(57)【要約】集積回路の限界寸法を制御するために、トリム工程を使って基板を蝕刻する方法を開示する。或る実施形態では、本蝕刻方法には、対象層 (120) の上に第一のハードマスク層(130) を設けるステップと、第一のハードマスク層(130) の上に第二のハードマスク層 (140) を設けるステップと、第二のハードマスク層 (140) の上にフォトレジスト層 (150) を設けるステップと、フォトレジスト層 (150) にパターンを形成するステップと、このパターンを第二のハードマスク層 (140) へと転写するステップと、第二のハードマスク層 (140) をその上面にフォトレジスト層 (150) を載せたままトリムするステップと、が含まれる。トリム蝕刻の間は、第二のハードマスク層(140) の上面はフォトレジスト (150) で保護され、対象層 (120) はその上に在るハードマスク層 (130) で保護されるので、強作用なトリム蝕刻が可能である。【選択図】図１Ｄ
2009529784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路のための蝕刻方法であって、
対象層の上に、第一のハードマスク層を設けるステップと、
前記第一のハードマスク層の上に、第二のハードマスク層を設けるステップと、
前記第二のハードマスク層の上に、レジスト層を設けるステップと、
前記レジスト層にパターンを形成するステップと、
前記パターンを、前記第二のハードマスク層へと転写するステップと、
前記第二のハードマスク層を、前記第二のハードマスク層の上面に前記レジスト層を載せたままトリムするステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記対象層が、
絶縁体、半導体、および金属からなる群から選択される材料
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項３】
前記第一のハードマスク層が、非晶質炭素層を含む、請求項1記載の方法。
【請求項４】
前記第一のハードマスク層が、有機下地層を含む、請求項1記載の方法。
【請求項５】
前記第一のハードマスク層の厚さが、約200Åから約20,000Åの範囲である、請求項1記載の方法。
【請求項６】
前記第一のハードマスク層のアスペクト比が、約20:1未満である、請求項1記載の方法。
【請求項７】
前記第二のハードマスク層が、無機層を含む、請求項1記載の方法。
【請求項８】
前記無機層が、反射防止絶縁膜（DARC）を含む、請求項7記載の方法。
【請求項９】
前記無機層が、
酸窒化珪素、酸化珪素、もしくは窒化珪素からなる群から選択される材料
を含む、請求項7記載の方法。
【請求項１０】
前記第二のハードマスク層が、珪素含有有機層を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
前記第二のハードマスク層の厚さが、約50Åから約1,000Åの範囲である、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
前記レジストが、
157nmフォトレジスト、193nmフォトレジスト、および248nmフォトレジストからなる群から選択されるフォトレジスト
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１３】
前記パターンを前記第二のハードマスク層へと転写するステップが、
異方性蝕刻工程を用いるステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１４】
前記異方性蝕刻工程を用いるステップが、
弗化炭素を用いたプラズマを使うステップ
を含む、請求項13記載の方法。
【請求項１５】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層の特徴的構造の巾を、約10Å以上縮めるステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１６】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層を、前記レジスト層および前記第一のハードマスク層に対して選択的に蝕刻するステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１７】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層を、前記第一のハードマスク層の蝕刻速度の約一倍から千倍までの速度で蝕刻するステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１８】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層を、秒あたり約1Åから10Åまでの速度で蝕刻するステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１９】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層を等方性蝕刻するステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項２０】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層をプラズマで蝕刻するステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項２１】
前記プラズマが、弗素含有プラズマを含む、請求項20記載の方法。
【請求項２２】
前記プラズマが、
NF3 を用いたプラズマ、および SF6 を用いたプラズマからなる群から選択されるプラズマ
を含む、請求項21記載の方法。
【請求項２３】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
湿式蝕刻工程を使うステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項２４】
前記湿式蝕刻工程を使うステップが、
緩衝酸化物蝕刻工程を使うステップ
を含む、請求項23記載の方法。
【請求項２５】
前記緩衝酸化物蝕刻工程が、
HF 、 NH4F 、および H2O を含む蝕刻剤を使うステップ
を含む、請求項24記載の方法。
【請求項２６】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを、前記第一のハードマスク層へと転写するステップ
をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項２７】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
高密度プラズマ蝕刻工程を用いるステップ
を含む、請求項26記載の方法。
【請求項２８】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
前記第一のハードマスク層を、前記第二のハードマスク層の蝕刻速度の約五倍以上の速度で蝕刻するステップ
を含む、請求項27記載の方法。
【請求項２９】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
前記第一のハードマスク層を、硫黄および酸素を用いたプラズマを使って蝕刻するステップ
を含む、請求項26記載の方法。
【請求項３０】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
流量10sccmから75sccmの範囲で二酸化硫黄を処理室に流し入れるステップ
を含む、請求項29記載の方法。
【請求項３１】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
流量20sccmから60sccmの範囲で二酸化硫黄を処理室に流し入れるステップ
を含む、請求項30記載の方法。
【請求項３２】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
流量10sccmから100sccmの範囲で酸素を前記処理室に流し入れるステップ
をさらに含む、請求項30記載の方法。
【請求項３３】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
アルゴンを前記処理室に流し入れるステップ
をさらに含む、請求項30記載の方法。
【請求項３４】
底部反射防止膜（BARC）層を、前記第二のハードマスク層の上に設けるステップ
をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項３５】
前記底部反射防止膜層の厚さが、約200Åから約500Åの範囲である、請求項34記載の方法。
【請求項３６】
前記集積回路の装置が、メモリを含む、請求項1記載の方法。
【請求項３７】
前記集積回路の装置が、マイクロプロセッサを含む、請求項1記載の方法。
【請求項３８】
前記レジスト層が、インプリントリソグラフィレジストを含む、請求項1記載の方法。
【請求項３９】
集積回路用のマスキング構造体であって、
対象層の上につくられた、第一のハードマスク層と、
前記第一のハードマスク層の上につくられ、且つ前記第一のハードマスク層を蔽うように構築されたマスキング部位を具えたパターンを有する、第二のハードマスク層と、
前記第二のハードマスク層の上につくられ、且つ前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位に対応したマスキング部位を具えたパターンを有する、レジスト層と
を含み、ここで、
前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位の露出した側面の各々の平均粗さが、50Årms未満である
ことを特徴とする、マスキング構造体。
【請求項４０】
前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位の露出した側面の各々の平均粗さが、約10Årmsから約50Årmsの範囲である、請求項39記載のマスキング構造体。
【請求項４１】
前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位の巾が、前記レジスト層の前記対応するマスキング部位の巾とほぼ等しい、請求項39記載のマスキング構造体。
【請求項４２】
前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位の巾が、前記レジスト層の前記対応するマスキング部位の巾よりも狭い、請求項39記載のマスキング構造体。
【請求項４３】
前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位の前記露出した側面の各々が、前記レジスト層の下に5Å以上奥まっている、請求項42記載のマスキング構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路組立の分野に関し、特に、集積回路の限界寸法を制御するトリム工程に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業のもとで、集積回路（IC）装置の高速化・小型化・効率向上が進められてきた。この傾向は、チップ上の集積回路密度を上げる組立技術の発展にしたがい継続中である。
【０００３】
限界寸法（critical dimension; CD）を縮めることは、集積回路密度の向上にかかわる重要な点のひとつである。限界寸法とは、半導体装置の製造中に形成できる寸法的に最小な特徴的構造（フィーチャ）の大きさ（相互接続線や接点や溝の巾、など）のことである。部品の小型化と、回路の高速化・効率化を促進するには、限界寸法の縮小が欠かせない。
【０００４】
CDを縮小するには、短波長の光を使った光刻法（フォトリソグラフィ）を用いるやりかたがある。しかし光の波長を短くするにつれて、フォトレジスト材料は光を通さなくなってゆく。つまり現行の光刻技術では、CDの縮小に限度があるのである。
【０００５】
CDを縮小する別のやりかたとしては、フォトレジストパターンを、該パターンを光刻工程によって形成した後に、蝕刻工程でトリムするか縮める、というものがある。トリム工程が使われるのは通常、特徴的構造の端部の粗を取ったり、特徴的構造の大きさを縮めたり、かつ／あるいは、特徴的構造間の間隔を拡げたりするためである。しかし、小さいCDを有する下地層もしくは下部構造を蝕刻する場合に、そうしたフォトレジストだけを使っていると何かと問題が起きてしまいがちである。基板を深く蝕刻して小型の特徴的構造を劃定しようとすると、蝕刻工程が完了する頃にはフォトレジストパターンが蝕刻によって変化してしまっている。すると、所望のパターンの外にまで基板が蝕刻されてしまう。蝕刻が悪いと、装置の性能に欠陥が生じたり、歩留りが悪くなったりする可能性がある。こうした問題を回避するため、ハードマスクを使って、パターンをフォトレジストから基板へと転写することが行われてきた。
【０００６】
CDを縮小するためのなおも別のやりかたとしては、フォトレジストからパターンを転写した後であって且つそのパターンを基板に転写する前の時点で、蝕刻工程によってハードマスクを縮小もしくはトリムすることがある。しかしながらこのやりかたに問題がないわけではない。ハードマスクのパターン巾を縮めると、ハードマスクの厚みもまた縮みうる。U.S. Patent No. 6,420,097には、フォトレジストの下に選択的にハードマスクを奥まらせて設ける工程が示されている。しかし、ハードマスクを縮める際には、そのハードマスクの下地である目的とする基板もしくは層もまた、ハードマスクの開口部を介してハードマスク蝕刻剤を浴びることになってしまう。この問題により、強作用蝕刻工程をCD縮小に使えなくなってしまっている。さらには、この工程では、奥まらせることが可能であるような特定の材料しか使えないという制限があり、ひいては所望の寸法からの逸脱まで起こしてしまう可能性がありえる。
【発明の開示】
【０００７】
本発明の或る特徴として、集積回路のための蝕刻方法が開示される。本方法には、対象層の上に第一のハードマスク層を設けるステップと、第一のハードマスク層の上に第二のハードマスク層を設けるステップと、第二のハードマスク層の上にフォトレジスト層を設
けるステップと、フォトレジスト層にパターンを形成するステップと、パターンを第二のハードマスク層へと転写するステップと、フォトレジスト層を上面に載せたまま第二のハードマスク層をトリムするステップと、が含まれる。
【０００８】
上記の方法では、対象層に絶縁体、半導体、および金属からなる群から選択される材料を含めてもよい。第一のハードマスク層には非晶質炭素層を含めてもよい。第一のハードマスク層には有機下地層を含めてもよい。第一のハードマスク層の厚さは、約200Åから約20,000Åの範囲にできる。第一のハードマスク層のアスペクト比は、約20:1未満にできる。
【０００９】
上述した方法では、第二のハードマスク層が、無機層を含んでもよい。無機層は、反射防止絶縁膜（DARC）を含んでもよい。無機層は、酸窒化珪素、酸化珪素、もしくは窒化珪素からなる群から選択される材料を含んでもよい。第二のハードマスク層が、珪素含有有機層を含んでもよい。第二のハードマスク層の厚さは、約50Åから約1,000Åの範囲にできる。本方法では、フォトレジスト層が、13.5nmフォトレジスト、157nmフォトレジスト、193nmフォトレジスト、および248nmフォトレジストからなる群から選択されるフォトレジストを含んでもよい。
【００１０】
上述した方法では、パターンを第二のハードマスク層へと転写するステップが、異方性蝕刻工程を用いるステップを含んでもよい。この異方性蝕刻工程を用いるステップが、弗化炭素を用いたプラズマを使うステップを含んでもよい。本方法では、第二のハードマスク層をトリムするステップが、第二のハードマスク層の特徴的構造の巾を、約10Å以上縮めるステップを含んでもよい。本方法では、第二のハードマスク層をトリムするステップが、その第二のハードマスク層の特徴的構造の巾を約10Å以上縮めるステップを含んでもよい。第二のハードマスク層をトリムするステップが、その第二のハードマスク層をフォトレジスト層および第一のハードマスク層に対して選択的に蝕刻するステップを含んでもよい。第二のハードマスク層をトリムするステップが、その第二のハードマスク層を、第一のハードマスク層の蝕刻速度の約一倍から千倍までの速度で蝕刻するステップを含んでもよい。第二のハードマスク層をトリムするステップが、その第二のハードマスク層を秒あたり約1Åから10Åまでの速度で蝕刻するステップを含んでもよい。
【００１１】
本方法では、第二のハードマスク層をトリムするステップが、その第二のハードマスク層を等方性蝕刻するステップを含んでもよい。第二のハードマスク層をトリムするステップが、その第二のハードマスク層をプラズマで蝕刻するステップを含んでもよい。こうしたプラズマが、弗素含有プラズマを含んでもよい。またこうしたプラズマが、 NF3 を用いたプラズマ、および SF6 を用いたプラズマからなる群から選択されるプラズマを含んでもよい。あるいは別の手法として、第二のハードマスク層をトリムするステップが、湿式蝕刻法を使うステップを含んでもよい。こうした湿式蝕刻法を使うステップが、緩衝酸化物蝕刻法を使うステップを含んでもよい。こうした緩衝酸化物蝕刻法を使うステップが、 HF 、 NH4F 、および H2O を含む蝕刻剤を使うステップを含んでもよい。
【００１２】
上述した方法には、第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを第一のハードマスク層へと転写するステップ、をさらに含めてもよい。第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを第一のハードマスク層へと転写するステップは、高密度プラズマ蝕刻工程を用いるステップを含んでもよい。第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを第一のハードマスク層へと転写するステップが、第一のハードマスク層を、第二のハードマスク層の蝕刻速度の約五倍以上の速度で蝕刻するステップ、を含んでもよい。第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを第一のハードマスク層へと転写するステップが、その第一のハードマスク層を、硫黄および酸素を用いたプラズマを使って蝕刻するステップ、を含んでもよい。第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを第一のハードマスク層へと転写するステップが、流量10sccmから75sccmの範囲で二酸化硫黄を処理室に流し入れるステップ、を含んでもよい。第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを第一のハードマスク層へと転写するステップが、流量20sccmから60sccmの範囲で二酸化硫黄を処理室に流し入れるステップ、を含んでもよい。第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを第一のハードマスク層へと転写するステップが、流量10sccmから100sccmの範囲で酸素を処理室に流し入れるステップ、をさらに含んでもよい。第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを第一のハードマスク層へと転写するステップが、アルゴンを処理室に流し入れるステップ、をさらに含んでもよい。
【００１３】
上述した方法には、底部反射防止膜（BARC）層を第二のハードマスク層の上につくるステップ、をさらに含めてもよい。この底部反射防止膜層の厚さは、約200Åから約500Åの範囲にできる。
【００１４】
本発明の別の特徴として、集積回路を製造するための方法が開示される。この方法には、基板の上に第一のハードマスクを設けるステップと、第一のハードマスクの上に第二のハードマスクを設けるステップと、パターンを具えたレジストを第二のハードマスクの上に設けるステップと、レジストのパターンを使って第二のハードマスクを異方性蝕刻するステップと、第二のハードマスクの上面に載ったレジストを使って第二のハードマスクを等方性蝕刻するステップと、が含まれる。
【００１５】
本方法では、集積回路の装置が、メモリを含んでもよい。集積回路の装置は、マイクロプロセッサを含んでもよい。レジスト層が、フォトレジストおよびインプリントリソグラフィレジストからなる群から選択される材料を含んでもよい。
【００１６】
本発明の別の特徴として、集積回路装置の限界寸法を制御するためのトリム工程が開示される。こうしたトリム工程には、基板上に第一のハードマスクを設けて、パターンを具えた第二のハードマスクの下に第一のハードマスクが来るようにすることで、トリム工程中に基板を保護するステップと、レジストを第二のハードマスクの上面に設けることで、トリム工程中に第二のハードマスクの上面を保護するステップと、が含まれる。
【００１７】
本発明のなおも別の特徴として、集積回路用のマスキング構造体（保護構造体）が開示される。こうした保護構造体には、対象層の上につくられた第一のハードマスク層と、第一のハードマスク層の上につくられ且つ第一のハードマスク層を蔽うように構築されたマスキング部位（保護部位）を具えたパターンを有する第二のハードマスク層と、第二のハードマスク層の上につくられ且つ第二のハードマスク層のマスキング部位に対応したマスキング部位を具えたパターンを有するレジスト層と、が含まれる。このマスキング構造体では、第二のハードマスク層のマスキング部位の露出した側面の各々の平均粗さが、50Årms未満であってもよい。また、第二のハードマスク層のマスキング部位の露出した側面の各々の平均粗さが、約10Årmsから約50Årmsの範囲であってもよい。
【００１８】
上述したマスキング構造体では、第二のハードマスク層のマスキング部位の巾が、レジスト層の対応するマスキング部位の巾とほぼ等しくなってもよい。別の手法として、第二のハードマスク層のマスキング部位の巾が、レジスト層の対応するマスキング部位の巾よりも狭くなってもよい。また、第二のハードマスク層のマスキング部位の露出した側面の各々が、レジスト層の下で5Å以上奥まってもよい。
【００１９】
本発明のなおも別の特徴として、集積回路の製造方法が開示される。本方法には、上述したマスキング構造体を、添加法、酸化法、窒化法、および選択的堆積法からなる群から選択される工程に使用するステップが含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本文書の文脈では、「半導体基板」（"semiconductor substrate"）という語は、半導体材料を有する任意の構造物を意味すると定義する。こうした半導体材料としては、バルク半導体材料（半導体ウェハなど；単独でもよいし他の材料と組み合わせた部材であってもよい）、ならびに、半導体材料層（単独でもよいし他の材料と組み合わせた部材であってもよい）が含まれるが、これらに限定はされない。「基板」（"substrate"）という語は任意の支持物を指し、上述した半導体基板を含むがそれに限定はされない。本文書の文脈ではまた、「層」（"layer"）という語が、特に他に定めないかぎり、単数形と複数形のどちらも包摂している。本明細書では、「有機」（"organic"）という語は、炭素および炭素含有材料を指し、ゆえに非晶質炭素も含み、ひいてはフォトレジストも含んでいる。また本明細書では、「硫黄酸化物」（"sulfur oxide"）とは、硫黄と酸素の組み合わせから本質的に成る任意の化合物（例えば二酸化硫黄）を指す。
【００２１】
「対象層」（"target layer"）という語は、本明細書では、その上に被せたハードマスクにつくったパターンに応じて、半導体の装置、構成部、もしくは部品が形成されるかまたは処理される層のことを指す。対象層は上述した半導体基板の一部であってもよい。対象層は、金属、半導体、および／もしくは絶縁体から作成できる。こうした対象層には、集積回路装置の一部（メモリやマイクロプロセッサなど）を形成できる。ここでは好ましい実施形態として、ハードマスクパターンを対象層へと転写することといった、ハードマスクを介して「処理」を施すことを記載してはいる。だが当業者は、他の実施形態群での処理が、例えば、ハードマスクを介しての酸化法、窒化法、選択的堆積法、添加法などを含むことが可能である、と理解できる。
【００２２】
「トリムする」（"trimming"）という語は、本明細書では、層の粗さを横方向（基板の面に平行な方向; lateral direction）に整えることか、または、層に在る特徴的構造の巾を横方向に縮めることを指す。この語は「縮める」（"shrinking"）と同義に使っている。
【００２３】
パターンを第一のレベル（平面）から第二のレベルへと転写するステップには、第一のレベルに在る特徴的構造にほぼ対応した特徴的構造を、第二のレベルにつくるステップが包含される、ということが当業者には正しく理解できる。例えば、第二のレベルに在る線路は、第一のレベルに在る線路をだいたいなぞることになる。ならびに、第二のレベルに在る他の特徴的構造の位置も、第一のレベルの同様の特徴的構造の位置に応じることになる。とは云え、トリム工程と成長工程を経るので、特徴的構造の正確な形状および大きさが、第一のレベルから第二のレベルに写るときに変わることがある。例えば、転写されたパターンをつくりだす特徴的構造の大きさと、特徴的構造同士の相対的間隔を、蝕刻化合物（etch chemistries）と条件に依って、第一のレベルに在るパターンに較べて拡げたり縮めたりでき、しかもその転写されたパターンは、同じ当初の「パターン」に似た状態のままとなる。
【００２４】
〔蝕刻工程の概要〕
図１Ａから図１Ｆには、本発明の或る実施形態にかかる、集積回路のための蝕刻方法を図解してある。図１Ａでは、対象層 120 を基板 110 の上に設けている。その後、第一のハードマスク層 130 を対象層 120 の上に設ける。第二のハードマスク層 140 を、第一のハードマスク層 130 の上に設ける。第二のハードマスク層 140 は、第一のハードマスク層 130 よりも薄いのが好ましい。加えて、第二のハードマスク層 140 をつくる材料は、第一のハードマスク層 130 の材料とは異なる。最後にフォトレジスト層 150 を第二のハードマスク層 140 の上に設ける。
【００２５】
図１Ｂでは、従来の光刻技術などのリソグラフィ法を使って、パターンをフォトレジス
ト層 150 に形成している。その後にこのパターンを、蝕刻工程を用いて第二のハードマスク層 140 へと転写する（図１Ｃ参照）。そうしてから等方性蝕刻工程を施して、第二のハードマスク層 140 の上面にフォトレジスト層 150 を載せたまま、第二のハードマスク層 140 をトリムする言い換えれば縮める（図１Ｄ参照）。
【００２６】
続いて、第二のハードマスク層140 に在るパターンを、第一のハードマスク層 130 へと転写する（図１Ｅ参照）。或る実施形態においては、 SO2 を用いたプラズマ乾式現像蝕刻（dry develop etch; DDE）を使って、第一のハードマスク層 130 にパターンを転写できる。乾式現像蝕刻法を用いて第一のハードマスク層 130 を蝕刻して、対象層 120 を蝕刻するためのハードマスクをつくりだす。次に、示した実施形態では、第一のハードマスク層 130 を使って対象層 120 を処理する（図１Ｆ参照）。蝕刻した第二のハードマスク層 140 は、（図示したように）適所に残しておいてもよいし、あるいは、ハードマスクを介して対象層120 を処理する前に除去してもかまわない。上述した工程の各々について、以下に詳細を述べてゆく。
【００２７】
〔ハードマスク層の作成〕
図１Ａには、或る実施形態に応じて、これから作成する集積回路（IC）の部分 100 を示してある。基板 110 は部分 100 の底に置かれる。示した実施形態では、基板 110 は珪素（シリコン）基板である。他の実施形態群では、基板 110 を別の種類の半導体材料からつくってもよい。
【００２８】
対象層 120 を基板 100 の上につくる。この対象層 120 には、IC製造工程を経て、ICの種々の構成部、部品、および構造体がつくられることになる。そうした構成部、部品、および構造体の例としては、トランジスタ、キャパシタ、抵抗、ダイオード、導電線、電極、スペーサー、溝、などがある。対象層の材料の種類は、対象層 120 につくろうとする装置の種類に応じて変わってくる。対象層の材料の例としては、絶縁体、半導体、および金属があるが、これらに限定はされない。
【００２９】
第一のハードマスク層 130 を、対象層 120 の上につくる。第一のハードマスク層 130
は、処理（蝕刻など）にかけようとする構造体の上に在る。第一のハードマスク層 130 によりパターンがつくられ、このパターンを対象層 120 へと転写することになる。第一のハードマスク層 130 は、有機材料からつくることができる。示した実施形態では、第一のハードマスク層 130 を非晶質炭素からつくる。好ましい非晶質炭素の種類は、下地層への光配向が容易な無色透明な炭素である。第一のハードマスク層 130 は厚いほうが好ましいので、不透明な膜では光配向を妨げてしまうと考えられる。
【００３０】
他の実施形態群においては、第一のハードマスク層 130 を、重合材料からつくってもよい。こうした重合材料を、フォトレジスト下地層として使ってもかまわない。この重合材料は、従来のフォトレジストに比して炭素成分が多い有機材料であるのが好ましい。こうした重合材料の例は、U.S. 6,890,448に開示されており、この文献は参照により本開示に含まれる。または、重合材料が、AR系列反射防止材（Shipley Company, Marlborough, MA から市販されている）であってもよい。
【００３１】
第一のハードマスク層 130 を充分に厚くして、対象層 120 の処理を向上できるようにするのが好ましい。第一のハードマスク層 130 の厚さは、約200Åから約20,000Åの範囲が好ましく、約500Åから約10,000Åの範囲がもっと好ましい。厚い第一のハードマスク層 130 は、ハードマスクを介しての処理に能く耐える。しかしながら第一のハードマスク層の厚さは、そのアスペクト比に依存している。第一のハードマスク層 130 のアスペクト比は、約20:1未満にするのが力学的安定性の見地から好ましい。
【００３２】
第二のハードマスク層 140 を、第一のハードマスク層 130 の上につくる。第二のハードマスク層 140 によって、第一のハードマスク層 130 へと転写することになるパターンがつくられる。第二のハードマスク層 140 でつくられるパターンの線巾は、フォトレジスト層 150 のパターンの線巾よりも狭くするのが好ましい。
【００３３】
第二のハードマスク層 140 は、無機材料もしくは珪素含有有機層からつくることができる。示した実施形態では、第二のハードマスク層 140 を、反射防止絶縁膜（DARC）からつくってもよく、例えば珪素分の多い酸窒化珪素（SiOxNy）から作成できる。DARC層が含む珪素の量は、層の総重量を基準にして約30wt%から約80wt%の範囲とできる。好ましくは、DARC層の含む珪素の量は、層の総重量を基準にして約35wt%から約70wt%の範囲である。別の実施形態においては、第二のハードマスク層 140 を、珪素、酸化珪素（SiO2）、もしくは窒化珪素（Si3N4）からつくってもよい。
【００３４】
別の実施形態では、第二のハードマスク層 140 を、珪素含有有機材料からつくってもよい。こうした珪素含有有機材料は、第一のハードマスク層 130 の作成に使用できる材料とは異なっている。珪素含有有機層の含む珪素の量は、層の総重量を基準にして約10wt%から約35の範囲である。例示的な珪素含有有機材料は、SHB-A629（信越）である。第二のハードマスク層 140 の厚さは、約50Åから約1,000Åの範囲であるのが好ましく、約100Åから約700Åの範囲であるのがより好ましい。
【００３５】
〔フォトレジスト層の作成とパターン化〕
図１Ａに話を戻して、フォトレジスト層 150 を第二のハードマスク層 140 の上につくる。示した実施形態においては、光刻法に通常使われる光の波長（248nm、193nm、157nm、および13.5nmなど）に対して感受性を持つようなフォトレジストから、フォトレジスト層 150 をつくることができる。フォトレジスト層 150 の厚さは、約500Åから約3,000Åの範囲であるのが好ましく、約1,000Åから約2,000Åの範囲であるのがより好ましい。図１Ｂでは、任意の適切なフォトレジスト処理法を使って、フォトレジスト層 150 をパターン化してある。
【００３６】
他の実施形態群においては、ウェハ上にパターン描画するための他の種類のリソグラフィ法に使われるレジストから、レジスト層 150 をつくってもよい。こうしたリソグラフィ法の例としては、紫外（UV）光刻法、極紫外（EUV）光刻法、X線刻法、およびインプリント・コンタクト・リソグラフィ（圧印式接触刻法）といったものがあるが、これらに限定はされない。
【００３７】
図３Ａでは、第二のハードマスク層 340 とフォトレジスト層 350 との間に任意に、底部反射防止膜（BARC）層 360 を作成できることを示してある。BARCは通常は有機物であって、フォトレジストを活性化させてしまう紫外（UV）放射の反射を抑止することで、解像度を高めるものである。BARCは広汎に利用可能であり、普通は用いるレジスト材料とUV波長に基づいて選択することになる。BARCは通常はポリマーを基盤としたものであって、付随するフォトレジストに沿って除去するのが普通である。任意付加であるBARC層 360 の厚さは、約200Åから500Åの範囲であるのが好ましく、約300Åから約400Åの範囲であるのがより好ましい。
【００３８】
〔第二のハードマスクへのパターン転写〕
フォトレジスト 150 につくったパターンを第二のハードマスク 140 へと転写するに際しては、プラズマ蝕刻工程を使うのが好ましく、高密度プラズマ蝕刻工程を使うのがもっとも好ましい。プラズマ蝕刻工程は、異方性蝕刻工程であるのが好ましい。
【００３９】
図１Ｃでは、パターンをフォトレジスト層 150 から第二のハードマスク層 140 へと転
写してある。この転写を行うにあたっては、処理室内で弗化炭素プラズマ乾式蝕刻法を施すのが好ましい。乾式蝕刻法（好ましくは高密度プラズマを用いる）を使うと、レジスト要素の寸法に忠実に、第二のハードマスク層 140 のパターン化が可能である。電力レベルと流量は、択んだ処理室に応じて変更できる。好ましい処理室としては、Lam Research Corp. (Fremont, CA) のTCP9400 poly etch chamberおよびTCP2300 poly etch chamber や、Applied Materials Corp. (Santa Clara, CA) のDPS2 poly etch chamberなどがある。パターンをフォトレジスト層 150 から第二のハードマスク層 140 へと転写するために使える蝕刻法が何種類もあるということを、当業者は正しく理解できる。
【００４０】
第二のハードマスク 140 の蝕刻に用いた処理室にて、その次の工程段階で、第二のハードマスク層 140 のトリム言い換えれば縮めを行うのが好ましい。第二のハードマスク層 140 を蝕刻した後、転写工程中に処理室をパージ（一掃）する。イオン化電力は処理室にかけたままにするが、バイアス電力は切っておく。第二のハードマスク層 140 の蝕刻に使ったプラズマを、処理室からパージ（一掃）する。
【００４１】
〔第二のハードマスクのトリム処理〕
図１Ｄと図４では、フォトレジスト層 150 を上面に載せたまま、第二のハードマスク層 140 を縮めて（トリムして）いる。トリム工程では、横方向に蝕刻を起こして、限界寸法を縮める。このトリム工程ではまた、特徴的構造の縁部の粗を均している。第二のハードマスク層の縁部の平均粗さ（Ra）は、約10Årmsから約100Årmsの範囲であるのが好ましい。こうしたトリム工程を行うにあたっては、等方性蝕刻法を使うのが好ましい。
【００４２】
図４では、トリム工程に入る前の時点でのフォトレジスト層 150 および第二のハードマスク層140 を、点線で示してある。第二のハードマスク層140 の元の線巾は L であった。トリム工程の後には、第二のハードマスク層 140 の線巾は L' に縮んでいる。第二のハードマスク層 140 の線巾を、約10Å以上縮めるのが好ましい。言い換えると、当初の線巾 L と縮んだ線巾 L' との差が、約10Å以上あるのが好ましいということである。蝕刻の及ぶ範囲という観点から考えれば、第二のハードマスク層 140 の露出した側面の各々が、横方向に5Å以上蝕刻除去されるということである。或る実施形態では、75nmだった線巾を64nmに縮めている。別の実施形態では、77nmだった線巾を67nmに縮めている。
【００４３】
〔乾式蝕刻によるトリム工程〕
SiOxNyもしくは SiN を含んだ第二のハードマスク層 140 を縮めるには、等方性プラズマ乾式蝕刻法が使える。トリム工程で使われる蝕刻剤には、第二のハードマスク層 140 を選択的に蝕刻できて、しかも第一のハードマスク層 130 は最小限しか蝕刻しないようなものを選択することで、基板を保護する。或る実施形態群では、第二のハードマスク層
140 の蝕刻速度を、第一のハードマスク層 130 のそれと同程度だが低速にはならないようにできる。第二のハードマスク層 140 の蝕刻速度を、第一のハードマスク層 130 の蝕刻速度の約一倍から千倍までの範囲とするのが好ましく、約二倍から百倍までの範囲とするのがより好ましく、約十倍から百倍までの範囲とするのがもっとも好ましい。
【００４４】
或る実施形態では、第二のハードマスク層 140 とその上に在るフォトレジスト層150 を、これらの材料間での選択性がほとんどないかまったくないような蝕刻剤を使って蝕刻してもよい。第二のハードマスク層 140 の蝕刻速度は、上在フォトレジスト層 150 の蝕刻速度とほぼ等しくすることもできるし、もしくは遅くてもかまわない。図１Ｄでは、フォトレジスト層 150 の蝕刻速度は、第二のハードマスク層 140 のそれと同程度である。図１Ｄでは、フォトレジスト層 150 が第二のハードマスク層 140 と同程度に蝕刻されており、しかも第二のハードマスク層 140 の線縁の粗が均されているか、もしくは第二のハードマスク層 140 を所望の特徴的構造巾になるように縮められている。
【００４５】
フォトレジスト層の厚さが1,000Å未満であるような他の実施形態群では、トリム工程に使うのは、フォトレジスト 150 に比してハードマスク層 140 への選択性が高い蝕刻剤が好ましい。図２Ａから図２Ｃには、本発明の或る実施形態にかかる、高い選択性を持つ蝕刻剤を使ってハードマスクを形成する工程の一部を描いている。図２Ａから図２Ｃでは、図１Ａから図１Ｆでの部品に類似している部品には、その番号に100を足した参照番号をあてはめてある。図２Ａでは、対象層 220 を基板 210 の上に設けている。そして第一のハードマスク層 230 を、対象層 220 の上に設ける。第二のハードマスク層 240 は、第一のハードマスク層 230 の上に設ける。フォトレジスト層 250 は、第二のハードマスク層 240 の上に設ける。フォトレジストのパターン化（不図示）は、図１Ｂを参照して上述したものと同一か類似したやりかたで行う。
【００４６】
図２Ａでは、フォトレジスト層250 のパターンを第二のハードマスク層 240 へと転写してある。この転写工程は、図１Ｃを参照して上述したものと同一か類似したものである。
【００４７】
図２Ｂでは、第二のハードマスク層 240 を、フォトレジスト層 250 に対して選択的に蝕刻してある。第二のハードマスク層 240 の蝕刻速度は、フォトレジスト層 250 の蝕刻速度の約二倍から千倍までの範囲とするのが好ましく、約二倍から百倍までの範囲とするのがより好ましい。高い選択性を持つ蝕刻剤を使うと、フォトレジスト 250 の蝕刻は最小限にとどまり、その一方で、第二のハードマスク層 240 の線縁の粗が均されるか、もしくは第二のハードマスク層 240 が所望の特徴的構造巾になるように縮められる。するとその結果として、図示したように、奥まった状態もしくは下部を切り込んだ状態が得られる。
【００４８】
図２Ｃでは、第二のハードマスク層 240 のパターンを、第一のハードマスク層 230 へと転写してある。第二のハードマスク層 240 から第一のハードマスク層 230 へのパターン転写は、図１Ｅを参照して以降で詳述することになるものと同一か類似したものである。
【００４９】
図３Ａおよび図３Ｂでは、別の実施形態として、BARC層 360 を、フォトレジスト層 350 と第二のハードマスク層 340 の間につくっている。図３Ａおよび図３Ｂでは、図１Ａから図１Ｆでの部品に類似している部品には、その番号に200を足した参照番号をあてはめてある。この実施形態では、BARC層 360 の蝕刻速度を、フォトレジスト層 350 の蝕刻速度とほぼ同じにしている。第二のハードマスク層 340 への高い選択性を持つ蝕刻剤を使うと、フォトレジスト層 350 およびBARC層 360 の蝕刻は最小限にとどまり、その一方で、第二のハードマスク層 340 の線縁の粗が均されるか、もしくは第二のハードマスク層 340 が所望の特徴的構造巾になるように縮められる（図３Ｂ参照）。あるいは、第二のハードマスク層340 への選択性が低い蝕刻剤を使うと、フォトレジスト層およびBARC層の蝕刻速度が、第二のハードマスク層 340 の蝕刻速度とほぼ同じになるかむしろ速くなると考えられる（図１Ａから図１Ｆの実施形態と同様）。
【００５０】
蝕刻速度は、線の両側に関して約2Å/secから20Å/secの範囲であるのが好ましい（つまり、線の各側に関して約1Å/secから10Å/secの範囲である）。好ましい第二のハードマスク層 140, 240, 340 へのトリム工程用の好ましい蝕刻剤は、弗素含有プラズマである。こうした弗素含有プラズマには、NF3 もしくは SF6を用いたプラズマが含まれる。
【００５１】
トリム工程にとって好ましい処理室は、Lam Research Corp.のTCP9400 poly etch chamberである。この処理室を使う際に好ましい前駆ガスとしては、 NF3 と Ar がある。単一ウェハを使った好ましい実施形態においては、 NF3 の流量を、約10sccmから50sccmの範囲にするのが好ましく、約15sccmから30sccmの範囲にするのがより好ましい。 Ar の流量は、約15sccmから150sccmの範囲にするのが好ましく、約20sccmから75sccmの範囲にするのがより好ましい。この処理室内の圧力は、約4mTorrから20mTorrの範囲にするのが好ましく、約5mTorrから15mTorrの範囲にするのがより好ましい。イオン化源の電力（in situで届けるのが好ましい）は、約100Wから400Wの範囲にするのが好ましく、約150Wから300Wの範囲にするのがより好ましい。バイアス出力は、約0W程度にするのが好ましい。ウェハ温度は、約-10℃から20℃の範囲にするのが好ましく、約0℃から10℃の範囲にするのがより好ましい。別の好ましい処理室は、Applied Materials Corp.のDPS2 poly etch chamberである。
【００５２】
或る実施形態では、トリム工程を施したウェハには、1600Åのフォトレジスト層と、730Åの珪素含有有機層（第二のハードマスク層として）と、2500Åの有機下地層（第一のハードマスク層として）と、が含まれていた。約20sccmの NF3 および約30sccmの Ar を、処理室内に流した。処理室の圧力が約10mTorr、源（誘導）電力が約200Wとなるように調節した。こうした条件下でのトリム速度は、特徴的構造巾に関して約6Å/secになった（図５参照）。換言すると、第二のハードマスク層の露出した部位の各縁部における蝕刻速度が、約3Å/secであったということである。
【００５３】
図６Ａから図６Ｃは、上述したトリム工程でトリムしたハードマスクパターンを上面から走査型電子顕微鏡で撮った顕微鏡写真である。第二のハードマスクパターンの線巾を、図面の左肩にミクロン単位で示してある。トリム工程を行う前、第二のハードマスク層の元の線巾は約81nmであった。トリム工程後の線巾は、図６Ａで約74nm、図６Ｂで約70nm、図６Ｃで約69nmに縮んでいた。線巾を縮めるのにかかった時間は、約74nmに約12秒、約70nmに約19秒、約69nmに約21秒であった。図７は図６Ｃの拡大図である。図７に示した第二のハードマスク層では、トリムしたパターンの線巾が約69nmである。
【００５４】
さらに図８は、上記のトリムしたハードマスクパターンの側方からの断面を、走査型電子顕微鏡で撮った顕微鏡写真である。図８では、第二のハードマスク層から第一のハードマスクへのパターン転写（後で詳述する）を行った後の、線／間隔パターンの断面を示している。上述したようにトリムが施された第二のハードマスク層が、第一のハードマスク層の上面に残る。図８では、線縁の粗が、忠実度が高く適切なものとなっていることがわかる。第二のハードマスク層の縁の平均粗さ（Ra）は、約10Årmsから約100Årmsの範囲であるのが好ましく、約50Årms未満であるのがより好ましく、約10Årmsから約50Årmsの範囲であるのがもっとも好ましい。
【００５５】
別の実施形態では、トリム工程を施したウェハには、1600Åのフォトレジスト層と、400ÅのBARC層と、第二のハードマスク層としての260ÅのDARC層と、第一のハードマスク層としての2000Åの非晶質炭素層と、が含まれていた。この実施形態においては、BARC層を、図３Ａおよび図３Ｂを参照して上述した実施形態と同様に使った。約20sccmの NF3 および約30sccmの Ar を、処理室内に流した。処理室の圧力が約10mTorr、バイアス出力が約200Wとなるように調節した。こうした条件下でのトリム速度は、特徴的構造巾に関して約7Å/secになった（図９参照）。換言すると、第二のハードマスク層の露出した部位の各縁部における蝕刻速度が、約3.5Å/secであったということである。
【００５６】
図１０Ａから図１０Ｃは、第二のハードマスク層から第一のハードマスクへのパターン転写（後で詳述する）を行った後の、線／間隔パターンを上面から走査型電子顕微鏡で撮った顕微鏡写真である。上述したようにトリムしてある第二のハードマスクが、第一のハードマスク層の上面に残る。第二のハードマスクパターンの線巾を、図面の左肩にミクロン単位で示してある。トリム工程を行う前、第二のハードマスク層の元の線巾は約85nmであった。トリム工程後の線巾は、図１０Ａで約75nm、図１０Ｂで約69nm、図１０Ｃで約63nmに縮んでいた。線巾を縮めるのにかかった時間は、約75nmに約14秒、約69nmに約23秒、約63nmに約32秒であった。
【００５７】
トリム工程に用いた処理室にて、第一のハードマスク層 130 を蝕刻するのが好ましい。第二のハードマスク層 140 を蝕刻した後、転写工程中に処理室をパージ（一掃）する。イオン化出力は処理室にかけたままにするが、バイアス出力は切っておく。第二のハードマスク層 140 の蝕刻に使ったプラズマを、処理室からパージ（一掃）する。
【００５８】
〔湿式蝕刻によるトリム〕
第二のハードマスク層を縮めるにあたっては、等方性湿式蝕刻法を用いることができる。第二のハードマスク層 140 が SiO2からできているような実施形態においては、緩衝酸化物蝕刻法をこうした湿式蝕刻法に使ってもよい。こうした緩衝酸化物蝕刻溶液には、 HF 、 NH4F 、および H2O が含有されている。或る実施形態では、使う溶液の HF 濃度を約0.5 wt.%から20 wt.%の範囲とし、約2 wt.%から10 wt.%の範囲とするのがより好ましい。基板温度は、約15℃から80℃の範囲にするのが好ましく、約20℃から25℃の範囲にするのがより好ましい。
【００５９】
一例として、6.8%の HF 、34%の NH4F 、および58.6%の H2O を含有する緩衝酸化物蝕刻溶液を使うと、 SiO2 を速度100nm/minで蝕刻できる。蝕刻工程の継続時間は、第二のハードマスク層 140 に望む線巾に応じて変更してよい。緩衝酸化物蝕刻溶液の濃度、基板温度、および蝕刻継続時間を、第二のハードマスク層に望む粗さもしくは特徴的構造の線巾に応じて設定できるということを、当業者は正しく理解できる。
【００６０】
トリム工程中に、第二のハードマスク層 140 の上面上にフォトレジスト層150 を設けることで、強作用蝕刻工程を使い、粗さを減らし、且つCDを縮めることが可能になる。第二のハードマスク層 140 の上面が上在フォトレジスト層150 で保護されるため、こうした強作用蝕刻工程で第二のハードマスク層 140 の厚さが損なわれることはない。加えて、対象層 120 の上につくった第一のハードマスク層 130 が、対象層 120 を強作用蝕刻工程から保護する。このため、もっと作用が強いか、もしくは長期間であるようなトリム工程を施して、対象層 120 に望まざる損傷を与えることなくCDを縮めることも可能であろう。こういったもっと作用が強いか、もしくは長期間であるようなトリム工程が特に有用なのは、高密度アレイにくりかえしパターンをつくる場合である。そうした高密度アレイとしては、メモリアレイ、導電体、キャパシタなどのための線や、またはマイクロプロセッサ（論理アレイなど）がある。
【００６１】
〔第一のハードマスクへのパターン転写〕
図１Ｅでは、縮めた（トリムした）パターンを、第二のハードマスク層 140 から第一のハードマスク層 130 へと転写している。図１Ｅでは、第二のハードマスク層 140 に在るパターンを、第一のハードマスク層 130 へと転写している。第一のハードマスク層 130 を、有機材料からつくるのが好ましく、非晶質炭素からつくるのがより好ましい。蝕刻工程は、乾式現像蝕刻（DDE）工程であるのが好ましい。蝕刻剤には硫黄と酸素を含めるのが好ましく、また蝕刻剤はプラズマであるのが好ましい。示した実施形態では、二酸化硫黄（SO2）を用いたプラズマを蝕刻剤として工程に使う。この工程のことを、DDE炭素蝕刻工程と呼ぶ。プラズマ工程では、不活性ガスをプラズマの補助として使うのが好ましい。
【００６２】
第一のハードマスク層 130 のための蝕刻工程を行うに際しては、第一のハードマスク層 130 への選択性が、他の層（第二のハードマスク層 140 および下地である対象層 120
など）に較べて高くなるようにする。第一のハードマスク層 130 の蝕刻速度を、第二のハードマスク層 140 の蝕刻速度の約五倍以上とするのが好ましく、約十倍から五十倍までとするのがより好ましい。
【００６３】
こうした蝕刻に好ましい処理室としては、Lam Research Corp.のTCP9400 poly etch chamberがある。この処理室内の圧力は、3mTorrから20mTorrの範囲にするのが好ましく、約5mTorrから15mTorrの範囲にするのがより好ましい。イオン化源の出力（in situで送達するのが好ましい）は、約175Wから400Wの範囲にするのが好ましく、約225Wから350Wの範囲にするのがより好ましい。バイアス出力は、約25Wから125Wの範囲にするのが好ましく、約30Wから100Wの範囲にするのがより好ましい。電極温度は、約-5℃から15℃の範囲にするのが好ましく、約0℃から10℃の範囲にするのがより好ましい。この処理室を使う場合、好ましい蝕刻ガスには SO2、 O2 、および Ar がある。単一ウェハを使った好ましい実施形態においては、 SO2 の流量を、約10sccmから75sccmの範囲にするのが好ましく、約20sccmから60sccmの範囲にするのがより好ましい。 O2 の流量は、約10sccmから100sccmの範囲にするのが好ましく、約20sccmから80sccmの範囲にするのがより好ましい。 Ar の流量は、約0sccmから175sccmの範囲にするのが好ましく、約0sccmから140sccmの範囲にするのがより好ましい。
【００６４】
別の好ましい処理室であるApplied Materials Corp.のIPS oxide etch chamberでは、圧力を約5mTorrから20mTorrの範囲にするのが好ましく、約7mTorrから16mTorrの範囲にするのがより好ましい。in situイオン化源出力は、350Wから1200Wの範囲にするのが好ましく、約400Wから1000Wの範囲にするのがより好ましい。バイアス出力は、約40Wから150Wの範囲にするのが好ましく、約50Wから130Wの範囲にするのがより好ましい。電極温度は、約-25℃から15℃の範囲にするのが好ましく、約-20℃から10℃の範囲にするのがより好ましい。この処理室を使う場合、好ましい蝕刻ガスには SO2 、 O2 、 N2 、および Ar がある。単一ウェハを使った好ましい実施形態においては、 SO2 の流量を、約10sccmから75sccmの範囲にするのが好ましく、約20sccmから60sccmの範囲にするのがより好ましい。 O2 の流量は、約0sccmから100sccmの範囲にするのが好ましく、約0sccmから90sccmの範囲にするのがより好ましい。 Ar の流量は、約0sccmから175sccmの範囲にするのが好ましく、約0sccmから150sccmの範囲にするのがより好ましい。 N2 の流量は、約0sccmから125sccmの範囲にするのが好ましく、約0sccmから100sccmの範囲にするのがより好ましい。
【００６５】
SO2 を用いたプラズマを使うと、第一のハードマスク層 130 （好ましくは非晶質炭素である）を、第二のハードマスク層 140 に対する高い選択性を以って蝕刻できる。DDE蝕刻工程の選択性は、対象層 120 上に特徴的構造をプリントするための上質のマスクを設ける援けとなる。
【００６６】
さらには、第一のハードマスク層130 を、下地である対象層 120 に対して高い選択性を以って蝕刻するのが好ましい。第一のハードマスク層 130 の蝕刻速度を、対象層 120 の蝕刻速度の約五倍以上とするのが好ましく、約十倍以上とするのがより好ましい。好ましい材料を使うと、選択性を100:1以上にまで到達できる。こうした蝕刻工程中に、第二のハードマスク層 140 に被さったフォトレジスト層150 も蝕刻して除去する。
【００６７】
〔対象層の蝕刻〕
図１Ｆでは、第一のハードマスク層 130 をパターン化すれば、対象層120 の処理（蝕刻など）に使える、ということを示してある。集積回路製造過程でマスクを介して選択的に処理（蝕刻など）をする必要があるような、珪素、酸化珪素、窒化珪素、金属、もしくは他の任意の材料などから、対象層 120 を作成できる。好ましい実施形態では、対象層 120 を同一処理室内で処理する。しかし、ウェハを後続の工程にかけるために別の処理室へ移送してもかまわない。対象層 120 の蝕刻にあたっては、択んだ対象層に対して適切な蝕刻剤を使うのが好ましい。
【００６８】
蝕刻停止層（不図示）を、第一のハードマスク層 130 と対象層 120 の間に置いてもよ
い。対象層 120 の組成によっては、蝕刻停止層を、第二のハードマスク層 130 に使う材料と類似の材料からつくってもよい。そうした材料としては、DARCおよび窒化珪素がある。この蝕刻停止層により、第一のハードマスク層 130 の蝕刻中（すなわち、第一のハードマスク層 130 へのパターン転写中や、第一のハードマスク層 130 の除去中）に、対象層 120 が損傷しないようにできる。対象層 120 が金属である場合（金属配線層であるような場合など）には、このことは特に重要となる。金属をDDE処理室内で蝕刻すると、処理室が汚染されて処理が遅緩してしまう可能性がある。なので、対象層 120 に露出した金属層が有る場合には、ウェハを金属蝕刻室へと移送してから、さらなる処理にかけるのが好ましい。対象層の処理（蝕刻など）が完了したら、既知の蝕刻法（湿式蝕刻工程など）を使って、残っているハードマスク材料をすべて除去してよい。示した実施形態では、対象層の蝕刻中に、第二のハードマスク層 140 が第一のハードマスク層 130 の上面に残っている。他の実施形態群では、対象層 120 をパターン化された第一のハードマスク層 130 を介して処理する前に、第二のハードマスク層 140 を除去してもかまわない。上述した対象層の蝕刻工程の後に、付加的な工程（金属配線化など）を施して、集積回路を仕上げる。
【００６９】
〔ほかのリソグラフィ法への適用〕
示した実施形態では、トリム工程を光刻法と組み合わせて使っていた。他の実施形態群では、トリム工程を、他の種類のリソグラフィ法（インプリントリソグラフィなど）と組み合わせることができる。インプリントリソグラフィとは、剛体の機械的な鋳型を使って、パターンを基板へと転写する手法のことである。インプリントリソグラフィ工程では、光硬化性材料を第二のハードマスク層の上に配置する。そうしてから、剛体の透明な（水晶などでできた）鋳型を上から光硬化性材料に押しつけて、軟らかいレジストを圧印（成形）する。そしてパターンを使って光硬化性材料に光をあてて固めると、鋳型によって硬化した材料が成形される。こうして、パターンが第二のハードマスク層に転写されるわけである。続いて、硬化した材料を第二のハードマスク層の上面に載せたまま、第二のハードマスク層を縮める。このとき、下地である第一のハードマスク層が、下地である半導体基板を保護している。
【００７０】
〔種々のマスキング構造体〕
本発明の別の特徴として、集積回路を処理するための保護構造体（マスキング構造体）が提供される。こうしたマスキング構造体は、添加法、酸化法、窒化法、および選択的堆積法などの種々の工程に使用可能である。図１Ｄでは、マスキング構造体が、対象層 120
の上につくった第一のハードマスク層 130 と、第一のハードマスク層 130 の上につくった第二のハードマスク層 140 と、第二のハードマスク層 140 の上につくったレジスト層 150 と、を含んでいてもよい。いくつかの実施形態群では、対象層 120 というものが、そこに溝を形成できる珪素ウェハ自体のことを表す、という旨を理解されたい。第二のハードマスク層 140 には、第一のハードマスク層130 を蔽うよう構築したマスキング部位を具えたパターンが含まれる。第二のハードマスク層 140 のマスキング部位に対応したマスキング部位を具えたパターンを有するように、レジスト層 150 を構築する。第二のハードマスク層140 のマスキング部位の露出した側面 141 の各々は、等方性蝕刻されている。
【００７１】
或る実施形態では、第二のハードマスク層のマスキング部位の露出した側面の各々が、5Å以上蝕刻されている。第二のハードマスク層のマスキング部位の露出した側面の各々の二乗平均（RMS）粗さは、約10Årmsから約100Årmsの範囲にでき、約50Årms未満であるのがより好ましく、約10Årmsから約50Årmsの範囲にするのがもっとも好ましい。第二のハードマスク層のマスキング部位の線巾が、レジスト層の対応するマスキング部位の線巾とほぼ等しくなってもいい（図１Ｄ参照）。こうした構造体を得るには、第二のハードマスク層への選択性を持たない蝕刻剤をトリム工程中に使用するとよい。
【００７２】
他の実施形態においては、第二のハードマスク層のマスキング部位の線巾が、レジスト層の対応するマスキング部位の線巾よりも狭くなっていてもよい。このような構造体を得るには、第二のハードマスク層への選択性が高い蝕刻剤をトリム工程に使用するとよい（図２Ｂ参照）。第二のハードマスク層の露出した面 241 は、フォトレジスト層の下に奥まっている。
【００７３】
本発明を特定の好ましい実施形態群に関して説明してきたが、本明細書にすべての特徴と効果が記されていないような実施形態をも含んだ他の実施形態群についても、当業者には自明のものであって、本発明の範囲に包摂される。ゆえに、本発明の範囲は付随する請求項を参照してのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１Ａ】図１Ａから図１Ｆは、本発明の或る実施形態にかかる集積回路の蝕刻工程を描いた、模式的断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａから図１Ｆは、本発明の或る実施形態にかかる集積回路の蝕刻工程を描いた、模式的断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａから図１Ｆは、本発明の或る実施形態にかかる集積回路の蝕刻工程を描いた、模式的断面図である。
【図１Ｄ】図１Ａから図１Ｆは、本発明の或る実施形態にかかる集積回路の蝕刻工程を描いた、模式的断面図である。
【図１Ｅ】図１Ａから図１Ｆは、本発明の或る実施形態にかかる集積回路の蝕刻工程を描いた、模式的断面図である。
【図１Ｆ】図１Ａから図１Ｆは、本発明の或る実施形態にかかる集積回路の蝕刻工程を描いた、模式的断面図である。
【図２Ａ】図２Ａから図２Ｃでは、本発明の或る実施形態にかかる、高い選択性を持つ蝕刻剤を使ってハードマスクを形成する工程の一部を描いている。
【図２Ｂ】図２Ａから図２Ｃでは、本発明の或る実施形態にかかる、高い選択性を持つ蝕刻剤を使ってハードマスクを形成する工程の一部を描いている。
【図２Ｃ】図２Ａから図２Ｃでは、本発明の或る実施形態にかかる、高い選択性を持つ蝕刻剤を使ってハードマスクを形成する工程の一部を描いている。
【図３Ａ】図３Ａおよび図３Ｂでは、本発明の或る実施形態にかかる、BARC層を使ってハードマスクを形成する工程の一部を描いている。
【図３Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂでは、本発明の或る実施形態にかかる、BARC層を使ってハードマスクを形成する工程の一部を描いている。
【図４】図４は、図１Ｄに示した部分的に形成された集積回路の、部分的な斜視図である。
【図５】図５は、本発明の或る実施形態にかかる、ハードマスク層のトリム速度を示したグラフである。
【図６Ａ】図６Ａから図６Ｃは、図５に示したトリム速度でトリムしたハードマスクパターンを上面から走査型電子顕微鏡で撮った顕微鏡写真である。
【図６Ｂ】図６Ａから図６Ｃは、図５に示したトリム速度でトリムしたハードマスクパターンを上面から走査型電子顕微鏡で撮った顕微鏡写真である。
【図６Ｃ】図６Ａから図６Ｃは、図５に示したトリム速度でトリムしたハードマスクパターンを上面から走査型電子顕微鏡で撮った顕微鏡写真である。
【図７】図７は、図６Ｃの拡大図である。
【図８】図８は、図７に示したトリムしたハードマスクパターンの側方からの断面を、走査型電子顕微鏡で撮った顕微鏡写真である。
【図９】図９は、本発明の或る実施形態にかかる、別のハードマスク層についてのトリム速度を示すグラフである。
【図１０Ａ】図１０Ａから図１０Ｃは、図９に示したトリム速度でトリムしたハードマスクパターンを上面から走査型電子顕微鏡で撮った顕微鏡写真である。
【図１０Ｂ】図１０Ａから図１０Ｃは、図９に示したトリム速度でトリムしたハードマスクパターンを上面から走査型電子顕微鏡で撮った顕微鏡写真である。
【図１０Ｃ】図１０Ａから図１０Ｃは、図９に示したトリム速度でトリムしたハードマスクパターンを上面から走査型電子顕微鏡で撮った顕微鏡写真である。
【図１Ａ】
2009529784.tif 000003
【図１Ｂ】
2009529784.tif 000004
【図１Ｃ】
2009529784.tif 000005
【図１Ｄ】
2009529784.tif 000006
【図１Ｅ】
2009529784.tif 000007
【図１Ｆ】
2009529784.tif 000008
【図２Ａ】
2009529784.tif 000009
【図２Ｂ】
2009529784.tif 000010
【図２Ｃ】
2009529784.tif 000011
【図３Ａ】
2009529784.tif 000012
【図３Ｂ】
2009529784.tif 000013
【図４】
2009529784.tif 000014
【図５】
2009529784.tif 000015
【図６Ａ】
2009529784.tif 000016
【図６Ｂ】
2009529784.tif 000017
【図６Ｃ】
2009529784.tif 000018
【図７】
2009529784.tif 000019
【図８】
2009529784.tif 000020
【図９】
2009529784.tif 000021
【図１０Ａ】
2009529784.tif 000022
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
2009529784.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月12日(2009.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路のための蝕刻方法であって、
対象層の上に、第一のハードマスク層を設けるステップと、
前記第一のハードマスク層の上に、第二のハードマスク層を設けるステップと、
前記第二のハードマスク層の上に、レジスト層を設けるステップと、
前記レジスト層にパターンを形成するステップと、
前記パターンを、前記第二のハードマスク層へと転写するステップと、
前記第二のハードマスク層を、前記第二のハードマスク層の上面に前記レジスト層を載せたままトリムするステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記対象層が、
絶縁体、半導体、および金属からなる群から選択される材料
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項３】
前記第一のハードマスク層が、非晶質炭素層を含む、請求項1記載の方法。
【請求項４】
前記第一のハードマスク層が、有機下地層を含む、請求項1記載の方法。
【請求項５】
前記第一のハードマスク層の厚さが、約200Åから約20,000Åの範囲である、請求項1記載の方法。
【請求項６】
前記第一のハードマスク層のアスペクト比が、約20:1未満である、請求項1記載の方法。
【請求項７】
前記第二のハードマスク層が、無機層を含む、請求項1記載の方法。
【請求項８】
前記無機層が、反射防止絶縁膜（DARC）を含む、請求項7記載の方法。
【請求項９】
前記無機層が、
酸窒化珪素、酸化珪素、および窒化珪素からなる群から選択される材料
を含む、請求項7記載の方法。
【請求項１０】
前記第二のハードマスク層が、珪素含有有機層を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
前記第二のハードマスク層の厚さが、約50Åから約1,000Åの範囲である、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
前記レジストが、
157nmフォトレジスト、193nmフォトレジスト、および248nmフォトレジストからなる群から選択されるフォトレジスト
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１３】
前記パターンを前記第二のハードマスク層へと転写するステップが、
異方性蝕刻工程を用いるステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１４】
前記異方性蝕刻工程を用いるステップが、
弗化炭素を用いたプラズマを使うステップ
を含む、請求項13記載の方法。
【請求項１５】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層の特徴的構造の巾を、約10Å以上縮めるステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１６】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層を、前記レジスト層および前記第一のハードマスク層に対して選択的に蝕刻するステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１７】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層を、前記第一のハードマスク層の蝕刻速度の約一倍から千倍までの速度で蝕刻するステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１８】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層を、秒あたり約1Åから10Åまでの速度で蝕刻するステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１９】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層を等方性蝕刻するステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項２０】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
前記第二のハードマスク層をプラズマで蝕刻するステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項２１】
前記プラズマが、弗素含有プラズマを含む、請求項20記載の方法。
【請求項２２】
前記プラズマが、
NF3 を用いたプラズマ、および SF6 を用いたプラズマからなる群から選択されるプラズマ
を含む、請求項21記載の方法。
【請求項２３】
前記第二のハードマスク層をトリムするステップが、
湿式蝕刻工程を使うステップ
を含む、請求項1記載の方法。
【請求項２４】
前記湿式蝕刻工程を使うステップが、
緩衝酸化物蝕刻工程を使うステップ
を含む、請求項23記載の方法。
【請求項２５】
前記緩衝酸化物蝕刻工程が、
HF 、 NH4F 、および H2O を含む蝕刻剤を使うステップ
を含む、請求項24記載の方法。
【請求項２６】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを、前記第一のハードマスク層へと転写するステップ
をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項２７】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
高密度プラズマ蝕刻工程を用いるステップ
を含む、請求項26記載の方法。
【請求項２８】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
前記第一のハードマスク層を、前記第二のハードマスク層の蝕刻速度の約五倍以上の速度で蝕刻するステップ
を含む、請求項27記載の方法。
【請求項２９】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
前記第一のハードマスク層を、硫黄および酸素を用いたプラズマを使って蝕刻するステップ
を含む、請求項26記載の方法。
【請求項３０】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
流量10sccmから75sccmの範囲で二酸化硫黄を処理室に流し入れるステップ
を含む、請求項29記載の方法。
【請求項３１】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
流量20sccmから60sccmの範囲で二酸化硫黄を処理室に流し入れるステップ
を含む、請求項30記載の方法。
【請求項３２】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
流量10sccmから100sccmの範囲で酸素を前記処理室に流し入れるステップ
をさらに含む、請求項30記載の方法。
【請求項３３】
前記第二のハードマスク層をトリムすることで得られるパターンを前記第一のハードマスク層へと転写するステップが、
アルゴンを前記処理室に流し入れるステップ
をさらに含む、請求項30記載の方法。
【請求項３４】
底部反射防止膜（BARC）層を、前記第二のハードマスク層の上に設けるステップ
をさらに含む、請求項1記載の方法。
【請求項３５】
前記底部反射防止膜層の厚さが、約200Åから約500Åの範囲である、請求項34記載の方法。
【請求項３６】
前記集積回路の装置が、メモリを含む、請求項1記載の方法。
【請求項３７】
前記集積回路の装置が、マイクロプロセッサを含む、請求項1記載の方法。
【請求項３８】
前記レジスト層が、インプリントリソグラフィレジストを含む、請求項1記載の方法。
【請求項３９】
集積回路用のマスキング構造体であって、
対象層の上につくられた、第一のハードマスク層と、
前記第一のハードマスク層の上につくられ、且つ前記第一のハードマスク層を蔽うように構築されたマスキング部位を具えたパターンを有する、第二のハードマスク層と、
前記第二のハードマスク層の上につくられ、且つ前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位に対応したマスキング部位を具えたパターンを有する、レジスト層と
を含み、ここで、
前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位の露出した側面の各々の平均粗さが、50Årms未満である
ことを特徴とする、マスキング構造体。
【請求項４０】
前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位の露出した側面の各々の平均粗さが、約10Årmsから約50Årmsの範囲である、請求項39記載のマスキング構造体。
【請求項４１】
前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位の巾が、前記レジスト層の前記対応するマスキング部位の巾とほぼ等しい、請求項39記載のマスキング構造体。
【請求項４２】
前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位の巾が、前記レジスト層の前記対応するマスキング部位の巾よりも狭い、請求項39記載のマスキング構造体。
【請求項４３】
前記第二のハードマスク層の前記マスキング部位の前記露出した側面の各々が、前記レジスト層の下に5Å以上奥まっている、請求項42記載のマスキング構造体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
別の実施形態では、第二のハードマスク層 140 を、珪素含有有機材料からつくってもよい。こうした珪素含有有機材料は、第一のハードマスク層 130 の作成に使用できる材料とは異なっている。珪素含有有機層の含む珪素の量は、層の総重量を基準にして約10wt%から約35wt%の範囲である。例示的な珪素含有有機材料は、SHB-A629（信越）である。第二のハードマスク層 140 の厚さは、約50Åから約1,000Åの範囲であるのが好ましく、約100Åから約700Åの範囲であるのがより好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2009529784.tif 000025
【国際調査報告】
2009529784.tif 000026
2009529784.tif 000027
2009529784.tif 000028