(57)【要約】  一実施形態によれば、基板処理方法は、Ｓｉ隆起フィーチャを含んだ基板を用意し、Ｓｉ隆起フィーチャ上にコンフォーマル膜を堆積させ、且つＳｉ隆起フィーチャ上に側壁スペーサを形成するよう、コンフォーマル膜の垂直部分を実質的に残しながらコンフォーマル膜の水平部分を除去するスペーサエッチングプロセスを実行することを含み、該実行は、ａ）Ｈ２ガス及びオプションの不活性ガスからなるプラズマ励起された第１のプロセスガスに基板を曝し、且つｂ）ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又はｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２及びＡｒ、を含有するプラズマ励起された第２のプロセスガスに基板を曝すことを含む。当該方法は更に、側壁スペーサを基板上に維持しながらＳｉ隆起フィーチャを除去することを含む。該除去は、ａ）及びｂ）の工程を用いて行われ得る。
2019517743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理方法であって、
シリコン（Ｓｉ）隆起フィーチャを含んだ基板を用意することと、
前記Ｓｉ隆起フィーチャ上にコンフォーマル膜を堆積させることと、
前記Ｓｉ隆起フィーチャ上に側壁スペーサを形成するよう、前記コンフォーマル膜の垂直部分を実質的に残しながら前記コンフォーマル膜の水平部分を除去するスペーサエッチングプロセスを実行することであり、
ａ）Ｈ２ガス及びオプションの不活性ガスからなるプラズマ励起された第１のプロセスガスに前記基板を曝し、且つ
ｂ）ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒ、を含有するプラズマ励起された第２のプロセスガスに、前記基板を曝す、
ことを含む、実行することと、
前記側壁スペーサを前記基板上に維持しながら前記Ｓｉ隆起フィーチャを除去することであり、
ｃ）Ｈ２ガス及びオプションの不活性ガスからなるプラズマ励起された第３のプロセスガスに前記基板を曝し、且つ
ｄ）ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒ、を含有するプラズマ励起された第４のプロセスガスに、前記基板を曝す、
ことを含む、除去することと、
を有する方法。
【請求項２】
前記第１及び第３のプロセスガスは、Ｈ２及びＡｒからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２及び第４のプロセスガスは、ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｓｉ隆起フィーチャはＳｉ元素からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｓｉ元素は、多結晶Ｓｉ（ポリＳｉ）又は非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の材料は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、及びこれらの組み合わせ、からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記プラズマ励起されたプロセスガスは、上部プレート電極と、前記基板を支持する下部プレート電極とを含む容量結合プラズマ源を用いて形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記プラズマ励起されたプロセスガスは、高いラジカル対イオン束比を作り出す遠隔プラズマ源を用いて形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ａ）及びｂ）の工程、並びにｃ）及びｄ）の工程を少なくとも一度繰り返すこと、を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
基板処理方法であって、
Ｓｉ隆起フィーチャを含んだ基板を用意することと、
前記Ｓｉ隆起フィーチャ上にコンフォーマル膜を堆積させることと、
前記コンフォーマル膜の垂直部分を実質的に改質されないままにしながら前記コンフォーマル膜の水平部分を改質するプラズマプロセスを実行することであり、
ａ）Ｈ２ガス及びオプションの不活性ガスからなるプラズマ励起された第１のプロセスガスに前記基板を曝し、且つ
ｂ）ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒ、を含有するプラズマ励起された第２のプロセスガスに、前記基板を曝す、
ことを含む、実行することと、
前記コンフォーマル膜の前記改質された水平部分と前記Ｓｉ隆起フィーチャとを除去することであり、
ｃ）Ｈ２ガス及びオプションの不活性ガスからなるプラズマ励起された第３のプロセスガスに前記基板を曝し、且つ
ｄ）ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒ、を含有するプラズマ励起された第４のプロセスガスに、前記基板を曝す、
ことを含む、除去することと、
を有する方法。
【請求項１１】
前記第１及び第３のプロセスガスは、Ｈ２及びＡｒからなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２及び第４のプロセスガスは、ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒからなる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記Ｓｉ隆起フィーチャは、多結晶Ｓｉ（ポリＳｉ）又は非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の材料は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、及びこれらの組み合わせ、からなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記プラズマ励起されたプロセスガスは、上部プレート電極と、前記基板を支持する下部プレート電極とを含む容量結合プラズマ源を用いて形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記プラズマ励起されたプロセスガスは、高いラジカル対イオン束比を作り出す遠隔プラズマ源を用いて形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
ａ）及びｂ）の工程、並びにｃ）及びｄ）の工程を少なくとも一度繰り返すこと、を更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
基板処理方法であって、
Ｓｉ隆起フィーチャ上にＳｉＮ側壁スペーサを含んだ基板を用意することと、
前記ＳｉＮ側壁スペーサを前記基板上に維持しながら前記Ｓｉ隆起フィーチャを除去することであり、
Ｈ２ガス及びオプションの不活性ガスからなる第１のプラズマ励起プロセスガスに前記基板を曝し、且つ
ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒ、を含有する第２のプラズマ励起プロセスガスに、前記基板を曝す、
ことを含む、除去することと、
を有する方法。
【請求項１９】
前記第１のプロセスガスは、Ｈ２及びＡｒからなり、前記第２のプロセスガスは、ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒからなる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記曝す工程を少なくとも一度繰り返すこと、を更に含む請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１６年５月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／３４２９９３号に関連するとともに、それへの優先権を主張するものであり、その内容全体をここに援用する。
【０００２】
本発明は、基板を処理する方法に関し、より具体的には、シリコン隆起フィーチャ上に側壁スペーサを含む側壁イメージ（像）転写のための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
側壁イメージ転写（sidewall  image  transfer；ＳＩＴ）は、サブリソグラフィ線幅を達成するための、窒化シリコンスペーサ及びシリコンマンドレルのエッチングを伴う間接的なパターニング方法である。窒化シリコンスペーサのエッチングのための現行アプローチは、フッティング（加工残り）及びコーナーラウンディング（丸まり）という２つの主な難題に直面している。シリコンマンドレルを抜き取るのに使用される現行方法は、エッチング副生成物の再堆積及びエネルギーイオンによる衝撃を伴う。しかしながら、これらのプロセスはコーナー残渣及び下地材料へのかなりのダメージをもたらす。側壁イメージ転写におけるこれらの問題及びその他の問題を解決する新たな方法が望まれる。
【発明の概要】
【０００４】
シリコン隆起フィーチャ上に側壁スペーサを含んだ、側壁イメージ転写のための方法が記述される。一実施形態によれば、当該方法は、シリコン（Ｓｉ）隆起フィーチャを含んだ基板を用意することと、上記Ｓｉ隆起フィーチャ上にコンフォーマル膜を堆積させることと、上記Ｓｉ隆起フィーチャ上に側壁スペーサを形成するよう、上記コンフォーマル膜の垂直部分を実質的に残しながら上記コンフォーマル膜の水平部分を除去するスペーサエッチングプロセスを実行することとを含み、該実行することは、ａ）Ｈ２ガス及びオプションの不活性ガスからなるプラズマ励起された第１のプロセスガスに上記基板を曝し、且つｂ）ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒ、を含有するプラズマ励起された第２のプロセスガスに、上記基板を曝す、ことを含む。当該方法は更に、上記側壁スペーサを上記基板上に維持しながら上記Ｓｉ隆起フィーチャを除去することを含み、該除去することは、ｃ）Ｈ２ガス及びオプションの不活性ガスからなるプラズマ励起された第３のプロセスガスに上記基板を曝し、且つｄ）ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒ、を含有するプラズマ励起された第４のプロセスガスに、上記基板を曝す、ことを含む。
【０００５】
他の一実施形態によれば、当該方法は、Ｓｉ隆起フィーチャ上にＳｉＮ側壁スペーサを含んだ基板を用意することと、上記ＳｉＮ側壁スペーサを上記基板上に維持しながら上記Ｓｉ隆起フィーチャを除去することとを含み、該除去することは、Ｈ２ガス及びオプションの不活性ガスからなる第１のプラズマ励起プロセスガスに上記基板を曝し、且つｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒ、を含有する第２のプラズマ励起プロセスガスに、上記基板を曝す、ことを含む。一例において、上記第１のプロセスガスは、Ｈ２及びＡｒからなり、上記第２のプロセスガスは、ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒからなる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明及びそれに付随する利益の多くのいっそう完全なる理解は、添付の図面に関連付けて検討して以下の詳細な説明を参照することによって、いっそう十分に理解されることになり、容易に得られるであろう。
【図１】ＦＩＧ．１Ａ−ＦＩＧ．１Ｃは、基板を処理する方法を断面図により概略的に示している。
【図２】ＦＩＧ．２Ａ−ＦＩＧ．２Ｃは、本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により概略的に示している。
【図３】ＦＩＧ．３Ａ−ＦＩＧ．３Ｃは、基板を処理する方法を断面図により概略的に示している。
【図４】ＦＩＧ．４Ａ−ＦＩＧ．４Ｃは、本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により概略的に示している。
【図５】ＦＩＧ．５Ａ及びＦＩＧ．５Ｂは、本発明の一実施形態に従ったスペーサエッチングについての実験結果を示している。
【図６】本発明の一実施形態に従った原子層成長（ＡＬＤ）システムを概略的に示している。
【図７】本発明の一実施形態に従った容量結合プラズマ（ＣＣＰ）システムを概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明の実施形態は、側壁イメージ転写のための方法を提供する。本発明の側壁イメージ転写は、異方性とすることができながらも、窒化シリコンスペーサのエッチングに必要とされるイオン衝撃の悪影響を回避するような、非重合化ケミストリを使用する。一実施形態によれば、窒化シリコンスペーサ及びその下の酸化物（例えば、ＳｉＯ２）に対して非常に高い選択性を有するシリコンの等方性エッチングが、マンドレルの抜き取りのために提供される。本発明の実施形態は、単一の処理チャンバ内で実行され得る多段階乾式処理方法を記述する。これは、複数の処理チャンバを必要とする乾式及び湿式の処理方法の組み合わせを使用していて先進的なデバイス製造には適合しないことがあり得る多くの従来方法よりも有利である。
【０００８】
ここで使用されるとき、“ＳｉＮ”は、主成分としてシリコン及び窒素を含有する層を含み、それらの層はある範囲のＳｉ及びＮの組成を有することができる。Ｓｉ３Ｎ４は、窒化シリコンの中で最も熱力学的に安定であり、故に、窒化シリコンの中で商業的に最も重要である。しかしながら、本発明の実施形態は、広範囲のＳｉ及びＮの組成を有するＳｉＮ層に適用され得る。また、“ＳｉＯ２”なる表記は、主成分としてシリコン及び酸素を含有する層を含むことを意味し、それらの層はある範囲のＳｉ及びＯの組成を有することができる。ＳｉＯ２は、酸化シリコンの中で最も熱力学的に安定であり、故に、酸化シリコンの中で商業的に最も重要である。
【０００９】
本発明の一実施形態は、ａ）コーナーラウンディング及びフッティングのないＳｉＮ側壁スペーサ層を形成するようにＳｉＮスペーサ層をエッチングすること、及びその後の、ｂ）コーナー残渣及び下地材料へのダメージのないＳｉマンドレルの抜き取り、のためのプロセスを提供する。プロセスａ）及びｂ）は、同じ又は類似の処理工程を使用することができ、また、単一の処理チャンバ内で実行され得る。
【００１０】
図１（ＦＩＧ．１Ａ−ＦＩＧ．１Ｃ）は、基板を処理する方法を断面図により概略的に示している。ＦＩＧ．１Ａは、基板１００と、ＳｉＯ２層１０１と、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２と、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２の水平部分１０３上及び垂直部分１０５上にコンフォーマルに形成されたＳｉＮスペーサ層１０４とを示している。ＦＩＧ．１Ｂは、ＳｉＮ側壁スペーサ１０６を示しており、これは、フッ化炭素含有プラズマを含み得る異方性エッチングプロセスにて水平部分１０３上のＳｉＮスペーサ層１０４を優先的にエッチングすることによって、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２の垂直部分１０５上に形成され得る。フッ化炭素含有エッチングプロセスは、コーナーラウンディングによるＳｉＮ側壁スペーサ１０６のテーパー状プロファイル１１０と、ＳｉＯ２層１０１上のＳｉＮスペーサ層１０４の不完全な除去によるフッティング１１１とを含む欠点を有する。
【００１１】
Ｓｉ隆起フィーチャ１０２は、マンドレルと呼ばれることが多く、それらはハロゲン含有エッチングプロセスを用いて除去され得る（すなわち、マンドレル抜き取りプロセス）。ＦＩＧ．１Ｃは、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２を除去するためのハロゲン含有エッチングプロセスの幾つかの欠点を示しており、それらは、ＳｉとＳｉＯ２との間の乏しいエッチング選択性によるＳｉＯ２層１０１内のリセス１１５と、（ポリマー）コーナー残渣１１３の存在と、ＳｉＮ側壁スペーサ１０６の頂部にテーパー状プロファイルを生み出すスペーサ浸食とを含む。本発明の実施形態は、フッ化炭素含有エッチングプロセス及びハロゲン含有エッチングプロセスのこれらの欠点を解決する。
【００１２】
図２（ＦＩＧ．２Ａ−ＦＩＧ．２Ｃ）は、本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により概略的に示している。ＦＩＧ．１Ａが、ＦＩＧ．２Ａとして再現されており、基板１００と、ＳｉＯ２層１０１と、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２と、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２の水平部分１０３上及び垂直部分１０５上にコンフォーマルに形成されたＳｉＮスペーサ層１０４とを示している。Ｓｉ隆起フィーチャ１０２は、多結晶Ｓｉ（ポリＳｉ）又は非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）を含むことができる。
【００１３】
ＦＩＧ．２Ｂは、水平部分１０３上のＳｉＮスペーサ層１０４を優先的にエッチングすることによって垂直部分１０５上にＳｉＮ側壁スペーサ１０７を形成するスペーサエッチング後の構造を示している。本発明の一実施形態によれば、このスペーサエッチングは、二段階エッチングプロセスを含み、この二段階エッチングプロセスは、ａ）Ｈ２及びオプションのＡｒガスを含有する第１のプロセスガスをプラズマ励起し、プラズマ励起された第１のプロセスガスにＦＩＧ．２Ａの構造を曝すことと、ｂ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びオプションのＡｒを含有する第２のプロセスガスをプラズマ励起し、プラズマ励起された第２のプロセスガスに構造を曝すこととを含む。この二段階プロセスが少なくとも一度繰り返されてもよい。一実施形態によれば、第１のプロセスガスはＨ２からなり得る。一実施形態によれば、第１のプロセスガスはＨ２及びＡｒからなり得る。他の実施形態によれば、第２のプロセスガスは、ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒからなり得る。得られるＦＩＧ．２Ｂの構造は、ＳｉＮ側壁スペーサ１０７を含み、ＦＩＧ．１Ｂにて上述したコーナーラウンディング及びフッティングの欠点を有しない。
【００１４】
ＦＩＧ．２Ｃは、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２を基板から選択的に除去する更なるプラズマエッチング後の構造を示している。本発明の一実施形態によれば、この更なるプラズマエッチングは、二段階エッチングプロセスを含み、この二段階エッチングプロセスは、Ｈ２及びオプションのＡｒガスを含有する第３のプロセスガスをプラズマ励起し、プラズマ励起された第３のプロセスガスにＦＩＧ．２Ｂの構造を曝すことと、その後に、ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びオプションのＡｒを含有する第４のプロセスガスをプラズマ励起し、プラズマ励起された第４のプロセスガスに構造を曝すこととを含む。Ｓｉ隆起フィーチャ１０２を完全に除去するために、この二段階プロセスが一回以上繰り返され得る。一実施形態によれば、第３のプロセスガスはＨ２からなり得る。一実施形態によれば、第３のプロセスガスはＨ２及びＡｒからなり得る。他の実施形態によれば、第４のプロセスガスは、ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒからなり得る。得られるＦＩＧ．２Ｃの構造は、ＳｉＯ２層１０１上にＳｉＮ側壁スペーサ１０７を含み、ＦＩＧ．１Ｃにて上述した欠点を有しない。Ｓｉ隆起フィーチャ１０２を除去する工程は概して、ＳｉＮ側壁スペーサ１０７を形成するスペーサエッチング工程より速いエッチングレートを有する。また、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２を除去する工程は、ＳｉＮ側壁スペーサ１０７に対して選択的であるように最適化され得る。これは、ＳｉＮ側壁スペーサ１０７の浸食を抑制する。更なる処理が、ＳｉＮ側壁スペーサ１０７によって形成されたパターンをＳｉＯ２層１０１内に転写することを含むことができる。
【００１５】
本発明の実施形態によれば、第１の工程における処理条件は、２０−１００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力、１３．５６ＭＨｚで７５−２００Ｗの下部電極電力、９０−４００ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力、６０ＭＨｚで２００−１０００Ｗの上部電極電力を含み得る。一部の例において、この二段階プロセスが２回から１０回繰り返され得る。
【００１６】
図３（ＦＩＧ．３Ａ−ＦＩＧ．３Ｃ）は、基板を処理する方法を断面図により概略的に示している。ＦＩＧ．１Ａが、ＦＩＧ．３Ａとして再現されており、基板１００と、ＳｉＯ２層１０１と、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２と、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２の水平部分１０３上及び垂直部分１０５上にコンフォーマルに形成されたＳｉＮスペーサ層１０４とを示している。ＦＩＧ．３Ｂは、水平部分１０３上及びＳｉＯ２層１０１上のＳｉＮスペーサ層１０４を改質する異方性プラズマ曝露後の構造を示している。このプラズマ曝露は、Ｈ２含有プロセスガスを使用し得る。水平部分１０３上及びＳｉＯ２層１０１上の改質されたＳｉＮスペーサ層１０９、及びＳｉ隆起フィーチャ１０２が、その後に、ウェットエッチングプロセスを用いて除去され得る。ＦＩＧ．３Ｃは、そのウェットエッチングプロセス後の構造を示している。しかしながら、このウェットエッチングプロセスは、多くの半導体製造プロセスと適合しない。また、乾式及び湿式の処理方法は複数の処理チャンバを必要とし、先進的なデバイス製造と適合しないことがある。本発明の実施形態はこの問題を解決する。
【００１７】
図４（ＦＩＧ．４Ａ−ＦＩＧ．４Ｃ）は、本発明の一実施形態に従った基板を処理する方法を断面図により概略的に示している。ＦＩＧ．３Ａが、ＦＩＧ．４Ａとして再現されており、基板１００と、ＳｉＯ２層１０１と、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２と、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２の水平部分１０３上及び垂直部分１０５上にコンフォーマルに形成されたＳｉＮスペーサ層１０４とを示している。
【００１８】
ＦＩＧ．４Ｂは、水平部分１０３上及び二酸化シリコン層１０１上のＳｉＮスペーサ層１０４を改質するプラズマ曝露後の構造を示している。このプラズマ曝露は、Ｈ２を含有する第１のプロセスガスを使用し得る。一実施形態によれば、このプロセスガスはＨ２からなり得る。一実施形態によれば、第１のプロセスガスはＨ２及びＡｒからなり得る。
【００１９】
水平部分１０３上及びＳｉＯ２層１０１上の改質されたＳｉＮスペーサ層１０９、及びＳｉ隆起フィーチャ１０２が、その後に、ドライエッチングプロセスを用いて除去され得る。ＦＩＧ．４Ｃは、更なるプラズマエッチング後の構造を示している。本発明の一実施形態によれば、この更なるプラズマエッチングは、二段階エッチングプロセスを含み、この二段階エッチングプロセスは、Ｈ２及びオプションのＡｒガスを含有する第２のプロセスガスをプラズマ励起し、プラズマ励起された第２のプロセスガスにＦＩＧ．４Ｂの構造を曝すことと、その後に、ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びオプションのＡｒを含有する第３のプロセスガスをプラズマ励起し、プラズマ励起された第３のプロセスガスに構造を曝すこととを含む。この二段階プロセスが一回以上繰り返され得る。一実施形態によれば、第２のプロセスガスはＨ２からなり得る。一実施形態によれば、第２のプロセスガスはＨ２及びＡｒからなり得る。他の実施形態によれば、第３のプロセスガスは、ｉ）ＮＦ３、Ｏ２、Ｈ２、及びＡｒ、ｉｉ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＨ２、ｉｉｉ）ＮＦ３及びＯ２、ｉｖ）ＮＦ３、Ｏ２、及びＡｒ、ｖ）ＮＦ３及びＨ２、又は、ｖｉ）ＮＦ３、Ｈ２、及びＡｒからなり得る。得られるＦＩＧ．４Ｃの構造は、ＳｉＮ側壁スペーサ１０６を含み、それは、ＦＩＧ．３Ｃにて上述した問題を有しない。
【００２０】
図５（ＦＩＧ．５Ａ及びＦＩＧ．５Ｂ）は、本発明の一実施形態に従ったスペーサエッチングについての実験結果を示している。ＦＩＧ．５Ａの断面走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）グラフは、ＳｉＯ２層の上に位置するＳｉ隆起フィーチャ上にコンフォーマルＳｉスペーサ層を含んだ、受け取ったままのサンプルを示している。容量結合プラズマ（ＣＣＰ）システムにて、二段階プロセスを含んだスペーサエッチングを実行し、その二段階プロセスを一度繰り返した。第１の工程における処理は、Ｈ２及びＡｒからなるプロセスガスの使用を含むものとし、第２の工程における処理は、ＮＦ３及びＯ２を含有するプロセスガスを含むものとした。部分的に形成されたＳｉＮ側壁スペーサが、ＦＩＧ．５Ｂに示されている。
【００２１】
次に、図６及び図２のＦＩＧ．２Ａを参照するに、ＳｉＮスペーサ層１０４をコンフォーマルに堆積させる技術は、モノレイヤ堆積（“ＭＬＤ”）法を含み得る。ＭＬＤ法は、例えば、化学吸着による反応性前駆体分子の飽和モノレイヤの形成の原理に基づくものであるＡＬＤ法を含み得る。ＡＢ膜を形成するための典型的なＭＬＤプロセスは、例えば、第１の前駆体又は反応物質Ａ（“ＲＡ”）を、Ａの飽和モノレイヤが基板上に形成される時間にわたって注入することからなる。次いで、不活性ガスＧｉを用いて、チャンバからＲＡがパージされる。次いで、第２の前駆体又は反応物質Ｂ（“ＲＢ”）が、ＢをＡと結合させて層ＡＢを基板上に形成するために、やはりある時間にわたって注入される。次いで、チャンバからＲＢがパージされる。所望厚さのＡＢ膜を達成するために、前駆体又は反応物質を導入し、反応炉をパージし、別の又は同じ前駆体又は反応物質を導入し、そして反応炉反応器をパージするこのプロセスが、ある回数だけ繰り返され得る。各ＡＬＤサイクルで堆積されるＡＢ膜の厚さは、約０．５オングストロームから約２．５オングストロームの範囲であり得る。
【００２２】
一部の実施形態において、ＡＢ膜を形成するときのＭＬＤプロセスは、ＡＢＣを含む前駆体を注入することであり、それが第１の工程中に基板上に吸着されることと、次いで、第２の工程中にＣを除去することとを含んでいてもよい。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、ＳｉＮスペーサ層１０４は、ＡＬＤシステムでのＡＬＤ堆積プロセスによって堆積されることができ、ＡＬＤシステムの一例を図６にＡＬＤシステム４４として示す。ＡＬＤシステム４４は、その上で基板１４を支持するように構成された基板ホルダ４８を有する処理チャンバ４６を含んでいる。処理チャンバ４６は更に、（シリコン含有ガスを含み得る）第１の材料供給システム５２と、（窒素含有ガスを含み得る）第２の材料供給システム５４と、パージガス供給システム５６と、（希釈ガス、又は所望のスペーサ層材料を堆積させるための必要に応じてその他のものを含み得る）１つ以上の補助ガス供給システム５８と、に結合された上部アセンブリ５０（例えばシャワーヘッド）、及び基板温度制御システム６０を含んでいる。
【００２４】
それに代えて、あるいは加えて、コントローラ６２が、１つ以上の更なるコントローラ／コンピュータ（図示せず）に結合されることができ、コントローラ６２は、それら更なるコントローラ／コンピュータからセットアップ及び／又は設定の情報を取得することができる。コントローラ６２は、数ある処理要素５２、５４、５６、５８、６０を設定するために使用されることができ、また、これらからのデータを収集、提供、処理、格納、及び／又は表示し得る。コントローラ６２は、処理要素５２、５４、５６、５８、６０のうちの１つ以上を制御するための多数のアプリケーションを有することができ、所望に応じて、処理要素５２、５４、５６、５８、６０のうちの１つ以上をユーザが監視及び／又は制御するための使いやすいインタフェースを提供し得るグラフィックユーザインタフェース（“ＧＵＩ”、図示せず）を含むことができる。
【００２５】
処理チャンバ４６は更に、ダクト７０を介して、真空ポンプシステム６６及びバルブ６８を含んだ圧力制御システム６４に結合されており、圧力制御システム６４は、ＳｉＮスペーサ層１０４を形成することに適した圧力、並びに第１及び第２のプロセス材料の使用に適した圧力まで、処理チャンバ４６を制御可能に排気するように構成されている。真空ポンプシステム６６は、毎秒約５０００リットル（以上）に至るポンプ速度が可能なターボ分子真空ポンプ（“ＴＭＰ”）を含むことができ、バルブ６８は、チャンバ圧力を絞るための仕切り弁を含み得る。また、チャンバプロセスを監視する装置（図示せず）が処理チャンバ４６に結合され得る。圧力制御システム６４は、例えば、ＡＬＤプロセス中に処理チャンバ圧力を約０．１Ｔｏｒｒと約１００Ｔｏｒｒとの間に制御するように構成され得る。
【００２６】
第１の材料供給システム５２、第２の材料供給システム５４、パージガス供給システム５６、及び上記１つ以上の補助ガス供給システム５８の各々は、１つ以上の圧力制御装置、１つ以上の流量制御装置、１つ以上のフィルタ、１つ以上のバルブ、及び／又は１つ以上の流量センサを含み得る。流量制御装置は、空気駆動バルブ、電気機械（ソレノイド）バルブ、及び／又は高速パルス式ガス注入バルブを含み得る。本発明の実施形態によれば、ガスは、処理チャンバ４６内に順次交互にパルス駆動されることができ、各ガスパルスの長さは、例えば、約０．１秒と約１００秒との間とし得る。それに代えて、各ガスパルスの長さは、約１秒と約１０秒との間としてもよい。シリコン含有ガス及び窒素含有ガスの例示的なガスパルス長は、約０．３秒と約３秒との間、例えば約１秒とし得る。例示的なパージガスパルスは、約１秒と約２０秒との間、例えば約３秒とし得る。なおも図６を参照するに、コントローラ６２は、マイクロプロセッサと、メモリと、ＡＬＤシステム４４からの出力を監視するとともにＡＬＤシステム４４への入力を伝達し且つアクティブにするのに十分な制御電圧を生成可能なデジタルＩ／Ｏポートとを含む。また、コントローラ６２は、処理チャンバ４６、基板ホルダ４８、上部アセンブリ５０、処理要素５２、５４、５６、５８、基板温度制御システム６０、及び圧力制御システム６４に結合され、それらと情報を交換し得る。例えば、堆積プロセスを実行するため、プロセスレシピに従ってＡＬＤシステム４４の上述のコンポーネントへの入力をアクティブにするように、コントローラ６２のメモリに格納されたプログラムが使用され得る。
【００２７】
コントローラ６２は、メモリに格納された１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスをプロセッサが実行することに応答して、本発明のマイクロプロセッサベースの処理ステップ群の一部又は全てを実行する汎用コンピュータシステムとして実装され得る。このような命令は、例えばハードディスク又はリムーバブルメディアドライブなどの別のコンピュータ読み取り可能媒体からコントローラメモリに読み込まれてもよい。また、マルチプロセッシング構成の１つ以上のプロセッサが、メインメモリに格納された命令のシーケンスを実行するコントローラマイクロプロセッサとして用いられてもよい。他の実施形態においては、ソフトウェア命令に代えて、あるいは組み合わせて、配線接続された回路が用いられてもよい。故に、実施形態は、ハードウェア回路とソフトウェア回路との如何なる特定の組み合わせにも限定されない。
【００２８】
コントローラ６２は、本発明の教示に従ってプログラムされた命令を保持し、且つ本発明を実施するために必要となり得るデータ構造、テーブル、記録、又はその他のデータを格納するために、例えばコントローラメモリなどの少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能媒体又はメモリを含む。コンピュータ読み取り可能媒体の例は、ハードディスク、フロッピーディスク（登録商標）、テープ、磁気光ディスク、ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、その他の何らかの磁気媒体、コンパクトディスク（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、その他の何らかの光学媒体、パンチカード、紙テープ、穴パターンを有するその他の物理媒体、搬送波（後述）、又はコンピュータが読み取り可能なその他の何らかの媒体である。
【００２９】
コントローラ６２を制御し、本発明を実施するように１つ以上の装置を駆動し、且つ／或いはコントローラ６２が人間のユーザと相互作用することを可能にするためのソフトウェアが、コンピュータ読み取り可能媒体の何れか１つ又は組み合わせに格納される。このようなソフトウェアは、以下に限られないが、デバイスドライバ、オペレーディングシステム、開発ツール、及びアプリケーションソフトウェアを含み得る。このようなコンピュータ読み取り可能媒体は更に、本発明を実施する際に実行される処理の全て又は一部（処理が分散される場合）を実行するための本発明に係るコンピュータプログラムプロダクトを含む。
【００３０】
コンピュータコードデバイスは、以下に限られないが、スクリプト、インタープリタ型プログラム、動的リンクライブラリ（“ＤＬＬ”）、Ｊａｖａ（登録商標）クラス、及び完全実行型プログラム、を含む如何なるインタープリタコード機構又は実行コード機構であってもよい。また、本発明の処理の一部は、より良好な性能、信頼性、及び／又はコストのために分散されてもよい。
【００３１】
用語“コンピュータ読み取り可能媒体”は、ここで使用されるとき、実行のためにコントローラ６２のプロセッサに命令を提供することに関与する如何なる媒体をも指す。故に、コンピュータ読み取り可能媒体は、以下に限られないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、及び伝送媒体を含む数多くの形態をとり得る。不揮発性媒体は例えば、ハードディスク又はリムーバブルメディアドライブなどの、光ディスク、磁気ディスク、及び磁気光ディスクを含む。揮発性媒体は、例えばメインメモリなどのダイナミックメモリを含む。また、コンピュータ読み取り可能媒体の様々な形態は、実行のためにコントローラ６２のプロセッサに１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを搬出することに関与し得る。例えば、命令は当初、遠隔コンピュータの磁気ディスク上に担持されていてもよい。遠隔コンピュータは、本発明の全て又は一部を実施するための命令をダイナミックメモリにロードし、その命令をコントローラ６２にネットワーク上で送ることができる。
【００３２】
コントローラ６２は、ＡＬＤシステム４４に対してローカルに配置されていてもよいし、ＡＬＤシステム４４に対して遠隔に配置されていてもよい。例えば、コントローラ６２は、直接接続、イントラネット、インターネット、及び無線接続のうちの少なくとも１つを用いて、ＡＬＤシステム４４とデータを交換し得る。コントローラ６２は、例えば、顧客側（すなわち、デバイスメーカーなど）のイントラネットに結合されていてもよいし、製造供給元（すなわち、装置製造者）のイントラネットに結合されていてもよい。また、例えば、コントローラ６２はインターネットに結合されていてもよい。さらに、他のコンピュータ（すなわち、コントローラ、サーバなど）が、例えば、直接接続、イントラネット及びインターネットのうちの少なくとも１つを介して、データを交換するためにコントローラ６２にアクセスしてもよい。これまた当業者に理解されるように、コントローラ６２は無線接続を介してＡＬＤシステム４４とデータを交換してもよい。
【００３３】
ＳｉＮスペーサ層１０４の堆積は、ＳｉＮスペーサ層１０４材料の複数の異なる成分（ここでは、例えば、シリコン及び窒素）を堆積させる順次及び交互のパルスシーケンスによって進められ得る。ＡＬＤプロセスは典型的にガスパルス当たりモノレイヤ未満の成分を堆積させるので、膜の異なる成分の別々の堆積シーケンスを使用して均質な材料を形成することが可能である。各ガスパルスは、未反応ガス又は副生成物を処理チャンバ４６から除去するためのそれぞれのパージ又は排気ステップを含み得る。本発明の他の実施形態によれば、それらパージ又は排気ステップのうちの１つ以上が省略されてもよい。
【００３４】
従って、そして例示的な一実施形態として、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２を備えた基板１４が、ＡＬＤシステム４４の処理チャンバ４６内に配置され、そして、シリコンを含有するガスパルスと窒素含有ガスのガスパルスとに順次に曝される。これらのうち後者は、ＮＨ３、プラズマ励起窒素（例えばＰＥＡＬＤシステムで使用されるためなど）、又はこれらの組み合わせを含むことができるとともに、オプションで例えばアルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを含むことができる。
【００３５】
シリコンが、Ｓｉ隆起フィーチャ１０２の表面上で反応して、モノレイヤ厚未満の化学吸着層を形成し得る。そして、窒素含有ガスのガスパルスからの窒素が、化学吸着された表面層と反応し得る。この順次のガス曝露を繰り返すことにより、すなわち、これら２つの曝露を複数回交互に行うことにより、所望厚さが達成されるまで、サイクル当たり約１オングストローム（１０−１０メートル）のレイヤ・バイ・レイヤ成長を達成することが可能である。
【００３６】
本発明の実施形態によれば、プロセスガスは、多様な異なるプラズマ源を用いてプラズマ励起され得る。一実施形態によれば、プラズマ源は、上部プレート電極と、基板を支持する下部プレート電極とを含むＣＣＰ源を含むことができる。ＲＦ発生器及びインピーダンス網を用いて、上部プレート電極、下部プレート電極、又は上部プレートと下部プレート電極との双方に、無線周波数（ＲＦ）電力が供給され得る。上部電極へのＲＦ電力の印加に関する典型的な周波数は、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲であり、６０ＭＨｚとし得る。加えて、下部電極へのＲＦ電力の印加に関する典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲であり、１３．５６ＭＨｚとし得る。一実施形態によれば、プラズマ励起されたプロセスガスを形成することは、高いラジカル対イオン束比（イオン束に対するラジカルの比）を生み出す遠隔プラズマ源を使用してプラズマを生成することを含む。遠隔プラズマ源は、プラズマ処理チャンバの外側に配置されることができ、基板を処理するために、プラズマ励起されたガスがプラズマ処理チャンバに流し込まれ得る。
【００３７】
図７に示す例示的なプラズマ処理システム５００は、チャンバ５１０と、処理される基板５２５が上に添えられる基板ホルダ５２０と、ガス注入システム５４０と、真空ポンプシステム５５０とを含んでいる。チャンバ５１０は、基板５２５の表面に隣接する処理領域５４５におけるプラズマの生成を容易にするように構成され、加熱された電子と電離可能ガスとの間の衝突を介してプラズマが形成される。ガス注入システム５４０を介して、電離可能なガス又は複数のガスの混合物が導入され、プロセス圧力が調節される。例えば、真空ポンプシステム５５０をスロットル調整するために仕切り弁（図示せず）が使用される。
【００３８】
基板５２５は、ロボット式基板搬送システムにより、スロットバルブ（図示せず）及びチャンバフィードスルー（図示せず）を介してチャンバ５１０の中に及び外に搬送され、基板ホルダ５２０内に収容された基板リフトピン（図示せず）によって受け取られ、且つその中に収容された装置によって機械的に平行移動される。基板５２５が基板搬送システムから受け取られると、基板５２５は、基板ホルダ５２０の上面まで下げられる。
【００３９】
それに代わる一実施形態において、基板５２５は、静電クランプ（図示せず）によって基板ホルダ５２０に貼り付けられる。また、基板ホルダ５２０は更に、再循環冷却剤流を含む冷却システムを含み、この冷却剤流が、基板ホルダ５２０から熱を受け取って熱交換器システム（図示せず）まで熱を伝達し、あるいは加熱時に熱交換器システムから熱を伝達する。さらに、基板５２５と基板ホルダ５２０との間のガスギャップの熱伝導率を改善するために、基板の裏面側にガスが供給されてもよい。このようなシステムは、上昇又は低下された温度での基板の温度制御が要求されるときに利用される。例えば、基板の温度制御は、プラズマから基板５２５に送達される熱流束と、基板ホルダ５２０への伝導によって基板５２５から除去される熱流束とのバランスによって達成される定常温度を超えた温度で有用であり得る。他の実施形態では、例えば抵抗加熱素子などの加熱素子、又は熱電加熱器／冷却器が含められる。
【００４０】
第１の実施形態において、基板ホルダ５２０は更に、それを介して処理領域５４５内のプラズマに無線周波数（ＲＦ）電力が結合される電極としての役割を果たす。例えば、基板ホルダ５２０は、ＲＦ発生器５３０から当該基板ホルダ５２０へのインピーダンス整合回路網５３２を介したＲＦ電力の伝送によって、あるＲＦ電圧に電気的にバイアスされる。このＲＦバイアスは電子を加熱し、それによってプラズマを形成して維持するように作用する。この構成において、システムは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）炉として動作し、チャンバ及び上部ガス供給電極は接地面として作用する。このＲＦバイアスの典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの範囲であり、１３．５６ＭＨｚとし得る。それに代わる一実施形態では、複数の周波数でＲＦ電力が基板ホルダ電極に印加される。また、インピーダンス整合回路網５３２は、反射される電力を最小化することによって、処理チャンバ５１０内のプラズマへのＲＦ電力の移送を最大化するように作用する。整合回路網トポロジー（例えば、Ｌ型、π型、Ｔ型など）及び自動制御方法は技術的に知られている。
【００４１】
引き続き図７を参照するに、ガス注入システム５４０を介して処理領域５４５にプロセスガス５４２（例えば、Ｈ２及びオプションのＡｒを含有する、又はＮＦ３／Ｏ２／Ｈ２及びオプションのＡｒを含有する）が導入される。ガス注入システム５４０はシャワーヘッドを含むことができ、プロセスガス５４２は、ガス搬送系（図示せず）から処理領域５４５に、ガス注入プレナム（図示せず）、一連のバッフル板（図示せず）及びマルチ開口シャワーヘッド型ガス注入板（図示せず）を介して供給される。
【００４２】
真空ポンプシステム５５０は好ましくは、毎秒５０００リットル（以上）に至るポンピング速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧力を絞るための仕切り弁とを含む。ドライプラズマエッチングに利用される従来のプラズマ処理装置においては、毎秒１０００から３０００リットルのＴＭＰが使用される。ＴＭＰは、典型的には５０ｍＴｏｒｒ未満の、低圧処理に有用である。より高い圧力では、ＴＭＰポンピング速度が急激に低下する。高圧処理（すなわち、１００ｍＴｏｒｒより高い）の場合には、機械的な増圧ポンプ及びドライ式の粗引きポンプが使用される。
【００４３】
コンピュータ５５５が、マイクロプロセッサと、メモリと、プラズマ処理システム５００からの出力を監視するとともにプラズマ処理システム５００への入力を伝達し且つアクティブにするに十分な制御電圧を生成可能なデジタル入／出力ポートとを含む。さらに、コンピュータ５５５は、ＲＦ発生器５３０、インピーダンス整合回路網５３２、ガス注入システム５４０、及び真空ポンプシステム５５０に結合されて、それらと情報を交換する。メモリ内に格納されたプログラムが、格納されたプロセスレシピに従ってプラズマ処理システム５００の上述のコンポーネントへの入力をアクティブにするために使用される。
【００４４】
プラズマ処理システム５００は更に、ＲＦ発生器５７２からインピーダンス整合回路網５７４を介してＲＦ電力が結合される上部プレート電極５７０を含んでいる。この上部電極へのＲＦ電力の印加の典型的な周波数は、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲であり、好ましくは６０ＭＨｚである。加えて、下部電極への電力の印加の典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから３０ＭＨｚの範囲である。また、上部プレート電極５７０へのＲＦ電力の印加を制御するため、コンピュータ５５５はＲＦ発生器５７２及びインピーダンス整合回路網５７４に結合される。
【００４５】
側壁イメージ転写のための方法を、様々な実施形態にて開示した。以上の本発明の実施形態の説明は、例示及び説明の目的で提示されている。網羅的であること、又は開示されたそのものの形態に本発明を限定することは意図されていない。この説明及び以下の請求項は、単に説明目的で使用される用語を含んでおり、限定するものとして解釈されるべきではない。当業者は、以上の教示に照らして数多くの変更及び変形が可能であることを理解することができる。当業者は、図面に示された様々な構成要素についての様々な等価な組み合わせ及び代用を認識することになる。故に、本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、ここに添付される請求項によって限定されることが意図される。
【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３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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