(57)【要約】【課題】本発明は基材に非晶質炭素層を形成する方法を提供する。【解決手段】この方法は、プロセシングチャンバーに基材を配置する；プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入する；プロセスガスのプラズマを発生させる；および基材に非晶質炭素層を堆積させる、工程を含み、ここでプロセスガスは単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素を含む組成物を含み、ここでこの組成物は安定化剤を含まない。【選択図】図１
2009084692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に非晶質炭素層を形成する方法であって、以下の工程：
プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；
該プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入すること；
該プロセスガスのプラズマを発生させること；および
該基材に非晶質炭素層を堆積させること、を含み、
ここで該プロセスガスは、シクロペンテンを含む組成物を含み、該組成物は安定化剤を含まない、方法。
【請求項２】
プロセスガスがさらに不活性ガスを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プロセスガスがさらに窒素含有ガスを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
窒素含有ガスが窒素またはアンモニアを含んでなる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
プロセスガスがさらに水素ガスを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
プロセスガスがさらに酸化ガスを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
プロセスガスがさらにフッ素ガスを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
基材に非晶質炭素層を形成する方法であって、以下の工程：
プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；
容器から液体シクロペンテンを蒸発させてプロセスガスの少なくとも一つの成分を形成すること；
該プロセシングチャンバーに該プロセスガスを導入すること；
該プロセスガスのプラズマを発生させること；および
該基材に非晶質炭素層を堆積させること、を含んでなる方法。
【請求項９】
プロセスガスがさらに不活性ガスを含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
プロセスガスがさらに窒素含有ガスを含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
窒素含有ガスが窒素またはアンモニアを含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
プロセスガスがさらに水素ガスを含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
プロセスガスがさらに酸化ガスを含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
プロセスガスがさらにフッ素ガスを含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
基材に非晶質炭素層を形成する方法であって、以下の工程：
プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；
該プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入すること；
該プロセスガスのプラズマを発生させること；および
該基材に非晶質炭素層を堆積させること、を含み、
ここで該プロセスガスは、単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素を含む組成物を含み、該組成物は安定化剤を含まない、方法。
【請求項１６】
Ｃ４〜Ｃ１０の環状炭化水素が、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロノネン、シクロデセン、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
Ｃ４〜Ｃ１０の環状炭化水素が、シクロペンテンである、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定な炭化水素化合物を前駆体として採用することによって非晶質炭素フィルムを形成するための化学気相堆積方法に関係する。より具体的には、本発明は、例えば半導体プロセシングにおいて使用するための炭素硬質マスクのような、炭素フィルムを堆積するために前駆体としてシクロペンテンを使用することに関係する。
【背景技術】
【０００２】
最新の半導体デバイスの加工は、化学気相堆積（「ＣＶＤ」）と称される、ガスの化学反応によって基材に金属および誘電体の層を形成することを必要とする。ＣＶＤプロセスは反応性ガスを基材表面に供給し、そこではエネルギー誘発化学反応が起こって所望の層を生じる。
【０００３】
ＣＶＤプロセスは、一以上の材料層の堆積およびパターン処理を含むダマシンまたはデュアルダマシン法によって垂直および水平相互接続を形成するのに有用である。ダマシン法では、一以上の誘電材料、例えば低ｋ誘電材料（すなわち、誘電率（ｋ）＜４．０を有する）が、堆積され且つパターンエッチングがされて、ビアとしても知られる垂直相互接続、およびラインとしても知られる水平相互接続を形成する。次に、導電性材料、例えば銅を含むもの、および銅含有材料が周りの低ｋ誘電体へ拡散するのを防止するために使用されるバリア層材料を含む他の材料が、エッチングされたパターンにはめ込まれる。次に、エッチングしたパターンの外、例えば基材のフィールドの上にある、あらゆる過剰な銅含有材料および過剰なバリア層が除去される。
【０００４】
しかしながら、ダマシン構造において低ｋ材料が使用されている場合、表面欠陥がほとんどまたは全くない機構または機構変形を作り出すことが困難である。低ｋ誘電材料はしばしば多孔性であり、導電性材料の除去の際に擦り傷をつけられやすく、ダメージをうけやすく、したがって欠陥が基材表面に形成される可能性が高まる。さらに、低ｋ材料はしばしば脆弱であり、従来の研磨プロセスで変形することがある。表面欠陥および変形を限定または低減する一つの解決策は、低ｋ材料における機構を画定するパターン処理およびエッチングの前に、暴露される低ｋ材料を覆う硬質マスクを堆積させることである。この硬質マスクがダメージおよび変形に対抗する。硬質マスクは、次の材料堆積および平坦化または化学機械研磨技術もしくはエッチング技術のような材料除去プロセスの際に、下に横たわる低ｋ材料も保護することができ、これにより欠陥形成および機構変形を低減する。その後、次なる基材のプロセシングの前の平坦化に続いて、硬質マスクは除去される。
【０００５】
また、上述したダマシンプロセスにおいて、従来のリソグラフ技術を用いてパターンが形成され、そこではエネルギー感知レジストの層が基材上の材料層のスタックを覆って形成され、パターンの像がエネルギー感知レジスト材料に導入される。次に、エネルギー感知レジスト材料に導入されたパターンが、エネルギー感知レジストの層をマスクとして使用して、基材の上に形成された一以上の材料スタックの層に転写される。
【０００６】
エネルギー感知レジストに導入されたパターンは、化学エッチャントを使用して一以上の材料スタックの層に転写することができる。化学エッチャントは、エネルギー感知レジスト対してよりもスタックの材料層に対して、高いエッチング選択性を有するように設計されている。すなわち、化学エッチャントは、エネルギー感知レジストをエッチングするよりも相当速い速度で、一以上の材料スタックの層をエッチングする。一以上のスタックの材料層に対するより速いエッチング速度は、概してパターン転写が完了する前にエネルギー感知レジスト材料が消費されることを防止する。
【０００７】
パターンの寸法が小さくなるにつれて、パターンの解像度を制御するためにエネルギー感知レジストの厚さは同様に薄くされなければならない。そのような薄いレジスト材料（約６０００Å未満）は、化学エッチャントを使用するパターン転写工程の際に下に横たわる材料層をマスクするのには不十分なことがある。上述の硬質マスク層は、エネルギー感知レジスト材料と下に横たわる材料層の間で使用して、下に横たわる材料層へのパターン転写を促進させることができる。しかしながら、半導体構造を形成するためのいくつかの用途において、基材表面から硬質マスク材料を除去することは困難であり、残った硬質マスク材料が半導体プロセスに有害な影響を与えることがある。さらに、従来の硬質マスク材料は、エッチングされる材料と硬質マスクとの間で十分なエッチング選択性を提供しないで、形成される機構の所望の寸法を保てないことがある。
【０００８】
遠紫外線（ＤＵＶ）イメージング波長（例えば約２５０ｎｍ未満）を有するリソグラフイメージツールを使用してレジストパターンを生成する場合、さらにレジストパターン処理の問題は悪化する。ＤＵＶイメージング波長は、これらの短い波長での回折効果が低減するので、レジストパターンの解像度を向上させる。しかしながら、多くの下に横たわる材料、例えばポリシリコン、金属および金属ケイ素化合物のこのようなＤＵＶ波長での反射性が増すと、結果物のレジストパターンは劣化することがある。
【０００９】
下に横たわる材料層からの反射を最小限にするために提案される一つの技術は、反射防止コーティング（「ＡＲＣ」）を使用する。ＡＲＣは、レジストのパターン処理の前に反射材料を覆って形成される。ＡＲＣは、レジストイメージングの際の下に横たわる材料層からの反射を抑え、エネルギー感知レジストの層での正確なパターン複製を提供する。多くのＡＲＣ材料が、エネルギー感知レジストと組み合わせた使用に提案されているが、満足のいく結果になっていない。また、いくつかの現在の硬質マスクおよび反射防止コーティングのための堆積プロセスは、所望のステップカバレージにならないプロセスおよび前駆体を使用する。さらに、硬質マスク材料のような、ＡＲＣ材料は除去するのが困難で、残留物を後ろに残して、それが次の集積回路加工工程を妨害することがある。
【００１０】
炭素硬質マスクを調製するために採用されるＣＶＤプロセスは、不飽和度の高い前駆体がより良好に働くと考えられているため、概して、例えばプロピレン、アセチレンおよびイソプレンのような前駆体を使用する。例えば、プロピレンは概してプロパンよりも望ましいと考えられ、イソプレンは概してイソペンテンより望ましいと考えられる。
【００１１】
イソプレンは、高い堆積速度、ＣＦ４／Ｏ２プラズマにおいては比較的低いエッチング速度、および高い蒸気圧を有する有望な炭素硬質マスク前駆体である；しかしながら、イソプレンの使用に伴ういくつかの重大な欠点が存在する。第一に、イソプレンは、クラス１ａ可燃性危険物であり、設備で貯蔵可能な量が制限される。第二に、イソプレンは、既知の発ガン性物質且つ当然変異誘発物質であり、したがって健康を害するものとみなされる。第三に、イソプレンは、概して不安定であり、したがって過酸化物形成、自らポリマー化を加速することにつながることのある発熱性分解経路を防止するための抑制剤を必要とし、またイソプレンは室温にあるときにディールスアルダー二量化もしやすく純度／保管寿命の問題に帰結する。
【００１２】
イソプレンの劣化は、炭素フィルムを作るための前駆体としての用途に関して多数の問題を引き起こす。高速の劣化は、前駆体の化学組成および物理特性が時間がたてば変化することを示唆する。このような変化は、結果物のフィルムの性質に重大な影響を持つ可能性が高く、エンドユーザーが薄いフィルム製造の厳格な製造仕様に対応する一貫した品質のフィルムを製造することを困難とする。
【００１３】
イソプレン劣化によってもたらされる第二の問題は、このような液体前駆体について通常使用される化学的配送法に関係する。イソプレンのような揮発性液体は、しばしばＤＬＩ、すなわち直接液体注入と産業界で呼ばれる技術によって配送される。ＤＬＩシステムにより、前駆体が、ツールに正確に測られた速度で液体として注入ポートを通じて加熱された注入マニホールドに配送される。マニホールドは、加熱された温度、低減された圧力で操作され、前駆体を急速に蒸発させる。一度蒸発すると、ガス状前駆体は堆積チャンバーに配送される。ＤＬＩ配送法は、イソプレン液体をあらゆる溶解したオリゴマーの劣化生成物とともに無差別に加熱された注入器に運搬する。このオリゴマーは、加熱された注入マニホールドの温度および圧力条件下では低揮発性または不揮発性であると予想される。低揮発性オリゴマー成分の配送は、結果としてそのような種が徐々にツール配管中に蓄積することをもたらし、ツール操作および／またはフィルム品質に有害な影響をもたらすと予想される。蒸発器は、液体質量流量計に干渉する液体および気泡形成のキャビテーションを防止するために、液体の沸点未満の温度で操作しなければならない。イソプレンＤＬＩシステムが操作されるべき低温度は、ほとんどの抑制剤が高沸点であるために、注入器における抑制剤の蓄積を生じる可能性が高い。この蓄積は、注入器または配送ラインの目詰まりにつながる可能性が高い。
【００１４】
先行技術は、オレフィン炭化水素のポリマー化に対して炭化水素系ポロゲン（ｐｏｒｏｇｅｎ）を安定化するために使用される様々な化学物質を開示し、それはいくつかの広い分類の有機化合物、例えば、フェノール、アミン、ヒドロキシルアミン、ニトロ化合物、キニーネ化合物および特定の無機塩を含む。しかしながら、このような安定化剤の使用は、本質的に化学的純度を低下させ、成長しているフィルムにそれらを堆積させることがあり、上述したように、その低揮発性のせいで液体注入器の性能を劣化させることがある。さらに、炭化水素および安定化剤を含む組成物が蒸気引き抜きまたはキャリアガスを伴ったバブリングのいずれかによってチャンバーに導入されるとき、安定化剤は組成物中での濃度が上昇するにつれて結晶化することがある。このような現象は、ガス相におけるそのような粒子の同伴に帰結することがあり、それがチャンバーに導入されて、それによりウェハー上での粒子欠陥を引き起こす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、炭素層を堆積するために有用、例えば、集積回路加工に有用であり、良好なエッチング選択性および／または反射防止特性を有し、さらに残留物を最小限とするまたはほとんど伴わずに除去することができ、意図した使用がされるところまで劣化しない、安定した組成物を求める要求が当該技術分野に存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、基材に非晶質炭素層を形成する方法および組成物を提供することによって、この要求を満足させる。一つの態様において、本発明は、集積回路加工において使用するための非晶質炭素層を形成する方法を提供する。この非晶質炭素層は、プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；該プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入すること；該プロセスガスのプラズマを発生させること；および該基材に非晶質炭素層を堆積させること、によって形成され、ここで該プロセスガスは、単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素を含む組成物を含み、該組成物は安定化剤を含まない。
【００１７】
別の態様において、本発明は、集積回路加工において使用するための非晶質炭素層を形成する方法を提供し、該方法は以下の工程：プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；  該プロセシングチャンバーに該プロセスガスを導入すること；該プロセスガスのプラズマを発生させること；および該基材に非晶質炭素層を堆積させること、を含み、ここで該プロセスガスは、シクロペンテンを含む組成物を含み、該組成物は安定化剤を含まない。
【００１８】
さらなる別の態様において、本発明は、基材に非晶質炭素層を形成する方法を提供し、該方法は以下の工程：プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；容器から液体シクロペンテンを蒸発させてプロセスガスの少なくとも一つの成分を形成すること；該プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入すること；該プロセスガスのプラズマを発生させること；および該基材に非晶質炭素層を堆積させること、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は好ましい実施態様を用いて詳細に記載される。本発明は、しかしながら、これらの実施態様に限定されない。また、一実施態様における要件は他の実施態様に自由に適用可能であり、特別な条件がつかない限り、要件は互いに置き換えることができる。
【００２０】
別の実施態様によれば、本発明は、集積回路加工において使用するための非晶質炭素層を形成する方法を提供する。この非晶質炭素層は、プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；該プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入すること；該プロセスガスのプラズマを発生させること；および該基材に非晶質炭素層を堆積させること、によって形成され、ここで該プロセスガスは、単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素を含む組成物を含み、該組成物は安定化剤を含まない。
【００２１】
別の実施態様によれば、本発明は、集積回路加工において使用するための非晶質炭素層を形成する方法を提供する。この非晶質炭素層は、プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；該プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入すること；該プロセスガスのプラズマを発生させること；および該基材に非晶質炭素層を堆積させること、によって形成され、ここで該プロセスガスは、シクロペンテンを含む組成物を含み、該組成物は安定化剤を含まない。
【００２２】
別の実施態様によれば、本発明は、基材に非晶質炭素層を形成する方法を提供し、該方法は以下の工程：プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；容器から液体シクロペンテンを蒸発させてプロセスガスの少なくとも一つの成分を形成すること；該プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入すること；該プロセスガスのプラズマを発生させること；および該基材に非晶質炭素層を堆積させること、を含む。
【００２３】
本発明のプロセスにより堆積された非晶質炭素層は、調整可能な炭素：水素比を有し、約１０％水素〜約６０％水素の範囲にある。非晶質炭素層は、約２５０ｎｍ未満の波長で約０．１〜約１．０の間で変化しうる光吸収係数ｋも有し、ＤＵＶ波長での反射防止コーティング（ＡＲＣ）としての使用するために好適なものにする。
【００２４】
非晶質炭素層は、集積回路加工プロセスに適合する。或る集積回路加工プロセスにおいて、非晶質炭素層は硬質マスクとして使用される。そのような実施態様に関して、好ましいプロセスシーケンスは基材に非晶質炭素層を堆積することを含む。非晶質炭素層が基材に堆積された後で、中間層がその上に形成される。パターンが中間層に画定され、非晶質炭素層に転写される。その後で、硬質マスクとして非晶質炭素層を使用して基材にパターンが転写される。また、非晶質炭素硬質マスクに画定されたパターンが、例えばダマシン構造のような、集積回路の構造に組みこまれる。
【００２５】
本発明の方法は、プロセシングチャンバーに基材を配置する工程を含む。本発明により非晶質炭素層を堆積させることのできる好適な基材は、プラスチック、金属、様々なタイプのガラス、磁気ヘッド、電子チップ、電子回路ボード、半導体デバイスおよびそれらに類するもののような材料を含む。基材が反応チャンバーに配置可能であれば、コーティングされる基材は、任意の形状、寸法であってもよい。したがって、本発明では、任意の寸法を有する整然としたまたは不規則な形状の対称物が使用されてもよい。
【００２６】
図１は、本発明による非晶質炭素層堆積を実施するために使用可能な、好ましいウェハープロセシングシステム１０の概略図である。この装置は概して、プロセスチャンバー１００、ガスパネル１３０、コントロールユニット１１０、他のハードウェア構成要素例えば電源および真空ポンプを含む。このようなシステムの例は、ＣＥＮＴＵＲＡＯ  Ｓｙｓｔｅｍ社のＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ５０００（登録商標）システムおよびカリフォルニア州サンタクララにあるＡｐｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ社から市販されるＰＲＯＤＵＣＥＲ（商標）システムを含む。本発明で採用可能な他の装置／システムの例は、Ｎｏｖｅｌｌｕｓ社のＶｅｃｔｏｒ  ＳｙｓｔｅｍおよびＡＳＭ  Ｊａｐａｎ社のＤｒａｇｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍを含み、両者は当業者によく知られている。
【００２７】
図１を参照すると、プロセスチャンバー１００は概して支持台１５０を含み、これは半導体ウェハー１９０のような基材を支持するために使用される。この台１５０は概して移動メカニズム（図示しない）を使用してチャンバー１００内で垂直方向に移動可能である。特定のプロセスに応じて、ウェハー１９０はプロセシングの前に或る所望の温度まで加熱可能である。本発明において、ウェハー支持台１５０は組みこまれたヒーターエレメント１７０で加熱される。例えば、台１５０は、ＡＣ電源１０６からヒーターエレメント１７０に電流を流すことによって抵抗加熱されてもよい。ウェハー１９０は、順々に、台１５０によって加熱される。温度センサー１７２、例えば熱電対もウェハー支持台１５０組みこまれて、通常のやり方で台１５０の温度を監視する。測定された温度は、ウェハー温度を特定のプロセス用途にとって好適な所望の温度に維持または制御することが可能となるように、フィードバックループで使用されて、加熱エレメント１７０のための電源１６を制御する。台１５０は場合によってはプラズマを使用してまたは放射熱によって（図示しない）加熱される。
【００２８】
真空ポンプ１０２は、プロセスチャンバー１００を排気するため、およびチャンバー１００内の適当なガス流量と圧力を維持するために使用される。シャワーヘッド１２０（これを通ってプロセスガスがチャンバー１００に導入される）は、ウェハー支持台１５０の上に配置される。シャワーヘッド１２０はガスパネル１３０に接続され、これがプロセスシーケンスの種々の工程で使用される様々なガスの制御と供給をする。
【００２９】
シャワーヘッド１２０とウェハー支持台１５０は、間隔の空いた電極対も形成する。これらの電極間に電場を生じさせると、チャンバー１００に導入されたプロセスガスは、発火してプラズマになる。概して、ウェハー支持台１５０をラジオ周波数（ＲＦ）電源（図示しない）にマッチング回路（図示しない）を介して接続することによって、電場が生じる。あるいは、ＲＦ電源とマッチング回路がシャワーヘッド１２０に、またはシャワーヘッド１２０とウェハー支持台１５０の両方に連結されてもよい。
【００３０】
プラズマ増進化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）技術は、基材表面近くの反応領域に電場をかけることによって反応物ガスの励起および/または分離を進めて、反応性種のプラズマを生じる。プラズマ中のこの種の反応性は、生じる化学反応に対して要求されるエネルギーを低減し、実際にこのようなＰＥＣＶＤプロセスの場合に要求される温度を低下させる。
【００３１】
本発明は、プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入する工程；およびプロセスガスのプラズマを発生させる工程も含み、ここでプロセスガスは、単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素を含む組成物、を含む、本質的にからなる、またはからなる組成物、を含む、本質的にからなる、またはからなる。
【００３２】
本発明の或る実施態様において、本発明による単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素を含む組成物は、安定化剤、例えばポリマー化安定化剤を含まない。概してポリマー化しやすい不飽和炭化水素は、概して徐々に劣化するか、または環境温度または特定の化学物質の通常の適用、精製またはプロセシングの際にしばしば遭遇する適当な温度でポリマー化する。概してポリマー化に対してそのような炭化水素を安定化するために採用される化学物質は、例えばフェノール、アミン、ヒドロキシルアミン、ニトロ化合物、キニーネ化合物、および置換したヒドロキニーネまたはヒドロキニーネ−エーテル系化合物である。本発明による単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素は、本質的に安定であり、安定化剤を必要としない。したがって、本発明によるプロセスガス中で使用するための単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素の組成物は、安定化剤を含まない。
【００３３】
本発明の別の実施態様では、単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素の組成物は、安定化剤を含んでもよい。そのような実施態様では、安定化剤が含まれて、ポリマー化または劣化から生じた不純物（すなわち、単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素以外の化合物）を安定化してもよい。例えば、本発明の一実施態様では、その組成物は、シクロペンテンを含み、シクロペンテンの製造に起因する少量（例えば、約１ｐｐｍ〜約１．０質量％）のイソプレンを有する。このような場合、イソプレン不純物が（貯蔵または使用中に）ポリマー化し、ＣＶＤチャンバーの構成要素、例えば配送ラインおよび注入ポートを目詰まりさせることがある。したがって、そのような実施態様では、約１０〜約１０，０００百万分の一部（ｐｐｍ）、より好ましくは約１００〜約５００ｐｐｍの安定化剤、例えば上述の安定化剤の一つがこの組成物に添加されてもよい。好適な安定化剤の特定の例は、ブチルヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）およびｐ−ｔｅｒｔ−ブチルカテコール（ＴＢＣ）を含む。
【００３４】
単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素を含むプロセスガスの例は、例えば、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロノネン、シクロデセン、およびそれらの混合物を含むプロセスガスである。本発明の好ましい実施態様では、プロセスガスは、安定化剤を含まないシクロペンテンを含む。本発明を説明する目的のために、プロセスガスの単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素について言及する場合に、ここではシクロペンテンについて言及する。
【００３５】
単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素および不純物を含む組成物は、精製され、そして当業者に知られている精製方法、例えば、蒸留、または固体樹脂、活性炭または活性化アルミナ吸着質、例えばニュージャージー州、Iselin、ＢＡＳＦ/ＥｎｇｌｅｈａｒｄのＣｌ７５０およびＣＣ７１０を用いた吸着によって不純物を除去されてもよい。
【００３６】
蒸発器（図１では示されず）が、概して採用されて液体シクロペンテンモノマーを蒸発させる。典型的な蒸発器は、一実施態様において液体用の入口ポートと不活性ガス用の入口ポートを有し、それらのガスを混合するための混合ユニットおよび混合物を加熱するためのユニットを含む。不活性ガスは概して不活性ガス流量コントローラーから蒸発器に導入され；液体シクロペンテンモノマーは概して液体モノマー流量コントローラーから蒸発器に導入される。混合物のための加熱温度は、シクロペンテンの蒸気圧特性によって決定され；一実施態様では、温度が約２５℃〜約７５℃に保たれる。蒸発したシクロペンテンガスは概して標準的なガス配管を通じて反応器に導入される。
【００３７】
あるいは、比較的高い蒸気圧（２１℃で＞３００Ｔｏｒｒ）のために、シクロペンテンは質量流量コントローラーを介して容器（vessel）から直接蒸気引き込みによってチャンバーに配送されることもできる。
【００３８】
いくつかの実施態様において、プロセスガスはまた不活性ガス、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素、クリプトン、キセノン、およびネオンを含んでもよい。不活性ガスは非晶質炭素層の密度および堆積速度を制御するために使用されてもよい。採用された場合、そのような不活性ガスは約５０〜約９９体積％のレベルでプロセスガス中に存在する。不活性ガスは、採用される場合、蒸発器を介して反応器にまたは別のポートから直接チャンバーに導入されることもできる。
【００３９】
いくつかの実施態様において、プロセスガスはまた酸化ガス、例えば酸素、Ｎ２Ｏ、ＣＯ２およびＯ３を含んでもよい。採用された場合、そのような酸化ガスは約０．２〜約３０体積％のレベルでプロセスガス中に存在する。酸化ガスは、採用される場合、蒸発器を介して反応器にまたは別のポートから直接チャンバーに導入されることもできる。
【００４０】
また、他のガスがプロセスガスに添加されて非晶質炭素材料の特性を向上させることもできる。水素（Ｈ２）が、プロセスガスに添加されて非晶質炭素材料の特性を向上させることもできる。また、窒素含有ガス、例えば、窒素および/またはアンモニアが添加されてもよい。このガスは反応性ガス、例えば、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）の混合物、フッ素系化合物(例えば、ＮＦ３、Ｆ２、ＣｘＦｙフッ化炭素)、またはそれらの混合物であってもよい。Ｈ２および/またはＮＨ３の添加は、非晶質炭素層の水素比率を制御するために使用されて、反射性のような層特性を制御することができる。
【００４１】
好ましくは、シクロペンテンはプロセスガスの約１〜約９９体積％を構成する。より好ましくは、シクロペンテンはプロセスガスの約１０〜約５０体積％を構成する。
【００４２】
再び図１を参照すると、シクロペンテン含有プロセスガス（ここで「プロセスガス」とも称される）は、ガスパネル１３０の制御の下でプロセスチャンバー１００に導入される。プロセスガスは調整された流量でガスとしてチャンバーに導入される。
【００４３】
ガスパネル１３０を通るプロセスガスの適当な制御および調整は、質量流量制御器（図示しない）およびコントローラーユニット１１０例えばコンピューターによって行われる。シャワーヘッド１２０は、ガスパネル１３０からのプロセスガスが均一に分散されプロセスチャンバー１００に導入されることを可能にする。説明として、コントロールユニット１１０は中央プロセシングユニット（ＣＰＵ）１１２、サポート電気回路１１４、および関連コントロールソフトウェア１１６を含むメモリーを含む。このコントロールユニット１１０はウェハー輸送、ガス流量制御、温度制御、チャンバー排気、等のようなウェハープロセシングに必要な多くの工程の自動化された制御に関与する。コントロールユニット１１０と装置１０の様々な構成要素間の双方向通信は、まとめてシグナルバス１１８と呼ばれる（その一部は図１に図示される）多くの信号ケーブルを介して処理される。
【００４４】
本発明で使用される加熱した台１５０は、概してアルミニウムで作られ、そして台１５０のウェハー支持表面１５１の下方にある距離をおいて組み込まれた加熱エレメント１７０を含む。加熱エレメント１７０はシース管に封入したニッケルクロムワイヤーで作ることができる。加熱エレメント１７０に供給される電流を適当に調整することによって、ウェハー１９０と台１５０がフィルム堆積の際に比較的一定の温度に維持されることができる。これはフィードバックコントロールループによって実現され、そこでは台１５０の温度が台１５０に組み込まれた熱電対１７２によって連続的に監視される。この情報はシグナルバス１１８を介してコントロールユニット１１０に伝送され、ヒーター電源への必要な信号を送ることによって応答する。台１５０を所望の温度、すなわち特定のプロセス用途に適当な温度、に維持するように、電流供給器１１６における調節が続いて行われる。プロセスガス混合物がシャワーヘッド１２０を出ると、炭化水素化合物のプラズマ増進熱分解が加熱されたウェハー１９０の表面１９１で起こり、結果としてウェハー１９０の上に非晶質炭素層の堆積をもたらす。
【００４５】
一般に、以下の堆積プロセスパラメータが使用されて非晶質炭素層を形成することができる。プロセスパラメータは、ウェハー温度は約１００℃〜約５００℃の範囲にあり、チャンバー圧力は約１ｔｏｒｒ〜約２０ｔｏｒｒ、シクロペンテンガス流量は約５０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ（８インチウェハーあたり）、ＲＦ出力は約３Ｗ/ｉｎ２〜約２０Ｗ／ｉｎ２、およびプレート間隔は約３００ｍｉｌ〜約６００ｍｉｌである。上記のプロセスパラメータは、非晶質炭素層の場合の標準的な堆積速度として約１００Å/分〜約１０００Å/分の範囲をもたらし、堆積チャンバー中の２００ｍｍ基材に実施可能である。
【００４６】
他の堆積チャンバーが本発明の範囲内にあり、そして上に列記したパラメータは非晶質炭素層を形成するために使用される特定の堆積チャンバーにより変化可能である。例えば、ホットフィラメント、二重周波数ＰＥＣＶＤ、高密度プラズマ、およびＥＣＲ電源のような種々のエネルギー源を含んだ他の堆積チャンバーが本発明にしたがって使用可能である。
【００４７】
このように堆積された非晶質層は、調整可能な炭素：水素比を有し、約１０％水素〜約６０％水素の範囲にある。非晶質炭素層の水素比を制御することは、エッチング選択性だけでなく光学的特性を調整するためにも望ましい。具体的には、水素比が減ると、堆積された層の光学的特性、例えば屈折率（ｎ）や吸収係数（ｋ）が増す。同様に、水素比が減ると、非晶質炭素層のエッチング抵抗性は増す。
【００４８】
非晶質炭素層の光吸収係数ｋは、約２５０ｎｍ未満の波長で約０．１〜約１．０の間で変化可能であり、ＤＵＶ波長での反射防止コーティング（ＡＲＣ）としての使用するために好適なものにする。非晶質炭素層の吸収係数は、堆積温度の関数として変化し得る。具体的には、温度が上がると、堆積された層の吸収係数も同様に増す。
【実施例】
【００４９】
本発明の範囲を説明するために以下の例が挙げられる。これらの例は説明の目的のためだけにあり、ここで具現化される発明はこれに限定されるものではない。
【００５０】
炭素フィルムのプラズマ増進化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）を、ガスエレクトロニクス会議（ＧＥＣ）反応器上で１００ｍＴｏｒｒ且つ１０Ｗプラズマ出力で４００〜５５０℃の温度で行った。ガス流量は５ｓｃｃｍアルゴンおよび５ｓｃｃｍ炭化水素前駆体であった。またＧＥＣ反応器で堆積させたものと類似する物理特性を有するフィルムを、Ｐ−５００プラットフォームを備えたＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製２００ｍｍランプ加熱ＤｘＬチャンバーでフィルムを堆積させることによって得た。エッチング速度のデータは、以下の条件：５５ｓｃｃｍＣＦ４、５５ｓｃｃｍＨｅ、３５ｍＴｏｒｒ、３００Ｗを用いて、ＧＥＣ反応器中でＣＦ４系ＲＩＥプラズマでフィルムをエッチングすることによって得た。
【００５１】
表１は、イソプレンおよびシクロペンテンから堆積したフィルムの物理特性だけでなく堆積特性も示した。これらのフィルムは同一条件下で堆積された。シクロペンテンフィルムは、より高度に架橋されたフィルムを示すより高い屈折率だけでなく堆積速度の上昇も示した。２４０ｎｍの波長で測定したモル吸光係数（Ｋ）は、ほぼ等しかった。エッチング速度は、シクロペンテンから堆積したフィルムの場合により低く、エッチング停止層としての性能を高めたことを示す。小角Ｘ線反射によって測定された密度は、シクロペンテンから堆積したフィルムの場合により高く、エッチング停止性能がより良好であることを示す。
【００５２】
【表１】
2009084692.tif 000003
【００５３】
図２は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）で測定したイソプレンおよびシクロペンテンの熱的安定性を比較する。これらのサンプルをステンレス鋼パン中に密閉して、ＤＳＣ機器に置き、熱的安定性およびサンプルから発生する熱を測定した。上方の曲線はイソプレンから得られたＤＳＣデータである。このデータから、イソプレンは１７５℃を超えると発熱的に分解し始め、２５０℃を超えると大きな発熱を伴うことが明らかであり、第二段階で発生するエネルギーはかなり大きく、この材料が加熱温度に曝される場合の安全上のリスクを明確に示している。下側の曲線は同一条件下でシクロペンテンについて得られたデータであり、２２５℃未満では発熱反応はなく、より高い温度において放出されるエネルギーの量はイソプレンについての測定値よりかなり低い。
【００５４】
図３は、８および２５℃でのイソプレン純度の時間変化を示す。このデータは、２８℃でせいぜい数日でイソプレン純度の低下があることを示す。これは、イソプレンの二量体化によるものであり、これは共役ジエンの４＋２ディールスアルダー二量体化である。我々はまた、抑制剤の添加が二量体化の速度に影響しないことも示した。この時が経つと純度が低下することは、概して１年超のオーダーの比較的長い保管寿命を有する高純度の化学物質を要求するミクロ電子産業のための前駆体としての有用性を妨げるものである。イソプレンは冷蔵エリアで貯蔵することができるが、それはこの前駆体を使用するためのコストおよび輸送を相当増加させる。
【００５５】
図４は、３２日間にわたっての２２℃でのシクロペンテンの経時純度変化を示す。シクロペンテンは、共役ジエンを含まず、そしてそれ自体は二量体化する直接的なメカニズムを持たないために、イソプレンよりも安定である。したがって、時が経ってから観察したシクロペンテンの純度は本質的に変化しない。シクロペンテンは、少なくとも１年という有用な保管寿命を有すると期待され、共役ジエンを含むイソプレンや類似の化学物質のような他のより反応性の高い材料よりもミクロ電子産業における前駆体として使用するためのより発展しうる候補になる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
添付の図面と併せて以上の詳細な説明を考慮することによって、本発明の教示は容易に理解することができる。
【図１】本発明を実践するために使用することができる典型的な装置の概略図。
【図２】シクロペンテンおよびイソプレンの熱的安定性を比較するデータ。
【図３】イソプレンの安定性データ。
【図４】シクロペンテンの安定性データ。
【図１】
2009084692.tif 000004
【図２】
2009084692.tif 000005
【図３】
2009084692.tif 000006
【図４】
2009084692.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月12日(2008.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に非晶質炭素層を形成する方法であって、以下の工程：
プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；
該プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入すること；
該プロセスガスのプラズマを発生させること；および
該基材に非晶質炭素層を堆積させること、を含み、
ここで該プロセスガスは、シクロペンテンを含む組成物を含み、該組成物は安定化剤を含まない、方法。
【請求項２】
プロセスガスがさらに不活性ガスを含んでなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プロセスガスがさらに窒素含有ガスを含んでなる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
窒素含有ガスが窒素またはアンモニアを含んでなる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
プロセスガスがさらに水素ガスを含んでなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
プロセスガスがさらに酸化ガスを含んでなる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
プロセスガスがさらにフッ素ガスを含んでなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
基材に非晶質炭素層を形成する方法であって、以下の工程：
プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；
容器から液体シクロペンテンを蒸発させてプロセスガスの少なくとも一つの成分を形成すること；
該プロセシングチャンバーに該プロセスガスを導入すること；
該プロセスガスのプラズマを発生させること；および
該基材に非晶質炭素層を堆積させること、を含んでなる方法。
【請求項９】
プロセスガスがさらに不活性ガスを含んでなる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
プロセスガスがさらに窒素含有ガスを含んでなる、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
窒素含有ガスが窒素またはアンモニアを含んでなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
プロセスガスがさらに水素ガスを含んでなる、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
プロセスガスがさらに酸化ガスを含んでなる、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
プロセスガスがさらにフッ素ガスを含んでなる、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
基材に非晶質炭素層を形成する方法であって、以下の工程：
プロセシングチャンバーに該基材を配置すること；
該プロセシングチャンバーにプロセスガスを導入すること；
該プロセスガスのプラズマを発生させること；および
該基材に非晶質炭素層を堆積させること、を含み、
ここで該プロセスガスは、単一の炭素−炭素二重結合を有するＣ４〜Ｃ１０の環状炭化水素を含む組成物を含み、該組成物は安定化剤を含まない、方法。
【請求項１６】
Ｃ４〜Ｃ１０の環状炭化水素が、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロノネン、シクロデセン、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
Ｃ４〜Ｃ１０の環状炭化水素が、シクロペンテンである、請求項１６に記載の方法。
【外国語明細書】
2009084692000001.pdf