用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法
【專利摘要】本發明提供一種用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法，包括下述工序，即、一邊對反應室內進行排氣一邊進行預備，該預備處理是指將上述反應室內的溫度加熱到800℃～950℃的預備處理溫度，并且向上述反應室內供給從由氮氣和氨氣組成的氣體組中選出的預備處理氣體，從而去除基底層表面的水；然后，一邊對上述反應室內進行排氣一邊進行主CVD處理，該主CVD處理是指將上述反應室內的溫度加熱到主處理溫度，并且向上述反應室內供給碳化氫氣體，從而在基底層上成膜非晶碳膜。
【專利說明】用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法
[0001]本申請是申請日為2010年6月4日、申請號為201010194793.7、發明名稱為“用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法”的申請的分案申請
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種在半導體處理中在半導體晶圓等被處理體上形成具有非晶碳膜的構造的分批(batch)處理方法。這里，所謂半導體處理是指為了以下目的而實施的各種處理，即、在半導體晶圓、IXD (Liquid Crystal Display液晶顯示器)那樣的FPD (Flat PanelDisplay平板顯示器)用玻璃基板等被處理基板上以規定圖案形成半導體層、絕緣層、導電層等，從而在該被處理體上制造含有半導體器件、與半導體器件相連接的配線、電極等的構造物。
【背景技術】
[0003]在半導體器件的制造處理中，為了能使配線部的電阻、電容更低而一直致力于開發低介電常數的層間絕緣膜。可以使用非晶碳膜作為低介電常數的層間絕緣膜。另外，在半導體器件的制造處理中，為了形成電路圖案，將利用光刻技術形成圖案的光致抗蝕劑作為掩膜來進行等離子蝕刻。近年來，隨著半導體裝置的微細化，一直在推進著光致抗蝕膜的薄膜化。因此，僅憑光致抗蝕膜越發難以確保充分的抗蝕性。針對上述問題，有人提出了一種利用了多層抗蝕構造的圖案轉印技術(例如，參照日本特開2006-140222號公報)。例如，多層抗蝕構造包括下側層、中間層和上側層(光致抗蝕膜)。可以使用非晶碳膜為上述多層抗蝕構造的下側層。
[0004]當在將非晶碳膜用于上述用途時，通常使用單片式的等離子CVD(Chemical VaporDeposition化學氣相沉淀)裝置形成該膜(例如參照美國發明專利第5,981,000號公報)。在該公報所公開的裝置中，使用平行平板式的等離子CVD裝置將環烴氣體供給到腔內，然后在腔內生成等離子體而成膜非晶碳膜。
[0005]在使用上述單片式的等離子CVD裝置形成薄膜時，通常存在覆蓋(coverage)性能差的趨勢。因此，人們想要使用覆蓋性能好的裝置、例如分批式縱型CVD裝置來形成非晶碳膜。但是，如下文所說明的，本發明人等發現在使用縱型CVD裝置的情況下，存在非晶碳膜的表面平坦度變差的問題。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種能夠形成含有表面平坦度良好的非晶碳膜的構造的分批處理方法。
[0007]本發明的第I技術方案提供一種用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法，該方法包括下述工序:在反應室內以沿鉛直方向隔開間隔地層疊的狀態收容多張被處理體，各上述被處理體具有用于在上表面形成有上述含有非晶碳膜的構造的基底層；然后，一邊對上述反應室內進行排氣一邊進行預備處理，該預備處理是指將上述反應室內的溫度加熱到800°C?950°C的預備處理溫度，并且向上述反應室內供給從由氮氣和氨氣組成的氣體組中選出的預備處理氣體，從而去除上述基底層表面的水；然后，一邊對上述反應室內進行排氣一邊進行主CVD (chemical vapor deposition)處理,該主CVD處理是指將上述反應室內的溫度加熱到主處理溫度，并且向上述反應室內供給碳化氫氣體，從而在上述基底層上成膜非晶碳膜。
[0008]本發明的第2技術方案提供一種用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法，該方法包括下述工序:在反應室內以沿鉛直方向隔開間隔地層疊的狀態收容多張被處理體，各上述被處理體具有用于在上表面形成有上述含有非晶碳膜的構造的基底層；然后，一邊對上述反應室內進行排氣一邊進行預備處理，該預備處理是指將上述反應室內的溫度加熱到預備處理溫度，并且向上述反應室內供給預備處理氣體，從而成膜用于覆蓋上述基底層的疏水性層；然后，一邊對上述反應室內進行排氣一邊進行主CVD (chemical vapordeposition)處理，該主CVD處理是指將上述反應室內的溫度加熱到主處理溫度，并且向上述反應室內供給碳化氫氣體，從而在上述疏水性層上成膜非晶碳膜。
[0009]本發明的第3技術方案提供一種存儲介質，能夠利用存儲有用于在處理器中執行的程序指令的計算機讀取該存儲介質，在利用上述處理器執行上述程序指令時，控制成膜裝置而使該成膜裝置執行第I或第2技術方案所述的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是表示本發明的實施方式的縱型熱處理裝置的圖。
[0011]圖2是表示圖1所示的裝置的控制部的結構的圖。
[0012]圖3是表示本發明的第I實施方式的用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法的制程程序的圖。
[0013]圖4是表示實驗I中的非晶碳膜的成膜率的圖。
[0014]圖5是表示實驗I中的非晶碳膜的成膜狀態的圖表。
[0015]圖6是表示本發明的第2實施方式的用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法的制程程序的圖。
[0016]圖7是表示實驗2中的非晶碳膜的成膜率的圖。
[0017]圖8是表示實驗2中的非晶碳膜的成膜狀態的圖表。
[0018]圖9A是表示在實驗3中所用的預備處理的條件、以及成膜非晶碳膜的條件的圖表。
[0019]圖9B是表示實驗3中的非晶碳膜的表面粗糙度(Ra)的圖。
[0020]圖10是表示本發明的第3實施方式的用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法的制程程序的圖。
[0021]圖11是表示實驗4中的非晶碳膜的表面粗糙度(Ra)的圖。
[0022]圖12是表示本發明的第4實施方式的用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法的制程程序的圖。
[0023]圖13是表示實驗5中的非晶碳膜的表面粗糙度(Ra)的圖。
[0024]圖14是表示能夠應用各實施方式的方法的多層抗蝕構造的剖視圖。【具體實施方式】
[0025]在本發明的開發過程中，本發明人等針對使用縱型分批式CVD裝置形成非晶碳膜的方法所涉及到的問題進行了研究。結果，本發明人等得出下述見解。
[0026]例如在使用非晶碳膜為多層抗蝕構造的最下層的情況下，在該非晶碳膜上依次層疊Si系無機膜和光致抗蝕膜。由于利用以往的方法制成的非晶碳膜的表面平坦度較差(表面粗糙度高)，因此上側的層的表面平坦度也受到影響，導致光刻法的圖案轉印精度降低。
[0027]本發明人等研究了使非晶碳膜的表面平坦度變差的原因，結果發現在成膜非晶碳膜時，正是存在于基底層上的水分影響該非晶碳膜的表面平坦度。即、該水分使基底層與非晶碳膜的界面發生與蝕刻同時發生的異常反應。
[0028]下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】根據上述見解做成的本發明的實施方式。另外，在下述說明中，對于具有基本相同的功能和結構的構成部件，標注相同的附圖標記，且只在必要的情況下重復說明。
[0029]圖1是表示本發明的實施方式的縱型熱處理裝置的圖。如圖1所示，熱處理裝置I具有長度方向沿鉛直方向的大致圓筒狀的反應管(反應室)2。反應管2由耐熱性以及耐腐蝕性優異的材料、例如石英形成。
[0030]在反應管2的上端配置有向上端側縮徑的大致圓錐狀的頂部3。在頂部3的中央配置有供反應管2內的氣體排出的排氣口 4。排氣部GE借助氣密的排氣管5與排氣口 4相連接。在排氣部GE上配置有閥、真空排氣泵(圖1中未圖示、如圖2中附圖標記127所示)等壓力調整機構。利用排氣部GE能夠排出反應管2內的氣氛，并能將反應管2內的壓力設定為規定壓力(真空度)。
[0031]在反應管2的下方配置有蓋體6。蓋體6由耐熱性及耐腐蝕性優異的材料、例如石英形成。蓋體6能在后述的晶舟升降機(圖1中未圖示、如圖2中附圖標記128所示)作用下上下動作。在利用晶舟升降機使蓋體6上升時，反應管2的下方側(爐口部分)被封閉。在利用晶舟升降機使蓋體6下降時，反應管2的下方側(爐口部分)被開放。
[0032]在蓋體6的上部配置有保溫筒7。保溫筒7具有平面形狀的加熱器8，該加熱器8由電阻發熱體構成，能夠防止因熱量自反應管2的爐口部分散出而使反應管2內的溫度下降。利用筒狀的支承體9將該加熱器8支承在距離蓋體6的上表面規定高度的位置上。
[0033]在保溫筒7的上方配置有旋轉臺10。旋轉臺10作為載置臺而發揮功能，以使用于收容被處理體、例如半導體晶圓W的晶圓舟11能旋轉的方式載置該晶圓舟11。詳細而言，在旋轉臺10的下部配置有旋轉支柱12。旋轉支柱12貫穿加熱器8的中央部而與用于使旋轉臺10旋轉的旋轉機構13相連接。
[0034]旋轉機構13主要由電動機(未圖示)和旋轉導入部15構成，該旋轉導入部15具有自蓋體6的下表面側以氣密狀態貫穿導入到蓋體6的上表面側的旋轉軸14。旋轉軸14與旋轉臺10的旋轉支柱12相連結，借助旋轉支柱12將電動機的旋轉力傳遞給旋轉臺10。因此，在利用旋轉機構13的電動機使旋轉軸14旋轉時，旋轉軸14的旋轉力被傳遞給旋轉支柱12從而使旋轉臺10旋轉。
[0035]晶圓舟11能夠沿鉛直方向隔開規定間隔地收容多張、例如100張半導體晶圓W。晶圓舟11由耐熱性及耐腐蝕性優異的材料、例如石英形成。這樣，由于在旋轉臺10上載置有晶圓舟11，因此在使旋轉臺10旋轉時也會帶動晶圓舟11旋轉，從而使被收容在晶圓舟11內的半導體晶圓W旋轉。
[0036]在反應管2的周圍以圍繞反應管2的方式配置有例如由電阻發熱體構成的加熱器16。利用該加熱器16能夠將反應管2內部的溫度提高(加熱)到規定溫度，結果能夠將半導體晶圓W加熱到規定溫度。
[0037]在反應管2的下端附近的側面插入有用于將處理氣體導入反應管2內的處理氣體導入管17。處理氣體導入管17經由質量流量控制器(MFC)(未圖示)與處理氣體供給部20相連接。另外，雖然在圖1中只畫出了 I根處理氣體導入管17，但在本實施方式中，能夠依據氣體的種類插入多根處理氣體導入管17。另外，在反應管2的下端附近的側面插入有清掃氣體供給管18。清掃氣體供給管18經由質量流量控制器(MFC)(未圖示)與清掃氣體(例如氮氣(N2))供給部22相連接。
[0038]處理氣體供給部20包括碳化氫氣體的供給源、硅源氣體的供給源、除水氣體的供給源、反應氣體(氧化氣體/氮化氣體)的供給源等。
[0039]為了利用CVD處理形成非晶碳膜而使用碳化氫氣體。碳化氫氣體例如由乙烯(C2H4)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙炔(C2H2)和丁炔(C4H6)構成。在本發明所公開的實施方式中，在下文詳述說明，使用乙烯氣體為碳化氫氣體。
[0040]為了利用CVD處理在基底層與非晶碳膜之間形成由硅構成的疏水性層而使用硅源氣體。并且，硅源氣體還用于利用CVD處理在非晶碳膜上形成Si系無機膜。硅源氣體例如包括DCS (二氯硅烷)、HCD (六氯乙硅烷)、TDMAS (三(二甲氨基)硅烷)、BTBAS (雙(叔丁氨基)硅烷)、BDMAS (雙(二甲氨基)硅烷)、BDEAS (雙(二乙氨基)硅烷)、DMAS (二甲氨基硅烷)、DEAS (二乙氨基硅烷)、DPAS (二丙氨基硅烷)、BAS (丁氨基硅烷)構成。優選使用上述氣體中的不含氯(Cl)的氨系硅烷氣體為硅源氣體。由于不含氯，所以能夠縮短孵育時間。在本發明公開的幾個實施方式中，見后述，使用BTBAS氣體、DCS氣體為娃源氣體。
[0041]為了在形成非晶碳膜之前去除基底層表面的水分而使用除水氣體。除水氣體由氮氣(N2)或氨氣(NH3)構成。另外，在使用氮氣為除水氣體的情況下，可以使用自供給部22經過清掃氣體供給管18而被供給的氮氣。在該情況下，在處理氣體供給部20中也可以不含有除水氣體的供給源。
[0042]為了通過CVD處理在非晶碳膜上形成Si系無機膜而使用反應氣體。在Si系無機膜是氧化膜的情況下，使用氧化氣體(含氧的氣體)為反應氣體。氧化氣體例如由o2、no、N2O,H2O,O3構成。在Si系無機膜是氮化膜的情況下，使用氮化氣體(含氮的氣體)為反應氣體。氮化氣體例如由ΝΗ3、Ν2、Ν0、Ν20、Ν2Η4構成。另外，在使用氨氣為除水氣體的情況下，可以使用同一個氨氣供給源來供給反應氣體(氮化氣體)和除水氣體。
[0043]另外，熱處理裝置I還具有用于控制裝置各部分的控制部100。圖2是表示控制部100的結構的圖。如圖2所示，操作面板121、溫度傳感器(組)122、壓力計(組)123、加熱器控制部124、MFC控制部125、閥控制部126、真空泵127和晶舟升降機128等與控制部100相連接。
[0044]操作面板121包括顯示屏和操作按鈕，該操作面板121用于將操作者的操作指示傳遞給控制部100、以及在顯示屏上顯示來自控制部100的各種信息。溫度傳感器(組)122用于測量反應管2、排氣管5和處理氣體導入管17等各部分內部的溫度、然后將該測量值告知控制部100。壓力計(組)123用于測量反應管2、排氣管5和處理氣體導入管17等各部分內部的壓力、然后將測量值告知控制部100。
[0045]加熱器控制部124用于相互獨立地控制加熱器8和加熱器16。加熱器控制部124響應來自控制部100的指示而在上述加熱器通上電流從而加熱上述加熱器。加熱器控制部124還分別獨立地測量上述加熱器所消耗的電，然后將測量值告知控制部100。
[0046]MFC控制部125用于對配置在處理氣體導入管17、清掃氣體供給管18等各配管中的MFC (未圖示)進行控制。MFC控制部125將在各MFC中流動的氣體的流量控制成控制部100所指示的量。MFC控制部125還測量在各MFC中實際流過的氣體流量，然后將測量值告知控制部100。
[0047]閥控制部126配置在各配管中，用于將配置在各配管中的閥的開度控制成控制部100所指示的值。真空泵127與排氣管5相連接，用于排出反應管2內的氣體。
[0048]晶舟升降機128通過使蓋體6上升而將載置在旋轉臺10上的晶舟11 (半導體晶圓W)裝入反應管2內。晶舟升降機128還通過使蓋體6下降而自反應管2內卸載被載置在旋轉臺10上的晶舟11 (半導體晶圓W)。
[0049]控制部100包括制程程序存儲部111、R0M (read only memory只讀存儲器)112、RAM (random access memory 隨機存取存儲器)113、I/0 (input/output 輸入 / 輸出)接口114和CPU (central processing unit中央處理器)115。上述各構件利用總線116彼此相連接，且借助總線116在彼此間傳遞信息。
[0050]在制程程序存儲部111中存儲有安裝用制程程序和多個處理用制程程序。在最初制造熱處理裝置I時，在熱處理裝置I中只存儲有安裝用制程程序。在生成與各熱處理裝置對應的熱模型等時執行安裝用制程程序。處理用制程程序是針對用戶每次實際進行的熱處理(process)所準備的制程程序。處理用制程程序用于規定從將半導體晶圓W裝入反應管2內到自反應管2內卸載處理完畢的晶圓W的期間內的、各部分內部的溫度變化、反應管2內的壓力變化、開始供給處理氣體的時刻以及停止供給處理氣體的時刻、和處理氣體的供給量等。
[0051]ROMl12 由 EEPROM (electronically erasable programmable read-only memory電擦除可編程只讀存儲器)、閃存器和硬盤等構成，是用于存儲CPU115的動作程序等的記錄介質。RAM113作為CPU115的工作區等發揮功能。
[0052]1/0接口 114與操作面板121、溫度傳感器122、壓力計123、加熱器控制部124、MFC控制部125、閥控制部126、真空泵127和晶舟升降機128等相連接，用于控制數據、信號的輸入輸出。
[0053]CPU (central processing unit) 115 構成控制部 100 的中樞。CPU115 用于執行被存儲在ROMl 12中的控制程序，按照來自操作面板121的指示根據被存儲在制程程序存儲部111中的制程程序(處理用制程程序)控制熱處理裝置I的動作。即、CPU115使溫度傳感器(組)122、壓力計(組)123、MFC控制部125測量反應管2、排氣管5和處理氣體導入管17等各部分內部的溫度、壓力、流量。另外，CPU115還根據該測量數據將控制信號等輸出到加熱器控制部124、MFC控制部125、閥控制部126和真空泵127等中，以能使上述各部分按照處理用制程程序進行動作。
[0054]接下來，說明在圖1和圖2所示的熱處理裝置I中實施的本發明的實施方式的用于形成含有非晶碳膜的構造的批處理方法。另外，在下述說明中，利用控制部100(CPU115)對構成熱處理裝置I的各部分的動作進行控制。控制部100 (CPU115)控制加熱器控制部124 (加熱器8、加熱器16)、MFC控制部125 (處理氣體導入部17、清掃氣體供給管18)、閥控制部126、真空泵127等，從而按照下述說明那樣的制程程序設定各處理中的反應管2內的溫度、壓力、氣體的流量等。
[0055]第I實施方式
[0056]圖3是表示本發明的第I實施方式的用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法的制程程序的圖。在該方法中，首先利用N2預備處理(高溫N2清掃)去除半導體晶圓W的基底層表面上的水(水分)。然后在基底層上形成非晶碳膜。
[0057]首先，利用加熱器16將反應管2內的溫度加熱到規定的裝入溫度、例如圖3的(a)所示300°C。并且，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖3的(c)所示Islm (I升/min)的氮氣(N2)。然后，將收容有半導體晶圓W的晶圓舟11載置在蓋體6上，利用晶舟升降機128使蓋體6上升。由此，將搭載有半導體晶圓W的晶圓舟11裝入反應管2內，并且封閉反應管2 (裝入工序)。
[0058]接下來，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖3的(C)所示Islm的氮氣。并且，利用加熱器16將反應管2內的溫度加熱到規定溫度、例如圖3的(a)所示950°C。然后排出反應管2內的氣體，從而將反應管2內的壓力降低到規定壓力、例如圖3的(b)所示2000Pa (15Torr)。之后使反應管2內的氣氛穩定在該溫度和壓力(穩定化工序)。
[0059]這里，優選反應管2內的溫度為800°C?950°C，更優選為850°C?900°C。在反應管2內的溫度低于800°C時，可能無法充分地去除半導體晶圓W表面的水(水分)。在反應管2內的溫度高于950°C時，可能使半導體晶圓W的表面變得粗糙。另外，優選反應管2內的壓力為 13.3Pa (0.1Torr)?6650Pa (50Torr)，更優選為 13.3Pa (0.1Torr)?2660Pa(20Torr)o
[0060]當反應管2內的氣氛穩定在規定壓力和規定溫度時，進行氮氣清掃處理(預備處理工序)，該處理自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖3的(c)所示5slm的氮氣作為除水氣體。由于利用該N2預備處理去除半導體晶圓W上的水，所以于非晶碳膜的基底層上不再存在(吸附)水。因此，在成膜非晶碳膜時，在基底層與非晶碳膜的界面上不易隨著蝕刻發生異常的反應，從而能夠降低表面粗糙度。
[0061]然后，排出反應管2內的氣體,并自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖3的(c)所示Islm的氮氣。然后排出反應管2內的氣體，從而將反應管2內的壓力設定為規定的壓力、例如圖3的(b)所示2660Pa (20Torr)。并且，利用加熱器16將反應管2內的溫度設定為規定的溫度、例如圖3的(a)所示850°C。之后使反應管2內的氣氛穩定在該溫度和壓力(清掃、穩定化工序)。
[0062]這里，優選反應管2內的溫度為800°C?900°C，更優選為800°C?850°C。在反應管2內的溫度高于900°C時，可能會加大非晶碳膜的表面粗糙度。另一方面，在反應管2內的溫度低于800°C時，無法降低反應管2內的壓力，可能使所形成的非晶碳膜的表面平坦度變差。優選反應管2內的壓力為13.3Pa (0.1Torr)- 6650Pa (50Torr)，更優選為13.3Pa(0.1Torr)?2660Pa (20Torr)o
[0063]當反應管2內的氣氛穩定在規定壓力和規定溫度時，停止自清掃氣體供給管18供給氮氣。然后自處理氣體導入管17向反應管2內導入規定量的成膜用氣體(碳化氫氣體)。在本實施方式中，供給例如圖3的(d)所示Islm (I升/min)的乙烯(C2H4)氣體。在將成膜用氣體導入反應管2內時，在反應管2內加熱成膜用氣體而使該氣體發生熱分解反應。結果，在半導體晶圓W表面的基底層(晶圓W的基板本身或形成在晶圓W上的由金屬、半導體、絕緣體等構成的層)上形成非晶碳膜(成膜工序)。
[0064]這樣，由于在成膜非晶碳膜之前實施自半導體晶圓W的表面去除水(水分)的N2預備處理，因此在成膜過程中不易在基底層與非晶碳膜的界面上隨著蝕刻發生異常的反應，從而能夠降低表面粗糙度。另外，由于使用分批式縱型CVD裝置形成非晶碳膜，所以能夠形成覆蓋性能良好的非晶碳膜。因此，能夠形成覆蓋性能良好且表面粗糙度低的非晶碳膜。
[0065]當在半導體晶圓W的表面上形成規定厚度、例如30nm的非晶碳膜時,停止自處理氣體導入管17導入成膜用氣體。然后排出反應管2內的氣體，并自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖3的(c)所示Islm的氮氣，之后將反應管2內的氣體排出到排氣管5中(清掃工序)。另外，為了可靠地排出反應管2內的氣體，優選進行循環清掃處理，該處理反復排出多次反應管2內的氣體、以及反復向反應管2內供給多次氮氣。
[0066]然后，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖3的(C)所示Islm的氮氣，之后如圖3的(b)所示將反應管2內的壓力調回到常壓。另外，利用加熱器16將反應管2內的溫度設定為規定溫度、例如圖3的(a)所示300°C。然后，利用晶舟升降機128使蓋體6下降，從而自反應管2內連同晶圓舟11 一起卸載半導體晶圓W (卸載工序)。由此，完成了非晶碳膜的形成處理。
[0067]實駘I
[0068]為了確認第I實施方式的N2預備處理(高溫N2清掃)的效果而進行了下述實驗。這里，使用Si晶圓、SiO2晶圓、SiN晶圓(分別指晶圓表面由S1、SiO2, SiN構成)為被處理體。作為實施例PE1，以第I實施方式所述的條件進行N2預備處理以及成膜非晶碳膜。作為實施例PE2，在以第I實施方式所述的條件進行了 N2預備處理后，將反應管2內的溫度調整到800°C、將壓力調整到6650Pa (50Torr)而成膜非晶碳膜。作為比較例CE1、CE2，未實施隊預備處理、直接以實施例PE1、PE2的條件成膜非晶碳膜。
[0069]評價了利用上述實施例以及比較例獲得的非晶碳膜的成膜率和成膜狀態。為此，利用電子顯微鏡(SEM)觀察了非晶碳膜的表面以及剖面。以非常好“ ◎”、好“〇”、稍差“Λ”、差“ X ”的4個等級評價了表面粗糙度。此外，還測量了覆蓋性能。
[0070]圖4是表示實驗I中的非晶碳膜的成膜率的圖。圖5是表示實驗I中的非晶碳膜的成膜狀態的圖表。比較實施例PE1、PE2和比較例CE1、CE2可知，通過實施N2預備處理能夠提高所有種類的被處理體的成膜率(nm/min)。另外，通過實施N2預備處理能夠降低所有種類的被處理體的表面粗糙度。另外，無論是否實施了 N2預備處理，所有種類的被處理體的覆蓋性能都為90%以上這一良好的結果。這樣能夠明確的是，采用含有N2預備處理的分批處理方法，能夠提高成膜率，并能形成覆蓋性能良好且表面粗糙度低的非晶碳膜。
[0071]第2實施方式
[0072]圖6是表示本發明的第2實施方式的用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法的制程程序的圖。在該方法中，首先利用氨氣預備處理(高溫氨氣清掃)去除半導體晶圓W的基底層表面上的水(水分)。然后在基底層上形成非晶碳膜。
[0073]首先，利用加熱器16將反應管2內的溫度加熱到規定的裝入溫度、例如圖6的 (a)所示300°C。并且，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖6的(c)所示Islm (I升/min)的氮氣(N2)。然后，將收容有半導體晶圓W的晶圓舟11載置在蓋體6上，利用晶舟升降機128使蓋體6上升。由此，將搭載有半導體晶圓W的晶圓舟11裝入反應管2內，并且封閉反應管2 (裝入工序)。
[0074]接下來，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖6的(C)所示Islm的氮氣。并且，利用加熱器16將反應管2內的溫度加熱到規定溫度、例如圖6的(a)所示950°C。然后排出反應管2內的氣體，從而將反應管2內的壓力降低到規定壓力、例如圖6的(b)所示16000Pa (120Torr)。之后使反應管2內的氣氛穩定在該溫度和壓力(穩定化工序)。
[0075]這里，優選反應管2內的溫度為800°C?950°C。在反應管2內的溫度低于800°C時，可能無法充分地去除半導體晶圓W表面的水(水分)。在反應管2內的溫度高于950°C時，可能使半導體晶圓W的表面變得粗糙。此外，更優選反應管2內的溫度為850°C?900°C。表面粗糙度在該溫度范圍內特別低。另外，優選反應管2內的壓力為133Pa (ITorr)?53200Pa (400Torr)，更優選為 133Pa (ITorr)?26600Pa (200Torr)o
[0076]當反應管2內穩定在規定壓力和規定溫度時，停止自清掃氣體供給管18供給氮氣。然后，進行氨氣清掃處理(預備處理工序)，該處理自處理氣體導入管17向反應管2內供給規定量、例如圖6的(e)所示2slm的作為除水氣體的氨氣(NH3)。由于利用該氨氣預備處理去除半導體晶圓W上的水，所以于非晶碳膜的基底層上不再存在(吸附)水。因此，在成膜非晶碳膜時，不易在基底層與非晶碳膜的界面上隨著蝕刻發生異常的反應。此外，由于利用氨氣預備處理促進半導體晶圓W的表面氮化，因此不易使半導體晶圓W的表面變得粗糙。
[0077]在氨氣預備處理結束時，停止自處理氣體導入管17供給氨氣。然后排出反應管2內的氣體，并自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖6的(c)所示Islm的氮氣。然后排出反應管2內的氣體，將反應管2內的壓力設定為規定的壓力、例如圖6的(b)所示2660Pa (20Torr)。并且，利用加熱器16將反應管2內的溫度設定為規定的溫度、例如圖6的(a)所示850°C。之后使反應管2內的氣氛穩定在該溫度和壓力(清掃、穩定化工序)。此時的反應管2內的溫度和壓力的優選范圍與上述第I實施方式相同。
[0078]在反應管2內的氣氛穩定在規定壓力和規定溫度時，停止自清掃氣體供給管18供給氮氣。然后自處理氣體導入管17向反應管2內導入規定量的成膜用氣體(碳化氫氣體)。在本實施方式中，供給例如圖6的(d)所示Islm (I升/min)的乙烯(C2H4)氣體。在將成膜用氣體導入反應管2內時，在反應管2內加熱成膜用氣體而使該氣體發生熱分解反應。結果，在半導體晶圓W表面的基底層(晶圓W的基板本身或形成在晶圓W上的由金屬、半導體、絕緣體等構成的層)上形成非晶碳膜(成膜工序)。
[0079]這樣，由于在成膜非晶碳膜之前實施自半導體晶圓W的表面去除水(水分)的氨氣預備處理，因此在成膜過程中不易在基底層與非晶碳膜的界面上隨著蝕刻發生異常的反應，從而能夠降低表面粗糙度。特別是，由于利用氨氣預備處理氮化半導體晶圓W表面的基底層，因此即使在非晶碳膜的膜厚較薄的情況下，也仍能更低地控制該非晶碳膜的表面粗糙度。另外，由于使用分批式縱型CVD裝置形成非晶碳膜，所以能夠形成覆蓋性能良好的非晶碳膜。因此，能夠形成覆蓋性能良好且表面粗糙度低的非晶碳膜。
[0080]當在半導體晶圓W的表面上形成規定厚度、例如30nm的非晶碳膜時，停止自處理氣體導入管17導入成膜用氣體。然后排出反應管2內的氣體，并自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖6的(c)所示Islm的氮氣，之后將反應管2內的氣體排出到排氣管5中(清掃工序)。另外，為了可靠地排出反應管2內的氣體，優選進行循環清掃處理，該處理反復多次排出反應管2內的氣體、以及反復多次向反應管2內供給氮氣。
[0081]然后，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖6的(C)所示Islm的氮氣，之后如圖6的(b)所示將反應管2內的壓力調回到常壓。另外，利用加熱器16將反應管2內的溫度設定為規定溫度、例如圖6的(a)所示300°C。然后，利用晶舟升降機128使蓋體6下降，從而自反應管2內連同晶圓舟11 一起卸載半導體晶圓W (卸載工序)。由此，完成了非晶碳膜的形成處理。
[0082]實駘 2
[0083]為了確認第2實施方式的氨氣預備處理(高溫氨氣清掃)的效果而進行了下述實驗。這里，使用Si晶圓、SiO2晶圓、SiN晶圓作為被處理體。作為實施例PE3，以第2實施方式所述的條件進行氨氣預備處理以及成膜非晶碳膜。作為實施例PE4，在以第2實施方式所述的條件進行了氨氣預備處理后，將反應管2內的溫度以及壓力調整到800°C、6650Pa(50Torr)而成膜非晶碳膜。
[0084]評價了利用上述實施例獲得的非晶碳膜的成膜率和成膜狀態。為此，利用電子顯微鏡(SEM)觀察了非晶碳膜的表面以及剖面。以非常好“◎”、好“〇”、稍差“Λ”、差“X”的4個等級評價了表面粗糙度。此外，還測量了覆蓋性能。
[0085]圖7是表示實驗2中的非晶碳膜的成膜率的圖。圖8是表示實驗2中的非晶碳膜的成膜狀態的圖表。為了方便比較，在圖7、圖8中也表示上述比較例CE1、CE2的數據。比較實施例PE3、PE4和比較例CE1、CE2可知，通過實施氨氣預備處理能夠提高所有種類的被處理體的成膜率(nm/min)。 另外,通過實施氨氣預備處理能夠降低所有種類的被處理體的表面粗糙度。另外，無論是否實施了氨氣預備處理，所有種類的被處理體的覆蓋性能都為90%以上這一良好的結果。這樣能夠明確的是，采用含有氨氣預備處理的分批處理方法，能夠提高成膜率，并能形成覆蓋性能良好且表面粗糙度低的非晶碳膜。
[0086]實駘 3
[0087]為了確認第I實施方式的N2預備處理(高溫N2清掃)的效果以及第2實施方式的氨氣預備處理(高溫氨氣清掃)的效果而進行了下述實驗。這里，使用Si晶圓、SiO2晶圓、SiN晶圓為被處理體。作為實施例PE5~PE11，以圖9A所示的各條件進行了預備處理(高溫N2清掃和高溫氨氣清掃)，之后以圖9A所示的條件成膜得到膜厚為15nm的非晶碳膜。
[0088]采用與實驗1、2所用的電子顯微鏡(SEM)觀察法不同的方法評價利用上述實施例獲得的非晶碳膜的表面粗糙度。詳細而言，使用根據Jis B0601的原子力顯微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)測量表面粗糖度(Ra)。
[0089]圖9B是表示實驗3中的非晶碳膜的表面粗糙度(Ra)的圖。如圖9B所示，相比實施了 N2預備處理的實施例，實施了氨氣預備處理的實施例的非晶碳膜的表面粗糙度(Ra)更低。因此，可以明確的是，在非晶碳膜的膜厚較薄且該非晶碳膜的表面容易粗糙的情況下，相比實施N2預備處理、優選實施氨氣預備處理。需要注意的是，這里只是對N2預備處理和氨氣預備處理進行比較，并非指實施了 N2預備處理的非晶碳膜的表面粗糙度的結果存在什么問題。另外，通過將氨氣預備處理中的反應管2內的溫度設定為800°C~950°C，能夠充分降低所獲得的非晶碳膜的表面粗糙度，通過將該溫度進一步設定為850°C以上，能夠獲得更低的表面粗糙度。
[0090]第3實施方式
[0091]圖10是表示本發明的第3實施方式的用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法的制程程序的圖。在該方法中，首先作為預備處理供給BTBAS (雙叔丁基氨基硅烷)氣體然后利用CVD處理成膜用于覆蓋半導體晶圓W的基底層的、由硅構成的疏水性層。然后在疏水性層上形成非晶碳膜。
[0092]首先，利用加熱器16將反應管2內的溫度加熱到規定的裝入溫度、例如圖10的(a)所示300°C。并且，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖10的(c)所示Islm的氮氣(N2)。然后，將收容有半導體晶圓W的晶圓舟11載置在蓋體6上，利用晶舟升降機128使蓋體6上升。由此，將搭載有半導體晶圓W的晶圓舟11裝入反應管2內，并且封閉反應管2 (裝入工序)。
[0093]接下來，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖10的(C)所示Islm的氮氣。并且，利用加熱器16將反應管2內的溫度加熱到規定溫度、例如圖10的(a)所示550°C。然后排出反應管2內的氣體，從而將反應管2內的壓力降低到規定壓力、例如圖10的(b)所示13.3Pa (0.1Torr)。之后使反應管2內的氣氛穩定在該溫度和壓力(穩定化工序)。
[0094]這里，優選反應管2內的溫度為950°C以下。在反應管2內的溫度高于950°C時，可能使半導體晶圓W的表面變得粗糙而加大非晶碳膜的表面粗糙度。此外，優選該反應管2內的溫度在后述的成膜非晶碳膜時的反應管2內的溫度以下。即使在比較低的溫度下也能形成硅膜(疏水性層)，因此可以降低反應管2內的溫度。例如，當在成膜非晶碳膜時的反應管2內的溫度為700°C的情況下，優選形成疏水性層時的反應管2內的溫度為室溫?700°C，更優選為400°C?700°C。通過將該溫度設在400°C以上，能夠通過供給BTBAS氣體而可靠地形成硅膜。另外，優選反應管2內的壓力為1.33Pa (0.0lTorr)?1330Pa (lOTorr)，更優選為 13.3Pa (0.1Torr)?133Pa (ITorr)0
[0095]當反應管2內的氣氛穩定在規定壓力和規定溫度時，停止自清掃氣體供給管18供給氮氣。然后自處理氣體導入管17向反應管2內供給規定量、例如圖10的(e)所示0.1slm的BTBAS氣體。由此，覆蓋半導體晶圓W表面的基底層(晶圓W的基板本身或形成在晶圓W上的由金屬、半導體、絕緣體等構成的層)地形成規定厚度的硅膜(疏水性膜)(疏水性膜形成工序)。該硅膜是疏水性的層，不易使水吸附在非晶碳膜形成區域上。因此，在成膜非晶碳膜時，不易在基底層與非晶碳膜的界面上隨著蝕刻發生異常的反應，從而能夠降低表面粗糙度。
[0096]當在半導體晶圓W上形成規定厚度的硅膜時，停止自處理氣體導入管17供給BTBAS氣體。然后排出反應管2內的氣體，并自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖10的(c)所示Islm的氮氣。然后排出反應管2內的氣體，從而將反應管2內設定為規定的壓力、例如圖10的(b)所示33250Pa (250Torr)。并且將反應管2內的溫度設定為規定溫度、例如圖10的(a)所示700°C。之后使反應管2內的氣氛穩定在該溫度和壓力(清掃、穩定化工序)。
[0097]這里，優選反應管2內的溫度為600°C?900°C，更優選為700°C?850°C。在反應管2內的溫度高于900°C時，可能會加大非晶碳膜的表面粗糙度。另一方面，在反應管2內的溫度低于600°C時，無法降低反應管2內的壓力，可能使所形成的非晶碳膜的表面平坦度變差。優選反應管2內的壓力為13.3Pa (0.1Torr)— 66500Pa (500Torr)，更優選為66.5Pa(0.5Torr)?53200Pa (400Torr)o
[0098]當反應管2內的氣氛穩定在規定壓力和規定溫度時，停止自清掃氣體供給管18供給氮氣。然后自處理氣體導入管17向反應管2內導入規定量的成膜用氣體(碳化氫氣體)。在本實施方式中，供給例如圖10的(d)所示Islm的乙烯(C2H4)氣體。在將成膜用氣體導入反應管2內時，在反應管2內加熱成膜用氣體而使該氣體發生熱分解反應。結果，在硅膜(疏水性層)上形成非晶碳膜(成膜工序)。
[0099]這樣，由于在成膜非晶碳膜之前形成用于覆蓋半導體晶圓W的基底層的作為疏水性層發揮功能的硅膜，因此在成膜過程中，不易在基底層與非晶碳膜的界面上隨著蝕刻發生異常的反應，從而能夠降低表面粗糙度。另外，由于使用分批式縱型CVD裝置形成非晶碳膜，所以能夠形成覆蓋性能良好的非晶碳膜。因此，能夠形成覆蓋性能良好且表面粗糙度低的非晶碳膜。此外，在本實施方式中，由于將形成疏水性層時的反應管2內的溫度設定為在成膜非晶碳膜時的反應管2內的溫度700°C以下的溫度，因此能夠降低處理程序中的反應管2內的溫度。
[0100]當在半導體晶圓W的表面上形成規定厚度的非晶碳膜時，停止自處理氣體導入管17導入成膜用氣體。然后排出反應管2內的氣體，并自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖10的(c)所示Islm的氮氣，之后將反應管2內的氣體排出到排氣管5中(清掃工序)。另外，為了可靠地排出反應管2內的氣體，優選進行循環清掃處理，該處理反復多次排出反應管2內的氣體、以及反復多次向反應管2內供給氮氣。
[0101]然后，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖10的(C)所示Islm的氮氣，如圖10的(b)所示將反應管2內的壓力調回到常壓。另外，利用加熱器16將反應管2內的溫度設定為規定溫度、例如圖10的(a)所示300°C。然后,利用晶舟升降機128使蓋體6下降，從而自反應管2內連同晶圓舟11 一起卸載半導體晶圓W (卸載工序)。由此，完成了非晶碳膜的形成處理。
[0102]實駘4
[0103]為了確認第3實施方式的疏水性層的效果而進行了下述實驗。這里，使用Si晶圓、SiO2晶圓、SiN晶圓為被處理體。作為實施例PE12，以第3實施方式所述的條件利用BTBAS氣體形成疏水性層、以及成膜非晶碳膜。另外，為了方便比較，作為實施例PE13，以950°C、16000Pa (120Torr)的條件進行第2實施方式的氨氣預備處理而非形成疏水性層，之后以與實施例PE12相同的條件成膜非晶碳膜。
[0104]使用根據JIS B0601的原子力顯微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)測量利用上述實施例獲得的非晶碳膜的表面粗糙度(Ra)。
[0105]圖11是表示實驗4中的非晶碳膜的表面粗糙度(Ra)的圖。如圖11所示，通過實施疏水性層形成處理，能夠與氨氣預備處理同樣地降低所獲得的非晶碳膜的表面粗糙度。另夕卜，確認實施例PE12、PE13中的覆蓋性能后發現，所有種類的被處理體的覆蓋性能都為90%以上這一良好的結果。因此能夠明確的是，采用含有疏水性層形成處理的分批處理方法，能夠形成覆蓋性能良好且表面粗糙度低的非晶碳膜。此外，采用含有疏水性層形成處理的分批處理方法，還能降低處理程序中的反應管2內的溫度。
[0106]第4實施方式
[0107]圖12是表示本發明的第4實施方式的用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法的制程程序的圖。在該方法中，首先作為預備處理供給DCS (二氯硅烷)氣體然后利用CVD處理成膜用于覆蓋半導體晶圓W的基底層的由硅構成的疏水性層。然后在疏水性層上形成非晶碳膜。
[0108]首先，利用加熱器16將反應管2內的溫度加熱到規定的裝入溫度、例如圖12的(a)所示300°C。并且，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖12的(c)所示Islm的氮氣(N2)。然后，將收容有半導體晶圓W的晶圓舟11載置在蓋體6上，利用晶舟升降機128使蓋體6上升。由此，將搭載有半導體晶圓W的晶圓舟11裝入反應管2內，并且封閉反應管2 (裝入工序)。
[0109]接下來，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖12的(C)所示Islm的氮氣。并且，利用加熱器16將反應管2內的溫度加熱到規定溫度、例如圖12的(a)所示630°C。然后排出反應管2內的氣體，從而將反應管2內的壓力降低到規定壓力、例如圖12的(b)所示13.3Pa (0.1Torr)。之后使反應管2內的氣氛穩定在該溫度和壓力(穩定化工序)。
[0110]這里，優選反應管2內的溫度為950°C以下。在反應管2內的溫度高于950°C時，可能使半導體晶圓W的表面變得粗糙而加大非晶碳膜的表面粗糙度。此外，優選該反應管2內的溫度在后述的成膜非晶碳膜時的反應管2內的溫度以下。例如，當在成膜非晶碳膜時的反應管2內的溫度為800°C的情況下，優選形成疏水性層時的反應管2內的溫度為室溫?800°C，更優選為400°C?800°C。另外，優選反應管2內的壓力為1.33Pa (0.0lTorr)?1330Pa (lOTorr)，更優選為 13.3Pa (0.1Torr)?133Pa (ITorr)0
[0111]當反應管2內的氣氛穩定在規定壓力和規定溫度時，停止自清掃氣體供給管18供給氮氣。然后自處理氣體導入管17向反應管2內供給規定量、例如圖12的(e)所示0.1slm的DCS氣體。由此，覆蓋半導體晶圓W表面的基底層(晶圓W的基板本身或形成在晶圓W上的由金屬、半導體、絕緣體等構成的層)地形成規定厚度的硅膜(疏水性膜)(疏水性膜形成工序)。
[0112]當在半導體晶圓W上形成規定厚度的硅膜時，停止自處理氣體導入管17供給DCS氣體。然后排出反應管2內的氣體，并自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖12的(c)所示Islm的氮氣。然后排出反應管2內的氣體，從而將反應管2內的壓力設定為規定的壓力、例如圖12的(b)所示6650Pa (50Torr)。另外，將反應管2內的溫度設定為規定溫度、例如圖12的(a)所示800°C。之后使反應管2內的氣氛穩定在該溫度和壓力(清掃、穩定化工序)。此時的反應管2內的溫度和壓力的優選范圍與第3實施方式相同。
[0113]當反應管2內的氣氛穩定在規定壓力和規定溫度時，停止自清掃氣體供給管18供給氮氣。然后自處理氣體導入管17向反應管2內導入規定量的成膜用氣體(碳化氫氣體)。在本實施方式中，供給例如圖12的(d)所示Islm的乙烯(C2H4)氣體。在將成膜用氣體導入反應管2內時，在反應管2內加熱成膜用氣體而使該氣體發生熱分解反應。結果，在硅膜(疏水性層)上形成非晶碳膜(成膜工序)。
[0114]當在半導體晶圓W的表面上形成規定厚度的非晶碳膜時，停止自處理氣體導入管17導入成膜用氣體。然后排出反應管2內的氣體，并自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖12的(c)所示Islm的氮氣，之后將反應管2內的氣體排出到排氣管5中(清掃工序)。另外，為了可靠地排出反應管2內的氣體，優選進行循環清掃處理，該處理反復排出多次反應管2內的氣體、以及反復向反應管2內供給多次氮氣。
[0115]然后，自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量、例如圖12的(C)所示Islm的氮氣，之后如圖12的(b)所示將反應管2內的壓力調回到常壓。另外，利用加熱器16將反應管2內的溫度設定為規定溫度、例如圖12的(a)所示300°C。然后，利用晶舟升降機128使蓋體6下降，從而自反應管2內連同晶圓舟11 一起卸載半導體晶圓W (卸載工序)。由此，完成了非晶碳膜的形成處理。
[0116]實駘5
[0117]為了確認第4實施方式的疏水性層的效果而進行了下述實驗。這里，使用SiO2晶圓為被處理體。作為實施例PE14，以第4實施方式所述的條件利用DCS氣體形成疏水性層(10分鐘)、以及成膜非晶碳膜。另外，為了方便比較，作為實施例PE15，代替DCS氣體、使用BTBAS氣體以第3實施方式所述的條件形成疏水性層(10分鐘)，之后以與實施例PE14相同的條件成膜非晶碳膜。
[0118]使用根據JIS B0601的原子力顯微鏡(AFM:Atomic Force Microscope)測量了利用上述實施例獲得的非晶碳膜的表面粗糙度(Ra)。另外，在實驗5中，將配置在晶圓舟11的上部(TOP)、中央部(CENTER)、下部(BOTTOM)的晶圓用作用于評價非晶碳膜的表面粗糙度的樣品。
[0119]圖13是表示實驗5中的非晶碳膜的表面粗糙度(Ra)的圖。如圖13所示，通過實施疏水性層形成處理，均能降低實施例PE14、PE15中的非晶碳膜的表面粗糙度，相比利用了 DCS氣體的實施例PE14，使用了不含氯的BTBAS氣體的實施例PE15的非晶碳膜的表層粗糙度更低。另外，確認實施例PE14、PE15的覆蓋性能后得知，所有的樣品被處理體的覆蓋性能均為90%以上這一良好的結果。因此，可以明確的是，在含有利用DCS氣體、BTBAS氣體中的任意一種氣體進行的疏水性層形成處理的分批處理方法中，均能形成覆蓋性能良好且表面粗糙度低的非晶碳膜。此外，采用含有疏水性層形成處理的分批處理方法，還能降低處理程序中的反應管2內的溫度。
[0120]應用本發明的方法制造多層抗蝕構造
[0121]采用第I?第4實施方式的用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法，能夠有效地形成用于對被處理體的表面的基底層、特別是親水性的基底層、例如硅氧化膜、硅氮化膜進行蝕刻的多層抗蝕構造。圖14是表示能夠應用各實施方式的方法的多層抗蝕構造的剖視圖。如圖14所示，該多層抗蝕構造在蝕刻對象膜(基底層)101上自下向上依次形成有非晶碳膜(a-C) 102、形成為硬掩膜的Si系無機膜103、抗反射膜(BARC) 104和抗蝕膜(PR) 105。在使用該構造進行蝕刻時，利用光刻法將抗蝕膜105形成為圖案，然后將該圖案轉印到Si系無機膜103、非晶碳膜102上，從而將上述層作為掩膜對蝕刻對象膜101進行蝕刻。
[0122]在使用上述第I以及第2實施方式的方法的情況下，首先利用預備處理去除蝕刻對象膜101表面的水(水分)，然后在蝕刻對象膜101上直接形成非晶碳膜102。此時的非晶碳膜102的厚度的優選范圍是5?300nm。另外，在使用上述第3以及第4實施方式的方法的情況下，首先利用預備處理成膜用于覆蓋蝕刻對象膜101的由硅構成的疏水性層110，然后在疏水性層110上形成非晶碳膜102。此時的疏水性層110的厚度的優選范圍是0.1?3nm。另外，非晶碳膜102的厚度的優選范圍是5?300nm。
[0123]Si系無機膜103是SiO2膜、SiN膜或由上述膜的層疊膜構成的膜。能夠與非晶碳膜102相同，在反應管2內連續地利用CVD處理形成Si系無機膜103。例如，在Si系無機膜103是SiN膜的情況下，可以供給不含氯(Cl)的氨基系硅烷氣體即BTBAS氣體作為硅源氣體，供給氮化氣體即氨氣作為反應氣體，從而形成該膜。能夠分別在第3實施方式以及第2實施方式中將上述氣體用作預備處理用的氣體，即、能夠將氣體供給系統兼用于預備處理。另外，通常利用涂敷將抗蝕膜(PR) 105形成在Si系無機膜103上，因此在反應管2的外部形成抗蝕膜(PR) 105。
[0124]當在各實施方式中組合Si系無機膜103的成膜處理的情況下，在成膜了非晶碳膜之后進行下述處理。即、自清掃氣體供給管18向反應管2內供給規定量的氮氣。并且，利用加熱器16將反應管2內的溫度加熱到規定的成膜溫度(處理溫度)、例如500°C?650°C。然后排出反應管2內的氣體，從而將反應管2內的壓力降低到規定壓力、例如13.3Pa(0.1Torr)?133Pa (ITorr)。之后使反應管2內穩定在該溫度和壓力(穩定化工序)。
[0125]當反應管2內穩定在規定壓力和規定溫度時，停止自清掃氣體供給管18供給氮氣。然后自2個處理氣體導入管17分別向反應管2內供給規定量的BTBAS氣體和氨氣。被導入到反應管2內的BTBAS氣體和氨氣在反應管2內的熱的作用下發生熱分解反應。利用該分解成分生成氮化硅(Si3N4),從而在非晶碳膜102上形成Si系無機膜103 (成膜工序)。
[0126]結論以及變形例
[0127]如上所述，采用第I?第4實施方式，在將非晶碳膜形成于半導體晶圓W表面的基底層上之前，先實施預備處理，去除基底層表面的水(水分)、或形成覆蓋基底層的疏水性層。由此，能夠形成覆蓋性能良好且表面粗糙度低的非晶碳膜。另外，在實施用于去除基底層表面的水(水分)的預備處理的情況下，能夠提高成膜率。另外，在實施用于形成疏水性層的預備處理的情況下，能夠降低處理程序中的反應管2內的溫度。
[0128]另外，在上述說明中，分別獨立地實施N2預備處理、氨氣預備處理、疏水性層形成處理。但是，也可以根據用于形成非晶碳膜的基底層的種類、上述處理對半導體器件的影響等而組合進行上述處理。在第3以及第4實施方式中，作為疏水性層，形成的是硅膜，但在不影響半導體器件的范圍內也可以利用其他疏水性材料構成疏水性層。
[0129]在上述說明中，將預備處理用的除水氣體以及Si系無機膜形成用的反應氣體供給到被加熱成規定溫度的反應管2內，從而使上述氣體活化。代替該種處理方法，例如也可以在反應管2的外部在必要的處理氣體導入管17上配置活化機構GAM (參照圖1)，從而一邊在反應管2內活化除水氣體和/或反應氣體一邊供給上述氣體。在該情況下，能夠降低預備處理和/或Si系無機膜形成處理中的反應管2內的溫度。另外，各活化機構GAM可以利用從熱量、等離子體、光、催化劑構成的組中選出的I種以上的介質。
[0130]在第3以及第4實施方式中，使用BTBAS氣體、DCS氣體為硅源氣體，但也可以使用其他氣體、例如TDMAS那樣的氨基硅烷氣體、HCD (六氯乙硅烷)氣體為硅源氣體。在使用BTMAS氣體為硅源氣體的情況下，優選反應管2內的溫度為室溫?600°C，在使用DCS氣體為硅源氣體的情況下，優選反應管2內的溫度為400°C?630°C，在使用HCD氣體為硅源氣體的情況下，優選反應管2內的溫度為300°C?550°C，在使用TDMAS氣體為硅源氣體的情況下，優選反應管2內的溫度為室溫?550°C。
[0131 ] 在上述實施方式中，使用了單管構造的分批式熱處理裝置作為熱處理裝置。代替上述構造的熱處理裝置，本發明也可以使用例如反應管是由內管和外管構成的雙管構造的分批式縱型熱處理裝置。被處理體并不限定于半導體晶圓W，例如也可以是LCD用玻璃基板。
【權利要求】
1.一種用于形成含有非晶碳膜的構造的分批處理方法，其中， 該方法包括下述工序: 在反應室內以沿鉛直方向隔開間隔地層疊的狀態收容多張被處理體，各上述被處理體具有用于在表面形成上述含有非晶碳膜的構造的基底層； 一邊對上述反應室內進行排氣一邊進行預備處理，該預備處理是指將上述反應室內的溫度加熱到預備處理溫度，并且向上述反應室內供給預備處理氣體，從而成膜用于覆蓋上述基底層的疏水性層； 一邊對上述反應室內進行排氣一邊進行主CVD處理，該主CVD處理是指將上述反應室內的溫度加熱到主處理溫度，并且向上述反應室內供給碳化氫氣體，從而在上述疏水性層上成膜非晶碳膜。
2.根據權利要求1所述的方法，其中， 上述預備處理氣體是硅源氣體，上述疏水性層本質上由硅構成。
3.根據權利要求2所述的方法，其中， 上述娃源氣體是不含氯的氨基系娃燒氣體。
4.根據權利要求1所述的方法，其中， 該方法在上述預備處理與上述主CVD處理之間還具有下述工序，即一邊對上述反應室內進行排氣一邊將氮氣供給到上述反應室內從而對上述反應室內進行清掃。
5.根據權利要求1所述的方法，其中， 上述預備處理溫度是上述主處理溫度以下的溫度。
6.根據權利要求1所述的方法，其中， 上述碳化氫氣體是乙烯氣體，且不對上述乙烯氣體進行預備激勵地直接將該乙烯氣體供給到上述反應室內，上述主處理溫度為600°C?900°C，上述預備處理溫度為室溫?700。。。
7.根據權利要求1所述的方法，其中， 該方法在上述主CVD處理之后還具有下述進行第2CVD處理的工序，該第2CVD處理是指一邊對上述反應室內進行排氣一邊加熱上述反應室內，并且將硅源氣體和反應氣體供給到上述反應室內，從而在上述非晶碳膜上成膜Si系無機膜，上述反應氣體是從由氧化氣體和氮化氣體構成的氣體組中選出的氣體。
8.根據權利要求7所述的方法，其中， 在上述反應室的外部將光致抗蝕膜形成在上述Si系無機膜上，上述疏水性層、上述非晶碳膜以及上述Si系無機膜連同該光致抗蝕膜構成多層抗蝕構造，并將它們用作用于蝕刻上述基底層的蝕刻掩膜。
9.根據權利要求7所述的方法，其中， 上述預備處理氣體是與在上述第2CVD處理中供給的硅源氣體相同的氣體，上述疏水性層本質上由硅構成。
【文檔編號】C23C16/26GK103474344SQ201310406951
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2010年6月4日 優先權日:2009年6月4日
【發明者】岡田充弘, 東條行雄 申請人:東京毅力科創株式會社