(57)【要約】  処理チャンバ内で半導体デバイスを製造する方法が提供される。一実施形態において、方法は、基板の上に第１の組の相互接続の特徴を有する第１の基材を堆積させるステップと、アッシング可能な材料で第１の組の相互接続の特徴の上部を充填するステップと、第１の組の相互接続の特徴内に充填されるアッシング可能な材料の上面が実質的に外側の平坦な表面となるように第１の基材の上面を平坦化するステップと、実質的に平坦な外面上に第２の基材を含むフィルムスタックを堆積させるステップと、第２の基材内に第２の組の相互接続の特徴を形成するステップであって、第２の組の相互接続の特徴が第１の組の相互接続の特徴と位置合せされるステップと、第１の基材からアッシング可能な材料を除去することにより、第２の組の相互接続の特徴を第１の組の相互接続の特徴に接続するステップとを含む。
2013527621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理チャンバ内で半導体デバイスを製造する方法であって、
基板の上に第１の組の相互接続の特徴を有する第１の基材を堆積させるステップと、
アッシング可能な材料で前記第１の組の相互接続の特徴の上部を充填するステップと、
前記第１の組の相互接続の特徴内に充填される前記アッシング可能な材料の上面が前記第１の基材の上面と同じ高さとなるように前記第１の基材の前記上面を平坦化するステップであって、前記アッシング可能な材料の前記上面および前記第１の基材が実質的に平坦な外面を提供するステップと、
前記実質的に平坦な外面上に第２の基材を含むフィルムスタックを堆積させるステップと、
前記第２の基材内に第２の組の相互接続の特徴を形成するステップであって、前記第２の組の相互接続の特徴が前記第１の組の相互接続の特徴と位置合せされるステップと、
前記第１の基材からアッシング可能な材料を除去して、前記第２の組の相互接続の特徴を前記第１の組の相互接続の特徴に接続することによって前記半導体デバイスの特徴の深さを延長させるステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記フィルムスタックがさらに、
前記第２の基材上に堆積されるハードマスク層と、
前記ハードマスク層上に堆積される反射防止コーティング層と、
前記反射防止コーティング層上に堆積されるフォトレジスト層と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ハードマスク層が、ドープされたもしくは非ドープのアモルファスカーボン、酸化ケイ素、またはポリシリコン材料を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および第２の基材のそれぞれが、交互に並ぶ複数の酸化物材料および窒化物材料、１つもしくは複数の酸化物材料または窒化物材料、ポリシリコン材料またはアモルファスシリコン材料、アモルファスシリコンと交互に並ぶ酸化物、ポリシリコンと交互に並ぶ酸化物、ドープされたシリコンと交互に並ぶ非ドープのシリコン、ドープされたポリシリコンと交互に並ぶ非ドープのポリシリコン、ドープされたアモルファスシリコンと交互に並ぶ非ドープのアモルファスシリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２の組の相互接続の特徴のそれぞれが、互いに平行に配置される２つ以上の接点開口を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
処理チャンバ内で半導体デバイスを製造する方法であって、
基板の上に、内部に形成される第１の組の相互接続の特徴を有する第１の基材を堆積させるステップと、
アッシング可能な材料で前記第１の組の相互接続の特徴の上部を充填することにより、前記第１の基材の実質的に平坦な外面をもうけるステップと、
前記第１の基材の前記実質的に平坦な外面上に第２の基材を堆積させるステップと、
前記第２の基材内に第２の組の相互接続の特徴を形成して、前記第１の組の相互接続の特徴の前記上部に充填された前記アッシング可能な材料を露光させるステップであって、前記第２の組の相互接続の特徴が前記第１の組の相互接続の特徴と位置合せされるステップと、
前記第２の組の相互接続の特徴が前記第１の組の相互接続の特徴と接続するように、前記第１の組の相互接続の特徴の前記上部の中に充填された前記アッシング可能な材料を除去するステップと
を含む方法。
【請求項７】
前記第１の組の相互接続の特徴が、互いに平行に配置される２つ以上の接点開口を備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２の基材のそれぞれが、交互に並ぶ複数の酸化物材料および窒化物材料、１つもしくは複数の酸化物材料または窒化物材料、ポリシリコン材料またはアモルファスシリコン材料、アモルファスシリコンと交互に並ぶ酸化物、ポリシリコンと交互に並ぶ酸化物、ドープされたシリコンと交互に並ぶ非ドープのシリコン、ドープされたポリシリコンと交互に並ぶ非ドープのポリシリコン、ドープされたアモルファスシリコンと交互に並ぶ非ドープのアモルファスシリコンを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記アッシング可能な材料が、炭化水素含有有機材料、黒鉛炭素材料、ダイヤモンドカーボン材料、ダイヤモンド様カーボン材料、アモルファスカーボン材料などを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
処理チャンバ内で基板を処理する方法であって、
上にフィルムスタックを堆積させた基材を準備するステップであって、前記基材が前記基板の上に形成されて、内部に形成される第１の組の相互接続の特徴を有し、前記フィルムスタックが、
前記基材の上面と接触するハードマスク層、
前記ハードマスク層上に堆積される反射防止コーティング層、および
前記反射防止コーティング層上に堆積されるフォトレジスト層
を含むステップと、
前記フィルムスタックをパターン形成して、前記下にある基材に移される特徴パターンを前記ハードマスク層の中に導入するステップであって、前記特徴パターンが前記第１の組の相互接続の特徴に位置合せされないステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記特徴パターンを前記ハードマスク層から前記基材に移して、前記基材内に第２の組の相互接続の特徴を形成するステップであって、前記第１および第２の組の相互接続の特徴が、所与の領域内で互いに平行に且つ均等に離間して配置される、実質的に同一の特徴サイズを有するステップと、
前記ハードマスク層および残った材料のすべてを前記第１および第２の組の相互接続の特徴から除去するステップと
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記フィルムスタックをパターン形成するステップが、
前記フォトレジスト層上のマスクの投影を前記基板に対して所定の距離だけ横方向にシフトさせることにより、前記特徴パターンを前記フォトレジスト層の中に導入するステップ
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記基材が、１つもしくは複数の酸化物材料または窒化物材料、アルミニウム、タングステン、もしくは銅材料、ポリシリコン材料もしくはアモルファスシリコン材料、交互に並ぶ複数の酸化物材料および窒化物材料、アモルファスシリコンと交互に並ぶ酸化物、ポリシリコンと交互に並ぶ酸化物、ドープされたシリコンと交互に並ぶ非ドープのシリコン、ドープされたポリシリコンと交互に並ぶ非ドープのポリシリコン、またはドープされたアモルファスシリコンと交互に並ぶ非ドープのアモルファスシリコンを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
上に基材を堆積させた基板であって、相互接続の特徴の組の上部がアッシング可能な材料で充填される前記相互接続の特徴の組を前記基材が有する基板と、
前記基材上に形成されて、前記相互接続の特徴の組と位置合せされている第１の特徴パターンを有するパターン形成されたアモルファスカーボン層と、
前記パターン形成されたアモルファスカーボン層上に形成されて、前記相互接続の特徴の組と位置合せされている第２の特徴パターンを有する、パターン形成された反射防止コーティング層と
を備える半導体デバイス。
【請求項１５】
前記基材が、交互に並ぶ複数の酸化物材料および窒化物材料、１つもしくは複数の酸化物材料または窒化物材料、ポリシリコン材料またはアモルファスシリコン材料、アモルファスシリコンと交互に並ぶ酸化物、ポリシリコンと交互に並ぶ酸化物、ドープされたシリコンと交互に並ぶ非ドープのシリコン、ドープされたポリシリコンと交互に並ぶ非ドープのポリシリコン、ドープされたアモルファスシリコンと交互に並ぶ非ドープのアモルファスシリコンを含む、請求項１４に記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的に集積回路の製造に関し、詳細には、所望のフィルムスタック中にアスペクト比を増加した特徴を得るための、または所与の領域のパターン密度を増加させるための、平坦化エッチングハードマスクプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、単一のチップ上に数百万個のトランジスタ、キャパシタおよび抵抗器を含むことができる、複雑なデバイスに進化してきた。チップ設計の進化は、より速い回路およびより大きな回路密度を継続的に要求する。より大きな回路密度を有するより速い回路の需要によって、そのような集積回路を製造するために使用される材料に、対応する需要が生じる。
【０００３】
ハードマスクは、フロントエンドプロセスおよびバックエンドプロセスの両方で、集積回路製造プロセス内のほとんど全てのステップに使用されている。デバイスサイズが縮小し、パターン構造がより複雑にかつ製造するのが難しくなるにつれ、現在利用可能なフォトレジストがエッチング耐性要件を満たすことができず、フォトレジストがリソグラフィおよびエッチングプロセスにおけるエッチマスクとしてではなく、単に像を移すために使用されているので、エッチングハードマスクがより重要になっている。代わりに、像のパターンを受けるハードマスクは、下層内のパターンの効果的なエッチングのための主な材料になっている。
【０００４】
アモルファス水素化炭素は、金属、アモルファスシリコン、およびとりわけ二酸化ケイ素または窒化ケイ素などの誘電体材料のためのハードマスクとして使用することができる材料である。アモルファス水素化炭素は、アモルファスカーボンとも呼ばれ、典型的には、その高い化学的不活性、光学的透明性、および簡単に除去できることによって、半導体用途においてエッチングハードマスクとして使用される。デバイスの形状寸法が継続的に減少することによって、半導体基板上でナノメートルスケールの距離により分離されるナノメートルスケールの特徴を形成する方法の需要が生じてきた。しかし、最小特徴サイズが減少するにつれ、半導体産業は、現在のリソグラフィプロセスで近づいている光学的解像度の限界に起因する、サブ３２ｎｍをパターン形成する制限に直面している。一方、より高いデバイス性能を達成するために、回路密度を増加し、かつ／または高アスペクト比構造を有するデバイスの、大きな需要が常に存在してきた。
【０００５】
したがって、半導体用途の、所与の領域のパターン密度を増加すること、または所望のフィルムスタックの中でアスペクト比を高めた特徴を得ることが可能な、改善されたパターン形成プロセスが必要である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、半導体デバイスおよび処理チャンバ内で半導体デバイスを製造する方法を提供する。一実施形態において、方法は、基板の上に第１の組の相互接続の特徴を有する第１の基材を堆積させるステップと、第１の組の相互接続の特徴を後続のプロセスから保護する一方所望のときは簡単に除去することが可能な程度に、アッシング可能な材料で第１の組の相互接続の特徴の上部を充填するステップと、第１の組の相互接続の特徴内に充填されるアッシング可能な材料の上面が第１の基材の上面と同じ高さであるように第１の基材の上面を平坦化するステップと、第１の基材の実質的に平坦な外面をもうけるステップと、第１の基材の実質的に平坦な外面上に第２の基材を含む第１のフィルムスタックを堆積させるステップと、第２の基材内に第２の組の相互接続の特徴を形成するステップであって、第２の組の相互接続の特徴が第１の組の相互接続の特徴と位置合せされるステップと、第１の基材からアッシング可能な材料を除去し、これにより、第２の組の相互接続の特徴を第１の組の相互接続の特徴に接続することによって半導体デバイスの特徴の深さを延長させるステップとを含む。
【０００７】
別の実施形態において、方法は、基板の上に、内部に形成される第１の組の相互接続の特徴を有する第１の基材を堆積させるステップと、第１の組の相互接続の特徴を後続のプロセスから保護する一方所望のときは簡単に除去することが可能な程度に、アッシング可能な材料で第１の組の相互接続の特徴を充填するステップと、第１の組の相互接続の特徴内に充填されるアッシング可能な材料の上面が第１の基材の上面と同じ高さであるように第１の基材の上面を平坦化するステップと、第１の基材の実質的に平坦な外面をもうけるステップと、第１の基材上に第１のフィルムスタックを堆積させるステップであって、第１のフィルムスタックが第１の基材の実質的に平坦な外面上に堆積される第２の基材、第２の基材上に堆積される第１のアモルファスカーボン層、第１のアモルファスカーボン層上に堆積される第１の反射防止コーティング層、および第１の反射防止コーティング層上に堆積される第１のフォトレジスト層を含むステップと、下にある第２の基材に移される第１のパターンの像を第１のフォトレジスト層の中に導入するステップであって、第１のパターンが第１の基材内の第１の組の相互接続の特徴と位置合せされるステップと、第１のフォトレジスト層をマスクとして使用して第１のパターンを第１の反射防止コーティング層に移すステップと、第１のアモルファスカーボン層をハードマスクとして使用して第１のパターンを第１のアモルファスカーボン層を介して第２の基材内に移し、これにより、第２の基材内に第２の組の相互接続の特徴を形成するステップとを含む。
【０００８】
さらに別の実施形態において、方法は、堆積された第１のフィルムスタックを有する基材を準備するステップであって、基材が基板の上に形成され、アモルファスカーボン材料で充填される第１の組の相互接続の特徴を有し、第１のフィルムスタックが基材の表面上に堆積される第１のアモルファスカーボン層、第１のアモルファスカーボン層上に堆積される第１の反射防止コーティング層、および第１の反射防止コーティング層上に堆積される第１のフォトレジスト層を含むステップと、第１のフォトレジスト層上のマスクの投影を基板に対して所望の距離だけ横方向にシフトすることによって、第１のフォトレジスト層の一部をパターン形成し、これにより、下にある基材に移される第１の特徴パターンを第１のフォトレジスト層内に導入するステップであって、第１の特徴パターンが第１の組の相互接続の特徴に位置合せされないステップとを含む。
【０００９】
１つの別の実施形態において、半導体デバイスが提供される。半導体は、上に基材を堆積させた基板であって、基材の実質的に平坦な外面を提供するために、相互接続の特徴の組の上部がアッシング可能な材料で充填される、相互接続の特徴の組を基材が有する基板と、基材上に形成され、相互接続の特徴の組と位置合せされる第１の特徴パターンを有するパターン形成されたアモルファスカーボン層と、パターン形成されたアモルファスカーボン層上に形成されるパターン形成された反射防止コーティング層であって、パターン形成されたアモルファスカーボン層が相互接続の特徴の組と位置合せされる第２の特徴パターンを有する反射防止コーティング層とを含む。
【００１０】
本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるように、それらの実施例の一部を添付図面に示す実施形態を参照して、上記に要約された本発明をさらに詳細に説明する。しかしながら、本発明には、同様に有効な他の実施形態が可能であるので、添付図面は、本発明の単に典型的な実施形態を示しているのであり、したがって本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態にしたがって、アモルファスカーボン層堆積を実施するために使用することができる、基板処理システムの概略図である。
【図２−１】所望のフィルムスタック中の所与の領域のパターン密度を２倍にするための、本発明の一実施形態による堆積プロセスの流れ図である。
【図２−２】所望のフィルムスタック中の所与の領域のパターン密度を２倍にするための、本発明の一実施形態による堆積プロセスの流れ図である。
【図３Ａ−Ｇ】図２に例示されるシーケンスを使用するフィルムスタックの一連の概略断面図である。
【図３Ｈ−Ｎ】図２に例示されるシーケンスを使用するフィルムスタックの一連の概略断面図である。
【図４−１】所望のフィルムスタック中に高アスペクト比を有する相互接続の特徴を得るための、本発明の一実施形態による堆積プロセス４００の流れ図である。
【図４−２】所望のフィルムスタック中に高アスペクト比を有する相互接続の特徴を得るための、本発明の一実施形態による堆積プロセス４００の流れ図である。
【図５Ａ−Ｇ】図４に例示されるシーケンスを使用するフィルムスタックの一連の概略断面図である。
【図５Ｈ−Ｎ】図４に例示されるシーケンスを使用するフィルムスタックの一連の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態は、一般的に、金属接点、ソース／ドレイン接点、キャパシタ、または浅いトレンチ隔離などの様々な用途の、所望のフィルムスタック内におけるパターン密度を２倍にするためのパターン形成プロセスを改善する。下に記載の実施形態は、フィルムスタックの所望の高さで、相互接続の特徴のアスペクト比をほぼ２倍にすることによって、集積回路デバイス性能を改善する、平坦化エッチングハードマスクプロセスも提供する。
【実施例】
【００１３】
例示的ハードウェア
図１は、本発明の実施形態にしたがって、特徴および／またはアモルファスカーボン層堆積のために使用することができる、基板処理システム、システム１０００の概略表示である。好適なシステムの例としては、ＤｘＺ（商標）処理チャンバ、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ５０００（登録商標）システム、ＰＲＯＤＵＣＥＲ  ＳＥ（商標）処理チャンバおよびＰＲＯＤＵＣＥＲ  ＧＴ（商標）処理チャンバなどＰＲＯＤＵＣＥＲ（商標）システムを使用することができる、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システムを挙げることができ、これら全ては、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている。
【００１４】
システム１０００は、プロセスチャンバ１０２５、ガスパネル１０３０、制御ユニット１０１０、ならびに電力供給および真空ポンプなど他のハードウェア構成要素を含む。本発明で使用されるシステムの一実施形態の詳細は、本明細書によって、参照により本明細書に組み込まれる、同一出願人による、米国特許「Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｃｈａｍｂｅｒ」と題する、２００２年４月２日発行の米国特許第６，３６４，９５４号に記載されている。
【００１５】
プロセスチャンバ１０２５は一般的に支持ペデスタル１０５０を備え、支持ペデスタル１０５０は、半導体基板１０９０などの基板を支持するために使用される。このペデスタル１０５０は、シャフト１０６０に連結される移動機構（図示せず）を使用して、プロセスチャンバ１０２５の内部で垂直方向に動く。プロセスによっては、処理の前に所望の温度に基板１０９０を加熱することができる。基板支持ペデスタル１０５０は、埋込みヒータ要素１０７０により加熱される。例えば、ペデスタル１０５０は、ＡＣ供給１００６からヒータ要素１０７０に電流を印加することによって、抵抗加熱することができる。今度は基板１０９０が、ペデスタル１０５０によって加熱される。熱電対などの温度センサ１０７２も、基板支持ペデスタル１０５０の中に埋め込まれ、ペデスタル１０５０の温度を監視する。測定される温度は、フィードバックループで使用され、ヒータ要素１０７０用の電力供給１００６を制御する。基板温度は、特定のプロセス用途用に選択される温度に、維持または制御することができる。
【００１６】
真空ポンプ１００２を使用して、プロセスチャンバ１０２５を排気し、プロセスチャンバ１０２５内部に適切なガス流および圧力を維持する。プロセスガスがプロセスチャンバ１０２５内に導入される際に通過するシャワーヘッド１０２０は、基板支持ペデスタル１０５０の上方に位置し、プロセスチャンバ１０２５内にプロセスガスを均一に分布させる。シャワーヘッド１０２０は、ガスパネル１０３０に接続され、ガスパネル１０３０は、プロセスシーケンスの様々なステップで使用される様々なプロセスガスを制御および供給する。プロセスガスは、炭化水素源およびプラズマ開始ガスを含むことができ、例示的なアルゴン希釈堆積プロセスの記載に関連して、以下でより詳細に記載される。
【００１７】
同様に、ガスパネル１０３０を使用して、様々な蒸発させた液体前駆体を制御および供給することができる。図示していないが、液体前駆体供給からの液体前駆体は、例えば液体噴射気化器によって蒸発させて、キャリアガスの存在下でプロセスチャンバ１０２５に送達することができる。キャリアガスは、典型的には、窒素などの不活性ガス、またはアルゴンもしくはヘリウムなどの希ガスである。あるいは、液体前駆体は、アンプルから熱および／または真空拡張蒸発プロセスにより蒸発させることができる。
【００１８】
シャワーヘッド１０２０および基板支持ペデスタル１０５０は、１対の離間した電極も形成することができる。電場がこれらの電極間に生成されると、チャンバ１０２５内に導入されるプロセスガスは、プラズマ１０９２へと点火される。典型的には、基板支持ペデスタル１０５０を、整合ネットワーク（図示せず）を介して単一周波数または２つの周波数の高周波（ＲＦ）電力（図示せず）源に接続することによって、電場が生成される。あるいは、ＲＦ電源および整合ネットワークを、シャワーヘッド１０２０に結合する、またはシャワーヘッド１０２０と基板支持ペデスタル１０５０の両方に結合することもできる。
【００１９】
ＰＥＣＶＤ技法は、電場を基板表面近傍の反応ゾーンに印加することにより、反応性ガスの励起および／または解離を促進して、反応性核種のプラズマを生成する。プラズマ内の核種の反応性によって、行われる化学反応に必要なエネルギーを減少させ、事実上そのようなＰＥＣＶＤプロセスに必要な温度を下げる。
【００２０】
ガスパネル１０３０を介するガス流および液体流の適切な制御および調整は、質量流量コントローラ（図示せず）およびコンピュータなどの制御ユニット１０１０により実施される。シャワーヘッド１０２０によって、ガスパネル１０３０からのプロセスガスをプロセスチャンバ１０２５内に均一に分布および導入することが可能になる。例示的に、制御ユニット１０１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１０１２、支持回路１０１４、および関連する制御ソフトウェア１０１６を含むメモリを備える。この制御ユニット１０１０は、基板搬送、ガス流量制御、液体流量制御、温度制御、チャンバ排気など、基板処理に必要な多数のステップの自動制御の役目を果たす。プロセス混合ガスがシャワーヘッド１０２０を出ると、炭化水素化合物のプラズマ拡張熱分解が、加熱された基板１０９０の表面１０９１において起こり、結果として基板１０９０上にアモルファスカーボン層が堆積することになる。
【００２１】
フィルムスタック中でパターン密度を２倍にするための堆積プロセス
本発明の実施形態は、一般的に、金属接点、ソース／ドレイン接点、キャパシタ、または浅いトレンチ隔離などの様々な用途で、フィルムスタック内の所与の領域のためにパターン密度を２倍にするためのパターン形成プロセスを提供する。図２は、金属接点、ソース／ドレイン接点、キャパシタ、または浅いトレンチ隔離などの様々な用途で、所望のフィルムスタック中の所与の領域のパターン密度を２倍にするための、本発明の一実施形態による堆積プロセス２００の流れ図を描く。図３Ａ〜図３Ｎは、堆積プロセス２００を使用するフィルムスタックの一連の概略断面図を描く。本明細書に記載の発明の基本範囲から逸脱することなく、１つまたは複数のステップを加えたり、削除したり、かつ／または並べ替えたりすることができるので、図２内に例示されるステップの数およびシーケンスは、本明細書に記載の発明の範囲に関して制限することを意図していないことに留意されたい。加えて、図は一定の縮尺で描かれておらず、特定の特徴および層厚の割合は、本発明の詳細および特徴をより良く例示するために誇張されている。
【００２２】
堆積プロセス２００は、ステップ２０２において始まり、図３Ａに示すように、第１のアモルファスカーボン層３２０が所望の基材３１０上に堆積される。基材３１０は単一の本体として例示されるが、基材３１０は、金属接点、トレンチ隔離、ゲート、ビット線、または任意の他の相互接続の特徴などの半導体デバイスの形成に使用される１つまたは複数の材料であって良いことが理解される。基材は、一般的に基板（図示せず）の上に堆積され、用途によって、酸化物材料、窒化物材料、ポリシリコン材料などが挙げられる。あるいは、基板は、基材の部分であって良い。メモリの応用が要求される一実施形態において、基材３１０としては、ポリシリコンを間にサンドイッチした、またはポリシリコンを間にサンドイッチしない、シリコン基板材料、酸化物材料、および窒化物材料を挙げることができる。ＤＲＡＭキャパシタの応用が要求される別の実施形態において、基材３１０としては、基板（図示せず）の表面上に堆積される、交互に並ぶ複数の酸化物材料と窒化物材料（すなわち、酸化物−窒化物−酸化物（ＯＮＯ））が挙げられる。様々な実施形態において、基材３１０としては、交互に並ぶ複数の酸化物材料と窒化物材料、１つもしくは複数の酸化物材料もしくは窒化物材料、ポリシリコン材料もしくはアモルファスシリコン材料、アモルファスシリコンと交互に並ぶ酸化物、ポリシリコンと交互に並ぶ酸化物、ドープされたシリコンと交互に並ぶ非ドープのシリコン、ドープされたポリシリコンと交互に並ぶ非ドープのポリシリコン、またはドープされたアモルファスシリコンと交互に並ぶ非ドープのアモルファスシリコンが挙げられる。基板は、フィルム処理が実施される、任意の基板または材料表面であって良い。例えば、基板は、結晶シリコン、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされたもしくは非ドープのポリシリコン、ドープされたもしくは非ドープのシリコンウエハおよびパターン形成されたまたはパターン形成されていないウエハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイア、または他の好適な被加工物などの材料であって良い。
【００２３】
第１のアモルファスカーボン（α−Ｃ）層３２０は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  Ｆｉｌｍ（商標）（ＡＰＦ）材料であって良い。ここで、アモルファスカーボン層は、その高エッチング耐性および容易に除去する性質のため、エッチングハードマスクとして使用される。一実施形態において、第１のアモルファスカーボン層３２０は、２：３以上の炭素と水素の比など、１：２以上の炭素と水素原子の比を有する炭化水素源、任意選択の希釈ガス、およびヘリウム、水素、窒素、アルゴンの群から選択されるプラズマ開始ガスを、図１に関連して上に記載される処理チャンバ１０２５などのプロセスチャンバの中に導入することによって形成される。一実施形態において、炭化水素源は、１つまたは複数の炭化水素化合物および任意選択でアルゴンなどのキャリアガスの混合物である。下で記載されるプロセス条件によって、第１のアモルファスカーボン層３２０の堆積が、特徴の上方に放つ前に、孔、トレンチ（または他の相互接続の特徴）を充填するまたは部分的に充填することを可能にすることが本発明者により観察された。
【００２４】
一実施形態において、炭化水素化合物は、炭化水素化合物の部分的または完全にドープされた派生物であって良く、炭化水素化合物の、窒素含有派生物、フッ素含有派生物、酸素含有派生物、水酸基含有派生物、およびホウ素含有派生物を挙げることができる。一実施形態において、炭化水素源の中に挙げることができる炭化水素化合物または炭化水素化合物の派生物は、式ＣｘＨｙにより記載することができ、ここでｘは１と２０の間の範囲を有し、ｙは１と２０の間の範囲を有する。一例では、より大きな表面移動度を可能にする、より安定な中間核種の形成のために、Ｃ２Ｈ２が好ましい。別の実施形態において、炭化水素源の中に挙げることができる炭化水素化合物または炭化水素化合物の派生物は、式ＣｘＨｙＦｚにより記載することができ、ここでｘは１と２４の間の範囲を有し、ｙは０と５０の間の範囲を有し、ｚは０と５０の間の範囲を有し、ｘとｙ＋ｃの比が１：２以上である。さらに別の実施形態において、炭化水素源は、酸素および／または窒素置換化合物を表す、式ＣａＨｂＯｃＦｄＮｅにより記載することができ、ここで、ａは１と２４の間の範囲を有し、ｂは０と５０の間の範囲を有し、ｃは０から１０の範囲を有し、ｄは０から５０の範囲を有し、ｅは０から１０の範囲を有し、ａとｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅの比が１：２以上である。
【００２５】
好適な炭化水素化合物は、以下の化合物、例えば、アルカンのメタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）およびブタンの異性体イソブタン、ペンタン（Ｃ５Ｈ１２）とペンタンの異性体イソペンタンおよびネオペンタン、ヘキサン（Ｃ６Ｈ１４）およびヘキサンの異性体２−メチルペンタン、３−メチルペンタン、２，３−ジメチルブタン、ならびに２，２−ジメチルブタンなどのうちの１つまたは複数を含む。さらなる好適な炭化水素としては、エチレン、プロピレン、ブチレンおよびブチレンの異性体、ペンテンおよびペンテンの異性体などのアルケン、ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン、ヘキサジエンなどのジエンを挙げることができ、ハロゲン化アルケンは、モノフルオロエチレン、ジフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、モノクロロエチレン、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレンなどを含む。同様に、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ビニルアセチレンおよびこれらの派生物などのアルキンを、炭素前駆体として使用することができる。加えて、ベンゼン、スチレン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、アセトフェノン、メチルベンゾエート、フェニルアセテート、フェノール、クレゾール、フランなどの芳香族炭化水素、アルファ−テルピネン、シメン、１，１，３，３，−テトラメチルブチルベンゼン、ｔ−ブチルエーテル、ｔ−ブチルエチレン、メチル−メタクリレート、およびｔ−ブチルフルフリルエーテル、式Ｃ３Ｈ２およびＣ５Ｈ４を有する化合物、モノフルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼンなどを含むハロゲン化芳香族化合物を使用することができる。
【００２６】
所望であれば、とりわけ、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）またはこれらの組合せなどの好適な希釈ガスを混合ガスに加えることができる。Ａｒ、Ｈｅ、およびＮ２を使用して、アモルファスカーボン層の密度および堆積速度を制御する。いくつかの場合において、Ｎ２および／またはＮＨ３の添加を使用して、アモルファスカーボン層の水素比率を制御することができる。あるいは、希釈ガスを、堆積期間に使用しないこともできる。
【００２７】
特定の実施形態において、第１のアモルファスカーボン層３２０堆積プロセスは、炭化水素化合物よりも前および／または炭化水素化合物と同時にチャンバに導入されるプラズマ開始ガスの使用を含み、プラズマを起こして堆積を始める。プラズマ開始ガスは、イオン化ポテンシャルの高いガスであって良く、限定するものではないが、ヘリウムガス、水素ガス、窒素ガス、アルゴンガスおよびこれらの組合せを挙げることができ、これらのうちで、ヘリウムガスが好ましい。プラズマ開始ガスは、化学的に不活性なガスであっても良く、ヘリウムガス、窒素ガス、またはアルゴンガスなどが好ましい。ガス用の好適なイオン化ポテンシャルは、約５ｅＶ（電子ポテンシャル）から２５ｅＶである。プラズマ開始ガスは、窒素含有炭化水素源および／または炭化水素源の前にチャンバ内に導入することができ、このことによって、安定なプラズマを形成することを可能にし、アークを生じる可能性を減らす。イオン化ポテンシャルの高いプラズマ開始ガスを使用することで、堆積の間にフィルムのエッチングの異方性を抑え、これによって、アモルファスカーボンフィルム堆積の共形性の改善が観察された。アルゴンなどの、希釈ガスまたはキャリアガスとして使用される不活性ガスを、プラズマ開始ガス、窒素含有炭化水素源、炭化水素源、またはこれらの組合せとともに導入することができる。
【００２８】
炭化水素化合物および希釈ガスは、アモルファスカーボン堆積用に、炭化水素化合物と希釈ガス流の比が、約１：１０から約１０：１などの、例えば、約１：１００から１００：１といった、約１：１００以上から導入することができる。一実施形態において、炭化水素化合物と希釈ガス流の比は、例えば、約１：２から約１：１といった、約１：５から約２：１などの約１：５以上からであって良く、アモルファスカーボン堆積に使用することができる。炭化水素化合物と希釈ガス流の比を増加させると、より低い比を超える、共形性の改善が観察された。
【００２９】
第１のアモルファスカーボン層３２０は、例えば約７トルから約９トルといった、約２トルから約１５トルなどの約５００ｍトルから２０トルのチャンバ圧力を維持することによって、処理ガスからを堆積させることができる。圧力を増加するとともに共形性が増加することが観察され、イオンは、基板に到達する前により散乱を受け、このことにより、エッチングするための一部の能力を失い、ラジカルは、より散乱を受けて、より等方的かつ共形のフィルム成長のため、よりランダムかつ等方的な角度で基板表面に到達すると考えられる。
【００３０】
第１のアモルファスカーボン層３２０は、例えば、約２００℃から約４８０℃といった、約０℃から約１００℃の温度または約１８０℃から約６５０℃の温度などの、約０℃から約８００℃の基板温度を維持するチャンバ内で、炭化水素源から堆積させることができる。高い温度でアモルファスカーボンフィルムを堆積させることによって、堆積速度が減少し、このため共形性が改善することが観察された。また、高い温度において、吸着される炭素前駆体の拡散率または移動度が増加して、より等方的な堆積および改善した共形性をもたらす。
【００３１】
炭化水素源およびプラズマ開始ガスがチャンバ内に導入され、プラズマを起こして、堆積を始める。２つの周波数のＲＦシステムを使用してプラズマを生成することができる。２つの周波数のＲＦ電力供給は、流束およびイオンエネルギーを独立に制御することを可能にすると考えられる。というのは、フィルム表面を叩くイオンのエネルギーがフィルム密度に影響すると考えられるからである。高周波数のプラズマがプラズマ密度を制御し、低周波数のプラズマが基板表面を叩くイオンの運動エネルギーを制御すると考えられる。混合ＲＦ電力の２つの周波数源は、例えば約１３．５６ＭＨｚといった、約１０ＭＨｚから約６０ＭＨｚの範囲の高周波電力、ならびに例えば約３５０ＫＨｚといった、約１０ＫＨｚから約１ＭＨｚの範囲の低周波電力を提供する。２つの周波数のＲＦシステムを使用して第１のアモルファスカーボン層３２０を堆積させるとき、第２のＲＦ電力と全体の混合周波数電力の比は、好ましくは約０．６対１．０（０．６：１）より低い。印加するＲＦ電力および１つまたは複数の周波数を使用することは、基板サイズおよび使用する装置に基づいて変えることができる。単一周波数のＲＦ電力供給を使用することができ、典型的には、単一周波数のＲＦ電力供給は、本明細書に記載のような高周波数の電力供給である。
【００３２】
プラズマは、約０．０１から約１Ｗ／ｃｍ２など、約０．０１Ｗ／ｃｍ２から約５Ｗ／ｃｍ２の、基板表面積に対する電力密度でＲＦ電力を印加することにより生成することができる。例えば、電力の印加は、３００ｍｍ基板の場合に、例えば、約２０Ｗから約７５Ｗといった、約１０Ｗから約２００Ｗなどの、約１ワットから約２０００ワットであって良い。電極間隔、すなわち基板とシャワーヘッドの間の距離は、例えば３００ミルといった、約２００ミルから約１０００ミルであって良い。
【００３３】
任意の特定の理論に束縛されることを望むものではないが、プラズマプロセスがアモルファスカーボン堆積速度を減少させて、エネルギーの高いイオンの数を減少させ、炭化水素化合物、すなわち、ラジカルをよりランダムな堆積パターンで基板表面に到達させ、これにより、より等方的な堆積パターンを有するフィルムが成長する結果をもたらすことによって、共形性を改善すると考えられる。プラズマ堆積の減少によって、吸着される炭素前駆体が所望のターゲットの表面上に拡散することを可能にする低い堆積速度が実現し、より共形な層の実現も観察される。本開示の様々な実施形態におけるアモルファスカーボンハードマスクを堆積させるために使用される１つの具体的な例では、例えば、約７０〜７５Ｗ／ｃｍ２といった、約０．７Ｗ／ｃｍ２と約１００Ｗ／ｃｍ２の間の電力密度で基板表面にＲＦ電力を印加することによって、プラズマが生成される。Ｃ２Ｈ２の流量が例えば約２４００ｓｃｃｍといった約１５００ｓｃｃｍから４０００ｓｃｃｍである、Ｃ２Ｈ２を使用する炭化水素源が処理チャンバ内に導入される。ヘリウムを使用するプラズマ開始ガスの流量は、例えば、約４８００ｓｃｃｍといった、約２５００ｓｃｃｍから約６０００ｓｃｃｍである。電極間隔は、例えば、約３００ミルといった、約２００ミルと約１０００ミルの間である。加えて、チャンバ圧力は、例えば約９〜１２トルといった、約２トルと約２０トルの間に維持され、基板温度は、例えば、約３００℃といった、約１００℃と約４５０℃の間に維持される。
【００３４】
堆積プロセスの一実施形態において、複数の別個のアモルファスカーボン堆積を実施して、第１のアモルファスカーボン層３２０を形成することができる。複数の堆積プロセスの一態様において、本明細書に記載のような堆積ステップは、堆積速度を減らしてまたは堆積速度をなくして、希釈ガスおよび／または前駆体を流すことができる休止ステップが後に続く。好適な希釈ガスおよび／または前駆体を、約１００ｓｃｃｍから約４００００ｓｃｃｍの流量でチャンバ内に流すことができる。希釈ガスが使用される場合、休止ステップのためにプラズマを起こすことができる。堆積ステップおよび休止ステップを、その後、所望の厚さが得られるまで繰り返すことができ、例えば３０サイクルといった、１０から５０サイクルなど、１から１００サイクルであることができ、あるいは、例えば約３．３％といった、約２％から約１０％サイクルなど、アモルファスカーボン材料の厚さの約１％から約１００％の間でを堆積させることができる。個々のサイクルが、各サイクルで約１Åから約１０００Å厚のアモルファスカーボン材料を堆積させて、約１０Åから約１５０００Åの厚さを有するアモルファスカーボン層を形成することができる。周期的堆積プロセスは、１つまたは複数の上記のプロセスパラメータ調整を使用することができる。あるいは、堆積ステップの前または休止ステップ期間に、ガスをポンプ排出し、再度流すこともできる。
【００３５】
多層堆積方式は、有効フィルム堆積速度を低下させ、アモルファスカーボン材料の共形性を改善すると考えられる。また、新たに堆積される炭素原子が休止ステップ期間に拡散し、共形性をさらに改善することができる。一般的に、所与のアモルファスカーボンフィルムの厚さに対し層の数が増加する（個々の層の厚さがより薄く、繰り返しがより多くなる）とき、および休止ステップ時間と堆積ステップ時間の比がより大きくなる（より小さな有効堆積速度になる）とき、共形性が改善される。例えば、休止ステップ時間と堆積ステップ時間の比は、約１００：１から約１：１００であって良い。個々の層の厚さおよび休止と堆積の時間の比率を調整することにより、アモルファスカーボン層の共形性を調節し、デバイスの必要を満たし、したがって、所与のＰＥＣＶＤ堆積条件（前駆体、ガス、流量、圧力、温度、ＲＦ電力など）についての共形性を改善する別のつまみをもうけることができる。
【００３６】
ステップ２０４において、第１のアモルファスカーボン層３２０が基材３１０上に堆積された後、第１の反射防止コーティング材料３３０が、図３Ｂに示すように、第１のアモルファスカーボン層３２０上に堆積される。第１の反射防止コーティング材料３３０を使用して、リソグラフのパターン形成プロセス期間の、光の反射を制御する。第１の反射防止コーティング材料３３０は、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、またはこれらの組合せを含むことができる。第１の反射防止コーティング材料３３０は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、ＤＡＲＣ（商標）材料層であって良い。
【００３７】
ステップ２０６において、第１の反射防止コーティング材料３３０が堆積された後、次いで、第１のフォトレジスト（ＰＲ）層３４０が、図３Ｃに示すように、第１の反射防止コーティング材料３３０上に堆積される。
【００３８】
ステップ２０８において、第１のフォトレジスト層３４０が、次いで、リソグラフィプロセスによりパターン形成され、図３Ｄに示すように、パターン形成された第１のフォトレジスト層３４１内の第１のパターン３４２を作る。第１のフォトレジスト層３４０は、一般的に、マスクを介して露光され、現像され、フォトレジストの現像されない部分は除去される。フォトレジスト層は、一般的に炭素ベースのポリマーであり、エッチングプロセス期間に保護されることを意図している第１の反射防止コーティング材料３３０の上部上にエッチングマスクとして残る。本記載で示すピッチは例示の目的用であり、本発明を制限するものとして考えるべきでないことに留意されたい。パターン形成された第１のフォトレジスト層３４１は、所望のライン幅「ｘ」および所望のスペース「ｙ」を有し、これらが一緒にピッチ「ｚ」（すなわち、ライン幅＋スペース）を画定することができる。例えば、一実施形態において、パターン形成された第１のフォトレジスト層３４１の幅「ｘ」は、半導体デバイスの特徴の所望の限界寸法と実質的に相関することができ、約０．１ナノメートルと約１００ナノメートルの間であって良い。同様に、スペース「ｙ」を、約０．３ナノメートルと約３００ナノメートルの間で選択して、第２のパターン３９２と組み合わせて、周波数倍増方式を最適化することができる（図３Ｋを参照）。例えば、特徴の周波数が２倍にされる場合、パターン形成した第１のフォトレジスト層３４１内の各特徴３４３間のスペース「ｙ」は、幅「ｘ」の値の３倍にほぼ等しくて良い。所望であれば、パターン形成した第１のフォトレジスト層３４１のライン幅「ｘ」を、任意選択で、フォトレジストマスクトリミングプロセスを使用して所望の値に減少することができ、フォトレジストマスクトリミングプロセスは、酸素ベースの化学作用を使用してフォトレジストの等方的なエッチングを実施する、プラズマプロセスであって良い。同様に、パターン形成した第１のフォトレジスト層３４１の直径または辺長は、所望の範囲にわたって変化することができる。パターン形成した第１のフォトレジスト層３４１は、最終的に所望のパターンを基材３１０に移すために、任意の所望の数のピッチを有して良いことが意図される。
【００３９】
ステップ２１０において、パターン形成した第１のフォトレジスト層３４１内に形成された第１のパターン３４２を第１のアモルファスカーボン層３２０に移して、パターン形成した第１のアモルファスカーボン層３２１を形成するように、いわゆるＡＰＦマスク開口ステップが実施される。このステップは、図３Ｅに示すように、１つまたは複数のエッチングプロセスで、最初にパターン形成した第１のフォトレジスト層３４１、第１の反射防止コーティング材料３３０、次いで第１のアモルファスカーボン層３２０をエッチングすることにより達成することができる。パターン形成した第１のアモルファスカーボン層３２１は、次いで、下にある基材３１０用のハードマスクとして機能することができる。
【００４０】
ステップ２１２において、基材３１０は、次いで、パターン形成した第１のアモルファスカーボン層３２１をハードマスクとして使用して、１つもしくは複数のエッチングプロセスで、または別個のプロセスによりエッチングされて、残った第１の反射防止コーティング材料３３１および基材３１０の一部が除去される。結果として得られる基材３１０は、パターン形成した第１のフォトレジスト層３４１（図３Ｄ）内の第１のパターン３４２から移されるコンタクトホールなどの第１の組の特徴３１１を有し、残った第１のアモルファスカーボン層３２１は、図３Ｆに示すように、基材３１０の上面上に堆積される。
【００４１】
ステップ２１４において、エッチングの完了後に、残った第１のアモルファスカーボン層３２１を、Ｏ２灰化＋湿式洗浄プロセスなどの好適な技法により除去し、図３Ｇに示すように、第１の組の特徴３１１を有する基材３１０が得られる。
【００４２】
ステップ２１６において、第２のアモルファスカーボン層３６０が、上で議論したステップ２０２と同様のプロセスを使用して、パターン形成した基材３１０上に堆積され、このことにより、図３Ｈに示すように、パターン形成した基材３１０内に形成される第１の組の特徴３１１の上部を、第２のアモルファスカーボン層３６０で充填する。第２のアモルファスカーボン層３６０は、後続の堆積から第１の組の特徴３１１を保護するために堆積され、後続のパターン形成ステップのためのハードマスクとして機能するとき、エッチング耐性である。第２のアモルファスカーボン層３６０は、所望のときに、容易に除去されるべきである。したがって、第２のアモルファスカーボン層３６０が第１の組の特徴３１１を間隙充填するため、完全に開口を充填する能力を有することができるとき、特定用途では、後のステージで第２のアモルファスカーボン層３６０を容易に除去するため、第１の組の特徴３１１を完全には埋めないことが有利である。そのような場合、第２のアモルファスカーボン層３６０は、図３Ｈに示すように、コンタクトホールの上部を閉鎖するのに十分な、第１の組の特徴３１１の上部または上半分のみを充填して良い。
【００４３】
あるいは、または任意選択で、基材３１０の表面の上方に残る過剰な第２のアモルファスカーボン材料は、灰化プロセスなどの好適な技法により除去することができ、これによって、図３Ｉに示すように、第１の組の特徴３１１の上半分を第２のアモルファスカーボン層３６０で充填した、実質的に平坦な、基材３１０の外面３６２が提供される。この例では、第２のアモルファスカーボン層の上面は、基材３１０の上面と同じ高さであり、このため、後続のフィルムスタックの均一な堆積のために、実質的に平坦な外面３６２が形成される。
【００４４】
ステップ２１８において、上で議論したステップ２０２〜２０６と同様のプロセスを使用して、図３Ｊに示すように、第２の反射防止コーティング材料３８０および第２のフォトレジスト層３９０を、第２のアモルファスカーボン層３６０上に連続してを堆積させることができる。第２の反射防止コーティング材料３８０および第２のフォトレジスト層３９０は、第１の反射防止コーティング材料３３０および第１のフォトレジスト層３４０用にを堆積させたものと同じ材料であって良い。あるいは、過剰な第２のアモルファスカーボン材料が、基材３１０の表面から前もって除去される場合、後続のパターン形成ステップ用のハードマスクとして機能させるため、第２の反射防止コーティング材料３８０および第２のフォトレジスト層３９０の堆積の前に、第３のアモルファスカーボン層（図示せず）を堆積させることができる。
【００４５】
ステップ２２０において、第２のフォトレジスト層３９０は、次いで、マスク（図示せず）の投影を第２のフォトレジスト層３９０の表面上で、基板（図示せず）に対して所望の距離だけ横方向にシフトすること、または基板をマスクに対して横方向にシフトすることによって、リソグラフィプロセスを使用してパターン形成され、それにより、図３Ｋに示すように、第２のパターン形成したフォトレジスト層３９１内に第２のパターン３９２が作成される。下にある基材３１０に移される第２のパターン３９２は、マスクまたは基板を横方向にシフトすることにより、第１の組の特徴３１１とは位置合せされず、このことによって、所与の領域内に第１の組の特徴３１１に隣接して、追加の特徴（例えば、コンタクトホール）を作成することにより、リソグラフィパターンの周波数倍増が可能になる。図３Ｎに示す例を参照すると、結果として得られる基材３１０は、実質的に同じピッチを有する特徴３１１、３１２を含み、ここで、各特徴３１１は、２つの特徴３１２の間にサンドイッチされる。パターン形成した第１のフォトレジスト層３４１および第２のフォトレジスト層３９１は、最終的に所望のパターンを基材３１０に移すため、および周波数倍増方式を最適化するために、任意の所望の数のピッチを有することができることが意図される。
【００４６】
ステップ２２２において、パターン形成した第２のフォトレジスト層３９１内に形成された第２のパターン３９２は、基材３１０の表面の上方に形成される第２のアモルファスカーボン層３６０に移され（または基材３１０の表面の上方に形成される第２のアモルファスカーボン層３６０が前もって除去された場合は、第３のアモルファスカーボン層（図示せず）に移され）、最初にパターン形成した第２のフォトレジスト層３９１、第２の反射防止コーティング材料３８０、次いで、第２のアモルファスカーボン層３６０を、１つまたは複数のエッチングプロセスでエッチングすることによって、図３Ｌに示すように、パターン形成した第２のアモルファスカーボン層３６１を形成する。パターン形成した第２のアモルファスカーボン層３６１は、下にある基材３１０用のハードマスクとして機能することができる。第２のアモルファスカーボン層３６０が、パターン形成した第２のアモルファスカーボン層３６１と同一の材料を含むので、ここで、例示の目的で、異なる参照番号３６１が与えられていることが理解される。
【００４７】
ステップ２２４において、基材３１０は、次いで、パターン形成した第２のアモルファスカーボン層３６１をハードマスクとして使用して、１つまたは複数のエッチングプロセスでエッチングされて、残った第２の反射防止コーティング材料３８１および基材３１０の一部を除去する。したがって、図３Ｍに示すように、結果として得られる基材３１０は、パターン形成した第２のフォトレジスト層３９１（図３Ｋ）内の第２のパターン３９２から移される第２の組の特徴３１２を有し、第１の組の特徴３１１の上部の中に充填された第２のアモルファスカーボン層３６０とともに、パターン形成した第２のアモルファスカーボン層３６１が、基材３１０の上面上に残る。
【００４８】
ステップ２２６において、エッチングの完了後に、基材３１０の表面の上方に残る第２のアモルファスカーボン層３６１および第１の組の特徴３１１の上半分を充填した第２のアモルファスカーボン層３６０は、灰化プロセスなどの好適な技法により一緒に除去され、第１の組の特徴３１１および第２の組の特徴３１２を有する基材３１０が得られ、ここで結果として得られる第１の組の特徴３１１および第２の組の特徴３１２は、図３Ｎに示すように、所与の領域内で、お互いが平行で均等に離間し、実質的に同一の特徴サイズを有して形成される。図は、上記のように一定の縮尺で描かれていないが、図３Ｎに示した接点の特徴は、例示の目的で、（図３Ｍまたは前の図と比較して）さらに縮小されることを理解されたい。
【００４９】
本発明のパターン形成方法の１つの主要な利点は、所与の領域内のパターン密度の倍増であり、このことが、サブ３２ｎｍ孔パターン形成用の現在のフォトリソグラフィプロセスによって達成されるデバイス性能と比較して、優れたデバイス性能を提供する。第１のフォトレジスト層３４１および第２のフォトレジスト層３９１内のピッチの数は、所望の周波数倍増方式を最適化するため変えられることが意図される。任意の特定の理論に束縛されることを望むものではないが、上で記載したプロセスは、基材内に所望の周波数の特徴が得られるまで続けることができると考えられる。
【００５０】
高アスペクト比構造を得るための平坦化エッチングハードマスクプロセス
本発明の平坦化エッチングハードマスクプロセスは、金属接点、ソース／ドレイン接点、キャパシタ、または浅いトレンチ隔離などの様々な用途で、相互接続の特徴のアスペクト比を垂直に変倍するのに有効であることが証明された。図４は、所望のフィルムスタック内の相互接続の特徴のアスペクト比を増加させるための、本発明の一実施形態による堆積プロセス４００の流れ図を描く。図５Ａ〜図５Ｎは、堆積プロセス４００を使用するフィルムスタックの一連の概略断面図を描く。本明細書に記載の発明の基本範囲から逸脱することなく、１つまたは複数のステップを加えたり、削除したり、かつ／または並べ替えたりすることができるので、図４内に例示されるステップの数およびシーケンスは、本明細書に記載の発明の範囲に関して制限することを意図していないことに留意されたい。加えて、図は一定の縮尺で描かれておらず、特定の特徴および層厚の割合は、本発明の詳細および特徴をより良く例示するために誇張されている。
【００５１】
堆積プロセス４００は、ステップ４０２において始まり、図５Ａに示すように、第１のアモルファスカーボン層５２０が第１の基材５１０上に堆積される、第１のスタック５００をもうける。ステップ２０２と同様に、第１の基材５１０は、金属接点、トレンチ隔離、ゲート、ビット線、または任意の他の相互接続の特徴などの半導体デバイスの形成に使用される１つまたは複数の材料であって良い。第１の基材５１０としては、用途によって、シリコン基板材料、酸化物材料、窒化物材料、ポリシリコン材料などを挙げることができる。メモリの応用が要求される一実施形態において、第１の基材５１０としては、限定するものではないが、シリコン基板材料、酸化物材料、窒化物材料、およびポリシリコンを挙げることができる。ＤＲＡＭキャパシタの応用が要求される別の実施形態において、第１の基材５１０としては、基板（図示せず）の表面上に堆積される、交互に並ぶ複数の酸化物材料と窒化物材料（すなわち、酸化物−窒化物−酸化物（ＯＮＯ））が挙げられる。様々な実施形態において、第１の基材５１０としては、交互に並ぶ複数の酸化物材料と窒化物材料、アモルファスシリコンと交互に並ぶ酸化物、ポリシリコンと交互に並ぶ酸化物、ドープされたシリコンと交互に並ぶ非ドープのシリコン、ドープされたポリシリコンと交互に並ぶ非ドープのポリシリコン、またはドープされたアモルファスシリコンと交互に並ぶ非ドープのアモルファスシリコンが挙げられる。あるいは、第１の基材５１０としては、１つもしくは複数の酸化物材料もしくは窒化物材料、アルミニウム材料、タングステン材料もしくは銅材料などの金属、またはポリシリコン材料もしくはアモルファスシリコン材料を挙げることができる。基板は、フィルム処理が実施される、任意の基板または材料表面であって良い。例えば、基板は、結晶シリコン、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされたもしくは非ドープのポリシリコン、ドープされたもしくは非ドープのシリコンウエハおよびパターン形成されたまたはパターン形成されていないウエハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ガラス、サファイア、または他の好適な被加工物などの材料であって良い。
【００５２】
ステップ２０２と同様に、第１のアモルファスカーボン（α−Ｃ）層５２０は、その高エッチング耐性および容易な除去のために、エッチングハードマスクとして使用され、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  Ｆｉｌｍ（商標）（ＡＰＦ）材料であって良い。第１のアモルファスカーボン層５２０を形成するプロセスは、上で議論したプロセスと同様であり、図３Ａと一緒にステップ２０２を参照することができる。
【００５３】
ステップ４０４および４０６は、上で議論したステップ２０４および２０６と同様であり、図５Ｂおよび５Ｃに示すように、第１の反射防止コーティング材料５３０および第１のフォトレジスト層５４０は、第１のアモルファスカーボン層５２０上に後で堆積される。第１の反射防止コーティング材料５３０は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ  ＣｌａｒａのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から市販されている、ＤＡＲＣ（商標）材料層であって良い。
【００５４】
ステップ４０８において、第１のフォトレジスト層５４０が、次いで、リソグラフィプロセスによりパターン形成され、図５Ｄに示すように、パターン形成された第１のフォトレジスト層５４１内の第１のパターン５４２を作る。第１のフォトレジスト層５４０は、一般的に、マスクを介して露光され、現像され、フォトレジストの現像されない部分は除去され、所望のパッチにおいて接点の特徴５４３を形成する。現像したフォトレジストは、一般的に炭素ベースのポリマーであり、エッチングプロセス期間に保護されることを意図している第１の反射防止コーティング材料５３０の上部上にエッチングマスクとして残る。ステップ２０８と同様に、パターン形成された第１のフォトレジスト層５４１は、所望のライン幅「ｘ」および所望のスペース「ｙ」を有し、これらが一緒にピッチ「ｚ」（すなわち、ライン幅＋スペース）を画定することができる。いくつかの実施形態において、パターン形成した第１のフォトレジスト層５４１は、任意選択で、トリミングプロセスを受け、これにより、パターン形成したフォトレジスト材料の幅を狭くして、トリミングされた第１のフォトレジスト材料によって画定される所望のパターンを形成することができる。パターン形成した第１のフォトレジスト層５４１は、最終的に所望のパターンを第１の基材５１０に移すために、任意の所望の数のピッチを有して良いことが意図される。
【００５５】
ステップ４１０において、パターン形成した第１のフォトレジスト層５４１内に形成された第１のパターン５４２は、第１のアモルファスカーボン層５２０に移され、図５Ｅに示すように、１つまたは複数のエッチングプロセスで、最初に第１のフォトレジスト層５４１、第１の反射防止コーティング材料５３０、次いで第１のアモルファスカーボン層５２０をエッチングすることによって、パターン形成した第１のアモルファスカーボン層５２１を形成する。パターン形成した第１のアモルファスカーボン層５２１は、下にある第１の基材５１０用のハードマスクとして機能することができる。
【００５６】
ステップ４１２において、第１の基材５１０は、次いで、パターン形成した第１のアモルファスカーボン層５２１をハードマスクとして使用して、１つもしくは複数のエッチングプロセスで、または別個のプロセスによりエッチングされて、残った第１の反射防止コーティング材料５３１および第１の基材５１０の一部を除去する。結果として得られる第１の基材５１０は、パターン形成した第１のフォトレジスト層５４１（図５Ｄ）内の第１のパターン５４２から移されるコンタクトホールなどの、第１の組の特徴５１１を有し、残った第１のアモルファスカーボン層５２１は、図５Ｆに示すように、第１の基材５１０の上面上に堆積される。
【００５７】
ステップ４１４において、エッチングの完了後に、残った第１のアモルファスカーボン層５２１を、Ｏ２灰化に任意選択で湿式洗浄プロセスをプラスするなどの好適な技法により除去し、図５Ｇに示すように、第１の組の特徴５１１を有する第１の基材５１０が得られる。
【００５８】
ステップ４１６において、第２のアモルファスカーボン層５６０が、上で議論したステップ２０２と同様のプロセスを使用して、パターン形成した第１の基材５１０上に堆積され、後続の処理ステップから第１の組の特徴５１１を保護する。第２のアモルファスカーボン層５６０が第１の組の特徴５１１を間隙充填するため、完全に開口を充填する能力を有することができるとき、特定用途では、第１の組の特徴５１１を完全には埋めないことが有利である。例示的な例のＳＥＭ画像が、特徴を信頼性高く保護するのに十分な程度に６０ｎｍコンタクトホールに貫入する、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  Ｆｉｌｍ（商標）（ＡＰＦ）材料（すなわち、アモルファスカーボン（α−Ｃ）層）の、約１０００Åから約２０００Åの間隙充填能力を呈示する。第１の組の特徴５１１内に充填される第２のアモルファスカーボン層５６０は、後のステージにおいて後続の堆積に対して不浸透性またはエッチング耐性である一方、所望のときは、容易に除去可能であるべきである。一実施形態において、第２のアモルファスカーボン層５６０は、第１の組の特徴５１１の上部または上半分のみを充填する。第１の組の特徴５１１に対し信頼性の高い保護を提供する限り、他のアッシング可能な材料を使用できることが意図される。一実施形態において、アッシング可能な材料としては、限定するものではないが、（様々な固形の、とりわけ、グラファイト、ダイヤモンド、ダイヤモンド様、アモルファスの）炭素および炭化水素含有ポリマーなどの他の有機材料を挙げることができる。
【００５９】
ステップ４１８において、第１の基材５１０の表面上または表面の上方に残る過剰な第２のアモルファスカーボン材料は、灰化プロセスなどの好適な技法により平坦化され、このため、第１の基材５１０の上面が第２のアモルファスカーボン材料層５６０の上面と同じ高さとなり、これにより、図５Ｉに示すように、第１の基材５１０の実質的に平坦な外面５６２が提供される。実質的に平坦な外面５６２によって、後続のフィルムスタックの均一な堆積が可能になるので、実質的に平坦な外面５６２が求められる。
【００６０】
ステップ４２０において、パターン形成される第２のスタック５５０が、第１の基材５１０の平坦化された表面上に堆積される。第１のスタック５００と同様に、第２のスタック５５０は、上で議論したステップ４０２〜４０６と同様のプロセスを使用して、図５Ｊに示すように、第２の基材５５１上に連続して堆積させた、第３のアモルファスカーボン層５７０、第２の反射防止コーティング材料５８０および第２のフォトレジスト層５９０を含むことができる。第２の基材５５１は、金属接点、トレンチ隔離、ゲート、ビット線、または任意の他の相互接続の特徴などの半導体デバイスの形成に使用される１つまたは複数の材料であって良い。基材５１０としては、用途によって、シリコン基板材料、酸化物材料、窒化物材料、ポリシリコン材料などを挙げることができる。一実施形態において、第２の基材５５１および第１の基材５１０は、同じ材料である。
【００６１】
ステップ４２２において、第２のフォトレジスト層５９０が、次いで、リソグラフィプロセスを使用してパターン形成され、図５Ｋに示すように、下にある第２の基材５５１に移される第２のパターン５９２を作る。一実施形態において、第２のパターン５９２が第２のアモルファスカーボン層５６０で充填および平坦化される第１の基材５１０内に存在する特徴５１１と整列するようなやり方で、第２のフォトレジスト層５９０がパターン形成される。
【００６２】
ステップ４２４において、パターン形成した第２のフォトレジスト層５９１内に形成された第２のパターン５９２は、ステップ４１０〜４１４と同様の１つまたは複数のエッチングプロセスを使用して第２の基材５５１に移され、図５Ｌに示すようなパターン形成した第２の基材５５２を形成する。第２の基材５５１は、１つまたは複数のエッチングプロセスで、または別個のプロセスによって、パターン形成した第３のアモルファスカーボン層をハードマスクとして使用してエッチングされ、残った第２の反射防止コーティング材料、第３のアモルファスカーボン層の一部、および第２の基材５５１の一部を除去する。したがって、結果として得られるパターン形成した第２の基材５５２は、パターン形成した第２のフォトレジスト層５９１（図５Ｋ）内の第２のパターン５９２から移される第２の組の特徴５１２（コンタクトホールなど）を有し、第２の組の特徴５１２は、第１の基材５１０内の第１の組の特徴５１１の上部内に残る、下にある第２のアモルファスカーボン層５６０と位置合せされる。一実施形態において、エッチングプロセスは、第１の組の特徴５１１の上部内に残る第２のアモルファスカーボン層５６０を穿孔し続けることができる。あるいは、下にある第２のアモルファスカーボン層５６０に到達するとエッチングプロセスが停止し、次いで、ステップ４２６で、下で議論するように、後続のアッシングステップで、第１の組の特徴５１１の上半分から第２のアモルファスカーボン層５６０を除去することもできる。
【００６３】
ステップ４２６において、エッチングの完了後に、（ハードマスクとして使用された）残った第３のアモルファスカーボン層５７１および第１の組の特徴５１１の上部または上半分の内側を埋めた第２のアモルファスカーボン層５６０は、灰化プロセスなどの好適な技法により除去され、これによって、図５Ｍに示すように、第２の組の特徴を第１の組の特徴に延長または接続することによりアスペクト比を増やした構造に、同じピッチで所望の特徴を得る。
【００６４】
本明細書は、２つのフィルムスタック（すなわち、上にそれぞれＡＰＦ／ＤＡＲＣ／フォトレジスト層が堆積される第１および第２の基材）の形成を記載して示すが、本発明のプロセスは、所望の特徴を有する基材の所望の高さが達成されるまで複数回数繰り返すことができる。一実施形態において、ステップ４１６〜４２４が２回繰り返され、図５Ｎに示すように、ほぼ２倍に増加したアスペクト比を有する、基材の少なくとも４つのフィルムスタック（例えば、５１０、５５２、５５３、５５４）を得る。大容量の電子デバイスに対する需要が増加しているので、本明細書に記載の、本発明の平坦化エッチングハードマスクプロセスは、コンタクトホールのアスペクト比をほぼ２倍にすることにより優れた性能を有する半導体デバイスを有利に提供する。
【００６５】
平坦化エッチングハードマスクプロセスは、様々な手法で実施することができ、図３および図５に関連して記載したように限定されるべきではないことを、当業者には理解されたい。本明細書に提供されるプロセスの実施形態のうちのいずれかを、互いに組み合わせて使用することができる。例えば、さらなる実施形態において、図３および図５に関連して記載された概念を任意の所望のシーケンスで組み合わせて、所与の領域で、著しくアスペクト比を増加させて、パターン密度を２倍にすることができる。上記が本発明の実施形態を対象とする一方、本発明の他のさらなる実施形態が、本発明の基本範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲により決定される。
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図３Ａ−Ｇ】
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【図３Ｈ−Ｎ】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５Ａ−Ｇ】
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【図５Ｈ−Ｎ】
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【国際調査報告】
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