(57)【要約】  半導体基板上で炭素膜を処理するための方法が記載される。炭素は、エッチング耐性を強化し、ハードマスクとしての新しい用途を可能にするために、高含量のｓｐ３結合を有しうる。炭素膜は、処理前及び処理後でさえダイヤモンド状炭素と呼ばれうる。処理の目的は、エッチング耐性を犠牲にすることなく堆積した炭素膜の典型的に高い応力を低減することである。処理は、局所的容量性のプラズマから形成されるプラズマ放出物を使用するイオン衝撃を含む。局所的プラズマは、不活性ガス、炭素及び水素前駆体、並びに／又は窒素含有前駆体の一又は複数から形成される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上で炭素膜を処理する方法であって、
前記半導体基板を基板処理領域の中の基板ペデスタル上に移送することと、
不活性ガスを前記基板処理領域内に流すことと、
前記基板ペデスタルと平行な伝導プレートとの間に容量性の電力を印加することと、
前記基板処理領域内部の前記不活性ガスからプラズマを形成することと、
応力が低減された炭素膜を形成するために前記炭素膜をスパッタリングすることと
を含む方法。
【請求項２】
前記応力が低減された炭素膜が２５％を上回るｓｐ３炭素結合を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板処理領域は、本質的に反応種を欠き、不活性ガスから成る、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記不活性ガスがヘリウム及びアルゴンの一方又は両方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記応力が低減された炭素膜が炭素及び水素から成る、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
半導体基板上で炭素膜を処理する方法であって、
前記半導体基板を基板処理領域の中の基板ペデスタル上に移送することと、
炭素及び水素含有前駆体を前記基板処理領域内に流すことと、
前記基板ペデスタルと平行な伝導プレートとの間に容量性の電力を印加することと、
前記基板処理領域内部の前記炭素及び水素含有前駆体からプラズマを形成することと、
応力が低減された炭素膜を形成するために前記炭素膜に注入することと
を含む方法。
【請求項７】
前記応力が低減された炭素膜が、前記炭素膜に注入する工程の後に
ダイヤモンド状炭素のままである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板処理領域は、本質的に前記炭素及び水素含有前駆体以外の反応種を欠く、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記炭素及び水素含有前駆体が炭素及び水素から成る、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記応力が低減された炭素膜が炭素及び水素から成る、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
半導体基板上で炭素膜を処理する方法であって、
前記半導体基板を基板処理領域の中の基板ペデスタル上に移送することと、
窒素含有前駆体を前記基板処理領域内に流すことと、
前記基板ペデスタルと平行な伝導プレートとの間に容量性の電力を印加することと、
プラズマ放出物を形成するために前記基板処理領域内部の前記窒素含有前駆体からプラズマを形成することと、
応力が低減された炭素膜を形成するために前記炭素膜に前記プラズマ放出物を注入することと
を含む方法。
【請求項１２】
前記応力が低減された炭素膜が２５％を上回るｓｐ３炭素結合を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板処理領域は、本質的に前記窒素含有前駆体以外の反応種を欠く、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記窒素含有前駆体が、二原子窒素（Ｎ２）、ヒドラジン、及びアンモニア（ＮＨ３）の一又は複数を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記応力が低減された炭素膜が、炭素、窒素及び水素から成る、請求項１０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、実施形態における半導体基板上で炭素膜を処理することに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、基板表面上に複雑にパターン形成された材料層を製作するプロセスによって可能になる。基板上でパターン形成された材料を製作するには、露出した材料を除去するための制御された方法が必要である。化学エッチングは、下位層にフォトレジストでパターンを転写する、層を薄くする、又は表面にすでにある特徴の横寸法を細くすることを含む、様々な目的に使用される。１つの材料を別の材料より速くエッチングして、例えば、パターン転写プロセスが進行するのを助ける、エッチングプロセスがあることが望ましいことが多い。そのようなエッチングプロセスは、第１の材料に対して選択的であると言われる。パターン転写プロセス中に、エッチングプロセスがパターン形成される材料に対して選択的でなければならない一方で、パターン形成された上を覆うレジスト材料の大幅な除去を回避しなければならない。パターン形成された上を覆うレジスト材料は、マスクと呼ばれることが多い。
【０００３】
窒化ケイ素のようなハードマスク層は、従来のポリマー又は他の有機的「軟性」レジスト材料より弾力性のあるマスクとして使用される。ハードマスクの強化された弾力性は、選択性及び選択的にエッチングできる材料の幅を増加させることによって、新しい処理経路を開く。パターン形成されたハードマスク層はまた、軟性のレジスト材料より少ないラインエッジラフネスを示す傾向にある。
【０００４】
Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｆｉｌｍ（ＡＰＦ（登録商標）、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，カリフォルニア州サンタクララ）は、半導体処理フローシーケンスの選択肢を更に拡大する炭素系ハードマスク材料の例である。ハードマスクＤＬＣ炭素膜に対する様々な材料のエッチングの選択性を更に高めたｓｐ３結合の比率を著しく増加させたダイヤモンド状炭素膜（ＤＬＣ）が形成されうる。しかしながら、ＤＬＣ膜は、いったんＤＬＣ膜がパターン形成されると、パターン形成された特徴を歪曲又は破壊する可能性がある高い応力を堆積時に有する。エッチングの選択性が高く維持されるが、堆積した膜の応力が著しく低減されるような、ＤＬＣ炭素膜を処理する方法が必要とされる。
【発明の概要】
【０００５】
半導体基板上で炭素膜を処理するための方法が記載される。炭素は、エッチング耐性を強化し、ハードマスクとしての新しい用途を可能にするために、高含量のｓｐ３結合を有しうる。炭素膜は、処理前及び処理後でさえダイヤモンド状炭素と呼ばれうる。処理の目的は、エッチング耐性を犠牲にすることなく堆積した炭素膜の典型的に高い応力を低減することである。処理は、局所的容量性のプラズマから形成されるプラズマ放出物を使用するイオン衝撃を含む。局所的プラズマは、不活性ガス、炭素及び水素前駆体、並びに／又は窒素含有前駆体の一又は複数から形成される。
【０００６】
本発明の実施形態は、半導体基板上で炭素膜を処理する方法を含む。方法は、半導体基板を基板処理領域の中の基板ペデスタル上に移送することを含む。方法は、不活性ガスを基板処理領域内に流すことを更に含む。方法は、基板ペデスタルと平行な伝導プレートとの間に容量性の電力を印加することを更に含む。方法は、基板処理領域内部の不活性ガスからプラズマを形成することを更に含む。方法は、応力が低減された炭素膜を形成するために炭素膜をスパッタリングすることを更に含む。
【０００７】
本発明の実施形態は、半導体基板上で炭素膜を処理する方法を含む。方法は、半導体基板を基板処理領域の中の基板ペデスタル上に移送することを含む。方法は、炭素及び水素含有前駆体を基板処理領域内に流すことを更に含む。方法は、基板ペデスタルと平行な伝導プレートとの間に容量性の電力を印加することを更に含む。方法は、基板処理領域内部の炭素及び水素含有前駆体からプラズマを形成することを更に含む。方法は、応力が低減された炭素膜を形成するために炭素膜に注入することを更に含む。
【０００８】
本発明の実施形態は、半導体基板上で炭素膜を処理する方法を含む。方法は、半導体基板を基板処理領域の中の基板ペデスタル上に移送することを含む。方法は、窒素含有前駆体を基板処理領域内に流すことを更に含む。方法は、基板ペデスタルと平行な伝導プレートとの間に容量性の電力を印加することを更に含む。方法は、プラズマ放出物を形成するために基板処理領域内部の窒素含有前駆体からプラズマを形成することを更に含む。応力が低減された炭素膜を形成するために炭素膜にプラズマ放出物を注入することを更に含む。
【０００９】
追加の実施形態及び特徴が、一部は以下の記述の中で述べられ、一部は明細書の検討を通じて当業者に明らかになり、又は発明の実施を通じて当業者が知ることになろう。本発明の特徴及び利点は、本明細書に記載された手段、組合せ、及び方法によって、実現され、達成されうる。
【００１０】
本発明の性質及び利点は、本明細書及び図面の残りの部分を参照することによって更に理解することができ、その場合、類似する構成要素を指すために同じ参照番号が幾つかの図面を通して使用される。幾つかの場合において、置換符号が参照番号と関連付けられ、ハイフンの後に続き、複数の類似の構成要素のうちの１つを示す。既存の一つの置換符号を特定せずに、参照番号への言及がなされる場合、全てのそのような複数の類似の構成要素への言及が意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態による炭素膜を処理するための選択されたステップを示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態による炭素膜を処理するための選択されたステップを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態による炭素膜を処理するための選択されたステップを示す別のフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態による基板処理システムを示す。
【図５】本発明の実施形態による基板処理チャンバを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
半導体基板上で炭素膜を処理するための方法が記載される。炭素は、エッチング耐性を強化し、ハードマスクとしての新しい用途を可能にするために、高含量のｓｐ３結合を有しうる。炭素膜は、処理前及び処理後でさえダイヤモンド状炭素と呼ばれうる。処理の目的は、エッチング耐性を犠牲にすることなく堆積した炭素膜の典型的に高い応力を低減することである。処理は、局所的容量性のプラズマから形成されるプラズマ放出物を使用するイオン衝撃を含む。局所的プラズマは、不活性ガス、炭素及び水素前駆体、並びに／又は窒素含有前駆体の一又は複数から形成される。
【００１３】
高いｓｐ３結合濃度を有する炭素膜の初期の堆積は、パターン形成された基板上に形成されるパターン形成された特徴を変形又は破壊する可能性のある高い応力を示す傾向にある。本明細書中に記載されるように、炭素膜のスパッタリング及び／又はイオン注入は、所望のｓｐ３結合濃度を著しく低下させることなく応力を低下させることが分かった。特許請求の範囲を完全に正しい可能性も正しくない可能性もある理論的なメカニズムに拘束するつもりはないが、本明細書で教示される処理が、炭素膜に存在するより弱い非ｓｐ３結合及びＣ−Ｈ結合を除去しうると仮定される。処理のいくつかは、質量密度を増加させ、同様にｓｐ３結合の濃度を増加させる可能性があると考えられる。低下した応力は、炭素膜のエッチング耐性を低下させず、ゆえに従来のハードマスクの代替となる弾力性のあるハードマスクとしてそれらの有用性を維持することが分かった。本明細書で教示される炭素膜のスパッタリング及びイオン注入は、応力が低減された炭素膜を形成しつつ、処理される炭素膜の高いエッチング耐性を、酸化ケイ素、窒化ケイ素及びケイ素膜を除去するために典型的に使用される多様な気相エッチャントに対して維持しうる。
【００１４】
ここで、本発明をより良く理解及び評価するために、実施形態による基板上で炭素膜１００を処理する方法において選択されたステップを示すフローチャートである図１を参照する。基板が基板処理領域内に移送される（工程１０５）。炭素膜は、基板上に形成され１１０、ダイヤモンド及びダイヤモンド状の炭素（ＤＬＣ）膜に見られるように、高い濃度のｓｐ３結合を有する。本明細書に記載のすべての膜に対するｓｐ３結合の濃度は、実施形態によれば、２５％を上回り、３０％を上回り、４０％を上回り、又は５０％を上回りさえしうる。炭素膜は、実施形態の工程１０５前に又は後に、基板上に堆積されうる。ダイヤモンド状の炭素膜を形成する方法は、典型的には、炭化水素及びしばしば別の水素（例えば、Ｈ２）源への露出を含む。プラズマ又は熱フィラメントなどの励起源は、前駆体を分離するために使用されうる。炭素ｓｐ３結合は、成長プロセス中にｓｐ２結合炭素（黒鉛状炭素）をスカベンジング（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）することによって優先的に製作されうる。
【００１５】
ヘリウムが基板処理領域に流入し（工程１１５）、バイアスプラズマ出力が、シャワーヘッドと基板及び／又は基板を支持する基板ペデスタルとの間に印加される（工程１２０）。炭素膜は、工程１２５で炭素膜を処理するために、ヘリウムイオンでスパッタリングされる。一般的に、不活性ガスが基板処理領域に流入し、不活性ガスは、実施形態によれば、ヘリウム、アルゴン又はネオンの一又は複数を含む。実施形態において、基板処理領域は本質的には反応種を欠き、基板処理領域は不活性ガスから成りうる。不活性ガスでのスパッタリングは、炭素膜の中のより弱い炭素結合を優先的に除去しつつ、ｓｐ３結合炭素を保持しうる。より弱い結合の優先的な除去は、炭素膜の応力を劇的に低下させ、ハードマスクとしての使用を促進することが分かった。用語「スパッタリング」は、不活性核種が、十分に高い熱エネルギーでプラズマ励起され、イオン化され、基板に向かって加速されるプロセスを説明するために、本明細書で使用される。小さな濃度の炭素原子の除去は確実に発生するが、それが必ずしも目的であるとは限らない。いくつかの不活性核種は、膜の中に埋められてもよく、膜の中に残る炭素原子の間の結合構造は、実施形態により、修正されてもよい。これらすべての可能性の最終効果は、エッチング耐性の強化である。基板は、工程１３０において基板処理領域から移送される。
【００１６】
ここで、実施形態による基板上で炭素膜２００を処理する方法において選択されたステップを示す別のフローチャートである図２を参照する。炭素膜は、基板上に形成され２０５、高い濃度のｓｐ３結合を有する。基板が基板処理領域内に移送される（工程２１０）。実施形態では、ｓｐ３結合の濃度が事前に提供された。炭素膜は、実施形態の工程２１０前に又は後に、基板上に堆積されうる。メタンが基板処理領域に流入し（工程２１５）、バイアスプラズマ出力が、シャワーヘッドと基板及び／又は基板を支持する基板ペデスタルとの間に印加される（工程２２０）。炭素膜には、工程２２５で炭素膜を処理するために、イオン化されたプラズマ放出物が衝突及び注入される。一般的に、炭化水素前駆体又は炭素及び水素含有前駆体が、基板処理領域に流入し、炭素及び水素含有前駆体は、実施形態によれば、水素及び炭素から成り得る。実施形態において、例示的炭素及び水素含有前駆体は、メタン、エタン及びプロパンを含む。本実施形態によれば、基板処理領域は、本質的には、炭素及び水素含有前駆体以外の反応種を欠くこともある。炭素及び水素含有前駆体プラズマ放出物を含むイオン注入は、炭素膜の中のより弱い炭素結合を優先的に除去しつつ、ｓｐ３結合炭素を保持しうる。実施形態では、プラズマ放出物を含むイオン注入はまた、炭素膜の密度を増加させ、ｓｐ３結合炭素の濃度を増加させ得る。処理は、炭素膜の応力を劇的に低下させ、ハードマスクとしての使用を促進することが分かった。実施形態において、炭素膜は、処理前にはダイヤモンド状炭素であり、処理された／応力が低減された炭素膜は、炭素膜注入工程に続き、ダイヤモンド状炭素のままでありうる。基板は、工程２３０において基板処理領域から移送される。図１及び図２双方に示された実施形態では、応力が低減された炭素膜は、炭素及び水素から成り得る。
【００１７】
図３は、実施形態による基板上で炭素膜３００を処理する方法において選択されたステップを示す別のフローチャートである。炭素膜は、基板上に形成され３０５、高い濃度のｓｐ３結合を有する。基板が基板処理領域内に移送される（工程３１０）。実施形態では、ｓｐ３結合の濃度が事前に提供された。炭素膜は、実施形態の工程３１０前に又は後に、基板上に堆積されうる。窒素（Ｎ２）が基板処理領域に流入し（工程３１５）、バイアスプラズマ出力が、シャワーヘッドと基板及び／又は基板を支持する基板ペデスタルとの間に印加される（工程３２０）。炭素膜には、工程３２５で炭素膜を処理するために、イオン化されたプラズマ放出物が衝突及び注入される。一般的に、窒素含有前駆体が基板処理領域に流入し、窒素含有前駆体は、実施形態によれば、水素及び窒素から成り得る。実施形態では、例示的窒素含有前駆体は、窒素（Ｎ２）、アンモニア及びヒドラジンを含む。実施形態によれば、基板処理領域は、本質的には、窒素含有前駆体以外の反応種を欠くこともある。窒素含有前駆体プラズマ放出物を含むイオン注入は、炭素膜の中のより弱い炭素結合を優先的に除去しつつ、ｓｐ３結合炭素を保持しうる。実施形態では、プラズマ放出物を含むイオン注入はまた、炭素膜の密度を増加させ、処理された／応力が低減された炭素膜のエッチング耐性を増加させ得る。処理は、炭素膜の応力を劇的に低下させ、ハードマスクとしての使用を促進することが分かった。基板は、工程３３０において基板処理領域から移送される。応力が低減された炭素膜には、窒素含有プラズマ放出物との衝突のため、いくらかの窒素含量がある。実施形態では、窒素含有量は、原子百分率として測定すると、５％から２０％までであり、残りが炭素と水素でありうる。
【００１８】
本明細書に記載されたすべての実施形態において、バイアスプラズマ出力は、イオン化種を励起し基板に向けるために、２つの平行なプレートの間に容量的に印加される。プラズマ出力は、実施形態において、シャワーヘッドの形態で基板支持ペデスタルと平行な伝導プレートとの間で高周波発振電圧として印加されうる。バイアスプラズマ出力は、実施形態によれば、３００ｋＨｚから２０ＭＨｚまで、５００ｋＨｚから１０ＭＨｚまで、又は１ＭＨｚから４ＭＨｚまでの間で発振する信号として印加されうる。バイアスプラズマ出力は、実施形態によれば、５００ワットを上回り、１０００ワットを上回り、又は１５００ワットを上回り得る。より高い範囲のバイアスプラズマ出力が、スパッタリング／イオン注入処理の浸透深さを増加させるために使用されうる。５００ワット、１０００ワット、及び１５００ワットのバイアス出力が、シャワーヘッドと基板支持体ペデスタル（別名、基板ペデスタル）との間でピークトゥピーク（ｐ−ｐ）発振電圧として、それぞれ５０００ボルト、６９００ボルト、及び８３００ボルトを発生させることが分かった。二次的「ソース」電力は、実施形態によれば、イオン化を増加させるために使用され、誘導的に印加され得る。ソースプラズマ出力は、より高いソースプラズマ出力がより高い応力で処理された炭素膜を生じさせることが分かったので、バイアスプラズマ出力より著しく少なくてもよい。実施形態によれば、ソースプラズマ出力は、０ワットから１０００ワットまで、０ワットから５００ワットまで、又は２００ワットから４００ワットまでであり得る。ゼロではないプラズマソース電力の印加は、接地シースを低くし、より高いバイアスプラズマ出力の使用を可能にしうる。
【００１９】
処理中の基板処理領域の圧力は、イオンフラックスと平均自由行程との平衡を保つために、１ｍトル未満から数百ｍトルまでの範囲にありうる。基板処理領域の処理圧力は、本実施形態によれば、１ｍトルから２００ｍトルまで、２ｍトルから１００ｍトルまで、３ｍトルから４０ｍトルまで、４ｍトルから２０ｍトルまで、又は５ｍトルから１０ｍトルまででありうる。
【００２０】
本明細書に記載された炭素膜の処理（スパッタリング／衝突／イオン注入）は、圧縮炭素膜の応力を低減し、応力が低減された炭素膜を形成するために炭素膜から黒鉛状炭素を除去しうる。処理には深さ侵入制限があるので、厚い多層の炭素膜の各層の後に、処理が周期的に適用されうる。完成した応力が低減された多層の炭素膜は、実施形態によれば、約１００Å以上、約２００Å以上、約５００Å以上、約１０００Å以上、約２０００Å以上、約５０００Å以上、又は約１００００Å以上でありうる。いったん堆積がある厚さまで又は多層炭素膜の単一層まで完成すると、処理が実行されうる。炭素膜は、実施形態では、約２５Åから約１５００Åまで、約２５Åから約１０００Åまで、約２５Åから約５００Åまで、約２５Åから約３００Åまで、又は約２５Åから約１５０Åまででありうる。
【００２１】
実施形態において、スパッタリング及びイオン注入は、類似の基板温度範囲内で実行されうる。例えば、基板は、実施形態によれば、約３００℃以下、約２５０℃以下、約２００℃以下、約１５０℃以下でありうる。基板の温度は、実施形態において、約−１０℃以上、約５０℃以上、約１００℃以上、約１２５℃以上、約１５０℃以上でありうる。実施形態において、上限は、適する下限と組み合わせてもよい。本明細書に記載の処理持続期間は、実施形態において、３０秒間、１分間又は２分間を上回り適用されてもよい。
【００２２】
堆積と処理との間における基板の大気条件への露出は、同一の処理チャンバの中で又は同一の処理システムにおいて堆積及びイオン注入を実行することによって、本明細書に記載のスパッタリング／イオン注入技術のいずれかの間に回避されうる。大気条件への露出はまた、不活性ガス環境が備えられた移送ポッドの中であるシステムから別のシステムに基板を移送することによっても回避されうる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、堆積チャンバには、堆積チャンバの基板処理領域の中でプラズマイオン注入を実行するために、インシトゥプラズマ発生システムが備えられうる。これによって、基板は、堆積及びイオン注入双方のための同一の基板処理領域に留まることができ、堆積と注入との間の大気条件への露出を回避することができる。代替的には、基板は、真空を破壊せず、及び／又はシステムから除去されることなく、同一の製造システムの中のスパッタリング／イオン注入ユニットに移送され得る。炭素膜、及び本明細書に提示された方法を使用して形成された応力が低減された炭素膜は、シリコン（例えば、ポリシリコン）、酸化ケイ素及び窒化ケイ素に通常使用される気相エッチングプロセスに対して高いエッチング耐性を有しうる。（本明細書に記載の処理の前又は後のどちらかに）多数のｓｐ３結合を有する炭素膜は、例えば、塩素又は臭素を使用した気相エッチングを含む、標準乾燥誘電体エッチングにおいて実質的にエッチング速度を示さなくてもよい。
【００２４】
本明細書に記載の方法を使用して形成された、応力が低減された炭素膜は、２００ＭＰａ未満の膜応力を有しうる。処理の前に、炭素膜は、４００ＭＰａを上回り、１００００ＭＰａまでの膜応力を有しうる。実施形態によれば、未処理の炭素膜は、４００ＭＰａを上回る、７５０ＭＰａを上回る、１ＧＰａを上回る、又は３ＧＰａを上回る膜応力を有しうる。以下の図表は、図１から図３に関連付けて説明される各実施形態で処理された膜だけではなく、処理前の炭素膜（青色）を示す。
2017504209.tif 000003
【００２５】
メタン、窒素及びヘリウムの基板処理領域への流れは７０ｓｃｃｍで、処理圧力は、５ｍトルから１０ｍトルまでであった。１０００ワットから２０００ワットまでのバイアスプラズマ出力が、いずれの場合にも２ＭＨｚのＲＦ電圧と使用された。膜の厚さは、いずれの場合にも、１００Åであった。メタン処理は、１．６８ｇ／ｃｍ３から１．６１ｇ／ｃｍ３まで、わずかに密度を低下させたが、圧縮膜応力を６８５ＭＰａから７１ＭＰａまで圧縮膜応力を低下させた。窒素処理は、密度を変えることはなかったが、圧縮膜応力を６８５ＭＰａから１４３ＭＰａまで低下させた。ヘリウム処理もまた、密度を変えることはなかったが、圧縮膜応力を６８５ＭＰａから１５７ＭＰａまで低下させた。アルゴンもまた試験されたが、密度は実質的に同一のままで、膜応力を４３２ＭＰａまで低下させただけであった。膜は比較的低いｓｐ３含有量を有し、利点が高いｓｐ３濃度の炭素膜にはいっそう強い効果を生むことが分かった。本明細書で教示された方法を使用して形成された、応力が低減された炭素膜は、実施形態によれば、２５０ＭＰａ未満、２００ＭＰａ未満、１５０ＭＰａ未満、又は好ましくは１００ＭＰａ未満である大きさの応力（圧縮又は張力のどちらか）を有しうる。
【００２６】
追加のプロセスパラメータ及び他の態様が、実施形態による例示的炭素膜注入システムを説明する過程で提示されることになる。
例示的炭素膜注入システム
【００２７】
本発明の実施形態を実施しうる注入チャンバは、容量性の局所的プラズマチャンバを含み得る。本発明の実施形態を実施しうる注入システムの特定の例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なプラズマ浸漬イオン注入チャンバ（Ｐ３Ｉ）チャンバ／システムを含む。
【００２８】
注入システムの実施形態は、集積回路チップを生産するためのより大きな製造システムの中に組込まれうる。図４は、開示される実施形態による、堆積、注入、焼成及び硬化チャンバの例示的基板処理システム１００１を示す。図において、一対のＦＯＵＰ（前方開口型統一ポッド）１００２が、ロボットアーム１００４によって受け取られ、ウエハ処理チャンバ１００８ａ‐ｆのうちの１つの中に置かれる前に低圧ホールドエリア１００６の中に置かれる基板（例えば、３００ｍｍ直径ウェハ）を供給する。第２のロボットアーム１０１０が、ホールドエリア１００６から処理チャンバ１００８ａ‐ｆへ、及びその逆方向に、基板ウエハを輸送するために用いられうる。
【００２９】
処理チャンバ１００８ａ‐ｆは、基板ウエハ上で炭素膜を堆積させ、注入し、硬化及び／又はエッチングするための一又は複数のシステム構成要素を含みうる。１つの構成において、二対の処理チャンバ（例えば、１００８ｃ‐ｄ及び１００８ｅ‐ｆ）が、炭素膜を基板上に堆積するために使用されてもよく、第３の対の処理チャンバ（例えば、１００８ａ‐ｂ）が、堆積された炭素膜に注入するために使用されてもよい。別の構成では、処理チャンバ（１００８ｃ−ｆ）は、炭素膜を基板上で堆積させ注入するように構成されうる。記載された処理の任意の一又は複数が、種々の実施形態に示される製造システムから分離されたチャンバ（複数可）上で実行されうる。
【００３０】
ここで図５を参照すると、イオン注入チャンバ１１０１の垂直断面図が示され、チャンバ本体１１０１ａ及びチャンバリッド１１０１ｂが含まれている。イオン注入チャンバ１１０１は、チャンバリッド１１０１ｂを通って上方のチャンバ領域１１１５内にいくつかの前駆体を提供しうるガス供給システム１１０５を含む。前駆体は、上方チャンバ領域１１１５内部に分散し、ブロッカプレートアセンブリ１１２３を通って基板処理領域１１２０内に均一に導入される。基板処理中に、基板処理領域１１２０は、基板ペデスタル１１３０上に移送された基板１１２５を収納する。基板ペデスタル１１３０は、注入反応を促進するために処理中に基板１１２５に熱を提供しうる。
【００３１】
ブロッカプレートアセンブリ１１２３の底面は、容量性のプラズマを形成するための電極として機能するために、導電性材料から形成されうる。処理中に、基板（例えば、半導体ウエハ）は、ペデスタル１１３０の平らな（又はわずかに凸状の）表面に位置付けられる。基板ペデスタル１１３０は、下方の載荷／除荷位置（図５に図示される）と上方の処理位置（破線１１３３によって示される）との間を制御可能に移動させることができる。破線とブロッカプレートアセンブリ１１２３の底面との間の分離は、処理中にプラズマ出力密度の制御を助けるパラメータである。
【００３２】
上方チャンバ領域１１１５に入る前に、注入ガス及びキャリアガスは、ガス供給システム１１０５から一体化した又は分離した供給ラインを通って流れる。一般的に、処理ガス毎の供給ラインは、（ｉ）処理ガスのチャンバ内への流れを自動又は手動で遮断するために使用することができるいくつかの安全遮断バルブ１１０６と、（ｉｉ）供給ラインを通るガスの流れを測定する質量流量コントローラ（図示されず）とを含む。
【００３３】
いったん上方チャンバ領域１１１５内部に入ると、スパッタリング／注入ガス及びキャリアガスは、ブロッカプレートアセンブリ１１２３の下方部分を形成する孔の開いたブロッカプレート（シャワーヘッド）１１２４の孔を通して基板処理領域１１０１内に導入される。ブロッカプレートアセンブリ１１２３を包含することによって、基板処理領域１１２０内への前駆体分配の均一性が増す。
【００３４】
イオン注入チャンバ１１０１の中で実行される注入プロセスは、実施形態では、プラズマベースの処理でありうる。プラズマベースの処理では、ＲＦバイアス電力供給１１４０が、処理ガスを励起するために、孔の開いたブロッカプレート１１２４と基板ペデスタル１１３０との間に電力を印加する。印加されたＲＦバイアス電力は、孔の開いたブロッカプレート１１２４と、基板ペデスタル１１３０によって支持される基板１１２５との間の円筒領域内部でプラズマを形成する。孔の開いたブロッカプレート１１２４は、伝導表面を有しているか、金属インサートで絶縁しているかのどちらかである。位置に関わらず、孔の開いたブロッカプレート１１２４の金属部分は、孔の開いたブロッカプレート１１２４の電圧が、特に基板ペデスタル１１３０に対して変更できるようにする誘電体インサートを介して注入チャンバ１１０１の残りの部分から電気的に絶縁される。
【００３５】
上方チャンバ領域１１１５に前駆体を流し、続いて面板１１２４と基板ペデスタル１１３０との間にＲＦバイアス電力を印加するのと同時に基板処理領域１１２０に前駆体を流すことにより、面板１１２４と基板１１２５との間にプラズマが形成される。プラズマは、基板ペデスタル１１３０上で支持される半導体ウエハの表面上にありうる炭素膜内に加速するイオン化種を製作する。ＲＦバイアス電力供給装置１１４０は、１３．５６ＭＨｚでバイアス電力を供給するＲＦバイアス電力供給装置でありうる。ＲＦソース電力（図示されず）はまた、基板処理領域１１２０の中で、必要であれば、解離を増大させるために使用されうる。ＲＦソース電力は、注入チャンバの周囲の、又は更に基板処理領域１１２０を出て再び入る透磁性のある管状コア周囲のコイルを使用して誘導的に印加されうる。
【００３６】
基板ペデスタル１１３０のウエハ支持体プラッタは、実施形態によれば、アルミニウム、陽極酸化アルミニウム、セラミック、又はそれらの組み合わせでありうる。ウエハ支持体プラッタは、実施形態では平行な同心円の形態で２つのフル旋回を行うように構成された、埋め込み式単ループ埋め込み式ヒータ要素（ｅｍｂｅｄｄｅｄ  ｓｉｎｇｌｅ−ｌｏｏｐ  ｅｍｂｅｄｄｅｄ  ｈｅａｔｅｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ）を使用して抵抗加熱されうる。ヒータ要素の内側部分が、より小さい半径を持つ同心円の軌道上を走る一方で、ヒータ要素の外側部分は、支持体プラターの周囲に隣接して走る。ヒータ要素への配線は、基板ペデスタル１１３０のステムを通過する。
【００３７】
リフト機構及びモータは、ウエハが、チャンバ本体１１０１ａの側面の挿入／除去開口１１５０を通して、ロボットブレード（図示されず）により、基板処理領域１１２０内へ及び基板処理領域１１２０から移送される際に、基板ペデスタル１１３０及びウエハリフトピン１１４を上げ下げする。モータは、処理位置１１３３と下方のウエハ載荷位置との間で基板ペデスタル１１３０を上げ下げする。
【００３８】
基板処理システム１００１は、システムコントローラによって制御される。例示的実施形態では、システムコントローラは、ストレージ媒体及びプロセッサ（例えば、汎用マイクロプロセッサ又は特定用途向けのＩＣ’ｓ）を含む。プロセッサは、モノリシック集積回路上に存在し、分離されているがなおもシングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）に位置し、又は基板処理システム周囲の複数の場所に潜在的にある別個のプリント回路カード上に位置するプロセッサコアでありうる。プロセッサは、標準通信プロトコルを使用して、アナログ及びデジタルの入力／出力ボード、インターフェースボード、及びステッパモータコントローラボードと通信を行うだけではなく、互いに通信も行う。
【００３９】
システムコントローラは、注入チャンバ１１０１を含む基板処理システム１１０１の作業すべてを制御する。システムコントローラは、コンピュータ可読媒体の中に格納されるコンピュータプログラムである、システム制御ソフトウェアを実行する。好ましくは、媒体は、ハードディスクドライブであるが、媒体は、他の種類の記憶装置であってもよい。コンピュータプログラムは、特定のプロセスの、タイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ及び基板温度、ＲＦ電力レベル、支持体ペデスタル位置、及び他のパラメータを指示する命令のセットを含む。
【００４０】
基板上の炭素膜に注入するプロセスは、システムコントローラによって実行されるコンピュータプログラム製品を使用して実施することができる。適当なプログラムコードが、通常のテキストエディタを用いて、単一のファイル又は複数のファイルの中に入れられ、コンピュータのメモリシステムなどの、コンピュータ使用可能媒体の中に格納又は統合される。入れられたコードテキストが、高級言語である場合、コードはコンパイルされ、結果として生じるコンパイラコードが、その後、プリコンパイルされたライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされ、コンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムのユーザは、オブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムに対し、コードをメモリの中にロードするようにさせる。ＣＰＵは、それから、コードを読み、実行し、プログラムの中に同定されたタスクを行なう。
【００４１】
ユーザとコントローラとの間のインターフェースは、フラットパネルタッチセンスモニタによる。好適な実施形態において、２つのモニタが用いられ、１つはオペレータのためにクリーンルームの壁の中に据え付けられ、もう１つはサービス技術者のために壁の後ろに据え付けられる。２つのモニタが、同じ情報を同時に表示してもよく、その場合、一度に１つだけが、入力を受け取る。特定のスクリーン又は機能を選択するために、オペレータは、タッチセンスモニタの指定された領域をタッチする。タッチされた領域は、ハイライト表示された色を変化させ、又は新しいメニュー若しくはスクリーンが表示され、オペレータとタッチセンスモニタの間のコミュニケーションを確認する。キーボード、マウス、又は他のポインティング若しくはコミュニケーション装置などの他の装置が、ユーザがシステムコントローラと通信することを可能にするために、タッチセンスモニタの代わりに又はそれに加えて使用されうる。
【００４２】
本明細書で使用されているように、「基板」は、その上に形成される層を含む又は含まない支持体基板であり得る。支持体基板は、種々のドーピング濃度及びプロファイルの絶縁体又は半導体であってもよく、例えば、集積回路の製造で使用されるタイプの半導体基板であってもよい。炭素膜は、炭素及び水素を含みうる、又は炭素及び水素から成りうる。「励起状態」にあるガスとは、ガス分子のうちの少なくとも一部が、振動励起状態、解離状態及び／又はイオン化状態であるガスを説明している。ガスは、２つ又はそれを上回るガスの組合せでありうる。「前駆体」という用語は、材料を表面から除去する、材料を表面に堆積させる、又は材料を表面で改質するための反応に関与する任意の処理ガスを指すために用いられる。
【００４３】
いくつかの実施形態を記載してきたが、様々な修正、代替的な構成、及び同等物が、本発明の精神から逸脱することなく、用いられうるということが、当業者により認められるであろう。加えて、本発明を不必要に不明瞭にすることを回避するために、いくつかの既知のプロセス及び要素は記載されていない。従って、上記記載は、本発明の範囲を限定するものとみなされるべきではない。
【００４４】
値の範囲が与えられる場合、その範囲の上限と下限の間に入る各値もまた、明らかに文脈が異なって要求していない限り、下限の単位の１０分の１まで、明確に開示されると理解される。述べられた範囲の中の任意の述べられた値又は範囲の中に入っている値と、その述べられた範囲の中の任意の他の述べられた値又は範囲の中に入っている値との間の、より小さい範囲の各々が、包含される。これらのより小さい範囲の上限及び下限は、範囲の中に、独立に、含まれてもよいし、除外されてもよいし、そして、上限下限のいずれか又は両方が、より小さい範囲に含まれる、又はいずれも含まれない、範囲の各々もまた、述べられた範囲の中の任意の明確に除外される上限又は下限を条件として、本発明の中に包含される。述べられた範囲が上限下限の１つ又は両方を含む場合、それらの含まれる上限と下限のいずれか又は両方を除外する範囲もまた含まれる。
【００４５】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別途明示しない限り複数の指示物を含む。したがって、例えば、「１つのプロセス（ａ  ｐｒｏｃｅｓｓ）」への言及は、複数のそのようなプロセスを含み、「その前駆体（ｔｈｅ  ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）」への言及は、１つ又は複数の前駆体及び当業者に既知のその同等物への言及を含む、等々である。
【００４６】
更に、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という語は、本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用されるとき、提示した特徴、完全体、構成要素、又はステップの存在を特定することを意図するが、一又は複数の他の特徴、完全体、構成要素、ステップ、作用、又は群の存在又は追加を排除しない。
【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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【国際調査報告】
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