JP2020507922A - ハードマスク応用向けのホウ素がドープされた炭化タングステン - Google Patents

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Abstract

本開示の実行形態は概して、集積回路の製造に関する。より詳細には、本書に記載の実行形態は、基板上にハードマスク膜を堆積させるための技法を提供する。一実行形態では、基板上にハードマスク層を形成する方法が提供される。この方法は、処理チャンバ内にシード層混合ガスを供給することによって、基板上にシード層を形成することを含む。方法は、処理チャンバ内に遷移層混合ガスを供給することよって、シード層上に、タングステン、ホウ素、及び炭素を含む遷移層を形成することを更に含む。方法は、処理チャンバ内に主要堆積混合ガスを供給することよって、遷移層上に、タングステン、ホウ素、及び炭素を含むバルクハードマスク層を形成することを更に含む。【選択図】図２

Description

本開示の実行形態は概して、集積回路の製造に関する。より詳細には、本書に記載の実行形態は、基板上にハードマスク膜を堆積させるための技法を提供する。
関連技術の説明
ハーフミクロン未満の単位のフィーチャ、及び更に小さなフィーチャを確実に作製することは、半導体デバイスの次世代の超大規模集積（ＶＬＳＩ）及び極超大規模集積（ＵＬＳＩ）のための、重要な技術的課題の１つである。しかし、回路技術の限界が更新されるにつれて、寸法が縮小しつつあるＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの相互接続技術により、処理能力に対して更なる要求が突きつけられてきた。ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩを成功させる上で、及び、個々の基板及びダイの回路の密度及び品質を向上させるための継続的な取り組みにおいては、基板上に信頼性の高いゲート構造物を形成することが重要である。
更に、集積回路の密度を高めることに対する需要によっても、集積回路構成要素の製造において使用されるプロセスシーケンスに要求が課せられる。例えば、従来型のフォトリソグラフィ技法を使用するプロセスシーケンスにおいては、基板上に配置された材料層の積層体の上に、エネルギー感応性レジストの層が形成される。フォトレジストマスクを形成するために、このエネルギー感応性レジスト層はパターンの画像に曝露される。その後、このマスクパターンは、エッチングプロセスを使用して、積層体の材料層のうちの一又は複数に転写される。エッチングプロセスで使用される化学エッチング剤（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｔｃｈａｎｔ）は、積層体の材料層に対するエッチング感応性が、エネルギー感応性レジストのマスクに対するものよりも高くなるよう、選択される。つまり、化学エッチング剤は、エネルギー感応性レジストよりもずっと速い速度で、材料積層体の一又は複数の層をエッチングする。積層体の一又は複数の材料層に対するエッチング感応性がレジストを凌駕していることにより、エネルギー感応性レジストが、パターン転写の完遂前に消費されることが防止される。ゆえに、高感度のエッチング剤により、パターン転写の精度が向上する。
半導体デバイスを形成するために使用される構造物の形状寸法限界は、技術的限界とせめぎ合うものなので、小さな限界寸法と高いアスペクト比とを有する構造物、及び、種々の材料を有する構造物を製造するための、正確なパターン転写の必要性を満たすことは、益々困難になってきている。例えば、パターン分解能を制御するために、エネルギー感応性レジストの厚さは減少してきている。かかる薄型レジスト層（例えば約２０００A未満）は、化学エッチング剤による腐食のため、転写プロセス中に下にある材料層をマスクするには不十分でありうる。パターン転写を促進するために、エネルギー感応性レジストと下にある材料層との間に、中間層（ハードマスク（ＨＭ）層と称される）が使用されることが多い。化学エッチング剤に対するハードマスク層の耐性は大きいからである。従来的には、多くの場合、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、又は炭素の膜が、ハードマスク層に利用される材料となる。
パターンを材料に転写するために利用されるハードマスク層は、エッチング中に、相当程度の時間にわたり、浸食性エッチング剤に曝露される。十分なエッチング耐性を有しないハードマスク層は、浸食性エッチング剤に長時間曝露された後に寸法が変化することがあり、その結果、不正確なパターン転写及び寸法制御の損失が生じる。更に、ハードマスク層のために選択された材料と、膜積層体で隣接して配置された層のために選択された材料との類似性により、それらの間には類似したエッチング特性がもたらされ、ひいては、エッチング中の選択性が低下しうる。ハードマスク層と隣接した層との間で選択性が低下することにより、ハードマスク層の、不均一で傾斜した、変形したプロファイルが生じ、ひいては、パターン転写の劣化、及び、正確な構造寸法制御の失敗につながりうる。
金属がドープされた膜が、そのエッチング選択性の高さにより、ハードマスク応用向けに研究されている。この高いエッチング選択性は、構造物を深くエッチングするのに役立つ。現行の金属がドープされたハードマスク膜に関する主な課題の１つは、膜粗さが高く、粒径が大きいことであり、これは、局所的な限界寸法均一性（ＣＤＵ）の低下という、エッチング後の及びパターンエッチングの問題につながる。現行の金属がドープされたハードマスク膜は、下にある膜から、除去又はストリップすることが困難でもある。
ゆえに、高いエッチング選択性を有すると共に、粒径が小さく粗さが低く（平滑モルフォロジー）、除去が容易な改良型のハードマスク膜が必要とされている。
本開示の実行形態は概して、集積回路の製造に関する。より詳細には、本書に記載の実行形態は、基板上にハードマスク膜を堆積させるための技法を提供する。一実行形態では、基板上にハードマスク層を形成する方法が提供される。この方法は、処理チャンバ内にシード層混合ガスを供給することによって、基板上にシード層を形成することを含む。方法は、処理チャンバ内に遷移層混合ガスを供給することよって、シード層上に、タングステン、ホウ素、及び炭素を含む遷移層を形成することを更に含む。方法は、処理チャンバ内に主要堆積混合ガスを供給することよって、遷移層上に、タングステン、ホウ素、及び炭素を含むバルクハードマスク層を形成することを更に含む。
別の実行形態では、ハードマスク層が提供される。このハードマスク層は、シード層と、遷移層と、遷移層上に配置されたバルクハードマスク層とを備える。シード層は炭化ホウ素層である。遷移層はタングステン炭化ホウ素層である。バルクハードマスク層は、タングステン炭化ホウ素層である。
更に別の実行形態では、ハードマスク層を形成する方法が提供される。この方法は、基板上にシード層を形成するために、少なくともホウ素ベースの前駆体ガスと炭素ベースの前駆体ガスとを含む混合ガスを、処理チャンバ内に配置された基板の表面上に供給することを含む。方法は、シード層上に遷移層を形成するために、混合ガスにおいて供給される、処理チャンバ内へのホウ素ベースの前駆体ガスの一定の流れを維持しつつ、炭素ベースの前駆体ガスを漸減し、タングステンベースの前駆体ガスを漸増することを、更に含む。方法は、バルクハードマスク層を形成するために、混合ガスにおけるタングステンベースの前駆体ガスを、タングステンベースの前駆体ガスが所定の流量に到達するまで継続的に供給することと、タングステンベースの前駆体ガスを一定の所定の流量に維持することとを、更に含む。
本開示の上述の特徴を詳しく理解しうるように、上記で簡単に要約されている実行形態のより詳細な説明が、実行形態を参照することによって得られる。一部の実行形態は付随する図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実行形態も許容しうるため、付随する図面は、この開示の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本発明の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
本書に記載の実行形態を実践するために使用されうるＰＥＣＶＤシステムの概略断面図を示す。 本書に記載の一又は複数の実行形態による、タングステン炭化ホウ素のハードマスク層を形成するための方法のフロー図を示す。 本書に記載の一又は複数の実行形態による、膜積層体上にタングステン炭化ホウ素のハードマスク層を形成するためのシーケンスを示す。 本書に記載の一又は複数の実行形態による、タングステン炭化ホウ素のハードマスク層を形成するためのガス流の図を示す。 本開示の一又は複数の実行形態により形成された、タングステン炭化ホウ素のハードマスク層の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。 本開示の一又は複数の実行形態により形成された、酸化物上の１，０００Aの膜の粗さを示している、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 本書に記載の実行形態により形成された、タングステン炭化ホウ素のハードマスク層のエッチング選択性と、他の従来技術のハードマスク層のエッチング選択性とを示しているグラフである。
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用している。１つの実行形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実行形態に有益に組み込まれうると、想定される。
以下の開示では、基板上にハードマスク膜を堆積させるための技法について説明する。本開示の様々な実行形態についての網羅的な理解を提供するために、以下の説明及び図１から図７において、特定の詳細事項を明記する。プラズマ処理、ハードマスク膜堆積、及びエッチングに関連することが多い周知の構造物及びシステムについて説明する、その他の詳細事項は、様々な実行形態についての説明を不必要に分かりにくくすることを避けるために、以下の開示には明記しない。
図に示している詳細事項、寸法、角度、及びその他の特徴の多くは、特定の実行形態を単に例示するものにすぎない。したがって、本開示の主旨及び範囲から逸脱しなければ、他の実行形態が、その他の詳細事項、構成要素、寸法、角度、及び特徴を有することも可能である。加えて、本開示の更なる実行形態は、後述する詳細事項のいくつかがなくとも、実践されうる。
以下では、任意の好適な薄膜堆積システムを使用して実施されうるＰＥＣＶＤプロセスに言及しつつ、本書に記載の実行形態について説明する。好適なシステムの例は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から市販されている、ＤＸＺ(R)処理チャンバを使用しうるＣＥＮＴＵＲＡ(R)システム、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ５０００(R)システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ(R)システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ(R)ＧＴＴＭシステム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ(R)ＸＰ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮＴＭシステム、及びＰＲＯＤＵＣＥＲ(R)ＳＥＴＭシステムを含む。ＰＥＣＶＤプロセスを実施することが可能なその他のツールも、本書に記載の実行形態から恩恵を受けるよう適合しうる。加えて、本書に記載のＰＥＣＶＤプロセスを可能にする任意のシステムが、有利に使用されうる。本書に記載の装置の説明は、例示であり、本書に記載の実行形態の範囲を限定するものと理解すべきでも、解釈すべきでもない。
現在、金属がドープされた膜がハードマスク（ＨＭ）応用向けに研究されている。その高いエッチング選択性が、深さのある構造物をエッチングするために必要不可欠だからである。金属がドープされたハードマスク膜に関する主な課題の１つは、粗さが高く粒径が大きいことであり、このことは、局所的ＣＤＵの低下という、エッチング後の及びパターンエッチングの問題につながる。別の問題は、除去の容易さ、すなわち「ストリップ可能性」である。現行のハードマスク膜応用は炭素ベースの膜を使用する。炭素ベースの膜は、本質的に不定形（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）であるが、そのエッチング選択性は、近い将来のノードの、益々厳格になる要件を満たし、高アスペクト比エッチングに適合するには、もはや十分ではない。そのため、金属ベースのハードマスクが研究されている。金属ベースのハードマスクは、必要とされる高いエッチング選択性を提供するからである。しかし、金属ベースのハードマスク膜は、それ自体に問題（粗さ及びストリップ可能性を含む）がある。粗さ及びストリップ可能性という問題は、膜を製造するために使用される堆積プロセスを問わず、存在する。ゆえに、高いエッチング選択性を有すると共に、粒径が小さく（平滑モルフォロジー）、ストリップ可能性が高い膜が、必要とされている。
本開示の一部の実行形態は、ハードマスク応用で使用されうる、小粒子で平滑なタングステン炭化ホウ素の薄膜を提供する。堆積されたタングステン炭化ホウ素のハードマスク膜におけるタングステンの量／パーセントは、応用に応じて変動しうる。膜中のタングステン取り込み（ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の原子パーセントは、次のように算出される。（（Ｗ／（Ｗ＋Ｂ＋Ｃ））％）本開示の様々な実行形態において、タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、少なくとも、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、又は７５原子パーセントのタングステンを含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、最大で、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、又は８０原子パーセントのタングステンを含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約３０〜約８０原子パーセントのタングステンを含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約５０〜約７０原子パーセントのタングステンを含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約６０〜約７０原子パーセントのタングステンを含有しうる。膜中の炭素取り込みの原子パーセントは、次のように算出される。（（Ｃ／（Ｗ＋Ｂ＋Ｃ））％）タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、少なくとも、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、又は６５原子パーセントの炭素を含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、最大で、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、又は７０原子パーセントの炭素を含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約１０〜約７０原子パーセントの炭素を含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約１０〜約３０原子パーセントの炭素を含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約２０〜約３０原子パーセントの炭素を含有しうる。膜中のホウ素取り込みの原子パーセントは、次のように算出される。（（Ｂ／（Ｗ＋Ｂ＋Ｃ））％）タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、少なくとも、２、５、１０、１５、２０、又は２５原子パーセントのホウ素を含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、最大で、５、１０、１５、２０、２５又は３０原子パーセントのホウ素を含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約２〜約３０原子パーセントの水素を含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約１０〜約２０原子パーセントのホウ素を含有しうる。前駆体として水素が使用されるある種の実行形態では、タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、少なくとも、２、５、８、１０、又は１５原子パーセントの水素を含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、最大で、５、８、１０、１５又は２０原子パーセントの水素を含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約２〜約１５原子パーセントの水素を含有しうる。タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約５〜約１０原子パーセントの水素を含有しうる。
本書に記載の一部の実行形態では、タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、２０A以下（例えば、１８A以下、１６A以下、１０A以下、約１０A〜１６A、又は約５A〜１６A）の平均粒径を有する。本書に記載の一部の実行形態では、タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、約２２以下（例えば、２１以下、２０以下、１９以下、又は１５以下）のパターンエッチング選択性を有する。
図１は、本書に記載の実行形態を実践するために使用されうる、静電チャック１２８を有するＰＥＣＶＤシステム１００の概略図を示している。この応用におけるＰＥＣＶＤシステムについて説明しているが、本開示の装置及び方法は、静電チャックを使用する任意の好適なプラズマプロセスに適応しうることに、留意すべきである。ＰＥＣＶＤシステム１００は通常、チャンバリッド１０４を支持しているチャンバ本体１０２を備え、チャンバリッド１０４は、チャンバ本体１０２にヒンジで取り付けられうる。チャンバ本体１０２は、処理領域１２０を画定する、側壁１１２と底部壁１１６とを備える。チャンバリッド１０４は、処理領域１２０内に反応体ガスと洗浄ガスとを供給するための、チャンバリッド１０４を通るように配置された一又は複数のガス分配システム１０８を備えうる。側壁１１２内に形成され、ポンピングシステム１６４に連結された、周縁ポンピングチャネル１２５は、処理領域１２０からガスを排気するよう、かつ、処理領域１２０内の圧力を制御するよう、構成される。２つの通路１２２及び１２４が、底部壁１１６に形成される。静電チャックのステム１２６が、通路１２２を通り抜けている。基板リフトピン１６１を作動させるよう構成されたロッド１３０が、通路１２４を通り抜けている。
腐食性の処理環境から側壁１１２を保護するために、セラミックなどで作製されたチャンバライナ１２７が処理領域１２０内に配置される。チャンバライナ１２７は、側壁１１２に形成されたリッジ１２９によって支持されうる。複数の排気口１３１が、チャンバライナ１２７に形成されうる。複数の排気口１３１は、処理領域１２０と周縁ポンピングチャネル１２５とを接続するよう構成される。
ガス分配システム１０８は、反応体ガスと洗浄ガスとを供給するよう構成されており、処理領域１２０内にガスを供給するためにチャンバリッド１０４を通って配置される。ガス分配システム１０８は、シャワーヘッドアセンブリ１４２内にガスを供給する、ガス入口通路１４０を含む。シャワーヘッドアセンブリ１４２は、面板１４６との間に配置された遮蔽板１４４を有する、環状ベースプレート１４８で構成される。
稼働中に環状ベースプレート１４８を冷却するために、冷却チャネル１４７がガス分配システム１０８の環状ベースプレート１４８内に形成される。冷却入口１４５により、冷却チャネル１４７内に冷却剤流体（例えば水など）が供給される。冷却剤流体は、冷却剤出口１４９を通って、冷却チャネル１４７から出る。
チャンバリッド１０４は、一又は複数のガス入口１６３、１６８、１６９から遠隔プラズマ源１６２を通って、チャンバリッド１０４の上に位置付けられたガス入口マニホールド１６７へとガスを供給するための、それぞれに適合した通路を有する。ＰＥＣＶＤシステム１００は、一又は複数の液体供給源１５０と、キャリアガス及び／又は前駆体ガスを提供するよう構成された一又は複数のガス源１７２とを備えうる。
静電チャック１２８は、処理されている基板を支持し、保持するよう構成される。一実行形態では、静電チャック１２８は、少なくとも１つの電極１２３であって、その上に基板を静電固定するために電圧が印加される、電極１２３を備えうる。電極１２３は、ローパスフィルタ１７７を介して電極１２３に接続された直流電流（ＤＣ）電源１７６によって、電力供給される。静電チャック１２８は、単極、双極、三極、ＤＣ、交互嵌合型、ゾーン型などでありうる。
一実行形態では、静電チャック１２８は、処理領域１２０内に可動式に配置され、ステム１２６に連結された駆動システム１０３によって駆動される。静電チャック１２８は、その上に位置付けられた基板を選択されたプロセス温度まで加熱するための、加熱素子（例えば抵抗素子）を備えうる。あるいは、静電チャック１２８は、外部の加熱素子（ランプアセンブリなど）によって加熱されうる。駆動システム１０３は、処理領域１２０内で静電チャック１２８を上下させるための、リニアアクチュエータ、又はモータ・減速ギアアセンブリを含みうる。
ＲＦ源１６５が、インピーダンス整合回路１７３を通じて、シャワーヘッドアセンブリ１４２に連結される。シャワーヘッドアセンブリ１４２の面板１４６と、ハイパスフィルタを介して接地されうる電極１２３（コンデンサ１７８など）とが、容量プラズマ生成装置を形成する。ＲＦ源１６５は、シャワーヘッドアセンブリ１４２の面板１４６と静電チャック１２８との間での容量プラズマの生成を促進するために、シャワーヘッドアセンブリ１４２にＲＦエネルギーを提供する。ゆえに、電極１２３は、ＲＦ源１６５のための接地経路と、基板の静電クランプを可能にするためのＤＣ電源１７６からの電気バイアスの、両方を提供する。
ＲＦ源１６５は、高周波無線周波数（ＨＦＲＦ）電源（例えば１３．５６ＭＨｚのＲＦ発電機）、及び／又は、低周波無線周波数（ＬＦＲＦ）電源（例えば３００〜３５０ｋＨｚのＲＦ発電機）を備えうる。ＬＦＲＦ電源は、低周波数発電と固定整合素子の両方を提供する。ＨＦＲＦ電源は、固定整合を伴って使用されるよう設計され、負荷に供給される電力を調節して、順方向電力及び反射電力に関する懸念を払拭する。
ある種の実施形態では、プラズマプロセス中に、静電チャック１２８に固定された基板の特性がモニタされうる。ある種の実施形態では、プラズマプロセス中に、静電チャック１２８に固定された基板の平坦度がモニタされうる。一実施形態では、静電チャック１２８に固定された基板の平坦度は、基板が固定されている静電チャック１２８の特性を測定することによって、モニタされうる。静電チャック１２８の特性は、面板１４６に接続されたセンサ１７４によって測定されうる。センサ１７４は、面板１４６とインピーダンス整合回路１７３との間に接続されたＶＩプローブでありうる。一部の実施形態では、センサ１７４は、面板１４６と電極１２３との間の静電容量を測定するよう構成されうる。面板１４６と電極１２３との間の静電容量は、面板１４６と電極１２３との間に位置付けられた基板１２１の平坦度による影響を受けるからである。
図１に示しているように、ＰＥＣＶＤシステム１００はシステムコントローラ１７５を更に含みうる。システムコントローラ１７５は、ＰＥＣＶＤシステム１００内で処理されている基板１２１の平坦度を算出し、調整するよう構成されうる。一実行形態では、システムコントローラ１７５は、静電チャック１２８の特性（虚数インピーダンスなど）をモニタすることによって、基板１２１の平坦度又はチャック状態を算出しうる。虚数インピーダンスの測定により基板１２１の平坦度の減少が示されると、システムコントローラ１７５は、ＤＣ電源１７６を調整することによって、チャック電力を増大させうる。一実行形態では、基板１２１の平坦度の減少は、静電チャック１２８の虚数インピーダンスの負の方向の増大によって示されうる。
図２は、本開示の一実行形態による、基板上に配置された膜積層体の上にタングステン炭化ホウ素のハードマスク層を形成するための方法２００のフロー図を示している。膜積層体上に形成されるハードマスク層は、例えば、膜積層体で階段状構造物を形成するために利用されうる。図３Ａから図３Ｄは、方法２００により基板上に配置された膜積層体の上にハードマスク層を形成するためのシーケンスを示す、概略断面図である。図４は、本開示の様々な実行形態による、タングステン炭化ホウ素のハードマスク層を形成するためのガス流図４００を示している。
図４を参照するに、シード層（例えばシード層３１０）は時間「ゾーン１」において形成され（工程２２０）、遷移層（例えば遷移層３１１）は時間「ゾーン２」において形成され（工程２３０）、かつ、バルクハードマスク層（例えばバルクハードマスク層３１２）は、時間「ゾーン３」において、遷移層上に形成される（工程２４０）。図４に示しているように、ホウ素ベースの前駆体ガスはトレースラインＧ１によって表わされる。炭素ベースの前駆体ガスはトレースラインＧ２によって表わされる。タングステンベースの前駆体ガスはトレースラインＧ３によって表わされる。水素ガスはトレースラインＧ４によって表わされる。不活性ガス（アルゴン及びヘリウム）はトレースラインＧ５によって表わされる。高周波無線周波数（ＨＦＲＦ）はトレースラインＧ６によって表わされる。
これより、三次元半導体デバイス向けの膜積層体における階段状構造物を製造するために利用される、膜積層体上に形成されうるハードマスク層に関連して、方法２００について説明するが、方法２００は、その他のデバイス製造応用においても、有利に使用されうる。方法２００で説明されている工程間の時間間隔（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３など）は、同じ長さ（Ｔ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔ４＝．．．）でありうるか、ガスのオンとオフに応じて異なる長さ（Ｔ１＝Ｔ３＝Ｔ５＝．．．＝Ｔ（ｏｄｄ）、Ｔ２＝Ｔ４＝Ｔ６＝．．．＝Ｔ（偶数）、かつＴ（奇数）＞又は＜Ｔ（偶数））でありうるか、又は、それ以外の異なる長さ（漸増、漸減、及びランダムを含む）でありうる。一部の実行形態では、時間間隔は０．１秒間〜１５０秒間の範囲にわたる。
方法２００は、工程２１０において、基板（例えば図３Ａに示している基板３００）を、処理チャンバ（例えば、図１に示しているＰＥＣＶＤシステム１００の処理チャンバ）内に位置付けることによって始まる。基板３００は、静電チャック（例えば静電チャック１２８）に位置付けられうる。基板３００は、シリコンベースの材料、又は、必要に応じて、任意の好適な絶縁性材料若しくは導電性材料であってよく、膜積層体３０４が基板３００上に配置されており、膜積層体３０４は、膜積層体３０４で構造物３０２（例えば階段状構造物）を形成するために利用されうる。
図３Ａの例示的な実行形態に示しているように、基板３００は、実質的に平らな表面、不均一な表面、又は、構造物が表面上に形成されている実質的に平らな表面を有しうる。膜積層体３０４は基板３００上に形成される。一実行形態では、膜積層体３０４は、フロントエンドプロセス又はバックエンドプロセスにおいて、ゲート構造物、接触構造物、又は相互接続構造物を形成するために利用されうる。方法２００は、メモリ構造物（ＮＡＮＤ構造物など）で使用される、膜積層体３０４における階段状構造物を形成するために、膜積層体３０４に実施されうる。一実行形態では、基板３００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、サファイアといった、材料でありうる。基板３００は、様々な寸法を有しうる（例えば２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍ、又はその他の直径の基板、並びに長方形又は正方形のパネル）。別途記載されない限り、本書に記載の実行形態及び例は、基板（２００ｍｍ直径、３００ｍｍ直径、又は４５０ｍｍ直径を有する基板）に対して実施される。基板３００のためにＳＯＩ構造物が利用される実行形態では、基板３００は、シリコン結晶基板上に配置された、埋設型の誘電体層を含みうる。本書で示している実行形態では、基板３００は結晶シリコン基板でありうる。
一実行形態では、基板３００上に配置された膜積層体３０４は、いくつかの垂直積層を有しうる。膜積層体３０４は、第１層（３０８ａ１、３０８ａ２、３０８ａ３、・・・・・・、３０８ａｎと示している）と、第２層（３０８ｂ１、３０８ｂ２、３０８ｂ３、・・・・・・、３０８ｂｎ）と示している）とを含む複数の対を備え、これらの対は、膜積層体３０４内に反復的に形成されうる。これらの対は、交互になった、第１層（３０８ａ１、３０８ａ２、３０８ａ３、・・・・・・、３０８ａｎと示している）と第２層（３０８ｂ１、３０８ｂ２、３０８ｂ３、・・・・・・、３０８ｂｎと示している）とを含み、第１層と第２層との対が選択された数に到達するまで反復的に形成される。
膜積層体３０４は、半導体チップ（三次元メモリチップなど）の一部でありうる。図３Ａから図３Ｃには、第１層（３０８ａ１、３０８ａ２、３０８ａ３、・・・・・・、３０８ａｎと示している）と第２層（３０８ｂ１、３０８ｂ２、３０８ｂ３、・・・・・・、３０８ｂｎと示している）とが３回反復している層が図示されているが、必要に応じて、第１層と第２層との任意の数の反復的な対が利用されうることが分かる。
一実行形態では、膜積層体３０４は、三次元メモリチップ向けの複数のゲート構造物を形成するために利用されうる。膜積層体３０４に形成された第１層３０８ａ１、３０８ａ２、３０８ａ３、・・・・・・、３０８ａｎは第１誘電体層であってよく、第２層３０８ｂ１、３０８ｂ２、３０８ｂ３、・・・・・・、３０８ｂｎは第２誘電体層でありうる。第１層３０８ａ１、３０８ａ２、３０８ａ３、・・・・・・、３０８ａｎ及び第２層３０８ｂ１、３０８ｂ２、３０８ｂ３、・・・・・・、３０８ｂｎを形成するために利用されうる好適な誘電体層は、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、酸化物と窒化物との複合物、窒化物層を挟持する少なくとも一又は複数の酸化物層、及びこれらの組み合わせを含み、それ以外のものも含む。一部の実行形態では、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りうる。高誘電率材料の好適な例は、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ハフニウム酸化ケイ素（ＨｆＳｉＯ２）、ハフニウム酸化アルミニウム（ＨｆＡｌＯ）、ジルコニウム酸化ケイ素（ＺｒＳｉＯ２）、二酸化タンタル（ＴａＯ２）、酸化アルミニウム、アルミニウムでドープされた二酸化ハフニウム、ビスマス ストロンチウム チタン（ＢＳＴ）、及びプラチナ ジルコニウム チタン（ＰＺＴ）を含み、それ以外のものも含む。
ある特定の例では、第１層３０８ａ１、３０８ａ２、３０８ａ３、・・・・・・、３０８ａｎは酸化ケイ素層であり、第２層３０８ｂ１、３０８ｂ２、３０８ｂ３、・・・・・・、３０８ｂｎは、第１層３０８ａ１、３０８ａ２、３０８ａ３、・・・・・・、３０８ａｎ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。一実行形態では、第１層３０８ａ１、３０８ａ２、３０８ａ３、・・・・・・、３０８ａｎの厚さは、約５０A〜約１０００A（例えば約５００A）に制御されてよく、第２層３０８ｂ１、３０８ｂ２、３０８ｂ３、・・・・・・、３０８ｂｎの各々の厚さは、約５０A〜約１０００A（例えば約５００A）に制御されうる。膜積層体３０４は、約１００A〜約２０００Aの総厚を有しうる。一実行形態では、膜積層体３０４の総厚は約３ミクロン〜約１０ミクロンであるが、技術進歩に応じて変動することになる。
なお、ハードマスク層は、基板３００上に膜積層体３０４が存在している状態、又は存在していない状態で、基板３００の任意の表面又は任意の部分に形成されうる。
基板３００が処理領域（例えば、図１のＰＥＣＶＤシステム１００の処理領域１２０）に移送された後に、図３Ｂに示しているように膜積層体３０４上にシード層３１０を形成するために、工程２２０において、ＰＥＣＶＤシステム１００内にシード層混合ガスが供給される。シード層３１０は任意の好適なシード層でありうる。好適なシード層の例は、炭化ホウ素（ＢＣ）のシード層、窒化ホウ素（ＢＮ）のシード層、炭窒化ホウ素（ＢＣＮ）のシード層、窒化炭素（ＣＮ）のシード層、炭化ケイ素（ＳｉＣ）のシード層、窒化ケイ素（ＳｉＮ）のシード層、ホウ素ベースのシード層、炭素のシード層、窒化チタン（ＴｉＮ）のシード層、及びケイ化タングステン（ＷＳｉ）のシード層を含むが、それらに限定されるわけではない一実行形態では、シード層３１０は、図４の「ゾーン１」に示されているプロセスによって形成される。一実行形態では、シード層３１０は炭化ホウ素層である。
シード層３１０の堆積中に、混合ガス内でプラズマを点火し形成するために利用されるプロセスパラメータは、求められる膜特性及び膜の微細構造を伴うシード層３１０の堆積を促進するよう、動的に制御されうるか、又は、所定の流量に事前設定されうる。シード層混合ガスは、前述のシード層を堆積させるための反応性前駆体ガスを含む。シード層を堆積させるための例示的な反応性前駆体ガスは、ホウ素ベースの前駆体ガス、炭素ベースの前駆体ガス、窒素ベースの前駆体ガス、ケイ素ベースの前駆体ガス、チタンベースの前駆体ガス、及びタングステンベースの前駆体ガスを含む。
シード層３１０を形成するのに好適なホウ素ベースの前駆体ガスは、トリメチルボラン（（Ｂ（ＣＨ３）３）又はＴＭＢ）、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、及びトリエチルボラン（（Ｂ（Ｃ２Ｈ５）３）又はＴＥＢ）、及びこれらの組み合わせを含むが、それらに限定されるわけではない。ホウ素ベースの前駆体ガスは、ホウ素含有混合ガスの一部でありうる。例示的なホウ素含有混合ガスは、５％のＢ２Ｈ６／９５％のＮ２、５％のＢ２Ｈ６／９５％のＨｅ、１０％のＢ２Ｈ６／９０％のＨｅ、５％のＢ２Ｈ６／９５％のＡｒ、１０％のＢ２Ｈ６／９０％のＡｒ、５％のＢ２Ｈ６／９５％のＨ２、１０％のＢ２Ｈ６／８０％のＨ２、又は、２０％のＢ２Ｈ６／８０％のＨ２を含みうる。種々の濃度のホウ素含有混合ガスが使用される場合、それにしたがって、特定の膜特性を実現するために必要とされる流量が変化しうることが想定される。
シード層を形成するのに好適な炭素ベースの前駆体ガスは、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ３Ｈ６、Ｃ４Ｈ８、Ｃ５Ｈ１０などを含むが、それらに限定されるわけではない。シード層を形成するのに好適な窒素ベースの前駆体ガスは、窒素ガス（Ｎ２）、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、ＮＯ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ４などを含むが、それらに限定されるわけではない。シード層を形成するのに好適なケイ素含有前駆体ガスは、シラン（ＳｉＨ４）、ジ―シラン（Ｓｉ２Ｈ６）、高次シランなどを含むがそれらに限定されるわけではない、シラン含有前駆体ガスを含む。シード層を形成するのに好適なタングステンベースの前駆体ガスは、ＷＦ６、ＷＣｌ６、Ｗ（ＣＯ）６などを含むが、それらに限定されるわけではない。シード層を形成するのに好適な水素ベースの前駆体ガスは、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｏ２、及びこれらの組み合わせを含むが、それらに限定されるわけではない。シード層を形成するのに好適な不活性ガスは、アラゴン、ヘリウム、又はこれらの組み合わせを含むが、それらに限定されるわけではない。
一実行形態では、シード層混合ガスは、ホウ素ベースの前駆体ガス、炭素ベースの前駆体ガス、オプションで水素ベースの前駆体ガス、及びオプションで不活性ガスを含む。一実行形態では、ホウ素ベースの前駆体ガスはジボラン（Ｂ２Ｈ６）であり、炭素ベースの前駆体ガスはプロペン（Ｃ３Ｈ６）であり、オプションの水素ベースの前駆体ガスはＨ２である。一部の例では、必要に応じて、シード層混合ガスにおいて、不活性ガス（例えばＡｒ又はＨｅ）もオプションで供給されうる。
以下の説明で使用されるホウ素ベースの前駆体ガス及び炭素ベースの前駆体ガスは、堆積されるシード層の種類に応じて、窒素ベースの前駆体ガス、ケイ素ベースの前駆体ガス、及びタングステンベースの前駆体ガスのうちの任意のものと置き換えられうることを、理解すべきである。窒化ホウ素のシード層が形成される一部の実行形態では、炭素ベースの前駆体ガスが窒素ベースの前駆体ガスに置き換えられることになる。炭窒化ホウ素のシード層が形成される一部の実行形態では、ホウ素ベースの前駆体ガス及び炭素ベースの前駆体ガスと共に、窒素ベースの前駆体ガスも含まれる。窒化炭素のシード層が形成される一部の実行形態では、ホウ素ベースの前駆体ガスが窒素ベースの前駆体ガスに置き換えられる。炭化ケイ素のシード層が形成される一部の実行形態では、ホウ素ベースの前駆体ガスがケイ素ベースの前駆体ガスに置き換えられる。ケイ化タングステンのシード層が形成される一部の実行形態では、ホウ素ベースの前駆体ガスがタングステンベースの前駆体ガスに置き換えられ、炭素ベースの前駆体ガスがケイ素ベースの前駆体ガスに置き換えられる。
一実行形態では、シード層３１０を形成するために工程２２０において供給されるホウ素ベースの前駆体ガスは、２秒間〜約３０秒間にわたって、約１００ｓｃｃｍ〜約５，０００ｓｃｃｍ（例えば、約１，０００ｓｃｃｍ〜約３，０００ｓｃｃｍ、約２，０００ｓｃｃｍ〜約２，５００ｓｃｃｍ）に制御される。一実行形態では、シード層３１０を形成するために工程２２０において供給される炭素ベースの前駆体ガス流は、２秒間〜約３０秒間にわたって、１０ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍ（例えば、約２０ｓｃｃｍ〜約１００ｓｃｃｍ、約５０ｓｃｃｍ〜約８０ｓｃｃｍ）に制御される。あるいは、シード層混合ガスにおいて供給される前駆体は、炭素ベースの前駆体とホウ素ベースの前駆体との比率が約１：１０〜約１：５０に制御されうる。一実行形態では、シード層３１０を形成するために工程２２０において供給される水素ベースの前駆体ガス流は、２秒間〜約３０秒間にわたって、１，０００ｓｃｃｍ〜約５，０００ｓｃｃｍ（例えば、約２，０００ｓｃｃｍ〜約４，０００ｓｃｃｍ、約３，０００ｓｃｃｍ〜約３，５００ｓｃｃｍ）に制御される。一実行形態では、シード層３１０を形成するために工程２２０において供給される不活性ガス流は、２秒間〜約３０秒間にわたって、５００ｓｃｃｍ〜約６，０００ｓｃｃｍ（例えば、約２，０００ｓｃｃｍ〜約５，０００ｓｃｃｍ、約３，０００ｓｃｃｍ〜約４，０００ｓｃｃｍ）に制御される。
シード層３１０の堆積において、いくつかのプロセスパラメータはプロセス中に調節されうる。３００ｍｍ基板を処理するのに好適な一実行形態では、プロセス圧力が、約０．１Ｔｏｒｒ〜約８０Ｔｏｒｒ（例えば約１Ｔｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒ）に維持されうる。３００ｍｍ基板を処理するのに好適な一実行形態では、プロセス圧力は、プロセス中に増大しうるか、プロセス中に低減しうるか、又はプロセス中に低圧と高圧との間で循環しうる。約１００ワット〜約１，０００ワットのＲＦソース電力が、シード層混合ガス中に供給される。約０ワット〜約５００ワットのＲＦバイアス電力が、オプションで、シード層混合ガス中に供給されうる。一実行形態では、ＲＦソース電力は高周波ＲＦソース電力である。一実行形態では、高周波ＲＦソース電力は、第１の所定の時点「Ｔ１」における０ワットから、第２の所定の時点「Ｔ２」における約５００ワットまで漸増する。基板とシャワーヘッドとの間隔は、約２００ミル〜約１，０００ミルに制御されうる。堆積プロセスの基板温度は、摂氏約３００度〜摂氏約９００度（例えば摂氏約４００度〜摂氏約４８０度）に維持される。シード層の堆積は、プラズマを用いて、プラズマを用いずに、又は部分的にプラズマを用いて、実施されうる。
一実行形態では、シード層堆積混合ガスにおいて供給される、例えばＢ２Ｈ６といったホウ素ベースの前駆体ガス（図４のトレースラインＧ１で示している）、例えばＣ３Ｈ６といった炭素ベース前駆体ガス（図４のトレースラインＧ２で示している）、オプションの水素ベースの前駆体ガス（図４のトレースラインＧ４で示している）、オプションの不活性ガス（図４のトレースラインＧ５で示している）は、図４のハードマスク層堆積プロセスにおける第１の所定の時点「Ｔ１」から第２の所定の時点「Ｔ２」まで、事前設定された流量（例えば所定のフロー値）で供給されうる。なお、図４のトレースラインＧ２は、一例としては、炭素ベースの前駆体ガスが、ホウ素ベースの前駆体ガスの流量（例えばトレースラインＧ１）を下回る流量で流されることを示している。更に別の例では、炭素ベースの前駆体ガスは、（例えばトレースラインＧ１で示している）ホウ素ベースの前駆体ガスの流量を上回る流量で、供給されうる。時間ゾーン１の期間中、ホウ素ベースの前駆体ガス（トレースラインＧ１で示している）、炭素ベース前駆体ガス（トレースラインＧ２で示している）、水素ベースの前駆体ガス（トレースラインＧ４で示している）、不活性ガス（トレースラインＧ５で示している）のガス流は、工程２２０においてシード層３１０を形成する時に、シード層３１０が所定の厚さに到達するまで、一定に保たれる。一実行形態では、シード層３１０は、約５０A〜約４００A（約１００A〜約２００A、又は約１００A〜約２００A）の厚さを有する。
一実行形態では、基板３００を静電チャック１２８にクランプするために、静電チャックにチャック電圧が印加される。基板３００が静電チャック１２８の上面上に位置付けられる実行形態では、処理中に、上面が支持を提供し、基板３００をクランプする。電極１２３を介して基板３００に電気バイアスが提供され、電極１２３は、バイアス電圧を電極１２３に供給する電力供給システムと、電気的に通信可能でありうる。一実行形態では、チャック電圧は約１０ボルト〜約３，０００ボルトである。一実行形態では、チャック電圧は約１００ボルト〜約２，０００ボルトである。一実行形態では、チャック電圧は約２００ボルト〜約１，０００ボルトである。
図４の時間ゾーン１においてシード層３１０を堆積させるためのガスは、一定の流量を有することが図示されているが、一部の実行形態では、このガス流量は、シード層３１０の形成中に変動しうる。
シード層３１０が膜積層体３０４上に形成された後に、工程２３０において、第２混合ガス（例えば遷移混合ガス）が基板表面に供給される。一実行形態では、工程２２０で供給されるチャック電圧が、工程２３０においても維持される。遷移混合ガスにおいて供給される処理ガスは、遷移混合ガスの供給が完遂した後に工程２４０において実施される、シード層混合ガスから主要堆積混合ガスへの遷移を促進するよう、動的に制御されうる。シード層３１０が求められる厚さに到達した後、遷移混合ガスにおける、ホウ素ベースの前駆体ガスと炭素ベースの前駆体ガスとの比率は変更されうる。遷移混合ガスは、少なくとも、工程２２０のシード層混合ガスと比べて、漸減した又は絞り抑制された（ｔｈｒｏｔｔｌｅｄ ｄｏｗｎ）炭素ベースの前駆体ガス、及び、継続的に一定のガス流の、ホウ素ベースの前駆体ガスと、オプションの水素ベースの前駆体ガスと、不活性ガスとを含みうる。シード層混合ガスの、漸減した又は絞り抑制された炭素ベースの前駆体混合ガス、及び一定の流れのホウ素ベースの前駆体混合ガスに加えて、工程２３０では、遷移混合ガス中にタングステンベースの前駆体ガスが新たに導入される。好適なタングステンベースの前駆体ガスは、ＷＦ６、ＷＣ、Ｗ（ＣＯ）６、又は任意の好適なハロゲン化タングステンガス（例えばＷＸｎであり、ここでＸは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩを含むハロゲン種であり、ｎは１〜６の整数である）、有機金属タングステン前駆体、及びこれらの組み合わせを含むが、それらに限定されるわけではない。一例では、タングステン混合ガスにおいて供給されるタングステンベースの前駆体ガスはＷＦ６である。
なお、本書で使用される場合、「漸増する（ｒａｍｐ−ｕｐ）」という語は、プロセスパラメータを、第１の時間設定点から第２の時間設定点まで、所定の期間にわたって、求められる漸増率（ｒａｍｐ−ｕｐ ｒａｔｅ）を伴って、徐々に増大させることを意味する。本書で使用されている「漸増する」という語は、スロットル又はその他のバルブの開閉作用によって引き起こされる急激な変化のことではない。
工程２４０（例えば図４のゾーン３）において主要堆積混合ガスを供給する前に、工程２３０において、工程２２０（例えば図４のゾーン１）におけるシード層混合ガスからのガス供給は遷移するが、これについては以下で後述する。供給される遷移混合ガスは、図３Ｃに示しているように、シード層３１０上に遷移層３１１を堆積させる。シード膜３１０上に形成される遷移層３１１は、遷移層３１１の成長と共に原子濃度が変動する、勾配膜構造（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｆｉｌｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有しうる。遷移混合ガス内のタングステンベースの前駆体ガス流が徐々に漸増し、炭素ベースの前駆体ガス流が減少することで、堆積される膜中のタングステンの原子濃度が増大すると共に、炭素の原子濃度は均一に減少し、ゆえに、望ましい膜特性及び低欠陥密度を伴うように（例えば、混合ガスにおいてコンスタントに供給される）ホウ素原子と反応するよう、基板表面上でのタングステン原子の接着及び分布が支援されると、考えられている。更に、遷移混合ガス中のタングステンベースの前駆体ガスが徐々に漸増し、炭素ベースの前駆体ガス流が減少することで、平滑的な遷移と、より良好な接着及び微細構造の制御がもたらされうるとも、考えられている。タングステンベースの前駆体ガス流が徐々に漸増し、炭素ベースの前駆体ガス流が減少するので、基板上に形成される遷移層３１１は、基板表面に近づくほど炭素濃度が高く（例えば、タングステン濃度が低く）なり、遷移層３１１の厚さが増すにつれて炭素濃度が低く（例えば、タングステン濃度が高く）なる、勾配タングステン炭化ホウ素（ＷＢＣ）層になりうる。遷移混合ガスにおいて供給されるガスは、遷移層３１１が、種々の膜特性を伴う（例えば、ＢＣシード層から、後に工程２４０の主要堆積プロセスにおいて形成されるＷＢＣバルク層への）平滑遷移を提供することを可能にするよう、動的に、かつコンスタントに変動し、調整されうる。低欠陥密度を伴って基板表面上に形成される、ホウ素、タングステン、及び炭素の原子の均一な接着により、後続の原子が核形成するのに良好な核形成部位が提供され、これにより、求められる粒子構造、粒径、及び低い膜粗さの実現が促進される。遷移混合ガスにおいて供給されるホウ素ベースの前駆体ガス流は、必要に応じて一定に保たれてよく、工程２４０の主要堆積プロセスに備えて、求められる勾配膜接合構造を有する遷移層３１１を形成するために、タングステンベースの前駆体ガスが漸増すると共に、炭素ベースの前駆体ガス流は減少して流れる。
遷移混合ガスが処理チャンバ内に供給される時に、タングステンベースの前駆体ガス（トレースラインＧ３で示している）は、時間ゾーン２において、第２の所定の時点「Ｔ２」から第３の所定の時点「Ｔ３」まで、徐々に漸増しうる。時間ゾーン２で示されている期間において、ホウ素ベースの前駆体ガスの流れ（トレースラインＧ１で示している）は一定に保たれる。時間ゾーン２で示されている期間において、炭素ベースの前駆体ガスの流れ（トレースラインＧ２で示している）は第２の所定の時点「Ｔ２」で減少し、時間ゾーン２内では一定に保たれる。水素ベースの前駆体ガスの流れ（トレースラインＧ４で示している）、及び不活性ベースのガス（トレースラインＧ５で示している）も、時間ゾーン２において一定に保たれうる。
一実行形態では、図４に示している、工程２３０において供給される炭素ベースの前駆体ガスの流量は、約５ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍでありうる。工程２３０において供給されるタングステンベースの前駆体ガスの漸増率は、第３の所定の時点「Ｔ３」において処理チャンバに供給されるタングステンベースの前駆体ガスが所定のガス流量に到達するまで、約０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍでありうる。遷移層３１１を形成するために工程２３０において供給されるホウ素ベースの前駆体ガス流は、１００ｓｃｃｍ〜約５，０００ｓｃｃｍという一定の流量に保たれる。
遷移層３１１の堆積において、いくつかのプロセスパラメータはプロセス中に調節されうる。３００ｍｍ基板を処理するのに好適な一実行形態では、プロセス圧力は、約０．１Ｔｏｒｒ〜約８０Ｔｏｒｒ（例えば約１Ｔｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒ）に維持されうる。約１００ワット〜約１，５００ワットのＲＦソース電力が、シード層混合ガスに供給される。一実行形態では、ＲＦソース電力は高周波ＲＦソース電力である。一実行形態では、高周波ＲＦソース電力は、第２の所定の時点「Ｔ１」における５００ワットから、第３の所定の時点「Ｔ３」における約１，４００ワットまで漸増する。約０ワット〜約５００ワットのＲＦバイアス電力が、オプションで、遷移層混合ガスに供給されうる。遷移層の堆積は、プラズマを用いて、プラズマを用いずに、又は部分的にプラズマを用いて、実施されうる。基板とシャワーヘッドとの間隔は、約２００ミル〜約１，０００ミルに制御されうる。堆積プロセスの基板温度は、摂氏約３００度〜摂氏約９００度（例えば摂氏約４８０度）に維持される。
遷移混合ガスが流された後に、工程２４０において、図３Ｄに示しているように、遷移層３１１上にバルクハードマスク層３１２を形成するために、第３混合ガス（例えば主要堆積混合ガス）が処理チャンバ内に供給されうる。ゆえに、膜積層体３０４上に形成される総ハードマスク層３１４は、全部で、シード層３１０と、遷移層３１１と、バルクハードマスク層３１２とを含む。一部の実行形態では、バルクハードマスク層３１２を形成するために使用される前駆体のガス流量は、バルクハードマスク層３１２における欠陥密度を増大させるように、形成プロセス中に変更される。バルクハードマスク層におけるこの欠陥密度の増大により、後続層の堆積中にバルクハードマスク層３１２にトラップされるフッ素の量が増加し、これにより、下にある膜積層体３０４との界面接着が促進される。
タングステンベースの前駆体ガス（例えばガストレースラインＧ３）は、図４に示しているように、工程２４０の時間ゾーン３に入ると所定の流量に到達するので、バルクハードマスク層３１２を堆積させるよう制御されたタングステンベースの前駆体ガスの流量は一定に保たれうる。混合ガスが遷移混合ガスから主要堆積混合ガスに切り替わると、ホウ素ベースの前駆体ガス（例えばガストレースラインＧ１）、炭素ベースの前駆体ガス（例えばガストレースラインＧ２）、タングステンベースの前駆体（例えばガストレースラインＧ３）、水素ベースの前駆体（例えばガストレースラインＧ４）、及び不活性ガス（例えばガストレースラインＧ５）の流量は、一定に保たれうる。主要堆積混合ガスは、第３の所定の時点「Ｔ３」から第４の所定の時点「Ｔ４」まで供給されうる。一例では、主要堆積プロセスは、総ハードマスク層３１４を形成するために、約１０秒間〜約４００秒間（例えば、約１００秒間〜約２００秒間、又は約１００秒間〜約１５０秒間）にわたって実施されうる。一実行形態では、総ハードマスク層３１４は、約２０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ（例えば、約３００ｎｍ〜約８００ｎｍ、又は約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ）の厚さを有する。
一例では、主要堆積混合ガスにおいて供給されるガスは、少なくとも、タングステンベースの前駆体ガスと、ホウ素ベースの前駆体ガスと、炭素ベース前駆体ガスとを含む。主要堆積混合ガスにおいては、必要に応じて、水素ベースの前駆体ガスもオプションで供給されうる。不活性ガスも、必要に応じて、主要堆積混合ガスにおいてオプションで供給されうる。一例では、主要堆積混合ガスにおいて供給されるガスは、ＷＦ６、Ｂ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ６、及びＨ２を含む。一部の例では、不活性ガス（Ａｒ又はＨｅなど）も、必要に応じて、主要堆積混合ガスにおいてオプションで供給されうる。かかる例では、膜積層体３０４上に形成されるバルクハードマスク層３１２はタングステン炭化ホウ素（ＷＢＣ）層になる。
一部の実行形態では、低欠陥密度を有しつつ、遷移層３１１から架橋する、バルクハードマスク層３１２を維持するために、バルクハードマスク層３１２は一定の速度で形成される。一実行形態では、バルクハードマスク層３１２を形成するために工程２４０において供給されるタングステンベースの前駆体ガスは、約５０ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍに制御される。一実行形態では、ハードマスク層３１２を形成するために工程２４０において供給される炭素ベースの前駆体ガス流は、１０ｓｃｃｍ〜約１，０００ｓｃｃｍに制御される。一実行形態では、バルクハードマスク層３１２を形成するために工程２４０において供給されるホウ素ベースの前駆体ガス流は、１００ｓｃｃｍ〜約５，０００ｓｃｃｍに制御される。一実行形態では、バルクハードマスク層３１２を形成するために工程２４０において供給される水素ベースの前駆体ガス流は、１，０００ｓｃｃｍ〜約５，０００ｓｃｃｍに制御される。一実行形態では、ハードマスク層３１２を形成するために工程２４０において供給される不活性ガス流は、５００ｓｃｃｍ〜約６，０００ｓｃｃｍに制御される。
バルクハードマスク層３１２の堆積中に、いくつかのプロセスパラメータが調節されうる。３００ｍｍ基板を処理するのに好適な一実行形態では、プロセス圧力は、約０．１Ｔｏｒｒ〜約８０Ｔｏｒｒ（例えば約１Ｔｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒ）に維持されうる。約１，０００ワット〜約２，０００ワットのＲＦソース電力が、主要堆積混合ガスに供給される。一実行形態では、ＲＦソース電力は高周波ＲＦソース電力である。一実行形態では、高周波ＲＦソース電力は、第３の所定の時点「Ｔ３」から第４の所定の時点「Ｔ４」まで、約１，４００ワットに維持される。約０ワット〜約５００ワットのＲＦバイアス電力が、オプションで、主要堆積混合ガスに供給されうる。バルクハードマスク層の堆積は、プラズマを用いて、プラズマを用いずに、又は部分的にプラズマを用いて、実施されうる。基板とシャワーヘッドとの間隔は、約２００ミル〜約１，０００ミルに制御されうる。堆積プロセスの基板温度は、摂氏約３００度〜摂氏約９００度（例えば摂氏約４００度〜摂氏約４８０度）に維持される。
なお、バルクハードマスク層３１２の応力レベルは、工程２４０における主要堆積プロセス中に供給されるＲＦバイアス電力を調整することによって調整されうる。ＲＦバイアス電力が高レベルで供給されると、より圧縮的なバルクハードマスク層３１２の膜が得られる。反対に、ＲＦバイアス電力が低レベルで供給されると、より伸長的なバルクハードマスク層３１２の膜が得られる。
一部の実行形態では、総ハードマスク層３１４の応力レベルは、ＬＦＲＦ電力を印加することによって調整されうる。一実行形態では、膜応力は、アルゴンガスの存在下で３５０ワットのＬＦ（３５０ｋＨｚ）を印加することによってチューニングされうる。アルゴンガスイオンは、膜をボンバードし、膜の応力を有効に減少させる。ＬＦＲＦ電力は、遷移層３１１か、バルクハードマスク層３１２か、又は遷移層３１１とバルクハードマスク層３１２の両方の形成中に、印加されうる。
一例では、総ハードマスク層３１４（シード層３１０、遷移層３１１、及びバルクハードマスク層３１２を含む）は、全体で、約−１００ＭＰａ〜約＋１０００ＭＰａの応力範囲を有することがある。総ハードマスク層３１４内に形成されたシード層３１０と遷移層３１１とは、平滑な膜構造遷移の提供だけでなく、基板表面への良好な接着の提供も支援しうると、考えられている。総ハードマスク層において形成される（例えば、主に遷移層３１１の寄与による）平滑な膜構造遷移により、表面粗さが最小限（例えば、２ｎｍＲａ未満の表面粗さ）の総ハードマスク層３１４の維持が、支援されうる。更に、総ハードマスク層３１４の粒径も、エッチング／パターニングプロセス中にマスク層として機能するための良好なエッチング選択性を提供するよう、（例えば１６A未満の粒径に）制御されうる。
総ハードマスク層３１４が基板上に形成された後に、基板はデチャックされる。チャック電圧はオフにされる。反応性ガスはオフにされ、オプションで処理チャンバからパージされる。一実行形態では、工程中にＲＦ電力が低減される（例えば〜２００Ｗ）。オプションで、静電荷がＲＦ経路を通って接地に散逸しているか否かを判断するために、システムコントローラ１７５がインピーダンスの変化をモニタする。基板が静電チャックからデチャックされると、残りの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、リフトピン上で上昇し、チャンバから出るように移送される。
総ハードマスク層３１４は、基板上に形成された後に、エッチングプロセスにおいて、三次元構造物（階段状構造物など）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。
総ハードマスク層３１４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。パターニングされたフォトレジスト（図示せず）は、総ハードマスク層３１４の上に形成されうる。総ハードマスク層３１４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にエッチングされてよく、その後、このパターンが基板にエッチングされうる。基板のエッチングされた部分の中に、材料が堆積されうる。総ハードマスク層３１４は、過酸化水素と硫酸とを含む溶液を使用して除去されうる。過酸化水素と硫酸と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。総ハードマスク層３１４は、Ｃｌ２／Ｏ２、ＣＦ４／Ｏ２、Ｃｌ２／Ｏ２／ＣＦ４といった酸素とハロゲン（例えばフッ素又は塩素）を包含するエッチング化学作用を使用して、除去されることもある。総ハードマスク層３１４は、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスによって除去されることもある。
例：
以下の非限定的な例は、本書に記載の実行形態について更に示すために提供される。しかし、これらの例は、本書に記載の実行形態を全て含むことも、本書に記載の実行形態の範囲を限定することも、意図するものではない。一例では、タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜が、希釈ガスとしてのＡｒとＨｅ、並びに、接着及び遷移勾配（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｒａｍｐ）のための炭化ホウ素（例えばＢ２Ｈ６及びＣ３Ｈ６）の接着層を伴って、ＰＥＣＶＤリアクタ内で、摂氏４００度で、かつ１４００ＷＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）の電力で、ＷＦ６＋Ｃ３Ｈ６＋Ｂ２Ｈ６＋Ｈ２を使用することによって、製造された。一例では、タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、７２原子パーセントのタングステン、８原子パーセントのホウ素、及び２０原子パーセントの炭素という組成を有していた。別の例では、タングステン炭化ホウ素のハードマスク膜は、６０原子パーセントのタングステン、２０原子パーセントのホウ素、及び２０原子パーセントの炭素という組成を有していた。主要堆積の前に、アモルファス炭化ホウ素のシード層が、５００ワットのＨＦＲＦ電力を伴ってＢ２Ｈ６、Ｈ２及びＣ３Ｈ６を流すことによって堆積された。シード層の後に遷移／勾配層が堆積された。遷移／勾配層の堆積では、ＷＦ６の流れは、約５００ワット〜約１４００ワットのＨＦＲＦの勾配と共に漸増する。この勾配層は、膜接着に役立つ。膜応力は、３５０ワットのＬＦＲＦ（例えば３５０ｋＨｚ）を使用することによってチューニングされうる。アルゴン希釈ガスのイオンは、膜をボンバードし、膜の応力を有効に減少させる。その他のパラメータ（堆積速度、粗さ、及び接着性など）に影響を与えずに、応力を独立的にチューニングするよう、ＬＦＲＦ電力は調整されうる。
図５Ａは、本開示の一又は複数の実行形態により形成されたタングステン炭化ホウ素のハードマスク層の断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示している。図５Ｂは、本開示の一又は複数の実行形態により形成されたタングステン炭化ホウ素のハードマスク層のチルト視点の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示している。このタングステン炭化ホウ素のハードマスク層は、７２原子パーセントのタングステンと、８原子パーセントのホウ素と、２０原子パーセントの炭素とを含む。
図６は、本開示の一又は複数の実行形態により酸化物上に形成された、１，０００Aの粗さのタングステン炭化ホウ素膜を示している、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。このタングステン炭化ホウ素のハードマスク層は、７２原子パーセントのタングステンと、８原子パーセントのホウ素と、２０原子パーセントの炭素とを含む。このタングステン炭化ホウ素膜は、１．１３０ナノメートルの画像Ｒｍｓ（Ｒｑ）、０．８９９ナノメートルの画像Ｒａ、及び９．７８０の画像Ｒｍａｘを示した。
図７は、本書に記載の実行形態により形成されたタングステン炭化ホウ素のブランケット膜のエッチング選択性と、他の従来技術のハードマスク膜のエッチング選択性とを示しているグラフである。
要約すると、本開示の利点の一部により、半導体デバイスを製造するために利用されうるタングステン炭化ホウ素のハードマスク層を形成するためのプロセスが提供される。このハードマスク層は、シード層、遷移層、及びバルクハードマスク層を含んでよく、表面粗さが低く、かつ界面における接着性が高い結合構造物を提供する。一部の実行形態では、タングステン炭化ホウ素のハードマスク層は、他のハードマスク膜と比較して、小さい粒径及び高いエッチング選択性を有し、純タングステンのものに近いパターンエッチング選択性を有する一方で、その他の金属製ハードマスクに関連する粒径及び粗さの問題を回避するものである。タングステン炭化ホウ素のハードマスク層が望ましい強固な膜特性及びエッチング選択性を有することで、結果として膜積層体において形成される構造物の寸法及びプロファイルの制御の向上が得られ、かつ、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。
本開示の要素、又はそれらの例示的な態様若しくは実行形態（複数可）を紹介する際の、「１つの（ａ、ａｎ）」及び「前記（ｔｈｅ、ｓａｉｄ）」という冠詞は、一又は複数の要素が存在していることを意味するためのものである。
「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という語は、包括的であることが意図されており、列挙された要素以外にも追加の要素がありうることを意味する。
以上の記述は本開示の実行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しなければ、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、下記の特許請求の範囲によって決まる。

Claims (15)

  1. 基板上にハードマスク層を形成する方法であって、
    処理チャンバ内にシード層混合ガスを供給することによって、基板上にシード層を形成することと、
    前記処理チャンバ内に遷移層混合ガスを供給することよって、前記シード層上に、タングステン、ホウ素、及び炭素を含む遷移層を形成することと、
    前記処理チャンバ内に主要堆積混合ガスを供給することよって、前記遷移層上に、タングステン、ホウ素、及び炭素を含むバルクハードマスク層を形成することとを含む、
    方法。
  2. 前記遷移層混合ガスが、少なくとも、ホウ素ベースの前駆体ガスと、炭素ベースの前駆体ガスと、タングステンベースの前駆体ガスとを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記主要堆積混合ガスが、前記ホウ素ベースの前駆体ガスと、前記炭素ベースの前駆体ガスと、前記タングステンベースの前駆体ガスとを含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記シード層混合ガスが、少なくとも、前記ホウ素ベースの前駆体ガスと前記炭素ベースの前駆体ガスとを含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記ホウ素ベースの前駆体ガスはＢ２Ｈ６であり、前記炭素ベースの前駆体ガスはＣ３Ｈ６であり、前記タングステンベースの前駆体ガスはＷＦ６である、請求項３に記載の方法。
  6. 前記遷移層混合ガスが、前記ホウ素ベースの前駆体ガスの一定のガス流量を維持しつつ、前記炭素ベースの前駆体ガスのガス流量を減少させることによって、前記処理チャンバに供給される、請求項２に記載の方法。
  7. 前記遷移層混合ガスが、前記タングステンベースの前駆体のガス流量を漸増させることによって、前記処理チャンバに供給される、請求項６に記載の方法。
  8. 前記主要堆積混合ガスが、前記ホウ素ベースの前駆体ガス、前記炭素ベースの前駆体ガス、及び前記タングステンベースの前駆体ガスを一定的に供給することによって、前記処理チャンバに供給される、請求項７に記載の方法。
  9. 前記シード層を形成している間、前記遷移層を形成している間、および前記バルクハードマスク層を形成している間において、水素ベースの前駆体ガスを前記処理チャンバ内に供給することを更に含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記水素ベースの前駆体ガスを前記処理チャンバ内に供給することが、前記水素ベースの前駆体ガスを前記処理チャンバ内に一定的に供給することを含む、請求項９に記載の方法。
  11. 前記シード層を形成している間、および前記遷移層を形成している間において、高周波ＲＦ電力を勾配させることと、
    前記バルクハードマスク層を形成している間において、前記高周波ＲＦ電力を一定的に供給することとを更に含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
  12. ハードマスク層であって、
    シード層と、遷移層と、前記遷移層上に配置されたバルクハードマスク層とを備える、ハードマスク層。
  13. 前記シード層が炭化ホウ素層であり、前記遷移層がタングステン炭化ホウ素層であり、かつ、前記バルクハードマスク層がタングステン炭化ホウ素層である、請求項１２に記載のハードマスク層。
  14. 約５０〜約７０原子パーセントのタングステンと、約１０〜約３０原子パーセントの炭素と、約１０〜約２０原子パーセントのホウ素とを含む、請求項１３に記載のハードマスク層。
  15. 勾配膜構造を有する、請求項１３に記載のハードマスク層。
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