(57)【要約】      （修正有）【課題】フィールド誘電体領域により分離された複数の半導体フィンを含む構造中にドーパント元素を注入する方法を提供する。【解決手段】フィンの上にＢＡＲＣ層４を堆積する工程と、ＢＡＲＣ層の上にレジスト層５を堆積する工程と、リソグラフィ工程によりレジスト層の一部を除去し、これによりＢＡＲＣ層の領域１０を露出させる工程と、残ったレジス層をマスクに用いたドライエッチングプロセスにより、領域１０中のＢＡＲＣ層を除去する工程と、ＢＡＲＣ層およびレジス層をマスクに用いて、領域１０の中に存在するフィンの中にドーパント元素を注入する工程と、レジスト層およびＢＡＲＣ層の残りを除去する工程と、を含む。さらにＢＡＲＣ層４とレジスト層５の堆積工程の前に、フィン１の上に直接エッチングストップ層３を堆積する追加の工程を含む。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィールド誘電体領域（２）により分離された複数の半導体フィン（１）を含む構造中にドーパント元素を注入する方法であって、
フィンの上にＢＡＲＣ層（４）を堆積する工程と、
ＢＡＲＣ層の上にレジスト層（５）を堆積する工程と、
リソグラフィ工程によりレジスト層の一部を除去し、これによりＢＡＲＣ層の領域（１０）を露出させる工程と、
残ったレジス層をマスクに用いたドライエッチングプロセスにより、領域（１０）中のＢＡＲＣ層を除去する工程と、
ＢＡＲＣ層およびレジス層をマスクに用いて、領域（１０）の中に存在するフィンの中にドーパント元素を注入する工程と、
レジスト層およびＢＡＲＣ層の残りを除去する工程と、を含み、
この方法は、ＢＡＲＣ層（４）とレジスト層（５）の堆積工程の前に、フィン（１）の上に直接エッチングストップ層（３）を堆積する追加の工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
エッチングストップ層（３）は、ドーパント元素を注入する工程の前に、領域（１０）の中で除去される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
エッチングストップ層（３）は、ドーパント元素を注入する工程の前に、領域（１０）の中で除去されず、
ドーパント元素はエッチングストップ層（３）を通って注入される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
エッチングストップ層（３）は、半導体フィン（１）により形成された形状に従う等角的な層である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
エッチングストップ層（３）の膜厚は、２ｎｍから５ｎｍまでの間である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
エッチングストップ層（３）は、原子層堆積（ＡＬＤ）により堆積される請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
リソグラフィ工程は、１９３ｎｍのリソグラフィ技術を用いて行われる請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
エッチングストップ層（３）は、Ａｌ、Ｔｉ、またはＨｆを含むｈｉｇｈ−ｋ誘電体材料を含む請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ｈｉｇｈ−ｋ誘電体材料は、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＮ、またはＨｆＯ２からなるグループから選択される請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィン型構造を有する集積回路（ＩＣ）の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦｉｎＦＥＴ技術は、ＩＣ上でデバイス密度を増加するための主な手段である。しかしながら、フィン構造で表される形状（topography）は多くの領域で、特にリソグラフィの領域で、新たな課題をもたらす。形状のあるスタック上でパターニングする必要のあるＩＣスタック中の層は、光反射の制御無しに、フォトリソグラフィにより容易に印刷することはできない。加えて、臨界寸法（ＣＤ：critical dimension）の厳しい制御のために、レジスト層を通して良好なプロファイル制御のために平坦化層が必要である。一般の平坦化層は、溶媒からスピンキャストでき、反射制御のためにコーティングとして同時に使用できるポリマー材料である。そのようなコーティングは、一般に、ボトム・アンチリフレクティブ・コーティング、またはＢＡＲＣと呼ばれる。
【０００３】
ＢＡＲＣは、更なるプロセスのために、パターンを開口して基板に転写するために、ＢＡＲＣは続いてエッチングする必要がある。非常に一般的な応用は、イオン注入層のパターニングであり、フォトレジストとＢＡＲＣは共に注入マスクを形成する。この場合、ＢＡＲＣエッチ開口部やオーバーエッチは、フィンの周りでＢＡＲＣを明確にし、下層の形状を消費したり損傷することは許容されない。
【０００４】
１４８ｎｍ波長の技術から、デバイス寸法の連続した低減により新たな標準となる１９３ｎｍ波長の技術へのリソグラフィの発展とともに、それらの問題はより目立つようになった。１９３ｎｍリソグラフィは、レジスト層およびＢＡＲＣ層の特別な寸法と材料を必要とし、ドライエッチングによってのみ適切にエッチングできる。これは一方で、フィンにダメージを与えることなくＢＡＲＣを除去するのに適した入手可能なエッチング化学剤を制限する。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、上記問題を克服するための方法に関する。本発明の方法は、添付された請求の範囲に記載される。
【０００６】
本発明はこのように、フィールド誘電体領域により分離された複数の半導体フィンを含む構造中にドーパント元素を注入する方法に関し、この方法は、フィンの上にＢＡＲＣ層を堆積する工程と、ＢＡＲＣ層の上にレジスト層を堆積する工程と、リソグラフィ工程によりレジスト層の一部を除去し、これによりＢＡＲＣ層の領域を露出させる工程と、残ったレジスト層をマスクに用いたドライエッチプロセスでこの領域のＢＡＲＣ層を除去する工程と、その領域に存在するフィンの中にドーパント元素を注入し、これによりＢＡＲＣ層とレジスト層とをマスクとして使用する工程と、残ったＢＡＲＣ層とレジスト層とを除去する工程と、を含み、この方法は、更に、ＢＡＲＣ層とレジスト層の堆積工程の前に、フィンの上にエッチングストップ層を直接堆積する工程を含むことを特徴とする。エッチングストップ層は、ＢＡＲＣ除去工程中にフィンを保護し、それにより、後の工程は、そうでなければフィンにダメージを与えるであろうドライエッチング技術を用いて行うことができる。
【０００７】
エッチングストップ層は、好適には原子層堆積で形成された薄膜であり、この層はフィン形状に対して等角的（conformal）である。具体例では、イオン注入が薄膜を通って行われ、これにより、ドーパント注入が必要な特定の領域での、エッチングストップ層の除去工程の必要性を取り除く。
【０００８】
具体例では、エッチングストッパ層の膜厚は２ｎｍと５ｎｍの間である。リソグラフィ工程は、好適には１９３ｎｍリソグラフィ技術を用いて行われる。
【０００９】
具体例では、エッチングストッパ層は、Ａｌ、Ｔｉ、またはＨｆを含むｈｉｇｈ−ｋ誘電体材料を含む。好適には、ｈｉｇｈ−ｋ誘電体材料はＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＴｉＮ、またはＨｆＯ２からなるグループから選択される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１ａ】本発明の具体例にかかる方法の基本的な工程を示す。
【図１ｂ】本発明の具体例にかかる方法の基本的な工程を示す。
【図１ｃ】本発明の具体例にかかる方法の基本的な工程を示す。
【図１ｄ】本発明の具体例にかかる方法の基本的な工程を示す。
【図１ｅ】本発明の具体例にかかる方法の基本的な工程を示す。
【図２】代わりの方法工程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１ａに示すように、本発明の方法は、例えばＳｉＯ２のようなフィールド誘電体２により分離され、アレイ状のフィンとして配置された、例えばシリコンフィンのような複数の半導体フィン１を含むフィン構造に適用される。それらのフィンは、簡略化のために図面には示されない下層のサポートウエハ上に配置される。
【００１２】
この構造が得られる方法は、経験のある読者にはそのように知られ、それゆえにここでは詳細には記載しない。ドーパント注入工程は、例えばＨＡＬＯ／ＨＤＤ注入の作製のために、フィンアレイの限定された領域において必要である。これは、この後に記載された工程により達成される。
【００１３】
第１工程では、薄い誘電体層３がフィン上に堆積され、誘電体層３は好適には等角の層を形成するのに適し、即ち、図面に示すように、層はフィンの形状に従う。この層は、好適には原子層堆積（ＡＬＤ）により形成され、これ以降「ＡＬＤ層」と呼ぶが、これは他の方法で形成された層を排除するものではない。ＡＬＤ層は、本発明の争点であり、更に説明するように、この方法の更なる工程でエッチングストップ層の一部として働く。ＡＬＤ層３は、例えばＡｌ２Ｏ３層でも良い。具体例では、フィンの上部幅は１０ｎｍ程度（例えば、５ｎｍと２０ｎｍの間で、アレイのピッチは３０ｎｍと６０ｎｍとの間）であり、ＡＬＤ層３の膜厚は２ｎｍと５ｎｍの間である。
【００１４】
次に、（上で定義したような）ＢＡＲＣ層４とフォトレジスト層５が、フィン形状の上に続いて堆積される。ＢＡＲＣの膜厚と材料の選択は、好適には１９３ｎｍ技術のリソグラフィに適する。例えば、ＢＡＲＣは、膜厚が１００ｎｍと１８０ｎｍの間のＰＭＭＡ（Polymethylmethacrylate）層、またはこの技術分野で知られたＢＡＲＣとして機能するのに適した他の層、例えば、Nakayamaらの“New 193nm Bottom Anti-Reflective Coating” Proceedings of SPIE Vol. 5039 (2003)に記載されたような層でも良い。レジスト層５は、１００ｎｍと４００ｎｍの間の範囲の膜厚を有する化学的に増幅されたメタクリレート系レジストで形成されても良い。ＢＡＲＣおよびレジストは、例えばスピンオン堆積とそれに続くベーキング工程のような、この技術で知られた、適した方法により堆積されても良い。
【００１５】
図１ｂに示された次の工程では、ドーパント注入が行われる領域１０が形成される（実際は、フィン形状とアライメントとして、そのような領域１０のアレイが形成される）。領域１０の形成は、レジスト５の一部を除去することにより行われる。これは、レジストを形成し、露出した部分に照射し、レジストを現像し、問題となった領域からレジストを除去する標準的な工程により達成される。これにより、ＢＡＲＣ層４の露出した領域を有し、一方でＢＡＲＣの残りはレジスト材料５に覆われたままである図１ｂに示される状況となる。
【００１６】
図１ｃに示すように、次に、好適なエッチング化学剤を用いた、即ちレジスト５の下部を本質的に横方向にエッチングしないＢＡＲＣの異方性エッチングを可能にするプラズマエッチにより、領域１０でＢＡＲＣが除去され、これにより、ＢＡＲＣの除去後に限界寸法ＣＤは本質的に維持され、即ちＣＤは本質的にＣＤ‘と等しくなる（図１ｃ参照）。ＢＡＲＣがＰＭＭＡから形成された場合、これは、ＣＨ２Ｆ２またはＣＨ３Ｆのような高度にポリマー化したガスを用いたフッ素系プラズマ中のプラズマエッチングにより達成される。
【００１７】
ＡＬＤ層３は、ＢＡＲＣ除去エッチプロセス中でエッチングストップ層として機能し、即ち、ＡＬＤ層は、ＢＡＲＣ除去エッチングによりフィン１が攻撃されないようにする。この目的に適したＡＬＤ層の好適な材料は、例えばＡｌ２Ｏ３、Ｈｆ酸化物、またはＡｌＮのようなｈｉｇｈ−ｋ誘電体である。
【００１８】
図１ｄに示された具体例では、フィン形状の領域１０中のみにドーパントが注入されるようにレジスト５とＢＡＲＣ４を注入マスクに用いて、（図１ｄに垂直の矢印で示す）ドーパント注入工程を行った後に、ＡＬＤ層は領域１０から除去される。その後、レジストとＢＡＲＣを剥離する（図１ｅ）。ＡＬＤ層３の残りは、残ったフィンアレイのレジストから除去される。ドーパントのイオン注入後の、領域１０からのＡＬＤ層３の除去は、ドーパントのイオン注入とレジスト＋ＢＡＲＣ剥離の後の、残りのＡＤＬ層の除去とともに、例えばフィン１およびフィールド誘電体領域２に対して高い選択性を有する希釈されたＨＦ溶液または異方性ドライエッチングプロセスで行っても良い。
【００１９】
他の具体例では（図２参照）、領域１０からＡＬＤ層３を除去せずに、ドーパント注入が行われ、即ち、ドーパント元素はＡＬＤ層３を通って注入される。これは、ＡＬＤ層が十分に薄くて、層を通ってドーパントの注入ができる場合にのみ可能となる。これは、例えば、シリコンフィンの上に堆積された２ｎｍ膜厚のＡｌ２Ｏ３により達成される。注入工程の後、レジストとＢＡＲＣが剥離され、（再度、例えばＨＦまたはドライエッチングにより）フィンアレイの全体からＡＬＤ層３が除去される。
【００２０】
プロセスパラメータの例
高さ３０ｎｍの形状および深さ１００ｎｍのフィールド酸化物を有するシリコンバルクフィンウエハが、ＡＬＤプロセス中の基板として使用され、これには、５ｎｍのＡｌ２Ｏ３がフィンの上に等方的に堆積される。フィンのピッチは４５ｎｍで、フィンの幅は上部で８ｎｍ、フィールド酸化物の表面で１０ｎｍである。
【００２１】
ＢＡＲＣ層は、２５００ｒｐｍでスピンキャストされたＡＲＣ９５（ＡＭＣ社製の材料の製品名）からなる厚さ３０ｎｍの層であり、これは、ブランケットＳｉウエハの上の厚さ３０ｎｍに対応する。層をクロスリンクするために、次に２０５℃でベークを行い、溶液に対して溶解しないようにする。レジストは同様の溶液、即ちエステルのような溶液から上部でスピンキャストされるため、これは必要である。レジスト（ＪＳＲ  ＮＶ社製のＪＳＲ  ＡＲＸ３５００）は、１５００ｒｐｍでスピンキャストされて、最終膜厚２３０ｎｍになる。１００℃で６０秒間のポストベークが行われる。東京エレクトロン社（ＴＥＬ）製のＡＣＴ１２ウエハトラックの自動プログラムにより、ＢＡＲＣとレジストの双方はスピンキャストされると共に、続いてポストベークが行われる。それぞれのベーク工程の後に、ウエハは、少なくとも６０秒間で、環境空気温度（２２℃）まで冷却される。
【００２２】
ウエハトラックは、ここではＡＳＭＬ製のＴｗｉｎｓｃａｎ  ＸＴ１２５０Ｄである、リソグラフィックスキャナに接続される。露光は、４００ｎｍピッチのライン−スペース格子中の２００ｎｍ幅の空間パターンの分解能を目的とし、これは、基板のフィン形状の上でアライメントされる（即ち、図１ｃの幅ＣＤは２００ｎｍであり、そのような領域１０の４００ｎｍのピッチを有するアレイがフィン形状とアライメントされる）。露光後、ウエハは、露光後のベーク（１３０℃）と０．２６２Ｎ  ＴＭＡＨ（Tetramethylammoniumhydroxide）中での６０秒間の現像のために、同じトラックに戻される。
【００２３】
ＢＡＲＣのエッチングは、塩素系の化学剤を用いるＬＡＭ  Ｋｉｙｏ  ３Ｃチャンバー中で行われ、これにより形状から全ての有機材料（ＢＡＲＣ）が除かれ、トレンチ中のＡｌ２Ｏ３を完全に露出させる。
【００２４】
次に、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｘイオン注入装置中で、２ｋｅＶの運動エネルギーで、ヒ素イオンが、Ａｌ２Ｏ３層を通してウエハに注入される。最終ドーズは、１ｅ１５ｃｍ−２である。
【００２５】
次に、レジストとＢＥＲＣが、ＬＡＭ  Ｋｉｙｏ  ３Ｃチャンバー中で、酸素系を用いて剥離される。一旦、レジストとＢＡＲＣの有機物残渣を除去すれば、希釈したＨＣｌと過酸化アンモニウムの溶液を用いたウエットエッチングで、Ａｌ２Ｏ３は基板に対して選択的に、容易に除去できる。
【００２６】
本発明は、図面と先の説明中に詳細に説明され記載されたが、そのような説明や記載は実例または例示であり、限定ではない。記載された具体例についての他の変形は、図面、明細書、および添付の請求の範囲の学習から、請求される発明を実施する技術分野における当業者により、理解され達成される。請求の範囲において、「含む（comprising）」の用語は、他の要素や工程を排除するものではなく、不定冠詞「ある（a）」または「ある（an）」は、複数を除外するものではない。所定の措置が互いに異なる従属請求項中で引用されるという事実は、それらの措置の組み合わせが、有利に使用できないことを示すものではない。請求項中の参照符号は、その範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【００２７】
先の記載は、本発明の所定の具体例について詳述する。しかしながら、当然ながら、先のテキスト中への開示が如何に詳細であっても、本発明は多くの方法で実施でき、それゆえに開示された具体例に限定されない。なお、本発明の所定の特徴または形態を記載する場合の、特定の用語の使用は、その用語が関係する本発明の特性または形態の特定の特徴を含むように限定するように、その用語がここで再定義されることを暗示するものではない。
【００２８】
明確に記載しない限り、他の層または基板の「上に（on）」堆積または形成された層の記載は、以下の場合を含む。
・その層は、他の層または基板の上に直接、即ち接触して形成または堆積される。
・その層は、その層と、他の層または基板との間にある、１つの中間層または中間層のスタックの上に形成される。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図２】
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【外国語明細書】
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