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JP7576040B2 - 高エッチング選択性かつ低応力のアッシャブルカーボンハードマスク - Google Patents

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JP7576040B2
JP7576040B2 JP2021557313A JP2021557313A JP7576040B2 JP 7576040 B2 JP7576040 B2 JP 7576040B2 JP 2021557313 A JP2021557313 A JP 2021557313A JP 2021557313 A JP2021557313 A JP 2021557313A JP 7576040 B2 JP7576040 B2 JP 7576040B2
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Description

［関連出願の相互参照］
本開示は、２０１９年３月２５日出願の米国特許出願第６２／８２３，２１１号のＰＣＴ国際出願である。上記出願の全ての開示は、参照により本明細書に援用される。
本開示は、一般に基板処理システムに関し、特に、アッシャブルカーボンハードマスクを堆積するためのシステムおよび方法に関する。
本明細書に記載の背景技術は、本開示の内容を一般的に提示するためである。現在名前が挙げられている発明者の発明は、本背景技術欄、および出願時の先行技術に該当しない説明の態様において記載される範囲で、本開示に対する先行技術として明示的にも黙示的にも認められない。
基板処理システムは、半導体ウエハなどの基板に処理を施す。基板処理の例は、堆積、アッシング、エッチング、洗浄、および／または、他の処理を含む。エッチングは通常、化学的ウェットエッチングまたはドライエッチングのいずれかを含む。ドライエッチングは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）または容量結合プラズマ（ＣＣＰ）によって生成されたプラズマを用いて行われてよい。
ＩＣＰシステムは、誘電体窓に隣接する処理チャンバの外側に配置されたコイルにＲＦプラズマ電力を供給することによりプラズマを生成する。処理チャンバの内部に流れる処理ガス混合物は、プラズマを生成するために磁場によって点火される。
ＣＣＰシステムは、処理チャンバ内に配置された電極を用いてプラズマを生成する。例えば、１つの電極が基板下方の基板支持体に配置され、シャワーヘッドなどの別の電極が基板上方に配置される。電極間に位置するガスを点火するために、電極全体にＲＦプラズマ電力が供給される。
基板上にカーボンアッシャブルハードマスク層を堆積するための方法は、（ａ）処理チャンバ内に基板を配置する工程と、（ｂ）チャンバ圧を所定圧力範囲内に設定する工程と、（ｃ）基板温度を－２０℃から２００℃の所定温度範囲内に設定する工程と、（ｄ）炭化水素前駆体および１つ以上の他のガスを含むガス混合物を供給する工程と、（ｅ）第１所定期間にＲＦプラズマ電力を供給することによりプラズマを発生させて、基板上にカーボンアッシャブルハードマスク層を堆積する工程と、を含む。
他の特徴では、処理チャンバは誘導結合プラズマチャンバである。（ｅ）におけるＲＦプラズマ電力は、３０Ｗから３０００Ｗの範囲の第１電力レベルで供給される。この方法は、０Ｗよりも大きく１０００Ｗまでの範囲の第２電力レベルで第１所定期間にＲＦバイアス電力を供給する工程を含む。
他の特徴では、この方法は、（ｆ）第１所定期間の後に、炭化水素前駆体の流れを停止する工程と、（ｇ）応力を低減するために基板上で基板処理を行う工程と、を含む。この方法は、カーボンアッシャブルハードマスクの堆積および基板処理をさらに１回以上行う工程を含む。
他の特徴では、カーボンアッシャブルハードマスクの堆積は、堆積／処理期間の３０％から９５％を構成し、基板処理は堆積／処理期間の７０％から５％を構成する。カーボンアッシャブルハードマスクの堆積および基板処理は、０．０５Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で繰り返される。
他の特徴では、（ｇ）は、（ｇ１）不活性ガス混合物を供給する工程と、（ｇ２）第１電力レベルよりも低い第３電力レベルでＲＦプラズマ電力を供給する工程と、（ｇ３）第２電力レベルよりも低い第４電力レベルでＲＦバイアス電力を供給する工程と、を含む。
他の特徴では、（ｇ）はさらに、（ｇ４）第４電力レベルにおける第２所定期間の後、第３所定期間に第４電力レベルよりも高い第５電力レベルでＲＦバイアス電力を供給する工程と、（ｇ５）第３所定期間の後、第４所定期間に第４電力レベルよりも低い第６電力レベルでＲＦバイアス電力を供給する工程と、を含む。
他の特徴では、この方法は、（ｃ）から（ｇ５）を１回以上繰り返す工程を含む。第３電力レベルは、０Ｗから５００Ｗの範囲である。第４電力レベルは、３０Ｗから１０００Ｗの範囲である。第５電力レベルは、１００Ｗから１５００Ｗの範囲である。第６電力レベルは、３０Ｗから１０００Ｗの範囲である。
他の特徴では、所定温度範囲は、０℃から８０℃である。所定圧力範囲は、５ｍＴから４５０ｍＴである。所定圧力範囲は、５ｍＴから３５ｍＴである。処理チャンバは、容量結合プラズマチャンバである。
基板上にカーボンアッシャブルハードマスク層を堆積する方法は、（ａ）処理チャンバ内に基板を配置する工程と、（ｂ）チャンバ圧を所定圧力範囲内に設定する工程と、（ｃ）基板温度を所定温度範囲内に設定する工程と、（ｄ）炭化水素前駆体および１つ以上のガスを含むガス混合物を供給する工程と、（ｅ）第１所定期間にＲＦプラズマ電力を供給することによりプラズマを発生させて、アッシャブルハードマスク層を堆積する工程と、（ｆ）第１所定期間の後に、炭化水素前駆体の流れを停止する工程と、（ｇ）応力を低減するために基板上で基板処理を行う工程と、を含む。
他の特徴では、この方法は、カーボンアッシャブルハードマスクの堆積および基板処理をさらに１回以上行う工程を含む。カーボンアッシャブルハードマスクの堆積は、堆積／処理期間の３０％から９５％について行われ、基板処理は、堆積／処理期間の７０％から５％について行われる。カーボンアッシャブルハードマスクの堆積および基板処理は、０．０５Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で繰り返される。
他の特徴では、（ｇ）は、（ｇ１）不活性ガス混合物を供給する工程と、（ｇ２）第１電力レベルよりも低い第３電力レベルでＲＦプラズマ電力を供給する工程と、（ｇ３）第２電力レベルよりも低い第４電力レベルでＲＦバイアス電力を供給する工程と、を含む。
他の特徴では、（ｇ）は、（ｇ４）第４電力レベルにおける第２所定期間の後、第３所定期間に第４電力レベルよりも高い第５電力レベルでＲＦバイアス電力を供給する工程と、（ｇ５）第３所定期間の後、第４所定期間に第４電力レベルよりも低い第６電力レベルでＲＦバイアス電力を供給する工程と、を含む。（ｅ）におけるＲＦプラズマ電力は、３０Ｗから３０００Ｗの範囲の第１電力レベルで供給され、さらに、第１所定期間に０Ｗよりも大きく１０００Ｗまでの範囲の第２電力レベルでＲＦバイアス電力を供給する工程を含む。
他の特徴では、この方法は、（ｃ）から（ｇ５）を１回以上繰り返す工程を含む。第３電力レベルは、０Ｗから５００Ｗの範囲である。第４電力レベルは３０Ｗから１０００Ｗの範囲であり、第５電力レベルは１００Ｗから１５００Ｗの範囲であり、第６電力レベルは３０Ｗから１０００Ｗの範囲である。
他の特徴では、所定温度範囲は、０℃から８０℃である。所定圧力範囲は、５ｍＴから４５０ｍＴである。所定圧力範囲は、５ｍＴから３５ｍＴである。処理チャンバは、容量結合プラズマチャンバである。
本開示のさらなる適用分野は、発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および図面から明らかになるだろう。発明を実施するための形態および特定の例は、例示のみの目的を意図し、本開示の範囲の限定を意図しない。
本開示は、発明を実施するための形態および添付の図面からより深く理解されるだろう。
本開示による、アッシャブルハードマスクを堆積するための例示的な誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）基板処理システムの機能ブロック図。
本開示によるＲＦプラズマ電力、ＲＦバイアス電力、およびガス流の例示的なタイミングを表すグラフ。
本開示による様々な膜の例示的なｓｐ3／ｓｐ2比率を表すグラフ。
処理電力の関数として例示的な膜応力を表すグラフ。
本開示による様々なＡＨＭ膜の例示的なエッチング速度を表すグラフ。
本開示によるカーボンＡＨＭ膜を堆積するための例示的方法のフローチャート。
本開示による、アッシャブルハードマスクを堆積するための例示的な容量結合プラズマ（ＣＣＰ）基板処理システムの機能ブロック図。
図面では、類似および／または同一の要素を識別するために、参照番号は繰り返し用いられてよい。
半導体メモリなどの基板は、メモリ容量を向上させるためにより多くの対のメモリセルをより一層必要としている。メモリ対を増加させるために、高アスペクト比（ＨＡＲ）エッチングが行われる。ハードマスクはエッチング中に用いられて、いくつかの露出材料をエッチングする間に他の露出材料をエッチングすることを防ぐ。ＨＡＲエッチングを可能にするためには、高選択性かつ低応力のアッシャブルハードマスク（ＡＨＭ）が必要である。
候補ＡＨＭ膜は、高選択透過性（ＨＳＴ）膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜、およびアッシャブルカーボンエクステンション（ＡＣＥ）膜を含む。しかし、これらの膜は各々、欠点を有する。これらの膜は、低密度、高水素（Ｈ）含有、および／または高応力を有する。低密度および高Ｈは、エッチング耐性を低減させる。高応力は、膜剥離を誘発する。
本開示によるカーボン系ＡＨＭ膜は、低応力で比較的高いエッチング耐性を有する。カーボン系ＡＨＭ膜は、比較的低温で、炭化水素前駆体および１つ以上の他のガスを用いて堆積される。低温で行われる堆積は、ｓｐ3結合を維持する。プラズマ処理は、応力を低減し、Ｈ成分を最小にするために堆積後に行われうる。
例えば、炭化水素前駆体はＣxＨyを含む（ｘは１から１０の整数、ｙは２から２４の整数）。例えば、炭化水素前駆体は、メタン（ＣＨ4）、アセチレン（Ｃ2Ｈ2）、または他の炭化水素ガスを含みうる。１つ以上の他のガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、ネオン（Ｎｅ）、窒素分子（Ｎ2）、および水素分子（Ｈ2）からなる群より選択される。
いくつかの例では、堆積および処理は、所望の膜厚に達するまで行われる。いくつかの例では、循環堆積またはパルス堆積のいずれかが行われる。堆積速度が遅い場合は、循環堆積モードが用いられる。堆積速度が速い場合は、パルス堆積モードが用いられる。いくつかの例では、処理は、堆積膜を処理することで膜応力を低減し、Ｈ成分を最小にするために、不活性プラズマガス混合物の使用を含む。いくつかの例では、不活性プラズマガス混合物は、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、およびネオン（Ｎｅ）からなる群より選択された１つ以上のガスを含む。
ここで図１を参照すると、本開示による例示的な基板処理システム１１０が示されている。基板処理システム１１０は、コイル駆動回路１１１を備える。いくつかの例では、コイル駆動回路１１１は、ＲＦ源１１２、パルス回路１１４、および同調回路１１３を含む。パルス回路１１４は、ＲＦ信号のＴＣＰエンベロープを制御し、動作中にＴＣＰエンベロープのデューティサイクルを１％から９９％の間で変更する。理解されうるように、パルス回路１１４およびＲＦ源１１２は組み合わせることができる、または分離できる。
同調回路１１３は、１つ以上の誘導コイル１１６に直結されてよい。同調回路１１３は、ＲＦ源１１２の出力を所望の周波数および／または所望の位相に合わせ、コイル１１６のインピーダンスを一致させる、および／または、電力をコイル１１６の間で分割する。複数のコイルを含む例が示されているが、単一導体または複数導体を含む単一コイルが用いられうる。
誘電体窓１２４は、処理チャンバ１２８の一側面に沿って配置される。処理チャンバ１２８はさらに、基板１３４を支持するために基板支持体（または、台座）１３２を備える。基板支持体１３２は、静電チャック（ＥＳＣ）、機械式チャック、または他の種類のチャックを備えてよい。処理ガスは処理チャンバ１２８に供給され、プラズマ１４０は処理チャンバ１２８の内部で生成される。ＲＦバイアス駆動回路１５２は、イオンエネルギを制御するために、動作中にＲＦバイアスを基板支持体１３２に供給するのに用いられてよい。ＲＦバイアス駆動回路１５２は、ＲＦ源およびインピーダンス整合回路（図示せず）を含んでよい。
ガス供給システム１５６は、処理チャンバ１２８に処理ガス混合物を供給するのに用いられてよい。ガス供給システム１５６は、ガス源１５７（例えば、前駆体、蒸気、１つ以上の他のガス、不活性ガス）、弁およびマスフローコントローラなどのガス計量システム１５８、ならびにマニホールド１５９を備えてよい。ガスインジェクタ（図示せず）は、誘電体窓１２４の中心（または、他の位置）に配置されてよく、ガス供給システム１５６から処理チャンバ１２８にガス混合物を注入するのに用いられる。
ヒータ／クーラ１６４は、基板支持体１３２を所定温度に加熱／冷却するのに用いられてよい。排気システム１６５は、処理チャンバの圧力を制御する、および／または、パージもしくは排気によって処理チャンバ１２８から反応剤を除去するために、弁１６６およびポンプ１６７を備える。
コントローラ１５４は、プロセスを制御するのに用いられてよい。コントローラ１５４は、システムパラメータを監視し、ガス混合物の供給、ストライキング、プラズマの維持および消弧、反応剤の除去、冷却ガスの供給などを制御する。
ここで図２を参照すると、ガス混合物（炭化水素前駆体および１つ以上の他のガスを含む）、不活性ガス混合物、ＲＦプラズマ電力、およびＲＦバイアス電力の供給についての例示的なタイミング図が示されている。カーボンアッシャブルハードマスクは、ガス混合物を供給し、ＲＦプラズマ電力および／またはＲＦバイアス電力を供給することにより堆積される。いくつかの例では、堆積工程の一部または全ての後に、不活性プラズマガス混合物を用いるプラズマ処理（前駆体なし）が続く。いくつかの例では、反応剤は、堆積後で処理前にチャンバからパージまたは排気される。他の例では、前駆体流は、パージまたは排気なしで処理工程の前に停止される。
いくつかの例では、堆積工程および処理工程は、０．０５Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で行われる。いくつかの例では、堆積工程および処理工程は、０．１Ｈｚから２００Ｈｚの範囲の周波数で行われる。堆積は、各期間またはサイクルの３０％から９５％を構成し、処理は、各期間またはサイクルの７０％から５％を構成してよい。一例では、堆積は、１２秒（ｓ）の期間のうちの１０ｓ間行われ、処理は、１２ｓの期間またはサイクルのうちの２ｓ間行われるが、他の長さの期間またはサイクルが用いられてよい。
期間またはサイクルの堆積工程中に、炭化水素前駆体ガスおよび１つ以上の他のガスを含むガス混合物が処理チャンバに供給される。ＲＦプラズマ電力は第１電力レベルで供給され、ＲＦバイアス電力は第２電力レベルで供給される。いくつかの例では、第１電力レベルは３０Ｗから３０００Ｗの範囲であり、第２電力レベルは０Ｗから１０００Ｗの範囲である。
期間またはサイクルの処理工程中に、炭化水素前駆体の供給は停止され、不活性ガス混合物の供給が開始する、または継続する（前の堆積工程で不活性ガス混合物が用いられた場合）。継続する場合は、不活性ガス混合物の流量は、増加、減少、または変更なく継続できる。プラズマは、維持または消弧されてよい。処理中にＲＦプラズマ電力は、第１電力レベルよりも低い第３電力レベルで供給される。いくつかの例では、第３電力レベルは０Ｗから５００Ｗの範囲である。
ＲＦバイアス電力は、堆積および処理の間に変化してよい。例えば、ＲＦバイアスは最初に第４電力レベルで供給され、第２電力レベルよりも高い第５電力レベルに増加され、そして第６電力レベル（第２電力レベルよりも低く、第４電力レベルと同じであってよい、または異なってよい）に戻される。いくつかの例では、ＲＦバイアス電力は低減され、堆積中にＲＦバイアス電力よりも高くパルス化され、そして堆積中にＲＦバイアス電力よりも低く戻される。いくつかの例では、第４電力レベルは３０Ｗから１０００Ｗの範囲であり、第５電力レベルは１００Ｗから１５００Ｗの範囲であり、第６電力レベルは３０Ｗから１０００Ｗの範囲である。説明のために例示的な特定のＲＦバイアスプロファイルが示されているが、他のＲＦバイアスプロファイルも用いられうる。
いくつかの例では、堆積および処理は、－２０℃から２００℃の範囲の温度で行われる。他の例では、堆積および処理は、－２０℃から１００℃の範囲の温度で行われる。さらに他の例では、堆積および処理は、０℃から８０℃の範囲の温度で行われる。
いくつかの例では、堆積および処理は、５ｍＴから４５０ｍＴの範囲の圧力で行われる。他の例では、堆積および処理は、５ｍＴから１５０ｍＴの範囲の圧力で行われる。さらに他の例では、堆積および処理は、５ｍＴから３５ｍＴの範囲の圧力で行われる。
ここで図３を参照すると、様々な異なるハードマスクのｓｐ3／ｓｐ2比率が示されている。例は、ＨＳＴ、２０℃で堆積した（処理なしの）カーボンＡＨＭ、８０℃で堆積した（処理なしの）カーボンＡＨＭ、および２０℃で堆積した（処理なしの）カーボンＡＨＭを含む。以下にさらに説明されるように、２０℃で堆積した（処理なしの）カーボンＡＨＭは、低膜応力かつ低温で形成される。
次に図４を参照すると、カーボンＡＨＭの応力の調整は、各期間またはサイクルの処理部分に電力を調節することによって行われうる。図から分かるように、膜応力は電力が増加するにつれて減少する。カーボンＡＨＭの応力は、処理なしの約－２３５０ＭＰａで最も高く、応力は処理に伴って減少する。
次に図５を参照すると、窒化シリコン（ＳｉxＮy）、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、シリコン（Ｓｉ）、およびタングステン（Ｗ）を含む様々な種類の膜のエッチング中の、様々なハードマスク（ＨＳＴ、処理ありのＣＨ4系ＡＨＭ、および処理ありのＣ2Ｈ2系ＡＨＭ）のエッチング速度が示されている。この例では、Ｃ2Ｈ2系ＡＨＭは、ＨＳＴよりもわずかに低いエッチング速度を有する。この例では、ＣＨ4系ＡＨＭは、ＨＳＴよりもわずかに高いエッチング速度を有する。
次に図６を参照すると、カーボンＡＨＭを堆積するための方法６００が示されている。６１０では、図１の処理チャンバなどの処理チャンバに基板が配置される。６１４では、チャンバ圧および基板温度は、所定圧力および温度範囲に調節される。６１８では、炭化水素前駆体および１つ以上の他のガスを含むガス混合物が処理チャンバに供給される。６２２では、第１電力レベルでＲＦプラズマ電力を供給することにより、処理チャンバ内でプラズマが生成される。６２８では、ＲＦバイアス電力が第２電力レベルで供給される。
６３２においてこの方法は、所定期間が終了したかどうかを決定する。６３２が偽の場合、この方法は６１８に戻る。そうでなければ、この方法は６４０に続き、炭化水素前駆体の供給を停止し、不活性ガス混合物の供給を開始する、または継続する。
６４４では、ＲＦプラズマ電力が第３電力レベルで供給される。６４８では、ＲＦバイアス電力が第４電力レベルで供給される。いくつかの例では、ＲＦバイアス電力は、処理期間中は第４電力レベルで継続する。
他の例では、ＲＦバイアス電力は、処理期間中一時的にパルス化される。例えば、ＲＦバイアス電力は、第１所定期間に第４電力レベルで継続する。６５２では、ＲＦバイアス電力は第２所定期間に第５電力レベルで供給される。６５６では、ＲＦバイアス電力は第３所定期間に第６電力レベルで供給される。いくつかの例では、第５電力レベルは第２電力レベル、第４電力レベル、および第６電力レベルよりも高い。いくつかの例では、第４電力レベルおよび第６電力レベルは同じである。
６６０においてこの方法は、追加の期間またはサイクルを行う必要があるかどうかを決定する。６６０が真の場合、この方法は６１８に続く。そうでなければ、この方法は終了する。
次に図７を参照すると、本開示による別の例示的な基板処理システム７２０が示されている。基板処理システム７２０は、基板処理システム７２０の他の構成部品を取り囲み、ＲＦプラズマ（用いられる場合）を含む処理チャンバ７２２を備える。基板処理システム７２０は、上部電極７２４および静電チャック（ＥＳＣ）などの基板支持体７２６を備える。動作中に、基板７２８は基板支持体７２６の上に配置される。
例えのみで、上部電極７２４は、処理ガスを導入および分配するシャワーヘッドなどのガス分配装置７２９を備える。ガス分配装置７２９は、処理チャンバの上面に接続された一端を含むステム部を備えてよい。ベース部は一般に円筒状で、処理チャンバの上面から離れた位置でステム部のもう一端から放射状に外向きに伸びる。シャワーヘッドのベース部の基板対向面またはフェースプレートは、前駆体、反応剤、エッチングガス、不活性ガス、キャリアガス、他の処理ガス、またはパージガスが流れる複数の穴を備える。あるいは、上部電極７２４は導電板を備えてよく、処理ガスは別の方法で導入されてよい。
基板支持体７２６は、下部電極として機能するベースプレート７３０を備える。べースプレート７３０は、セラミックマルチゾーン加熱プレートに相当しうる加熱プレート７３２を支持する。加熱プレート７３２とベースプレート７３０との間には、熱抵抗層７３４が配置されてよい。ベースプレート７３０は、ベースプレート７３０を通じて冷媒を流すための１つ以上の流路７３６を備えてよい。
ＲＦ生成システム７４０は、ＲＦ電圧を生成し、上部電極７２４および下部電極（例えば、ＥＳＣ７２６のベースプレート７３０）のいずれかに出力する。上部電極７２４およびベースプレート７３０のもう一方は、ＤＣ設置されてよい、ＡＣ設置されてよい、または浮遊状態であってよい。例えのみで、ＲＦ生成システム７４０は、整合分配ネットワーク７４４によって上部電極７２４またはベースプレート７３０に供給されるＲＦプラズマ電極を生成するＲＦ発生器７４２を備えてよい。他の例では、プラズマは誘導的にまたは遠隔的に生成されてよい。
ガス供給システム７５０は、１つ以上のガス源７５２－１、７５２－２、・・・、および７５２－Ｎ（総称して、ガス源７５２）を備える（Ｎはゼロよりも大きい整数）。ガス源７５２は、弁７５４－１、７５４－２、・・・、および７５４－Ｎ（総称して、弁７５４）、ならびに、ＭＦＣ７５６－１、７５６－２、・・・、および７５６－Ｎ（総称して、ＭＦＣ７５６）によってマニホールド７６０に接続されている。ＭＦＣ７５６とマニホールド７６０との間に、二次弁が用いられてよい。単一のガス供給システム７５０が示されているが、２つ以上のガス供給システムが用いられてよい。
温度コントローラ７６３は、加熱プレート７３２に配置された複数の熱制御素子（ＴＣＥ）７６４に接続されてよい。温度コントローラ７６３は、基板支持体７２６および基板７２８の温度を制御するように複数のＴＣＥ７６４を制御するために用いられてよい。温度コントローラ７６３は、流路７３６を通る冷媒流を制御するために冷媒アセンブリ７６６と連通してよい。例えば、冷媒アセンブリ７６６は、冷媒ポンプ、貯留槽、および／または、１つ以上の温度センサを備えてよい。温度コントローラ７６３は、基板支持体７２６を冷却するために、流路７３６を通る冷媒を選択的に流すように冷媒アセンブリ７６６を操作する。弁７７０およびポンプ７７２は、処理チャンバ７２２から反応剤を排気するのに用いられてよい。システムコントローラ７８０は、基板処理システム７２０の構成部品を制御するのに用いられてよい。
いくつかの例では、ＲＦ発生器７４２は、高周波（ＨＦ）源７８４および低周波（ＬＦ）源７８６を備える。ＨＦ源７８４は、１３ＭＨｚから８００ＭＨｚの周波数範囲で動作する。例えばＨＦ源７８４は、２７ＭＨｚまたは６０ＭＨｚで動作する。いくつかの例では、ＨＦ源７８４は、５０Ｗから３０００Ｗの範囲の電力を出力する。ＬＦ源７８６は、２００ｋＨｚから１３ＭＨｚの周波数範囲で動作する。例えばＬＦ源７８６は、４００ｋＨｚ、２ＭＨｚ、または１２．５ＭＨｚで動作する。いくつかの例では、ＬＦ源７８６は、１００Ｗから３０００Ｗの範囲の電力を出力する。理解されうるように、堆積は、ＨＦおよびＬＦのＲＦ電力、ＨＦのＲＦ電力、またはＬＦのＲＦ電力で行われうる。
いくつかの例では、ＲＦ電力は、１つ以上のレベルの間で連続的であってよい、またはパルス化されてよい。パルス動作が用いられた場合、パルス化は１Ｈｚから１ＭＨｚの範囲の周波数で行われうる。いくつかの例では、チャンバ圧は、５ｍＴから４５０ｍＴの範囲の所定圧で維持される。他の例では、堆積および処理は、５ｍＴから１５０ｍＴの範囲の圧力で行われる。さらに他の例では、堆積および処理は、５ｍＴから３５ｍＴの範囲の圧力で行われる。上述のように、不活性ガスを用いるプラズマ処理は、膜応力を低減するために上述のように行われうる。
前述は本質的に単なる例示であり、断じて本開示、その適用または使用を限定する意図はない。本開示の広義の教示は、様々な形態で実施されうる。よって、本開示は特定の例を含むが、図面、明細書、および以下の特許請求の範囲を検討すると他の変更が明らかになるため、本開示の真の範囲はそれほど限定されるべきでない。方法内の１つ以上の工程は、本開示の原理を変更することなく、異なる順序で（または、同時に）実行されてよいことを理解されたい。さらに、各実施形態は特定の特徴を有すると上述されているが、本開示の実施形態に関して説明されたそれらの特徴の任意の１つ以上は、他の実施形態において実施されうる、および／または、他の実施形態の特徴と組み合わせて（その組み合わせが明記されていない場合でも）実施されうる。つまり、記載の実施形態は互いに排他的でなく、１つ以上の実施形態の相互の並べ替えは、本開示の範囲内に留まる。
要素間（例えば、モジュール間、回路素子間、半導体層間など）の空間的関係および機能的関係は、「接続された」、「係合された」、「結合された」、「隣接する」、「近接する」、「上に」、「上方」、「下方」、および「配置された」を含む様々な用語を用いて説明される。上記の開示で第１要素と第２要素との関係が説明されるときは、「直接的」であると明記されない限り、その関係は、第１要素と第２要素との間に他の介在要素がない直接的関係でありうるが、第１要素と第２要素との間に１つ以上の介在要素が（空間的または機能的に）ある間接的関係でもありうる。本明細書で用いられる、Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つという表現は、非排他的論理ＯＲを用いる論理（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味すると解釈されるべきであり、「Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、およびＣのうちの少なくとも１つ」を意味すると解釈されるべきでない。
いくつかの実施形態では、コントローラは、上述の例の一部でありうるシステムの一部である。かかるシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または、特定の処理構成部品（ウエハ台座、ガス流システムなど）を備える半導体処理装置を含みうる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後の動作を制御するための電子機器と統合されてよい。これらの電子機器は「コントローラ」と呼ばれてよく、システムの様々な構成部品または副部品を制御してよい。コントローラは、処理要件および／またはシステムの種類に応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置動作設定、ツールおよび他の搬送ツールに対するウエハ搬入出、ならびに／または、特定のシステムに接続もしくは結合されたロードロックに対するウエハ搬入出を含む、本明細書に開示されたあらゆるプロセスを制御するようにプログラムされてよい。
概してコントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェア形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つ以上のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（または、プログラムファイル）の形式でコントローラに伝達される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上でもしくは半導体ウエハ向けに、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してよい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、１つ以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／または、ウエハダイの製造時における１つ以上の処理工程を実現するために、プロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
いくつかの実施形態では、コントローラは、システムと統合もしくは結合された、そうでなければシステムにネットワーク結合された、またはこれらが組み合わされたコンピュータの一部であってよい、またはそのコンピュータに結合されてよい。例えばコントローラは、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にする「クラウド」内にあってよい、またはファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってよい。コンピュータはシステムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の進捗状況を監視し、過去の製造動作の経歴を調査し、複数の製造動作から傾向または実施の基準を調査して、現行の処理のパラメータを変更し、現行の処理に続く処理工程を設定し、または、新しいプロセスを開始してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含みうるネットワークを通じて、プロセスレシピをシステムに提供できる。リモートコンピュータは、次にリモートコンピュータからシステムに伝達されるパラメータおよび／もしくは設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでよい。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の動作中に実施される各処理工程のパラメータを特定するデータ形式の命令を受信する。パラメータは、実施されるプロセスの種類、および、コントローラが結合するまたは制御するように構成されたツールの種類に固有であってよいことを理解されたい。よって、上述のようにコントローラは、例えば互いにネットワーク結合される１つ以上の別々のコントローラを含むことと、本明細書に記載のプロセスや制御などの共通の目的に向けて協働することとによって分散されてよい。かかる目的で分散されたコントローラの例は、遠隔に（例えば、プラットフォームレベルで、または、リモートコンピュータの一部として）設置され、協働して室内のプロセスを制御する１つ以上の集積回路と連通する、室内の１つ以上の集積回路だろう。
制限するのではなく、例示のシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバまたは堆積モジュール、スピンリンスチャンバまたはスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバまたは金属めっきモジュール、洗浄チャンバまたは洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはＰＶＤモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはＣＶＤモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバまたはイオン注入モジュール、トラックチャンバまたはトラックモジュール、ならびに、半導体ウエハの製作および／もしくは製造において関連もしくは使用しうる他の半導体処理システムを含んでよい。
上記のようにコントローラは、ツールによって行われる処理工程に応じて、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール構成部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または、半導体製造工場においてツール位置および／もしくはロードポートに対してウエハ容器を搬入出する材料搬送に用いられるツール、のうちの１つ以上と連通してよい。本開示は以下の適用例を含む。
［適用例１］
基板上にカーボンアッシャブルハードマスク層を堆積するための方法であって、
（ａ）処理チャンバ内に基板を配置する工程と、
（ｂ）チャンバ圧を所定圧力範囲内に設定する工程と、
（ｃ）基板温度を－２０℃から２００℃の所定温度範囲内に設定する工程と、
（ｄ）炭化水素前駆体および１つ以上の他のガスを含むガス混合物を供給する工程と、
（ｅ）第１所定期間にＲＦプラズマ電力を供給することによりプラズマを発生させて、前記基板上にカーボンアッシャブルハードマスク層を堆積する工程と、
を含む、方法。
［適用例２］
適用例１に記載の方法であって、
前記処理チャンバは、誘導結合プラズマチャンバである、方法。
［適用例３］
適用例２に記載の方法であって、
（ｅ）における前記ＲＦプラズマ電力は、３０Ｗから３０００Ｗの範囲の第１電力レベルで供給され、
さらに、前記第１所定期間中に、０Ｗよりも大きく１０００Ｗまでの範囲の第２電力レベルでＲＦバイアス電力を供給する工程を含む、方法。
［適用例４］
適用例１に記載の方法であって、さらに、
（ｆ）前記第１所定期間の後に、前記炭化水素前駆体の流れを停止する工程と、
（ｇ）応力を低減するために前記基板上で基板処理を行う工程と、
を含む、方法。
［適用例５］
適用例４に記載の方法であって、さらに、
前記カーボンアッシャブルハードマスクの前記堆積および前記基板処理を、さらに１回以上行う工程を含む、方法。
［適用例６］
適用例４に記載の方法であって、
前記カーボンアッシャブルハードマスクの前記堆積は、堆積／処理期間の３０％から９５％を構成し、前記基板処理は、前記堆積／処理期間の７０％から５％を構成する、方法。
［適用例７］
適用例４に記載の方法であって、
前記カーボンアッシャブルハードマスクの前記堆積および前記基板処理は、０．０５Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で繰り返される、方法。
［適用例８］
適用例４に記載の方法であって、
（ｇ）は、
（ｇ１）不活性ガス混合物を供給する工程と、
（ｇ２）前記第１電力レベルよりも低い第３電力レベルで前記ＲＦプラズマ電力を供給する工程と、
（ｇ３）前記第２電力レベルよりも低い第４電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
を含む、方法。
［適用例９］
適用例８に記載の方法であって、
（ｇ）は、さらに、
（ｇ４）前記第４電力レベルにおける第２所定期間の後、第３所定期間に前記第４電力レベルよりも高い第５電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
（ｇ５）前記第３所定期間の後、第４所定期間に前記第４電力レベルよりも低い第６電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
を含む、方法。
［適用例１０］
適用例９に記載の方法であって、さらに、
（ｃ）から（ｇ５）を１回以上繰り返す工程を含む、方法。
［適用例１１］
適用例１０に記載の方法であって、
前記第３電力レベルは、０Ｗから５００Ｗの範囲であり、
前記第４電力レベルは、３０Ｗから１０００Ｗの範囲であり、
前記第５電力レベルは、１００Ｗから１５００Ｗの範囲であり、
前記第６電力レベルは、３０Ｗから１０００Ｗの範囲である、方法。
［適用例１２］
適用例１に記載の方法であって、
前記所定温度範囲は、０℃から８０℃である、方法。
［適用例１３］
適用例１に記載の方法であって、
前記所定圧力範囲は、５ｍＴから４５０ｍＴである、方法。
［適用例１４］
適用例１に記載の方法であって、
前記所定圧力範囲は、５ｍＴから３５ｍＴである、方法。
［適用例１５］
適用例１に記載の方法であって、
前記処理チャンバは、容量結合プラズマチャンバである、方法。
［適用例１６］
基板上にカーボンアッシャブルハードマスク層を堆積するための方法であって、
（ａ）処理チャンバ内に基板を配置する工程と、
（ｂ）チャンバ圧を所定圧力範囲内に設定する工程と、
（ｃ）基板温度を所定温度範囲内に設定する工程と、
（ｄ）炭化水素前駆体および１つ以上のガスを含むガス混合物を供給する工程と、
（ｅ）第１所定期間にＲＦプラズマ電力を供給することによりプラズマを発生させて、カーボンアッシャブルハードマスク層を堆積する工程と、
（ｆ）前記第１所定期間の後に、前記炭化水素前駆体の流れを停止する工程と、
（ｇ）応力を低減するために前記基板上で基板処理を行う工程と、
を含む、方法。
［適用例１７］
適用例１６に記載の方法であって、さらに、
前記カーボンアッシャブルハードマスクの前記堆積および前記基板処理をさらに１回以上行う工程を含む、方法。
［適用例１８］
適用例１７に記載の方法であって、
前記カーボンアッシャブルハードマスクの前記堆積は、堆積／処理期間の３０％から９５％について行われ、前記基板処理は、前記堆積／処理期間の７０％から５％について行われる、方法。
［適用例１９］
適用例１７に記載の方法であって、
前記カーボンアッシャブルハードマスクの前記堆積および前記基板処理は、０．０５Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で繰り返される、方法。
［適用例２０］
適用例１６に記載の方法であって、
（ｇ）は、
（ｇ１）不活性ガス混合物を供給する工程と、
（ｇ２）前記第１電力レベルよりも低い第３電力レベルで前記ＲＦプラズマ電力を供給する工程と、
（ｇ３）前記第２電力レベルよりも低い第４電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
を含む、方法。
［適用例２１］
適用例２０に記載の方法であって、
（ｇ）は、さらに、
（ｇ４）前記第４電力レベルにおける第２所定期間の後、第３所定期間に前記第４電力レベルよりも高い第５電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
（ｇ５）前記第３所定期間の後、第４所定期間に前記第４電力レベルよりも低い第６電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
を含む、方法。
［適用例２２］
適用例２１に記載の方法であって、
（ｅ）における前記ＲＦプラズマ電力は、３０Ｗから３０００Ｗの範囲の第１電力レベルで供給され、
さらに、前記第１所定期間に０Ｗよりも大きく１０００Ｗまでの範囲の第２電力レベルでＲＦバイアス電力を供給する工程を含む、方法。
［適用例２３］
適用例２１に記載の方法であって、さらに、
（ｃ）から（ｇ５）を１回以上繰り返す工程を含む、方法。
［適用例２４］
適用例２１に記載の方法であって、
前記第３電力レベルは、０Ｗから５００Ｗの範囲であり、
前記第４電力レベルは、３０Ｗから１０００Ｗの範囲であり、
前記第５電力レベルは、１００Ｗから１５００Ｗの範囲であり、
前記第６電力レベルは、３０Ｗから１０００Ｗの範囲である、方法。
［適用例２５］
適用例１６に記載の方法であって、
前記所定温度範囲は、０℃から８０℃である、方法。
［適用例２６］
適用例１６に記載の方法であって、
前記所定圧力範囲は、５ｍＴから４５０ｍＴである、方法。
［適用例２７］
適用例１６に記載の方法であって、
前記所定圧力範囲は、５ｍＴから３５ｍＴである、方法。
［適用例２８］
適用例１６に記載の方法であって、
前記処理チャンバは、容量結合プラズマチャンバである、方法。

Claims (28)

  1. 基板上にカーボンアッシャブルハードマスク層を堆積するための方法であって、
    （ａ）処理チャンバ内に前記基板を配置する工程と、
    （ｂ）チャンバ圧を所定圧力範囲内に設定する工程と、
    （ｃ）基板温度を－２０℃から２００℃の所定温度範囲内に設定する工程と、
    （ｄ）炭化水素前駆体および１つ以上の他のガスを含むガス混合物を供給する工程と、
    （ｅ）第１所定期間に第１電力レベルでＲＦプラズマ電力を供給し、かつ、前記第１所定期間に第２電力レベルでＲＦバイアス電力を供給することによって、プラズマを発生させて、前記基板上に前記カーボンアッシャブルハードマスク層を堆積する工程と、
    （ｆ）前記第１所定期間の後に、前記炭化水素前駆体の流れを停止する工程と、
    （ｇ）応力を低減するために前記基板上で基板処理を行う工程と、
    を含み、
    （ｇ）は、
    （ｇ１）不活性ガス混合物を供給する工程と、
    （ｇ２）前記第１電力レベルよりも低い第３電力レベルで前記ＲＦプラズマ電力を供給する工程と、
    （ｇ３）前記第２電力レベルよりも低い第４電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
    を含む、
    方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    前記処理チャンバは、誘導結合プラズマチャンバである、方法。
  3. 請求項１に記載の方法であって、
    （ｅ）における前記ＲＦプラズマ電力は、３０Ｗから３０００Ｗの範囲で供給され、
    （ｅ）における前記ＲＦバイアス電力は、０Ｗよりも大きく１０００Ｗまでの範囲で供給される、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    前記カーボンアッシャブルハードマスク層の前記堆積および前記基板処理を、さらに１回以上行う工程を含む、方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、
    前記カーボンアッシャブルハードマスク層の前記堆積は、堆積／処理期間の３０％から９５％を構成し、前記基板処理は、前記堆積／処理期間の７０％から５％を構成する、方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、
    前記カーボンアッシャブルハードマスク層の前記堆積および前記基板処理は、０．０５Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で繰り返される、方法。
  7. 請求項１に記載の方法であって、
    （ｇ）は、さらに、
    （ｇ４）前記第４電力レベルにおける第２所定期間の後、第３所定期間に前記第４電力レベルよりも高い第５電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
    （ｇ５）前記第３所定期間の後、第４所定期間に前記第４電力レベルよりも低い第６電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
    を含む、方法。
  8. 請求項７に記載の方法であって、さらに、
    （ｃ）から（ｇ５）を１回以上繰り返す工程を含む、方法。
  9. 請求項８に記載の方法であって、
    前記第３電力レベルは、０Ｗから５００Ｗの範囲であり、
    前記第４電力レベルは、３０Ｗから１０００Ｗの範囲であり、
    前記第５電力レベルは、１００Ｗから１５００Ｗの範囲であり、
    前記第６電力レベルは、３０Ｗから１０００Ｗの範囲である、方法。
  10. 請求項１に記載の方法であって、
    前記所定温度範囲は、０℃から８０℃である、方法。
  11. 請求項１に記載の方法であって、
    前記所定圧力範囲は、５ｍＴから４５０ｍＴである、方法。
  12. 請求項１に記載の方法であって、
    前記所定圧力範囲は、５ｍＴから３５ｍＴである、方法。
  13. 請求項１に記載の方法であって、
    前記処理チャンバは、容量結合プラズマチャンバである、方法。
  14. 基板上にカーボンアッシャブルハードマスク層を堆積するための方法であって、
    （ａ）処理チャンバ内に前記基板を配置する工程と、
    （ｂ）チャンバ圧を所定圧力範囲内に設定する工程と、
    （ｃ）基板温度を所定温度範囲内に設定する工程と、
    （ｄ）炭化水素前駆体および１つ以上のガスを含むガス混合物を供給する工程と、
    （ｅ）第１所定期間に第１電力レベルでＲＦプラズマ電力を供給し、かつ、前記第１所定期間に第２電力レベルでＲＦバイアス電力を供給することによりプラズマを発生させて、前記カーボンアッシャブルハードマスク層を堆積する工程と、
    （ｆ）前記第１所定期間の後に、前記炭化水素前駆体の流れを停止する工程と、
    （ｇ）応力を低減するために前記基板上で基板処理を行う工程と、
    を含み、
    （ｇ）は、
    （ｇ１）不活性ガス混合物を供給する工程と、
    （ｇ２）前記第１電力レベルよりも低い第３電力レベルで前記ＲＦプラズマ電力を供給する工程と、
    （ｇ３）前記第２電力レベルよりも低い第４電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
    を含む、方法。
  15. 請求項１４に記載の方法であって、さらに、
    前記カーボンアッシャブルハードマスク層の前記堆積および前記基板処理をさらに１回以上行う工程を含む、方法。
  16. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記カーボンアッシャブルハードマスク層の前記堆積は、堆積／処理期間の３０％から９５％について行われ、前記基板処理は、前記堆積／処理期間の７０％から５％について行われる、方法。
  17. 請求項１５に記載の方法であって、
    前記カーボンアッシャブルハードマスク層の前記堆積および前記基板処理は、０．０５Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲の周波数で繰り返される、方法。
  18. 請求項１４に記載の方法であって、
    （ｅ）における前記ＲＦプラズマ電力は、３０Ｗから３０００Ｗの範囲で供給され、
    （ｅ）における前記ＲＦバイアス電力は、０Ｗよりも大きく１０００Ｗまでの範囲で供給される、方法。
  19. 請求項１４に記載の方法であって、
    （ｇ）は、さらに、
    （ｇ４）前記第４電力レベルにおける第２所定期間の後、第３所定期間に前記第４電力レベルよりも高い第５電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
    （ｇ５）前記第３所定期間の後、第４所定期間に前記第４電力レベルよりも低い第６電力レベルで前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
    を含む、方法。
  20. 請求項１９に記載の方法であって、さらに、
    （ｃ）から（ｇ５）を１回以上繰り返す工程を含む、方法。
  21. 請求項１９に記載の方法であって、
    前記第３電力レベルは、０Ｗから５００Ｗの範囲であり、
    前記第４電力レベルは、３０Ｗから１０００Ｗの範囲であり、
    前記第５電力レベルは、１００Ｗから１５００Ｗの範囲であり、
    前記第６電力レベルは、３０Ｗから１０００Ｗの範囲である、方法。
  22. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記所定温度範囲は、０℃から８０℃である、方法。
  23. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記所定圧力範囲は、５ｍＴから４５０ｍＴである、方法。
  24. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記所定圧力範囲は、５ｍＴから３５ｍＴである、方法。
  25. 請求項１４に記載の方法であって、
    前記処理チャンバは、容量結合プラズマチャンバである、方法。
  26. 請求項１に記載の方法であって、
    （ｇ）は、前記基板上で前記基板処理を行いながら前記プラズマを維持する工程を含む、方法。
  27. 請求項１に記載の方法であって、
    （ｇ）は、前記基板上で前記基板処理を行いながら前記プラズマを消弧する工程を含む、方法。
  28. 請求項１に記載の方法であって、
    （ｇ）は、
    前記プラズマを消弧する工程と、
    前記ＲＦバイアス電力を供給する工程と、
    を含む、方法。
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