特許 7442459 カーボンハードマスクのプラズマ強化化学気相堆積

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-22

(45)【発行日】2024-03-04

(54)【発明の名称】カーボンハードマスクのプラズマ強化化学気相堆積

(51)【国際特許分類】

   C23C 16/26 20060101AFI20240226BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20240226BHJP

   H01L 21/314 20060101ALI20240226BHJP

   H01L 21/31 20060101ALI20240226BHJP

【ＦＩ】

C23C16/26

C23C16/505

H01L21/314 A

H01L21/31 C

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2020558627

(86)(22)【出願日】2019-03-21

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-08-30

(86)【国際出願番号】 US2019023306

(87)【国際公開番号】W WO2019209433

(87)【国際公開日】2019-10-31

【審査請求日】2022-03-22

(31)【優先権主張番号】62/662,093

(32)【優先日】2018-04-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】クォン， ビョン ソク

(72)【発明者】

【氏名】クルシュレシャータ， パラシャント クマール

(72)【発明者】

【氏名】リー， クァンドゥック ダグラス

(72)【発明者】

【氏名】アフザル， ブシュラ

(72)【発明者】

【氏名】ハー， スンウォン

(72)【発明者】

【氏名】プラバカール， ビネイ ケー．

(72)【発明者】

【氏名】カルセカール， ヴィレン

(72)【発明者】

【氏名】トカチチュ， サティヤ

(72)【発明者】

【氏名】ハモンド， エドワード ピー．， ザ フォース

【審査官】本多 仁

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００９９１４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０７０２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５０６１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００６２２１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０１９２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１５６５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７５８７１２１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ １６／００－１６／５６

Ｈ０１Ｌ ２１／００－２１／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロセスチャンバ内に含まれた基板を摂氏１００度から摂氏７００度の範囲内の温度に加熱すること、
３kWを超えるRF電力を放出する発電機を用いてプラズマを生成すること、
前記プロセスチャンバ内において前記プラズマの中に炭化水素前駆体を流入させること、及び
5,000Å／分を超える速度で前記基板上にカーボンハードマスク層を形成することを含み、
前記カーボンハードマスク層が、２．５μmより厚く１０μmまでの厚さで形成される、方法。

【請求項2】

前記RF電力が、３kWより大きく７kWまでである、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記カーボンハードマスク層が、5,000Å／分より速く10,000Å／分までの速度で前記基板上に形成される、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

アルゴン、ヘリウム、窒素、水素、酸素、それらのラジカル、又はそれらの任意の組み合わせを含む、キャリアガスを前記プロセスチャンバの中に流入させることを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記炭化水素前駆体が、C₁～C₈アルキル、C₂～C₈アルケン、C₂～C₈アルキン、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記炭化水素前駆体が、プロピレン、アセチレン、エチレン、メタン、プロパン、ヘキサン、ベンゼン、イソプレン、ブタジエン、それらの異性体、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記プロセスチャンバ内において、前記プラズマの中に、窒素含有前駆体、硫黄含有前駆体、ホウ素含有前駆体、又はそれらの任意の組み合わせを含む、ドーパント前駆体を流入させることを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記ドーパント前駆体が、前記窒素含有前駆体を含み、前記窒素含有前駆体が、ピロール、ピリジン、脂肪族アミン、芳香族アミン、ニトリル、それらの塩、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記ドーパント前駆体が、前記硫黄含有前駆体を含み、前記硫黄含有前駆体が、チオフェン、二硫化炭素、チオール、それらの塩、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記ドーパント前駆体が、前記ホウ素含有前駆体を含み、前記ホウ素含有前駆体が、ジボラン、トリボラン、トリアルキルボラン、トリアリルボラン、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

前記プロセスチャンバが、３Torrから２０Torrの範囲内の圧力にあり、前記温度が、摂氏５００度から摂氏７００度の範囲内にある、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記カーボンハードマスク層が、９６ビットアーキテクチャ又は１２８ビットアーキテクチャを有するデバイス上に形成される、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

プロセスチャンバ内に含まれた基板を摂氏３００度から摂氏７００度の範囲内の温度に加熱すること、
３kWより大きく７kWまでのRF電力を放出する発電機を用いてプラズマを生成すること、
前記プロセスチャンバ内において前記プラズマの中に炭化水素前駆体を流入させること、及び
5,000Å／分より速く10,000Å／分までの速度で前記基板上にカーボンハードマスク層を形成することを含み、
前記カーボンハードマスク層が、２．５μmより厚く１０μmまでの厚さで形成される、方法。

【請求項14】

前記RF電力が、３kWより大きく５kWまでであり、前記カーボンハードマスク層が、5,000Å／分より速く7,000Å／分までの速度で前記基板上に形成される、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記炭化水素前駆体が、C₁～C₈アルキル、C₂～C₈アルケン、C₂～C₈アルキン、又はそれらの任意の組み合わせを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

前記プロセスチャンバが、３Torrから２０Torrの範囲内の圧力にあり、前記温度が、摂氏５００度から摂氏７００度の範囲内にある、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

前記カーボンハードマスク層が、９６ビットアーキテクチャ又は１２８ビットアーキテクチャを有するデバイス上に形成される、請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

プロセスチャンバ内に含まれた基板を摂氏１００度から摂氏７００度の範囲内の温度に加熱すること、
３kWを超えるRF電力を放出する発電機を用いてプラズマを生成すること、
前記プロセスチャンバ内において前記プラズマの中に炭化水素前駆体を流入させること、
前記プロセスチャンバ内において、前記プラズマの中に、窒素含有前駆体、硫黄含有前駆体、ホウ素含有前駆体、又はそれらの任意の組み合わせを含む、ドーパント前駆体を流入させること、及び
5,000Å／分より速く10,000Å／分までの速度で前記基板上にカーボンハードマスク層を形成することを含み、
前記カーボンハードマスク層が、２．５μmより厚く１０μmまでの厚さで形成される、方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

[0001] カーボン化学気相堆積（CVD）プロセスは、半導体デバイス製造用のハードマスク用途向けにますます普及している。半導体デバイスは、メモリ密度の向上やマルチスタック構造（例えば、3D V-NAND、3D ReRAM）の厚化が求められ始めるにつれて、長いエッチング時間に耐え得るカーボンハードマスク膜を開発する能力が必要となってきている。このような目標を達成するために、２つのアプローチが存在する。すなわち、１）より長いエッチング時間を補償するために堆積膜厚を増加させる。２）低堆積速度にもかかわらず高温でよりエッチング選択性が高いカーボンハードマスクを開発する。両方のアプローチについての欠点は、１）より厚い膜及び／又は２）より遅い堆積速度のための、より長いプロセス時間に起因する著しいスループットの減少である。このスループットの大幅な低下は、製造業者の所有コスト、床面積、及び生産性にとって有害である。従来のCVDシステムでは、スループットに適合させるために、より多くのツールが必要とされることがある。しかし、床面積が限られているため、スループットの改善が必要である。加えて、現行のCVDプロセスは、局所的な電荷蓄積及び一貫性のない電荷消散経路のための不十分な厚さ余裕（一般的に２μm未満）を有し、主に２μmを超える膜厚での瞬間放電による破局的な故障の潜在的な危険性につながる。推定スループットが極端に低こと（５０％未満）、及び一貫性のない電荷散逸による故障率の増大により、９６x又は１２８x ONの積層を有する将来のデバイスは実現不可能であり、高温カーボンハードマスクの拡張性を制限する。

【0002】

[0002] したがって、以前のプロセスに比べて、より厚く、スループットの低下が緩和された、CVDによるカーボンハードマスクを堆積させる方法が必要とされている。

【0003】

[0003] 上述の本開示の特徴を詳細に理解し得るように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られ、一部の実施形態は、付随する図面に例示されている。しかしながら、添付の図面は例示的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではなく、本開示は他の同等に有効な実施形態を許容し得ることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】[0004] 本明細書の１以上の実施形態において議論され説明されるように、カーボンハードマスク層及び他の材料を堆積させるために使用され得る、プラズマ強化化学気相堆積システムの概略図を描いている。

【図2】[0005] 図２及び図３は、本明細書の１以上の実施形態において議論され説明されるように、PECVDプロセス中にカーボンハードマスクを堆積させる際の、RF発電機からの供給RF電力、反射RF電力、及びアークカウントデータと、面板バイアスデータとを描くグラフである。

【図3】図２及び図３は、本明細書の１以上の実施形態において議論され説明されるように、PECVDプロセス中にカーボンハードマスクを堆積させる際の、RF発電機からの供給RF電力、反射RF電力、及びアークカウントデータと、面板バイアスデータとを描くグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0005】

[0006] 理解を容易にするために、可能な場合には、図面に共通する同一要素を指し示すのに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、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれ得ると考えられている。

【0006】

[0007] １以上の実施形態では、プラズマ強化化学気相堆積（PECVD）によってカーボンハードマスク材料を堆積させるための方法が、プロセスチャンバ内に含まれた基板を摂氏約１００度から摂氏約７００度の範囲内の温度に加熱すること、及び３kWを超えるRF電力を放出する発電機を用いてプラズマを生成することを含む。幾つかの実施例では、温度が、摂氏約３００度から摂氏約７００度の範囲内にあり、RF電力が、３kWより大きく約７kWまでである。該方法は、プロセスチャンバ内においてプラズマの中に炭化水素前駆体を流入させること、及び、5,000Å／分より速く、約10,000Å／分までなどの、又はそれより速い速度で基板上にカーボンハードマスク層を形成することを含む。

【0007】

[0008] 他の実施形態では、PECVDによってカーボンハードマスク材料を堆積させるための方法が、プロセスチャンバ内に含まれた基板を摂氏約１００度から摂氏約７００度の範囲内の温度に加熱すること、及び３kWを超えるRF電力を放出する発電機を用いてプラズマを生成することを含む。該方法はまた、プロセスチャンバ内においてプラズマの中に炭化水素前駆体及びドーパント前駆体を流入させること、及び5,000Å／分より速く約10,000Å／分までの速度で基板上にカーボンハードマスク層を形成することも含む。ドーパント前駆体は、１以上の窒素含有前駆体、１以上の硫黄含有前駆体、１以上のホウ素含有前駆体、又はそれらの任意の組み合わせであってよく又はそれらを含んでよいが、これらに限定されるものではない。

【0008】

詳細な説明
[0009] 本明細書で議論され説明される実施形態は、基板の表面上にカーボンハードマスク層などのカーボン材料を堆積させるための方法及びシステムを提供する。１以上の実施形態では、プラズマ強化化学気相堆積（PECVD）によってカーボンハードマスク材料を堆積させるための方法が、提供され以下で説明される。１以上の基板が、プロセスチャンバ内に位置決めされ又はさもなければ配置されてよく、所定のプロセス温度まで加熱されてよい。

【0009】

[0010] １以上のキャリアガス及び／又は１以上の反応種ガスが、RF電力を放出する発電機によって点火されて、プラズマを生成する。１以上の炭化水素前駆体、及び任意選択的に１以上のドーパント前駆体が、プロセスチャンバ内での堆積プロセス中に、プラズマを通して流されてよく又はさもなければプラズマに暴露されてよい。プラズマによって活性化されると、炭化水素前駆体は、反応、分解、又は化学的に還元されてカーボンハードマスク層を生成し、これが基板上に堆積され又はさもなければ基板上に形成される。代替的な一実施形態では、１以上のドーパント前駆体が、プロセスチャンバの中に流入され又はさもなければ導入されて、プラズマに暴露され、及び、反応、分解、又は化学的に還元されて、ドープされたカーボンハードマスク層を生成する。

【0010】

[0011] カーボンハードマスク層は、シリコンウエハなどの任意の種類の基板上に堆積されてよく又はさもなければ形成されてよい。基板は、その上に配置された１以上のデバイスを含んでよい。１以上の実施形態では、カーボンハードマスク層が、３２ビットアーキテクチャ（３２x ON）、６４ビットアーキテクチャ（６４x ON）、９６ビットアーキテクチャ（９６x ON）、又は１２８ビットアーキテクチャ（１２８x ON）を有する１以上のデバイス上に堆積され又はさもなければ形成される。

【0011】

[0012] １以上の実施形態では、プラズマが、約２．４kW以上のRF電力を放出する発電機から点火され又はさもなければ生成される。例えば、RF電力は、約２．４kW、約２．５kW、約２．８kW、約３kW、約３．５kW、約４kW、約４．５kW、約５kW、若しくは約５．５kWから約６kW、約６．５kW、約７kW、約８kW、約９kW、約１０kW、約１２kW、約１５kW、又はそれより上であってよい。ある実施例では、RF電力が、約２．４kWから約１５kW、約２．４kWから約１２kW、約２．４kWから約１０kW、約２．４kWから約７kW、約２．４kWから約５kW、約３kWから約１５kW、約３kWから約１２kW、約３kWから約１０kW、約３kWから約７kW、約３kWから約５kW、約３．５kWから約１２kW、約３．５kWから約１０kW、約３．５kWから約７kW、約３．５kWから約５kW、約３．５kWから約４kW、４kWから約１２kW、約４kWから約１０kW、約４kWから約７kW、約４kWから約５kW、約５kWから約１２kW、約５kWから約１０kW、約５kWから約７kWであってよい。

【0012】

[0013] 他の実施形態では、プラズマが、３kWより大きいRF電力を放出する発電機から点火され又はさもなければ生成される。例えば、RF電力は、３kWより大きく、例えば、約３．５kW、約４kW、約４．５kW、約５kW、若しくは約５．５kWから約６kW、約６．５kW、約７kW、約８kW、約９kW、約１０kW、約１２kW、約１５kW、又はそれより上であってよい。ある実施例では、RF電力が、３kWより大きく約１５kWまで、３kWより大きく約１２kWまで、３kWより大きく約１０kWまで、３kWより大きく約８kWまで、３kWより大きく約７kWまで、３kWより大きく約５kWまで、約３．５kWから約１２kW、約３．５kWから約１０kW、約３．５kWから約７kW、約３．５kWから約５kW、約４kWから約１２kW、約４kWから約１０kW、約４kWから約７kW、約４kWから約５kW、約４kWから約４．５kW、約５kWから約１２kW、約５kWから約１０kW、又は約５kWから約７kWであってよい。

【0013】

[0014] カーボンハードマスク層は、約5,000Å／分より速い速度、例えば、約5,500Å／分、約6,000Å／分、約6,500Å／分、約7,000Å／分、若しくは約7,500Å／分から約8,000Å／分、約8,500Å／分、約9,000Å／分、約9,500Å／分、約10,000Å／分、約12,000Å／分、約15,000Å／分、約18,000Å／分、約20,000Å／分、又はそれより上の速度で堆積又は形成される。例えば、カーボンハードマスク層は、5,000Å／分より速く約20,000Å／分まで、5,000Å／分より速く約15,000Å／分まで、5,000Å／分より速く約10,000Å／分まで、5,000Å／分より速く約8,000Å／分まで、5,000Å／分より速く約7,000Å／分まで、約5,500Å／分から約15,000Å／分、約5,500Å／分から約10,000Å／分、約5,500Å／分から約8,000Å／分、約5,500Å／分から約7,000Å／分、約7,000Å／分から約15,000Å／分、約7,000Å／分から約10,000Å／分、約7,000Å／分から約9,000Å／分、又は約7,000Å／分から約8,000Å／分の速度で堆積又は形成される。

【0014】

[0015] カーボンハードマスク層は、２μmより厚い、２．２μmより厚い、２．５μmより厚い、若しくは２．７μmより厚い、例えば、約２．８μm、約３μm、約３．５μm、約４μm、若しくは約５μmから約５．５μm、約６μm、約７μm、約８μm、約９μm、約１０μm、約１２μm、約１５μm、約１８μm、約２０μm、約２５μm、又はそれより上の厚さで形成される。例えば、カーボンハードマスク層は、２μmより厚く約２０μmまで、２μmより厚く約１５μmまで、２μmより厚く約１０μmまで、２μmより厚く約７μmまで、２．５μmより厚く約２０μmまで、２．５μmより厚く約１５μmまで、２．５μmより厚く約１０μmまで、２．５μmより厚く約７μmまで、３μmより厚く約２０μmまで、３μmより厚く約１５μmまで、３μmより厚く約１０μmまで、又は３μmより厚く約７μmまでの厚さで形成される。

【0015】

[0016] 基板のプロセス温度は、摂氏約１００度、摂氏約１５０度、摂氏約２００度、摂氏約２５０度、若しくは摂氏約３００度から摂氏約３５０度、摂氏約４００度、摂氏約４５０度、摂氏約５００度、摂氏約５５０度、摂氏約６００度、摂氏約６５０度、摂氏約７００度、又はそれより上であってよい。例えば、基板のプロセス温度は、摂氏約１００度から摂氏約７００度、摂氏約１００度から摂氏約６５０度、摂氏約１００度から摂氏約６００度、摂氏約１００度から摂氏約５００度、摂氏約１００度から摂氏約４００度、摂氏約３００度から摂氏約７００度、摂氏約３００度から摂氏約６５０度、摂氏約３００度から摂氏約６００度、摂氏約３００度から摂氏約５５０度、摂氏約３００度から摂氏約５００度、摂氏約５００度から摂氏約７００度、摂氏約５００度から摂氏約６５０度、摂氏約５００度から摂氏約６００度、摂氏約５００度から摂氏約５５０度、又は摂氏約５５０度から摂氏約６５０度であってよい。

【0016】

[0017] プロセスチャンバ内の圧力は、約１Torr、約２Torr、約３Torr、約４Torr、若しくは約５Torrから約６Torr、約８Torr、約１０Torr、約１５Torr、約２０Torr、約３０Torr、約５０Torr、又はそれより上であってよい。例えば、プロセスチャンバ内の圧力は、約１Torrから約３０Torr、約１Torrから約２０Torr、約１Torrから約１５Torr、約１Torrから約１０Torr、約１Torrから約８Torr、約１Torrから約５Torr、約３Torrから約３０Torr、約３Torrから約２０Torr、約３Torrから約１５Torr、約３Torrから約１０Torr、約３Torrから約８Torr、約３Torrから約５Torr、約５Torrから約３０Torr、約５Torrから約２０Torr、約５Torrから約１５Torr、約５Torrから約１０Torr、又は約５Torrから約８Torrであってよい。

【0017】

[0018] １以上の実施形態では、１以上のキャリアガス及び／又は１以上の反応種ガスが、プラズマの中に流入され又はプラズマを通過させられる。キャリアガス及び／又は反応種ガスは、水素、酸素、アルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン、テトラフルオロメタン、窒素、それらのラジカル、又はそれらの任意の組み合わせであってよく或いはこれらを含んでよいが、それらに限定されるものではない。キャリアガス及び／又は反応種ガスの流量は、約100sccm、約500sccm、約1,000sccm、約2,000sccm、約3,000sccm、若しくは約4,000sccmから約5,000sccm、約6,000sccm、約8,000sccm、約10,000sccm、約12,000sccm、約15,000sccm、約18,000sccm、約20,000sccm、約22,000sccm、約25,000sccm、又はそれより上であってよい。例えば、キャリアガス及び／又は反応種ガスの流量は、約100sccmから約25,000sccm、約1,000sccmから約23,000sccm、約1,000sccmから約20,000sccm、約1,000sccmから約15,000sccm、約1,000sccmから約10,000sccm、約1,000sccmから約5,000sccm、約2,000sccmから約20,000sccm、約2,000sccmから約15,000sccm、約2,000sccmから約10,000sccm、約2,000sccmから約5,000sccm、約3,000sccmから約20,000sccm、約3,000sccmから約15,000sccm、約3,000sccmから約10,000sccm、約3,000sccmから約5,000sccm、約4,000sccmから約20,000sccm、約4,000sccmから約15,000sccm、約4,000sccmから約10,000sccm、又は約4,000sccmから約5,000sccmであってよい。

【0018】

[0019] １以上の実施形態では、炭化水素前駆体が、１以上のC₁～C₈アルキル、１以上のC₂～C₈アルケン、１以上のC₂～C₈アルキン、１以上のC₁～C₈アルコール、１以上のC₁～C₈エーテル、又はそれらの任意の組み合わせであってよく又はそれらを含んでよいが、これらに限定されるものではない。幾つかの実施例では、炭化水素前駆体が、プロピレン、アセチレン、エチレン、メタン、プロパン、ヘキサン、ベンゼン、イソプレン、ブタジエン、それらの異性体、若しくはそれらの任意の組み合わせであってよく又はそれらを含んでよいが、これらに限定されるものではない。

【0019】

[0020] 炭化水素前駆体の流量は、約100sccm、約200sccm、約300sccm、約500sccm、約800sccm、若しくは約1,000sccmから約1,500sccm、約2,000sccm、約3,000sccm、約4,000sccm、約5,000sccm、又はそれより上であってよい。例えば、炭化水素前駆体の流量は、約100sccmから約5,000sccm、約100sccmから約4,000sccm、約100sccmから約3,000sccm、約100sccmから約2,000sccm、約100sccmから約1,000sccm、約100sccmから約500sccm、約200sccmから約5,000sccm、約200sccmから約4,000sccm、約200sccmから約3,000sccm、約200sccmから約2,000sccm、約200sccmから約1,000sccm、約200sccmから約500sccm、約500sccmから約5,000sccm、約500sccmから約4,000sccm、約500sccmから約3,000sccm、約500sccmから約2,000sccm、又は約500sccmから約1,000sccmであってよい。

【0020】

[0021] 実施形態では、ドーパント前駆体を使用して、ドープされたカーボンハードマスク材料又は層を生成し、ドーパント前駆体は、窒素含有前駆体、硫黄含有前駆体、ホウ素含有前駆体、若しくはそれらの任意の組み合わせのうちの１以上であってよく又はこれらを含んでよいが、それらに限定されるものではない。窒素含有前駆体は、ピロール、ピリジン、１以上の脂肪族アミン、１以上の芳香族アミン、１以上のニトリル、それらの塩、若しくはそれらの任意の組み合わせであってよく又はこれらを含んでよいが、それらに限定されるものではない。硫黄含有前駆体は、チオフェン、二硫化炭素、１以上のチオール、それらの塩、若しくはそれらの任意の組み合わせであってよく又はこれらを含んでよいが、それらに限定されるものではない。ホウ素含有前駆体は、ジボラン、トリボラン、トリアルキルボラン（例えば、トリエチルボラン）、トリアリルボラン、若しくはそれらの任意の組み合わせのうちの１以上であってよく又はこれらを含んでよいが、それらに限定されるものではない。

【0021】

[0022] ドーパント前駆体の流量は、約100sccm、約200sccm、約300sccm、約500sccm、約800sccm、若しくは約1,000sccmから約1,500sccm、約2,000sccm、約3,000sccm、約4,000sccm、約5,000sccm、又はそれより上であってよい。例えば、ドーパント前駆体の流量は、約100sccmから約5,000sccm、約100sccmから約4,000sccm、約100sccmから約3,000sccm、約100sccmから約2,000sccm、約100sccmから約1,000sccm、約100sccmから約500sccm、約200sccmから約5,000sccm、約200sccmから約4,000sccm、約200sccmから約3,000sccm、約200sccmから約2,000sccm、約200sccmから約1,000sccm、約200sccmから約500sccm、約500sccmから約5,000sccm、約500sccmから約4,000sccm、約500sccmから約3,000sccm、約500sccmから約2,000sccm、又は約500sccmから約1,000sccmであってよい。

【0022】

[0023] 図１は、カーボンハードマスク層及び他の材料を堆積させるために使用され得る、PECVDシステム１００の概略を描いている。PECVDシステム１００は、基板支持体１０４を含むプロセスチャンバ１０２を含む。基板支持体１０４は、基板支持体１０４及びその上に配置された任意の基板の温度を調節し制御するために使用される１以上のヒータを含んでよい。

【0023】

[0024] PECVDシステム１００はまた、ACボックス１１０によって電力供給されるRF発電機１１２も含む。RF発電機１１２は、HNケーブル１１４を介してデュアルマッチ（dual match）１１６に接続され流体連通している。１以上の実施例では、RF発電機１１２が、約５kW、約７kW、約１０kW、又はそれ以上などの、３kWを超えるRF電力を放出するように定格されている。同様に、HNケーブル１１４も、RF発電機１１２から放出される指定されたRF電力を取り扱うように電力定格されている。デュアルマッチ１１６は、RFストラップ１１８に接続され流体連通している。

【0024】

[0025] PECVDシステム１００は、ガスボックス１２０、ブロッカプレート１２２、及び面板１２４も含む。面板１２４は、面板RFフィルタ１２８とACボックス１３０とに接続された１以上の熱ヒータ１２６を更に含む。PECVDシステム１００の下部は、ACボックス１３４によって電力供給されるRFフィルタ１３２と、静電チャック（ESC）１４０及び静電チャック１４０とRFストラップ１３６との間に存在するESCフィルタ１４２に接続されたRFストラップ１３６を含む。

【0025】

[0026] 図２は、RF発電機からの供給RF電力、反射RF電力、及びアークカウントデータと、面板バイアスデータとを描くグラフである。それらは、約35,000Å（約３．５μm）の厚さを有するカーボンハードマスクを堆積させるために、約３．８kWのRF電力を使用するPECVDプロセスの安定性を示している。

【0026】

[0027] 図３は、RF発電機からの供給RF電力、反射RF電力、及びアークカウントデータと、面板バイアスデータとを描くグラフである。それらは、約35,000Å（約３．５μm）の厚さを有するカーボンハードマスクを堆積させるために、約４．４kWのRF電力を使用するPECVDプロセスの安定性を示している。

【0027】

[0028] 幾つかの実施形態では、高温（摂氏６００度を超える）カーボンCVDプロセスが、プラズマ不安定性によって引き起こされる約０．３%から約０．５%の不良率を維持しながら、従来のプラズマ強化CVD（PECVD）カーボンプロセス（摂氏約４８０度）と比較して、その高いエッチング選択性（１．５倍を超える）のため、半導体デバイス製造向けのハードマスクパターニングで使用され得る。高いエッチング選択性のために、現行のデバイスノード（６４x ON）は、充分な厚さとして２μm未満の高温カーボン膜しか必要としない。しかし、次世代デバイスは、より厚いマルチスタック構造（例えば、９６x ON、１２８x ON）を必要とするので、より厚いカーボンハードマスク堆積の能力が必要とされる。しかし、現行の高温PECVDカーボンプロセスでは、堆積速度が２倍を超えて長いので、スループットは５０％未満に低下する。加えて、現行のプロセスは、局所的な電荷蓄積及び一貫性のない電荷消散経路のための不十分な厚さ余裕（一般的に２μm未満）を有し、主に２μmを超える膜厚での瞬間放電による破局的な故障の潜在的な危険性につながる。推定スループットが極端に低いこと（５０%未満）、及び一貫性のない電荷散逸による故障率の増大により、９６x又は１２８x ON積層を有する将来のデバイスは従来知られているプロセスによっては実現不可能であり、したがって、高温カーボンハードマスクの拡張性を制限する。

【0028】

[0029] 本開示の実施形態は、以下の段落のうちの任意の１以上に更に関する。

【0029】

[0030] 1.プロセスチャンバ内に含まれた基板を摂氏約１００度から摂氏約７００度の範囲内の温度に加熱すること、３kWを超えるRF電力を放出する発電機を用いてプラズマを生成すること、プロセスチャンバ内においてプラズマの中に炭化水素前駆体を流入させること、及び5,000Å／分を超える速度で基板上にカーボンハードマスク層を形成することを含む、方法。

【0030】

[0031] 2.プロセスチャンバ内に含まれた基板を摂氏約３００度から摂氏約７００度の範囲内の温度に加熱すること、３kWより大きく約７kWまでのRF電力を放出する発電機を用いてプラズマを生成すること、プロセスチャンバ内においてプラズマの中に炭化水素前駆体を流入させること、及び5,000Å／分より速く約10,000Å／分までの速度で基板上にカーボンハードマスク層を形成することを含む、方法。

【0031】

[0032] 3.プロセスチャンバ内に含まれた基板を摂氏約１００度から摂氏約７００度の範囲内の温度に加熱すること、３kWを超えるRF電力を放出する発電機を用いてプラズマを生成すること、プロセスチャンバ内においてプラズマの中に炭化水素前駆体を流入させること、プロセスチャンバ内において、プラズマの中に、窒素含有前駆体、硫黄含有前駆体、ホウ素含有前駆体、又はそれらの任意の組み合わせを含む、ドーパント前駆体を流入させること、及び5,000Å／分より速く約10,000Å／分までの速度で基板上にカーボンハードマスク層を形成することを含む、方法。

【0032】

[0033] 4.RF電力が、３kWより大きく約７kWまでである、段落１から３のいずれか一つに記載の方法。

【0033】

[0034] 5.カーボンハードマスク層が、5,000Å／分より速く約10,000Å／分までの速度で基板上に形成される、段落１から４のいずれか一つに記載の方法。

【0034】

[0035] 6.RF電力が、３kWより大きく約５Wまでであり、カーボンハードマスク層が、5,000Å／分より速く約7,000Å／分までの速度で基板上に形成される、段落１から５のいずれか一つに記載の方法。

【0035】

[0036] 7.カーボンハードマスク層が、２．５μmより厚く約１０μmまでの厚さで形成される、段落１から６のいずれか一つに記載の方法。

【0036】

[0037] 8.アルゴン、ヘリウム、窒素、水素、酸素、それらのラジカル、又はそれらの任意の組み合わせを含む、キャリアガスをプロセスチャンバの中に流入させることを更に含む、段落１から段落７のいずれか一つに記載の方法。

【0037】

[0038] 9.炭化水素前駆体が、C₁～C₈アルキル、C₂～C₈アルケン、C₂～C₈アルキン、又はそれらの任意の組み合わせを含む、段落１から８のいずれか一つに記載の方法。

【0038】

[0039] 10.炭化水素前駆体が、プロピレン、アセチレン、エチレン、メタン、プロパン、ヘキサン、ベンゼン、イソプレン、ブタジエン、それらの異性体、又はそれらの任意の組み合わせを含む、段落１から９のいずれか一つに記載の方法。

【0039】

[0040] 11.プロセスチャンバ内において、プラズマの中に、窒素含有前駆体、硫黄含有前駆体、ホウ素含有前駆体、又はそれらの任意の組み合わせを含む、ドーパント前駆体を流入させることを更に含む、段落１から１０のいずれか一つに記載の方法。

【0040】

[0041] 12.ドーパント前駆体が、窒素含有前駆体を含み、窒素含有前駆体が、ピロール、ピリジン、脂肪族アミン、芳香族アミン、ニトリル、それらの塩、又はそれらの任意の組み合わせを含む、段落１１に記載の方法。

【0041】

[0042] 13.ドーパント前駆体が、硫黄含有前駆体を含み、硫黄含有前駆体が、チオフェン、二硫化炭素、チオール、それらの塩、又はそれらの任意の組み合わせを含む、段落１１に記載の方法。

【0042】

[0043] 14.ドーパント前駆体が、ホウ素含有前駆体を含み、ホウ素含有前駆体が、ジボラン、トリボラン、トリアルキルボラン、トリアリルボラン、又はそれらの任意の組み合わせを含む、段落１１に記載の方法。

【0043】

[0044] 15.プロセスチャンバが、約３Torrから約２０Torrの範囲内の圧力にあり、温度が、摂氏約５００度から摂氏約７００度の範囲内にある、段落１から１４のいずれか一つに記載の方法。

【0044】

[0045] 16.カーボンハードマスク層が、９６ビットアーキテクチャ又は１２８ビットアーキテクチャを有するデバイス上に形成される、段落１から１５のいずれか一つに記載の方法。

【0045】

[0046] 17.段落１から１６のいずれか一つに記載の方法によって製造された、組成物、物品、材料、基板、層、又は膜。

【0046】

[0047] 以上の記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。本明細書で説明される全ての文書は、参照されることによって本明細書に組み込まれる。その文書は、任意の優先権書類、及び／又は、このテキストと矛盾しない範囲内での試験手順を含む。以上の一般的な説明と具体的な実施形態から明らかなように、本開示の複数の形態が図示され説明されてきたが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなしに、様々な変形が行われ得る。したがって、それによって本開示が限定されることは意図していない。同様に、「備える、含む（comprising）」という用語は、米国法の目的のために、「含む（including）」という用語と同義であると考えられる。同様に、組成、要素、又は複数の要素の群の前に「備える、含む（comprising）」という移行フレーズが付いている場合には、常に、組成、要素、又は複数の要素の前に「本質的に～から成る（consisting essentially of）」、「～から成る（consisting of）」、「～から成る群から選択される（selected from the group of consisting of）」、又は「である（is）」という移行フレーズを有する、同じ組成又は複数の要素の群も考慮されていると理解され、逆もまた同様である。

【0047】

[0048] 特定の実施形態及び特徴が、一組の数値上限と一組の数値下限を使用して説明された。別段の指定がない限り、任意の２つの値の組み合わせ、例えば、任意の下側値と任意の上側値の組み合わせ、任意の２つの下側値の組み合わせ、及び／又は任意の２つの上側値の組み合わせが、考慮されていると理解されたい。特定の下限、上限、及び範囲は、以下の１以上の請求項内で現れる。

【図1】

【図2】

【図3】