JP5121090B2 - アモルファスカーボン層の堆積方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアモルファスカーボン膜、集積回路製造におけるその膜の使用及びその膜の堆積方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路は、単一チップ上に多数のトランジスタ、キャパシタやレジスタを含むことの出来る複雑なデバイスへと発展している。チップ設計の進歩には、より速い回路構成とより大きい回路密度が絶えず要求される。より大きな回路密度を持つ、より高速な回路に対する要求は、そのような集積回路の製造に使用される材料に対し、相応する要求を課す。すなわち、集積回路部品の寸法が縮小されるにしたがって（例えばサブミクロン寸法）、低抵抗率の導電性材料（例えば銅）及び、低誘電率の絶縁材料（約４．５未満の誘電率）を使用して、それら部品の電気的性能を向上することが必要とされる。
【０００３】
高密度な集積回路に対する要求もまた、集積回路製造に使用される工程シーケンスに要求を突き付ける。例えば、従来のリソグラフィ技術を使用した工程シーケンスでは、基板上の材料層の堆積上にエネルギー感受性レジストの層が形成される。パターン像がエネルギー感受性レジスト層中に導入される。その後、エネルギー感受性レジスト層に導入されたパターンは、エネルギー感受性レジスト層をマスクとして使用して、基板上に形成された１つ以上の材料堆積層へ転写される。エネルギー感受性レジスト中に導入されたパターンは、化学エッチャントを使用して、１つ以上の材料堆積層へ転写することが出来る。化学エッチャントは、エネルギー感受性レジストよりも材料堆積層に対して、よりエッチング選択性を大きくするように設計される。すなわち化学エッチャントは１つ以上の材料堆積層を、それがエネルギー感受性レジストをエッチングするよりもはるかに速い速度でエッチングする。典型的には、１つ以上の材料堆積層に対するエッチング速度が高いため、パターン転写が終了する前にエネルギー感受性レジスト材料が消費されてしまうことが防止される。
【０００４】
しかし、集積回路上のより大きな回路密度に対する要求により、より小さいパターン寸法が必要とされている（例えば、サブミクロン寸法）。パターン寸法の縮小につれ、パターン解像度を制御するために、エネルギー感受性レジストの厚さは対応して縮小されなければならない。そのようなより薄いレジスト層（約６０００Å未満）は、化学エッチングを使用したパターン転写ステップ中、下地材料層のマスクには不充分である可能性がある。
【０００５】
ハードマスクと呼ばれる中間酸化物層（例えば二酸化シリコン、窒化シリコン）は、しばしばエネルギー感受性レジスト層と下地材料層との間に使用されて、下地材料層へのパターン転写を容易にする。しかし、材料構造の中には（例えばダマシン構造）二酸化シリコンや窒化シリコンを含むものがある。この種の材料構造では、二酸化シリコンや窒化シリコンのハードマスクをエッチングマスクとして使用してのパターニングが出来ない。
【０００６】
レジストパターニングの問題点は、レジストパターンを形成するため深紫外線（ＤＵＶ）イメージング波長のリソグラフィイメージングツールを用いる場合に更に助長される。ＤＵＶイメージング波長は、短波長での回折の影響が低減されるため、レジストパターン解像度が向上する。しかし、このＤＵＶ波長では多くの下地材料（例えばポリシリコンやケイ化金属）で反射性が増すため、得られるレジストパターンの質が低下する場合がある。
【０００７】
下地材料層からの反射を最小にするために提案される一つの技術として、反射防止膜（ＡＲＣ: anti-reflective coating）を使用することが挙げられる。ＡＲＣはレジストパターニングに先だって反射材料層を覆って形成される。ＡＲＣは、レジストのイメージング中に下地材料層からの反射を抑え、エネルギー感受性レジスト層中に正確なパターンの複写を与える。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
エネルギー感受性レジストと組み合わせて使用するためのＡＲＣ材料が、いくつか提案されている。例えば１９９７年５月６日発行のPramanick et al. の米国特許５，６２６，９６７号では、窒化チタンの反射防止膜の使用を開示する。しかし、窒化チタンは露光波長が２４８ｎｍを下回ると金属性が強まるため、窒化チタンはＤＵＶ放射に対して反射率が高くなり、ＤＵＶ波長のための効果的な反射防止膜ではない。
【０００９】
１９９８年１月２０日発行のFoote et al. の米国特許５，７１０，０６７号では、酸窒化シリコンの反射防止膜の使用が開示されている。酸窒化シリコン膜は、続く集積回路製造ステップの妨げとなる可能性のある残滓を後に残すという意味で、除去が困難である。
【００１０】
したがって技術において、酸化物との良好なエッチング選択性を有する集積回路製造のために有用な材料層が必要とされる。特に材料層がＤＵＶ波長に対してＡＲＣとなり、またストリッピングが容易であることが好ましい。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集積回路の製造に用いるためのアモルファスカーボン層を形成する方法を提供する。アモルファスカーボン層は、炭化水素化合物と不活性ガスとを含む混合ガスを熱分解することによって形成される。任意に追加ガスを含む混合ガスがプロセスチャンバに導入され、基板表面に近接して炭化水素化合物がプラズマ熱分解され、基板表面上にアモルファスカーボン層の堆積がなされる。
【００１２】
本発明の工程に従って堆積されたアズデポ(as-depo.)アモルファスカーボン層は、約１０％水素〜約６０％水素の範囲で炭素：水素比を調整可能である。このアモルファスカーボン層はまた、約２５０ｎｍ未満の波長で約０．１〜約１．０で変化し得る光吸収係数ｋを有しており、このアモルファスカーボン層をＤＵＶ波長における反射防止膜としての使用に適するようにされている。
【００１３】
このアモルファスカーボン層は、集積回路の製造工程に適合する。集積回路製造工程の一つでは、アモルファスカーボン層はハードマスクとして利用される。この実施形態では、好ましい堆積シーケンスは、基板上へのアモルファスカーボン層の堆積を有している。基板上にアモルファスカーボン層が堆積された後、その上に中間層が形成される。中間層がパターニングされ、アモルファスカーボン層に転写される。その後、アモルファスカーボン層をハードマスクとして使用して、パターンが基板に転写される。更に、アモルファスカーボンのハードマスク中に形作られたパターンを、例えばダマシン構造などの集積回路構造内に組み込むことが可能である。
【００１４】
別の集積回路製造工程では、アモルファスカーボン層がＤＵＶリソグラフィのための単層反射防止膜として使用される。そのような実施形態では、好適な工程シーケンスに、基板上へのアモルファスカーボン層の形成が含まれる。アモルファスカーボン層は、約２５０ｎｍ未満の波長に対して、約１．５〜１．９の屈折率（ｎ）と、約０．１〜約１．０の光吸収係数（ｋ）を有する。アモルファスカーボンＡＲＣの屈折率（ｎ）と光吸収係数（ｋ）とは、層形成中、混合ガスの温度及び組成の関数として、望ましい範囲で可変という意味で、調節可能である。アモルファスカーボン層が基板上に形成された後、その上にエネルギー感受性レジスト材料層が形成される。約２５０ｎｍ未満の波長で、パターンがエネルギー感受性レジスト中に形作られる。その後、エネルギー感受性レジスト中に形作られたパターンがアモルファスカーボン層に転写される。アモルファスカーボン層がパターニングされた後、そのようなパターンは任意で基板に転写される。
【００１５】
さらに別の集積回路製造工程では、多層アモルファスカーボン反射防止膜がＤＵＶリソグラフィに使用される。そのような実施形態では、好適な処理シーケンスに、基板上への第１のアモルファスカーボン層の形成が含まれる。第１のアモルファスカーボン層は、約２５０ｎｍ未満の波長において、約１．５〜約１．９の範囲の屈折率と、約０．５〜約１．０の範囲の光吸収係数（ｋ）とを有する。第１のアモルファスカーボン層が基板上に形成された後、第２のアモルファスカーボン層がその上に形成される。第２のアモルファスカーボン層は、約１．５〜約１．９の屈折率と、約０．１〜約０．５の範囲の光吸収係数を有する。第１及び第２のアモルファスカーボン層の屈折率（ｎ）と光吸収係数（ｋ）とは、層形成中、混合ガスの温度と組成との関数として望ましい範囲で可変であるという意味で、調整可能である。エネルギー感受性レジスト材料の層が、第２のアモルファスカーボン層の上に形成される。約２５０ｎｍ未満の波長で、エネルギー感受性レジスト層中にパターンが形作られる。エネルギー感受性レジスト材料中に形作られたパターンは、その後、第２のアモルファスカーボン層、続いて第１のアモルファスカーボン層に転写される。第１のアモルファスカーボン層がパターニングされた後、そのようなパターンは任意で基板に転写される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の教示するところは、以下の詳細な説明を添付図面と共に考察することにより容易に理解され得る。
【００１７】
本発明はアモルファスカーボン層を使用して集積回路を形成する方法を提供する。アモルファスカーボン層は、炭化水素化合物と不活性ガスを含む混合ガスを熱分解することによって形成される。任意に追加ガスを含む混合ガスは、プロセスチャンバに導入され、そこで基板表面に近接する炭化水素化合物のプラズマ熱分解の結果、基板表面上にアモルファスカーボン層の堆積がなされる。アモルファスカーボン層は、以下に議論する集積回路製造工程に適合する。
【００１８】
図１は、本発明に従ってアモルファスカーボン層の堆積を実行するために使用可能なウエハ処理システム１０の模式図である。この装置は通常、プロセスチャンバ１００と、ガスパネル１３０と、制御ユニット１１０とを、電源や真空ポンプなどの他のハードウェア構成要素と共に備える。本発明に使用されるシステム１０の詳細は、１９９８年１２月１４日に出願された出願番号０９／２１１，９９８、標題 "High Temperature Chemical Vapor Deposition Chamber" の米国特許出願の中に記載される。このシステム１０の際立った特徴が以下に簡潔に説明される。システム１０の例としては、米国カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社より入手可能なCENTURA システム、PRECISION 5000 システム、PRODUCER システムが含まれる。
【００１９】
プロセスチャンバ１００は概して、半導体ウエハ１９０等の基板を支持するために使用するペデスタル１５０を備える。このペデスタル１５０は、転置機構（図示されず）を使用してチャンバ１００内で垂直方向に移動可能である。特定の処理に応じて、ウエハ１９０は処理に先立ち、ある所望の温度に加熱され得る。本発明では、ウエハペデスタル１５０は埋め込みヒータ素子１７０によって加熱される。例えばペデスタル１５０は、ＡＣ電源１０６からヒータ素子１７０へ電流を与えることにより抵抗加熱することが可能である。次いで、ウエハ１９０がペデスタル１５０によって加熱される。従来の方法では、熱電対などの温度センサー１７２もウエハペデスタル１５０に埋め込まれ、ペデスタル１５０の温度をモニターする。測定された温度は、ウエハ温度が特定の処理用途に適した所望の温度に維持又は制御され得るように、ヒータ素子１７０の電源１６を制御するために、フィードバックループの中で使用される。ペデスタル１５０は、任意にプラズマを使用して、あるいは放射放熱器（図示されず）により、加熱される。
【００２０】
プロセスチャンバ１００を真空引きし、チャンバ１００内を適正なガス流量とガス圧に維持するために、真空ポンプ１０２が使用される。プロセスガスを通してチャンバ１００内に導入するシャワーヘッド１２０が、ウエハペデスタル１５０の上方に配置される。シャワーヘッド１２０はガスパネル１３０へ接続され、ガスパネル１３０は工程シーケンスの異なる段階で使用される様々なガスを制御及び供給する。
【００２１】
シャワーヘッド１２０とウエハペデスタル１５０はまた、間隔を開けた電極の対を形成する。これら電極間に電界が発生すると、チャンバ１００に導入されたプロセスガスはプラズマに励起される。通常、整合回路網（図示されず）を介してウエハペデスタル１５０を高周波（ＲＦ）電源（図示されず）に接続して、電界が発生される。あるいは、ＲＦ電源と整合回路網をシャワーヘッド１２０に、あるいはシャワーヘッド１２０とウエハペデスタル１５０との両方に、結合してもよい。
【００２２】
プラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ）では、基板表面近くの反応域に電界を印加することによって、反応ガスの励起や分離を促進し、反応種のプラズマを生成する。プラズマ中の種の反応性が高いので、化学反応に必要なエネルギーが下げられ、このＰＥＣＶＤ処理に必要な温度が低下する。
【００２３】
本実施形態では、アモルファスカーボン層の堆積が、プロピレン（Ｃ₃Ｈ₆）等炭化水素化合物のプラズマ熱分解によって実現される。プロピレンは、ガスパネル１３０の制御下でプロセスチャンバ１００内へ導入される。炭化水素化合物は、気体で規定の流量でプロセスチャンバへ導入される。
【００２４】
ガスパネル１３０により適正な制御及びガス流量の調整が、質量流量制御装置（図示されず）及びコンピュータなどの制御ユニット１１０によって実行される。シャワーヘッド１２０によって、ガスパネル１３０からのプロセスガスがプロセスチャンバ１００へ均一に分配、導入されることが可能となる。例として、制御ユニット１１０は中央演算処理装置（ＣＰＵ）１１２、補助回路１１４、及び関連制御ソフトウェアを含むメモリ１１６を備える。この制御ユニット１１０は、ウエハ搬送、ガス流量制御、温度制御、チャンバ排気等、ウエハ処理に必要な多数の段階を自動制御する機能を有する。制御ユニット１１０と、システム１０のさまざまな構成要素の間の双方向通信は、信号バスと総称する多数の信号ケーブル１１８を通じて処理され、そのうちのいくつかが図１に図解される。
【００２５】
本発明に使用される加熱ペデスタル１５０はアルミニウム製であり、ペデスタル１５０のウエハ支持表面１５１下方に、ある距離で埋め込まれたヒータ素子１７０を含む。ヒータ素子１７０はインコロイシース管で被包されたニッケルクロム線から作られて良い。ヒータ素子１７０に加えられる電流を適正に調節することにより、膜堆積中に、ウエハ１９０及びペデスタル１５０を比較的一定の温度に維持することが出来る。これはフィードバック制御ループにより達成され、ここでペデスタル１５０の温度はペデスタル１５０に埋め込まれた熱電対１７２によって絶えずモニターされる。この情報が信号バス１１８を通じて制御ユニット１１０へ転送され、信号バス１１８はヒータ電源へ必要な信号を送って応答する。調節は続いて、ペデスタル１５０を所望の温度、すなわち特定の処理用途に適した温度に維持及び制御するよう、電流供給１０６において行なわれる。混合プロセスガスがシャワーヘッド１２０を排出するときに、加熱されたウエハ１９０の表面１９１で炭化水素化合物のプラズマ熱分解が起こり、その結果アモルファスカーボン層がウエハ１９０上に堆積される。
【００２６】
アモルファスカーボン層の形成
本発明の一つの実施形態では、アモルファスカーボン層が炭化水素化合物とアルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）など不活性ガスの混合ガスから形成される。炭化水素化合物は一般的な式Ｃ_xＨ_yを持ち、ｘは２〜４の範囲、ｙは２〜１０の範囲である。例えば、プロピレン（Ｃ₃Ｈ₆）、プロピン（Ｃ₃Ｈ₄）、プロパン（Ｃ₃Ｈ₈）、ブタン（Ｃ₄Ｈ₁₀）、ブチレン（Ｃ₄Ｈ₈）、ブタジエン（Ｃ₄Ｈ₆）、又はアセチレン（Ｃ₂Ｈ₂）ならびにこれらの化合物を、炭化水素化合物として使用できる。同様に、他の気体の中で水素（Ｈ₂）、窒素（Ｎ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）、又はこれらの化合物を、必要に応じて混合ガスに加えてもよい。Ａｒ、Ｈｅ及びＮ₂はアモルファスカーボン層の密度及び堆積速度を制御するために使用される。Ｈ₂及び／又はＮＨ₃の添加は、以下に議論するようにアモルファスカーボン層の水素割合を制御するために使用され得る。
【００２７】
一般に、以下の堆積プロセスパラメータを使用してアモルファスカーボン層を形成することが出来る。このプロセスパラメータは、約１００℃〜約５００℃のウエハ温度、約１Ｔｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力、約５０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ（８インチウエハにつき）の炭化水素ガス（ＣｘＨｙ）流量、約０．５Ｗ／ｃｍ ^２ 〜約３Ｗ／ｃｍ ^２ のＲＦ電力、及び約０．７６ｃｍ〜約１．５２ｃｍのプレート間隔である。上記のプロセスパラメータは、約１００Å／ｍｉｎ〜約１０００Å／ｍｉｎというアモルファスカーボン層の典型的な堆積速度を与え、アプライドマテリアルズ社から市販の堆積チャンバで２００ｍｍ基板に実施可能である。
【００２８】
他の堆積チャンバは発明の範囲内にあり、上に列挙されたパラメータは、アモルファスカーボン層を形成するために使用される特定の堆積チャンバに応じて変化できる。例えば、他の堆積チャンバの容積は、これよりも大きくてもよく小さくてもよく、この場合、アプライドマテリアルズ社から市販の堆積チャンバ用に例示したよりも高いガス流量、低いガス流量を要する。
【００２９】
アズデポアモルファスカーボン層は約１０％水素〜約６０％水素の範囲で炭素：水素比を調整可能である。アモルファスカーボン層の水素比を制御することは、その光学的性質と共にエッチング選択性を調節するのに望ましい。特に水素比が低下するほど、アズデポ層の光学的性質、例えば屈折率（ｎ）や光吸収係数（ｋ）などが増加する。同様に、水素比が低下するほど、アモルファスカーボン層のエッチング抵抗が向上する。
【００３０】
アモルファスカーボン層の光吸収係数ｋは、約２５０ｎｍ未満の波長において約０．１〜約１．０の間で変化可能であり、アモルファスカーボン層をＤＵＶ波長における反射防止膜（ＡＲＣ）としての使用に適合させる。アモルファスカーボン層の光吸収係数は堆積温度の関数として可変である。特に、温度が上昇するにつれ、アズデポ層の光吸収係数は、同様に増加する。例えば、プロピレンを炭化水素化合物とする場合、アズデポアモルファスカーボン層のｋ値は、堆積温度を約１５０℃から約４８０℃に上昇することによって、約０．２から約０．７に増加することが可能である。
【００３１】
アモルファスカーボン層の光吸収係数は、混合ガス中に使用される添加物の関数としても変化可能である。特に、Ｈ₂、ＮＨ₃、Ｎ₂又はこれらの化合物が混合ガス中に存在すると、ｋ値を約１０％〜約１００％増加させることが出来る。
【００３２】
集積回路製造工程
Ａ．アモルファスカーボンハードマスク
図２ａ〜図２ｅは、アモルファスカーボン層をハードマスクとして取り入れた集積回路製造シーケンスの、異なる段階における基板２００の模式断面図を表わす。ここで基板２００とは、その上で処理が行なわれるあらゆるワークピースを指し、基板構造２５０とは、基板２００と基板２００上に形成されるその他の材料層を共に表わすために用いられる。処理の特定の段階により、基板２００は、シリコン基板に対応し、あるいは基板上に形成されたその他の材料層に対応する。図２ａは、例えば、上に材料層２０２を従来通りに形成された、基板構造２５０の断面図を表わす。材料層２０２は酸化物（例えばＳｉＯ₂）であってよい。一般に、基板２００はシリコン層、シリコン化合物層、金属層又はその他の材料層を含んでよい。図２ａは、基板２００がシリコンで、その上に二酸化シリコン層が形成された一実施形態を表わす。
【００３３】
図２ｂは、図２ａの基板構造２５０上に堆積されたアモルファスカーボン層２０４を表わす。アモルファスカーボン層２０４は、上述のプロセスパラメータにしたがって基板構造２５０上に形成される。アモルファスカーボン層の厚さは、特定の処理段階に応じて可変である。通常、アモルファスカーボン層は約５０Å〜約１０００Åの厚さを持っている。
【００３４】
製造シーケンスで使用されるエネルギー感受性レジスト材料のエッチング化学反応に応じて、アモルファスカーボン層２０４の上に中間層２０６が形成される。中間層２０６は、アモルファスカーボン層２０４のマスクとして、パターンがその中に転写される際に働く。中間層２０６はアモルファスカーボン層２０４上に、従来通りに形成される。中間層２０６は酸化物、窒化物、シリコン酸窒化物、シリコン炭化物、アモルファスシリコン、又はその他の材料であってよい。
【００３５】
エネルギー感受性レジスト材料層２０８は中間層２０６の上に形成される。エネルギー感受性レジスト材料層２０８は、約２０００Å〜約６０００Åの範囲内の厚さまで、基板上にスピンコートされ得る。ほとんどのエネルギー感受性レジスト材料は、約４５０ｎｍ未満の波長を持つ紫外線（ＵＶ）放射に対して感光性を有する。ＤＵＶレジスト材料は、２４５ｎｍ又は１９３ｎｍの波長を持つＵＶ放射に対して感光性を有する。
【００３６】
パターン像は、そのようなエネルギー感受性レジスト材料層２０８をマスク２１０を通じてＵＶ放射に露光することにより、エネルギー感受性レジスト材料層２０８中に導入される。エネルギー感受性レジスト材料層２０８中に導入されたパターン像は、適切な現像装置内で現像され、図２ｃに示されるように、層にパターンを形作る。その後、図２ｄを参照すると、エネルギー感受性レジスト材料層２０８中に形作られたパターンは、中間層２０６とアモルファスカーボン層２０４に転写される。パターンは、エネルギー感受性レジスト材料２０８をマスクとして使用して、中間層２０６に転写される。パターンは、適切な化学エッチャントを使用して中間層２０６をエッチングすることにより、中間層２０６に転写される。パターンは次に、中間層２０６をマスクとして使用してアモルファスカーボン層２０４に転写される。パターンは、適切な化学エッチャント（例えばオゾンプラズマ、酸素プラズマ又はアンモニアプラズマ）を使用してアモルファスカーボン層２０４をエッチングすることにより、アモルファスカーボン層２０４に転写される。
【００３７】
図２ｅは、アモルファスカーボン層２０４をハードマスクとして使用して、アモルファスカーボン層２０４中に形作られたパターンをシリコン酸化物層２０２に転写することにより、集積回路の製造シーケンスが完了することを表わす。
【００３８】
二酸化シリコン層２０２がパターニングされた後、アモルファスカーボン層２０４は任意で、オゾンプラズマ、酸素プラズマ又はアンモニアプラズマ中でエッチングすることにより、基板２００から剥離することが可能である。
【００３９】
製造シーケンスの特定の例では、アモルファスカーボンハードマスク内に形作られたパターンは、ダマシン構造などの集積回路構造に組み込むことが出来る。ダマシン構造は通常、集積回路上に金属相互接続を形成するために使用される。
【００４０】
図３ａ〜図３ｅは、アモルファスカーボン層を含むダマシン構造の製造シーケンス中の異なる段階における、基板２６０の模式断面図を表わす。処理の段階に応じて、基板２６０はシリコン基板、又は基板上に形成されたその他の材料層と一致する。図３ａは、例えば、上に誘電層２６２を形成された基板２６０の断面図を表わす。誘電層２６２は、酸化物（例えば二酸化シリコン、フルオロ珪酸塩ガラス）であってよい。一般に、基板２６０はシリコン層、シリコン化合物層、金属層又はその他の材料層を含んでよい。
【００４１】
図３ａは、基板２６０がシリコンで、その上にフルオロ珪酸塩ガラス層が形成された１実施形態を表わす。誘電層２６２は、製造される基板のサイズにより約５，０００Å〜約１０，０００Åの厚さを有する。アモルファスカーボン層２６４が誘電層２６２の上に形成される。アモルファスカーボン層は、上述のプロセスパラメータにしたがって、誘電層２６２上に形成される。アモルファスカーボン層２６４は約２００Å〜約１０００Åの厚さを持つ。
【００４２】
図３ｂを参照すると、アモルファスカーボン層２６４がパターニング及びエッチングされてコンタクト／バイア開口２６６を形作り、コンタクト／バイア開口が形成されるべき範囲で誘電層２６２を露光する。アモルファスカーボン層２６４は、従来のリソグラフィ技術を使用してパターニングされ、酸素プラズマあるいはアンモニアプラズマを使用してエッチングされる。
【００４３】
アモルファスカーボン層２６４内に形成されたコンタクト／バイア開口２６６は、次に図３ｃに示すように、アモルファスカーボン層２６４をハードマスクとして使用して誘電層２６２へ転写される。コンタクト／バイア開口２６６は、反応性イオンエッチング又はその他の異方性エッチング技術を使用してエッチングされる。コンタクト／バイア開口２６６を誘電層２６２へ転写した後、図３ｄに示すように、アモルファスカーボン層をオゾンプラズマ、酸素プラズマ又はアンモニアプラズマ内でエッチングすることによって、誘電層２６２から剥離する。
【００４４】
図３ｅを参照すると、アルミニウム、銅、タングステン、又はこれらの化合物などの導電性材料２７４を使用して、メタライゼーション構造がコンタクト／バイア２６６内に形成される。通常、その低い抵抗性から（約１．７μΩｃｍ）、銅がメタライゼーション構造の形成に使用される。導電性材料２７４は化学気相堆積法、物理気相堆積法、電気メッキ、又はこれらの組み合わせを使用して堆積され、ダマシン構造を形成する。好ましくは、タンタル、タンタル窒化物などのバリア層２７２、又はその他の適したバリアが、まずメタライゼーション構造に合わせて堆積されて、周囲の誘電材料層２６２への金属マイグレーションを防止する。さらに、誘電層２６２は、メタライゼーション構造の隣接するコンタクト／バイア２６６間の静電結合を防ぐよう、低い誘電率（約４．５未満の誘電率）を有することが望ましい。
【００４５】
Ｂ．アモルファスカーボン反射防止膜（ＡＲＣ）
図４ａ〜図４ｃは、アモルファスカーボン層を反射防止膜（ＡＲＣ）として組み込む集積回路製造シーケンスの、異なる段階における基板３００の略断面図を表わす。一般に、基板３００はその上で膜処理が行なわれるいかなる加工物にも当てはまり、基板構造３５０は一般に、基板３００と基板３００上に形成されるその他の材料層を、共に表わすものとして用いられる。処理の特定の段階に応じて、基板３００はシリコン基板、又は基板上に形成されたその他の材料層に相当する。図４ａは、例えば、基板３００がシリコンウエハ上に形成された酸化物層である基板構造３５０の断面図を表わす。
【００４６】
アモルファスカーボン層３０２が基板３００の上に形成される。アモルファスカーボン層３０２は、上述のプロセスパラメータにしたがって基板３００上に形成される。アモルファスカーボン層は、約２５０ｎｍ未満の波長において約１．５〜１．９の範囲の屈折率（ｎ）と、約０．１〜約１．０の範囲の光吸収係数（ｋ）を有し、アモルファスカーボン層をＤＵＶ波長におけるＡＲＣとしてふさわしいものとなっている。アモルファスカーボンＡＲＣの屈折率（ｎ）と光吸収係数（ｋ）は、それらが層形成中に望ましい範囲で温度及び混合ガスの組成の関数として可変であるということから、調節可能である。アモルファスカーボン層の厚さは、特定の処理段階に応じて可変である。通常、アモルファスカーボン層は約２００Å〜約１１００Åの厚さを持っている。
【００４７】
図４ｂは、図４ａの基板構造３５０上に形成されたエネルギー感受性レジスト材料層３０４を表わす。エネルギー感受性レジスト材料層は、基板上に約２０００Å〜約６０００Åの範囲内の厚さまでスピンコートされ得る。エネルギー感受性レジスト材料は、２５０ｎｍ未満の波長を持つＤＵＶ放射に対して感光性を有している。
【００４８】
このエネルギー感受性レジスト材料層３０４を、マスク３０６を介してＤＵＶ放射に露光することにより、エネルギー感受性レジスト材料層３０４にパターン像が導入される。エネルギー感受性レジスト材料層３０４に導入されたパターン像は適切な現像装置内で現像され、層にパターンが形作られる。その後、図４ｃを参照すると、エネルギー感受性レジスト材料３０４中に形作られたパターンは、アモルファスカーボン層３０２に転写される。パターンは、エネルギー感受性レジスト材料３０４をマスクとして使用して、アモルファスカーボン層３０２に転写される。パターンは、適切な化学エッチャント（例えばオゾンプラズマ、酸素プラズマ又はアンモニアプラズマ）を使用してアモルファスカーボン層３０２をエッチングすることにより、アモルファスカーボン層３０２に転写される。
【００４９】
アモルファスカーボン３０２がパターニングされた後、そのようなパターンは任意で基板３００に転写される。通常、基板３００がシリコン基板上に酸化物層を備えるとき、酸化物層のレジストマスクに対するエッチング選択性は約３：１から約５：１である。具体的に言うと、酸化物はレジストよりも約３〜５倍速くエッチングする。これに対し本発明のアモルファスカーボンＡＲＣ層は、酸化物に対し約１０：１よりも大きいエッチング選択性を有する。すなわち、酸化物はアモルファスカーボンＡＲＣよりも１０倍以上速くエッチングする。このように、アモルファスカーボンＡＲＣ層は酸化物パターニングのハードマスクとして、中間ハードマスク層をさらに必要とするというように、さらに工程を複雑にすることなく、より大きなエッチング選択性をも提供する。
【００５０】
代替の実施形態において、アモルファスカーボン層は、層の厚さに渡って変化する光吸収係数（ｋ）を持つことが出来る。すなわち、アモルファスカーボン層はその中に形成された光吸収係数の勾配を有し得る。そのような勾配は、層形成中の温度と混合ガス組成の関数として形成される。
【００５１】
２つの材料層間の界面では、それらの屈折率（ｎ）及び光吸収係数（ｋ）の相違から反射が起こり得る。アモルファスカーボンＡＲＣに勾配を持たせて、２つの材料層の屈折率（ｎ）及び光吸収係数（ｋ）を適合させることができ、最小の反射で、アモルファスカーボンＡＲＣへの最大の透過が可能となる。その結果、アモルファスカーボンＡＲＣの屈折率（ｎ）と光吸収係数（ｋ）を、その中に透過される光のすべてを吸収するように、段階的に調節することが出来る。
【００５２】
Ｃ．多層アモルファスカーボン反射防止膜（ＡＲＣ）
図５ａ〜図５ｄは、多層アモルファスカーボン反射防止膜（ＡＲＣ）構造を組み込む集積回路製造シーケンスの、異なる段階における基板４００の略断面図を表わす。一般に、基板４００はその上で膜処理が行なわれるいかなる加工物にも当てはまり、基板構造４５０は一般に、基板４００と基板４００上に形成されるその他の材料層を、共に表わすものとして用いられる。処理の特定の段階に応じて、基板４００はシリコン基板、又は基板上に形成されたその他の材料層に相当する。図５ａは、例えば、基板４００がシリコンウエハである基板構造４５０の断面図を表わす。
【００５３】
第１のアモルファスカーボン層４０２が、基板４００上に形成される。第１のアモルファスカーボン層４０２は上述のプロセスパラメータにしたがって基板４００上に形成される。第１のアモルファスカーボン層４０２は、おもに光吸収を目的に設計されている。したがって、第１のアモルファスカーボン層４０２は、約２５０ｎｍ未満の波長において約１．５〜約１．９の範囲の屈折率と、約０．５〜約１．０の範囲の吸収係数（ｋ）を有している。第１のアモルファスカーボン層４０２の厚さは、特定の処理段階に応じて可変である。通常、第１のアモルファスカーボン層４０２は約３００Å〜約１５００Åの範囲の厚さである。
【００５４】
第２のアモルファスカーボン層４０４が第１のアモルファスカーボン層４０２の上に形成される。第２のアモルファスカーボン層４０４もまた、上述のプロセスパラメータにしたがって形成される。第２のアモルファスカーボン層４０４は、おもに位相シフトの取り消しを目的として設計される。すなわち、第２のアモルファスカーボン層は、上地の材料層（例えばエネルギー感受性レジスト材料）との界面で発生した反射を消去する反射を生成するように設計される。したがって、第２のアモルファスカーボン層４０４は約１．５〜約１．９の屈折率と約０．１〜約０．５の範囲の光吸収係数を持つ。
【００５５】
第２のアモルファスカーボン層４０４の厚さもまた、特定の処理段階に応じて可変である。通常、第２のアモルファスカーボン層４０４は約３００Å〜約７００Åの範囲の厚さを持つ。第１及び第２のアモルファスカーボン層の屈折率（ｎ）と光吸収係数（ｋ）は、それらが膜形成中、温度及び混合ガスの関数として可変であるということから、調節可能である。
【００５６】
追加のアモルファスカーボン層を、多層アモルファスカーボンＡＲＣ構造内に含んでよい。例えば１つ以上の最上層を使用して、例えばエネルギー感受性レジスト材料との界面で発生した反射を取り消すことができ、一方１つ以上の最下層を使用してその中に透過した光を吸収して、多層アモルファスカーボンＡＲＣ構造と、例えば低誘電率酸化物など下地の材料層との界面の反射を最小にすることが出来る。
【００５７】
図５ｂは、図５ａの基板構造４５０上に形成された、エネルギー感受性レジスト材料層４０６を表わす。エネルギー感受性レジスト材料層は、約２０００Å〜約６０００Åの範囲内の厚さまで基板上にスピンコートされ得る。エネルギー感受性レジスト材料は２５０ｎｍ未満の波長を持つＤＵＶ放射に対して感光性を有している。
【００５８】
エネルギー感受性レジスト材料４０６を、マスク４０８を通してＤＵＶ放射に露光することにより、エネルギー感受性レジスト材料層４０６にパターン像が導入される。
【００５９】
エネルギー感受性レジスト材料層４０６に導入されたパターン像は適切な現像装置内で現像され、図５ｃに示すように層にパターンが形作られる。その後、図５ｄを参照すると、エネルギー感受性レジスト材料４０６中に形作られたパターンは、エネルギー感受性レジスト材料４０６をマスクとして使用して、アモルファスカーボン層４０４、４０２に転写される。パターンは、適切な化学エッチャント（例えばオゾンプラズマ、酸素プラズマ又はアンモニアプラズマ）を使用してエッチングすることにより、アモルファスカーボン層４０４、４０２に転写される。多層ＡＲＣがパターニングされた後、そのようなパターンが任意で基板に転写される。
【００６０】
図５ａ〜図５ｄを参照して説明される多層アモルファスカーボンＡＲＣ構造は、すでに単層アモルファスカーボンＡＲＣについて記述したように、中間ハードマスク層をさらに必要とするというように、更に工程を複雑にすることなく、低誘電率酸化物のような下地材料層をパターニングするための、ハードマスクとしてのエッチング選択性を提供する。
【００６１】
本発明の教示を包含されたいくつかの好適実施形態が示され、詳細に説明されたが、当業者にはこれら教示をさらに包含した、その他、多数様々の実施形態を容易に考案出来るであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実行に使用可能な装置の略図である。
【図２】図２ａ〜図２ｅは、アモルファスカーボン層をハードマスクとして組み込んだ集積回路製造の、様々な段階における基板構造の略断面図である。
【図３】図３ａ〜図３ｅは、アモルファスカーボン層をハードマスクとして組み込んだ集積回路製造の、様々な段階におけるダマシン構造の略断面図である。
【図４】図４ａ〜図４ｃは、アモルファスカーボン層を反射防止膜（ＡＲＣ）として組み込んだ集積回路製造の、様々な段階における基板構造の略断面図である。
【図５】図５ａ〜図５ｄは、多層アモルファスカーボンＡＲＣ構造を組み込んだ集積回路製造の、異なる段階における基板構造の略断面図である。
【符号の説明】
１０…ウエハ処理システム、１００…プロセスチャンバ、１０２…真空ポンプ、１０６…ＡＣ電源、１１０…制御ユニット、１１２…中央演算処理装置（ＣＰＵ）、１１４…補助回路、１１６…メモリ、１１８…信号ケーブル、１２０…シャワーヘッド、１３０…ガスパネル、１５０…ペデスタル、１７０…埋め込みヒータ素子、１７２…温度センサー、１９０…半導体ウエハ、１９１…表面、２００…基板、２０２…材料層、２０４…アモルファスカーボン層、２０６…中間層、２０８…エネルギー感受性レジスト材料層、２１０…マスク、２５０…基板構造、２６０…基板、２６２…誘電層、２６４…アモルファスカーボン層、２６６…コンタクト／バイア開口、２７２…バリア層、３００…基板、３０２…アモルファスカーボン層、３０４…エネルギー感受性レジスト材料層、３０６…マスク、３５０…基板構造、４００…基板、４０２…第１のアモルファスカーボン層、４０４…第２のアモルファスカーボン層、４０６…エネルギー感受性レジスト材料、４０８…マスク、４５０…基板構造

Claims (26)

1. デバイス形成方法であって、
   基板上に誘電層を形成するステップと、
   前記誘電層に１つ以上のアモルファスカーボン層を含むハードマスクを化学気相堆積法により形成するステップと、
   炭化シリコンを含む中間層を前記ハードマスク上に形成するステップと、
   前記中間層の少なくとも１つの領域にパターンを形作るステップと、
   前記ハードマスクの少なくとも１つの領域にパターンを形作るステップと、を含むデバイス形成方法。
2. 前記ハードマスクの少なくとも１つの領域に形作られた前期パターンを前記基板へ転写するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. 前記ハードマスクを、前記基板から除去するステップを更に含む請求項２に記載の方法。
4. 前記中間層の少なくとも１つの領域にパターンを形作るステップが、
   エネルギー感受性レジスト材料層を、中間層上に形成するステップと、
   エネルギー感受性レジスト材料層を、パターニングされた放射に露光することにより、エネルギー感受性レジスト材料層中にパターン像を導入するステップと、
   エネルギー感受性レジスト材料層中に導入されたパターン像を、現像するステップと、
   前記ハードマスクに、前記パターンを転写するステップとを含む請求項１に記載の方法。
5. 前記中間層の少なくとも１つの領域にパターンを形作るステップが、
   エネルギー感受性レジスト材料層を、中間層上に形成するステップと、
   エネルギー感受性レジスト材料層中にパターン像を導入するステップと、
   パターン像を現像するステップと、
   エネルギー感受性レジスト材料層中に現像されたパターン像を、エネルギー感受性レジスト材料をマスクとして用い、中間層に転写するステップと、
   を更に含む請求項４に記載の方法。
6. 中間層が、酸化物である請求項５に記載の方法。
7. １つ以上のアモルファスカーボン層が、オゾンプラズマ又は、酸素プラズマ又は、ＮＨ _３ プラズマを用いて、基板から除去される請求項３に記載の方法。
8. １つ以上のアモルファスカーボン層が、２５０ｎｍ未満の波長における反射防止膜である請求項１に記載の方法。
9. １つ以上のアモルファスカーボン層のそれぞれが、２５０ｎｍ未満の波長において、０．１〜１．０の範囲の光吸収係数を有する請求項８に記載の方法。
10. 光吸収係数が、１つ以上のアモルファスカーボン層の厚さにわたり０．１〜１．０の間で変化する請求項９に記載の方法。
11. １つ以上のアモルファスカーボン層が、それぞれ、１．５〜１．９の屈折率を有する請求項８に記載の方法。
12. 堆積チャンバ内に基板を配置し、
    １つ以上の炭化水素化合物と不活性ガスとを有する混合ガスを、堆積チャンバに供給し、
    混合ガスを加熱して、混合ガス中の１つ以上の炭化水素化合物を熱分解し、基板上に１つ以上のアモルファスカーボン層を形成する
    ことにより、基板上に１つ以上のアモルファスカーボン層が形成される請求項１に記載の方法。
13. 混合ガス中の１つ以上の炭化水素化合物が、一般式ＣｘＨｙであり、ｘは２〜４、ｙは２〜１０である請求項１２に記載の方法。
14. １つ以上の炭化水素化合物が、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）と、プロピン（Ｃ_３Ｈ_４）と、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）と、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）と、ブチレン（Ｃ_４Ｈ_８）と、ブタジエン（Ｃ_４Ｈ_６）と、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）と、これらの混合物とから成る群より選択される請求項１３に記載の方法。
15. １つ以上のアモルファスカーボン層が、それぞれ、１０％水素〜６０％水素の範囲の、炭素：水素比を有する請求項１２に記載の方法。
16. 不活性ガスが、ヘリウムと、アルゴンと、これらの混合物とから成る群より選択される請求項１２に記載の方法。
17. 混合ガスが、更に添加ガスを含む請求項１２に記載の方法。
18. 添加ガスがアンモニアと、窒素と、水素と、これらの混合物とから成る群より選択される請求項１７に記載の方法。
19. 基板が、１００℃〜５００℃の温度に加熱される請求項１２に記載の方法。
20. 堆積チャンバが、１Ｔｏｒｒ〜２０Ｔｏｒｒの圧力に維持される請求項１２に記載の方法。
21. 混合ガスが、５０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍの流量で堆積チャンバへ供給される請求項１２に記載の方法。
22. 混合ガスが、電界を印加することによって加熱される請求項１２に記載の方法。
23. 混合ガスにかけられる電界が、高周波（ＲＦ）電力である請求項２２に記載の方法。
24. ＲＦ電力が０．５Ｗ／ｃｍ^２〜３Ｗ／ｃｍ^２である請求項２３に記載の方法。
25. １つ以上のアモルファスカーボン層のそれぞれが、５０Å〜１５００Åの範囲の厚さを有する請求項１に記載の方法。
26. パターン化された放射が、２５０ナノメータ（ｎｍ）未満の波長を有する請求項４に記載の方法。

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