(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマエッチングチャンバにおいて、多層マスクの下に基板層を提供する工程であって、前記多層マスクが、第１の限界寸法を有する開口部によってパターン化された層の下のパターン化されていない有機反射防止層の下にアモルファスカーボン層を含み、前記有機反射防止層の厚さが、１０ｎｍ〜５０ｎｍであり、前記アモルファスカーボン層の厚さが、少なくとも２００ｎｍである工程と、
前記第１の限界寸法より少なくとも２０％小さい限界寸法を有する開口部を、重合プロセスガスと非重合プロセスガスの両方により、前記有機反射防止層を通して、プラズマエッチングする工程と、
前記第１の限界寸法より少なくとも２０％小さい限界寸法を有する開口部を、前記アモルファスカーボン層を通して、前記基板層内にプラズマエッチングする工程とを含み、前記アモルファスカーボン層を通した前記エッチングは、前記有機反射防止層を除去し、前記基板層内にエッチングする工程は、前記有機反射防止層内にエッチングされた前記開口部の前記限界寸法と等しい限界寸法を有する誘電体層内の開口部をエッチングする工程を含む方法。
【請求項２】
前記第１の限界寸法が１００ｎｍ未満であり、前記有機反射防止層内にエッチングされた前記開口部の前記限界寸法が前記第１の限界寸法より少なくとも３０ｎｍ小さい請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の限界寸法より少なくとも２０％小さい限界寸法を有する開口部をアモルファスカーボン層を通してプラズマエッチングする工程を含み、前記アモルファスカーボン層が前記有機反射防止層と前記基板層の間にある請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記プラズマエッチング工程が、前記有機反射防止層を、１００ＭＨｚ〜１８０ＭＨｚの周波数を有する容量結合電源により電圧印加されたプラズマに露出する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記電源が、３００ｍｍ電極に標準化された３５０Ｗ未満である請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記プラズマエッチング工程が、６０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数を有する容量結合バイアス電力により電圧印加されたＣＨＦ３を含む重合プロセスガスのプラズマに、前記基板を露出する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記バイアス電力が、３００ｍｍの電極に標準化された少なくとも４００Ｗである請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記プラズマエッチングチャンバ圧力が、２５ｍＴ未満であり、前記重合プロセスガスが、０．３：１〜１．５：１のＣＦ４：ＣＨＦ３ガス比でＣＦ４を含む請求項４記載の方法。
【請求項９】
１６２ＭＨｚの周波数を有する容量結合ＲＦ源を通して、３００ｍｍ基板に標準化された３５０Ｗ未満の電源により、前記プラズマに電圧印加する請求項４記載の方法。
【請求項１０】
６０ＭＨｚの周波数を有する容量結合ＲＦ源を通して、３００ｍｍ基板に標準化された４００Ｗを超えるバイアス電力により、前記プラズマに電圧印加する請求項４記載の方法。
【請求項１１】
前記アモルファスカーボン層を通した前記エッチングが、前記有機反射防止層をエッチングするのに用いたのとは異なるプロセス条件下で行われる請求項１記載の方法。
【請求項１２】
１組の機械実行可能な命令がストアされたコンピュータ読取り可能な媒体であって、データプロセッシングシステムにより実行されると、
プラズマエッチングチャンバにおいて、多層マスクの下に基板層を提供する工程であって、前記多層マスクが、第１の限界寸法を有する開口部によってパターン化された層の下のパターン化されていない有機反射防止層の下にアモルファスカーボン層を含み、前記有機反射層の厚さが、１０ｎｍ〜５０ｎｍであり、前記アモルファスカーボン層の厚さが、少なくとも２００ｎｍである工程と、
２５ｍＴ未満の圧力で、ＣＨＦ３を含むエッチャントガスを前記チャンバに提供する工程と、
前記有機反射防止層の上の前記パターニングされた層内の開口部の限界寸法より少なくとも３０ｎｍ小さい限界寸法を有する開口部を、前記有機反射層を通して、プラズマエッチングする工程であって、前記プラズマが前記エッチャントガスを含む工程と、
前記パターニングされた層内の前記開口部の前記限界寸法より少なくとも３０ｎｍ小さい限界寸法を有する開口部を、前記アモルファスカーボン層を通して、前記基板内にプラズマエッチングする工程であって、前記アモルファスカーボン層を通した前記エッチングは、前記有機反射防止層を除去し、前記基板層内にエッチングする工程は、前記有機反射防止層内にエッチングされた前記開口部の前記限界寸法と等しい限界寸法を有する誘電体層内の開口部をエッチングする工程を更に含むプラズマエッチングする工程とを含む方法をシステムに実施させるコンピュータ読取り可能な媒体。
【請求項１３】
１組の機械実行可能な命令を含み、データプロセッシングシステムにより実行されると、
チャンバにＣＦ４を提供する工程であって、前記エッチャントガスのＣＦ４：ＣＨＦ３ガス比が、０．３：１〜１．５：１である工程と、
１６２ＭＨｚの周波数を有する容量結合ＲＦ源を通して、３００ｍｍ基板に標準化された３５０Ｗ未満の電源により、前記プラズマに電圧印加する工程とを含む方法をシステムに実施させる請求項１２記載のコンピュータ読取り可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
１．分野
本発明の実施形態は、エレクトロニクス製造業、特に、ワークピースを、プラズマエッチングツールによりエッチングするプロセスに関する。
【０００２】
２．関連技術の説明
マイクロエレクトロニクスの大量生産が、６５ナノメートル（ｎｍ）の技術ノードに達し、ラインの前半部（ＦＥＯＬ）及びラインの後半部（ＢＥＯＬ）における全てのフィーチャーの限界寸法（ＣＤ）要件が益々厳しくなっている。６５ｎｍのフィーチャーは、典型的に、リソグラフィーによりプリントされる寸法より遥かに小さい。リソグラフィーにより画定される寸法を収縮する標準的な技術は、パターントリミングであり、特定のリソグラフィー技術の寿命を延ばすために広く用いられている。パターントリミングは、マスクパターンの一部を除去して、パターンを小さくするものである。しかしながら、この技術は、ラインパターンにのみ有用で、ラインやビア開口部間のスペースには有用でない。ラインやビア開口部間のスペースは、パターントリミングを行っても、僅かしか大きくならないからである。このように、ゲート電極パターニングやエッチングプロセスでは、パターントリミングを利用して、サブ６５ｎｍのゲートＣＤが得られるものの、コンタクト又はビアパターニング及びエッチングプロセスでは、サブ１００ｎｍの寸法に到達するのも難しい。従って、ＢＯＥＬにおけるトレンチ及びビアＣＤは、論理及び／又はメモリ回路の更なるスケーリングのクリティカルパスとなってきている。
【０００３】
メインエッチング操作中にエッチングされた層に傾斜したビア断面を形成するのは、ビアＣＤを、リソグラフィーにより画定されたマスクＣＤより小さく減じる従来の方法である。メインエッチング中にエッチングされた層は、本明細書においては「基板層」と呼ぶ。基板層の一例は、ＢＥＯＬに用いるレベル間誘電（ＩＬＤ）層である。通常、傾斜したビア断面は、重合プロセスガスを含むエッチャントにより基板層をエッチングすることにより得られる。このガスは、エッチングフロントが、エッチング中に層へと深く進む（即ち、ビアアスペクト比が増大する）につれて、ビア側壁に速度を増しながら堆積する。ポリマー堆積によって、基板層にエッチングされたビアの上部のＣＤに対して、ビア下部のＣＤが減少した傾斜が得られる。しかしながら、大量生産では、メインエッチング断面テーパリング法は、「エッチングストップ」として知られている現象により制限され、基板層において特定のアスペクト比に達すると、エッチングフロントが、更にエッチングされなくなる。エッチングストップは、通常、ポリマーがビア下部及びビア側壁に堆積し始めると生じる。各断面テーパリングの量は、ビアのアスペクト比により制限されるため、断面テーパリングからビアＣＤの減少する可能性のある量は、リソグラフィーにより画定されたビアマスク開口部（即ち、上部ＣＤ）が収縮するにつれて、減少する。このように、約１２０ｎｍのリソグラフィーＣＤを有するビアマスクについては、メインエッチングにおけるプロセス相互作用により、達成できるビアＣＤ減少が、僅か２０ｎｍ未満（即ち、２０％未満）に制限される。これは、基板層にエッチングされたビアの下部とリソグラフィーにより画定されたマスクＣＤの間で測定されるものである。
【概要】
【０００４】
限界寸法の減じた開口部を基板層にエッチングする方法が、本明細書に記載されている。本発明の一実施形態において、リソグラフィーによりパターン化されたフォトレジストとパターン化されていない有機反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）を含む多層マスクが、エッチングされる基板層上に形成される。更なる実施形態において、多層マスクはまた、ＢＡＲＣと基板層の間にパターン化されていないアモルファスカーボン層も含む。ＢＡＲＣは、大きな負のエッチングバイアスによりエッチングされて、フォトレジストに、リソグラフィーにより画定された寸法より小さく、多層マスクの開口部の限界寸法を減じる。一実施形態において、ＢＡＲＣエッチングの大きな負のエッチングバイアスを利用して、限界寸法の減じた開口部を、多層マスクのアモルファスカーボン層にエッチングする。ＢＡＲＣエッチングの大きな負のエッチングバイアスを利用して、多層マスクより限界寸法の小さな開口部を基板層にエッチングする。特定の実施形態において、ＢＡＲＣエッチングからのＣＤ収縮は、メインエッチング操作中、基板層にエッチング断面にテーパを付けることにより得られるよりも大幅に大きい。更なる実施形態において、ＢＡＲＣエッチングからのＣＤ収縮は、基板層のテーパを付けた断面からのＣＤ収縮と組み合わせられる。
【０００５】
大きな負のエッチングバイアスで、開口部をＢＡＲＣにプラズマエッチングするには、重合化学物質を与えて、低圧でチャンバをエッチングする。特定の実施形態において、ＣＨＦ３を含む重合化学物質を用いる。更なる実施形態において、重合化学物質は、１００ＭＨｚ〜１８０ＭＨｚで動作する高周波容量結合源により比較的低電力で電圧印加される。一実施形態において、１６２ＭＨｚの容量結合源で、３００ｍｍの電極に標準化された３５０Ｗ未満の電力でプラズマを電圧印加する。変形実施形態において、重合化学物質は、５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚで動作する低周波容量結合源により、比較的高電圧で電圧印加される。かかる一実施形態において、６０ＭＨｚの容量結合源は、３００ｍｍ電極に標準化された４００Ｗを超える電力によりプラズマに電圧印加する。
【詳細な説明】
【０００６】
プラズマエッチング法の実施形態を、図面を参照して、本明細書に記載する。しかしながら、特定の実施形態は、これらの特定の詳細のうち１つ以上がなくても、又はその他公知の方法、材料及び装置と組み合わせて実施してもよい。以下の説明では、本発明を完全に理解するために、特定の材料、寸法及び処理パラメータ等、様々な特定の詳細が規定されている。他の例で、周知の半導体プロセス及び製造技術は、本発明を不必要に曖昧にするのを避けるために、特定の詳細については記載しなかった。本明細書全体で言う「実施形態」とは、実施形態に関連して記載した特定の構成、構造、材料又は特徴が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。このように、本明細書全体にわたる様々な場所における「実施形態」という言い回しは、本発明の同じ実施形態を指すのに必ずしも使われているわけではない。更に、特定の構成、構造、材料又は特徴は、１つ以上の実施形態において、好適なやり方で組み合わせてもよい。
【０００７】
図１に、本発明の実施形態により、ワークピースに行われるビアのエッチングについての方法１００のフローチャートを示す。本明細書で用いる「ビア」には、略等しい長さ及び断面幅を有する実施形態、同じく、断面幅寸法より遥かに長い長さ寸法を有するもの（即ち、スロット又はトレンチ）が包含される。同様に、「ビア」の深さは、実施形態が違えば異なる。図２Ａ〜２Ｆに、本発明の実施形態により作製された構成を有するワークピースの断面図を示す。図１に示した方法１００の操作を参照して説明する。
【０００８】
図１の方法１００は、サポート２１０の上の基板層２２０（図２Ａ）で始まる。一実施形態において、サポート２１０は、これらに限られるものではないが、ケイ素、ゲルマニウム又は一般的に知られたＩＩＩ−Ｖ化合物半導体材料等の半導体ウェハである。他の実施形態において、サポート２１０は、ガラス、石英又はサファイヤ材料である。基板層２２０は、通常、開口部が最終的に必要な層を含む。基板層は、マスキング層とは区別され、マスキング層は、パターンを基板層に転写するのに用いる一時的な層である。図１に示す例示の実施形態において、図２Ａ〜２Ｆの基板層２２０は、誘電体層であり、窒化物層、ケイ素の酸化物層又は低−ｋ材料層である。他の実施形態において、基板層は、半導体層又は導体層、例えば、ケイ素、ゲルマニウム、タンタル、チタン、タングステン又はその他一般的に知られた材料を含む。更に他の実施形態において、基板層は、更に、業界で一般的に知られた誘電体及び／又は半導体及び／又は導体材料の多層を含んでいてもよい。
【０００９】
図１の操作１０５で、多層マスクが基板上に堆積する。図１に示す実施形態において、多層マスクは、３００℃を超える、好ましくは３５０℃を超える温度に耐え得るパターニング層を含む。一実施形態において、耐熱パターニングフィルムは、ＣＶＤカーボンフィルムである。ＣＶＤカーボン材料は、ｓｐ１、ｓｐ２及びｓｐ３の結合状態のカーボンを含み、熱分解、黒鉛及びダイヤモンドライクカーボンの典型のハイブリッドであるフィルム特性を与える。ＣＶＤカーボン材料は、複数の結合状態を様々な比率で含むため、通常、「アモルファスカーボン」と呼ばれている。図２Ａのアモルファスカーボン層２２５は、多層マスクの第１の層として、基板層２２０上に形成されている。アモルファスカーボン材料は、米国、カリフォルニア州のアプライドマテリアルズ社（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，ＣＡ，Ｕ．Ｓ．Ａ．）より、アドバンスドパターニングフィルム（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  Ｆｉｌｍ）（商標名）（ＡＰＦ）という商品名で市販されている。アモルファスカーボン層２２５は、感光性でないが、プラズマエッチングにより画定されると、上を覆う感光層のパターンを、高信頼性をもって複製する。アモルファスカーボン層２２５は、従来のハードマスク（ケイ素の窒化物又は酸化物を用いる）よりもマスクに厚さを与えるが、アモルファスカーボン層２２５は、感光層を除去するのに用いる同じ方法、例えば、Ｏ２プラズマアッシュにより容易に除去できるため有利である。このように、追加のマスク除去操作が必要ないため、従来のハードマスクプロセスに比べて、プロセスが複雑ではなくなる。一実施形態において、アモルファスカーボン層は、ＰＥＣＶＤプロセスを用いて、１００Å〜３０００Åの厚さに形成された無機カーボン材料である。特定の実施形態において、層２２５の厚さは約２０００Åであり、全体のマスク厚さを画定するのにフォトリソグラフィープロセスを必要とせずに、基板層２２０上のマスクの全体の厚さを増大する。アモルファスカーボン層はまた、窒素又はその他添加剤も含んでいてもよい。さらに、耐熱性によって、誘電体キャッピング層、例えば、誘電体反射防止コーティング（ＤＡＲＣ）を、少なくとも３００℃の典型的な誘電体堆積温度で、アモルファスカーボン層上に堆積することができる。
【００１０】
ＤＡＲＣを含む実施形態は、窒化ケイ素、酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）を用いてもよい。その厚さは、ＤＡＲＣ材料組成の光学特性及びフォトリソグラフィーに用いる波長に応じて異なる。典型的に、ＤＡＲＣは、３００Å〜１００Åであり、特定の実施形態においては、約６００ÅのＳｉＯＮ  ＤＡＲＣを用いる。更なる実施形態において、ＤＡＲＣは、ＣＶＤカーボン堆積と共に、単一堆積システムで、レシピステップとして堆積される。
【００１１】
堆積した多層マスクは、下部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）を含む。図２Ａに示す通り、ＢＡＲＣ２３０は、アモルファスカーボン層２２５上に（又はＤＡＲＣ層上に）適用される。ＢＡＲＣ２３０は、有機材料、例えば、これらに限られるものではないが、ポリアミド及びポリスルホンである。ＢＡＲＣは、感光性層のパターニング中、光の反射を減じ、薄いフォトレジストコーティングにも有用である。ＢＡＲＣ層は、多層マスク２５０の全体の厚さを増大して、下にある基板層２２０のエッチング中の耐エッチング性を改善するからである。通常、ＢＡＲＣ２３０は、露光に用いる光を消すのに十分な厚さを有していなければならず、典型的には、１００Å〜８００Åを超える。１９３ｎｍの実施形態については、厚さは約８００Åである。
【００１２】
ＢＡＲＣ２３０上に、感光性層（フォトレジスト）をコートする。このように、図２Ａに示す通り、フォトレジスト２４０は、ＢＡＲＣ２３０によりアモルファスカーボン層２２５から分離されている。フォトレジスト２４０及びＢＡＲＣ２３０は、「二層」マスクと一般的に呼ばれるものを形成する。一実施形態において、パターン化されたフォトレジスト２４０は、厚さ２０００Å〜６０００Åの通常のアクリレート組成物である。変形実施形態において、パターン化されたフォトレジスト２４０は、厚さ１０００Å〜２０００Åのシロキサン及びシルセスキオキサン（ＳＳＱ）である。
【００１３】
図１の操作１１０において、開口部が、フォトレジスト２４０に、リソグラフィーにより画定される。一実施形態において、図２Ｂを参照すると、フォトレジスト２４０は、通常の１９３ｎｍの露光／現像リソグラフィープロセスによりパターン化されて、１００ｎｍ未満の第１の限界寸法ＣＤＬを有する開口部を画定する。特定の実施形態において、パターン化されたフォトレジスト２４０に、約５０ｎｍ〜９０ｎｍの第１の限界寸法を有する開口部を形成する。図２Ｂに示す通り、有機ＢＡＲＣ２３０は、アモルファスカーボン層２２５と同様に、露光及び現像プロセス後パターン化されないままである。
【００１４】
次に、ＢＡＲＣエッチング操作１２５で、ＢＡＲＣはプラズマエッチングされて、リソグラフィーにより画定された開口部より小さい開口部を、フォトレジストに形成する。図２Ｃを参照すると、ＢＡＲＣプラズマエッチングが実施される。そのプロセス条件は、リソグラフィーにより画定された限界寸法ＣＤＬより小さい、ＢＡＲＣ２３０の下部の限界寸法ＣＤＥを有する開口部を、ＢＡＲＣ２３０に形成するものである。一実施形態において、ＢＡＲＣエッチングプロセス条件を選択して、フォトレジスト２３０の側壁にポリマー２４５を堆積し、フォトレジスト２３０のリソグラフィーにより画定された開口部を、所望のサブリソグラフィー限界寸法ＣＤＥまで収縮させる。ＣＤＥマイナスＣＤＬのデルタは、本明細書ではエッチングバイアスと呼ばれ、ＢＡＲＣにエッチングされた開口部の限界寸法が、フォトレジストのリソグラフィーにより画定された開口部より小さいときは負の数である。特定の実施形態において、ＢＡＲＣが、比較的薄い、典型的には、１０００Å未満であるため、高重合プロセス条件を利用して、ＢＡＲＣエッチング中に、大きなエッチングバイアスを得る。かかる一実施形態において、ＢＡＲＣエッチングプロセス条件を与えて、リソグラフィーにより画定された限界寸法ＣＤＬは、１０ｎｍ〜６０ｎｍ収縮する（即ち、−１０ｎｍ〜−６０ｎｍのエッチングバイアス）。特定の実施形態において、限界寸法収縮は、リソグラフィーにより画定された限界寸法ＣＤＬの少なくとも２０％である。一実施形態において、エッチングバイアスは、約１００ｎｍのＣＤＬを有するリソグラフィーにより画定された開口部については、約−５０ｎｍである。他の実施形態において、ＣＤＬは約５０ｎｍであり、エッチングバイアスは、約−１０ｎｍで、約４０ｎｍのＣＤＥを有するＢＡＲＣエッチング開口部を形成する。
【００１５】
ＢＡＲＣエッチングは、第１のエッチングにより画定される多層マスク２５０であるため、ＢＡＲＣ２３０のＣＤ収縮により、マスクに、アモルファスカーボン２２５及び／又は基板層２２０の続くエッチングがなされる。上述したように、ＢＡＲＣ層は、典型的に１００Å〜５００Åと比較的薄く、ＢＡＲＣのエッチング中の側壁ポリマーの堆積によって、僅かな厚みについて、テーパの付いた断面を生じる。このように、下にある層の後のエッチングにおいて、相当量の側壁のテーパを生じることなく、比較的大量の側壁ポリマーを、ＢＡＲＣエッチング中に堆積することができる。加えて、ＢＡＲＣエッチング中、アスペクト比は比較的低く、エッチングストップ等のプロセスに関する懸念が緩和される。更に、アモルファスカーボン層２２５を用いる実施形態において、ＢＡＲＣ層ＣＤ収縮によって、マスキングポリマーが与えられ、アモルファスカーボン層をエッチングするのに用いる後のプロセスに対して良好な耐エッチング性を与える。これによって、アモルファスカーボン層に、制御可能な略垂直のビア断面が得られる。これらの利点は、断面と低ＣＤ範囲の良好な再現性に寄与する。更に他の利点として、ＢＡＲＣ層ＣＤ収縮は、基板層２２０をエッチングするのに用いるプロセスから独立して、多層マスクのＣＤを減じる手段を提供する。このように、基板層２２０にテーパの付いた側壁を備えたビアを形成するための、基板層２２０エッチングを可能とするプロセスを、ＢＡＲＣ  ＣＤ収縮と組み合わせて、リソグラフィーにより画定されたＣＤより遥かに小さな最終下部ＣＤとしてもよい。
【００１６】
図１のＢＡＲＣエッチング操作１２５で用いたプラズマエッチングプロセスは、プラズマに電圧印加した時に、ＣＦ２を生成可能な重合プロセスガスを含む。ＢＡＲＣのプラズマエッチング中のＣＦ２種の生成は、フォトレジストよりもＢＡＲＣ開口部をＣＤ収縮するのに有利であり、大きなエッチングバイアスを与える。通常、重合プロセスガスの流量を増大すると、ＢＡＲＣエッチングバイアスを増大する効果がある。しかしながら、後述するように、エッチングバイアスの大きさはまた、数多くの他のプロセスパラメータにも依存している。一実施形態において、重合プロセスガスは、完全ハロゲン化された、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）、オクタフルオロシクロペンテン（Ｃ５Ｆ８）、ヘキサフルオロベンゼン（Ｃ６Ｆ６）及びヘキサフルオロブタジエン（Ｃ４Ｆ６）等である。他の実施形態において、重合プロセスガスは、部分的にハロゲン化された、ヘキサフルオロシクロブタノン（Ｃ４Ｆ６Ｏ）及びジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２）等である。特定の実施形態において、重合プロセスガスは、１分当たり５標準立法センチメートル（ｓｃｃｍ）〜５０ｓｃｃｍの流量で、エッチングチャンバに導入されるトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）である。
【００１７】
更なる実施形態において、ＢＡＲＣプラズマエッチング操作１２５は、更に、非重合プロセスガスを含む。通常、非重合プロセスガスは、重合プロセスガスよりも生成されるＣＦ２種が少ない傾向があり、フォトレジスト層及び側壁ポリマー堆積の速度に対して、ＢＡＲＣ層の垂直エッチングレートを制御する更なる手段を提供する。一実施形態において、非重合プロセスガスはＣＦ４である。ＣＨＦ３を５ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍの流量で用いる典型的な実施形態において、０．３：１〜１．５：１のＣＦ４：ＣＨＦ３比を与えるのに十分な流量で、ＣＦ４をエッチングチャンバに導入する。
【００１８】
ＢＡＲＣエッチング操作１２５は、更に、キャリアガスを含んでいてもよい。このガスは、側壁ポリマー形成において役割を果たす。一実施形態において、キャリアガスは、０．３〜１．０の重合プロセスガスに対して流量を有する窒素（Ｎ２）である。更に、変形実施形態において、Ｎ２源はまた、アンモニア（ＮＨ３）であってもよい。変形キャリア及び／又はパッシベーションガスはヘリウム（Ｈｅ）である。
【００１９】
一実施形態において、ＢＡＲＣエッチング操作１２５を低プロセス圧力で実施して、エッチングバイアスの大きさを増大する。発光分析法より、低プロセス圧力が、プラズマ中のＣＦ２種密度を増やすことが分かった。低圧力はまた、バイアス電圧も増大して、イオン方向性を改善し、フォトレジストの側壁への、等方性で堆積した天然ポリマー種の正味の蓄積を多くする。重合プロセスガスのフローレートが減じるにつれて、低プロセス圧力は、エッチングバイアスの大きさに大きく影響する。このように、低重合ガス流量だと、ＢＡＲＣ開口部が、マスキング層より小さくなる量は、特定の圧力範囲にわたって異なる。一実施形態において、プロセス圧力は、２５ミリトル（ｍＴ）未満である。特定の実施形態において、圧力は約１０ｍＴである。
【００２０】
一実施形態において、ＢＡＲＣエッチングプラズマは、容量結合ＲＦ源により電圧印加する。通常、ＢＡＲＣエッチングにおけるエッチングバイアスの大きさは、容量結合源の周波数と電力の両方に応じて異なる。一実施形態において、１００ＭＨｚ〜１８０ＭＨｚの高周波源を用いて、プラズマに電圧印加する。かかる一実施形態においては、１６２ＭＨｚの源を用いる。高周波容量結合源は、低周波源に比べて、特定の電源について、ＢＡＲＣエッチングにおけるエッチングバイアスの大きさを増大し、有利である。高周波容量結合源によって、高イオン密度が可能となり、また、プラズマ中のＣＦ２密度が増大する。ＣＦ２種のこの効率的な生成は、ＢＡＲＣ層における大きなＣＤ収縮に寄与する。これは、側壁への、等方性に堆積した天然ポリマー種の正味の蓄積が多くなることによる。比較的低電源でも有利である。電源が増大すると、フォトレジスト２４０の侵食速度も増大するためである。一実施形態において、高周波源は、直径約３００ｍｍの電極を有するエッチングチャンバ（例えば、３００ｍｍの半導体ウェハに適合されたエッチングツール）に標準化された２００〜４００ワット（Ｗ）の電力を分配する。更なる実施形態において、２〜６０ＭＨｚの周波数で動作する低周波バイアス電力は、１００Ｗ〜４００Ｗの追加の電力をプラズマに与える。低周波バイアス電力の与えるＣＦ２種は少ないが、イオン方向性を与え有利である。特定の実施形態において、２００Ｗから３５０Ｗの電源を分配する１６２ＭＨｚの発生器及び約４００Ｗのバイアス電力を分配する１３．５６ＭＨｚの発生器は、１０ｍＴの圧力で、５０ｓｃｃｍのＣＨＦ３及び５０ｓｃｃｍのＣＦ４に電圧印加して、約５０ｎｍのＣＤ収縮で、約４００Ａ／分のＢＡＲＣエッチングレートでＢＡＲＣ層をプラズマエッチングする。
【００２１】
上述した通り、容量結合源の周波数と電力の両方が、ＢＡＲＣエッチング操作１２５で、エッチングバイアスの大きさに影響する。５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚで動作するような低周波容量結合源を用いて、プラズマに電力印加してよい。一実施形態において、低周波源は、少なくとも４００Ｗの比較的高電力で動作して、ＢＡＲＣエッチング中、大きくＣＤ収縮する。相殺できる電力が大きければ大きいほど、少なくとも部分的に、低周波源と関連したイオン密度及びＣＦ２種密度が低くなる。しかしながら、この低イオン密度及びＣＦ２種密度のために、少なくとも６０ＭＨｚの周波数で動作する容量結合源が有利である。特定の実施形態において、約５００Ｗの電源を分配する６０ＭＨｚのＲＦ発生器は、１０ｍＴの圧力で、５０ｓｃｃｍのＣＨＦ３及び５０ｓｃｃｍのＣＦ４に電圧印加して、約４０ｎｍのＣＤ収縮で、ＢＡＲＣ層をプラズマエッチングする。
【００２２】
重合ＢＡＲＣエッチングプロセスを更に適用して、ＢＡＲＣをエッチングした後、ＤＡＲＣを除去してもよい。上述した通り、ＤＡＲＣを用いる実施形態は、典型的に、ＢＡＲＣ２３０下に４００Å〜６００Åの誘電体を含む。上述した重合ＢＡＲＣエッチングプロセスは、比較的高誘電体エッチングレートを有しているため、薄いＤＡＲＣは即座に除去され、ＢＡＲＣエッチングについて最適なものからプラズマエッチングプロセス条件を変える必要はほとんどない。
【００２３】
次に、図１の操作１３０で、アモルファスカーボン層をエッチングして、多層マスクの画定を完了する。通常、アモルファスカーボン層２２５での大きな断面傾斜を避けるために、エッチングプロセスは、ＢＡＲＣ２３０を保護する側壁ポリマー２４５に対して十分に高い選択性を有していなければならない（図２Ｃに図示）。図２Ｄに示す通り、アモルファスカーボン層２２５をエッチングすると、フォトレジスト層２４０の大半が除去される。フォトレジスト層２４０、アモルファスカーボン層２２５の厚さ、及びＢＡＲＣエッチングとアモルファスカーボンエッチングの両方のフォトレジストに対する選択性に応じて、アモルファスカーボン層エッチング後、多少フォトレジストは残る。厚さ２０００Åのフォトレジスト２４０、厚さ４００ÅのＢＡＲＣ２３０及び厚さ２０００Åのアモルファスカーボン層を用いる特定の実施形態においては、アモルファスカーボン層２２５のエッチング中に、フォトレジスト２４０及びＢＡＲＣ２３０は実質的に全て除去される。重合ＢＡＲＣからのＣＤ収縮は、アモルファスカーボンエッチングからは独立しているため、アモルファスカーボンエッチングのプロセス条件は、重合ＢＡＲＣエッチングのプロセス条件とは別に、最適化してよい。一実施形態において、アモルファスカーボン層２２５へエッチングされた開口部の限界寸法は、ＢＡＲＣ２３０の開口部の減じた限界寸法ＣＤＥに略等しい。重合ＢＡＲＣエッチングから実質的に全てのＣＤ収縮を保持するには、図２Ｄのアモルファスカーボン層２２５を、アルカン、アルケン又はアルキンを含む一般的に知られたアモルファスカーボンエッチングプロセスでエッチングする。かかる一実施形態において、エッチャントは、Ｃ２Ｈ６等の少なくとも２つの炭素を有する炭化水素を含む。２０００Åのアモルファスカーボン層２２５を用いる特定の実施形態において、アモルファスカーボン層２２５を通るビアは、実質的に異方性の断面を有しており、ＣＤＥは約５０ｎｍである。
【００２４】
図１の操作１４０で、重合ＢＡＲＣエッチングより限界寸法ＣＤＥの減じた開口部を有する多層マスクを用いて、メインエッチングを行う。図１に点線で示される通り、多層マスクにアモルファスカーボン層及び／又はＤＡＲＣ層がない場合には、メインエッチングは、重合ＢＡＲＣエッチングプロセス直後に行ってもよい。かかる実施形態において、ＢＡＲＣエッチングからのＣＤ収縮を更に利用して、基板層にエッチングされた開口部のＣＤを収縮してもよい。
【００２５】
図２Ｅに示す通り、メインエッチングで、アモルファスカーボンを含む多層マスクを利用して、ＣＤＬより小さく減じた限界寸法を、基板層２２０に信頼性よく転写する。層の材料組成に応じて、様々な公知のエッチング技術及び化学的性質をメインエッチングに利用してよい。例えば、これに限られるものではないが、窒化ケイ素や酸化ケイ素層のフッ素系プラズマエッチングである。一実施形態において、誘電体層を高異方性プロセスによりエッチングして、ＢＡＲＣ開口部のＣＤＥに略等しい限界寸法を有する開口部とする。かかる一実施形態において、基板層をエッチングして、９０ｎｍを超えるＣＤＬを有するようにリソグラフィーにより画定された開口部を有する多層マスクを用いて、５０ｎｍ未満のＣＤＥを有する開口部とする。他の実施形態において、誘電体層を、テーパのあるビア断面を与えるプロセスによりエッチングして、リソグラフィーにより画定された寸法ＣＤＬとＢＡＲＣ寸法ＣＤＥの両方より小さな下部ＣＤとする。
【００２６】
最後に、操作１５０で、多層マスクの残りの層を除去して、図１の方法１００を終了する。一実施形態において、イン・サイチュのアッシュプロセスを用いて、多層マスクを除去し、操作１２５、１３０及び１４０で利用したのと同じエッチングチャンバで更に実施してもよい。更なる実施形態において、高フローのＯ２を、少なくとも３００Ｗの電源で電圧印加する。バイアス電力は１５０Ｗ未満である。高電源は、アモルファスカーボン層２２５等の残りのマスク層を侵食する。イン・サイチュのアッシュでまた、エッチングシステムを形成して、他のワークピースで方法１００を繰り返す。
【００２７】
一実施形態において、方法１００のプラズマエッチングプロセスは、米国、カリフォルニア州のアプライドマテリアルズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＣＡ，ＵＳＡ）製のＭｘＰ（商標名）、ＭｘＰ＋（商標名）、Ｓｕｐｅｒ−Ｅ（商標名）、ｅＭＡＸ（商標名）又はイネーブラー（Ｅｎａｂｌｅｒ）（商標名）システム等のエッチングシステムで行う。本発明の例示の実施形態を行うのに、他のエッチングチャンバを用いることができるものと考えられる。例示のエッチングシステム３００の断面図を図３に示す。システム３００は、接地されたチャンバ３０５を有する。ワークピース３１０は、開口部３１５を通してロードされ、温度制御されたカソード３２０に留められている。前述したＢＡＲＣエッチングの実施形態で用いるプロセスガス、ＣＨＦ３、Ｎ２及びＣＦ４は、ソース３４６、３４７及び３４８から夫々供給される。プロセスガスは、各マスフローコントローラ３４９を通して、ソースから、チャンバ３０５内部へ供給される。チャンバ３０５は、ターボ分子ポンプを含む高容量真空ポンプスタック３５５に接続された排気バルブ３５０を介して、５ミリトル〜５００ミリトルまで排気される。
【００２８】
ＲＦ電力を印加すると、チャンバ処理領域３６０にプラズマが形成される。特定の実施形態においては、磁気コイル３４０が、チャンバ３０５を囲んでおり、０Ｇ〜１００Ｇの回転磁場を与えて、プラズマ密度を制御する。バイアスＲＦ発生器３２５は、カソード３２０に結合されている。バイアスＲＦ発生器３２５は、バイアス電力を与えて、プラズマに電圧印加する。バイアスＲＦ発生器３２５は、典型的に、約２ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの周波数を有し、特定の実施形態においては、１３．５６ＭＨｚである。ソースＲＦ発生器３３０は、プラズマ発生要素３３５に結合されている。これは、カソード３２０に対して陽極であり、電源を与えて、プラズマに電圧印加する。前述した一実施形態において、イネーブラー（Ｅｎａｂｌｅｒ）（商標名）エッチングシステムは、１６２ＭＨｚで動作するソースＲＦ発生器を与え、ＢＡＲＣエッチング操作中、開口部のＣＤを収縮する。通常、バイアス電力は、ワークピース３１０のバイアス電圧に影響して、ワークピース３１０のイオン衝突を制御する。一方、電源は、ワークピース３１０のバイアスからは比較的独立してプラズマ密度に影響する。図１のＢＡＲＣエッチング操作１２５で前述した通り、プラズマが発生する特定の組み合わせの入力ガスのエッチング性能は、プラズマ密度及びウェハバイアスにより大きく違う。このように、プラズマに電圧印加する電力の量と源（ソース又はバイアス）の両方が重要である。前述した他の実施形態において、ｅＭａｘ（商標名）エッチングシステムは、６０ＭＨｚで動作するソースＲＦ発生器及び比較的高い電源を提供して、ＢＡＲＣエッチング操作中、開口部のＣＤを収縮する。
【００２９】
大きなワークピースを収容するために、電極の直径は、長い間に、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ等と進んできたため、業界においては、プラズマエッチングシステムのソース及びバイアス電力を電極面積に対して標準化するのが一般的である。本明細書全体にわたって、ワット（Ｗ）については、直径３００ｍｍの丸い電極で設計されたシステムに関してのものであるため、電力は全て、適切な電極サイズ及び形状に合わせるものとする。
【００３０】
本発明の一実施形態において、システム３００は、コントローラ３７０によりコンピュータ制御されて、バイアス電力、ソース電力、磁場強度、ガスフロー、圧力、カソード温度及びその他プロセスパラメータを制御する。コントローラ３７０は、汎用データ処理システムの任意の形態の１つであってよく、様々なサブプロセッサ及びサブコントローラを制御するための工業環境で用いることができる。通常、コントローラ３７０は、メモリ３７３及び入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路３７４、特に共通のコンポーネントと通信する中央演算装置（ＣＰＵ）３７２を含む。ＣＰＵ３７２により実行されるソフトウェアコマンドによって、システム３００は、ＣＨＦ３等の重合プロセスガスにより、例えば、１０ｍＴの低圧で、例えば、４００Ｗ未満を生成する、１６２ＭＨｚの高周波電源で、電圧印加されたＢＡＲＣ層をエッチングする。ＣＰＵ３７２により実行されるソフトウェアコマンドによって、システム３００に、アモルファスカーボン層をエッチングさせ、誘電体層をエッチングさせ、本発明による他のプロセスを実施させてもよい。本発明の一部を、ストアされた命令を有するコンピュータ読取り可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品として提供してもよい。これを用いて、コンピュータ（又はその他電子装置）をプログラムして、高周波容量結合プラズマ源により電圧印加されたＢＡＲＣ層を、重合プロセスガスにより、低圧でエッチングし、アモルファスカーボン層をエッチングし、誘電体層をエッチングし、本発明による他のプロセスを実施してよい。コンピュータ読取り可能な媒体としては、フロッピーディスク、光学ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク読取り専用メモリ）、磁気光学ディスク、ＲＯＭ（読取り専用メモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能プログラム可能読取り専用メモリ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能なプログラム可能読取り専用メモリ）、磁石又は光学カード、フラッシュメモリ、その他一般的に知られたタイプの電子命令をストアするのに好適なコンピュータ読取り可能媒体が挙げられるが、これらに限られるものではない。更に、本発明はまた、コンピュータプログラム製品としてダウンロードしてもよく、プログラムは、遠隔コンピュータから、要求元コンピュータまで転送される。
【００３１】
本発明を構造的な構成及び／又は方法論的作用に特有の言葉で説明してきたが、添付の特許請求の範囲に定義された本発明は、説明した特有の構成又は作用に必ずしも限定されるものではないものと考えられる。開示された特有の構成及び作用は、本発明を限定するのではなく、例示しようとする、権利請求された本発明の特に率直な実施として考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明の実施形態を添付図面により例として示すが、これらに限られるものではない。
【図１】本発明の特定の実施形態による基板層中の開口部のエッチング方法のフローチャートである。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による多層マスク堆積後の基板の断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による多層マスクの層の１つにリソグラフィーにより画定された開口部を備えた、図２Ａの基板の断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による多層マスクの層の有機反射防止層にエッチングされた開口部を備えた、図２Ａの基板の断面図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による多層マスクのアモルファスカーボン層にエッチングされた開口部を備えた、図２Ａの基板の断面図である。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態による多層マスクによりパターン化された基板層にエッチングされた開口部を備えた、図２Ａの基板の断面図である。
【図２Ｆ】本発明の一実施形態による多層マスク除去後の図２Ａの基板の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による方法を実施するためのプラズマエッチングシステムの概略断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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