(57)【要約】【課題】アモルファス炭素膜の成膜方法及びこれを用いた半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】液状の単一の二重結合を有する鎖状の炭化水素化合物を気化させて供給し且つイオン化させて基板上にアモルファス炭素膜を成膜し、これをハードマスク膜として用いる。前記アモルファス炭素膜は、蒸着率、エッチング選択比、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）及びストレスなどの特性をユーザーの要求に応じて容易に調節することができ、特に、屈折率（ｎ）及び光吸収係数（ｋ）を下げることができて、下部材料層の乱反射を防ぐための反射防止膜を成膜することなく、フォトリソグラフィ工程を行うことが可能になる。また、蒸着工程時における反応副産物の発生が少なく、しかも、チャンバー内部に付着した反応副産物も除去し易くて、チャンバーのクリーニング工程周期を延ばすことができ、チャンバー付属品の交換周期も遅らせることができて時間及びコストを節減することが可能になる。【選択図】図７Ｂ
2008291344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をチャンバー中に搬入するステップと、
前記チャンバー中に液状の単一の二重結合を有する鎖状の炭化水素化合物を気化させて供給し且つイオン化させて前記基板上にアモルファス炭素膜を成膜するステップと
を含むことを特徴とするアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項２】
前記炭化水素化合物は、ヘキセン（Ｃ6Ｈ12）、ノネン（Ｃ9Ｈ18）、ドデセン（Ｃ12Ｈ24）及びペンタデセン（Ｃ15Ｈ30）からなる群より選ばれたいずれか１種以上を含むことを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項３】
前記炭化水素化合物は、０．３〜０．８ｇ／分の量で供給されることを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項４】
前記チャンバーに８００〜２０００Ｗの高周波パワーを印加することにより、前記気化した炭化水素化合物をイオン化させることを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項５】
前記チャンバーに１５０〜４００Ｗの低周波パワーを更に印加することを特徴とする請求項４記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項６】
前記アモルファス炭素膜は、前記チャンバーの圧力を４．５〜８Ｔｏｒｒ（６００〜１０６６．６Ｐａ）に維持した状態で成膜することを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項７】
前記チャンバーは前記気化した炭化水素化合物を供給されて噴射させるシャワーヘッドを備え、前記シャワーヘッドと前記基板とは２５０〜４００ｍｉｌｓ（６．３５〜１０．１６ｍｍ）の距離を維持していることを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項８】
前記アモルファス炭素膜は、３００〜５５０℃の温度下で成膜されることを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項９】
前記アモルファス炭素膜は、１５〜８０Å／秒の蒸着率で成膜されることを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記アモルファス炭素膜は炭素及び水素を含み、前記炭素に対する前記水素の割合が前記高周波パワー、前記炭化水素化合物の量、前記チャンバーの圧力及び前記蒸着温度に応じて調節されることを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項１１】
前記アモルファス炭素膜中の前記水素の含量は、水素又はアンモニアガスを更に流れ込ませて調節することを特徴とする請求項１０記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項１２】
前記アモルファス炭素膜は、屈折率が１．７〜２．２であり、光吸収係数が０．１〜０．５であることを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項１３】
前記アモルファス炭素膜は、酸化膜に対するエッチング選択比が１対５〜１対４０であり、窒化膜に対するエッチング選択比が１対１〜１対２０であることを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項１４】
前記アモルファス炭素膜は、不活性ガスを流れ込ませて成膜することにより、蒸着速度及びエッチング選択比が調節されることを特徴とする請求項１記載のアモルファス炭素膜の成膜方法。
【請求項１５】
所定の構造が設けられた基板の上部に材料層を形成するステップと、
前記材料層の形成された前記基板をチャンバー中に搬入するステップと、
前記チャンバー中に液状の単一の二重結合を有する鎖状の炭化水素化合物を気化させて供給し且つイオン化させて前記基板上にアモルファス炭素膜を成膜するステップと、
前記アモルファス炭素膜の上部に感光膜パターンを形成した後、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして前記アモルファス炭素膜をエッチングするステップと、
露出された前記材料層をエッチングした後、前記アモルファス炭素膜及び感光膜パターンを除去するステップと
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
前記アモルファス炭素膜は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングされることを特徴とする請求項１５記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
前記アモルファス炭素膜は、ＣＦ4プラズマ、Ｃ4Ｆ8プラズマ、酸素（Ｏ2）プラズマ又はオゾン（Ｏ3）プラズマをそれぞれ用いてエッチングするか、或いは、これらプラズマの少なくとも１種以上の混合物を用いてエッチングすることを特徴とする請求項１５記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
前記アモルファス炭素膜は、酸素とＮＦ3をそれぞれ別々に又は混合してリモートプラズマを用いてエッチングすることを特徴とする請求項１５記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアモルファス炭素膜の成膜方法に係り、更に詳しくは、液状の炭化水素化合物を用いて広範な屈折率及び低い光吸収係数を有するアモルファス炭素膜を成膜する方法及びこれを用いた半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、ワードライン、ビットライン、キャパシター及び金属配線などの種々の素子の相互作用により構成され、半導体素子の高集積化及び高性能化が進むに伴い、半導体素子の製造に用いられる材料又は工程技術への要求がますます厳しくなる一方である。特に、半導体素子の高集積化による素子寸法の減少に伴い、半導体基板上に種々の構造の微細パターンを形成する方法に関する研究が絶えず行われている。
【０００３】
微細パターンを形成するためのフォトリソグラフィ工程への要求が厳しくなるにつれて、露光光源の波長が次第に短くなってきている。即ち、半導体素子の高集積化に伴い、使用される露光光源は、波長が４３６ｎｍであるＧ線や波長が３６５ｎｍであるｉ線から波長が２４８ｎｍであるＫｒＦレーザーや波長が１９３ｎｍであるＡｒＦレーザーへと変わりつつある。なお、更なる微細パターンの形成のためにＸ線や電子ビームを露光光源として用いることもある。
【０００４】
このようにパターン寸法が微細になるに伴い、パターン解像力を制御するために、エネルギーに敏感な感光膜パターンの厚さを減少させることが求められている。しかしながら、感光膜パターンが薄くなると、感光膜パターンよりも厚い下部材料層がエッチングされる前に、エッチング液などにより感光膜パターンが除去されてしまい、結果として、下部材料層パターンを形成できなくなる。このため、パターン形成のためのエッチング工程に際して工程マージンを確保するために、感光膜パターンに加えて、酸化膜（ＳｉＯ2）、窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）などのハードマスク膜を下部材料層の上部に更に成膜している。
【０００５】
高集積半導体素子、例えば、１００ナノメートル以下の半導体素子においては金属配線の幅及び間隔が狭まり、これによる抵抗の増大を補うために金属配線の高さが増大する。加えて、ポリシリコン膜、酸化膜又は窒化膜の幅及び間隔が狭まる一方、厚さは増大する。このため、材料層が全てエッチングされる前にハードマスク膜がエッチングされることを防ぐために、ハードマスク膜の厚さを増大させている。ハードマスク膜の厚さが増大すると、感光膜の厚さも増大する。しかしながら、ハードマスクのエッチング工程に際し、狭い線幅により感光膜パターンが支えられずに倒れるような現象が起きてしまう。これにより、ハードマスク膜はもとより、下部材料層をもパターニングできなくなる。また、ハードマスク膜の厚さが増大する結果、装備の単位時間当たりの生産性が低下し、これは、後続するエッチング工程における生産性の低下及び異質の発生につながる。
【０００６】
更に、厚くなった金属層の上部に既存のハードマスク膜を成膜する場合、既存のハードマスク膜は光吸収係数（ｋ）が高いために金属層による乱反射が起きる。このような乱反射により現像工程に際して感光膜パターンの下部が狭まるようなネッキング現象が起き、しかも、感光膜の下部が緩やかに広がるようなフッティング現象が起きる。かかる感光膜パターンを用いて金属層をパターニングすれば、パターンの断面積が狭くなるが、これは、パターン同士の間隔が狭いほど激しくなる。また、パターンの断面積の減少は配線の抵抗を増大させて素子の動作速度を低下させ、しかも、電子の移動を促して素子の信頼性を低下させるという不都合を生じる。このため、ハードマスク膜の乱反射を防ぐための反射防止膜を更に成膜することが余儀なくされる。
【０００７】
上述の不都合を解消するために、アモルファス炭素膜をハードマスクとして用いることが提案されている。アモルファス炭素膜は薄膜の状態でも高い解像度を有し、感光膜のエッチング速度とは無関係に高精細なパターニングが行える。アモルファス炭素膜を成膜するために、従来よりベンゼン（Ｃ6Ｈ6）、トルエン（Ｃ7Ｈ8）等のベンゼン環又は複数の二重結合を有する炭化水素化合物を用いてきている。ところが、これらの物質は、蒸着率、エッチング選択比、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）及びストレス特性などを所望の値に調節することができない。例えば、ベンゼン（Ｃ6Ｈ6）及びトルエン（Ｃ7Ｈ8）は蒸着率は高いものの、エッチング選択比が低い。また、これらの物質はいずれも大量の反応副産物を生じさせるが、大量の反応副産物が発生すると、アモルファス炭素膜の蒸着率が低下するだけではなく、アモルファス炭素膜中にパーティクルが残存してアモルファス炭素膜の膜質及び特性を低下させてしまう。更に、このようにして発生された大量の反応副産物はチャンバーの内部に付着するため、これらの大量の反応副産物を除去するためのクリーニング工程を頻繁に行う必要があり、これにより、工程時間が延びる他、高コストとなる。ところが、これらの反応副産物はクリーニング工程時にチャンバーから除去し難く、結果的に、アモルファス炭素膜の膜質を低下させてチャンバーの交換周期を早めることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、屈折率を微調節でき、且つ、低い光吸収係数を有するアモルファス炭素膜を成膜することにより、乱反射を起こすことなく所望のパターンを形成することができるアモルファス炭素膜の成膜方法を提供するところにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、反応副産物の発生が少なくてチャンバーの内部を汚染させることがなく、しかも、クリーニング工程時に除去し易くてコスト及び工程時間を短縮させることができるアモルファス炭素膜の成膜方法を提供するところにある。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、液状の炭化水素化合物を気化させてアモルファス炭素膜を成膜し、これをハードマスク膜として用いることにより、反射防止膜を用いることなく感光膜を正確にパターニングすることができるアモルファス炭素膜を用いた半導体素子の製造方法を提供するところにある。
【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、本発明の一態様によれば、基板をチャンバー中に搬入するステップと、前記チャンバー中に液状の単一の二重結合を有する鎖状の炭化水素化合物を気化させて供給し且つイオン化させて前記基板上にアモルファス炭素膜を成膜するステップと、を含むことを特徴とするアモルファス炭素膜の成膜方法が提供される。
【００１２】
前記炭化水素化合物は、ヘキセン（Ｃ6Ｈ12）、ノネン（Ｃ9Ｈ18）、ドデセン（Ｃ12Ｈ24）及びペンタデセン（Ｃ15Ｈ30）からなる群より選ばれたいずれか１種以上を含む。
【００１３】
前記炭化水素化合物は、０．３〜０．８ｇ／分の量で供給される。
【００１４】
前記チャンバーに８００〜２０００Ｗの高周波パワーを印加することにより、前記気化した炭化水素化合物をイオン化させる。
【００１５】
前記チャンバーに１５０〜４００Ｗの低周波パワーを更に印加する。
【００１６】
前記アモルファス炭素膜は、前記チャンバーの圧力を４．５〜８Ｔｏｒｒ（６００〜１０６６．６Ｐａ）に維持した状態で成膜する。
【００１７】
前記チャンバーは前記気化した炭化水素化合物を供給されて噴射させるシャワーヘッドを備え、前記シャワーヘッドと前記基板とは２５０〜４００ｍｉｌｓ（６．３５〜１０．１６ｍｍ）の距離を維持している。
【００１８】
前記アモルファス炭素膜は、３００〜５５０℃の温度下で成膜される。
【００１９】
前記アモルファス炭素膜は、１５〜８０Å／秒の蒸着率で成膜される。
【００２０】
前記アモルファス炭素膜は炭素及び水素を含み、前記炭素に対する前記水素の割合が前記高周波パワー、前記炭化水素化合物の量、前記チャンバーの圧力及び前記蒸着温度に応じて調節される。
【００２１】
前記アモルファス炭素膜中の前記水素の含量は、水素又はアンモニアガスを更に流れ込ませて調節する。
【００２２】
前記アモルファス炭素膜は、屈折率が１．７〜２．２であり、光吸収係数が０．１〜０．５である。
【００２３】
前記アモルファス炭素膜は、酸化膜に対するエッチング選択比が１対５〜１対４０であり、窒化膜に対するエッチング選択比が１対１〜１対２０である。
【００２４】
前記アモルファス炭素膜は、不活性ガスを流れ込ませて成膜することにより、蒸着速度及びエッチング選択比が調節される。
【００２５】
上記の目的を達成するために、本発明の他の態様によれば、所定の構造が設けられた基板の上部に材料層を形成するステップと、前記材料層の形成された前記基板をチャンバー中に搬入するステップと、前記チャンバー中に液状の単一の二重結合を有する鎖状の炭化水素化合物を気化させて供給し且つイオン化させて前記基板上にアモルファス炭素膜を成膜するステップと、前記アモルファス炭素膜の上部に感光膜パターンを形成した後、前記感光膜パターンをエッチングマスクとして前記アモルファス炭素膜をエッチングするステップと、露出された前記材料層をエッチングした後、前記アモルファス炭素膜及び感光膜パターンを除去するステップと、を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法が提供される。
【００２６】
前記アモルファス炭素膜は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりエッチングされる。
【００２７】
前記アモルファス炭素膜は、ＣＦ4プラズマ、Ｃ4Ｆ8プラズマ、酸素（Ｏ2）プラズマ又はオゾン（Ｏ3）プラズマをそれぞれ用いてエッチングするか、或いは、これらプラズマの少なくとも１種以上の混合物を用いてエッチングする。
【００２８】
前記アモルファス炭素膜は、酸素とＮＦ3をそれぞれ別々に又は混合してリモートプラズマを用いてエッチングする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、液状のヘキセン、ノネン、ドデセン、ペンタデセンなどを少なくとも１種以上含む単一の二重結合を有する鎖状の炭化水素化合物を気化させたソースガスを用いてアモルファス炭素膜を成膜している。
【００３０】
このようにして成膜されたアモルファス炭素膜は、蒸着率、エッチング選択比、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）及びストレスなどの特性をユーザーの要求に応じて容易に調節することができ、特に、屈折率（ｎ）及び光吸収係数（ｋ）を所望の範囲に高精度に調節することができ、その値を下げることができて、下部材料層の乱反射を防ぐための反射防止膜を成膜することなく、フォトリソグラフィ工程を行うことが可能になる。
【００３１】
また、反応副産物の発生が少なく、しかも、チャンバーの内部に付着している反応副産物も容易に除去することができる。これにより、チャンバーのクリーニング工程周期を延ばすことができ、チャンバー付属品の交換周期も遅らせることができて時間及びコストを節減することが可能になる。
【００３２】
更に、低周波を印加してプラズマとして形成されたイオン等の直進性を高めることにより、素子の段付部にアモルファス炭素膜を成膜するときに発生するオーバーハングを抑えてステップカバレッジを高めることができ、その結果、好ましくない領域のエッチングを防ぐことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳述する。
【００３４】
図１は、本発明に係るアモルファス炭素膜を成膜するためのプラズマ強化化学気相蒸着（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition；ＰＥＣＶＤ）装備の概略断面図である。
【００３５】
図１を参照すると、本発明に係る蒸着装置は、真空部１０と、チャンバー２０と、ガス供給部３０と、電源供給部４０とを備えている。
【００３６】
真空部１０は、ポンプ１１、例えば、ターボ分子ポンプと弁１２と排気口１３とを備えていて、チャンバー２０の内部を蒸着に適した真空状態に維持する。また、真空部１０は、チャンバー２０の内部に残留する未反応ガスなどを排気するのにも用いられる。
【００３７】
チャンバー２０は、基板１の形状に応じて直方体又は円筒状に形成されて工程が行われる内部空間を形成し、基板支持台２１と、シャワーヘッド２２と、圧力測定器２３と、ライナー２４と、ポンププラット２５とを備えている。基板支持台２１は、チャンバー２０の内部の下部に配設され、その上にアモルファス炭素膜を成膜するための基板１が載置される。シャワーヘッド２２はガス供給部３０からソースガスを供給され、且つ、電源供給部４０から高周波電源を供給される。このため、ガス供給部３０を介して供給され、シャワーヘッド２２を介して噴射されたソースガスは、電源供給部４０からの高周波電源によりイオン化して基板１上に蒸着される。また、シャワーヘッド２２は、チャンバー２２の内壁とは絶縁されている。圧力測定器２３はチャンバー２０内の圧力を測定するものであって、圧力測定器２３により測定された圧力は弁１２の開度の調節に反映され、これにより、チャンバー２０内の圧力を適正レベルに維持することが可能になる。ライナー２４は、アルミニウム製のチャンバー２０の内壁がプラズマにより損傷されたり、反応物がチャンバー２０の内壁に蒸着したりすることを防ぐためにチャンバー２０内壁に設けられ、その材質としては、セラミックを用いることが好適である。ポンププラット２５は、ポンプ１１から排気口１３を介して排出される残留ガスを均一に排気させる。ポンププラット２５は、多数の穴を有する板状に形成される。
【００３８】
ガス供給部３０は、基板１上にアモルファス炭素膜を成膜するために要される液状の反応ソースを気化させるための気化器３１と、気化器３１により気化された反応ソースとアルゴンガスを含むキャリアガスをチャンバー２０中に供給するガス供給管３２と、を備えている。
【００３９】
電源供給部４０は高周波発生器４１及び整合器４２を備え、シャワーヘッド２２に高周波電源を印加してソースガスをイオン化させ、このイオン化されたソースガスを基板１上に蒸着させる。また、電源供給部４０の高周波発生器４１は、１３．５６ＭＨｚの高周波を有する８００〜２０００Ｗの高周波パワーを生じさせる。
【００４０】
一方、高周波発生器４１及び整合器４２を備えて高周波を生じさせる電源供給部４０に加えて、低周波発生器（図示せず）及び整合器（図示せず）を備えて低周波を生じさせる電源供給部（図示せず）を更に備えていてもよい。この低周波を生じさせる電源供給部は、チャンバー２０の下部、例えば、基板支持台２１に接続可能であり、低周波を生じさせることにより、ソースガスのイオンの直進性を高めて基板１上にアモルファス炭素膜を均一に蒸着させ、且つ、薄膜のストレスを緩和させて膜質を改善させる。この低周波を生じさせるための電源供給部は、低周波発生器が４００ｋＨｚの低周波を有する１５０〜４００Ｗの低周波パワーを生じさせる。
【００４１】
以下、前記蒸着装備を用いた本発明に係るアモルファス炭素膜の成膜方法を説明する。
【００４２】
最初に、所定の構造が設けられた基板１を基板支持台２１に取り付けてチャンバー２０の内部に搬入する。真空部１０を用いてチャンバー２０の内部を真空状態にした後、反応ソースを気化させてガス供給部３０及びシャワーヘッド１２を介して噴射する。このとき、チャンバー２０には電源供給部４０からシャワーヘッド１２へと高周波（Radio Frequency；ＲＦ）電源が印加される。高周波電源によりチャンバー２０の内部にプラズマが生成され、反応ソースはイオン化されて基板１に向って移動する。また、基板支持台２１に低周波電源が更に印加されると、この低周波電源によりイオンの直進性が高くなって基板１上に均一度及び膜質が向上したアモルファス炭素膜が成膜される。
【００４３】
ここで、アモルファス炭素膜を成膜するための反応ソースとしては、液状の炭化水素化合物を気化させたものを使用する。炭化水素化合物は気化によりガスとなり、反応条件に応じてプラズマを生成させることができ、炭素及び水素原子だけで分子を形成して単一の二重結合を有する鎖状の炭化水素化合物を含む。この炭化水素化合物は、下記式１から下記式４にそれぞれ示すヘキセン（Ｃ6Ｈ12）、ノネン（Ｃ9Ｈ18）、ドデセン（Ｃ12Ｈ24）及びペンタデセン（Ｃ15Ｈ30）からなる群より選ばれた少なくともいずれか１種を含む。これらの炭化水素化合物は、他の炭化水素化合物に比べて、蒸着率、エッチング選択比、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）及びストレス特性を調節し易い。また、反応副産物の発生が他の炭化水素化合物に比べて少なくてチャンバー２０の内部に付着する副産物が少量である。これにより、チャンバー２０の内壁に付着した汚物の除去工程を省くことができる。
【００４４】
【化１】
2008291344.tif 000003
【００４５】
【化２】
2008291344.tif 000004
【００４６】
【化３】
2008291344.tif 000005
【００４７】
【化４】
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また、ソースガスを搬送するためのキャリアガス及びプラズマ発生ガスとしては、アルゴン又はヘリウムガスなどを含む不活性ガスを使用する。ここで、炭化水素化合物は、液状で且つ０．３〜０．８ｇ／分の量で供給される。また、キャリアガスとして使用される不活性ガスのうち、特にアルゴンガスは、プラズマの均一度とアモルファス炭素膜の厚さ及び均一度を高めるために用いられる。更に、アモルファス炭素膜中の水素の濃度を調節するために、水素（Ｈ2）又はアンモニア（ＮＨ3）ガスが使用可能である。
【００４８】
また、アモルファス炭素膜の成膜条件は、好ましくは、下記の通りである。
・高周波パワー：１３．５６ＭＨｚの高周波を有する８００〜２０００Ｗの高周波パワー
・チャンバー圧力：４．５〜８Ｔｏｒｒ（６００〜１０６６．６Ｐａ）
・温度：３００〜５５０℃
・シャワーヘッドと基板との間の距離：２５０〜４００ｍｉｌｓ（６．３５〜１０．１６ｍｍ）
このとき、アモルファス炭素膜は１５〜８０Å／秒の蒸着率で成膜される。また、アモルファス炭素膜を均一に蒸着させると共に、薄膜のストレスを緩和させて膜質を改善させるために、４００ｋＨｚの低周波を有する１５０〜４００Ｗの低周波パワーの印加により得られた４００ｋＨｚの低周波を更に印加することができる。
【００４９】
ここで、高周波パワーが低い場合には蒸着率が低下して膜を蒸着できない一方、高周波パワーが高い場合には蒸着率が増大して膜を密に蒸着できないために膜質が劣化してしまう。更に、反応ソースの流入量が少量である場合には蒸着率が低下して膜が所望の時間内に所望の厚さに蒸着できない一方、反応ソースガスの流入量が大量である場合には蒸着率が増大して膜を密に蒸着できないために膜質が劣化し、しかも、パーティクルができてしまう。また、シャワーヘッドと基板との間の距離が狭い場合にはアーキングが発生する一方、シャワーヘッドと基板との間の距離が広い場合には蒸着率が低下して膜を蒸着することができない。更には、圧力が高い場合にはパーティクルができる一方、圧力が低い場合には屈折率と光吸収係数特性が低下する。更にまた、温度が低い場合には膜質が劣化する一方、温度が高い場合には屈折率と光吸収係数特性が低下する。このため、アモルファス炭素膜の成膜条件を以上のように調節することが好ましい。
【００５０】
一方、アモルファス炭素膜は水素を含んでおり、炭素と水素の割合は、高周波パワー、炭化水素化合物の量、チャンバーの圧力及び蒸着温度を調節することにより９対１〜６対４に調節可能である。即ち、水素の割合を高めるためには高周波パワー及び温度を下げて、チャンバーの圧力及び炭化水素化合物の量を増大させる。これとは逆に、水素の割合を低めるためには、高周波パワー及び温度を上げて、チャンバーの圧力及び炭化水素化合物の量は増大させる。
【００５１】
このようなアモルファス炭素膜は、後続するエッチング工程時における炭素と水素の割合に応じて下地膜に対するエッチング選択比が調節されるが、酸化膜（ＳｉＯ2）に対しては１対５〜１対４０のエッチング選択比を有し、窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）に対しては１対１〜１対２０のエッチング選択比を有する。
【００５２】
また、アモルファス炭素膜は、炭素及び水素の組成比に応じて屈折率（ｎ）及び光吸収係数（ｋ）も調節されるが、水素の組成比が高くなるに伴い、屈折率（ｎ）及び光吸収係数（ｋ）は低下する。例えば、屈折率（ｎ）は１．７〜２．２に調節することができ、光吸収係数（ｋ）は０．１〜０．５に調節することができる。
【００５３】
上述のように、炭化水素化合物を用いて成膜されたアモルファス炭素膜におけるストレス、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）、蒸着率などは、高周波電源、反応ソースの供給量、シャワーヘッドと基板との間の距離などの工程条件を調節することで調節可能となるが、以下、本発明に係るアモルファス炭素膜の特性を下記の実施形態を挙げて説明する。図２Ａから図２Ｄは、本発明の第１の実施形態によるアモルファス炭素膜における、高周波パワーによる特性変化を説明するためのグラフであり、図３Ａから図３Ｄは、本発明の第２の実施形態によるアモルファス炭素膜における、反応ソースの供給量による特性変化を説明するためのグラフであり、そして図４Ａから図４Ｄは、本発明の第３の実施形態によるアモルファス炭素膜における、シャワーヘッドと基板との間の距離による特性変化を説明するためのグラフである。なお、これらのグラフはそれぞれ最適の条件下での特性変化を示している。
【００５４】
第１の実施形態：高周波パワーによるアモルファス炭素膜の特性変化
本発明の第１の実施形態によるアモルファス炭素膜は、９００〜２０００Ｗの範囲内において高周波パワーを変えながら、７Ｔｏｒｒ（≒９３３．３Ｐａ）の圧力及び５５０℃の温度下で０．８ｇ／分のヘキセン（Ｃ6Ｈ12）と３００ｓｃｃｍのアルゴンと８００ｓｃｃｍのヘリウムを流れ込ませることにより成膜した。このとき、シャワーヘッドと基板との間の距離は３５０ｍｉｌｓ（８．８９ｍｍ）を維持した。なお、高周波パワーによるアモルファス炭素膜におけるストレス、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）及び蒸着率の変化を図２Ａから図２Ｄにそれぞれ示す。
【００５５】
図２Ａは、高周波パワーによるアモルファス炭素膜のストレス変化を示すグラフであり、ストレスは、高周波パワーが増大するにつれて僅かに上がり、１６００Ｗからは急減している。
【００５６】
図２Ｂは、高周波パワーによるアモルファス炭素膜の屈折率（ｎ）の変化を示すグラフであり、屈折率（ｎ）は、高周波パワーが増大するにつれて下がっている。
【００５７】
図２Ｃは、高周波パワーによるアモルファス炭素膜の光吸収係数（ｋ）の変化を示すグラフであり、光吸収係数（ｋ）は、高周波パワーが増大するにつれて次第に下がり、１２００Ｗから１６００Ｗまでの区間では急減し、１６００Ｗから再び上がっている。
【００５８】
図２Ｄは、高周波パワーによるアモルファス炭素膜の蒸着率（Å／秒）の変化を示すグラフであり、蒸着率は、高周波パワーが増大するにつれて上がっている。
【００５９】
以上、本発明の第１の実施形態から明らかなように、高周波パワーによりアモルファス炭素膜のストレス、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）及び蒸着率などを変えることができるが、高周波パワーが増大するにつれて屈折率（ｎ）は下がり、蒸着率は上がることになる。また、ストレスは、高周波パワーが増大するにつれて上がり、１６００Ｗからは急減するが、光吸収係数（ｋ）は、高周波パワーが増大するにつれて急激に下がり、１６００Ｗからは次第に上がる。
【００６０】
本発明の第１の実施形態により成膜されたアモルファス炭素膜は、屈折率（ｎ）が１．８４〜１．８９の範囲を有し、光吸収係数（ｋ）が０．３６〜０．４１の範囲を有するため、半導体素子の製造工程に際してハードマスク膜又は反射防止膜として優れた光学特性を有していることが判る。
【００６１】
第２の実施形態：反応ソースの供給量によるアモルファス炭素膜の特性変化
本発明の第２の実施形態によるアモルファス炭素膜は、１６００Ｗの高周波パワーを印加し、７Ｔｏｒｒ（≒９３３．３Ｐａ）の圧力及び５５０℃の温度下でヘキセン（Ｃ6Ｈ12）の流入量を０．３〜０．８ｇ／分に変え、３００ｓｃｃｍのアルゴン及び２００ｓｃｃｍのヘリウムを流れ込ませることにより成膜した。このとき、シャワーヘッドと基板との間の距離は３２０ｍｉｌｓ（８．１２８ｍｍ）を維持した。なお、反応ソースの供給量によるアモルファス炭素膜のストレス、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）及び蒸着率の変化を図３Ａから図３Ｄにそれぞれ示す。
【００６２】
図３Ａは、反応ソースの流入量によるアモルファス炭素膜のストレス変化を示すグラフであり、ストレスは、反応ソースの流入量が増大するにつれて下がる。
【００６３】
図３Ｂは、反応ソースの流入量によるアモルファス炭素膜の屈折率（ｎ）の変化を示すグラフであり、屈折率（ｎ）は、反応ソースの流入量が増大するにつれて下がる。
【００６４】
図３Ｃは、反応ソースの流入量によるアモルファス炭素膜の光吸収係数（ｋ）の変化を示すグラフであり、光吸収係数（ｋ）は、反応ソースの流入量が増大するにつれて下がる。
【００６５】
図３Ｄは、反応ソースの流入量によるアモルファス炭素膜の蒸着率（Å／秒）の変化を示すグラフであり、蒸着率は、反応ソースの流入量が増大するにつれて上がる。
【００６６】
以上、本発明の第２の実施形態から明らかなように、反応ソースの流入量に応じてアモルファス炭素膜のストレス、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）及び蒸着率などを変えることができるが、反応ソースの流入量が増大するにつれてストレス、屈折率（ｎ）及び光吸収係数（ｋ）は下がり、蒸着率は上がることになる。
【００６７】
本発明の第２の実施形態により成膜されたアモルファス炭素膜は、屈折率（ｎ）が１．８６〜１．９１の範囲を有し、光吸収係数（ｋ）が０．３６〜０．４１の範囲を有するため、半導体素子の製造工程に際してハードマスク膜又は反射防止膜として優れた光学特性を有していることが判る。
【００６８】
第３の実施形態：シャワーヘッドと基板との間の距離によるアモルファス炭素膜の特性変化
本発明の第３の実施形態によるアモルファス炭素膜は、１６００Ｗの高周波パワーを印加し、７Ｔｏｒｒ（≒９３３．３Ｐａ）の圧力及び５５０℃の温度下で０．８ｇ／分のヘキセン（Ｃ6Ｈ12）と３００ｓｃｃｍのアルゴンと８００ｓｃｃｍのヘリウムを流れ込ませることにより成膜した。このとき、シャワーヘッドと基板との間の距離は２５０〜３５０ｍｉｌｓ（６．３５〜８．８９ｍｍ）とした。なお、シャワーヘッドと基板との間の距離によるアモルファス炭素膜のストレス、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）及び蒸着率の変化を図４Ａから図４Ｄにそれぞれ示す。
【００６９】
図４Ａは、シャワーヘッドと基板との間の距離によるアモルファス炭素膜のストレス変化を示すグラフであり、ストレスは、シャワーヘッドと基板との間の距離が広がるにつれて下がっている。すなわち、ストレスについては、それが＋の場合には張力が働き、−の場合には圧縮力が働くが、シャワーヘッドと基板との間の距離が広がるにつれて、ストレスは張力から圧縮力へと切り換わっていく。
【００７０】
図４Ｂは、シャワーヘッドと基板との間の距離によるアモルファス炭素膜の屈折率（ｎ）の変化を示すグラフであり、屈折率（ｎ）は、シャワーヘッドと基板との間の距離が広がるにつれて上がり、３００ｍｉｌｓ（７．６２ｍｍ）からは下がっている。
【００７１】
図４Ｃは、シャワーヘッドと基板との間の距離によるアモルファス炭素膜の光吸収係数（ｋ）の変化を示すグラフであり、光吸収係数（ｋ）は、シャワーヘッドと基板との間の距離が広がるにつれて急増し、３００ｍｉｌｓ（７．６２ｍｍ）からは次第に下がる。
【００７２】
図４Ｄは、シャワーヘッドと基板との間の距離によるアモルファス炭素膜の蒸着率（Å／秒）の変化を示すグラフであり、蒸着率は、シャワーヘッドと基板との間の距離が広がるにつれて下がる。
【００７３】
以上、本発明の第３の実施形態から明らかなように、シャワーヘッドと基板との間の距離に応じてアモルファス炭素膜のストレス、屈折率（ｎ）、光吸収係数（ｋ）及び蒸着率などを変えることができるが、シャワーヘッドと基板との間の距離が広がるにつれてストレス及び蒸着率は下がる。また、屈折率（ｎ）は、シャワーヘッドと基板との間の距離が広がるにつれて上がり、３００ｍｉｌｓ（７．６２ｍｍ）からは下がるが、光吸収係数（ｋ）は、シャワーヘッドと基板との間の距離が広がるにつれて急増し、３００ｍｉｌｓ（７．６２ｍｍ）からは次第に下がる。
【００７４】
本発明の第３の実施形態により成膜されたアモルファス炭素膜は、屈折率（ｎ）が１．８６〜１．８９の範囲を有し、光吸収係数（ｋ）が０．３６〜０．４１の範囲を有するため、半導体素子の製造工程に際してハードマスク膜または反射防止膜として優れた光学特性を有していることが判る。
【００７５】
上述の実施形態においては、ヘキセン（Ｃ6Ｈ12）を用いた種々の工程条件下でのアモルファス炭素膜の特性を説明したが、ノネン（Ｃ9Ｈ18）、ドデセン（Ｃ12Ｈ24）及びペンタデセン（Ｃ15Ｈ30）などを用いて種々の工程条件下で種々の特性を有するアモルファス炭素膜を成膜してもよいし、これらの少なくとも１種以上の混合物を用いて成膜してもよい。
【００７６】
上記のヘキセン（Ｃ6Ｈ12）の他にも、本発明におけるノネン（Ｃ9Ｈ18）、ドデセン（Ｃ12Ｈ24）及びペンタデセン（Ｃ15Ｈ30）などを用いて成膜されたアモルファス炭素膜は１．７〜２．２、好ましくは、１．８５〜１．８８の屈折率（ｎ）と、０．１〜０．５、好ましくは、０．３６〜０．４の光吸収係数（ｋ）を有する。
【００７７】
上述した単一の二重結合を有する鎖状の炭化水素化合物を用いて成膜されたアモルファス炭素膜は、上述した通り、他の炭化水素化合物に比べて反応副産物の発生が少なく、チャンバーの内部に付着した反応副産物をも除去し易い。即ち、ベンゼン環を有するトルエン（Ｃ7Ｈ8）及びエチルベンゼン（Ｃ8Ｈ10）を用いてアモルファス炭素膜を成膜すれば、反応副産物の発生が激しく、クリーニング工程を行ってもチャンバーの内部に付着した反応副産物を除去することができず、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、残留物が残留することになる。しかしながら、単一の二重結合を有する鎖状のヘキセン（Ｃ6Ｈ12）を用いてアモルファス炭素膜を成膜すれば、反応副産物の発生が少なく、クリーニング工程によりチャンバーの内部に付着した反応副産物をも除去し易くなり、図６に示すように、残留物が殆ど残留しなくなる。
【００７８】
以上の方法により成膜されたアモルファス炭素膜を半導体素子の製造工程に際してハードマスクとして用いることができる。図７Ａから図７Ｆは、このような半導体素子の製造方法を説明するための工程手順断面図である。本発明に係るアモルファス炭素膜は光吸収係数が低いため、反射防止膜を別設することなく、感光膜を正確にパターニングすることが可能になる。
【００７９】
以下、図７Ａから図７Ｄに基づき、アモルファス炭素膜を用いた半導体素子の製造方法を説明する。
【００８０】
先ず、図７Ａに示すように、半導体基板１１０の上部にパターン形成の対象となる材料層１２０を形成する。ここで、前記半導体基板１１０は、半導体素子の製造のための所定の構造、例えば、トランジスター、キャパシター、多数の金属配線が設けられた基板であってもよい。また、材料層１２０は、金属配線を形成するための金属薄膜であってもよいし、層間絶縁膜等として用いられる二酸化シリコン膜または窒化シリコン膜であってもよい。更に、材料層１２０は、単一層であってもよいし、複数の膜の積層体であってもよい。
【００８１】
次いで、図７Ｂに示すように、材料層１２０の上部に上述の方法と同様にしてアモルファス炭素膜１３０を成膜する。即ち、ヘキセン（Ｃ6Ｈ12）、ノネン（Ｃ9Ｈ18）、ドデセン（Ｃ12Ｈ24）、ペンタデセン（Ｃ15Ｈ30）などを少なくとも１種以上含む炭化水素化合物ガスとアルゴンガスを含むキャリアガスを１３．５６ＭＨｚの高周波を有する８００〜２０００Ｗの高周波パワーを用いてプラズマとして生成し、反応ソースをイオン化させて材料層１２０の上部にアモルファス炭素膜１３０を成膜する。このとき、チャンバーの維持条件は下記の通りである。
・圧力：４．５〜８Ｔｏｒｒ（６００〜１０６６．６Ｐａ）
・温度：３００〜５５０℃
・シャワーヘッドと基板との間の距離：２５０〜４００ｍｉｌｓ（６．３５〜１０．１６ｍｍ）
・アモルファス炭素膜の成膜速度：１５〜８０Å／秒
なお、１５０〜４００Ｗの低周波パワーを印加して生成された４００ｋＨｚの低周波を更に印加することもできる。このようにして成膜されたアモルファス炭素膜１３０は、材料層１２０に対して高いエッチング選択比を有すると共に、光吸収係数（ｋ）が低いハードマスク膜として働くことになる。
【００８２】
次いで、図７Ｃに示すように、アモルファス炭素膜１３０の上部に感光膜１４０を成膜した後、所定のパターンが形成されたマスク１５０を介して、例えば、ＡｒＦレーザーＡを照射して感光膜１４０を露光させる。そして、図７Ｄに示すように、感光膜１４０の露光部分を現像液を用いて現像する。
【００８３】
次いで、図７Ｅに示すように、パターニングされた感光膜１４０をエッチングマスクとしてアモルファス炭素膜１３０をエッチングする。このとき、アモルファス炭素膜１３０は、ＲＦプラズマ又は反応性イオンエッチング（reactive ion etching；ＲＩＥ）によりエッチングする。ここで、アモルファス炭素膜１３０は、ＣＦ4プラズマ、Ｃ4Ｆ8プラズマ、酸素（Ｏ2）プラズマ又はオゾン（Ｏ3）プラズマをそれぞれ用いてエッチングするか、或いは、これらプラズマの少なくとも１種以上の混合物を用いてエッチングする。なお、アモルファス炭素膜１３０は、酸素とＮＦ3の混合物及びリモートプラズマシステムを用いてエッチングすることもできる。
【００８４】
次いで、図７Ｆに示すように、感光膜１４０及びアモルファス炭素膜１３０をエッチングマスクとして材料層１２０をエッチングする。このとき、材料層１２０は、材料層１２０の材質に応じて種々の方法によりエッチングする。そして、感光膜１４０及びアモルファス炭素膜１３０を除去することにより、材料層１２０を用いたパターン形成を完了する。
【００８５】
なお、実施形態を挙げて半導体素子の製造工程を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々のフォト及びエッチング工程、例えば、ダマシン工程などにおいてアモルファス炭素膜をハードマスク膜として用いることができる。
【００８６】
以上、本発明を好適な実施形態を挙げて詳述したが、本発明の範囲は特定の実施形態に何等限定されるものではなく、特許請求の範囲により解釈されるべきである。また、この技術分野における通常の知識を有した者であれば、本発明の範囲から逸脱しない範囲内である限り、種々の修正と変形が可能であることが理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係るアモルファス炭素膜を成膜するために用いられる蒸着装備の概略断面図。
【図２Ａ】本発明に係るアモルファス炭素膜の高周波パワーによる特性変化を説明するためのグラフ。
【図２Ｂ】本発明に係るアモルファス炭素膜の高周波パワーによる特性変化を説明するためのグラフ。
【図２Ｃ】本発明に係るアモルファス炭素膜の高周波パワーによる特性変化を説明するためのグラフ。
【図２Ｄ】本発明に係るアモルファス炭素膜の高周波パワーによる特性変化を説明するためのグラフ。
【図３Ａ】本発明に係るアモルファス炭素膜の反応ソースの供給量による特性変化を説明するためのグラフ。
【図３Ｂ】本発明に係るアモルファス炭素膜の反応ソースの供給量による特性変化を説明するためのグラフ。
【図３Ｃ】本発明に係るアモルファス炭素膜の反応ソースの供給量による特性変化を説明するためのグラフ。
【図３Ｄ】本発明に係るアモルファス炭素膜の反応ソースの供給量による特性変化を説明するためのグラフ。
【図４Ａ】本発明に係るアモルファス炭素膜のシャワーヘッドと基板との間の距離による特性変化を説明するためのグラフ。
【図４Ｂ】本発明に係るアモルファス炭素膜のシャワーヘッドと基板との間の距離による特性変化を説明するためのグラフ。
【図４Ｃ】本発明に係るアモルファス炭素膜のシャワーヘッドと基板との間の距離による特性変化を説明するためのグラフ。
【図４Ｄ】本発明に係るアモルファス炭素膜のシャワーヘッドと基板との間の距離による特性変化を説明するためのグラフ。
【図５Ａ】トルエン（Ｃ7Ｈ8）及びエチルベンゼン（Ｃ8Ｈ10）を用いてアモルファス炭素膜を成膜し、次いで、クリーニング工程を行った後のチャンバー下部の写真。
【図５Ｂ】トルエン（Ｃ7Ｈ8）及びエチルベンゼン（Ｃ8Ｈ10）を用いてアモルファス炭素膜を成膜し、次いで、クリーニング工程を行った後のチャンバー下部の写真。
【図６】ヘキセン（Ｃ6Ｈ12）を用いてアモルファス炭素膜を成膜し、次いで、クリーニング工程を行った後のチャンバー下部の写真。
【図７Ａ】本発明に係るアモルファス炭素膜を用いた半導体素子の製造方法を説明するための工程手順断面図。
【図７Ｂ】本発明に係るアモルファス炭素膜を用いた半導体素子の製造方法を説明するための工程手順断面図。
【図７Ｃ】本発明に係るアモルファス炭素膜を用いた半導体素子の製造方法を説明するための工程手順断面図。
【図７Ｄ】本発明に係るアモルファス炭素膜を用いた半導体素子の製造方法を説明するための工程手順断面図。
【図７Ｅ】本発明に係るアモルファス炭素膜を用いた半導体素子の製造方法を説明するための工程手順断面図。
【図７Ｆ】本発明に係るアモルファス炭素膜を用いた半導体素子の製造方法を説明するための工程手順断面図。
【符号の説明】
【００８８】
１１０  半導体基板
１２０  材料層
１３０  アモルファス炭素膜
１４０  感光膜
１５０  マスク
【図１】
2008291344.tif 000007
【図２Ａ】
2008291344.tif 000008
【図２Ｂ】
2008291344.tif 000009
【図２Ｃ】
2008291344.tif 000010
【図２Ｄ】
2008291344.tif 000011
【図３Ａ】
2008291344.tif 000012
【図３Ｂ】
2008291344.tif 000013
【図３Ｃ】
2008291344.tif 000014
【図３Ｄ】
2008291344.tif 000015
【図４Ａ】
2008291344.tif 000016
【図４Ｂ】
2008291344.tif 000017
【図４Ｃ】
2008291344.tif 000018
【図４Ｄ】
2008291344.tif 000019
【図７Ａ】
2008291344.tif 000020
【図７Ｂ】
2008291344.tif 000021
【図７Ｃ】
2008291344.tif 000022
【図７Ｄ】
2008291344.tif 000023
【図７Ｅ】
2008291344.tif 000024
【図７Ｆ】
2008291344.tif 000025
【図５Ａ】
2008291344.tif 000026
【図５Ｂ】
2008291344.tif 000027
【図６】
2008291344.tif 000028