(57)【要約】      （修正有）【課題】パターン形成特徴部の幅とパターン形成特徴部の間の間隔（トレンチ幅）の双方を集積回路内で変化させつつ単一高解像度フォトマスクを用いた標準フォトリソグラフィ処理技術を用いて可能であるものと比較して高密度（即ち、低ピッチ）を持つ基板上にパターン形成特徴部を形成する方法を提供する。【解決手段】基板の上にコア層と保護層を形成し２５２、レジストパターンをコア層に転写２５６、レジスト除去自己制限的エッチングにより狭いパターン上の保護層すべてと、広いパターンの保護層の一部を除去２６０し、コンフォーマル誘電体層を形成、方向性エッチング２６４後、狭いパターン構造からコア層を除去２６８してパターン形成特徴部が形成される。【選択図】図２
2010114424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にパターン形成特徴部を形成する方法であって、
該基板上にコア材料の犠牲構造層を形成するステップと、
該犠牲構造層上に保護材料の保護層を形成するステップと、
該犠牲構造層と該保護層をパターン形成して、パターン形成構造とさらされた基板領域とを形成するステップであって、該パターン形成構造が、第一ライン幅と第一間隔を持つ少なくとも二つの狭いパターン形成構造と、該第一ライン幅より大きい第二ライン幅を持つ少なくとも一つの広いパターン形成構造とを含み、該狭いパターン形成構造と広いパターン形成構造は、各々が該コア材料の層の上に該保護材料の層を備える、前記ステップと、
該保護材料をエッチングして、該保護材料が該少なくとも二つの狭いパターン形成構造から実質的に除去され（少なくとも二つの狭いコアを後に残し）、該保護材料の一部が該少なくとも一つの広いパターン形成構造上に残存する（広いコア上に保護部分を後に残す）ステップと、
該残存している構造と、さらされた基板とにスペーサ材料のコンフォーマル層を形成するステップと、
該コンフォーマル層を異方性エッチングして、該少なくとも二つの狭いコアと、さらされた基板領域とをさらすステップと、
該少なくとも二つの狭いコアを除去するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
該さらされた基板領域を所定の深さまでエッチングするステップと、
残存するスペーサ材料と残存する保護材料と、残存するコア材料とを除去するステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
スペーサ材料のコンフォーマル層を形成するステップが、スペーサ材料のコンフォーマル層を形成する工程を含み、該コンフォーマル層の厚さが該第一ライン幅にほぼ等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該犠牲構造層をパターン形成するステップが、該犠牲構造層をパターン形成する工程を含み、該第二ライン幅が該第一ライン幅より少なくとも三倍だけ大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
保護材料の保護層を形成するステップが、酸化シリコン又は窒化シリコンの層を形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
保護材料の保護層を形成するステップが、該コア材料の上にシリコンを多く含む酸化シリコンの初期薄層を形成し、その後、該シリコンを多く含む酸化シリコンの初期薄層の上に酸化シリコンのバルク層を形成する工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
コア材料の犠牲構造層を形成するステップであって、該コア材料が、約１０％の水素〜約６０％の水素の原子組成を持つ水素化アモルファス炭素を含む、前記ステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
単一高解像度フォトマスクを用いて保護材料層がコア材料犠牲層の上に形成された基板をパターン形成する方法であって、
該保護材料層の上にフォトレジスト層を堆積させるステップと、
該フォトレジスト層を該単一高解像度フォトマスクを通して放射線にさらし、該フォトレジスト層を現像して、該高解像度フォトマスクによって画成された第一パターンを形成することによって、該フォトレジスト層をパターン形成するステップであって、該第一パターンが、第一幅と第一ピッチを持つ複数の狭い構造と該第一幅より大きい第二幅を持つ少なくとも一つの広い構造を含む、前記ステップと、
該第一パターンを該保護材料層と該コア材料層に転写して、該複数の狭い構造に対応する複数の狭いスタックと、該少なくとも一つの広い構造に対応する少なくとも一つの広いスタックとを含む犠牲材料の上に保護材料のパターン形成スタックを形成するステップと、
自己制限的等方性エッチングプロセスを用いて該保護材料層をエッチングして、該複数の狭いスタックから実質的に全ての保護材料を除去し、複数の狭いコアが後に残り且つ該少なくとも一つの広いスタック上に保護材料が残るステップと、
を含む、前記方法。
【請求項９】
該残存している構造と、さらされた基板とにスペーサ材料のコンフォーマル層を形成するステップと、
該コンフォーマル層をエッチングして、該狭いコアの各側面上に低いスペーサと該広いスタックの各側面上に高いスペーサとを残しつつ該複数の狭いコアをさらすステップと、
該複数の狭いスタックにおける該犠牲構造材料を取り除き、低いスペーサと高いスペーサが残り且つ該広いスタックが残るステップと、
該基板をエッチングしつつハードマスクとして該低いスペーサと高いスペーサと広いスタックを用いて、該基板に第二パターンを転写するステップであって、該第二パターンの一部が、該第一ピッチより小さい第二ピッチを持つ、前記ステップと、
スペーサ材料の該低いスペーサと、高いスペーサと、該広いスタックとを除去するステップと、
を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
スペーサ材料のコンフォーマル層を形成するステップが、スペーサ材料のコンフォーマル層を形成する工程を含み、該狭い構造の側壁上の該コンフォーマル層の厚さが、該第一ライン幅の約８０％〜約１２０％である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
該フォトレジスト層をパターン形成するステップが、該フォトレジスト層をパターン形成する工程を含み、該複数の狭い構造がフォトリソグラフィプロセスの該解像限界において或いはその近くでパターン形成される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
該犠牲層の上に形成された該保護材料層が、該第一幅の少なくとも二倍の厚さを持ち、該保護材料層が、酸化シリコンを含み、該コア材料が、水素化アモルファス炭素を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
該自己制限的等方性エッチングプロセスが、二サイクル以上を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
該第二ピッチが、該第一ピッチの半分である、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
可変幅ラインと可変幅スペースの双方を作る、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
[0001]本出願は、一般的には、基板処理法、特に、基板上の特徴部の密度を増加させるプロセスの順序に関する。
【０００２】
[0002]集積回路（ＩＣ）の小型化によって、性能の向上、容量の増加及び／又はコストの低下が得られることになる。各々のデバイスの小型化には、特徴部を形成するのにより精巧な技術が要求される。基板上に特徴部をパターン形成するために、一般に、フォトリソグラフィが用いられている。例示的な特徴部は、金属、半導体、又は絶縁体であってもよい材料のラインである。ライン幅は、ラインの幅であり、間隔は、隣接ラインの間の距離である。ピッチは、二つの隣接するライン上の同一点の間の距離として定義される。ピッチは、ライン幅と間隔の和に等しい。しかしながら、光学部品や光又は放射線の波長のような要因のために、フォトリソグラフィ技術は最小のピッチを持ち、そのピッチより小さい特定のフォトリソグラフィ技術は、特徴部を確実に形成することができない。従って、フォトリソグラフィ技術の最小ピッチによって、特徴部サイズの縮小が制限され得る。
【０００３】
[0003]自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）は、想定される最小ピッチを超えてフォトリソグラフィ技術の能力を伸ばす一つの方法である。このような方法は、図１Ａ-図１Ｈに示される。図１Ａを参照すると、フォトリソグラフィを用いて、基板１００上に形成される犠牲構造層１０５上のフォトレジスト層内にライン１１４のパターンを作る。図１Ｂに示されるように、その後、エッチングプロセスを用いてパターンを犠牲構造層１０５に転写して、プレイスホルダー、マンドレル又はコア１０６と呼ばれる特徴部を形成する。その後、フォトレジストライン１１４を取り除き（図１Ｃ）、引き続き、図１Ｄに示されるように、コア１０６の上にコンフォーマル層１２０の材料を堆積させる。その後、異方性スペーサエッチングで水平な表面からコンフォーマル材料を優先的にエッチングすることによってコア１０６の側面上にスペーサ１２１を形成する。得られた構造を図１Ｅに示す。その後、コア１０６を除去して、後にスペーサ１２１（図１Ｆ）が残る。この時点で、図１Ｇに示されるように、基板をパターン形成するためのエッチングマスクとしてスペーサ１２１を用い、引き続き、除去してもよい（図１Ｈ）。従って、パターン形成フォトレジスト１１４の所定ピッチが一つの特徴部を含む場合には、同一幅が二つの特徴部を含む。リソグラフィライン幅が変化せずに、ピッチが縮小されている。
【０００４】
[0004]上記のＳＡＤＰ法は、隣接ライン或いは特徴部の間の間隔を変化させているが、典型的には、元のコンフォーマル層１２０の所定の厚さに対して単一の幅だけの特徴部を作る。他のＳＡＤＰ技術、例えば、図１Ａ-１Ｈに説明されるＳＡＤＰ法のプロセスのネガティブトーンの変形例は、相互に唯一の間隔距離だけ離して間隔がとられる可変幅の特徴部を可能にする。
【０００５】
[0005]多くの集積回路は、異なる幅と間隔距離（間隔）の特徴部を使っている。従って、複数の高解像度フォトマスクを使って、隣接特徴部の間に異なる幅の特徴部を製造し更に／又は異なる間隔を可能にする一部のＳＡＤＰ技術が開発されている。複数の高解像度フォトマスクを使うと、アラインメントの難問が存在し、製造コストも増大する。
【概要】
【０００６】
[0006]本発明の実施形態は、パターン形成特徴部（patternedfeatures）の幅とパターン形成特徴部の間の間隔（トレンチ幅）の双方を集積回路内で変化させつつ単一高解像度フォトマスクを用いた標準フォトリソグラフィ処理技術を用いて可能であるものと比較して高密度（即ち、低ピッチ）を持つ基板上にパターン形成特徴部を形成する方法に関する。
【０００７】
[0007]一実施形態において、基板上にパターン形成特徴部を形成する方法であって、基板上にコア材料の犠牲構造層を形成するステップと、犠牲構造層上に保護材料の保護層を形成するステップと、犠牲構造層と保護層をパターン形成して、パターン形成特徴部とさらされた基板領域とを形成するステップであって、パターン形成構造が、第一ライン幅と第一間隔を持つ少なくとも二つの狭いパターン形成構造と、第一ライン幅より大きい第二ライン幅を持つ少なくとも一つの広いパターン形成構造を含み且つ狭いパターン形成構造と広いパターン形成構造が各々コア材料の層の上に保護材料の層を含む、前記ステップと、保護材料をエッチングして、保護材料が少なくとも二つの狭いパターン形成構造から実質的に除去され（少なくとも二つの狭いコアが後に残り）、保護材料の一部が少なくとも一つの広いパターン形成構造上に残存する（広いコア上に保護部分が後に残る）ステップと、残存している構造とさらされた基板の上にスペーサ材料のコンフォーマル層を形成するステップと、コンフォーマル層を異方性エッチングして、少なくとも二つの狭いコアとさらされた基板領域をさらすステップと、少なくとも二つの狭いコアを除去するステップとを含む。
【０００８】
[0008]一部の実施形態において、コンフォーマル層の厚さは第一ライン幅とほぼ同じであり、第二ライン幅は第一ライン幅より少なくとも三倍だけ大きく、保護材料層は酸化シリコン又は窒化シリコンの層を備え、更に／又はコア材料はポリシリコン、水素化アモルファスカーボン、窒化シリコン及び酸化シリコンの少なくとも一つを含んでいる。
【０００９】
[0009]他の実施形態において、単一高解像度フォトマスクを用いて保護材料層がコア材料犠牲層の上に形成された基板をパターン形成する方法であって、保護材料層の上にフォトレジスト層を堆積させるステップと、フォトレジスト層を単一高解像度フォトマスクを通して放射線にさらし、それを現像して、高解像度フォトマスクによって画成された第一パターンを形成することによって、フォトレジスト層をパターン形成するステップであって、第一パターンが、第一幅と第一ピッチを持つ複数の狭い構造と、第一幅より大きい第二幅を持つ少なくとも一つの広い構造とを含む、前記ステップと、第一パターンを保護材料層とコア材料層に転写して、複数の狭い構造に対応する複数の狭いスタックと、少なくとも一つの広い構造に対応する少なくとも一つの広いスタックとを含む犠牲材料の上に保護材料のパターン形成スタックを形成するステップと、自己制限的等方性エッチングを用いて保護材料層をエッチングして、複数の狭いスタックから実質的に全ての保護材料を除去し、複数の狭いコアが後に残り且つ少なくとも一つの広いスタック上に保護材料が残るステップとを含む。
【００１０】
[0010]一部の実施形態において、その方法は、更に、残存している構造とさらされた基板の上にスペーサ材料のコンフォーマル層を形成するステップと、コンフォーマル層をエッチングして、狭いコアの各側面上に低いスペーサと広いスタックの各側面上に高いスペーサとを残しつつ複数の狭いコアをさらすステップと、複数の狭いスタックにおける犠牲構造材料を取り除き、低いスペーサと高いスペーサが残り且つ広いスタックが残るステップと、基板をエッチングしつつハードマスクとして低いスペーサと高いスペーサと広いスタックとを用いて、基板に第二パターンを転写し、第二パターンの一部が第一ピッチより小さい第二ピッチを持つステップと、スペーサ材料の低いスペーサと高いスペーサと広いスタックを除去するステップとを含む。
【００１１】
[0011]個々の一実施形態において、狭い構造の側壁上のコンフォーマル層の厚さは、第一ライン幅の約８０％〜約１２０％である。他の個々の実施形態において、狭い構造の側壁上のコンフォーマル層の厚さは、第一ライン幅の約９０％〜約１１０％である。
【００１２】
[0012]一部の実施形態において、複数の狭い構造は、フォトリソグラフィプロセスの解像限界において或いはその近くでパターン形成され、更に／又は犠牲層の上に形成された保護材料の層は、第一幅の少なくとも二倍の厚さを持つ。更に一部の追加実施形態において、自己制限的等方性エッチングプロセスは、二サイクル以上を含み、更に／又はＨＦ蒸気エッチングか又は基板をＮＦ３と、ＮＨ３及びＨ２の少なくとも一つにさらすことを含む。
【００１３】
[0013]この開示内容の適用領域は、更に、以下に示される詳細な説明から明らかになるであろう。様々な実施形態を示しつつ、詳細な説明及び個々の例は、説明のためだけを意図し、この開示内容の範囲を必ずしも制限することを意図しないことは理解されるべきである。
【００１４】
[0014]本発明の本質及び利点の理解は、更に、以下に示される明細書及び図面の残りの部分によって可能になる。図は、本発明の詳細な説明の部分に組み込まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、従来技術による在来の自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、従来技術による在来の自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、従来技術による在来の自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、従来技術による在来の自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、従来技術による在来の自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図１Ｆ】図１Ｆは、従来技術による在来の自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図１Ｇ】図１Ｇは、従来技術による在来の自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図１Ｈ】図１Ｈは、従来技術による在来の自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による自己整合型ダブルパターニングプロセスと関連があるステップを示すフローチャートである。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【図３Ｋ】図３Ｋは、本発明の実施形態による自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスを示す断面図である。
【００１６】
[0018]添付の図において、同様の要素及び／又は特徴部は、同一の参照符号を有する場合がある。更に、同一タイプの様々な要素は、符号を同様の要素の間で区別するダッシュや第二符号で続けることによって区別する場合がある。明細書において第一符号だけが用いられる場合には、第二符号に無関係に同一の第一符号を持つ同様の要素のいずれか一つに説明が適用できる。
【詳細な説明】
【００１７】
[0019]本発明の実施形態は、パターン形成特徴部の幅とパターン形成特徴部の間の間隔（トレンチ幅）の双方を集積回路内で変化させつつ単一高解像度フォトマスクを用いた標準フォトリソグラフィ処理技術を用いて可能なものと比較して高密度（即ち、低ピッチ）を持つ基板上にパターン形成特徴部を形成する方法に関する。
【００１８】
[0020]自己整合型ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）プロセスの最も一般的な使用の一つは、平行ラインの高密度配列を形成することである。ポジティブトーンのＳＡＤＰプロセス（例えば、図１のプロセス）は、エッチングマスクとしてスペーサを用い、同一幅のラインが得られる。このことは、これ自体容易にビットラインを形成することに役立つが、より広いラインと特徴部（例えば、パッド、電力供給ライン、ストリングセレクトライン等）は、通常、ワーキングデバイスを形成する為に同一層上に必要である。ネガティブトーンのＳＡＤＰプロセスは、図１Ｆに示されるステップ後、スペーサ１２１の間にギャップ充填材料を導入する。その後、ギャップ充填材料を平坦化し、スペーサ１２１を除去し、ギャップ充填材料をエッチングマスクとして使用する。従って、ネガティブトーンのＳＡＤＰプロセスにおいてトレンチは同一幅であり、ラインの幅は集積回路内で変化してもよい。一定のライン幅又は一定のトレンチ幅を持つことの制約を除去することは、回路設計者がより柔軟にＳＡＤＰを用いることを可能にする。本明細書に説明される方法は、単一高解像度フォトマスクを用いつつ、この柔軟さを達成している。
【００１９】
[0021]本発明をより理解し評価するために、本発明の一実施形態による自己整合型ダブルパターニングプロセスに関連するステップを示すフローチャートである図２と、図２に示されるステップによって形成される構造の断面図である図３Ａ-図３Ｋを参照する。この方法は、基板３００上に（しばしばコア層と呼ばれる）犠牲構造層３０２と構造層３０２の上の保護層３０４を形成することによって開始する（ステップ２５２）。その後、層のスタックをフォトレジストで被覆し、フォトレジストをパターン形成して（ステップ２５４）、図３Ａに示されるように狭いパターン形成構造３０６と広いパターン形成構造３０８を形成する。狭いパターン形成構造３０６はフォトリソグラフィプロセスの解像限界において或いはその近くでパターン形成することになり、保護層は狭いパターン形成構造３０６の幅の少なくとも二倍の厚さを持つことになる。例えば、狭いパターン形成構造３０６は狭いラインの配列であってもよく、広いパターン形成構造３０８は広いライン、パッド、又は他の同様の構造であってもよい。図３Ａに示されるように、広い構造３０８の幅は狭い構造３０６よりかなり大きくなり得る。
【００２０】
[0022]その後、エッチングプロセスによってパターンが保護層３０４と犠牲構造層３０２の双方に転写されて（ステップ２５６）、（図３Ｂに示されるように）狭い構造３１０と広い構造３１２を形成する。次に、フォトレジストを、例えば、標準的フォトレジストストリッピングプロセスを用いて除去して、図３Ｃに示されるように狭いパターン形成構造３１４と広いパターン形成構造３１６が残る。各々の狭いパターン形成構造３１４は、コア材料の層３１４Ｂの上に形成された保護材料の層３１４Ａを含む層のスタックを含む。同様に、広いパターン形成構造３１６は、コア材料の層３１６Ｂの上に形成された保護材料の層３１６Ａを含む。
【００２１】
[0023]その後、高度に制御可能な等方性エッチングステップ（ステップ２６０）を用いて、図３Ｄ-図３Ｆに示されるように狭いパターン形成構造３１４の最上部から保護材料層３１４Ａを除去するとともに広いパターン形成構造３１６の最上部から保護材料層３１６Ｂの一部を除去する。本明細書に用いられるように、高度に制御可能な等方性エッチングプロセスは、特徴部のサイズ或いは密度に無関係に高度のエッチング速度の均一性を持つエッチングプロセスである。このようなプロセスは、側壁と最上部をほぼ同一速度でエッチングし、比較的急に停止させることができる。整数回繰り返すことができる自己制限的エッチングプロセスは、各繰り返しが保護材料のさらされた表面から同様の厚さを除去し、このタイプの制御を達成する一方法である。自己制限的エッチングを用いる利点と特徴は、プロセスフローの最初の導入後に、より詳細に述べる。
【００２２】
[0024]三サイクルの自己制限的エッチングプロセスの一サイクルの後のパターン形成構造を図３Ｄに示す。狭いパターン形成構造３１４の層３１４Ａと広いパターン形成構造３１６の層３１６Ａの側壁と最上部をほぼ同量エッチングする。自己制限的エッチングプロセスは、コア層３０２と基板３００と比較して保護層３０４に対するエッチング選択性が高くなければならない。即ち、このプロセスは、層３０２或いは基板３００より非常に速い速度で層３０４をエッチングしなければならない。
【００２３】
[0025]自己制限的エッチングの第二サイクルは、追加の材料（第一サイクルと同一のエッチング深さ）を除去し、得られた構造を図３Ｅに示す。自己制限的エッチングの第三の繰り返しは、狭いコア３１４Ｂの最上部から保護材料３１４Ａを完全に除去する（図３Ｆに図示する）が、広いコア３１６Ｂ上に保護材料３１６Ａを残す。制御可能なエッチングプロセスの終わりに、保護材料３１６Ａは高さと幅が縮小する。最上部と両側面から直線的に測られる縮小量はプルバック３１８と呼ばれ、示される大きさは狭いコア３１４Ｂの幅の約半分である。広いコア３１６Ｂの幅は、保護材料３１６Ａの一部を自己制限的エッチングの第三の繰り返しの後に残ることを可能にするために狭いコア３１４Ｂの幅の少なくとも三倍であってもよい。
【００２４】
[0026]その後、図３Ｇに示されるようにスペーサ材料のコンフォーマル層３２０を、残存している構造（ステップ２６２）とさらされた基板上に堆積させる。典型的には、コンフォーマル層３２０は、ＳＡＣＶＤ酸化シリコン層或いは窒化シリコン層のような誘電体層であり、好ましくは狭いパターン形成構造３１４の幅とほぼ同じ厚さに堆積させる。本明細書に用いられるコンフォーマルカバレッジは、表面と同一の形に表面上に大体均一な材料層を与えることを意味する。即ち、層の表面と覆われている表面は大体平行である。堆積された材料が１００％コンフォーマルであり得ないので、“大体”という用語は許容され得る許容範囲を可能にすることを当業者は認識する。スペーサ材料のコンフォーマル層は、狭いコア３１４Ｂの幅の約８０％〜約１２０％或いは約９０％〜約１１０％の側壁厚さ３１９があってもよい。
【００２５】
[0027]その後、コンフォーマル層を異方性エッチング（垂直エッチング）して、図３Ｈに示されるように基板３００を面積３２３でさらすとともに各々の狭いコア３１４Ｂの上面をさらす（ステップ２６４）。異方性エッチングステップは、狭いコア３１４Ｂの各々の側部上に低いスペーサ３２１を作る。コンフォーマル層３２０部分の上に低いスペーサが残る。異方性エッチングは、典型的には、広いパターン形成特徴部３１６の最上部からコンフォーマル材料を除去するが、広いコア３１６Ｂの上に保護材料３１６Ａの少なくとも一部を残す。異方性エッチングによって、広いコア３１６Ｂと、残存している保護材料３１６Ａとの双方に隣接する高いスペーサ３２２も残る。従って、広いコア３１６Ｂは、下の基板３００、各々の側部が高いスペーサ３２２、上の保護材料３１６Ａによって境を接することになる。続いてのステップ中にマスクの完全性を維持するために、この処理段階で広いコアの部分がさらされることはない。
【００２６】
[0028]次に、さらされたコア材料をエッチングステップで除去して（ステップ２６６）、図３Ｉに示されるように高いスペーサ３２２が取り囲む残存している広いパターン形成構造３１６と共に低いスペーサ３２１が残る。コア材料を除去するために用いられるエッチングステップは、広いコアとスペーサのコンフォーマル材料（スペーサ材料）との上の保護材料に相対してコア材料をエッチングするのに高い選択性を示す。保護材料は、コアエッチングプロセス中、実質的に無傷のままであるか又は不完全な侵食に耐える。その後、低いスペーサ３２１、高いスペーサ３２２、広いパターン形成構造３１６を含む残存する特徴部を、エッチングステップ中、ハードマスクとして用い、図３Ｊに示されるように低いスペーサ３２１によって画成されたパターンが、さらされた基板３００に転写される（ステップ２６８）。その後、低いスペーサ３２１、高いスペーサ３２２、保護材料３１６Ａ、コア材料３１６Ｂを除去して（ステップ２７０）、図３Ｋに示される基板３００を残すことができ、ここには、図３Ａについて述べたフォトリソグラフィプロセスによって形成されたピッチの本質的に半分の狭いパターン面積３３０のピッチを持つエッチングされたパターンが含まれている。基板３００には、また、狭いパターン形成特徴部３３２と広いパターン形成特徴部３３４の双方が含まれている。
【００２７】
[0029]本明細書に用いられる“基板”は、層がその上に形成された或いは形成されていない支持基板であってもよい。支持基板は、様々なドーピング濃度やプロファイルの絶縁体或いは半導体であってもよく、例えば、集積回路の製造において用いられるタイプの半導体基板であってもよい。コア、保護層、スペーサに用いられる材料の選択には、かなりの柔軟性がある。例示的材料系は、開示された実施形態による自己整合型ダブルパターニングプロセスの追加の詳細を説明するのに有効になる場合がある。第一例として、犠牲構造層３０２、保護層３０４、コンフォーマル層３２０は、それぞれ、アモルファス炭素、酸化シリコン、窒化シリコンである。アモルファス炭素膜は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ製のＡｄｖａｎｃｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ＦｉｌｍＴＭ（ＡＰＦ）であってもよい。ＡＰＦは、２００３年６月３日に発行された米国特許第６,５７３,０３０号に説明され、この開示内容は、本明細書にすべてのために全体で援用されている。
【００２８】
[0030]コアエッチングは、アモルファス炭素コアをアッシングして、図３Ｉの構成を得るステップを含んでもよい。アッシングは、基板の上のプラズマにＯ２又はＯ３を導入して、アモルファス炭素を酸化し、且つ副生成物をポンプで排気することによって、しばしば行われる。アッシングプロセスは、また、ハロゲン含有ガスを含んでもよい。用いられる前駆物質と無関係に、高いスペーサ３２２と保護層３１６Ａは、広いコア３１６Ｂと化学反応することからプラズマ励起アッシング物質を維持する。この保護は、図３Ｈにおいて広い複合特徴部３１６、３２２の下の基板をエッチングすることを避けるために望ましい。高いスペーサ３２２が広いコア３１６Ｂを保護するために、図３Ｆの狭いコア３１４Ｂの最上部から保護材料３１４Ａを除去するのに用いられるエッチングプロセスのオーバーエッチングは少しでなければならない。
【００２９】
[0031]このステップに用いられる任意のエッチングプロセスは、保護材料のほとんどすべてが狭いコア３１４Ｂの上から実質的に除去されることを確実にするために少なくとも多少のオーバーエッチングを持つ。ほとんどのエッチングプロセスは、かなりのオーバーエッチングを必要とし、ウエハ、複数のウエハ、また、多くのウエハ全体のエッチング速度の固有のばらつきのために一部の特徴部から非常に多くの材料を除去することになる。プロセスの不均一性と、遅いエッチング可能な表面積の領域に比べて速いエッチング可能な表面積の領域におけるエッチング速度の差を説明するマイクロローディングとを含むこのばらつきには多くの原因がある。速いエッチング可能な表面積の領域は、より急速にエッチングガスを消費し、すぐ隣りの正味のエッチング速度が遅くなる。湿式プロセスは、また、突然の方法でウエハ又は多くのウエハのすべての一部からエッチング剤を同時に除去することができない欠点を持っている。
【００３０】
[0032]結果として、エッチングプロセスは、この場合は、ゆっくりとエッチングされた領域が狭いコア３１４Ｂの最上部から保護材料３１４Ａを取り除くことを確実にするために１００％（２×）のオーバーエッチングを目標としてもよい。１００％オーバーエッチングは、一部の特徴部が１００％未満を受けることを意味するが、多くの特徴部は１００％を超えるオーバーエッチングを受けることを意味する。保険余力（insurance margin）の結果として、プロセスは、プロセスフローに影響するのに必要であるより多くの材料を消費する。広いコアの上の保護材料３１６Ａが減退する距離をプルバック３１８と呼ぶ。プルバックは、オーバーエッチングが１００％に近づくにつれて高いスペーサ３２２の中央付近にギャップを作るのに充分な大きさになり得る。アッシング剤を浸透させるのに充分に大きな高いスペーサ３２２中のギャップは、広いコア３１６Ｂの著しい酸化を生じることになり、基板３００の一部をさらしてもよい。
【００３１】
[0033]高い均一性と比較的突然の終了とを特徴とする高度に制御可能なエッチングプロセスが用いられてもよい。自己制限的エッチングプロセスにおいて、ガス或いは蒸気（エッチング剤）が表面と反応して、後で除去される固体の副生成物を形成する場合がある。固体の副生成物は、エッチング剤と反応することを許容する表面の厚さを制限する。ガス濃度や基板温度のようなプロセスパラメータは、プロセスがかなり遅くなる前に材料から除去される厚さを決定することを援助する。この自己制限的エッチングプロセス順序は、整数回繰り返して、選択可能な全ての厚さが除去可能である。プロセスパラメータは、サイクル数が、除去される全ての厚さのスループットと正確さとの間の釣り合いを与えるように選ばれる。自己制限的エッチングが非常に高い均一性とエッチング速度制御を示すが、開示された実施形態は自己制限的エッチングプロセスに限定されない。他のエッチングプロセスは、必要とされる均一性と制御を示し、高いスペーサ３２２中にギャップを作ることを避けてもよい。実施形態において、充分に制御されたエッチングプロセスは、狭いコア３１４Ｂの最上部から保護材料３１４Ａを取り除くために約５０％未満のオーバーエッチングを必要とする場合がある。他の充分に制御されたエッチングプロセスを用いるプロセスフローも、本明細書に示される実施形態と特許請求の範囲内である。
【００３２】
[0034]保護層は、異なる実施形態において、窒化シリコン又は酸化シリコンから作られる場合がある。成熟した自己制限的エッチングプロセスは、酸化シリコンに利用可能であるが、今のところ窒化シリコンに利用可能でなく、第一例の保護層として二酸化シリコンが用いられる結果となっている。酸化シリコンに対して調整される自己制限的エッチングプロセスは、固体の副生成物を形成するＨＦ蒸気に表面をさらし、固体の副生成物が除去されるまで更に反応を抑えることを含む。ＨＦ蒸気にさらすことと固体の副生成物の除去を交互に行う対のステップの順序は繰り返すことができ、エッチング速度のほぼ原子層制御を与えることができる。より高いエッチング速度は、エッチング速度の一部の制御性を犠牲にすることによって自己制限的エッチングプロセスによって達成することができる。ＨＦ蒸気は、別のチャネルを通って基板プロセスチャンバに前駆物質（例えば、ＮＨ３又はＨ２とＮＦ３）を流すことによって生成されてもよい。チャンバに入った後、前駆物質が反応して、ＨＦ蒸気を形成する。ＨＦ蒸気技術は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ製のいくつかの製品に一体化される。
【００３３】
[0035]広いアモルファス炭素コア３１６Ｂとの接合部付近の保護層３１６Ａの酸素含有量は、アッシングを引き起こす可能性がある。このことは、広い特徴部の完全性を危うくする。アッシングを避けるために、酸化シリコンの堆積はシリコンを多く含む接合部から始め、その後に酸化シリコンの標準化学量論組成に移行してもよい。シリコンを多く含む接合部の酸素含量は少なく、広いコア３１６Ｂのアッシングを抑制する。
【００３４】
[0036]犠牲構造層（コア）３０２、保護層３０４、コンフォーマル層（スペーサ）３２０に用いられる材料の選択は、これまで説明したものと異なってもよい。一般に、アモルファス炭素の犠牲構造層３０２とシリコン基板３００については、エッチング剤が酸化シリコン及び窒化シリコン双方の上に高シリコン選択性で利用可能であるので、保護層３０４は酸化シリコン又は窒化シリコンであってもよい。これにより、保護層を完全に除去せずにトレンチが基板内でエッチングされることを許容する。特に、図２Ａ-図２Ｋに関して説明されたプロセスフローが実際には幾何学的図形であるので、他の基板が用いられてもよく、他の材料層がシリコン基板の最上部に用いられ、その後、他の材料をこれらの役割に適切にされてもよい。開示された実施形態において、スペーサは、酸化シリコン、窒化シリコン又はポリシリコンであってもよい。スペーサの為に酸化シリコンをアモルファス炭素コアと用いると、酸化シリコンアモルファス炭素接合部が形成され、シリコンを多く含む接合部の生成から利益を受けて、アッシングを防止することになる。
【００３５】
[0037]更に材料の選択を一般化すると、本明細書に説明されるプロセスフローの利点を得るために、コア３１４Ｂのエッチング速度は低いスペーサ３２１のエッチング速度より大きくなければならない。その差が、低いスペーサ３２１の少なくとも一部を残して、ポジティブトーンプロセスにおいて下に横たわる基板を保護しつつ、コア３１４Ｂを除去することを可能にする。エッチングプロセスガスとエッチング速度は、しばしば窒化シリコンと酸化シリコンに似ている。酸化シリコンスペーサを残しつつ窒化シリコンコアを除去すると（又は逆もまた同じ）、特殊エッチングが要求されることになり、おそらくありそうな選択でないことになる。しかしながら、窒化シリコン或いは酸化シリコンのスペーサと保護層と組み合わせてポリシリコンをコアに用いてもよい。実施形態において、コア材料は、ポリシリコン、水素化アモルファス炭素、窒化シリコン、又は酸化シリコンであってもよい。水素化アモルファス炭素の原子組成は、約１０％の水素〜約６０％の水素であってもよい。
【００３６】
[0038]ポリシリコンは、また、スペーサにも用いられ、窒化シリコンと酸化シリコンは、コアと保護材料に用いられる。保護材料とスペーサ材料は、コアを除去するエッチングプロセスとアッシングプロセスだけでなくトレンチを形成するものにも共に耐えなければならない。異なる実施形態において、保護材料はアモルファス炭素と水素（水素化アモルファス炭素）、窒化シリコン又は酸化シリコンの組み合わせである。
【００３７】
[0039]上記の説明は、本発明の原理を具体的に説明することを援助するために示してきた。決して本発明の範囲を制限するものではない。広範な種々の変形例が明らかであり、これらは本発明の範囲内に包含される。例えば、本発明の具体的な一実施形態は、ステップの各々が同量の材料を除去する三ステップの自己制限的エッチングプロセスを使うように図３-図３Ｆと共に説明されたが、本発明はこのように限定されない。例えば、一実施形態において、自己制限的エッチングステップは、単一ステップにおいて保護材料３１４Ａの全部を除去することができる。他の実施形態において、自己制限的エッチングステップは、任意の相当の回数だけ繰り返すことができ、所望の結果を達成することができる。更に、各々の一体的なエッチングステップにおいて除去される材料の量は、例えば、基板或いは反応の温度がステップからステップで変化する場合には変えられる。また、本発明を詳細に本発明の個々の例を参照して説明してきたが、様々な変更や変形が本発明の精神及び範囲から逸脱することなく本明細書において行われ得ることは当業者にとって明らかである。これらの均等物及び代替物は、本発明の範囲内に包含されるものとする。
【符号の説明】
【００３８】
１０５…犠牲構造層、１０６…コア、１１４…フォトレジストライン、１２０…コンフォーマル層、１２１…スペーサ、３００…基板、３０２…犠牲構造層、３０４…保護層、３０６…狭いパターン形成構造、３０８…広いパターン形成構造、３１０…狭い構造、３１２…広い構造、３１４…狭いパターン形成構造、３１４Ａ…保護材料層、３１４Ｂ…コア材料層、３１６…広いパターン形成構造、３１６Ａ…保護材料層、３１６Ｂ…コア材料層、３１８…プルバック、３１９…側壁の厚さ、３２０…コンフォーマル層、３２１…低いスペーサ、３２２…高いスペーサ、３２３…面積、３３０…狭いパターン面積、３３２…狭いパターン形成特徴部、３３４…広いパターン形成特徴部。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図３Ｊ】
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【図３Ｋ】
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【外国語明細書】
2010114424000001.pdf