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JP7678830B2 - Method for producing dense carbon films for hardmasks and other patterning applications - Patents.com - Google Patents

Method for producing dense carbon films for hardmasks and other patterning applications - Patents.com Download PDF

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JP7678830B2 JP2022581496A JP2022581496A JP7678830B2 JP 7678830 B2 JP7678830 B2 JP 7678830B2 JP 2022581496 A JP2022581496 A JP 2022581496A JP 2022581496 A JP2022581496 A JP 2022581496A JP 7678830 B2 JP7678830 B2 JP 7678830B2
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Description

[0001] 本開示の実施形態は、概して、集積回路の製造に関する。より具体的には、本明細書に記載され説明される実施形態は、パターニング応用のための高密度膜の堆積のための技術を提供する。 [0001] Embodiments of the present disclosure relate generally to integrated circuit manufacturing. More specifically, embodiments described and illustrated herein provide techniques for the deposition of dense films for patterning applications.

関連技術の説明
[0002] 集積回路は、単一チップ上に数百万個ものトランジスタ、コンデンサ、及び抵抗器が搭載されうる複雑なデバイスへと進化を遂げている。チップ設計の進化には、より高速な回路とより高い回路密度とが、絶えず必要とされる。より高い回路密度を有するより高速な回路に対する要求により、かかる集積回路の製造に使用される材料についても、相応な要求が課されている。具体的には、集積回路構成要素の寸法がサブミクロン単位まで小さくなるにつれ、かかる構成要素から適切な電気的性能を得るために、低抵抗率の導電性材料だけでなく低誘電率の絶縁材料を使用することも、現在必要になっている。
Description of the Related Art [0002] Integrated circuits have evolved into complex devices that may contain millions of transistors, capacitors, and resistors on a single chip. Evolution in chip design continually requires faster circuits and greater circuit density. The demand for faster circuits with greater circuit density places corresponding demands on the materials used in the fabrication of such integrated circuits. In particular, as the dimensions of integrated circuit components shrink to sub-micron scale, it is now necessary to use not only conductive materials with low resistivity, but also insulating materials with low dielectric constants to obtain adequate electrical performance from such components.

[0003] より大きな集積回路密度に対する要求は、集積回路構成要素の製造に使用される処理シーケンスにも要求を課す。例えば、従来のフォトリソグラフィ技法を使用する処理シーケンスでは、基板に配置された積層体の材料層の上にエネルギー感応性レジストの層が形成される。このエネルギー感応性レジスト層は、パターンの像に露光され、フォトレジストマスクが形成される。その後、エッチング処理を使用して、マスクパターンが積層体の1つ又は複数の材料層に転写される。このエッチング処理で使用される化学エッチャントは、エネルギー感応性レジストのマスクに対してよりも、積層体の材料層に対してより高いエッチング選択性を有するように選択される。つまり、この化学エッチャントは、エネルギー感応性レジストよりもはるかに速い速度で材料積層体の1つ又は複数の層をエッチングする。レジスト上の積層体の1つ又は複数の材料層に対するエッチング選択性により、パターン転写が完了する前のエネルギー感応性レジストの消耗が防止される。 [0003] The demand for greater integrated circuit density also places demands on the process sequences used to manufacture integrated circuit components. For example, in a process sequence using conventional photolithography techniques, a layer of energy sensitive resist is formed over a material layer of a stack disposed on a substrate. The energy sensitive resist layer is exposed to an image of a pattern to form a photoresist mask. An etching process is then used to transfer the mask pattern to one or more material layers of the stack. A chemical etchant used in the etching process is selected to have a higher etch selectivity for the material layer of the stack than for the energy sensitive resist mask. That is, the chemical etchant etches the one or more layers of the material stack at a much faster rate than the energy sensitive resist. The etch selectivity for one or more material layers of the stack over the resist prevents the energy sensitive resist from being worn out before the pattern transfer is complete.

[0004] パターン寸法が縮小するにつれて、パターン解像度を制御するために、エネルギー感応性レジストの厚さも相応に小さくなる。このような薄いレジスト層は、化学エッチャントの浸食により、パターン転写工程中に下層の材料層をマスキングするのに不十分となることがありうる。ハードマスクと呼ばれる中間層(例えば、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、又は炭素膜)は、エネルギー感応性レジスト層と下層の材料層との間に使用されることが多く、化学エッチャントに対する耐性がより高いので、パターン転写を容易にする。高いエッチング選択性と速い堆積速度の両方を有するハードマスク材料が、求められている。限界寸法(CD)が小さくなっているため、既存のハードマスク材料は、下層材料(例えば酸化物及び窒化物)と比較して望ましいエッチング選択性が欠如しており、かつ多くの場合、堆積が困難である。 [0004] As pattern dimensions shrink, the thickness of the energy sensitive resist is correspondingly reduced to control pattern resolution. Such thin resist layers may be insufficient to mask the underlying material layer during the pattern transfer process due to erosion by chemical etchants. An intermediate layer called a hard mask (e.g., silicon oxynitride, silicon carbide, or carbon film) is often used between the energy sensitive resist layer and the underlying material layer to facilitate pattern transfer by being more resistant to chemical etchants. Hard mask materials that have both high etch selectivity and fast deposition rates are needed. As critical dimensions (CDs) shrink, existing hard mask materials lack the desired etch selectivity compared to the underlying materials (e.g., oxides and nitrides) and are often difficult to deposit.

[0005] したがって、当該技術分野では、改善されたハードマスク層、及び改善されたハードマスク層を堆積するための方法が必要とされている。 [0005] Thus, there is a need in the art for improved hardmask layers and methods for depositing improved hardmask layers.

[0006] 本開示の実施形態は、概して、集積回路の製造に関する。より具体的には、本明細書に記載され説明される実施形態は、パターニング応用のための低応力(reduced-stress)ダイヤモンド状炭素膜膜などの高密度膜の堆積のための技法を提供する。1つ又は複数の実施形態では、基板を処理する方法は、静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に、炭化水素化合物を含む堆積ガスを流すことを含み、処理空間は約0.5mTorr~約10Torrの圧力で維持されている。この方法はまた、静電チャックに第1のRFバイアスを印加して、処理空間内の基板の上方にプラズマを生成し、基板上に応力負荷(stressed)ダイヤモンド状炭素膜を堆積させることを含み、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、500MPa以上の圧縮応力を有する。この方法は、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を約200℃~約600℃の温度で約15秒~約60分間加熱することをさらに含む。低応力ダイヤモンド状炭素膜は、500MPa未満の圧縮応力と1.5g/ccを上回る密度とを有する。いくつかの実施例では、窒素ドープダイヤモンド状炭素膜は、1.5g/cc超~約2.1g/ccの密度と、約20MPa~約400MPaの圧縮応力とを有する。 [0006] Embodiments of the present disclosure generally relate to integrated circuit manufacturing. More specifically, the embodiments described and illustrated herein provide techniques for the deposition of dense films, such as reduced-stress diamond-like carbon films for patterning applications. In one or more embodiments, a method of processing a substrate includes flowing a deposition gas including a hydrocarbon compound into a processing space of a processing chamber having a substrate disposed on an electrostatic chuck, the processing space being maintained at a pressure of about 0.5 mTorr to about 10 Torr. The method also includes applying a first RF bias to the electrostatic chuck to generate a plasma above the substrate in the processing space and depositing a stressed diamond-like carbon film on the substrate, the stressed diamond-like carbon film having a compressive stress of 500 MPa or more. The method further includes heating the stressed diamond-like carbon film during a thermal annealing process at a temperature of about 200° C. to about 600° C. for about 15 seconds to about 60 minutes to produce a reduced-stress diamond-like carbon film. The low stress diamond-like carbon film has a compressive stress of less than 500 MPa and a density greater than 1.5 g/cc. In some embodiments, the nitrogen-doped diamond-like carbon film has a density of greater than 1.5 g/cc to about 2.1 g/cc and a compressive stress of about 20 MPa to about 400 MPa.

[0007] いくつかの実施形態では、基板を処理する方法は、静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に、炭化水素化合物を含む堆積ガスを流すことを含み、処理空間は約0.5mTorr~約10Torrの圧力で維持されている。この方法はまた、基板上に応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させるために、静電チャックに第1のRFバイアスを印加することにより、処理空間内の基板の上方においてプラズマを生成することを含む。応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、約50原子%~約90原子%のspハイブリッド炭素原子を含み、500MPa以上の圧縮応力と1.5g/ccを上回る密度とを有する。この方法はまた、熱アニーリング処理の間に、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を含む基板をプラズマ処理チャンバから熱アニーリングチャンバへ移送することと、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を約200℃~約600℃の温度で約15秒~約60分間加熱することとを含む。低応力ダイヤモンド状炭素膜は、約50原子%~約90原子%のspハイブリッド炭素原子を含み、約20MPa~500MPa未満の圧縮応力と1.5g/cc超~約2.1g/ccの密度とを有する。 [0007] In some embodiments, a method of processing a substrate includes flowing a deposition gas including a hydrocarbon compound into a processing space of a processing chamber having a substrate disposed on an electrostatic chuck, the processing space being maintained at a pressure between about 0.5 mTorr and about 10 Torr. The method also includes generating a plasma above the substrate in the processing space by applying a first RF bias to the electrostatic chuck to deposit a stressed diamond-like carbon film on the substrate. The stressed diamond-like carbon film includes between about 50 atomic % and about 90 atomic % sp 3 hybridized carbon atoms and has a compressive stress of 500 MPa or more and a density greater than 1.5 g/cc. The method also includes transferring the substrate including the stressed diamond-like carbon film from the plasma processing chamber to a thermal annealing chamber during a thermal annealing process, and heating the stressed diamond-like carbon film at a temperature between about 200° C. and about 600° C. for between about 15 seconds and about 60 minutes to produce a low stress diamond-like carbon film. The low stress diamond-like carbon film contains about 50 atomic % to about 90 atomic % sp 3 hybridized carbon atoms, has a compressive stress of about 20 MPa to less than 500 MPa, and a density of greater than 1.5 g/cc to about 2.1 g/cc.

[0008] 他の実施形態では、基板を処理する方法は、静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に炭化水素化合物を含む堆積ガスを流すことと、静電チャックに第1のRFバイアスを印加することにより、処理空間内の基板の上方においてプラズマを生成し、基板上に応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させることとを含む。応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、500MPa以上の圧縮応力を有する。この方法はまた、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を約200℃~約600℃の温度で約15秒~約60分間加熱することを含む。低応力ダイヤモンド状炭素膜は、500MPa未満の圧縮応力と1.5g/ccを上回る密度とを有する。また、低応力ダイヤモンド状炭素膜の圧縮応力は、応力負荷ダイヤモンドラ状炭素膜の圧縮応力より約40%~約90%小さい。この方法は、低応力ダイヤモンド状炭素膜の上にパターニングされたフォトレジスト層を形成することと、パターニングフォトレジスト層に対応するパターンで低応力ダイヤモンド状炭素膜をエッチングすることと、パターンを基板にエッチングすることとをさらに含む。 [0008] In another embodiment, a method for processing a substrate includes flowing a deposition gas including a hydrocarbon compound into a processing space of a processing chamber having a substrate disposed on an electrostatic chuck, and applying a first RF bias to the electrostatic chuck to generate a plasma above the substrate in the processing space and deposit a stressed diamond-like carbon film on the substrate. The stressed diamond-like carbon film has a compressive stress of 500 MPa or more. The method also includes heating the stressed diamond-like carbon film at a temperature of about 200° C. to about 600° C. for about 15 seconds to about 60 minutes during a thermal annealing process to produce a low-stress diamond-like carbon film. The low-stress diamond-like carbon film has a compressive stress of less than 500 MPa and a density of greater than 1.5 g/cc. The compressive stress of the low-stress diamond-like carbon film is about 40% to about 90% less than the compressive stress of the stressed diamond-like carbon film. The method further includes forming a patterned photoresist layer over the low-stress diamond-like carbon film, etching the low-stress diamond-like carbon film in a pattern corresponding to the patterned photoresist layer, and etching the pattern into the substrate.

[0009] 1つ又は複数の実施形態では、極紫外線(「EUV」)リソグラフィ処理の下層として使用するための低応力ダイヤモンド状炭素膜が提供され、約50原子%~約90原子%、又は約60原子%~約70原子%のspハイブリッド炭素原子を含む。低応力ドープダイヤモンド状炭素膜は、1.5g/cc超~約2.1g/cc、約1.55g/cc~2g/cc未満、又は約1.6g/cc~約1.8g/ccの密度と、60GPa~約150GPa、又は約65GPa~約80GPaの弾性率と、約20MPa~約600MPa未満、又は約200MPa~約500MPa、又は約250MPa~約400MPaの圧縮応力とを有する。 [0009] In one or more embodiments, a low stress diamond-like carbon film for use as an underlayer in extreme ultraviolet ("EUV") lithography processing is provided and includes about 50 atomic % to about 90 atomic %, or about 60 atomic % to about 70 atomic % sp3 hybridized carbon atoms. The low stress doped diamond-like carbon film has a density of greater than 1.5 g/cc to about 2.1 g/cc, about 1.55 g/cc to less than 2 g/cc, or about 1.6 g/cc to about 1.8 g/cc, an elastic modulus of 60 GPa to about 150 GPa, or about 65 GPa to about 80 GPa, and a compressive stress of about 20 MPa to less than about 600 MPa, or about 200 MPa to about 500 MPa, or about 250 MPa to about 400 MPa.

[0010] 上述の本開示の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実装を参照することによって得られ、一部の実装は、付随する図面に例示されている。しかしながら、本開示が他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示すものであり、したがって、本発明の範囲を限定すると見なされないことに注意されたい。 [0010] In order that the features of the present disclosure may be understood in detail, a more particular description of the present disclosure briefly summarized above may be obtained by reference to implementations, some of which are illustrated in the accompanying drawings. It should be noted, however, that the present disclosure may admit of other equally effective embodiments, and therefore, the accompanying drawings depict only typical embodiments of the present disclosure, and are not to be considered as limiting the scope of the present invention.

本明細書に記載され説明される1つ又は複数の実施形態による処理を実践するために使用することができる堆積システムの概略断面図を示す。FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a deposition system that can be used to practice processes according to one or more embodiments described and illustrated herein. 本明細書に記載され説明される1つ又は複数の実施形態による処理を実践するために使用することができる別の堆積システムの概略断面図を示す。FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of another deposition system that can be used to practice processes according to one or more embodiments described and illustrated herein. 本明細書に記載され説明される1つ又は複数の実施形態による図1A及び図1Bの装置において使用されうる、静電チャックの概略断面図を示す。FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of an electrostatic chuck that may be used in the apparatus of FIGS. 1A and 1B according to one or more embodiments described and illustrated herein. 本明細書に記載され説明される1つ又は複数の実施形態による基板上に配置された膜積層体の上に低応力ダイヤモンド状炭素膜を形成するための方法のフロー図を示す。1 illustrates a flow diagram of a method for forming a low stress diamond-like carbon film on a film stack disposed on a substrate according to one or more embodiments described and illustrated herein. 本明細書に記載され説明される1つ又は複数の実施形態による基板上に形成された膜積層体上に低応力ダイヤモンド状炭素膜を形成するためのシーケンスを示す。1 illustrates a sequence for forming a low stress diamond-like carbon film on a film stack formed on a substrate according to one or more embodiments described and illustrated herein. 本明細書に記載され説明される1つ又は複数の実施形態による基板上に形成された膜積層体上に低応力ダイヤモンド状炭素膜を形成するためのシーケンスを示す。1 illustrates a sequence for forming a low stress diamond-like carbon film on a film stack formed on a substrate according to one or more embodiments described and illustrated herein. 本明細書に記載の1つ又は複数の実施形態による低応力ダイヤモンド状炭素膜を使用する方法のフロー図を示す。1 illustrates a flow diagram of a method of using a low stress diamond-like carbon film according to one or more embodiments described herein.

[0017] 理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指し示すために、可能な場合には、同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられている。 [0017] For ease of understanding, identical reference numbers have been used, where possible, to designate identical elements common to the figures. It is believed that elements and features of one embodiment may be beneficially incorporated in other embodiments without further description.

[0018] 本明細書で提供される実施形態は、低応力ダイヤモンド状炭素膜と、低応力ダイヤモンド状炭素膜を基板上に堆積させるか又は形成するための方法とに関する。本開示の様々な実施形態の完全な理解をもたらすために、特定の詳細が以下の説明及び図1A~図5で提示されている。様々な実行形態の説明を不必要に曖昧にすることを避けるために、プラズマ処理及びダイヤモンド状炭素膜の堆積に関連することが多い周知の構造及びシステムについて説明するその他の詳細事項は、以下の開示に明記しない。 [0018] Embodiments provided herein relate to low stress diamond-like carbon films and methods for depositing or forming low stress diamond-like carbon films on substrates. Specific details are presented in the following description and in Figures 1A-5 to provide a thorough understanding of various embodiments of the present disclosure. Other details describing well-known structures and systems often associated with plasma processing and deposition of diamond-like carbon films are not set forth in the following disclosure to avoid unnecessarily obscuring the description of the various implementations.

[0019] 図面に示す詳細、寸法、角度、及びその他の特徴の多くは、特定の実施形態の例示に過ぎない。したがって、他の実施形態は、本開示の主旨又は範囲から逸脱することなく、他の詳細、構成要素、寸法、角度、及び特徴を有しうる。加えて、本開示のさらなる実施形態は、以下に記載された詳細のうちのいくつかがなくても、実施可能である。 [0019] Many of the details, dimensions, angles, and other features shown in the drawings are merely illustrative of particular embodiments. Thus, other embodiments may have other details, components, dimensions, angles, and features without departing from the spirit or scope of the present disclosure. In addition, further embodiments of the present disclosure may be practiced without some of the details described below.

[0020] 本明細書に記載の実施形態は、高密度(例えば、>1.5g/cc)、高弾性率(例えば、>60GPa)、及び低圧縮応力(例えば、<500MPa)を有する低応力ダイヤモンド状炭素膜の製造方法の改良を含む。本明細書に記載の実施形態により製造される低応力ダイヤモンド状炭素膜は、非晶質であり、現行のパターニング膜よりも低い応力とともに、より高いエッチング選択性を有している。本明細書に記載の実施形態により製造される低応力ダイヤモンド状炭素膜は、圧縮応力が低いだけでなく、sp炭素含有量が高くなっている。概して、本明細書に記載の堆積処理及びアニーリング処理はまた、ハードマスク応用の現行の集積化スキームと完全な互換性がある。 [0020] The embodiments described herein include an improved method for producing low stress diamond-like carbon films with high density (e.g., >1.5 g/cc), high modulus (e.g., >60 GPa), and low compressive stress (e.g., <500 MPa). The low stress diamond-like carbon films produced by the embodiments described herein are amorphous and have lower stress than current patterned films as well as higher etch selectivity. The low stress diamond-like carbon films produced by the embodiments described herein not only have low compressive stress, but also have high sp 3 carbon content. In general, the deposition and annealing processes described herein are also fully compatible with current integration schemes for hardmask applications.

[0021] 1つ又は複数の実施形態において、低応力ダイヤモンド状炭素膜の作製又は製造は、化学気相堆積(CVD)処理などの堆積処理中に基板上に応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積又は形成することと、次に、熱アニーリング処理中などに基板をアニーリングすることにより、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を低応力ダイヤモンド状炭素膜に変換することとを含む。例えば、この方法は、静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に炭化水素化合物を含む堆積ガスを流すことと、静電チャックに第1のRFバイアスを印加することにより、基板の上方にプラズマを生成して、基板上に応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させることとを含む。応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、一般的に500MPa以上の圧縮応力を有し、例えば約-600MPa~約-1,000MPaの圧縮応力を有する。この方法はまた、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を約200℃~約600℃の温度で約15秒~約60分間加熱することを含む。 [0021] In one or more embodiments, the creation or manufacture of a low stress diamond-like carbon film includes depositing or forming a stressed diamond-like carbon film on a substrate during a deposition process, such as a chemical vapor deposition (CVD) process, and then converting the stressed diamond-like carbon film to a low stress diamond-like carbon film by annealing the substrate, such as during a thermal annealing process. For example, the method includes flowing a deposition gas including a hydrocarbon compound into a process space of a process chamber having a substrate disposed on an electrostatic chuck, and applying a first RF bias to the electrostatic chuck to generate a plasma above the substrate to deposit a stressed diamond-like carbon film on the substrate. The stressed diamond-like carbon film typically has a compressive stress of 500 MPa or more, for example, a compressive stress of about -600 MPa to about -1,000 MPa. The method also includes heating the stressed diamond-like carbon film to a temperature of about 200° C. to about 600° C. for about 15 seconds to about 60 minutes during a thermal annealing process to produce a low stress diamond-like carbon film.

[0022] いくつかの実施形態では、本明細書に記載の応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、1つ又は複数の炭化水素化合物を用いて、例えば、プラズマCVD処理及び/又は熱CVD処理などのCVDによって形成されてもよい。1つ又は複数の実施例では、1つ又は複数の炭化水素化合物、及び任意選択により1つ又は複数の希釈ガスを含む堆積ガスは、処理チャンバの処理空間に流されるか又は導入されうる。基板は処理空間内の静電チャックに位置するか、静電チャック上に配置され、静電チャックはチャッキング電極と、チャッキング電極から分離されたRF電極とを有する。この方法は、基板上に応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させるために、RF電極に第1のRFバイアスと、チャッキング電極に第2のRFバイアスとを印加することにより、基板の上、及び/又は基板の上方にプラズマを生成することをさらに含む。 [0022] In some embodiments, the stressed diamond-like carbon films described herein may be formed by CVD, such as, for example, plasma enhanced CVD and/or thermal CVD processes, using one or more hydrocarbon compounds. In one or more examples, a deposition gas including one or more hydrocarbon compounds and, optionally, one or more dilution gases, may be flowed or introduced into a processing space of a processing chamber. The substrate is positioned on or on an electrostatic chuck in the processing space, the electrostatic chuck having a chucking electrode and an RF electrode separated from the chucking electrode. The method further includes generating a plasma on and/or above the substrate by applying a first RF bias to the RF electrode and a second RF bias to the chucking electrode to deposit the stressed diamond-like carbon film on the substrate.

[0023] 例示的な炭化水素化合物は、エチレン又はアセチレン(C)、プロペン(C)、メタン(CH)、ブテン(C)、1,3-ジメチルアダマンタン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ2,5-ジエン(2,5-ノルボルナジエン)、アダマンティン(C1016)、ノルボルネン(C10)、これらの誘導体、これらの異性体、又はこれらの任意の組み合せであるか、これらを含みうる。堆積ガスは、例えば、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、窒素(N)、水素(H)、又はこれらの任意の組み合わせなど、1つ、2つ、又はそれ以上の希釈ガス、キャリアガス、及び/又はパージガスをさらに含んでもよい。いくつかの実施例では、堆積ガスは、膜の品質を向上させるために、塩素(Cl)、四フッ化炭素(CF)、及び/又は三フッ化窒素(NF)などのエッチャントガスをさらに含んでもよい。 [0023] Exemplary hydrocarbon compounds may be or include ethylene or acetylene ( C2H2 ), propene ( C3H6 ), methane ( CH4 ), butene ( C4H8 ), 1,3-dimethyladamantane, bicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene (2,5-norbornadiene), adamantine ( C10H16 ), norbornene ( C7H10 ), derivatives thereof, isomers thereof , or any combination thereof. The deposition gas may further include one, two, or more diluent , carrier, and/or purge gases, such as, for example, helium, argon, xenon, neon, nitrogen ( N2 ), hydrogen ( H2 ), or any combination thereof. In some embodiments, the deposition gas may further include an etchant gas, such as chlorine (Cl 2 ), carbon tetrafluoride (CF 4 ), and/or nitrogen trifluoride (NF 3 ), to improve film quality.

[0024] 基板及び/又は処理空間は、堆積処理の間、個別の温度で加熱及び維持することができる。基板及び/又は処理空間は、約50℃、約40℃、約25℃、約10℃、約5℃、約0℃、約5℃、又は約10℃~約15℃、約20℃、約23℃、約30℃、約50℃、約100℃、約150℃、約200℃、約300℃、約400℃、約500℃、又は約600℃まで加熱されうる。例えば、基板及び/又は処理空間は、約50℃~約600℃、約50℃~約450℃、約50℃~約350℃、約50℃~約200℃、約50℃~約100℃、約50℃~約50℃、約50℃~約0℃、約40℃~約200℃、約40℃~約100℃、約40℃~約80℃、約40℃~約50℃、約40℃~約25℃、約40℃~約10℃、約40℃~約0℃、約0℃~約600℃、約0℃~約450℃、約0℃~約350℃、約0℃~約200℃、約0℃~約120℃、約0℃~約100℃、約0℃~約80℃、約0℃~約50℃、約0℃~約25℃、約10℃~約600℃、約10℃~約450℃、約10℃~約350℃、約10℃~約200℃、約10℃~約100℃、又は約10℃~約50℃の温度に加熱されうる。 [0024] The substrate and/or the processing space can be heated and maintained at a particular temperature during the deposition process. The substrate and/or the processing space can be heated to about 50°C, about 40°C, about 25°C, about 10°C, about 5°C, about 0°C, about 5°C, or about 10°C to about 15°C, about 20°C, about 23°C, about 30°C, about 50°C, about 100°C, about 150°C, about 200°C, about 300°C, about 400°C, about 500°C, or about 600°C. For example, the substrate and/or processing space may be heated to a temperature between about 50° C. and about 600° C., between about 50° C. and about 450° C., between about 50° C. and about 350° C., between about 50° C. and about 200° C., between about 50° C. and about 100° C., between about 50° C. and about 50° C., between about 50° C. and about 0° C., between about 40° C. and about 200° C., between about 40° C. and about 100° C., between about 40° C. and about 80° C., between about 40° C. and about 50° C., between about 40° C. and about 25° C., between about 40° C. and about 10° C., between about 40° C. and about 0° C., between about It may be heated to a temperature of 0°C to about 600°C, about 0°C to about 450°C, about 0°C to about 350°C, about 0°C to about 200°C, about 0°C to about 120°C, about 0°C to about 100°C, about 0°C to about 80°C, about 0°C to about 50°C, about 0°C to about 25°C, about 10°C to about 600°C, about 10°C to about 450°C, about 10°C to about 350°C, about 10°C to about 200°C, about 10°C to about 100°C, or about 10°C to about 50°C.

[0025] 処理チャンバの処理空間は、堆積処理の間、大気圧以下の圧力に維持される。処理チャンバの処理空間は、約0.1mTorr、約0.5mTorr、約1mTorr、約5mTorr、約10mTorr、約50mTorr、又は約80mTorr~約100mTorr、約250mTorr、約500mTorr、約1Torr、約5Torr、約10Torr、約20Torr、約50Torr、又は約100Torrの圧力に維持されている。例えば、処理チャンバの処理空間は、約0.1mTorr~約10Torr、約0.1mTorr~約5Torr、約0.1mTorr~約1Torr、約0.1mTorr~約500mTorr、約0.1mTorr~約100mTorr、約0.1mTorr~約10mTorr、約1mTorr~約10Torr、約1mTorr~約5Torr、約1mTorr~約1Torr、約1mTorr~約500mTorr、約1mTorr~約100mTorr、約1mTorr~約10mTorr、約5mTorr~約10Torr、約5mTorr~約5Torr、約5mTorr~約1Torr、約5mTorr~約500mTorr、約5mTorr~約100mTorr、又は約5mTorr~約10mTorrの圧力に維持されている。1つ又は複数の実施例では、プラズマを生成し、約0℃~約50℃の温度に維持された基板上に応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させる際に、処理空間は約0.5mTorr~約10Torr、約1mTorr~約500mTorr、又は約5mTorr~約100mTorrの圧力に保持される。 [0025] The process space of the processing chamber is maintained at a subatmospheric pressure during the deposition process. The process space of the processing chamber is maintained at a pressure of about 0.1 mTorr, about 0.5 mTorr, about 1 mTorr, about 5 mTorr, about 10 mTorr, about 50 mTorr, or about 80 mTorr to about 100 mTorr, about 250 mTorr, about 500 mTorr, about 1 Torr, about 5 Torr, about 10 Torr, about 20 Torr, about 50 Torr, or about 100 Torr. For example, the processing space of the processing chamber may be from about 0.1 mTorr to about 10 Torr, from about 0.1 mTorr to about 5 Torr, from about 0.1 mTorr to about 1 Torr, from about 0.1 mTorr to about 500 mTorr, from about 0.1 mTorr to about 100 mTorr, from about 0.1 mTorr to about 10 mTorr, from about 1 mTorr to about 10 Torr, from about 1 mTorr to about 5 Torr, from about 1 mTorr to about 1 Torr, about 1 mTorr to about 500 mTorr, about 1 mTorr to about 100 mTorr, about 1 mTorr to about 10 mTorr, about 5 mTorr to about 10 Torr, about 5 mTorr to about 5 Torr, about 5 mTorr to about 1 Torr, about 5 mTorr to about 500 mTorr, about 5 mTorr to about 100 mTorr, or about 5 mTorr to about 10 mTorr. In one or more embodiments, the process space is maintained at a pressure of about 0.5 mTorr to about 10 Torr, about 1 mTorr to about 500 mTorr, or about 5 mTorr to about 100 mTorr when generating a plasma and depositing a stressed diamond-like carbon film on a substrate maintained at a temperature of about 0° C. to about 50° C.

[0026] プラズマ(例えば、容量結合プラズマ)は、頂部及び底部の電極又は側部電極のいずれかから形成されうる。これらの電極は、単一の電力供給電極から、二重の(dual)電力供給電極から、又は複数の周波数(約350KHz、約2MHz、約13.56MHz、約27MHz、約40MHz、約60MHz、及び約100MHzなどであるが、これらに限定されるわけではない)を伴うより多くの電極から、形成されてよく、薄い応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させるために、本明細書で列挙されている反応ガスのいずれか又はすべてと共に、CVDシステムにおいて代替的に又は同時に使用される。 [0026] Plasmas (e.g., capacitively coupled plasmas) can be formed from either top and bottom electrodes or side electrodes. These electrodes may be formed from a single powered electrode, from dual powered electrodes, or from more electrodes with multiple frequencies (such as, but not limited to, about 350 KHz, about 2 MHz, about 13.56 MHz, about 27 MHz, about 40 MHz, about 60 MHz, and about 100 MHz) and used alternatively or simultaneously in a CVD system with any or all of the reactive gases listed herein to deposit thin stressed diamond-like carbon films.

[0027] 1つ又は複数の実施形態では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、約10℃に維持された基板ペデスタルを有する処理チャンバであって、圧力が約2mTorrに維持され、静電チャックに約2,500ワット(約13.56MHz)のバイアスを印加することにより基板レベル又はその上方において生成されたプラズマを有する、処理チャンバ内で堆積される。他の実施形態では、約2MHzで約1,000ワットの追加のRF電力もまた、静電チャックに供給され、基板レベルでデュアルバイアスプラズマを生成する。 [0027] In one or more embodiments, the stressed diamond-like carbon film is deposited in a process chamber having a substrate pedestal maintained at about 10° C., a pressure maintained at about 2 mTorr, and a plasma generated at or above the substrate level by applying a bias of about 2,500 Watts (about 13.56 MHz) to the electrostatic chuck. In other embodiments, an additional RF power of about 1,000 Watts at about 2 MHz is also supplied to the electrostatic chuck to generate a dual bias plasma at the substrate level.

[0028] 本明細書に記載され説明される実施形態は、任意の適切な薄膜堆積システムを使用して実行されうるプラズマ化学気相堆積(PE‐CVD)処理を参照して以下で説明される。適切なシステムの例には、DXZ(登録商標)処理チャンバ、PRECISION5000(登録商標)システム、PRODUCER(登録商標)システム、PRODUCER(登録商標)GT(商標)システム、PRODUCER(登録商標)XP Precision(商標)システム、PRODUCER(登録商標)SE(商標)システム、Sym3(登録商標)処理チャンバ、及びMesa(商標)処理チャンバを使用可能なCENTURA(登録商標)システムが含まれており、これらはすべて、カリフォルニア州サンタクララに所在するApplied Materials Inc.から入手可能である。PE-CVD処理を実施可能な他のツールも、本明細書に記載の実施形態から恩恵を受けるよう適合されうる。加えて、本明細書に記載のCVD処理を可能にする任意のシステムを有利に使用することができる。本明細書に記載の任意の装置の説明は例示的なものであり、本明細書に記載された実施形態の範囲を制限するものとして理解又は解釈するべきではない。 [0028] The embodiments described and illustrated herein are described below with reference to plasma enhanced chemical vapor deposition (PE-CVD) processes that may be performed using any suitable thin film deposition system. Examples of suitable systems include the DXZ® processing chamber, the PRECISION5000® system, the PRODUCER® system, the PRODUCER® GT™ system, the PRODUCER® XP Precision™ system, the PRODUCER® SE™ system, the Sym3® processing chamber, and the CENTURA® system that may use the Mesa™ processing chamber, all of which are available from Applied Materials Inc., Santa Clara, Calif. Other tools capable of performing PE-CVD processes may also be adapted to benefit from the embodiments described herein. Additionally, any system that enables the CVD processes described herein may be used to advantage. Any apparatus descriptions described herein are exemplary and should not be understood or construed as limiting the scope of the embodiments described herein.

[0029] 1つ又は複数の実施形態では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を含む基板は、本明細書に記載され説明されるように、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を低応力ダイヤモンド状炭素膜に変換するために、1つ又は複数の熱アニーリング処理にさらに曝露される。いくつかの実施形態では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を含む基板は、堆積されたのと同じ処理チャンバ(例えば、プラズマ処理チャンバ)内で熱アニールすることができる。すなわち、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させた後、同じ処理チャンバ内でアニールして、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成することができる。 [0029] In one or more embodiments, the substrate including the stressed diamond-like carbon film is further exposed to one or more thermal annealing treatments to convert the stressed diamond-like carbon film to a low stress diamond-like carbon film, as described and illustrated herein. In some embodiments, the substrate including the stressed diamond-like carbon film can be thermally annealed in the same processing chamber (e.g., plasma processing chamber) in which it was deposited. That is, the stressed diamond-like carbon film can be deposited and then annealed in the same processing chamber to produce a low stress diamond-like carbon film.

[0030] 他の実施形態では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を含む基板を第1の処理チャンバ(例えば、プラズマ処理チャンバ)から第2の処理チャンバ(例えば、熱アニーリングチャンバ)に移送し、熱アニーリング処理に曝露して応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を低応力ダイヤモンド状炭素膜に変換させる。例えば、製造プロセスには、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を含む基板を第1の処理チャンバから取り出すこと、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を含む基板を熱アニーリングチャンバに配置すること、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を加熱すること、次に低応力ダイヤモンド状炭素膜を含む基板を熱アニーリングチャンバから取り出すことが含まれうる。 [0030] In another embodiment, the substrate including the stressed diamond-like carbon film is transferred from a first processing chamber (e.g., a plasma processing chamber) to a second processing chamber (e.g., a thermal annealing chamber) and exposed to a thermal annealing process to convert the stressed diamond-like carbon film to a low stress diamond-like carbon film. For example, the manufacturing process may include removing the substrate including the stressed diamond-like carbon film from the first processing chamber, placing the substrate including the stressed diamond-like carbon film in the thermal annealing chamber, heating the stressed diamond-like carbon film during the thermal annealing process to produce a low stress diamond-like carbon film, and then removing the substrate including the low stress diamond-like carbon film from the thermal annealing chamber.

[0031] 応力負荷ダイヤモンド状炭素膜、基板、及び/又は処理チャンバは、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、約200℃、約250℃、約300℃、約350℃、約375℃、約390℃、又は約400℃~約410℃、約425℃、約450℃、約475℃、約500℃、約550℃、約600℃、約650℃、約700℃、又は約800℃で加熱される。例えば、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜、基板、及び/又は処理チャンバは、低応力ダイヤモンド様炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、約200℃~約800℃、約200℃~約700℃、約200℃~約600℃、約200℃~約500℃、約200℃~約450℃、約200℃~約400℃、約200℃~約350℃、約200℃~約300℃、約300℃~約600℃、約300℃~約500℃、約300℃~約450℃、約300℃~約400℃、約300℃~約350℃、約350℃~約600℃、約350℃~約500℃、約350℃~約450℃、約350℃~約420℃、約350℃~約400℃、約350℃~380℃、約380℃~約420℃、または約390℃~約410℃の温度で加熱される。 [0031] The stressed diamond-like carbon film, substrate, and/or processing chamber are heated to about 200°C, about 250°C, about 300°C, about 350°C, about 375°C, about 390°C, or about 400°C to about 410°C, about 425°C, about 450°C, about 475°C, about 500°C, about 550°C, about 600°C, about 650°C, about 700°C, or about 800°C during a thermal annealing process to produce a low stress diamond-like carbon film. For example, the stressed diamond-like carbon film, substrate, and/or processing chamber may be thermally annealed at temperatures between about 200° C. and about 800° C., between about 200° C. and about 700° C., between about 200° C. and about 600° C., between about 200° C. and about 500° C., between about 200° C. and about 450° C., between about 200° C. and about 400° C., between about 200° C. and about 350° C., between about 200° C. and about 300° C., between about It is heated at a temperature of 300°C to about 600°C, about 300°C to about 500°C, about 300°C to about 450°C, about 300°C to about 400°C, about 300°C to about 350°C, about 350°C to about 600°C, about 350°C to about 500°C, about 350°C to about 450°C, about 350°C to about 420°C, about 350°C to about 400°C, about 350°C to 380°C, about 380°C to about 420°C, or about 390°C to about 410°C.

[0032] 応力負荷ダイヤモンド状炭素膜、基板、及び/又は処理チャンバは、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、約15秒、約30秒、約1分、約1.5分、約2分、約3分、約4分、又は約5分~約6分、約8分、約10分、約12分、約15分、約20分、約30分、約40分、約50分、約60分、約75分、約90分間、又はそれ以上加熱される。例えば、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜、基板、及び/又は処理チャンバは、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、約15秒~約90分、約15秒~約75分、約15秒~約60分、約15秒~約45分、約15秒~約30分、約15秒~約20分、約15秒~約10分、約15秒~約5分、約15秒~約3分、約15秒~約1分、約15秒~約30秒、約1分~約90分、約1分~約75分、約1分~約60分、約1分~約45分、約1分~約30分、約1分~約20分、約1分~約10分、約1分~約5分、約1分~約3分、約3分~約90分、約3分~約75分、約3分~約60分、約3分~約45分、約3分~約30分、約3分~約20分、約3分~約10分、約3分~約8分、約3分~約5分、約4分~約8分、または約4分~約6分間加熱される。 [0032] The stressed diamond-like carbon film, substrate, and/or processing chamber are heated for about 15 seconds, about 30 seconds, about 1 minute, about 1.5 minutes, about 2 minutes, about 3 minutes, about 4 minutes, or about 5 minutes to about 6 minutes, about 8 minutes, about 10 minutes, about 12 minutes, about 15 minutes, about 20 minutes, about 30 minutes, about 40 minutes, about 50 minutes, about 60 minutes, about 75 minutes, about 90 minutes, or more during a thermal annealing process to produce a low stress diamond-like carbon film. For example, the stressed diamond-like carbon film, substrate, and/or processing chamber may be thermally annealed for a period of time between about 15 seconds and about 90 minutes, between about 15 seconds and about 75 minutes, between about 15 seconds and about 60 minutes, between about 15 seconds and about 45 minutes, between about 15 seconds and about 30 minutes, between about 15 seconds and about 20 minutes, between about 15 seconds and about 10 minutes, between about 15 seconds and about 5 minutes, between about 15 seconds and about 3 minutes, between about 15 seconds and about 1 minute, between about 15 seconds and about 30 seconds, between about 1 minute and about 20 minutes, between about 15 seconds and about 5 minutes, between about 15 seconds and about 3 minutes, between about 15 seconds and about 1 minute, between about 15 seconds and about 30 seconds, between about 1 minute and about 20 minutes, between about 15 seconds and about 5 minutes, between about 15 seconds and about 5 minutes, between about 15 seconds and about 20 ...30 minutes, between about 1 minute and about 20 minutes, between about 15 seconds and about 5 minutes, between about 15 seconds and about 30 minutes, between about 1 minute and about 20 minutes, between about 15 seconds and about 5 minutes, between about 15 It is heated for about 90 minutes, about 1 minute to about 75 minutes, about 1 minute to about 60 minutes, about 1 minute to about 45 minutes, about 1 minute to about 30 minutes, about 1 minute to about 20 minutes, about 1 minute to about 10 minutes, about 1 minute to about 5 minutes, about 1 minute to about 3 minutes, about 3 minutes to about 90 minutes, about 3 minutes to about 75 minutes, about 3 minutes to about 60 minutes, about 3 minutes to about 45 minutes, about 3 minutes to about 30 minutes, about 3 minutes to about 20 minutes, about 3 minutes to about 10 minutes, about 3 minutes to about 8 minutes, about 3 minutes to about 5 minutes, about 4 minutes to about 8 minutes, or about 4 minutes to about 6 minutes.

[0033] 1つ又は複数の実施例では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜、基板、及び/又は処理チャンバは、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、約200℃~約600℃の温度で約15秒~約60分間加熱される。いくつかの実施例では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜、基板、及び/又は処理チャンバは、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、約300℃~約500℃の温度で約2分~約15分間加熱される。他の実施例では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜、基板、及び/又は処理チャンバは、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、約350℃~約450℃の温度で約3分~約8分間加熱される。 [0033] In one or more embodiments, the stressed diamond-like carbon film, the substrate, and/or the processing chamber are heated to a temperature of about 200° C. to about 600° C. for about 15 seconds to about 60 minutes during a thermal annealing process to produce a low stress diamond-like carbon film. In some embodiments, the stressed diamond-like carbon film, the substrate, and/or the processing chamber are heated to a temperature of about 300° C. to about 500° C. for about 2 minutes to about 15 minutes during a thermal annealing process to produce a low stress diamond-like carbon film. In other embodiments, the stressed diamond-like carbon film, the substrate, and/or the processing chamber are heated to a temperature of about 350° C. to about 450° C. for about 3 minutes to about 8 minutes during a thermal annealing process to produce a low stress diamond-like carbon film.

[0034] 応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を含む基板は、熱アニーリング処理の間、処理チャンバ内に位置するか、配置される。処理チャンバは、プラズマ処理チャンバ、熱アニーリング処理チャンバ、真空チャンバ、堆積チャンバ(例えば、CVDチャンバ)、又は基板を熱的に加熱するために使用できる他のタイプのチャンバであるか、これらを含みうる。処理チャンバ内の処理空間は、熱アニーリング処理中に、真空下、及び/又は、処理ガス又はアニーリングガスを含む環境下にありうる。例示的な処理ガス又はアニーリングガスは、窒素(N)、アルゴン、ヘリウム、ネオン、又はこれらの任意の組み合わせであるか、これらを含みうる。 [0034] The substrate including the stressed diamond-like carbon film is located or disposed in a processing chamber during the thermal annealing process. The processing chamber may be or include a plasma processing chamber, a thermal annealing processing chamber, a vacuum chamber, a deposition chamber (e.g., a CVD chamber), or other type of chamber that can be used to thermally heat the substrate. The processing space within the processing chamber may be under vacuum and/or under an environment that includes a processing or annealing gas during the thermal annealing process. Exemplary processing or annealing gases may be or include nitrogen ( N2 ), argon, helium, neon, or any combination thereof.

[0035] 処理チャンバ内の処理空間は、熱アニーリング処理中に、約0.5mTorr、約1mTorr、約5mTorr、約10mTorr、約50mTorr、約100mTorr、約500mTorr~約800mTorr、約1Torr、約2Torr、約5Torr、約8Torr、約10Torr、約20Torr、約50Torr、又は約100Torrの圧力を有しうる。例えば、処理チャンバ内の処理空間は、熱アニーリング処理中に、約5mTorr~約100Torr、約10mTorr~約100Torr、約100mTorr~約100Torr、約500mTorr~約100Torr、約1Torr~約100Torr、約5Torr~約100Torr、約10Torr~約100Torr、約25Torr~約100Torr、約50Torr~約100Torr、約0.5mTorr~約20Torr、約5mTorr~約20Torr、約10mTorr~約20Torr、約100mTorr~約20Torr、約500mTorr~約20Torr、約1Torr~約20Torr、約5Torr~約20Torr、約10Torr~約20Torr、約0.5mTorr~約1Torr、約5mTorr~約1Torr、約5mTorr~約1Torr、約10mTorr~約1Torr、約100mTorr~約1Torr、約500mTorr~約1Torrの圧力を有しうる。 [0035] The processing space within the processing chamber may have a pressure of about 0.5 mTorr, about 1 mTorr, about 5 mTorr, about 10 mTorr, about 50 mTorr, about 100 mTorr, about 500 mTorr to about 800 mTorr, about 1 Torr, about 2 Torr, about 5 Torr, about 8 Torr, about 10 Torr, about 20 Torr, about 50 Torr, or about 100 Torr during the thermal annealing process. For example, the processing space within the processing chamber may be between about 5 mTorr and about 100 Torr, between about 10 mTorr and about 100 Torr, between about 100 mTorr and about 100 Torr, between about 500 mTorr and about 100 Torr, between about 1 Torr and about 100 Torr, between about 5 Torr and about 100 Torr, between about 10 Torr and about 100 Torr, between about 25 Torr and about 100 Torr, between about 50 Torr and about 100 Torr, between about 0.5 mTorr and about 20 Torr, between about 5 mTorr ... The pressure may be about 20 Torr, about 10 mTorr to about 20 Torr, about 100 mTorr to about 20 Torr, about 500 mTorr to about 20 Torr, about 1 Torr to about 20 Torr, about 5 Torr to about 20 Torr, about 10 Torr to about 20 Torr, about 0.5 mTorr to about 1 Torr, about 5 mTorr to about 1 Torr, about 5 mTorr to about 1 Torr, about 10 mTorr to about 1 Torr, about 100 mTorr to about 1 Torr, or about 500 mTorr to about 1 Torr.

[0036] アニーリング処理は、ダイヤモンド状炭素膜からの圧縮応力を大幅に減少させ、その結果、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の圧縮応力の多くは、ひとたび低応力ダイヤモンド状炭素膜に変換されると、緩和、軽減、又は除去される。密度、弾性率、spハイブリッド炭素原子濃度、水素濃度など、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の他の多くの特性は、これから生成される低応力ダイヤモンド状炭素膜と同じか、実質的に類似している。 [0036] The annealing process significantly reduces the compressive stress from the diamond-like carbon film, so that much of the compressive stress in the stressed diamond-like carbon film is relaxed, reduced or eliminated once it is converted to a low stress diamond-like carbon film. Many other properties of the stressed diamond-like carbon film, such as density, elastic modulus, sp3 hybridized carbon atom concentration, hydrogen concentration, etc., are the same or substantially similar to the low stress diamond-like carbon film produced therefrom.

[0037] 低応力ダイヤモンド状炭素膜の圧縮応力は、低応力膜が作られる元となる応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の圧縮応力よりも小さい。いくつかの実施例では、低応力ダイヤモンド状炭素膜の圧縮応力は、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の圧縮応力よりも約25%、約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、又は約55%~約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、又は約95%小さくなっている。例えば、低応力ダイヤモンド状炭素膜の圧縮応力は、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の圧縮応力よりも、約25%~約95%、約25%~約90%、約25%~約80%、約25%~約75%、約25%~約70%、約25%~約60%、約25%~約55%、約25%~約50%、約25%~約40%、約40%~約95%、約40%~約90%、約40%~約80%、約40%~約75%、約45%、約40%~約40%。約40%~約70%、約40%~約60%、約40%~約55%、約40%~約50%、約50%~約95%、約50%~約90%、約50%~約80%、約50%~約75%、約50%~約70%、約50%~約60%、約60%~約70%、約60%~約80%、又は約60%~約90%小さくなっている。 [0037] The compressive stress of the low stress diamond-like carbon film is less than the compressive stress of the stressed diamond-like carbon film from which it is made. In some embodiments, the compressive stress of the low stress diamond-like carbon film is about 25%, about 30%, about 35%, about 40%, about 45%, about 50%, or about 55% to about 60%, about 65%, about 70%, about 75%, about 80%, about 85%, about 90%, or about 95% less than the compressive stress of the stressed diamond-like carbon film. For example, the compressive stress of a low stress diamond-like carbon film may be about 25% to about 95%, about 25% to about 90%, about 25% to about 80%, about 25% to about 75%, about 25% to about 70%, about 25% to about 60%, about 25% to about 55%, about 25% to about 50%, about 25% to about 40%, about 40% to about 95%, about 40% to about 90%, about 40% to about 80%, about 40% to about 75%, about 45%, about 40% to about 40%. It is reduced by about 40% to about 70%, about 40% to about 60%, about 40% to about 55%, about 40% to about 50%, about 50% to about 95%, about 50% to about 90%, about 50% to about 80%, about 50% to about 75%, about 50% to about 70%, about 50% to about 60%, about 60% to about 70%, about 60% to about 80%, or about 60% to about 90%.

[0038] 応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、500MPa以上、例えば、約525MPa、約550MPa、約575MPa、約600MPa、約625MPa、又は約650MPa~約675MPa、約700MPa、約725MPa、約750MPa、約800MPa、約850MPa、約900MPa、約950MPa、約1,000MPa、約1,100MPa、約1,200MPa、又はこれを上回る圧縮応力を有しうる。例えば、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、500MPa~約1,200MPa、500MPa~約1,000MPa、500MPa~約900MPa、500MPa~約850MPa、500MPa~約800MPa、500MPa~約750MPa、500MPa~約725MPa、500MPa~約700MPa、500MPa~約675MPa、500MPa~約650MPa、500MPa~約625MPa、500MPa~約600MPa、約600MPa~約1,200MPa、約600MPa~約1,000MPa、約600MPa~約900MPa、約600MPa~約850MPa、約600MPa~約800MPa、約600MPa~約750MPa、約600MPa~約725MPa、約600MPa~約700MPa、約600MPa~約675MPa、約600MPa~約650MPa、約600MPa~約625MPa、約650MPa~約1,200MPa、約650MPa~約1,000MPa、約650MPa~約900MPa、約650MPa~約850MPa、約650MPa~約800MPa、約650MPa~約750MPa、約650MPa~約725MPa、又は約650MPa~約700MPaの圧縮応力を有しうる。 [0038] The stressed diamond-like carbon film may have a compressive stress of 500 MPa or more, e.g., about 525 MPa, about 550 MPa, about 575 MPa, about 600 MPa, about 625 MPa, or about 650 MPa to about 675 MPa, about 700 MPa, about 725 MPa, about 750 MPa, about 800 MPa, about 850 MPa, about 900 MPa, about 950 MPa, about 1,000 MPa, about 1,100 MPa, about 1,200 MPa, or more. For example, the stressed diamond-like carbon film may have a stress of 500 MPa to about 1,200 MPa, 500 MPa to about 1,000 MPa, 500 MPa to about 900 MPa, 500 MPa to about 850 MPa, 500 MPa to about 800 MPa, 500 MPa to about 750 MPa, 500 MPa to about 725 MPa, 500 MPa to about 700 MPa, 500 MPa to about 675 MPa, 500 MPa to about 650 MPa, 500 MPa to about 625 MPa, 500 MPa to about 600 MPa, about 600 MPa to about 1,200 MPa, about 600 MPa to about 1,000 MPa, about 600 MPa to about 900 MPa, about 600 MPa to about It may have a compressive stress of about 850 MPa, about 600 MPa to about 800 MPa, about 600 MPa to about 750 MPa, about 600 MPa to about 725 MPa, about 600 MPa to about 700 MPa, about 600 MPa to about 675 MPa, about 600 MPa to about 650 MPa, about 600 MPa to about 625 MPa, about 650 MPa to about 1,200 MPa, about 650 MPa to about 1,000 MPa, about 650 MPa to about 900 MPa, about 650 MPa to about 850 MPa, about 650 MPa to about 800 MPa, about 650 MPa to about 750 MPa, about 650 MPa to about 725 MPa, or about 650 MPa to about 700 MPa.

[0039] 低応力ダイヤモンド状炭素膜は、500MPa未満、例えば、約10MPa、約20MPa、約50MPa、約80MPa、約100MPa、約125MPa、約150MPa、約175MPa、約200MPa、約225MPa、約250MPa、約275MPa、又は約300MPa~約325MPa、約350MPa、約375MPa、約400MPa、約425MPa、約450MPa、約475MPa、約490MPa、約495MPa、約499MPa、又は‐500MPa未満の圧縮応力を有しうる。例えば、低応力ダイヤモンド状炭素膜は、約20MPa~500MPa未満、約50MPa~500MPa未満、約80MPa~500MPa未満、約100MPa~500MPa未満、約150MPa~500MPa未満、約200MPa~500MPa未満、約225MPa~500MPa未満、約250MPa~500MPa未満、約275MPa~500MPa未満、約300MPa~500MPa未満、約325MPa~500MPa未満、約350MPa~500MPa未満、約375MPa~500MPa未満、約400MPa~500MPa未満、約450MPa~500MPa未満、約20MPa~400MPa未満約50MPa~約400MPa、約80MPa~約400MPa、約100MPa~約400MPa、約150MPa~約400MPa、約200MPa~約400MPa、約225MPa~約400MPa、約250MPa~約400MPa、約275MPa~約400MPa、約300MPa~約400MPa、約325MPa~約400MPa、約350MPa~約400MPa、約375MPa~約400MPa、約20MPa~約300MPa、約50MPa~約300MPa、約80MPa~約300MPa、約100MPa~約300MPa、約150MPa~約300MPa、約200MPa~約300MPa、約225MPa~約300MPa、約250MPa~約300MPa、又は約275MPa~約300MPaの圧縮応力を有しうる。 [0039] The low stress diamond-like carbon film may have a compressive stress of less than 500 MPa, e.g., about 10 MPa, about 20 MPa, about 50 MPa, about 80 MPa, about 100 MPa, about 125 MPa, about 150 MPa, about 175 MPa, about 200 MPa, about 225 MPa, about 250 MPa, about 275 MPa, or about 300 MPa to about 325 MPa, about 350 MPa, about 375 MPa, about 400 MPa, about 425 MPa, about 450 MPa, about 475 MPa, about 490 MPa, about 495 MPa, about 499 MPa, or less than -500 MPa. For example, low stress diamond-like carbon films may have a stress of about 20 MPa to less than 500 MPa, about 50 MPa to less than 500 MPa, about 80 MPa to less than 500 MPa, about 100 MPa to less than 500 MPa, about 150 MPa to less than 500 MPa, about 200 MPa to less than 500 MPa, about 225 MPa to less than 500 MPa, about 250 MPa to less than 500 MPa, about 275 MPa, or less than 500 MPa. Pa to less than 500 MPa, about 300 MPa to less than 500 MPa, about 325 MPa to less than 500 MPa, about 350 MPa to less than 500 MPa, about 375 MPa to less than 500 MPa, about 400 MPa to less than 500 MPa, about 450 MPa to less than 500 MPa, about 20 MPa to less than 400 MPa, about 50 MPa to about 400 MPa, about 80 MPa to about 400 MPa a, about 100 MPa to about 400 MPa, about 150 MPa to about 400 MPa, about 200 MPa to about 400 MPa, about 225 MPa to about 400 MPa, about 250 MPa to about 400 MPa, about 275 MPa to about 400 MPa, about 300 MPa to about 400 MPa, about 325 MPa to about 400 MPa, about 350 MPa to about 400 MPa, about 375 MPa to about 40 It may have a compressive stress of 0 MPa, about 20 MPa to about 300 MPa, about 50 MPa to about 300 MPa, about 80 MPa to about 300 MPa, about 100 MPa to about 300 MPa, about 150 MPa to about 300 MPa, about 200 MPa to about 300 MPa, about 225 MPa to about 300 MPa, about 250 MPa to about 300 MPa, or about 275 MPa to about 300 MPa.

[0040] 1つ又は複数の実施例では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、約600MPa~約1,000MPaの圧縮応力を有し、ひとたび低応力ダイヤモンド状炭素膜に変換されると、約20MPa~約400MPa、又は約150MPa~約400MPaの圧縮応力を有する。いくつかの実施例では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、約650MPa~約900MPaの圧縮応力を有し、ひとたび低応力ダイヤモンド状炭素膜に変換されると、約50MPa~約350MPa、又は約200MPa~約350MPaの圧縮応力を有する。他の実施例では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、約700MPa~約850MPaの圧縮応力を有し、ひとたび低応力ダイヤモンド状炭素膜に変換されると、約100MPa~約325MPa、又は約250MPa~約325MPaの圧縮応力を有する。 [0040] In one or more embodiments, the stressed diamond-like carbon film has a compressive stress of about 600 MPa to about 1,000 MPa, and once converted to a low stress diamond-like carbon film, has a compressive stress of about 20 MPa to about 400 MPa, or about 150 MPa to about 400 MPa. In some embodiments, the stressed diamond-like carbon film has a compressive stress of about 650 MPa to about 900 MPa, and once converted to a low stress diamond-like carbon film, has a compressive stress of about 50 MPa to about 350 MPa, or about 200 MPa to about 350 MPa. In other embodiments, the stressed diamond-like carbon film has a compressive stress of about 700 MPa to about 850 MPa, and once converted to a low stress diamond-like carbon film, has a compressive stress of about 100 MPa to about 325 MPa, or about 250 MPa to about 325 MPa.

[0041] 1つ又は複数の実施形態では、RPSを通じて水素ラジカルが供給され、これが、spハイブリッド炭素原子の選択的エッチングにつながり、ひいては膜のspハイブリッド炭素原子の分画(fraction)をさらに増大させ、これによりエッチング選択性をさらに高める。低応力ダイヤモンド状炭素膜の高いエッチング選択性は、既存の生成膜よりも高い密度及び弾性率を有することによって実現される。理論に縛られるわけではないが、密度及び弾性率の向上は、低応力ダイヤモンド状炭素膜中のspハイブリッド炭素原子の含有量の増大によりもたらされると考えられており、この含有量の増大は、低い圧力とプラズマ出力との組み合わせによって実現されうる。 [0041] In one or more embodiments, hydrogen radicals are provided through the RPS, which leads to selective etching of sp 2 hybridized carbon atoms, which in turn further increases the fraction of sp 3 hybridized carbon atoms in the film, thereby further increasing the etch selectivity. The high etch selectivity of the low stress diamond-like carbon film is achieved by having a higher density and modulus than previously produced films. Without being bound by theory, it is believed that the improved density and modulus result from an increased content of sp 3 hybridized carbon atoms in the low stress diamond-like carbon film, which may be achieved by a combination of low pressure and plasma power.

[0042] 応力負荷ダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、それぞれのダイヤモンド状炭素膜中の炭素原子の総量を基準にして、少なくとも40原子%(at%)、約45at%、約50at%、約55at%、又は約58at%~約60at%、約65at%、約70at%、約75at%、約80at%、約85at%、約88at%、約90at%、約92at%、又は約95at%であるspハイブリッド炭素原子の濃度又は割合(例えば、spハイブリッド炭素原子含有量)を個別に有しうる。例えば、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々はそれぞれのダイヤモンド状炭素膜中の炭素原子の総量を基準にして、少なくとも40at%~約95at%、約45at%~約95at%、約50at%~約95at%、約50at%~約90at%、約50at%~約85at%、約50at%~約80at%、約50at%~約75at%、約50at%~約70at%、約50at%~約65at%、約55at%~約75at%、約55at%~約70at%、約55at%~約65at%、約55at%~約60at%、約60at%~約80at%、約60at%~約75at%、約60at%~約70at%、約60at%~約65at%、約65at%~約95at%、約65at%~約90at%、約65at%~約85at%、約65at%~約80at%、約65at%~約75at%、約65at%~約70at%、約65at%~約68at%、約75at%~約95at%、約75at%~約90at%、約75at%~約85at%、約75at%~約80at%、又は約75at%~約78at%であるspハイブリッド炭素原子の濃度又は割合を個別に有しうる。 [0042] Each of the stressed diamond-like carbon films and the low stress diamond-like carbon films may individually have a concentration or percentage of sp3 hybridized carbon atoms (e.g., sp3 hybridized carbon atom content) that is at least 40 atomic % (at%), about 45 at%, about 50 at%, about 55 at%, or about 58 at% to about 60 at%, about 65 at%, about 70 at%, about 75 at%, about 80 at%, about 85 at%, about 88 at%, about 90 at%, about 92 at%, or about 95 at%, based on the total amount of carbon atoms in the respective diamond- like carbon film. For example, the stressed diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film each have at least 40 at% to about 95 at%, about 45 at% to about 95 at%, about 50 at% to about 95 at%, about 50 at% to about 90 at%, about 50 at% to about 85 at%, about 50 at% to about 80 at%, about 50 at% to about 75 at%, about 50 at% to about 70 at%, about 50 at% to about 65 at%, about 55 at% to about 75 at%, about 55 at% to about 70 at%, about 55 at% to about 65 at%, about 5 at% to about ... In some embodiments, the SiO 2 nanotube may have a concentration or percentage of sp 3 hybridized carbon atoms that is between 5 at% and about 60 at%, between about 60 at% and about 80 at%, between about 60 at% and about 75 at%, between about 60 at% and about 70 at%, between about 60 at% and about 65 at%, between about 65 at% and about 95 at%, between about 65 at% and about 90 at%, between about 65 at% and about 85 at%, between about 65 at% and about 80 at%, between about 65 at% and about 75 at%, between about 65 at% and about 70 at%, between about 65 at% and about 68 at%, between about 75 at% and about 95 at%, between about 75 at% and about 90 at% , between about 75 at% and about 85 at%, between about 75 at% and about 80 at%, or between about 75 at% and about 78 at%.

[0043] いくつかの実施形態では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、60at%未満、例えば、55at%未満又は50at%未満のspハイブリッド炭素原子の濃度又は割合(例えば、spハイブリッド炭素原子含有量)を個別に有しうる。応力負荷ダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、それぞれのダイヤモンド状炭素膜中の炭素原子の総量を基準にして、約5at%、約10at%、約15at%、約20at%、約25at%、約28at%、約30at%、約32at%、約35at%、約36at%、約38at%、約40at%、約45at%、約50at%、約55at%、又は約60at%であるspハイブリッド炭素原子の濃度又は割合を個別に有しうる。例えば、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、それぞれのダイヤモンド状炭素膜中の炭素原子の総量を基準にして、約5at%~約60at%、約5at%~約50at%、約5at%~約45at%、約5at%~約40at%、約5at%~約38at%、約5at%~約36at%、約5at%~約35at%、約5at%~約32at%、約5at%~約30at%、約5at%~約25at%、約5at%~約20at%、約5at%~約15at%、約5at%~約10at%、約20at%~約60at%、約20at%~約50at%、約20at%~約45at%、約20at%~約40at%、約20at%~約38at%、約20at%~約36at%、約20at%~約35at%、約20at%~約32at%、約20at%~約30at%、約20at%~約25at%、約20at%~約22at%、約30at%~約60at%、約30at%~約50at%、約30at%~約45at%、約30at%~約40at%、約30at%~約38at%、約30at%~約36at%、約30at%~約35at%、約30at%~約32at%、約32at%~約38at%、約32at%~約36at%、約32at%~約34at%、約34at%~約38at%、約34at%~約36at%であるspハイブリッド炭素原子の濃度又は割合を個別に有しうる。 [0043] In some embodiments, the stressed diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film may each have an individual concentration or percentage of sp2 hybrid carbon atoms (e.g., sp2 hybrid carbon atom content) of less than 60 at%, e.g., less than 55 at% or less than 50 at%. The stressed diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film may each have an individual concentration or percentage of sp2 hybrid carbon atoms that is about 5 at%, about 10 at%, about 15 at%, about 20 at%, about 25 at%, about 28 at%, about 30 at%, about 32 at%, about 35 at%, about 36 at%, about 38 at%, about 40 at%, about 45 at%, about 50 at%, about 55 at%, or about 60 at%, based on the total amount of carbon atoms in the respective diamond-like carbon film. For example, the stressed diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film each have a carbon content of about 5 at% to about 60 at%, about 5 at% to about 50 at%, about 5 at% to about 45 at%, about 5 at% to about 40 at%, about 5 at% to about 38 at%, about 5 at% to about 36 at%, about 5 at% to about 35 at%, about 5 at% to about 32 at%, about 5 at% to about 30 at%, about 5 at% to about 25 at%, about 5 at% to about 20 at%, about 5 at% to about 15 at%, about 5 at% to about 10 at%, about 20 at% to about 60 at%, about 20 at% to about 50 at%, about 20 at% to about 45 at%, about 20 at% to about 4 0at%, about 20at% to about 38at%, about 20at% to about 36at%, about 20at% to about 35at%, about 20at% to about 32at%, about 20at% to about 30a t%, about 20 at% to about 25 at%, about 20 at% to about 22 at%, about 30 at% to about 60 at%, about 30 at% to about 50 at%, about 30 at% to about 45 at% , about 30 at% to about 40 at%, about 30 at% to about 38 at%, about 30 at% to about 36 at%, about 30 at% to about 35 at%, about 30 at% to about 32 at%, about 32 at% to about 38 at%, about 32 at% to about 36 at%, about 32 at% to about 34 at%, about 34 at% to about 38 at%, or about 34 at % to about 36 at%.

[0044] 応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、1.5g/cc(グラム/立方センチメートル(cm))を上回る密度、例えば、約1.55g/cc、約1.6g/cc、約1.65g/cc、又は約1.68g/cc~約1.7g/cc、約1.72g/cc、約1.75g/cc、約1.78g/cc、約1.8g/cc、約1.85g/cc、約1.9g/cc、約1.95g/cc、約1.98g/cc、約2g/cc、約2.05g/cc、約2.1g/cc、又はこれを上回る密度を個別に有する。例えば、応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、1.5g/cc超~約2.1g/cc、1.5g/cc超~約2.05g/cc、1.5g/cc超~約2g/cc、1.5g/cc超~約1.9g/cc、1.5g/cc超~約1.85g/cc、1.5g/cc超~約1.8g/cc、1.5g/cc超~約1.78g/cc、1.5g/cc超~約1.75g/cc、1.5g/cc超~約1.72g/cc、1.5g/cc超~約1.7g/cc、1.5g/cc超~約1.68g/cc、1.5g/cc超~約1.65g/cc、1.5g/cc超~約1.6g/cc、約1.6g/cc~約2.1g/cc、約1.6g/cc~約2.05g/cc、約1.6g/cc~約2g/cc、約1.6g/cc~約1.9g/cc、約1.6g/cc~約1.85g/cc、約1.6g/cc~約1.8g/cc、約1.6g/cc~約1.78g/cc、約1.6g/cc~約1.75g/cc、約1.6g/cc~約1.72g/cc、約1.6g/cc~約1.7g/cc、約1.6g/cc~約1.68g/cc、約1.6g/cc~約1.65g/cc、約1.68g/cc~約2.1g/cc、約1.68g/cc~約2.05g/cc、約1.68g/cc~約2g/cc、約1.68g/cc~約1.9g/cc、約1.68g/cc~約1.85g/cc、約1.68g/cc~約1.8g/cc、約1.68g/cc~約1.78g/cc、約1.68g/cc~約1.75g/cc、約1.68g/cc~約1.72g/cc、約1.68g/cc~約1.7g/cc、約1.7g/cc~約1.75g/cc、約1.7g/cc~約1.72g/cc、約1.55g/cc~2g/cc未満、約1.6g/cc~2g/cc未満、約1.65g/cc~2g/cc未満、約1.68g/cc~2g/cc未満、約1.7g/cc~2g/cc未満、約1.72g/cc~2g/cc未満、約1.75g/cc~2g/cc未満、又は約1.8g/cc~2g/cc未満の密度を個別に有する。 [0044] The stressed doped diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film each individually have a density greater than 1.5 g/cc (grams per cubic centimeter (cm 3 )), for example, about 1.55 g/cc, about 1.6 g/cc, about 1.65 g/cc, or about 1.68 g/cc to about 1.7 g/cc, about 1.72 g/cc, about 1.75 g/cc, about 1.78 g/cc, about 1.8 g/cc, about 1.85 g/cc, about 1.9 g/cc, about 1.95 g/cc, about 1.98 g/cc, about 2 g/cc, about 2.05 g/cc, about 2.1 g/cc, or more. For example, the stressed doped diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film each have a viscosity of from greater than 1.5 g/cc to about 2.1 g/cc, from greater than 1.5 g/cc to about 2.05 g/cc, from greater than 1.5 g/cc to about 2 g/cc, from greater than 1.5 g/cc to about 1.9 g/cc, from greater than 1.5 g/cc to about 1.85 g/cc, from greater than 1.5 g/cc to about 1.8 g/cc, from greater than 1.5 g/cc to about 1.78 g/cc, from greater than 1.5 g/cc to about 1.75 g/cc, from greater than 1.5 g/cc to about 1.72 g/cc, from greater than 1.5 g/cc to about 1.7 g/cc, cc, more than 1.5 g/cc to about 1.68 g/cc, more than 1.5 g/cc to about 1.65 g/cc, more than 1.5 g/cc to about 1.6 g/cc, about 1.6 g/cc to about 2.1 g/cc, about 1.6 g/cc to about 2.05 g/cc, about 1.6 g/cc to about 2 g/cc c, about 1.6 g/cc to about 1.9 g/cc, about 1.6 g/cc to about 1.85 g/cc, about 1.6 g/cc to about 1.8 g/cc, about 1.6 g/cc to about 1.78 g/cc, about 1.6 g/cc to about 1.75 g/cc, about 1.6 g/cc to about 1.72 g/cc cc, about 1.6 g/cc to about 1.7 g/cc, about 1.6 g/cc to about 1.68 g/cc, about 1.6 g/cc to about 1.65 g/cc, about 1.68 g/cc to about 2.1 g/cc, about 1.68 g/cc to about 2.05 g/cc, about 1.68 g/cc to about 2 g/cc, about 1.68 g/cc to about 1.9 g/cc, about 1.68 g/cc to about 1.85 g/cc, about 1.68 g/cc to about 1.8 g/cc, about 1.68 g/cc to about 1.78 g/cc, about 1.68 g/cc to about 1.75 g/cc, about 1.68 g/c and individually have a density of from about 1.72 g/cc, from about 1.68 g/cc to about 1.7 g/cc, from about 1.7 g/cc to about 1.75 g/cc, from about 1.7 g/cc to about 1.72 g/cc, from about 1.55 g/cc to less than 2 g/cc, from about 1.6 g/cc to less than 2 g/cc, from about 1.65 g/cc to less than 2 g/cc, from about 1.68 g/cc to less than 2 g/cc, from about 1.7 g/cc to less than 2 g/cc, from about 1.72 g/cc to less than 2 g/cc, from about 1.75 g/cc to less than 2 g/cc, or from about 1.8 g/cc to less than 2 g/cc.

[0045] 応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、約5Å、約10Å、約50Å、約100Å、約150Å、約200Å、又は約300Å~約400Å、約500Å、約600Å、約700Å、約800Å、約1,000Å、約2,000Å、約3,000Å、約5,000Å、約6,000Å、約8,000Å、約10,000Å、約15,000Å、約20,000Å、又はこれを上回る厚さを個別に有しうる。例えば、応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、約5Å~約20,000Å、約5Å~約10,000Å、約5Å~約5,000Å、約5Å~約3,000Å、約5Å~約2,000Å、約5Å~約1,000Å、約5Å~約500Å、約5Å~約200Å、約5Å~約100Å、約5Å~約50Å、約200Å~約20,000Å、約200Å~約10,000Å、約200Å~約6,000Å、約200Å~約5,000Å、約200Å~約3,000Å、約200Å~約2,000Å、約200Å~約1,000Å、約200Å~約500Å、約600Å~約3,000Å、約600Å~約2,000Å、約600Å~約1,500Å、約600Å~約1,000Å、約600Å~約800Å、約1,000Å~約20,000Å、約1,000Å~約10,000Å、約1,000Å~約5,000Å、約1,000Å~約3,000Å、約1,000Å~約2,000Å、約2,000Å~約20,000Å、又は約2,000Å~約3,000Åの厚さを個別に有しうる。 [0045] The stressed doped diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film may each individually have a thickness of about 5 Å, about 10 Å, about 50 Å, about 100 Å, about 150 Å, about 200 Å, or about 300 Å to about 400 Å, about 500 Å, about 600 Å, about 700 Å, about 800 Å, about 1,000 Å, about 2,000 Å, about 3,000 Å, about 5,000 Å, about 6,000 Å, about 8,000 Å, about 10,000 Å, about 15,000 Å, about 20,000 Å, or more. For example, the stressed doped diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film may each have a thickness of about 5 Å to about 20,000 Å, about 5 Å to about 10,000 Å, about 5 Å to about 5,000 Å, about 5 Å to about 3,000 Å, about 5 Å to about 2,000 Å, about 5 Å to about 1,000 Å, about 5 Å to about 500 Å, about 5 Å to about 200 Å, about 5 Å to about 100 Å, about 5 Å to about 50 Å, about 200 Å to about 20,000 Å, about 200 Å to about 10,000 Å, about 200 Å to about 6,000 Å, about 200 Å to about 5,000 Å, about 200 Å to about 3,000 Å, about 200 Å It may have a thickness of about 2,000 Å, about 200 Å to about 1,000 Å, about 200 Å to about 500 Å, about 600 Å to about 3,000 Å, about 600 Å to about 2,000 Å, about 600 Å to about 1,500 Å, about 600 Å to about 1,000 Å, about 600 Å to about 800 Å, about 1,000 Å to about 20,000 Å, about 1,000 Å to about 10,000 Å, about 1,000 Å to about 5,000 Å, about 1,000 Å to about 3,000 Å, about 1,000 Å to about 2,000 Å, about 2,000 Å to about 20,000 Å, or about 2,000 Å to about 3,000 Å.

[0046] 応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、2を上回る、例えば、約2.1、約2.2、約2.3、約2.4又は約2.5~約2.6、約2.7、約2.8、約2,9、又は約3の屈折率又はn値(633nmにおけるn)を個別に有しうる。例えば、応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、2超~約3、2超~約2.8、2超~約2.5、2超~約2.3、約2.1~約3、約2.1~約2.8、約2.1~約2.5、約2.1~約2.3、約2.3~約3、約2.3~約2.8、又は約2.3~約2.5の屈折率又はn値(633nmにおけるn)を個別に有しうる。 [0046] The stressed doped diamond-like carbon film and the low stressed diamond-like carbon film may each have an index of refraction or n value (n at 633 nm) greater than 2, for example, about 2.1, about 2.2, about 2.3, about 2.4 or about 2.5 to about 2.6, about 2.7, about 2.8, about 2.9, or about 3. For example, the stressed doped diamond-like carbon film and the low stressed diamond-like carbon film may each have an index of refraction or n value (n at 633 nm) greater than 2 to about 3, greater than 2 to about 2.8, greater than 2 to about 2.5, greater than 2 to about 2.3, about 2.1 to about 3, about 2.1 to about 2.8, about 2.1 to about 2.5, about 2.1 to about 2.3, about 2.3 to about 3, about 2.3 to about 2.8, or about 2.3 to about 2.5.

[0047] 応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、0.1を上回る、例えば、約0.15、約0.2、約0.25、又は約0.3の吸光係数又はk値(633nmにおけるk)を個別に有しうる。例えば、応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、0.1超~約0.3、0.1超~約0.25、0.1超~約0.2、0.1超~約0.15、約0.2~約0.3、約0.2~約0.25の吸光係数又はk値(633nmにおけるk)を個別に有しうる。 [0047] The stressed doped diamond-like carbon film and the low stressed diamond-like carbon film may each have an extinction coefficient or k value (k at 633 nm) greater than 0.1, e.g., about 0.15, about 0.2, about 0.25, or about 0.3. For example, the stressed doped diamond-like carbon film and the low stressed diamond-like carbon film may each have an extinction coefficient or k value (k at 633 nm) greater than 0.1 to about 0.3, greater than 0.1 to about 0.25, greater than 0.1 to about 0.2, greater than 0.1 to about 0.15, about 0.2 to about 0.3, about 0.2 to about 0.25.

[0048] 応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、50GPa超又は60GPa超の、例えば、約65GPa、約70GPa、約75GPa、約90GPa、約100GPa、約125GPa、又は約150GPa~約175GPa、約200GPa、約250GPa、約275GPa、約300GPa、約350GPa、又は約400GPaの弾性率を個別に有しうる。例えば、応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、60GPa超~約400GPa、60GPa超~約350GPa、60GPa超~約300GPa、60GPa超~約250GPa、60GPa超~約200GPa、60GPa超~約150GPa、60GPa超~約125GPa、60GPa超~約100GPa、60GPa超~約80GPa、約65GPa~約400GPa、約65GPa~約350GPa、約65GPa~約300GPa、約65GPa~約250GPa、約65GPa~約200GPa、約65GPa~約150GPa、約65GPa~約125GPa、約65GPa~約100GPa、約65GPa~約80GPa、約80GPa~約400GPa、約80GPa~約350GPa、約80GPa~約300GPa、約80GPa~約250GPa、約80GPa~約200GPa、約80GPa~約150GPa、約80GPa~約125GPa、又は約80GPa~約100GPaの弾性率を個別に有しうる。1つ又は複数の実施例では、応力負荷ドープダイヤモンド状炭素膜及び低応力ダイヤモンド状炭素膜の各々は、前述の弾性率を有し、約600Åの厚さを個別に有しうる。 [0048] The stressed doped diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film may each individually have an elastic modulus of greater than 50 GPa or greater than 60 GPa, for example, about 65 GPa, about 70 GPa, about 75 GPa, about 90 GPa, about 100 GPa, about 125 GPa, or about 150 GPa to about 175 GPa, about 200 GPa, about 250 GPa, about 275 GPa, about 300 GPa, about 350 GPa, or about 400 GPa. For example, the stressed doped diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film each have a stress of greater than 60 GPa to about 400 GPa, greater than 60 GPa to about 350 GPa, greater than 60 GPa to about 300 GPa, greater than 60 GPa to about 250 GPa, greater than 60 GPa to about 200 GPa, greater than 60 GPa to about 150 GPa, greater than 60 GPa to about 125 GPa, greater than 60 GPa to about 100 GPa, greater than 60 GPa to about 80 GPa, about 65 GPa to about 400 GPa, about 65 GPa to about 350 GPa, about 65 GPa to about 300 GPa, about Each of the polymeric materials may individually have a modulus of elasticity of from 65 GPa to about 250 GPa, from about 65 GPa to about 200 GPa, from about 65 GPa to about 150 GPa, from about 65 GPa to about 125 GPa, from about 65 GPa to about 100 GPa, from about 65 GPa to about 80 GPa, from about 80 GPa to about 400 GPa, from about 80 GPa to about 350 GPa, from about 80 GPa to about 300 GPa, from about 80 GPa to about 250 GPa, from about 80 GPa to about 200 GPa, from about 80 GPa to about 150 GPa, from about 80 GPa to about 125 GPa, or from about 80 GPa to about 100 GPa. In one or more embodiments, the stressed doped diamond-like carbon film and the low stress diamond-like carbon film each have the aforementioned elastic modulus and may individually have a thickness of about 600 Å.

[0049] いくつかの実施形態では、低応力ダイヤモンド状炭素膜は、極紫外線(「EUV」)リソグラフィ処理のための下層である。いくつかの実施形態では、低応力ダイヤモンド状炭素膜は、EUVリソグラフィ処理用の下層であり、膜中の炭素原子の総量を基準にして約40%~約90%の含有量のspハイブリッド炭素原子と、1.5g/cc超~約1.9g/ccの密度と、約60GPa~約150GPa、又は約200GPa以上の弾性率を有する。 [0049] In some embodiments, the low stress diamond-like carbon film is an underlayer for extreme ultraviolet ("EUV") lithography processing. In some embodiments, the low stress diamond-like carbon film is an underlayer for EUV lithography processing and has a content of sp3 hybridized carbon atoms of about 40% to about 90%, based on the total amount of carbon atoms in the film, a density of greater than 1.5 g/cc to about 1.9 g/cc, and an elastic modulus of about 60 GPa to about 150 GPa, or about 200 GPa or greater.

[0050] 図1Aは、本明細書に記載の実施形態による、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の堆積を実施するために使用されうる基板処理システム132の概略図を示している。基板処理システム132は、ガスパネル130及びコントローラ110に連結された処理チャンバ100を含む。処理チャンバ100は、一般的に、上部壁124、側壁101、及び底部壁122を含み、これらの壁が処理空間126を画定する。基板支持アセンブリ146が、処理チャンバ100の処理空間126内に設けられる。基板支持アセンブリ146は、一般的に、ステム160によって支持される静電チャック150を含む。静電チャック150は、典型的には、アルミニウム、セラミック、及びその他の適切な材料から製造されうる。静電チャック150は、変位機構(図示せず)を使用して、処理チャンバ100の内部で垂直方向に動かされうる。 1A shows a schematic diagram of a substrate processing system 132 that may be used to perform deposition of stressed diamond-like carbon films according to embodiments described herein. The substrate processing system 132 includes a processing chamber 100 coupled to a gas panel 130 and a controller 110. The processing chamber 100 generally includes a top wall 124, a side wall 101, and a bottom wall 122 that define a processing space 126. A substrate support assembly 146 is provided within the processing space 126 of the processing chamber 100. The substrate support assembly 146 generally includes an electrostatic chuck 150 supported by a stem 160. The electrostatic chuck 150 may typically be fabricated from aluminum, ceramic, and other suitable materials. The electrostatic chuck 150 may be moved vertically within the processing chamber 100 using a displacement mechanism (not shown).

[0051] 真空ポンプ102は、処理チャンバ100の底部に形成されたポートに連結されている。真空ポンプ102は、処理チャンバ100内を所望のガス圧を保つために使用される。真空ポンプ102は、処理チャンバ100から、後処理ガス及び処理の副生成物を排出する。 [0051] The vacuum pump 102 is connected to a port formed in the bottom of the processing chamber 100. The vacuum pump 102 is used to maintain a desired gas pressure within the processing chamber 100. The vacuum pump 102 evacuates post-processing gases and processing by-products from the processing chamber 100.

[0052] 基板処理システム132は、チャンバ圧力を制御するために処理チャンバ100と真空ポンプ102との間に位置付けられた、チャンバ圧力制御用の追加装置、例えば、バルブ(スロットルバルブや隔離バルブなど)をさらに含みうる。 [0052] The substrate processing system 132 may further include additional devices for controlling the chamber pressure, such as valves (such as throttle valves or isolation valves), positioned between the processing chamber 100 and the vacuum pump 102 to control the chamber pressure.

[0053] 複数の開孔128を有するガス分配アセンブリ120が、静電チャック150の上方で、処理チャンバ100の上部に配置される。ガス分配アセンブリ120の開孔128は、処理チャンバ100内に処理ガス(例えば、堆積ガス、希釈ガス、キャリアガス、バージガス)を導入するために利用される。開孔128は、種々の処理要件のために様々な処理ガスの流れを容易にするため、種々のサイズ、数量、分配態様、形状、設計、及び直径を有しうる。ガス分配アセンブリ120はガスパネル130に接続され、ガスパネル130は、処理中に様々なガスを処理空間126に供給することを可能にする。基板190の表面191上への材料の堆積をもたらす処理ガスの熱分解を強化するために、ガス分配アセンブリ120から出る処理混合ガスからプラズマが形成される。 [0053] A gas distribution assembly 120 having a plurality of apertures 128 is disposed at the top of the processing chamber 100 above the electrostatic chuck 150. The apertures 128 of the gas distribution assembly 120 are utilized to introduce processing gases (e.g., deposition gas, dilution gas, carrier gas, purge gas) into the processing chamber 100. The apertures 128 may have different sizes, quantities, distribution patterns, shapes, designs, and diameters to facilitate the flow of various processing gases for different processing requirements. The gas distribution assembly 120 is connected to a gas panel 130, which allows the supply of various gases to the processing space 126 during processing. A plasma is formed from the processing gas mixture exiting the gas distribution assembly 120 to enhance the pyrolysis of the processing gases resulting in the deposition of material on the surface 191 of the substrate 190.

[0054] ガス分配アセンブリ120と静電チャック150とは、処理空間126内に離間した電極の対を形成しうる。ガス分配アセンブリ120と静電チャック150との間でプラズマの生成を促進するために、1つ又は複数のRF電源140が、整合ネットワーク138(これは任意選択である)を通じて、ガス分配アセンブリ120にバイアス電位を提供する。代替的に、RF電源140及び整合ネットワーク138は、ガス分配アセンブリ120に、静電チャック150に、又はガス分配アセンブリ120と静電チャック150の両方に連結されうるか、或いは、処理チャンバ100の外部に配置されたアンテナ(図示せず)に連結されうる。1つ又は複数の実施例では、RF電源140は、約350KHz、約2MHz、約13.56MHz、約27MHz、約40MHz、約60MHz、又は約100MHzの周波数で、電力を発生させうる。いくつかの実施形態では、RF電源140は、約50kHz~約13.6MHzの周波数で、約100ワット~約3,000ワットの電力を供給しうる。他の実施例では、RF電源140は、約50kHz~約13.6MHzの周波数で、約500ワット~約1,800ワットの電力を供給しうる。 [0054] The gas distribution assembly 120 and the electrostatic chuck 150 may form a spaced apart electrode pair within the process space 126. To facilitate the generation of a plasma between the gas distribution assembly 120 and the electrostatic chuck 150, one or more RF power sources 140 provide a bias potential to the gas distribution assembly 120 through a matching network 138 (which is optional). Alternatively, the RF power sources 140 and the matching network 138 may be coupled to the gas distribution assembly 120, to the electrostatic chuck 150, or to both the gas distribution assembly 120 and the electrostatic chuck 150, or may be coupled to an antenna (not shown) located outside the process chamber 100. In one or more embodiments, the RF power sources 140 may generate power at a frequency of about 350 KHz, about 2 MHz, about 13.56 MHz, about 27 MHz, about 40 MHz, about 60 MHz, or about 100 MHz. In some embodiments, the RF power source 140 can provide a power of about 100 watts to about 3,000 watts at a frequency of about 50 kHz to about 13.6 MHz. In other examples, the RF power source 140 can provide a power of about 500 watts to about 1,800 watts at a frequency of about 50 kHz to about 13.6 MHz.

[0055] コントローラ110は、中央処理装置(CPU)112、メモリ116、及び支持回路114を含み、これらは、処理シーケンスを制御し、ガスパネル130からのガス流を調節するために利用される。CPU112は、産業用設定で使用できる任意の形態の汎用コンピュータプロセッサであってもよい。ソフトウェアルーチンは、メモリ116に、例えば、ランダムアクセスメモリ、読出専用メモリ、フロッピー、又はハードディスクドライブ、或いはその他の形態のデジタルストレージに記憶されうる。支持回路114は、従来的にはCPU112に接続され、キャッシュ、クロック回路、入出力システム、電力供給源などを含みうる。コントローラ110と基板処理システム132の様々な構成要素との間の双方向通信は、多数の信号ケーブル(信号バス118と総称され、その一部が図1Aに示されている)を通じて処理される。 [0055] The controller 110 includes a central processing unit (CPU) 112, memory 116, and support circuits 114, which are utilized to control the processing sequence and regulate the gas flow from the gas panel 130. The CPU 112 may be any form of general-purpose computer processor available for use in an industrial setting. Software routines may be stored in the memory 116, for example, in random access memory, read-only memory, floppy or hard disk drives, or other forms of digital storage. The support circuits 114 are conventionally connected to the CPU 112 and may include cache, clock circuits, input/output systems, power supplies, and the like. Bidirectional communication between the controller 110 and the various components of the substrate processing system 132 is handled through a number of signal cables, collectively referred to as signal buses 118, some of which are shown in FIG. 1A.

[0056] 図1Bは、本明細書に記載された実施形態を実践するために使用することができる別の基板処理システム180の概略断面図を示している。基板処理システム180は、ガスパネル130から、側壁101を経て基板190の表面191の端から端まで処理ガスを流すよう構成されていることを除けば、図1Aの基板処理システム132に類似している。加えて、図1Aに示しているガス分配アセンブリ120が電極182で置換されている。電極182は、二次的な電荷生成装置として構成されうる。1つ又は複数の実施形態では、電極182は、ケイ素含有電極である。 [0056] FIG. 1B illustrates a schematic cross-sectional view of another substrate processing system 180 that can be used to practice embodiments described herein. The substrate processing system 180 is similar to the substrate processing system 132 of FIG. 1A, except that the substrate processing system 180 is configured to flow process gases from the gas panel 130 through the sidewall 101 across the surface 191 of the substrate 190. In addition, the gas distribution assembly 120 shown in FIG. 1A is replaced with an electrode 182. The electrode 182 can be configured as a secondary charge generating device. In one or more embodiments, the electrode 182 is a silicon-containing electrode.

[0057] 図2は、本明細書に記載の実施形態を実践する上で使用されうる図1A及び図1Bの処理システムにおいて使用される、基板支持アセンブリ146の概略断面図を示している。図2を参照するに、静電チャック150は、静電チャック150の上面192の上に支持されている基板190の温度を制御するのに適した、ヒータ素子170を含みうる。ヒータ素子170は、静電チャック150に埋設されうる。静電チャック150は、ヒータ電源106からの電流がヒータ素子170に印加されることによって、抵抗加熱されうる。ヒータ電源106は、RFフィルタ216を通じて連結されうる。RFフィルタ216は、ヒータ電源106をRFエネルギーから保護するために使用されうる。ヒータ素子170は、ニッケル-鉄-クロム合金(例えば、INCOLOY(登録商標))のシース管内に封入されたニッケル-クロムワイヤから作製されうる。ヒータ素子170により生成された熱を制御し、ひいては基板190及び静電チャック150を膜堆積中に実質的に一定の温度に維持するよう、ヒータ電源106から供給される電流はコントローラ110によって調整される。供給される電流は、静電チャック150の温度を約50℃~約600℃に選択的に制御するよう、調節されうる。 [0057] FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a substrate support assembly 146 used in the processing system of FIGS. 1A and 1B that may be used in practicing embodiments described herein. Referring to FIG. 2, the electrostatic chuck 150 may include a heater element 170 adapted to control the temperature of a substrate 190 supported on a top surface 192 of the electrostatic chuck 150. The heater element 170 may be embedded in the electrostatic chuck 150. The electrostatic chuck 150 may be resistively heated by applying a current from a heater power supply 106 to the heater element 170. The heater power supply 106 may be coupled through an RF filter 216. The RF filter 216 may be used to protect the heater power supply 106 from RF energy. The heater element 170 may be made of a nickel-chromium wire enclosed in a sheath tube of a nickel-iron-chromium alloy (e.g., INCOLOY®). The current supplied by the heater power supply 106 is regulated by the controller 110 to control the heat generated by the heater element 170 and thus maintain the substrate 190 and electrostatic chuck 150 at a substantially constant temperature during film deposition. The current supplied can be adjusted to selectively control the temperature of the electrostatic chuck 150 from about 50° C. to about 600° C.

[0058] 図1を参照するに、従来の様態では、静電チャック150の温度をモニタするために、静電チャック150に温度センサ172(熱電対など)が埋設されうる。測定された温度は、ヒータ素子170に供給される電力を制御して、基板を望ましい温度に維持するために、コントローラ110によって使用される。 [0058] Referring to FIG. 1, in a conventional manner, a temperature sensor 172 (such as a thermocouple) may be embedded in the electrostatic chuck 150 to monitor the temperature of the electrostatic chuck 150. The measured temperature is used by the controller 110 to control the power supplied to the heater element 170 to maintain the substrate at a desired temperature.

[0059] 静電チャック150は、チャッキング電極210を含み、これは導電性材料のメッシュであってよい。チャッキング電極210は、静電チャック150に埋設されうる。チャッキング電極210はチャッキング電源212に連結されており、通電されると、基板190を静電チャック150の上面192に静電クランプする。 [0059] The electrostatic chuck 150 includes a chucking electrode 210, which may be a mesh of conductive material. The chucking electrode 210 may be embedded in the electrostatic chuck 150. The chucking electrode 210 is coupled to a chucking power supply 212 and, when energized, electrostatically clamps the substrate 190 to the upper surface 192 of the electrostatic chuck 150.

[0060] チャッキング電極210は、単極若しくは双極の電極として構成されてもよく、又は別の適切な構成を有してもよい。チャッキング電極210は、RFフィルタ214を通じてチャッキング電源212に連結されてよく、チャッキング電源212は、直流(DC)電力を供給して、基板190を静電チャック150の上面192に静電固定する。RFフィルタ214は、処理チャンバ100内のプラズマ形成に利用されるRF電力が、チャンバの外で電気機器を損傷すること、又は電気的障害を引き起こすことを防止する。静電チャック150は、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウム(例えば、アルミナ)などのセラミック材料から製造されうる。代替的に、静電チャック150は、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)などのポリマーから製造されうる。 [0060] The chucking electrode 210 may be configured as a monopolar or bipolar electrode, or may have another suitable configuration. The chucking electrode 210 may be coupled through an RF filter 214 to a chucking power supply 212, which provides direct current (DC) power to electrostatically clamp the substrate 190 to the upper surface 192 of the electrostatic chuck 150. The RF filter 214 prevents RF power utilized to form the plasma in the processing chamber 100 from damaging electrical equipment or causing electrical disturbances outside the chamber. The electrostatic chuck 150 may be fabricated from a ceramic material, such as aluminum nitride or aluminum oxide (e.g., alumina). Alternatively, the electrostatic chuck 150 may be fabricated from a polymer, such as polyimide, polyetheretherketone (PEEK), polyaryletherketone (PAEK), etc.

[0061] 電力印加システム220が、基板支持アセンブリ146に連結される。電力印加システム220は、ヒータ電源106、チャッキング電源212、第1の高周波(RF)電源230、及び第2のRF電源240を含みうる。電力印加システム220は、コントローラ110と、コントローラ110及び第1のRF電源230と第2のRF電源240の両方と通信可能なセンサデバイス250とを含みうる。コントローラ110はさらに、基板190に材料の層を堆積させるように、第1のRF電源230と第2のRF電源240からのRF電力を印加することにより、処理ガスからのプラズマを制御するために利用されうる。 [0061] A power application system 220 is coupled to the substrate support assembly 146. The power application system 220 may include a heater power supply 106, a chucking power supply 212, a first radio frequency (RF) power supply 230, and a second RF power supply 240. The power application system 220 may include a controller 110 and a sensor device 250 in communication with the controller 110 and both the first RF power supply 230 and the second RF power supply 240. The controller 110 may further be utilized to control a plasma from the process gas by applying RF power from the first RF power supply 230 and the second RF power supply 240 to deposit a layer of material on the substrate 190.

[0062] 上述したように、静電チャック150は、
一態様では、基板190をチャックするよう機能すると同時に、第1のRF電極としても機能しうるチャッキング電極210を含む。静電チャック150は、第2のRF電極260も含んでよく、チャッキング電極210と共に、プラズマを調整するためにRF電力を印加しうる。第1のRF電源230は、第2のRF電極260に連結されてもよいが、第2のRF電源240は、チャッキング電極210に連結されてもよい。第1のRF電源230と第2のRF電源240のそれぞれのために、第1の整合ネットワークと第2の整合ネットワークが設けられてもよい。第2のRF電極260は、図示しているような導電性材料の固体金属プレートであってもよい。代替的に、第2のRF電極260は、導電性材料のメッシュであってもよい。
[0062] As described above, the electrostatic chuck 150:
In one aspect, the electrostatic chuck 150 includes a chucking electrode 210 that functions to chuck the substrate 190 and can also function as a first RF electrode. The electrostatic chuck 150 may also include a second RF electrode 260, which, in conjunction with the chucking electrode 210, may apply RF power to condition the plasma. The first RF power source 230 may be coupled to the second RF electrode 260, while the second RF power source 240 may be coupled to the chucking electrode 210. A first matching network and a second matching network may be provided for each of the first RF power source 230 and the second RF power source 240. The second RF electrode 260 may be a solid metal plate of a conductive material as shown. Alternatively, the second RF electrode 260 may be a mesh of a conductive material.

[0063] 第1のRF電源230及び第2のRF電源240は、同じ周波数で、又は異なる周波数で電力を発生させうる。1つ又は複数の実施形態では、第1のRF電源230と第2のRF電源240の一方又は両方が、約350KHz~約100MHz(例えば、350KHz、2MHz、13.56MHz、27MHz、40MHz、60MHz、又は100MHz)の周波数で、個別に電力を発生させうる。1つ又は複数の実施形態では、第1のRF電源230は、13.56MHzの周波数で電力を発生させることができ、第2のRF電源240は、2MHzの周波数で電力を発生させることができ、或いはその逆も可能である。第1のRF電源230と第2のRF電源240の一方又は両方からのRF電力が、プラズマを調整するために変更されうる。例えば、センサデバイス250は、第1のRF電源230と第2のRF電源240の一方又は両方からのRFエネルギーをモニタするために使用されうる。センサデバイス250からのデータは、コントローラ110に送信されてよく、コントローラ110は、第1のRF電源230及び第2のRF電源240によって印加される電力を変更するために利用されうる。 [0063] The first RF power source 230 and the second RF power source 240 may generate power at the same frequency or at different frequencies. In one or more embodiments, one or both of the first RF power source 230 and the second RF power source 240 may individually generate power at a frequency between about 350 KHz and about 100 MHz (e.g., 350 KHz, 2 MHz, 13.56 MHz, 27 MHz, 40 MHz, 60 MHz, or 100 MHz). In one or more embodiments, the first RF power source 230 may generate power at a frequency of 13.56 MHz and the second RF power source 240 may generate power at a frequency of 2 MHz, or vice versa. The RF power from one or both of the first RF power source 230 and the second RF power source 240 may be varied to tune the plasma. For example, the sensor device 250 may be used to monitor RF energy from one or both of the first RF power source 230 and the second RF power source 240. Data from the sensor device 250 may be transmitted to the controller 110, which may be utilized to modify the power applied by the first RF power source 230 and the second RF power source 240.

[0064] 1つ又は複数の実施形態では、静電チャック150は、チャッキング電極210とRF電極とを互いに分離し、第1のRFバイアスをRF電極260に印加し、第2のRFバイアスをチャッキング電極210に印加することが可能である。1つ又は複数の実施例では、第1のRFバイアスは、約350KHz~約100MHzの周波数で、約10ワット~約3,000ワットの電力で供給され、第2のRFバイアスは、約350KHz~約100MHzの周波数で、約10ワット~約3,000ワットの電力で供給される。他の実施例では、第1のRFバイアスは、約13.56MHzの周波数で、約2,500ワット~約3,000ワットの電力で供給され、第2のRFバイアスは、約2MHzの周波数で、約800ワット~約1,200ワットの電力で供給される。 [0064] In one or more embodiments, the electrostatic chuck 150 may separate the chucking electrode 210 and the RF electrode from one another and may apply a first RF bias to the RF electrode 260 and a second RF bias to the chucking electrode 210. In one or more examples, the first RF bias is provided at a frequency of about 350 KHz to about 100 MHz and at a power of about 10 Watts to about 3,000 Watts, and the second RF bias is provided at a frequency of about 350 KHz to about 100 MHz and at a power of about 10 Watts to about 3,000 Watts. In other examples, the first RF bias is provided at a frequency of about 13.56 MHz and at a power of about 2,500 Watts to about 3,000 Watts, and the second RF bias is provided at a frequency of about 2 MHz and at a power of about 800 Watts to about 1,200 Watts.

[0065] 1つ又は複数の実施形態では、1つ又は複数の炭化水素化合物を含む堆積ガスは、PE-CVDチャンバなどの処理チャンバの処理空間に流されるか又は導入されてもよい。炭化水素化合物及び希釈ガスは、個別に処理空間に流されるか又は導入されうる。いくつかの実施例では、1つ又は複数の基板が処理チャンバ内の静電チャック上に配置される。静電チャックは、チャッキング電極とRF電極を別々に有することができる。RF電極に第1のRFバイアスを、チャッキング電極に第2のRFバイアスを印加することにより、基板又はその近傍(例えば、基板レベル)でプラズマを点火又は発生させることができる。応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、基板上に堆積又は形成される。いくつかの実施形態では、パターニングされたフォトレジスト層は、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の上に堆積又は形成されてよく、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、パターニングされたフォトレジスト層に対応するパターンでエッチング又は形成され、また、パターンは基板にエッチング又は形成される。他の実施形態では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、低応力ダイヤモンド状炭素膜に変換され、次にパターニングされたフォトレジスト層は、低応力ダイヤモンド状炭素膜の上に堆積又は形成されてよく、低応力ダイヤモンド状炭素膜は、パターニングされたフォトレジスト層に対応するパターンでエッチング又は形成され、また、パターンは基板にエッチング又は形成される。 [0065] In one or more embodiments, a deposition gas containing one or more hydrocarbon compounds may be flowed or introduced into a processing space of a processing chamber, such as a PE-CVD chamber. The hydrocarbon compounds and dilution gases may be flowed or introduced into the processing space separately. In some examples, one or more substrates are placed on an electrostatic chuck in the processing chamber. The electrostatic chuck may have a separate chucking electrode and an RF electrode. A plasma may be ignited or generated at or near the substrate (e.g., at the substrate level) by applying a first RF bias to the RF electrode and a second RF bias to the chucking electrode. A stressed diamond-like carbon film is deposited or formed on the substrate. In some embodiments, a patterned photoresist layer may be deposited or formed on the stressed diamond-like carbon film, the stressed diamond-like carbon film is etched or formed in a pattern corresponding to the patterned photoresist layer, and the pattern is etched or formed in the substrate. In other embodiments, the stressed diamond-like carbon film may be converted to a low stress diamond-like carbon film, then a patterned photoresist layer may be deposited or formed on the low stress diamond-like carbon film, the low stress diamond-like carbon film is etched or formed with a pattern corresponding to the patterned photoresist layer, and the pattern is etched or formed into the substrate.

[0066] 一般的に、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を形成するために、以下の例示的な堆積処理パラメータが使用されてもよい。基板温度は、約50℃~約350℃(例えば、約40℃~約100℃、約10℃~約100℃、又は約10℃~約50℃)の範囲であってよい。チャンバ圧力は、約0.5mTorr~約10Torr(例えば、約2mTorr~約50mTorr、又は約2mTorr~約10mTorr)のチャンバ圧力の範囲であってよい。炭化水素化合物の流量は、約20sccm~約5,000sccm(例えば、約50sccm~約1,000sccm、約100sccm~約200sccm、又は約150sccm~約200sccm)であってよい。希釈ガス又はパージガス(例えば、He)の流量は、約1sccm~約3,000sccm(例えば、約5sccm~約500sccm、約10sccm~約150sccm、又は約20sccm~約100sccm)であってよい。応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、約200Å~約6,000Å(用途に応じて、例えば、約300Å~約5,000Å、約400Å~約800Å、約2,000Å~約3,000Å、又は約5Å~約200Å)の厚さに堆積されてもよい。1つ又は複数の実施例では、処理パラメータは、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials,Inc.から入手可能な堆積チャンバにおける300mm基板向けの処理パラメータの例を提示するものである。 [0066] In general, the following exemplary deposition process parameters may be used to form stressed diamond-like carbon films: The substrate temperature may range from about 50° C. to about 350° C. (e.g., from about 40° C. to about 100° C., from about 10° C. to about 100° C., or from about 10° C. to about 50° C.). The chamber pressure may range from about 0.5 mTorr to about 10 Torr (e.g., from about 2 mTorr to about 50 mTorr, or from about 2 mTorr to about 10 mTorr). The flow rate of the hydrocarbon compound may range from about 20 sccm to about 5,000 sccm (e.g., from about 50 sccm to about 1,000 sccm, from about 100 sccm to about 200 sccm, or from about 150 sccm to about 200 sccm). The flow rate of the dilution or purge gas (e.g., He) may be from about 1 sccm to about 3,000 sccm (e.g., from about 5 sccm to about 500 sccm, from about 10 sccm to about 150 sccm, or from about 20 sccm to about 100 sccm). The stressed diamond-like carbon film may be deposited to a thickness of from about 200 Å to about 6,000 Å (e.g., from about 300 Å to about 5,000 Å, from about 400 Å to about 800 Å, from about 2,000 Å to about 3,000 Å, or from about 5 Å to about 200 Å, depending on the application). In one or more embodiments, the process parameters provide example process parameters for a 300 mm substrate in a deposition chamber available from Applied Materials, Inc. of Santa Clara, Calif.

[0067] 図3は、本開示の一実施形態による、基板上に配置された膜積層体の上に低応力ダイヤモンド状炭素膜を形成するための方法300のフロー図を示す。膜積層体上に形成された応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、例えば、膜積層体に階段状構造を形成するためのハードマスクとして利用されうる。図4A、図4Bは、方法300により基板上に配置された膜積層体の上に低応力ダイヤモンド状炭素膜を形成するためのシーケンスを示す、概略断面図である。三次元半導体デバイス向けに膜積層体に階段状構造を製造するために利用される膜積層体の上に形成されうるハードマスク層に関連して、方法300について後述しているが、方法300は、他のデバイス製造応用においても、有利に使用されうる。さらに、図3に示している工程は、同時に、及び/又は図3に示している順序とは異なる順序で、実施されうることも理解されたい。 [0067] FIG. 3 shows a flow diagram of a method 300 for forming a low stress diamond-like carbon film on a film stack disposed on a substrate according to one embodiment of the present disclosure. The stressed diamond-like carbon film formed on the film stack can be used, for example, as a hard mask for forming a step-like structure in the film stack. FIGS. 4A and 4B are schematic cross-sectional views showing a sequence for forming a low stress diamond-like carbon film on a film stack disposed on a substrate according to the method 300. Although the method 300 is described below in the context of a hard mask layer that can be formed on a film stack used to fabricate a step-like structure in a film stack for a three-dimensional semiconductor device, the method 300 can also be advantageously used in other device manufacturing applications. It should further be understood that the steps shown in FIG. 3 can be performed simultaneously and/or in a different order than that shown in FIG. 3.

[0068] 方法300は、工程310において、基板(図4Aに示す基板402など)を、処理チャンバ(図1A又は図1Bに示す処理チャンバ100など)の中に位置付けることによって始まる。基板402は、図1A、図1B、及び図2に示している基板190でありうる。基板402は、静電チャック(例えば、静電チャック150の上面192)の上に位置付けられうる。基板402は、膜積層体404が上部に配置された、ケイ素系材料、又は必要に応じて任意の適切な絶縁材料若しくは導電材料であってもよく、これらの材料は、膜積層体404において構造400(例えば、階段状構造)を形成するために利用されうる。 [0068] The method 300 begins at step 310 by positioning a substrate (such as the substrate 402 shown in FIG. 4A) in a process chamber (such as the process chamber 100 shown in FIG. 1A or FIG. 1B). The substrate 402 may be the substrate 190 shown in FIGS. 1A, 1B, and 2. The substrate 402 may be positioned on an electrostatic chuck (e.g., the upper surface 192 of the electrostatic chuck 150). The substrate 402 may be a silicon-based material, or any suitable insulating or conductive material as desired, with a film stack 404 disposed thereon, which may be utilized to form a structure 400 (e.g., a stepped structure) in the film stack 404.

[0069] 図4Aに示される実施形態に示すように、基板402は、実質的に平面的な表面、平坦ではない表面、又は構造がその上に形成された実質的に平面的な表面を有しうる。膜積層体404が、基板402上に形成されている。1つ又は複数の実施形態では、膜積層体404は、フロントエンド処理又はバックエンド処理においてゲート構造、接触構造、又は相互接続構造を形成するために、利用されうる。方法300は、膜積層体404でメモリ構造(NAND構造など)に使用される階段状構造を形成するために、膜積層体404に対して実施されうる。1つ又は複数の実施形態では、基板402は、結晶シリコン(例えば、Si<100>又はSi<111>)、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコン基板、パターニングされた又はパターニングされていない基板シリコンオンインシュレータ(SOI)、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料であってもよい。基板402は、様々な寸法、例えば200mm、300mm、450mm、又はその他の直径を有してもよく、矩形又は方形のパネルであってもよい。別途明記されない限り、本明細書に記載の実施形態及び実施例は、直径200mm、直径300mm、又は直径450mmの基板上で実行される。基板402でSOI構造が利用される実施形態では、基板402は、シリコン結晶基板に配置された埋め込み型誘電体層を含みうる。本明細書に記載の1つ又は複数の実施形態では、基板402は、結晶シリコン基板であってもよい。 [0069] As shown in the embodiment depicted in FIG. 4A, the substrate 402 may have a substantially planar surface, a non-planar surface, or a substantially planar surface with structures formed thereon. A film stack 404 is formed on the substrate 402. In one or more embodiments, the film stack 404 may be utilized to form gate structures, contact structures, or interconnect structures in front-end or back-end processing. The method 300 may be performed on the film stack 404 to form stepped structures used in memory structures (such as NAND structures) in the film stack 404. In one or more embodiments, the substrate 402 may be a material such as crystalline silicon (e.g., Si<100> or Si<111>), silicon oxide, strained silicon, silicon germanium, doped or undoped polysilicon, doped or undoped silicon substrate, patterned or unpatterned substrate silicon-on-insulator (SOI), carbon doped silicon oxide, silicon nitride, doped silicon, germanium, gallium arsenide, glass, sapphire, etc. The substrate 402 may have various dimensions, for example, 200 mm, 300 mm, 450 mm, or other diameters, and may be a rectangular or square panel. Unless otherwise specified, the embodiments and examples described herein are performed on substrates with a diameter of 200 mm, 300 mm, or 450 mm. In embodiments in which the substrate 402 utilizes an SOI structure, the substrate 402 may include a buried dielectric layer disposed on a silicon crystalline substrate. In one or more embodiments described herein, the substrate 402 may be a crystalline silicon substrate.

[0070] 1つ又は複数の実施形態では、基板402上に配置された膜積層体404は、多数の垂直に積層された層を有しうる。膜積層体404は、膜積層体404において繰り返し形成される第1の層(408a、408a、408a、...、408aとして示される)、及び第2の層(408b、408b、408b、...、408bとして示される)を含むペアを含みうる。これらのペアは、交互に重なる第1の層(408a、408a、408a、...、408aとして示される)と、第2の層(408b、408b、408b、...、408bとして示される)とを含み、第1の層と第2の層のペアが目標数に達するまで、繰り返し形成される。 [0070] In one or more embodiments, the film stack 404 disposed on the substrate 402 may have multiple vertically stacked layers. The film stack 404 may include pairs including a first layer (shown as 408a1 , 408a2 , 408a3 , ..., 408a n ) and a second layer (shown as 408b1 , 408b2 , 408b3 , ..., 408b n ) that are repeated in the film stack 404. These pairs include alternating first layers (shown as 408a1 , 408a2 , 408a3 , ..., 408an ) and second layers (shown as 408b1 , 408b2 , 408b3 , ..., 408bn ), and are repeatedly formed until a target number of pairs of first and second layers is reached.

[0071] 膜積層体404は、三次元メモリチップなどの半導体チップの一部であってもよい。第1の層(408a、408a、408a、...、408aとして示される)と、第2の層(408b、408b、408b、...、408bとして示される)の反復層が図4A、図4Bに3つ示されているが、必要に応じて、第1の層と第2の層の反復するペアが任意の目標数だけ利用されてもよいことに留意されたい。 [0071] The film stack 404 may be part of a semiconductor chip, such as a three-dimensional memory chip. It should be noted that although three repeating layers of a first layer (shown as 408a1 , 408a2 , 408a3 , ..., 408a n ) and a second layer (shown as 408b1 , 408b2 , 408b3 , ..., 408b n ) are shown in Figures 4A-B, any desired number of repeating pairs of first and second layers may be utilized as desired.

[0072] 1つ又は複数の実施形態では、膜積層体404を利用して、3次元メモリチップ用の複数のゲート構造を形成することができる。膜積層体404において形成された第1の層408a、408a、408a、...、408aは、第1の誘電体層であってもよく、第2の層408b、408b、408b、...、408bは、第2の誘電体層であってもよい。第1の層408a、408a、408a、...、408a、及び第2の層408b、408b、408b、...、408bの形成に利用されうる適切な誘電体層には、とりわけ、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸炭化ケイ素、窒化チタン、酸化物と窒化物の複合物、窒化物層を挟む少なくとも1つ又は複数の酸化物層、及びこれらの組み合わせが含まれうる。1つ又は複数の実施形態では、誘電体層は、4を上回る誘電率を有する、高誘電率材料であってもよい。高誘電率材料の適切な例としては、ハフニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、チタン酸化物、ハフニウム酸化ケイ素、又はハフニウムケイ酸塩、ハフニウムアルミニウム酸化物、又はハフニウムアルミネート、ジルコニウム酸化ケイ素又はジルコニウムケイ酸塩、タンタル酸化物、アルミニウム酸化物、アルミニウムドープ二酸化ハフニウム、ビスマスストロンチウムチタン(BST)、及び白金ジルコニウムチタン(PZT)、これらのドーパント、又はこれらの任意の組み合わせが含まれる。 [0072] In one or more embodiments, the film stack 404 may be utilized to form multiple gate structures for a three-dimensional memory chip. The first layers 408a1 , 408a2 , 408a3 ,..., 408an formed in the film stack 404 may be first dielectric layers, and the second layers 408b1 , 408b2 , 408b3 ,..., 408bn may be second dielectric layers. The first layers 408a1 , 408a2 , 408a3 ,..., 408an and the second layers 408b1 , 408b2 , 408b3 ,... , 408b n may include, among others, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, silicon carbide, silicon oxycarbide, titanium nitride, composites of oxide and nitride, at least one or more oxide layers sandwiching a nitride layer, and combinations thereof. In one or more embodiments, the dielectric layer may be a high-k material having a dielectric constant greater than 4. Suitable examples of high-k materials include hafnium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, hafnium silicon oxide or hafnium silicate, hafnium aluminum oxide or hafnium aluminate, zirconium silicon oxide or zirconium silicate, tantalum oxide, aluminum oxide, aluminum doped hafnium dioxide, bismuth strontium titanium (BST), and platinum zirconium titanium (PZT), dopants thereof, or any combination thereof.

[0073] 1つ又は複数の実施例では、第1の層408a、408a、408a、...、408aは、酸化ケイ素層であり、第2の層408b、408b、408b、...、408bは、第1の層408a、408a、408a、...、408aの上に配置された窒化ケイ素層又はポリシリコン層である。1つ又は複数の実施形態では、第1の層408a、408a、408a、...、408aは、の厚さは、約50Å~約1,000Å(例えば、約500Å)で制御されてよく、第2の層408b、408b、408b、...、408bの各々の厚さは、約50Å~約1,000Å(例えば、約500Å)で制御されてよい。膜積層体404は、約100Å~約2,000Åの総厚を有しうる。1つ又は複数の実施形態では、膜積層体404の総厚は、約3ミクロン~約10ミクロンであり、技術が進歩するにつれて変化することになる。 [0073] In one or more examples, the first layers 408a1 , 408a2 , 408a3 ,..., 408an are silicon oxide layers and the second layers 408b1 , 408b2, 408b3,..., 408bn are silicon nitride layers or polysilicon layers disposed on the first layers 408a1, 408a2 , 408a3 ,..., 408an. In one or more embodiments, the first layers 408a1 , 408a2 , 408a3 ,..., 408an are silicon oxide layers and the second layers 408b1, 408b2, 408b3,..., 408bn are silicon nitride layers or polysilicon layers disposed on the first layers 408a1 , 408a2 , 408a3 ,..., 408an. , 408a n may be controlled in thickness from about 50 Å to about 1,000 Å (e.g., about 500 Å) and the thickness of each of the second layers 408b 1 , 408b 2 , 408b 3 , ..., 408b n may be controlled in thickness from about 50 Å to about 1,000 Å (e.g., about 500 Å). The film stack 404 may have a total thickness from about 100 Å to about 2,000 Å. In one or more embodiments, the total thickness of the film stack 404 is from about 3 microns to about 10 microns, and will vary as technology advances.

[0074] 基板402上に膜積層体404が存在するか否かに関わらず、基板402の任意の表面又は任意の部分に低応力ダイヤモンド状炭素膜が形成されうることに留意されたい。 [0074] It should be noted that a low stress diamond-like carbon film may be formed on any surface or any portion of the substrate 402, regardless of whether or not a film stack 404 is present on the substrate 402.

[0075] 工程320では、チャッキング電圧が静電チャックに印加されて、基板402が静電チャックにクランプされるか、その上に配置される。基板402が静電チャック150の上面192に位置付けられる1つ又は複数の実施形態では、処理中、上面192が基板402を支持してクランプする。静電チャック150は、基板402を上面192に密着させ、裏側堆積を防止する。チャッキング電極210を介して、基板402に電気バイアスが提供される。チャッキング電極210は、チャッキング電極210にバイアス電圧を供給するチャッキング電源212と、電気的に通信可能でありうる。1つ又は複数の実施形態では、チャッキング電圧は、約10ボルト~約3,000ボルト、約100ボルト~約2,000ボルト、又は約200ボルト~約1,000ボルトである。 [0075] In step 320, a chucking voltage is applied to the electrostatic chuck to clamp or place the substrate 402 on the electrostatic chuck. In one or more embodiments in which the substrate 402 is positioned on the top surface 192 of the electrostatic chuck 150, the top surface 192 supports and clamps the substrate 402 during processing. The electrostatic chuck 150 seals the substrate 402 to the top surface 192 to prevent backside deposition. An electrical bias is provided to the substrate 402 via the chucking electrode 210. The chucking electrode 210 may be in electrical communication with a chucking power supply 212 that provides a bias voltage to the chucking electrode 210. In one or more embodiments, the chucking voltage is from about 10 volts to about 3,000 volts, from about 100 volts to about 2,000 volts, or from about 200 volts to about 1,000 volts.

[0076] 工程320では、いくつかの処理パラメータが処理に合わせて調節されうる。300mm基板の処理に適した1つ又は複数の実施形態では、処理空間内の処理圧力は、約0.1mTorr~約10Torr(例えば、約2mTorr~約50mTorr、又は約5mTorr~約20mTorr)に維持されうる。300mm基板の処理に適したいくつかの実施形態では、処理温度及び/又は基板温度は、約50℃~約350℃(例えば、約0℃~約50℃、又は約10℃~約20℃)に維持されうる。 [0076] In step 320, several process parameters may be adjusted for processing. In one or more embodiments suitable for processing a 300 mm substrate, the process pressure in the process space may be maintained between about 0.1 mTorr and about 10 Torr (e.g., between about 2 mTorr and about 50 mTorr, or between about 5 mTorr and about 20 mTorr). In some embodiments suitable for processing a 300 mm substrate, the process temperature and/or substrate temperature may be maintained between about 50° C. and about 350° C. (e.g., between about 0° C. and about 50° C., or between about 10° C. and about 20° C.).

[0077] 1つ又は複数の実施形態では、一定のチャッキング電圧が基板402に印加される。いくつかの実施形態では、チャッキング電圧は、静電チャック150へとパルス化されうる。他の実施形態では、基板の温度を制御するためにチャッキング電圧が印加されている間、裏側ガスが基板402に適用されうる。裏側ガスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、窒素(N)、水素(H)、又はこれらの任意の組み合わせであるか、これらを含みうる。 [0077] In one or more embodiments, a constant chucking voltage is applied to the substrate 402. In some embodiments, the chucking voltage may be pulsed to the electrostatic chuck 150. In other embodiments, a backside gas may be applied to the substrate 402 while the chucking voltage is applied to control the temperature of the substrate. The backside gas may be or include helium, argon, neon, nitrogen ( N2 ), hydrogen ( H2 ), or any combination thereof.

[0078] 工程330では、第1のRFバイアスを静電チャックに印加することにより、基板において、例えば、基板に隣接して、又は基板レベルの近傍で、プラズマが生成される。基板において生成されるプラズマは、基板と静電チャックとの間のプラズマ領域内で生成されうる。第1のRFバイアスは、約350KHz~約100MHz(例えば、350KHz、約2MHz、約13.56MHz、約27MHz、約40MHz、約60MHz、又は約100MHz)の周波数で、約10ワット~約3,000ワットになりうる。1つ又は複数の実施形態では、第1のRFバイアスは、約13.56MHzの周波数で、約2,500ワット~約3,000ワットの電力で供給される。1つ又は複数の実施形態では、第1のRFバイアスは、第2のRF電極260を介して、静電チャック150に供給される。第2のRF電極260は、第2のRF電極260にバイアス電圧を供給する第1のRF電源230と電気的に通信可能でありうる。1つ又は複数の実施形態では、バイアス電力は、約10ワット~約3,000ワット、約2,000ワット~約3,000ワット、又は約2,500ワット~約3,000ワットである。第1のRF電源230は、約350KHz~約100MHz(例えば、約350KHz、約2MHz、約13.56MHz、約27MHz、約40MHz、約60MHz、又は約100MHz)の周波数で電力を発生させうる。 [0078] In step 330, a plasma is generated at the substrate, for example adjacent to the substrate or near the substrate level, by applying a first RF bias to the electrostatic chuck. The plasma generated at the substrate can be generated in a plasma region between the substrate and the electrostatic chuck. The first RF bias can be from about 10 watts to about 3,000 watts at a frequency of about 350 KHz to about 100 MHz (e.g., 350 KHz, about 2 MHz, about 13.56 MHz, about 27 MHz, about 40 MHz, about 60 MHz, or about 100 MHz). In one or more embodiments, the first RF bias is provided at a frequency of about 13.56 MHz and with a power of about 2,500 watts to about 3,000 watts. In one or more embodiments, the first RF bias is provided to the electrostatic chuck 150 via the second RF electrode 260. The second RF electrode 260 may be in electrical communication with the first RF power source 230, which provides a bias voltage to the second RF electrode 260. In one or more embodiments, the bias power is from about 10 watts to about 3,000 watts, from about 2,000 watts to about 3,000 watts, or from about 2,500 watts to about 3,000 watts. The first RF power source 230 may generate power at a frequency of from about 350 KHz to about 100 MHz (e.g., about 350 KHz, about 2 MHz, about 13.56 MHz, about 27 MHz, about 40 MHz, about 60 MHz, or about 100 MHz).

[0079] 1つ又は複数の実施形態では、工程330は、第2のRFバイアスを静電チャックに印加することをさらに含む。第2のRFバイアスは、約350KHz~約100MHz(例えば、約350KHz、約2MHz、約13.56MHz、約27MHz、約40MHz、約60MHz、又は約100MHz)の周波数で、約10ワット~約3,000ワットになりうる。いくつかの実施形態では、第2のRFバイアスは、約2MHzの周波数で、約800ワット~約1,200ワットの電力で供給される。他の実施例では、第2のRFバイアスは、チャッキング電極210を介して基板402に供給される。チャッキング電極210は、チャッキング電極210にバイアス電圧を供給する第2のRF電源240と、電気的に通信可能でありうる。1つ又は複数の実施例では、バイアス電力は、約10ワット~約3,000ワット、約500ワット~約1,500ワット、又は約800ワット~約1,200ワットである。第2のRF電源240は、約350KHz~約100MHz(例えば、約350KHz、約2MHz、約13.56MHz、約27MHz、約40MHz、約60MHz、又は約100MHz)の周波数で電力を発生させうる。1つ又は複数の実施形態では、工程320中に供給されるチャッキング電圧は、工程330中にも維持される。 [0079] In one or more embodiments, step 330 further includes applying a second RF bias to the electrostatic chuck. The second RF bias can be from about 10 watts to about 3,000 watts at a frequency of about 350 KHz to about 100 MHz (e.g., about 350 KHz, about 2 MHz, about 13.56 MHz, about 27 MHz, about 40 MHz, about 60 MHz, or about 100 MHz). In some embodiments, the second RF bias is provided at a frequency of about 2 MHz and with a power of about 800 watts to about 1,200 watts. In other examples, the second RF bias is provided to the substrate 402 via the chucking electrode 210. The chucking electrode 210 can be in electrical communication with a second RF power source 240 that provides a bias voltage to the chucking electrode 210. In one or more embodiments, the bias power is between about 10 watts and about 3,000 watts, between about 500 watts and about 1,500 watts, or between about 800 watts and about 1,200 watts. The second RF power source 240 may generate power at a frequency between about 350 KHz and about 100 MHz (e.g., about 350 KHz, about 2 MHz, about 13.56 MHz, about 27 MHz, about 40 MHz, about 60 MHz, or about 100 MHz). In one or more embodiments, the chucking voltage provided during step 320 is maintained during step 330.

[0080] いくつかの実施形態では、工程330中に、第1のRFバイアスは、チャッキング電極210を介して基板402に供給され、第2のRFバイアスは、第2のRF電極260を介して基板402に供給されうる。1つ又は複数の実施形態では、第1のRFバイアスは約2,500ワット(約13.56MHz)であり、第2のRFバイアスは約1,000ワット(約2MHz)である。 [0080] In some embodiments, during step 330, a first RF bias may be supplied to the substrate 402 via the chucking electrode 210 and a second RF bias may be supplied to the substrate 402 via the second RF electrode 260. In one or more embodiments, the first RF bias is about 2,500 Watts (about 13.56 MHz) and the second RF bias is about 1,000 Watts (about 2 MHz).

[0081] 工程340では、膜積層体上に応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を形成するために、堆積ガスが処理空間126内に流される。堆積ガスは、ガスパネル130から、ガス分配アセンブリ120を通して、又は側壁101を介して、処理空間126内に流されうる。堆積ガスは、1つ又は複数の窒素ドーパント化合物を含む。炭化水素化合物は、物質の任意の状態における、1つ、2つ、又はそれ以上の炭化水素化合物であるか、これらを含みうる。炭化水素化合物は、液体又は気体のいずれでもよいが、材料の計量、制御、及び処理空間への供給に必要なハードウェアを簡略化するために、前駆体のいずれかが室温で蒸気であれば、いくつかの利点が実現される場合がある。 [0081] In step 340, deposition gas is flowed into the process space 126 to form a stressed diamond-like carbon film on the film stack. The deposition gas may be flowed into the process space 126 from the gas panel 130, through the gas distribution assembly 120, or through the sidewall 101. The deposition gas includes one or more nitrogen dopant compounds. The hydrocarbon compound may be or include one, two, or more hydrocarbon compounds in any state of matter. The hydrocarbon compound may be either a liquid or a gas, although some advantages may be realized if any of the precursors are vapors at room temperature to simplify the hardware required to meter, control, and deliver the materials to the process space.

[0082] 堆積ガスは、不活性ガス、希釈ガス、エッチャントガス、又はこれらの組み合わせをさらに含みうる。1つ又は複数の実施形態では、工程320中に供給されるチャッキング電圧は、工程340中にも維持される。いくつかの実施形態では、工程320中に確立された処理条件及び工程330中に形成されたプラズマは、工程340中にも維持される。 [0082] The deposition gas may further include an inert gas, a diluent gas, an etchant gas, or a combination thereof. In one or more embodiments, the chucking voltage provided during step 320 is maintained during step 340. In some embodiments, the process conditions established during step 320 and the plasma formed during step 330 are maintained during step 340.

[0083] 1つ又は複数の実施形態では、炭化水素化合物は気体の炭化水素又は液体の炭化水素である。炭化水素は、1つ又は複数のアルカン、1つ又は複数のアルケン、1つ又は複数のアルキン、1つ又は複数の芳香族、或いはこれらの任意の組み合わせであるか、これらを含みうる。いくつかの実施形態では、炭化水素化合物は、一般式Cで表され、ここで、xは1~20の範囲を有し、yは1~20の範囲を有する。適切な炭化水素化合物としては、例えば、C、C、CH、C、1,3-ジメチルアダマンタン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ-2,5-ジエン(2,5-ノルボルナジエン)、アダマンティン(C1016)、ノルボルネン(C10)、或いはこれらの任意の組み合わせが含まれる。1つ又は複数の実施例では、エチンは、表面移動度の向上を可能にする、より安定した中間種を形成するため利用される。 [0083] In one or more embodiments, the hydrocarbon compound is a gaseous hydrocarbon or a liquid hydrocarbon. The hydrocarbon can be or include one or more alkanes, one or more alkenes, one or more alkynes, one or more aromatics, or any combination thereof. In some embodiments, the hydrocarbon compound is represented by the general formula CxHy , where x has a range from 1 to 20 and y has a range from 1 to 20. Suitable hydrocarbon compounds include, for example, C2H2 , C3H6 , CH4 , C4H8 , 1,3 - dimethyladamantane , bicyclo[2.2.1 ] hepta-2,5-diene (2,5-norbornadiene), adamantine ( C10H16 ), norbornene ( C7H10 ), or any combination thereof. In one or more embodiments, ethyne is utilized to form a more stable intermediate species that allows for enhanced surface mobility.

[0084] 炭化水素化合物は、1つ又は複数のアルカン(例えば、C2n+2、nは1~20)であるか、これらを含みうる。適切な炭化水素化合物には、アルカン(例えば、メタン(CH)、エタン(C)、プロパン(C)、ブタン(C10)及びその異性体イソブタン、ペンタン(C12)、ヘキサン(C14)及びその異性体イソペンタンとネオペンタン、ヘキサン(C14)及びその異性体2-メチルペンタン、3-メチルペンタン、2,3-ジメチルブタン、並びに2,2-ジメチルブタン、又はこれらの組み合わせ)が含まれる。 [0084] The hydrocarbon compound can be or include one or more alkanes (e.g., C n H 2n+2 , where n is 1 to 20). Suitable hydrocarbon compounds include alkanes (e.g., methane (CH 4 ), ethane (C 2 H 6 ), propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ) and its isomers isopentane, pentane (C 5 H 12 ), hexane (C 6 H 14 ) and its isomers isopentane and neopentane, hexane (C 6 H 14 ) and its isomers 2-methylpentane, 3-methylpentane, 2,3-dimethylbutane, and 2,2-dimethylbutane, or combinations thereof).

[0085] 炭化水素化合物は、1つ又は複数のアルケン(例えば、C2n、nは1~20)であるか、これらを含みうる。適切な炭化水素化合物には、例えば、エチレン、プロピレン(C)、ブチレン及びその異性体、ペンテン及びその異性体などのアルケン類、ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン、ヘキサジエンなどのジエン類、又はこれらの組み合わせが含まれる。さらに適切な炭化水素には、例えば、ハロゲン化されたアルケン(例えば、モノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、モノクロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、又はこれらの任意の組み合わせ)が含まれる。 [0085] The hydrocarbon compound can be or include one or more alkenes (e.g., C n H 2n , where n is 1 to 20). Suitable hydrocarbon compounds include, for example, alkenes such as ethylene, propylene (C 3 H 6 ), butylene and its isomers, pentene and its isomers, dienes such as butadiene, isoprene, pentadiene, hexadiene, or combinations thereof. Further suitable hydrocarbons include, for example, halogenated alkenes (e.g., monofluoroethylene, difluoroethylene, trifluoroethylene, tetrafluoroethylene, monochloroethylene, dichloroethylene, trichloroethylene, tetrachloroethylene, or any combination thereof).

[0086] 炭化水素化合物は、1つ又は複数のアルキン(例えば、C2n2、nは1~20)であるか、これらを含みうる。適切な炭化水素には、例えば、アルキン(例えば、アセチレン(C)、プロピン(C)、ブチレン(C)、ビニルアセチレン、又はこれらの組み合わせ)が含まれる。 [0086] The hydrocarbon compound can be or include one or more alkynes (e.g., C n H 2n2 , where n is 1 to 20). Suitable hydrocarbons include, for example, alkynes (e.g., acetylene (C 2 H 4 ), propyne (C 3 H 4 ), butylene (C 4 H 8 ), vinyl acetylene, or combinations thereof).

[0087] 炭化水素化合物は、1つ又は複数の芳香族炭化水素化合物(例えば、ベンゼン、スチレン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、アセトフェノン、安息香酸メチル、酢酸フェニル、フェノール、クレゾール、フラン等)、α-テルピネン、シメン、1,1,3,3-テトラメチルブチルベンゼン、t-ブチルエーテル、t-ブチルエチレン、メチルメタアクリレート、及びt-ブチルフルフリルエーテル、化学式C及びCを有する化合物、ハロゲン化芳香族化合物(モノフルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、又はこれらの任意の組み合わせを含む)であるか、これらを含みうる。 [0087] The hydrocarbon compound may be or include one or more aromatic hydrocarbon compounds (e.g., benzene, styrene, toluene, xylene, ethylbenzene, acetophenone, methyl benzoate, phenyl acetate, phenol, cresol, furan, etc.), alpha-terpinene, cymene, 1,1,3,3-tetramethylbutylbenzene, t-butyl ether, t-butyl ethylene, methyl methacrylate, and t - butyl furfuryl ether, compounds having the chemical formulas C3H2 and C5H4 , halogenated aromatic compounds (including monofluorobenzene, difluorobenzene, tetrafluorobenzene, hexafluorobenzene, or any combination thereof).

[0088] 1つ又は複数の実施形態では、堆積ガスは、1つ又は複数の希釈ガス、1つ又は複数のキャリアガス、及び/又は、1つ又は複数のパージガスをさらに含む。とりわけ、ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、キセノン(Xe)、水素(H)、窒素(N)、アンモニア(NH)、一酸化窒素(NO)、又はこれらの任意の組み合わせなどの適切な希釈ガス、キャリアガス、及び/又はパージガスが、堆積ガスと共に処理空間126に共流されるか、又は他の方法で供給されてもよい。応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の密度及び堆積速度を制御するために、アルゴン、ヘリウム、及び窒素が使用されうる。場合によっては、N及び/又はNHの添加は、後述するように、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜中の水素比率を制御するために使用されうる。代替的に、堆積中に希釈ガスが使用されないこともある。 [0088] In one or more embodiments, the deposition gas further comprises one or more dilution gases, one or more carrier gases, and/or one or more purge gases. Suitable dilution gases, carrier gases, and/or purge gases, such as helium (He), argon (Ar), xenon (Xe), hydrogen ( H2 ), nitrogen ( N2 ), ammonia ( NH3 ), nitric oxide (NO), or any combination thereof, among others, may be co-flowed or otherwise supplied to the process space 126 with the deposition gas. Argon, helium, and nitrogen may be used to control the density and deposition rate of the stressed diamond-like carbon film. In some cases, the addition of N2 and/or NH3 may be used to control the hydrogen ratio in the stressed diamond-like carbon film, as described below. Alternatively, no dilution gas may be used during deposition.

[0089] いくつかの実施形態では、堆積ガスは、エッチャントガスをさらに含む。適切なエッチャントガスは、塩素(Cl)、フッ素(F)、フッ化水素(HF)、四フッ化炭素(CF)、三フッ化窒素(NF)、又はこれらの組み合わせであるか、これらを含む。理論に縛られるわけではないが、エッチャントガスは、膜からspハイブリッド炭素原子を選択的のエッチングし、ひいては膜中のspハイブリッド炭素原子の分画を増大させ、これにより、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜412のエッチング選択性が高まると考えられている。 [0089] In some embodiments, the deposition gas further comprises an etchant gas. Suitable etchant gases are or include chlorine ( Cl2 ), fluorine ( F2 ), hydrogen fluoride (HF), carbon tetrafluoride ( CF4 ), nitrogen trifluoride ( NF3 ), or combinations thereof. Without being bound by theory, it is believed that the etchant gas selectively etches sp2 hybridized carbon atoms from the film, thus increasing the fraction of sp3 hybridized carbon atoms in the film, thereby increasing the etch selectivity of the stressed diamond-like carbon film 412.

[0090] 1つ又は複数の実施形態では、工程340において、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜412が基板上に堆積又は形成された後に、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜412は水素ラジカルに曝露される。いくつかの実施形態では、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜は、工程340の堆積処理中に、水素ラジカルに曝露される。他の実施形態では、水素ラジカルは、RPS内で形成され、処理領域に供給される。理論に縛られるわけではないが、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を水素ラジカルに曝露することは、spハイブリッド炭素原子を選択的エッチングにつながり、その結果、膜のspハイブリッド炭素原子の分画を増大させ、これにより、エッチング選択性を高めると考えられている。 [0090] In one or more embodiments, after the stressed diamond-like carbon film 412 is deposited or formed on the substrate in step 340, the stressed diamond-like carbon film 412 is exposed to hydrogen radicals. In some embodiments, the stressed diamond-like carbon film is exposed to hydrogen radicals during the deposition process in step 340. In other embodiments, the hydrogen radicals are formed in the RPS and supplied to the process region. Without being bound by theory, it is believed that exposing the stressed diamond-like carbon film to hydrogen radicals leads to selective etching of sp2 hybridized carbon atoms, thereby increasing the fraction of sp3 hybridized carbon atoms in the film, thereby increasing the etch selectivity.

[0091] 工程350において、基板上に応力負荷ダイヤモンド状炭素膜412が形成された後、基板がチャック解除される。工程350の間、チャッキング電圧はオフにされる。反応性ガスもオフにされ、任意選択により、処理チャンバからパージされる。1つ又は複数の実施形態では、RF電力は、工程350の間、低減される(例えば、約200ワット)。任意選択により、コントローラ110がインピーダンスの変化をモニタして、静電荷がRF経路を通って接地に散逸したかどうかを判断する。基板が静電チャックからチャック解除されると、残留ガスは処理チャンバからパージされる。処理チャンバはポンプダウンされ、基板は、リフトピンで持ち上げられてチャンバの外に移送される。 [0091] In step 350, after the stressed diamond-like carbon film 412 is formed on the substrate, the substrate is dechucked. During step 350, the chucking voltage is turned off. The reactive gases are also turned off and, optionally, purged from the processing chamber. In one or more embodiments, the RF power is reduced (e.g., about 200 watts) during step 350. Optionally, the controller 110 monitors the impedance change to determine if the electrostatic charge has dissipated through the RF path to ground. Once the substrate is dechucked from the electrostatic chuck, residual gas is purged from the processing chamber. The processing chamber is pumped down and the substrate is lifted on lift pins and transported out of the chamber.

[0092] いくつかの代替的な実施形態では、操作350で基板をチャック解除する前に、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、同じ処理チャンバ内の熱アニーリング処理中に、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜412を含む基板を加熱することができる。 [0092] In some alternative embodiments, the substrate including the stressed diamond-like carbon film 412 can be heated in a thermal annealing process in the same processing chamber to produce a low stress diamond-like carbon film prior to dechucking the substrate in operation 350.

[0093] 1つ又は複数の実施形態では、操作350の後、応力負荷ダイヤモンド状炭素膜412を含む基板は、リフトピンで持ち上げられて、プラズマ処理チャンバの外に移送される。操作360において、基板は、熱アニーリングチャンバ、真空チャンバ、堆積チャンバ、又は熱アニーリング処理を実施するために使用できる他のタイプの処理チャンバなど、別の処理チャンバに導入される。応力負荷ダイヤモンド状炭素膜412を含む基板は、低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、約200℃~約600℃の温度で約15秒~約60分間加熱される。 [0093] In one or more embodiments, after operation 350, the substrate including the stressed diamond-like carbon film 412 is lifted by lift pins and transferred out of the plasma processing chamber. In operation 360, the substrate is introduced into another processing chamber, such as a thermal annealing chamber, a vacuum chamber, a deposition chamber, or other type of processing chamber that can be used to perform a thermal annealing process. The substrate including the stressed diamond-like carbon film 412 is heated to a temperature of about 200° C. to about 600° C. for about 15 seconds to about 60 minutes during the thermal annealing process to produce a low stress diamond-like carbon film.

[0094] 図5は、本明細書に記載され説明される1つ又は複数の実施形態による低応力ダイヤモンド状炭素膜を使用する方法500のフロー図を示す。低応力ダイヤモンド状炭素膜412は、基板上に形成された後に、エッチング処理において、三次元構造(階段状構造など)を形成するためのパターニングマスクとして利用されうる。低応力ダイヤモンド状炭素膜412は、標準的なフォトレジストパターニング技法を使用してパターニングされうる。工程510では、低応力ダイヤモンド状炭素膜412の上に、パターニングされたフォトレジスト(図示せず)が形成されうる。工程520では、低応力ダイヤモンド状炭素膜412は、パターニングされたフォトレジスト層に対応するパターンでエッチングされてよく、その後、工程530で、基板402にこのパターンがエッチングされる。工程540では、基板402のエッチングされた部分の中に、材料が堆積されうる。低応力ダイヤモンド状炭素膜412は、過酸化水素と硫酸を含む溶液を使用して除去されうる。過酸化水素と硫酸を含む例示的な溶液の1つは、ピラニア溶液又はピラニア腐食液として既知である。低応力ダイヤモンド状炭素膜412は、酸素とハロゲン(例えばフッ素又は塩素)を含有するエッチング化学物質(例えばCl/O、CF/O、Cl/O/CF)を使用しても除去されうる。低応力ダイヤモンド状炭素膜412は、化学機械研磨(CMP)処理によっても除去されうる。 [0094] Figure 5 shows a flow diagram of a method 500 of using a low stress diamond-like carbon film according to one or more embodiments described and illustrated herein. After the low stress diamond-like carbon film 412 is formed on a substrate, it can be used as a patterning mask in an etching process to form three-dimensional structures (such as staircase structures). The low stress diamond-like carbon film 412 can be patterned using standard photoresist patterning techniques. In step 510, a patterned photoresist (not shown) can be formed on the low stress diamond-like carbon film 412. In step 520, the low stress diamond-like carbon film 412 can be etched with a pattern corresponding to the patterned photoresist layer, which is then etched into the substrate 402 in step 530. In step 540, material can be deposited into the etched portions of the substrate 402. The low stress diamond-like carbon film 412 can be removed using a solution containing hydrogen peroxide and sulfuric acid. One exemplary solution that includes hydrogen peroxide and sulfuric acid is known as piranha solution or piranha etchant. The low stress diamond-like carbon film 412 may also be removed using an etching chemistry that contains oxygen and a halogen (e.g., fluorine or chlorine) (e.g., Cl2 / O2 , CF4 / O2 , Cl2 / O2 / CF4 ). The low stress diamond-like carbon film 412 may also be removed by a chemical mechanical polishing (CMP) process.

極紫外線(EUV)パターニング方式
[0095] 極紫外線(EUV)パターンニング方式において金属含有フォトレジストを使用する場合、半導体デバイスにおける極小不具合(nanofailures)(例えばブリッジ形成の欠陥及び間隔形成の欠陥)を防止するために、下層の選択が重要になる。EUVパターニング(リソグラフィ)方式向けの従来の下層は、スピンオンカーボン(SOC)材料である。しかし、パターンニング中に、スズなどの金属は、例えばSOC材料を通って拡散し、半導体デバイスの極小不具合につながる。このような極小不具合は、半導体性能を引き下げ、劣化させ、妨害するよう作用する。
Extreme Ultraviolet (EUV) Patterning Schemes [0095] When using metal-containing photoresists in extreme ultraviolet (EUV) patterning schemes, the selection of underlayers becomes important to prevent nanofailures (e.g., bridging and spacing defects) in semiconductor devices. The traditional underlayer for EUV patterning (lithography) schemes is a spin-on-carbon (SOC) material. However, during patterning, metals such as tin, for example, diffuse through the SOC material, leading to nanofailures in semiconductor devices. Such nanofailures act to degrade, degrade, and impede semiconductor performance.

[0096] その一方で、本明細書に記載の高密度炭素膜は、優れた膜品質を有する(例えば、硬度及び密度が向上している)。このような硬度及び密度により、高密度炭素膜が、従来型のSOC膜よりも大幅に、金属侵入に対するより強力なバリアとして作用すること、及び極小不具合を防ぐ(最低でも低減する)ことが、可能になる。1つ又は複数の実施形態では、極紫外線(EUV)リソグラフィ処理の向けの下層として使用される低応力ダイヤモンド状炭素膜が提供される。 [0096] On the other hand, the dense carbon films described herein have superior film quality (e.g., improved hardness and density). Such hardness and density enable the dense carbon films to act as a much stronger barrier to metal intrusion and prevent (or at least reduce) micro defects than conventional SOC films. In one or more embodiments, a low stress diamond-like carbon film is provided for use as an underlayer for extreme ultraviolet (EUV) lithography processing.

[0097] 1つ又は複数の実施形態では、EUVリソグラフィ処理用の下層として使用される低応力ダイヤモンド状炭素膜は、本明細書に記載の任意の膜でありうる。低応力ダイヤモンド状炭素膜は、低応力ダイヤモンド状炭素膜中の炭素原子の総量を基準にして、約40%~約90%のspハイブリッド炭素原子含有量と、約-20MPa~約-600MPa未満、約-150MPa~約-600MPa未満、又は約-200MPa~約-600MPa未満(例えば、約225MPa~約500MPa、又は約250MPa~約400MPa)の圧縮応力と、60GPa超~約200GPa、又は60GPa超~約150GPaの弾性率と、約1.5g/cc超~約2.1g/cc、約1.55g/cc~2g/cc未満(例えば、約1.6g/cc~約1.8g/cc、約1.65g/cc~約1.75g/cc、又は約1.68g/cc~約1.72g/cc)の密度とを有しうる。 [0097] In one or more embodiments, the low stress diamond-like carbon film used as an underlayer for EUV lithography processing can be any film described herein. The low stress diamond-like carbon film has from about 40% to about 90% sp and a compressive stress of from about -20 MPa to less than about -600 MPa, from about -150 MPa to less than about -600 MPa, or from about -200 MPa to less than about -600 MPa (e.g., from about 225 MPa to about 500 MPa, or from about 250 MPa to about 400 MPa); a modulus of elasticity from greater than 60 GPa to about 200 GPa, or from greater than 60 GPa to about 150 GPa; and a density from greater than about 1.5 g/cc to about 2.1 g/cc, from about 1.55 g/cc to less than 2 g/cc (e.g., from about 1.6 g/cc to about 1.8 g/cc, from about 1.65 g/cc to about 1.75 g/cc, or from about 1.68 g/cc to about 1.72 g/cc).

[0098] このように、半導体デバイスの三次元積層を製造するための階段状構造の形成に使用されうる低応力ダイヤモンド状炭素膜であるか、これを含むハードマスク層を形成するための、方法及び装置が提供される。所望の強固な膜特性とエッチング選択性を有するハードマスク層として、低応力ダイヤモンド状炭素膜を利用することによって、結果として得られる、膜積層体で形成される構造物の寸法及びプロファイル制御の向上が得られ、半導体デバイスの三次元積層向けの応用における、チップデバイスの電気的性能が強化されうる。 [0098] Thus, methods and apparatus are provided for forming a hard mask layer that is or includes a low stress diamond-like carbon film that can be used to form stepped structures for manufacturing three-dimensional stacks of semiconductor devices. By utilizing a low stress diamond-like carbon film as a hard mask layer with the desired robust film properties and etch selectivity, improved dimensional and profile control of the resulting structures formed in the film stack can be obtained, enhancing the electrical performance of chip devices in applications for three-dimensional stacks of semiconductor devices.

[0099] つまり、本開示の利点の一部により、基板上に低応力ダイヤモンド状炭素膜を堆積又は形成するための処理がもたらされる。典型的なPE-CVDハードマスク膜は、ハイブリッドsp原子の割合が非常に低く、ゆえに、弾性率及びエッチング選択性も低い。本明細書に記載のいくつかの実施形態では、低プロセス圧力(1Torr未満)及び底部駆動(bottom driven)プラズマにより、約60%以上のハイブリッドsp原子を有するドープされた膜の製造が可能になり、これは、従来から入手可能なハードマスク膜と比較して、エッチング選択性の改善をもたらす。加えて、本明細書に記載の実施形態のいくつかは低い基板温度で実施され、これにより、現在可能な温度よりもずっと低い温度で、その他の誘電体膜の堆積も可能になり、これまでCVDによって対処することができなかった、低い熱収支を伴う応用の可能性が開かれる。加えて、本明細書に記載の実施形態のいくつかは、EUVリソグラフィ処理向けの下層として使用されうる。 [0099] Thus, some of the advantages of the present disclosure provide a process for depositing or forming low stress diamond-like carbon films on a substrate. Typical PE-CVD hardmask films have a very low percentage of hybrid sp 3 atoms and therefore low modulus and etch selectivity. Some of the embodiments described herein allow for the production of doped films with about 60% or more hybrid sp 3 atoms using low process pressures (less than 1 Torr) and bottom driven plasma, which provides improved etch selectivity compared to previously available hardmask films. In addition, some of the embodiments described herein are performed at low substrate temperatures, which allows for the deposition of other dielectric films at much lower temperatures than currently possible, opening up applications with low thermal budgets that could not previously be addressed by CVD. In addition, some of the embodiments described herein may be used as underlayers for EUV lithography processing.

[00100] 上述は、本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱せずに本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。本明細書に記載の全ての文書は、この本文と矛盾しない限りにおいて、あらゆる優先文書及び/又は試験手順を含め、参照により本明細書に援用される。上述の概要及び具体的な実施形態から自明であるように、本開示の形態が図示され、説明されているが、本開示の主旨及び範囲から逸脱することなく、様々な改変が行われうる。したがって、これによって本開示を限定することは意図されていない。同様に、「備える/含む(comprising)」という語は、米国法の解釈での「含む(including)」という語の同義語であると見なされる。同様に、組成物、要素、又は要素の群に「備える/含む(comprising)」という移行表現(transitional phrase)が先行する場合は常に、組成物、1つ又は複数の要素の列挙に先だって「実質的に~からなる(consisting essentially of)」、「~からなる(consisting of)」、「~からなる群から選択される(selected from the group of consisting of)」、又は「~である(is)」という移行表現を有する同じ組成物又は要素の群も想定され、その逆もまた同様であると、理解される。 [00100] The above is directed to embodiments of the present disclosure, however, other and further embodiments of the present disclosure may be devised without departing from the basic scope of the present disclosure, the scope of which is determined by the following claims. All documents described herein are incorporated by reference, including any priority documents and/or test procedures, to the extent not inconsistent with this text. As is apparent from the summary and specific embodiments above, forms of the present disclosure have been shown and described, but various modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure. Thus, no limitation of the present disclosure is intended. Similarly, the word "comprising" is considered to be synonymous with the word "including" under US law. Similarly, whenever a composition, element, or group of elements is preceded by the transitional phrase "comprising," it is understood that the same composition or group of elements having the transitional phrase "consisting essentially of," "consisting of," "selected from the group of consisting of," or "is" prior to the recitation of the composition, one or more elements is also contemplated, and vice versa.

[00101] ある種の実施形態及び特徴は、数値の上限のセット及び数値の下限のセットを使用して説明されている。別途指示されない限り、任意の2つの値の組み合わせ(例えば、任意の下方値と任意の上方値との組み合わせ、任意の2つの下方値の組み合わせ、及び/又は任意の2つの上方値の組み合わせ)を含む範囲が想定されると、認識すべきである。以下の1つ又は複数の請求項には、ある種の下限、上限、及び範囲が記載されている。 [00101] Certain embodiments and features are described using a set of upper numerical limits and a set of lower numerical limits. It should be recognized that ranges including combinations of any two values (e.g., any lower value with any upper value, any two lower values, and/or any two upper values) are envisioned unless otherwise indicated. Certain lower limits, upper limits, and ranges are set forth in one or more claims below.

Claims (20)

基板を処理する方法であって、
静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に炭化水素化合物を含む堆積ガスを流すことであって、前記処理空間は0.5mTorr~10Torrの圧力に維持されている、堆積ガスを流すことと、
前記静電チャックに第1のRFバイアスを印加することによって前記処理空間内の前記基板の上方にプラズマを生成し、前記基板上に500MPa以上の圧縮応力を有する応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させることと、
500MPa未満の圧縮応力及び1.5g/ccを上回る密度を有する低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を200℃~600℃の温度で15秒~60分間加熱することと、
を含む方法。
1. A method for processing a substrate, comprising:
flowing a deposition gas comprising a hydrocarbon compound into a process space of a process chamber having a substrate disposed on an electrostatic chuck, the process space being maintained at a pressure between 0.5 mTorr and 10 Torr;
generating a plasma above the substrate in the processing space by applying a first RF bias to the electrostatic chuck, and depositing a stressed diamond-like carbon film having a compressive stress of 500 MPa or more on the substrate;
heating the stressed diamond-like carbon film during a thermal annealing process at a temperature between 200 ° C. and 600° C. for a period between 15 seconds and 60 minutes to produce a low stress diamond-like carbon film having a compressive stress of less than 500 MPa and a density greater than 1.5 g/cc;
The method includes:
前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を含む前記基板を前記処理チャンバから取り出すことと、
前記熱アニーリング処理中に、前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を加熱して、前記低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を含む前記基板を熱アニーリングチャンバに配置することと、
前記低応力ダイヤモンド状炭素膜を含む前記基板を、前記熱アニーリングチャンバから取り出すことと、
をさらに含む、請求項1に記載の方法。
removing the substrate containing the stressed diamond-like carbon film from the processing chamber;
placing the substrate including the stressed diamond-like carbon film in a thermal annealing chamber to heat the stressed diamond-like carbon film during the thermal annealing process to produce the low stress diamond-like carbon film;
removing the substrate containing the low stress diamond-like carbon film from the thermal annealing chamber;
The method of claim 1 further comprising:
前記低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、前記熱アニーリング処理中に、前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜が、300℃~500℃の温度で2~15分間加熱される、請求項2に記載の方法。 3. The method of claim 2, wherein during the thermal annealing process, the stressed diamond-like carbon film is heated at a temperature between 300 ° C. and 500° C. for a time between 2 minutes and 15 minutes to produce the low stress diamond-like carbon film. 前記熱アニーリングチャンバが、前記熱アニーリング処理中に、10mTorr~100Torrの圧力で維持される、請求項2に記載の方法。 The method of claim 2 , wherein the thermal annealing chamber is maintained at a pressure between 10 mTorr and 100 Torr during the thermal annealing process. 前記低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、前記熱アニーリング処理中に、前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜が、窒素(N)、アルゴン、ヘリウム、ネオン、又はこれらの任意の組み合わせを含むガスを含む環境下で加熱される、請求項2に記載の方法。 3. The method of claim 2, wherein during the thermal annealing process, the stressed diamond-like carbon film is heated in an environment comprising a gas comprising nitrogen ( N2 ), argon, helium, neon, or any combination thereof to produce the low stress diamond-like carbon film. 低応力ダイヤモンド状炭素膜の前記圧縮応力が、前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の前記圧縮応力より40%~90%小さい、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1 , wherein the compressive stress of the low-stress diamond-like carbon film is between 40% and 90 % less than the compressive stress of the stressed diamond-like carbon film. 前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜が、600MPa~1,000MPaの圧縮応力を有し、前記低応力ダイヤモンド状炭素膜が、150MPa~400MPaの圧縮応力を有する、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the stressed diamond-like carbon film has a compressive stress of 600 MPa to 1,000 MPa and the low stress diamond-like carbon film has a compressive stress of 150 MPa to 400 MPa. 前記低応力ダイヤモンド状炭素膜が、60GPa超~200GPaの弾性率を有する、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1 , wherein the low stress diamond-like carbon film has an elastic modulus of greater than 60 GPa to 200 GPa. 前記低応力ダイヤモンド状炭素膜が、1.55g/cc~2g/cc未満の密度を有する、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the low stress diamond-like carbon film has a density of from 1.55 g/cc to less than 2 g/cc. 前記処理空間が、5mTorr~100mTorrの圧力に維持され、前記プラズマを生成して、前記基板上に前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させる際に、前記基板が0~50℃の温度に維持される、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1 , wherein the process space is maintained at a pressure between 5 mTorr and 100 mTorr and the substrate is maintained at a temperature between 0 ° C. and 50 ° C. when generating the plasma to deposit the stressed diamond-like carbon film on the substrate. 前記低応力ダイヤモンド状炭素膜が、50原子%~90原子%のspハイブリッド炭素原子を含む、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the low stress diamond-like carbon film comprises between 50 atomic % and 90 atomic % sp3 hybridized carbon atoms. 前記炭化水素化合物が、エチレン、プロペン、メタン、ブテン、1,3-ジメチルアダマンタン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ2,5-ジエン、アダマンティン、ノルボルネン、又はこれらの任意の組み合わせを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the hydrocarbon compound comprises ethylene, propene, methane, butene, 1,3-dimethyladamantane, bicyclo[2.2.1]hepta-2,5-diene, adamantine, norbornene, or any combination thereof. 前記堆積ガスが、ヘリウム、アルゴン、キセノン、ネオン、水素(H)、又はこれらの任意の組み合わせをさらに含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1 , wherein the deposition gas further comprises helium, argon, xenon, neon, hydrogen (H 2 ), or any combination thereof. 前記基板において前記プラズマを生成することが、前記静電チャックに第2のRFバイアスを印加することをさらに含み、前記静電チャックは、チャッキング電極と、該チャッキング電極から分離されているRF電極とを有し、前記第1のRFバイアスは前記RF電極に印加され、前記第2のRFバイアスは前記チャッキング電極に印加される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein generating the plasma at the substrate further comprises applying a second RF bias to the electrostatic chuck, the electrostatic chuck having a chucking electrode and an RF electrode separate from the chucking electrode, the first RF bias being applied to the RF electrode and the second RF bias being applied to the chucking electrode. 前記基板で前記プラズマを生成することは、前記静電チャックに第2のRFバイアスを印加することをさらに含み、前記第1のRFバイアスが、350KHz~100MHzの周波数で、10ワット~3,000ワットの電力で供給され、前記第2のRFバイアスが、350KHz~100MHzの周波数で、10ワット~3,000ワットの電力で供給される、請求項1に記載の方法。 10. The method of claim 1, wherein generating the plasma at the substrate further comprises applying a second RF bias to the electrostatic chuck, the first RF bias being supplied at a frequency between 350 KHz and 100 MHz and at a power between 10 Watts and 3,000 Watts, and the second RF bias being supplied at a frequency between 350 KHz and 100 MHz and at a power between 10 Watts and 3,000 Watts. 基板を処理する方法であって、
静電チャック上に配置された基板を有するプラズマ処理チャンバの処理空間に炭化水素化合物を含む堆積ガスを流すことであって、前記処理空間は0.5mTorr~10Torrの圧力に維持されている、堆積ガスを流すことと、
前記静電チャックに第1のRFバイアスを印加することによって前記処理空間内の前記基板の上方にプラズマを生成し、前記基板上に、50原子%~90原子%のspハイブリッド炭素原子を含み、500MPa以上の圧縮応力及び1.5g/ccを上回る密度を有する応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させることと、
前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を含む前記基板を前記プラズマ処理チャンバから熱アニーリングチャンバへ移送することと、
0原子%~90原子%のspハイブリッド炭素原子を含み、20MPa~500MPa未満の圧縮応力及び1.5g/ccを上回る密度を有する低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を200℃~600℃の温度で15秒~60分間加熱することと、
を含む方法。
1. A method for processing a substrate, comprising:
flowing a deposition gas comprising a hydrocarbon compound into a process space of a plasma processing chamber having a substrate disposed on an electrostatic chuck, the process space being maintained at a pressure between 0.5 mTorr and 10 Torr;
generating a plasma in the process space above the substrate by applying a first RF bias to the electrostatic chuck and depositing a stressed diamond-like carbon film on the substrate , the stressed diamond-like carbon film comprising 50 atomic % to 90 atomic % sp3 hybridized carbon atoms, a compressive stress of 500 MPa or greater, and a density greater than 1.5 g/cc;
transferring the substrate including the stressed diamond-like carbon film from the plasma processing chamber to a thermal annealing chamber;
heating said stressed diamond-like carbon film at a temperature between 200 ° C. and 600° C. for 15 seconds to 60 minutes during a thermal annealing process to produce a low stress diamond-like carbon film containing 50 atomic % to 90 atomic % sp3 hybridized carbon atoms, having a compressive stress between 20 MPa and less than 500 MPa, and a density greater than 1.5 g / cc;
The method includes:
低応力ダイヤモンド状炭素膜の前記圧縮応力が、前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の前記圧縮応力より40%~90%小さい、請求項16に記載の方法。 The method of claim 16, wherein the compressive stress of the low stress diamond-like carbon film is between 40% and 90 % less than the compressive stress of the stressed diamond-like carbon film. 前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜が、600MPa~1,000MPaの圧縮応力及び1.55g/cc~2g/cc未満の密度を有し、前記低応力ダイヤモンド状炭素膜が、150MPa~400MPaの圧縮応力及び1.55g/cc~2g/cc未満の密度を有する、請求項16に記載の方法。 17. The method of claim 16, wherein the stressed diamond-like carbon film has a compressive stress of 600 MPa to 1,000 MPa and a density of 1.55 g/cc to less than 2 g/cc, and the low stress diamond-like carbon film has a compressive stress of 150 MPa to 400 MPa and a density of 1.55 g/cc to less than 2 g/cc. 前記低応力ダイヤモンド状炭素膜が、60GPa超~200GPaの弾性率を有する、請求項16に記載の方法。 The method of claim 16, wherein the low stress diamond-like carbon film has an elastic modulus of greater than 60 GPa to 200 GPa. 基板を処理する方法であって、
静電チャック上に配置された基板を有する処理チャンバの処理空間に、炭化水素化合物を含む堆積ガスを流すことと、
前記静電チャックに第1のRFバイアスを印加することによって前記処理空間内の前記基板の上方にプラズマを生成し、前記基板上に、500MPa以上の圧縮応力を有する応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を堆積させることと、
500MPa未満の圧縮応力及び1.5g/cc超~2.1g/ccの密度を有する低応力ダイヤモンド状炭素膜を生成するため、熱アニーリング処理中に、前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜を200℃~600℃の温度で15秒~60分間加熱することであって、低応力ダイヤモンド状炭素膜の前記圧縮応力は、前記応力負荷ダイヤモンド状炭素膜の前記圧縮応力より40%~90%小さい、加熱することと、
前記低応力ダイヤモンド状炭素膜の上にパターニングされたフォトレジスト層を形成することと、
前記パターニングされたフォトレジスト層に対応するパターンで、前記低応力ダイヤモンド状炭素膜をエッチングすることと、
前記パターンを前記基板にエッチングすることと、
を含む方法。
1. A method for processing a substrate, comprising:
flowing a deposition gas comprising a hydrocarbon compound into a process space of a process chamber having a substrate disposed on an electrostatic chuck;
generating a plasma above the substrate in the processing space by applying a first RF bias to the electrostatic chuck, and depositing a stressed diamond-like carbon film on the substrate, the stressed diamond-like carbon film having a compressive stress of 500 MPa or more;
heating the stressed diamond-like carbon film during a thermal annealing process at a temperature between 200°C and 600 °C for 15 seconds to 60 minutes to produce a low stress diamond-like carbon film having a compressive stress of less than 500 MPa and a density of greater than 1.5 g/cc to 2.1 g/cc, wherein the compressive stress of the low stress diamond-like carbon film is 40% to 90 % less than the compressive stress of the stressed diamond-like carbon film;
forming a patterned photoresist layer on the low stress diamond-like carbon film;
Etching the low stress diamond-like carbon film in a pattern corresponding to the patterned photoresist layer;
Etching the pattern into the substrate;
The method includes:
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2025019750A (en) * 2023-07-28 2025-02-07 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing method
CN119859789B (en) * 2025-01-17 2025-11-18 东莞市普拉提纳米科技有限公司 An amorphous carbon film coating for cutting aluminum alloy tools and its preparation process

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015228502A (en) 2014-05-30 2015-12-17 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Hard mask composition and pattern forming method using the same
JP2017224823A (en) 2014-09-03 2017-12-21 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Nanocrystalline diamond carbon membrane for use in 3d nand hard mask
WO2018226370A1 (en) 2017-06-08 2018-12-13 Applied Materials, Inc. High-density low temperature carbon films for hardmask and other patterning applications
JP2020514554A (en) 2017-03-24 2020-05-21 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Plasma reactor and diamond-like carbon deposition or treatment in plasma reactor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2620252B2 (en) * 1987-09-17 1997-06-11 住友電気工業株式会社 Method for producing nitrogen-containing hard carbon film
JP3281354B2 (en) 1988-10-11 2002-05-13 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for producing diamond-like carbon film
US20090029067A1 (en) * 2007-06-28 2009-01-29 Sciamanna Steven F Method for producing amorphous carbon coatings on external surfaces using diamondoid precursors
US20110244142A1 (en) * 2010-03-30 2011-10-06 Applied Materials, Inc. Nitrogen doped amorphous carbon hardmask
TW201216331A (en) * 2010-10-05 2012-04-16 Applied Materials Inc Ultra high selectivity doped amorphous carbon strippable hardmask development and integration
US20140335700A1 (en) * 2013-05-10 2014-11-13 Infineon Technologies Ag Carbon Layers for High Temperature Processes
US9320387B2 (en) * 2013-09-30 2016-04-26 Lam Research Corporation Sulfur doped carbon hard masks
US9520295B2 (en) * 2015-02-03 2016-12-13 Lam Research Corporation Metal doping of amorphous carbon and silicon films used as hardmasks in substrate processing systems
CN112740360B (en) 2018-10-26 2025-07-18 应用材料公司 High density carbon films for patterning applications

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015228502A (en) 2014-05-30 2015-12-17 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. Hard mask composition and pattern forming method using the same
JP2017224823A (en) 2014-09-03 2017-12-21 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Nanocrystalline diamond carbon membrane for use in 3d nand hard mask
JP2020514554A (en) 2017-03-24 2020-05-21 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Plasma reactor and diamond-like carbon deposition or treatment in plasma reactor
WO2018226370A1 (en) 2017-06-08 2018-12-13 Applied Materials, Inc. High-density low temperature carbon films for hardmask and other patterning applications

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