(57)【要約】【課題】カーボン膜の成膜に熱分解降下ガスとして塩素ガスを用いた場合であっても、製造工程中の被処理体や処理室に対し、反応ダメージを及ぼし難くすることが可能なカーボン膜の成膜方法を提供すること。【解決手段】被処理体に、炭化水素系カーボンソースガスと、炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させる塩素ガスとを供給し、成膜温度を、炭化水素系カーボンソースガス自体の熱分解温度よりも低い温度として被処理体の被処理面上にカーボン膜を成膜する工程と（ステップ２）、カーボン膜が成膜された被処理体に、窒素ガス、又は水素ガス、又は窒素および水素を含むガスを供給し、熱処理温度を成膜温度以上としてカーボン膜が成膜された被処理体を熱処理する工程とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の被処理面上に、カーボン膜を成膜するカーボン膜の成膜方法であって、
(１)  前記被処理体に、炭化水素系カーボンソースガスと、前記炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させる塩素ガスとを供給し、成膜温度を、前記炭化水素系カーボンソースガス自体の熱分解温度よりも低い温度として前記被処理面上に前記カーボン膜を成膜する工程と、
(２)  前記カーボン膜が成膜された前記被処理体に、窒素ガス、又は水素ガス、又は窒素および水素を含むガスを供給し、熱処理温度を前記成膜温度以上として前記カーボン膜が成膜された前記被処理体を熱処理する工程と、
を具備することを特徴とするカーボン膜の成膜方法。
【請求項２】
前記成膜温度は３００℃以上６００℃未満の範囲の中で、前記炭化水素系カーボンソースガス自体の熱分解温度よりも低い温度を選択することを特徴とする請求項１に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項３】
前記熱処理温度は３００℃を超え６００℃以下の範囲の中で、前記成膜温度よりも高いい温度を選択することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項４】
前記(２)工程は、前記被処理面上の全体を、前記カーボン膜で覆った状態で行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項５】
前記カーボン膜は、前記成膜装置とは異なる基板処理装置の処理室内において、エッチング、又はアッシングされる膜であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項６】
前記カーボン膜は、前記成膜装置の処理室内において、成膜後、エッチングされる膜であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項７】
前記カーボン膜は、前記成膜装置の処理室内において、成膜とエッチングとが繰り返される膜であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項８】
前記(２)工程は、前記カーボン膜中の塩素の含有量が２％以上５％以下の範囲となる条件で行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項９】
前記成膜温度は、前記炭化水素系カーボンソースガス単体のプラズマアシストが無い状態での熱分解温度未満の温度とし、
前記カーボン膜の成膜は、ノンプラズマの熱ＣＶＤ法にて行うことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項１０】
前記炭化水素系カーボンソースガスが、
ＣｎＨ２ｎ＋２
ＣｍＨ２ｍ
ＣｍＨ２ｍ−２
の少なくとも一つの分子式で表わされる炭化水素を含むガスから選ばれること（ただし、ｎは１以上の自然数、ｍは２以上の自然数）を特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項１１】
前記(１)工程および前記(２)工程は成膜装置の処理室内にて連続して行うことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項１２】
前記(１)工程は成膜装置の処理室内にて行い、前記(２)工程は前記成膜装置とは別に設けられた熱処理装置の処理室内にて行うことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法。
【請求項１３】
被処理体の被処理面上に、カーボン膜を成膜する成膜装置であって、
前記カーボン膜が成膜される前記被処理面を有した前記被処理体を収容する処理室と、
前記処理室内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構と、
前記処理室内に収容された前記被処理体を加熱する加熱装置と、
前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御するコントローラと、を具備し、
前記コントローラが、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のカーボン膜の成膜方法が実施されるように前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御することを特徴とする成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、カーボン膜の成膜方法および成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代半導体材料の一つとしてカーボン（Ｃ）が注目されている。カーボン膜の成膜方法としては、特許文献１に記載されているようなプラズマＣＶＤ法、あるいは特許文献２に記載されているような熱ＣＶＤ法が知られている。
【０００３】
しかしながら、プラズマＣＶＤ法を用いてカーボン膜を成膜する場合には、成膜温度を低く抑えることができるが（特許文献１によれば１５０〜３５０℃）、段差被覆性が良好でない、という事情がある。このため、プラズマＣＶＤ法を用いたカーボン膜の成膜は、ラインパターンやホールパターンなどの凹凸を有する下地上への成膜には不向きである。
【０００４】
また、熱ＣＶＤ法を用いてカーボン膜を成膜する場合には、プラズマＣＶＤ法に比較して、より良好な段差被覆性を得ることはできるが、成膜温度を高い温度（特許文献２によれば８００〜１０００℃）にしなければならない、という事情がある。このため、熱ＣＶＤ法を用いたカーボン膜の成膜は、例えば、シリコンウエハに形成されるトランジスタへの熱履歴の観点から、半導体装置の上層部分のプロセスへの適用には適さない、という事情がある。
【０００５】
そこで、特許文献３に記載されているように、カーボン膜を成膜する際、炭化水素系カーボンソースガスとともに、このカーボンソースガスの熱分解温度を降下させる熱分解降下ガスを供給することで、従来の熱ＣＶＤ法よりも低い温度でカーボン膜を成膜することが試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２００８／１０５３２１号
【特許文献２】特開２０１２−１７５０２号公報
【特許文献３】特開２０１４−３３１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献３に記載されているように、炭化水素系カーボンソースガスとともに、このカーボンソースガスの熱分解温度を降下させる熱分解降下ガスを供給しながら、カーボン膜を成膜することで、従来の熱ＣＶＤ法よりも低い温度でカーボン膜を成膜することができる。そのような熱分解降下ガスの一つが塩素（Ｃｌ２）ガスである。
【０００８】
しかし、熱分解降下ガスとしてＣｌ２ガスを用いると、成膜されたカーボン膜中に塩素が取り込まれてしまう、という事情がある。カーボン膜中に取り込まれた塩素は、例えば、エッチング加工工程やアッシング除去工程等に代表される半導体装置の製造工程中においてＣｌ２ガスとなり、処理室内に再放出されてしまう。Ｃｌ２ガスは、エッチングガスの一種である。このため、処理室内に再放出され、飛散したＣｌ２ガスは、製造工程中の被処理体や、処理室の内壁や処理室内の構造物に対し、エッチングダメージ等の反応ダメージを及ぼすことが懸念される。
【０００９】
この発明は、カーボン膜の成膜に熱分解降下ガスとして塩素ガスを用いた場合であっても、製造工程中の被処理体や処理室に対し、反応ダメージを及ぼし難くすることが可能なカーボン膜の成膜方法およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の第１の態様に係るカーボン膜の成膜方法は、被処理体の被処理面上に、カーボン膜を成膜するカーボン膜の成膜方法であって、(１)前記被処理体に、炭化水素系カーボンソースガスと、前記炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させる塩素ガスとを供給し、成膜温度を、前記炭化水素系カーボンソースガス自体の熱分解温度よりも低い温度として前記被処理面上に前記カーボン膜を成膜する工程と、(２)前記カーボン膜が成膜された前記被処理体に、窒素ガス、又は水素ガス、又は窒素および水素を含むガスを供給し、熱処理温度を前記成膜温度以上として前記カーボン膜が成膜された前記被処理体を熱処理する工程と、を具備する。
【００１１】
この発明の第２の態様に係る成膜装置は、被処理体の被処理面上に、カーボン膜を成膜する成膜装置であって、前記カーボン膜が成膜される前記被処理面を有した前記被処理体を収容する処理室と、前記処理室内に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構と、前記処理室内に収容された前記被処理体を加熱する加熱装置と、前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御するコントローラと、を具備し、前記コントローラが、上記第１の態様に係るカーボン膜の成膜方法が実施されるように前記処理ガス供給機構、および前記加熱装置を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、カーボン膜の成膜に熱分解降下ガスとして塩素ガスを用いた場合であっても、製造工程中の被処理体や処理室に対し、反応ダメージを及ぼし難くすることが可能なカーボン膜の成膜方法およびその成膜方法を実施することが可能な成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法のシーケンスの一例を示す流れ図
【図２Ａ】図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図２Ｂ】図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図２Ｃ】図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図３】カーボン膜の膜組成を示す図
【図４】この発明の第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す断面図
【図５Ａ】半導体装置の製造工程中における被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図５Ｂ】半導体装置の製造工程中における被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図５Ｃ】半導体装置の製造工程中における被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図５Ｄ】半導体装置の製造工程中における被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図５Ｅ】半導体装置の製造工程中における被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図５Ｆ】半導体装置の製造工程中における被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図５Ｇ】半導体装置の製造工程中における被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図５Ｈ】半導体装置の製造工程中における被処理体の状態を概略的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法のシーケンスの一例を示す流れ図、図２Ａ〜図２Ｃは図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。なお、図２Ａ〜図２Ｃには、成膜装置の処理室が概略的に示されている。
【００１６】
まず、図１のステップ１および図２Ａに示すように、被処理体として、例えば、表面にシリコン酸化物膜２が形成されたシリコンウエハ（以下ウエハという）１を、成膜装置の処理室３内に搬入する。
【００１７】
次に、図１のステップ２および図２Ｂに示すように、処理室３に、炭化水素系カーボンソースガスと、塩素（Ｃｌ２）ガスとを供給し、被処理体の被処理面上、本例ではシリコン酸化物膜２上にカーボン膜４を成膜する。Ｃｌ２ガスは、炭化水素系カーボンソースガスの熱分解温度を降下させる熱分解降下ガスである。熱分解降下ガスを用いない場合、カーボン膜４の成膜温度はおよそ８００〜１０００℃となる。しかし、熱分解降下ガス、例えば、Ｃｌ２ガスを用いると、カーボン膜４の成膜温度は、プラズマアシストが無い状態での炭化水素系カーボンソースガス単体の熱分解温度未満とすることができる。例えば、カーボン膜４の成膜温度は、約３００℃以上６００℃未満の範囲とすればよい。
【００１８】
また、本例においては、段差被覆性を良好とするために、カーボン膜４の成膜は、ノンプラズマの熱ＣＶＤ法にて行われる。
【００１９】
炭化水素系カーボンソースガスの例としては、
ＣｎＨ２ｎ＋２
ＣｍＨ２ｍ
ＣｍＨ２ｍ−２
の少なくとも一つの分子式で表わされる炭化水素を含むガスを挙げることができる（ただし、ｎは１以上の自然数、ｍは２以上の自然数）。
【００２０】
また、炭化水素系カーボンソースガスには、
ベンゼンガス（Ｃ６Ｈ６）
が含まれていてもよい。
【００２１】
分子式ＣｎＨ２ｎ＋２で表わされる炭化水素としては、
メタンガス（ＣＨ４）
エタンガス（Ｃ２Ｈ６）
プロパンガス（Ｃ３Ｈ８）
ブタンガス（Ｃ４Ｈ１０：他の異性体も含む）
ペンタンガス（Ｃ５Ｈ１２：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
【００２２】
分子式ＣｍＨ２ｍで表わされる炭化水素としては、
エチレンガス（Ｃ２Ｈ４）
プロピレンガス（Ｃ３Ｈ６：他の異性体も含む）
ブチレンガス（Ｃ４Ｈ８：他の異性体も含む）
ペンテンガス（Ｃ５Ｈ１０：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
【００２３】
分子式ＣｍＨ２ｍ−２で表わされる炭化水素としては、
アセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）
プロピンガス（Ｃ３Ｈ４：他の異性体も含む）
ブタジエンガス（Ｃ４Ｈ６：他の異性体も含む）
イソプレンガス（Ｃ５Ｈ８：他の異性体も含む）
などを挙げることができる。
【００２４】
本例では、炭化水素系カーボンソースガスとしてＣ５Ｈ８ガスを用いた。ステップ２の処理条件の一例は下記の通りである。
Ｃ５Ｈ８ガス流量：  １００ｓｃｃｍ  
Ｃｌ２ガス流量：  ２５ｓｃｃｍ  
成  膜  温  度：  ３５０℃  
処  理  圧  力：  １９９．９５Ｐａ（１．５Ｔｏｒｒ）  
処  理  時  間：  １８０ｍｉｎ  
（本明細書においては１Ｔｏｒｒを１３３．３Ｐａと定義する）
【００２５】
このような処理条件においては、シリコン酸化物膜２上に、膜厚２０ｎｍ程度のカーボン膜４が成膜される。カーボン膜４の状態は、例えば、アモルファスである。そして、ウエハ１の被処理面の全体が、このようなカーボン膜４によって覆われる。
【００２６】
次に、図１のステップ３および図２Ｃに示すように、処理室３の内部をパージした後、処理室にアニールガス、例えば、窒素（Ｎ２）ガス、又は水素（Ｈ２）ガス、又は窒素および水素を含むガス、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスを供給し、カーボン膜４が成膜され、ウエハ１の被処理面の全体がカーボン膜４によって覆われた被処理体、本例ではウエハ１を熱処理する。熱処理温度は、ステップ２に示したカーボン成膜における成膜温度よりも高い温度で行うことが好ましい。ステップ３の処理条件の一例は下記の通りである。
Ｎ２ガス流量：  １０００ｓｃｃｍ  又は
Ｈ２ガス流量：  １０００ｓｃｃｍ  又は
ＮＨ３ガス流量：    １０００ｓｃｃｍ
熱処理  温  度：  ５００℃  
処  理  圧  力：  ６６．５Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）  
処  理  時  間：  ４５ｍｉｎ  
【００２７】
ステップ３の熱処理が終了することで、第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を用いたカーボン膜４の成膜が終了する。
【００２８】
図３はカーボン膜４の膜組成を示す図である。図３には、
(ａ)  ステップ３の熱処理無し（アニール無し）
(ｂ)  ウエハ１を処理室３から、外部に設けられた熱処理装置の処理室へと搬送し、熱処理装置の処理室内でＮ２ガスを用いてステップ３の熱処理を行った場合（アニール  ｅｘ−ｓｉｔｕ５００℃  Ｎ２）
(ｃ)  ウエハ１を成膜装置の処理室３内で、ステップ２に引き続きＮ２ガスを用いてステップ３の熱処理を行った場合（アニール  ｉｎ−ｓｉｔｕ５００℃  Ｎ２）
(ｄ)  ウエハ１を成膜装置の処理室３内で、ステップ２に引き続きＨ２ガスを用いてステップ３の熱処理を行った場合（アニール  ｉｎ−ｓｉｔｕ５００℃  Ｈ２）
(ｅ)  ウエハ１を成膜装置の処理室３内で、ステップ２に引き続きＮＨ３ガスを用いてステップ３の熱処理を行った場合（アニール  ｉｎ−ｓｉｔｕ５００℃  ＮＨ３）
の５つの場合が示されている。
【００２９】
まず、(ａ)の場合、カーボン膜４中にはＣｌ原子が約１２．６％含有されている。
【００３０】
これに対し、（ｂ）〜(ｅ)の場合にはカーボン膜４中のＣｌ原子が約２．０〜５．０％に低下した。具体的には（ｂ）の場合にはカーボン膜４中のＣｌ原子が約５．０％、（ｃ）の場合にはカーボン膜４中のＣｌ原子が約４．４％に低下した。
【００３１】
また、(ｂ)と(ｃ)との結果から、ステップ３は、成膜装置とは異なる外部に設けた熱処理装置の処理室で行っても、成膜装置の処理室で行っても、どちらでもＣｌ原子の低減効果が得られることが分かった。
【００３２】
さらに、(ｄ)と(ｅ)との結果から、ステップ３に用いるアニールガスは、Ｎ２ガスに限らず、Ｈ２ガスやＮＨ３ガスであっても、Ｎ２ガスと同様にＣｌ原子の低減効果が得られることが分かった。具体的には(ｄ)の場合にはカーボン膜４中のＣｌ原子が約３．９％、（ｅ）の場合にはカーボン膜４中のＣｌ原子が約２．０％に低下した。(ｅ)のように、ＮＨ３ガスを用いた場合には、カーボン膜４中に窒素原子（Ｎ）が新たに取り込まれることになるが、カーボン膜４としては、支障はない。
【００３３】
具体的なカーボン膜４の膜組成は、以下の通りである。  
(ａ)  炭素（Ｃ）７３．９％  水素（Ｈ）１２．７％  塩素（Ｃｌ）１２．６％  
酸素（Ｏ）０．８％  
(ｂ)  炭素（Ｃ）７９．２％  水素（Ｈ）１１．３％  塩素（Ｃｌ）５．０％  
酸素（Ｏ）４．５％  
(ｃ)  炭素（Ｃ）７７．７％  水素（Ｈ）１３．３％  塩素（Ｃｌ）４．４％  
酸素（Ｏ）４．６％  
(ｄ)  炭素（Ｃ）７８．０％  水素（Ｈ）１３．９％  塩素（Ｃｌ）３．９％  
酸素（Ｏ）４．２％  
(ｅ)  炭素（Ｃ）７５．６％  水素（Ｈ）１６．７％  塩素（Ｃｌ）２．０％  
酸素（Ｏ）２．９％  窒素（Ｎ）２．８％  
【００３４】
なお、カーボン膜４中には微量のＯ原子が含まれているが、このＯ原子は、成膜装置に搬送する際の大気環境下においてウエハ１の被処理面に吸着したＯ原子や、被処理面に存在するシリコン酸化物膜２に含まれたＯ原子に由来するものと考えられる。また、ステップ３の熱処理をしない場合と、ステップ３の熱処理をした場合とでは、後者のほうがカーボン膜４中のＯ原子の含有量が多くなる傾向が観測された。これは、ステップ３の熱処理によってカーボン膜４中からＣｌ原子が抜けたため、カーボン膜４中Ｏ原子の比率が相対的に高まったもの、と考えることができる。
【００３５】
このような第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法であると、プラズマアシストを用いない熱ＣＶＤ法でありながらも、炭化水素系カーボンソースガスとともにＣｌ２ガスを供給してカーボン膜４の成膜を行う。このため、炭化水素系カーボンソースガス自体の熱分解温度、例えば、８００℃未満の３５０℃という低い成膜温度で、カーボン膜４を成膜することができる。
【００３６】
したがって、まず、第１の実施形態によれば、プラズマアシストを用いることがなく、段差被覆性が良好で、かつ、従来の熱ＣＶＤ法よりも低い温度でカーボン膜を成膜することが可能なカーボン膜の成膜方法が得られる。
【００３７】
さらに、第１の実施形態によれば、カーボン膜４の成膜工程に連続してステップ３に示したように、処理室３内にＮ２ガス、又はＨ２ガス、又は窒素および水素を含むガス、例えばＮＨ３ガスを供給し、カーボン膜４が成膜されたウエハ１を熱処理する。この熱処理により、カーボン膜４中に約１２〜１３％程度で取り込まれていたＣｌ原子は、膜の外部に再放出される。このため、熱処理を施した後のカーボン膜４では、Ｃｌ原子の含有量を減少させることができる。
【００３８】
このようなＣｌ原子の含有量が減少されたカーボン膜４によれば、このカーボン膜４が成膜されたウエハ１をエッチング加工する際や、カーボン膜４をアッシング除去する際に、カーボン膜４中からＣｌ２ガスとなって再放出されるＣｌ原子を減少できる、という利点を得ることができる。
【００３９】
第１の実施形態による具体的なＣｌ原子の含有量は、図３中の(ｂ)〜(ｅ)に示したように約２％以上５％以下の範囲となる。カーボン膜４中のＣｌ原子の含有量が、約２％以上５％以下の範囲とすれば、たとえ、カーボン膜４からＣｌ原子が再放出されたとしても、エッチング加工工程やアッシング除去工程のような製造工程中にあるウエハ１や、これらの工程を行う処理室の内壁や処理室内の構造物に対し、エッチングダメージ等の反応ダメージを及ぼす可能性を軽減することが可能である。故に、ステップ３に示した熱処理は、カーボン膜４中のＣｌ原子の含有量が２％以上５％以下の範囲となる条件に設定して行われることが好ましい。
【００４０】
また、ステップ３に示した熱処理は、ウエハ１の被処理面の全体がカーボン膜４で覆われた状態で行われることがよい。ウエハ１の被処理面の全体をカーボン膜４で覆うことで、熱処理の間、ウエハ１の被処理面、即ち製造工程中の構造体が外界に露出しなくなる。このため、カーボン膜４中からＣｌ原子が再放出されたとしても、製造工程中の構造体が再放出されたＣｌ原子の影響を受けてしまう可能性を軽減することができる。
【００４１】
また、ステップ３における熱処理温度であるが、上述したように、ステップ２に示したカーボン成膜における成膜温度よりも高い温度で行うことが好ましい。具体的には、カーボン膜４の成膜温度は３００℃以上６００℃未満である。したがって、ステップ３における熱処理温度は３００℃を超える温度とされることが好ましい。ステップ３における熱処理温度の上限は、例えば、６００℃以下である。６００℃を超えると、カーボン膜４の低温成膜の利点が損なわれやすくなるためである。ステップ３における熱処理温度は、３００℃を超え６００℃以下の範囲の中で、適宜、成膜温度よりも高い温度が選択されることが好ましい。ただし、ステップ３における熱処理温度についても、ステップ２における成膜温度と同様に低温化されることが望ましい。熱処理温度の上限はＣｌ原子の再放出に支障がない範囲内で、なるべく低く抑えることがよい。このような観点からの一例を挙げるとすれば、例えば、ステップ２における成膜温度が３００℃〜４００℃の範囲であったとすれば、ステップ３における熱処理温度の上限は、５００℃以下である。
【００４２】
また、ステップ２に示したカーボン膜の成膜と、ステップ３に示した熱処理とは、図２Ａ〜図２Ｂに示したように、成膜装置の処理室内にて連続して行ってもよいし（インサイチュ）、図３に示した(ｂ)の場合のように、ステップ２は成膜装置の処理室内にて、ステップ３は成膜装置とは別に設けられた熱処理装置の処理室内にて行ってもよい（エクスサイチュ）。ただし、ウエハ１の温度が搬送可能温度に下がるまでの待ち時間や熱処理装置の処理室の温度が熱処理温度まで上がるまでの待ち時間、並びに成膜装置から熱処理装置までの搬送時間等を考慮すると、エクスサイチュで行うよりは、インサイチュで行うほうがスループット的には有利である。
【００４３】
このような第１の実施形態に従ってＣｌ２ガスによって低温成膜され、Ｃｌ原子の含有量が、例えば、２％以上５％以下に制御されたカーボン膜４は、成膜装置の処理室内にて成膜した後、別の基板処理装置、例えば、エッチング装置に搬送され、エッチング装置の処理室内にてエッチング加工される膜として有効に利用することができる。また、アッシング装置に搬送され、アッシング装置の処理室内にてアッシング除去される膜としても有効に利用することができる。
【００４４】
もちろん、Ｃｌ原子の含有量が、例えば、２％以上５％以下に制御されたカーボン膜４は、成膜装置にて成膜した後、同じ成膜装置の処理室内で連続して、例えば、エッチング加工される膜としても有効に利用することができる。さらには、同じ成膜装置の処理室内でカーボン膜４の成膜処理と、カーボン膜４のエッチング処理とを繰り返し行うようにしてもよい。
【００４５】
このように第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法によれば、カーボン膜の成膜に熱分解降下ガスとして塩素ガスを用いた場合であっても、製造工程中のウエハ１や、ウエハ１に処理を施す処理室内の内壁や、処理室内にある構造物に対し、エッチングダメージ等の反応ダメージを及ぼし難くなるカーボン膜４が得られる、という利点を得ることができる。
【００４６】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法を実施することが可能な成膜装置の一例に関する。
【００４７】
図４はこの発明の第２の実施形態に係る縦型バッチ式成膜装置の一例を概略的に示す断面図である。
【００４８】
図４に示すように、縦型バッチ式成膜装置（以下成膜装置という）１００は、有天井の円筒状の外壁１０１と、外壁１０１の内側に設けられ、円筒状の内壁１０２とを備えている。外壁１０１および内壁１０２は、例えば、石英製であり、内壁１０２の内側を、被処理体、本例では複数のウエハ１を収容し、収容された複数のウエハ１に対して一括した成膜処理を施す処理室３とする。処理室３の内部において、上記第１の実施形態において説明したカーボン膜の成膜方法が、複数のウエハ１に対し、一括して実施される。
【００４９】
外壁１０１と内壁１０２とは環状空間１０４を隔てつつ水平方向に沿って互いに離れており、各々の下端部において、ベース材１０５に接合されている。内壁１０２の上端部は、外壁１０１の天井部から離隔されており、処理室３の上方が環状空間１０４に連通されるようになっている。処理室３の上方に連通される環状空間１０４は排気路となる。処理室３に供給され、拡散されたガスは、処理室３の下方から処理室３の上方へと流れて、環状空間１０４に吸引される。環状空間１０４の、例えば、下端部には排気管１０６が接続されており、排気管１０６は、排気装置１０７に接続されている。排気装置１０７は図示せぬ真空ポンプ等を含んで構成され、処理に使用したガスを処理室３の内部から排気し、また、処理室３の内部の圧力を処理に適切な圧力となるように調節する。
【００５０】
外壁１０１の外側には、加熱装置１０８が、処理室３の周囲を取り囲むように設けられている。加熱装置１０８は、処理室３の内部の温度を処理に適切な温度となるように調節し、被処理体、本例では複数のウエハ１を加熱する。
【００５１】
処理室３の下方はベース材１０５に設けられた開口１０９に連通している。開口１０９には、例えば、ステンレススチールにより円筒状に成形されたマニホールド１１０がＯリング等のシール部材１１１を介して連結されている。マニホールド１１０の下端部は開口となっており、この開口を介してボート１１２が処理室３の内部に挿入される。ボート１１２は、例えば、石英製であり、複数本の支柱１１３を有している。支柱１１３には、図示せぬ溝が形成されており、この溝により、複数枚の被処理基板が一度に支持される。これにより、ボート１１２は、被処理基板として複数枚、例えば、５０〜１５０枚のウエハ１を多段に載置することができる。複数のウエハ１を載置したボート１１２が、処理室３の内部に挿入されることで、処理室３の内部には、複数のウエハ１を収容することができる。
【００５２】
ボート１１２は、石英製の保温筒１１４を介してテーブル１１５の上に載置される。テーブル１１５は、例えば、ステンレススチール製の蓋部１１６を貫通する回転軸１１７上に支持される。蓋部１１６は、マニホールド１１０の下端部の開口を開閉する。蓋部１１６の貫通部には、例えば、磁性流体シール１１８が設けられ、回転軸１１７を気密にシールしつつ回転可能に支持している。また、蓋部１１６の周辺部とマニホールド１１０の下端部との間には、例えば、Ｏリングよりなるシール部材１１９が介設され、処理室３の内部のシール性を保持している。回転軸１１７は、例えば、ボートエレベータ等の昇降機構（図示せず）に支持されたアーム１２０の先端に取り付けられている。これにより、ウエハボート１１２および蓋部１１６等は、一体的に鉛直方向に昇降されて処理室３に対して挿脱される。
【００５３】
成膜装置１００は、処理室３の内部に、処理に使用するガスを供給する処理ガス供給機構１３０を有している。
【００５４】
本例の処理ガス供給機構１３０は、炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａ、Ｃｌ２ガス供給源１３１ｂ、不活性ガス供給源１３１ｃ、およびアニールガス供給源１３１ｄを含んでいる。本例では、炭化水素系カーボンソースガスにはＣ５Ｈ８ガスが、不活性ガスにはＮ２ガスが、アニールガスにはＮ２ガス、又はＨ２ガス、又はＮＨ３ガスが用いられている。なお、不活性ガスは、ステップ２およびステップ３前後のパージに用いられるパージガスや、また、ステップ２における希釈ガスとして用いることができる。また、不活性ガスとしてＮ２ガスを、アニールガスとしてＮ２ガスを選択した場合には、ガス供給源をそれぞれ一つにまとめ、ガス供給源を不活性ガスとアニールガスとで共用するようにしてもよい。
【００５５】
炭化水素系カーボンソースガス供給源１３１ａは、流量制御器（ＭＦＣ）１３２ａおよび開閉弁１３３ａを介してガス供給口１３４ａに接続されている。同様に、Ｃｌ２ガス供給源１３１ｂは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｂおよび開閉弁１３３ｂを介してガス供給口１３４ｂに接続され、不活性ガス供給源１３１ｃは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｃおよび開閉弁１３３ｃを介してガス供給口１３４ｃに接続されている。アニールガス供給源１３１ｄは流量制御器（ＭＦＣ）１３２ｄおよび開閉弁１３３ｄを介してガス供給口１３４ｄに接続されている。ガス供給口１３４ａ〜１３４ｄはそれぞれ、マニホールド１１０の側壁を水平方向に沿って貫通するように設けられ、供給されたガスを、マニホールド１１０の上方にある処理室３の内部に向けて拡散させる。
【００５６】
成膜装置１００には制御部１５０が接続されている。制御部１５０は、例えば、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ１５１を備えており、成膜装置１００の各構成部の制御は、プロセスコントローラ１５１が行う。プロセスコントローラ１５１には、ユーザーインターフェース１５２と、記憶部１５３とが接続されている。
【００５７】
ユーザーインターフェース１５２は、オペレータが成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うためのタッチパネルディスプレイやキーボードなどを含む入力部、および成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイなどを含む表示部を備えている。
【００５８】
記憶部１５３は、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ１５１の制御にて実現するための制御プログラムや、成膜装置１００の各構成部に処理条件に応じた処理を実行させるためのプログラムを含んだ、いわゆるプロセスレシピが格納される。プロセスレシピは、記憶部１５３の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤ-ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、プロセスレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して適宜伝送させるようにしてもよい。
【００５９】
プロセスレシピは、必要に応じてユーザーインターフェース１５２からのオペレータの指示等にて記憶部１５３から読み出され、読み出されたプロセスレシピに従った処理をプロセスコントローラ１５１が実行することで、成膜装置１００は、プロセスコントローラ１５１の制御のもと、要求された処理を実行する。本例では、成膜装置１００は、プロセスコントローラ１５１の制御のもと、上記第１の実施形態において説明したカーボン膜の成膜方法に従った処理を実行する。
【００６０】
上記第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法は、例えば、図４に示すような縦型バッチ式成膜装置１００によって実施することができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法に従って成膜されたカーボン膜に好適な一適用例に関する。本一適用例はアスペクト比が大きい、例えば、アスペクト比が“５”以上になるような縦長の深い開孔もしくは溝の形成に使用されるカーボン膜の例である。
【００６２】
図５Ａ〜図５Ｈは、半導体装置の製造工程中における被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
【００６３】
まず、図５Ａに示すように、ウエハ１上にはシリコン酸化物膜２が形成され、シリコン酸化物膜２上にはハードマスク層５が形成されている。ハードマスク層５は、例えば、ホトリソグラフィ法を用いて形成され、設計された開孔パターンもしくは溝パターンに対応した窓６を備えている。このようなハードマスク層５をマスクに用いて、シリコン酸化物膜２を、例えば、ＲＩＥ法を用いて異方性エッチングし、シリコン酸化物膜２の表面に、窓６に対応した凹部７を形成する。
【００６４】
次に、図５Ｂに示すように、ハードマスク層５および凹部７が形成されたシリコン酸化物膜２の表面を被処理面とし、この被処理面上に、第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法に従って、被処理面の全体を薄く被覆するカーボン膜４−１を成膜する。
【００６５】
次に、図５Ｃ〜図５Ｄに示すように、ハードマスク層５をマスクに用いて、シリコン酸化物膜２を、例えば、ＲＩＥ法を用いて異方性エッチングする。この際、被処理面の全体を薄く被覆するカーボン膜４−１は、異方性エッチングの開始当初、図５Ｃに示すように、被処理面に対して水平方向に存在する部分はエッチングされるが（図５Ｃ）、被処理面に対して垂直方向に存在する部分は、窓６および凹部７の側面に側壁状に残る。異方性エッチングを続行することで、シリコン酸化物膜２に対して異方性エッチングが進み、凹部７は深くなっていく。やがて、図５Ｄに示すように、窓６および凹部７の側面に側壁状に残っていたカーボン薄膜４−１もエッチングされ、消失する。この異方性エッチング工程は、例えば、カーボン膜の成膜装置とは別に設けられた異方性エッチング装置の処理室内にて行われるが、もちろん、成膜と異方性エッチングとの双方を行える基板処理装置であれば、同一の処理室内で行われてもよい。
【００６６】
次に、カーボン膜４−１が消失したら、図５Ｅに示すように、再度、ハードマスク層５および凹部７が形成されたシリコン酸化物膜２の表面を被処理面とし、この被処理面上に、第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法に従って、被処理面の全体を薄く被覆するカーボン膜４−２を成膜する。
【００６７】
次に、図５Ｆ〜図５Ｇに示すように、ハードマスク層５をマスクに用いて、シリコン酸化物膜２を、例えば、ＲＩＥ法を用いて異方性エッチングする。この際にも、カーボン膜４−１と同様に、カーボン膜４−２は被処理面に対して垂直方向に存在する部分が側壁状に残り（図５Ｆ）、異方性エッチングが進むにつれて側壁状に残っていたカーボン薄膜４−２も消失していく（図５Ｇ）。
【００６８】
このように、カーボン薄膜の成膜と、被処理面に対する異方性エッチングとを繰り返すことで、図５Ｈに示すように、アスペクト比が大きく、縦長で深い凹部７が、シリコン酸化物膜２中に形成される。
【００６９】
このように深い凹部７を形成しようとする場合、一気に異方性エッチングを行ってしまうと、凹部７の断面形状が“弓なり”になる現象が発生する（このような現象を以下“ボウイング”という）。このような“ボウイング”の発生を抑制するために、薄いカーボン膜４−１で被覆し、薄いカーボン膜４−１が消失したら、再度、薄いカーボン膜４−２で被覆する。このようなカーボン膜の成膜と、被処理面に対する異方性エッチングとを繰り返すことで、凹部７の側面が過剰にエッチングされてしまうことを抑制でき、ほぼ垂直に近い側面形状を持つ凹部７を、シリコン酸化物膜２中に形成することができる。
【００７０】
このような凹部７の形成工程を含む半導体装置の製造方法では、薄いカーボン膜４−１や４−２がエッチングされて消失するたびに、膜中からＣｌ原子がＣｌ２ガスとなって再放出されていく。再放出されたＣｌ２ガスは、その製造工程中、例えば、むき出しになったシリコン酸化物膜２の表面や、あるいはハードマスク層５に対してエッチングダメージなどの反応ダメージを及ぼす可能性がある。たとえ、再放出されたＣｌ２ガスは、極微量であったとしても、例えば、“１”μｍ以下にまで微細化された構造を有した半導体装置では、大きな影響を及ぼす可能性がある。
【００７１】
これに対し、第１の実施形態に係るカーボン膜の成膜方法は、Ｃｌ２ガスを用いて低温成膜したカーボン膜であったとしても、膜中のＣｌ含有量を、例えば、２％以上５％以下に制御できる。このため、再放出されるＣｌ２ガスは、ステップ３の熱処理をしない場合に比較して１／２以下に減らすことができる。このようなカーボン膜の成膜方法は、例えば、“１”μｍ以下にまで微細化された構造を有した半導体装置の製造に使用されるカーボン膜の成膜方法として有用である。
【００７２】
以上、この発明を第１〜第３の実施形態に従って説明したが、この発明は、上記第１〜第３の実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
【００７３】
例えば、上記実施形態においては、処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではない。
【００７４】
また、上記実施形態においては、縦型バッチ式成膜装置を用いてカーボン膜を成膜する例を示したが、もちろん枚葉式成膜装置を用いることも可能であるし、縦型以外のバッチ式成膜装置を用いることも可能である。特に、カーボン膜の成膜と異方性エッチングとを同じ処理室内で行う場合には、枚葉式成膜装置や、縦型以外のバッチ式成膜装置が好適に選択される。
【００７５】
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１…シリコン基板、２…シリコン酸化物膜、３…処理室、４、４−１、４−２…カーボン膜、５…ハードマスク層、６…窓、７…凹部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2016153518.tif 000009
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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