む、半導体デバイスを形成する際に使用される１つまたは複数の材料でよい。図５Ｂに示されるように、第１の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５２０を基材５１０の上に堆積させ、第１の反射防止コーティング材料５３０を第１の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５２０の上に堆積させる。第１の反射防止コーティング材料５３０は、リソグラフィパターニングプロセスの間中に光の反射を抑止するために使用する。第１の反射防止コーティング材料５３０は、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、またはこれらの組合せを含みうる。反射防止コーティング材料は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されているＤＡＲＣ（登録商標）材料層でよい。
【００５３】
図５Ｃに示されるように、第２の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５４０、および第２の反射防止コーティング材料５５０を第１の反射防止コーティング材料の上に順番に堆積させることができる。第２の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５４０、および第２の反射防止コーティング材料５５０は、層５２０および第１の反射防止コーティング材料５３０として堆積されたものと同じ材料でもよい。次に、図５Ｄに示されるように、フォトレジスト材料などのレジスト層５６０を第２の反射防止コーティング材料５５０の上に堆積させる。レジスト層は次に、図５Ｅに示されるように、リソグラフィプロセスによってパターニングして、パターン化レジスト層５６１を生成する。図５Ｆに示されるように、レジスト層５６１の中に形成された第１のパターン５６２は、最初に第２の反射防止コーティング材料５５０をエッチングし、次に、第２の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５４０を１つまたは複数のエッチングプロセスによってエッチングすることによって、第２の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５４０に転写されて、パターニングされた第２の窒素ドープアモルファスカーボン層５４１が形成される。パターニングされた第２の窒素ドープアモルファスカーボン層５４１は、下にある材料のハードマスクとして働きうる。第２の反射防止コーティング材料５５０は、１つまたは複数のエッチングプロセスによって、または別のプロセスによって除去することができる。
【００５４】
図５Ｇに示されるように、第３の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５７０を、第１の反射防止コーティング材料５３０、およびパターニングされた第２のアモルファスカーボン層５４１の上に堆積させる。第３の窒素ドープされたアモルファスカーボン層は、本明細書に記載のプロセスのいずれかによって堆積させることができる。図５Ｈに示されるように、第３の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５７０は、異方性エッチプロセスによってパターニングして、側壁窒素ドープされたアモルファスカーボン材料５７１を得る。側壁窒素ドープされたアモルファスカーボン材料５７１があることにより、限界寸法および特徴サイズが低減された第２のパターン５７２、すなわち、アモルファスカーボン材料５７１がない現在のフォトリソグラフィプロセスによって普通得ることができるものよりもパターン密度が増大された第２のパターン５７２が可能になる。側壁窒素ドープされたアモルファスカーボン材料５７１と組み合わせた、パターニングされた第２のアモルファスカーボン層５４１は、下にある第１の反射防止コーティング材料５３０および第１の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５２０のハードマスクとして働きうる。
【００５５】
次に、図５Ｉに示されるように、第１の反射防止コーティング材料５３０をエッチングして、第２のパターン５７２と共に、パターニングされた反射防止コーティング層５３１を形成する。パターニングされた第２の窒素ドープアモルファスカーボン層５４１、および側壁窒素ドープされたアモルファスカーボン材料５７１は、エッチングプロセスの間中に、または後続のプロセスで除去される。次に、第１の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５２０をエッチングして、下にある基材５１０に転写されるべき第２のパターン５７２を有するパターニングされた第１の窒素ドープアモルファスカーボン層５２１を形成する。次に、図５Ｋに示されるように、基材５１０を、パターニングされた第１の窒素ドープアモルファスカーボン層５２１をハードマスクとして用いてエッチングし、図５Ｌに示されるように、パターニングされた第１の窒素ドープアモルファスカーボン層５２１を除去して基板表面に、第２のパターン５７２を有するパターニングされたベース基材５１１を与える。
【００５６】
一代替実施形態では、パターニングされたレジスト材料を、図５Ｆ〜５Ｌのパターニングされた第２の窒素ドープされたアモルファスカーボン層５４１の代わりに使用し、それによって、パターニングされた第２の窒素ドープアモルファスカーボン層５４０、および第２の反射防止コーティング材料５５０、ならびに図５Ｃ〜５Ｅの対応する堆積ステップおよびエッチングステップの必要性をなくする。いくつかの実施形態では、窒素ドープされたアモルファスカーボン層のいずれかを、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されているアドバンスドパターニングフィルム（登録商標）（ＡＰＦ）材料などのアモルファスカーボン層で置き換えることができる。
【００５７】
図６Ａ〜６Ｈは、スペースマスクダブルパターニングプロセスにおいて、本明細書に記載の窒素ドープされたアモルファスカーボン層を使用するプロセスの各概略側面図である。基材６１０を基板表面に堆積して、材料スタック６００の形成を始める。基材は、シリコン基板材料、酸化物材料、ポリシリコン材料などを含む、半導体デバイスを形成する際に使用される１つまたは複数の材料でよい。図６Ａに示されるように、第１の窒素ドープされたアモルファスカーボン層６２０を基材６１０の上に堆積させ、第１のパターン６３２を有するパターニングされたレジスト層６３０を、第１の窒素ドープされたアモルファスカーボン層６２０の上に形成する。アモルファスカーボン層は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から市販されているアドバンスドパターニングフィルム（登録商標）（ＡＰＦ）材料でよく、または別法として、本明細書に記載の窒素ドープされたアモルファスカーボン材料でもよい。レジスト層６３０は、リソグラフィプロセスでパターニングすることができる。次に、パターニングされたレジスト層６３０をトリミングプロセスにかけ、それによって、図６Ｂに示されるように、パターニングされたレジスト材料の幅が狭くなって、トリミングされたレジスト材料６３１によって画定された第２のパターン６３３が形成される。次に、図６Ｃに示されるように、第２のパターン６３３を転写するために第１の窒素ドープアモルファスカーボン層６２０をエッチングして、パターニングされた窒素ドープアモルファスカーボン層６２１を形成する。
【００５８】
次に側壁スペーサ６４０を、パターニングされた窒素ドープアモルファスカーボン層６２１構造体に隣接して形成する。スペーサは、第１のアモルファスカーボン層と異なるエッチング速度を有するエッチング可能材料、または共形アモルファスカーボン材料を含みうる。適切な材料には、例えば、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、またはこれらの組合せが含まれる。次に、図６Ｅに示されるように、窒素ドープされたアモルファスカーボン材料の間隙充填層６５０を、側壁スペーサ６４０およびパターニングされた窒素ドープアモルファスカーボン層６２１構造体の上に堆積させる。窒素ドープされたアモルファスカーボン材料は、本明細書に記載のプロセスのいずれかによって堆積させることができる。次に、図６Ｆに示されるように、間隙充填層６５０をエッチバックして側壁スペーサを露出する。次に、図６Ｇに示されるように、基材６１０を露出するように側壁スペーサ６４０をエッチングしてハードマスク層６５１を画定する。次に、図６Ｈに示されるように、基材６１０をパターニングおよびエッチングして、パターニングされた基材６１１を形成することができる。
【００５９】
代替プロセスでは、図６Ｄに示されるように、パターニングされた窒素ドープアモルファスカーボン層６２１構造体に隣接して側壁スペーサ６４０を形成した後、次に、パターニングされた窒素ドープアモルファスカーボン層６２１を基板表面から取り除く。次に、図６Ｅ’に示されるように、側壁スペーサ６４０で、基材６１０のハードマスクとして使用できるパターンを形成する。次に、基材６１０をパターニングおよびエッチングして、パターニングされた基材６１１を形成することができる。
【００６０】
上記は、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明のその他のさらなる実施形態を考案することができ、また、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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