(57)【要約】      （修正有）【課題】トレンチ形状を基板にエッチングするためのマスク構造体とエッチング方法を提供する。【解決手段】マスク構造体１２を基板１０の上に形成させる工程で、マスク構造体が、少なくとも１つの凹形開口部１４を画定する工程と、周期的なエッチングプロセス及び堆積プロセスを用いて、開口部を通じて基板をエッチングして、トレンチ１６を形成させる工程と、マスクを除去する工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状を基板にエッチングする方法であって、
マスク構造体を前記基板の上に形成させる工程で、前記マスク構造体が、少なくとも１つの凹形開口部を画定する工程と、
周期的なエッチング及び堆積プロセスを用いて、前記開口部を通じて前記基板をエッチングして、前記形状を形成させる工程と、
前記マスクを除去する工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記基板が半導体基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板がシリコン基板である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記マスク構造体が、第１のマスクと、前記第１のマスクの少なくとも一部の上に形成されている第２のマスクとを備え、前記第２のマスクが凹形開口部を画定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のマスクが、リソグラフィーによって形成された開口をその中に有し、前記第２のマスクが前記開口の中まで延びて、前記凹形開口部を画定する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第２のマスクがポリマー材から形成されている、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリマー材が有機ポリマー材である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記有機ポリマー材がフルオロカーボンポリマー、好ましくはパーフルオロカーボンポリマーである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
Ｃ4Ｆ8前駆体を用いて、前記有機ポリマー材を前記第１のマスクの上に堆積させる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ポリマー材を周期的に堆積及びエッチングすることによって、前記第２のマスクを構築する、請求項５〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１のマスクがハードマスクである、請求項４〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記マスク構造体を単一のマスク、好ましくはハードマスクから形成させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記開口部が、１０マイクロメートル未満、好ましくは５マイクロメートル未満、より好ましくは２マイクロメートル未満、最も好ましくは１マイクロメートル未満の断面寸法を有する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記マスク構造体が、開口部の周りのカラー領域を画定し、前記カラー領域が、開口部に向かって内側に傾斜する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記マスク構造体が前記基板と直接接触する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
エッチングした前記形状が、アスペクト比の高いトレンチ又はビアである、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ある形状を基板にエッチングする方法に関し、特には、シリコン基板のような半導体基板に、１つ以上の形状をエッチングすることに関するが、これに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
シリコンに形状をエッチングすることは、よく見られる半導体装置製造局面である。しかしながら、エッチング形状の側壁が正テーパーを有さず、マスクのアンダーカットが小さくなければ、シリコンにおけるエッチング形状は、後のＣＶＤ及びＰＶＤプロセスを用いて、ライニング又は充填するのが困難になり得る。エッチングのこれらの局面の制御は、エッチング速度を犠牲にして行われることが多い。しかしながら、プロセスが製造に適するようにしたい場合には、高スループットが必要であることは明らかである。一般的に用いられている周期的なエッチング及び堆積技法（エッチング工程を行ってから堆積工程を行う）では、特に問題に行き当たる。このプロセスは周期的であり、すなわち、各周期にエッチング工程と付随の堆積工程が含まれる多数回周期を用いる。この一般的なタイプの、影響力の大きいプロセスは一般に、ボッシュプロセスといわれている。ボッシュプロセスは、米国特許第５５０１８９３号明細書に記載されており、その全内容は、参照により本明細書に援用される。堆積工程は典型的には、ポリマーのようなパッシベーション材料をエッチング形状の側壁の上に堆積させる。各周期に、エッチング工程と堆積工程に加えて、更なる工程が含まれる変形形態を含め、ボッシュプロセスの変形形態が知られている。ボッシュプロセスとその変形形態を用いてエッチングした形状には、かなりのアンダーカットが生じることが多く、このアンダーカットは、上記の理由で、加工上の問題を発生させる。図１は、マスクにリソグラフィーによって作られた開口を通じて、シリコンに形状をエッチングする従来のボッシュプロセス後に観察された比較的大きいアンダーカットの例を示しているＳＥＭ観察写真である。これらの問題は、アスペクト比の高いトレンチの形成、ビアの形成、及びその他の用途において存在する。これらの問題は、いずれかの特定の形状寸法に限らないが、ミクロンレベル及びサブミクロンレベルで特に明らかである。米国特許出願公開第２００６／０１３４９１７号明細書及び米国特許第７２５０３７１号明細書は、クリティカルディメンション（ＣＤ）の低いエッチング形状を形成させる方法であって、マスクを堆積させ、マスクの開口部の側壁に、コンフォーマルな堆積層を堆積させる方法を開示している。しかしながら、これらの文献は、上記の問題に取り組んでいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５５０１８９３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／０１３４９１７号明細書
【特許文献３】米国特許第７２５０３７１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、その実施形態の少なくともいくつかにおいて、上記の問題に取り組んでいる。本発明の少なくともいくつかの実施形態と関連するその他の利点も、下記の説明から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の広範な態様によれば、形状を基板にエッチングする方法であって、
基板の上にマスク構造体を形成させる工程で、そのマスク構造体が、少なくとも１つの凹形開口部を画定する工程と、
この開口部を通じて基板をエッチングして、形状を形成させる工程と、
マスクを除去する工程と、
を含む方法を提供する。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、形状を基板にエッチングする方法であって、
マスク構造体を基板の上に形成させる工程で、そのマスク構造体が、少なくとも１つの凹形開口部を画定する工程と、
周期的なエッチング及び堆積プロセスを用いて、この開口部を通じて基板をエッチングして、形状を形成させる工程と、
マスクを除去する工程と、
を含む方法を提供する。
【０００７】
このようにして、正プロファイルテーパーを有するとともに、アンダーカットが減少した形状を作ることができる。この形状は、高エッチング速度でエッチングできる。更なる利点は、本発明と関連する利点の一部又は全てを実現させながら、既存の従来のエッチングプロセスを使用可能なことである。
【０００８】
本発明の基板は、シリコン基板のような半導体基板であってよい。
【０００９】
有益なことに、本発明のマスク構造体は、第１のマスクと、第１のマスクの少なくとも一部の上に形成される第２のマスクを備え、この第２のマスクが、凹形開口部を画定する。第１のマスクは、そのマスクに形成された開口を有してよい。第２のマスクは、この開口の中まで延びて、凹形開口部を画定してよい。上記の開口は、リソグラフィーによって形成された開口であってよい。
【００１０】
第２のマスクは、ポリマー材から形成されていてよい。このポリマー材は、有機ポリマー材であってよい。この有機ポリマー材は、フルオロカーボンポリマー、好ましくはパーフルオロカーボンポリマーであってよい。有機ポリマー材は、Ｃ4Ｆ8前駆体を用いて、第１のマスクの上に堆積させてよい。
【００１１】
第２のマスクは、ポリマー材を周期的に堆積及びエッチングすることによって構築してよい。周期的堆積及びエッチングプロセスと関連する因子を変化させることによって、開口部近傍の第２のマスクのトポグラフィーを制御可能である。ポリマー材の横方向の厚さ、及び／又はポリマー材の形を制御することができる。例えば、ポリマー材の横方向の厚さは、ポリマー材の堆積及びエッチングの周期数を制御することによって制御してよい。エッチングを通じて得られる材料の除去速度の関連で、堆積させるポリマー材の厚さを制御することによって、第２のマスクの形を制御することができる。
【００１２】
第１のマスクは、二酸化シリコンマスクのようなハードマスクであってよい。
【００１３】
別の実施形態では、本発明のマスク構造体は、単一のマスクから形成させる。この単一のマスクは、ハードマスクであってよい。
【００１４】
本発明の開口部は、１０マイクロメートル未満、好ましくは５マイクロメートル未満、より好ましくは２マイクロメートル未満、最も好ましくは１マイクロメートル未満の断面寸法を有してよい。本発明は、ナノテクノロジー用途に容易に適用可能であるのが有益である。
【００１５】
本発明のマスク構造体は、開口部の周りのカラー領域を画定してよく、このカラー領域は、開口部に向かって内側に傾斜する。マスク構造体の部分のうち、開口部を画定する部分は、ブレッドローフィング形成部として存在してよい。マスク構造体が第１のマスクと第２のマスクを備える実施形態では、第２のマスクが、開口部を画定するブレッドローフィング形成部として存在してよい。
【００１６】
マスク構造体は、基板と直接接触していてよい。しかしながら、マスク構造体は、基板と間接的に接触していることも可能である。すなわち、マスク構造体と基板との間に１つ以上のその他の層を配置してもよい。ただし、マスク構造体と追加の層を通じて、基板をエッチングできることを条件とする。
【００１７】
エッチング形状は、アスペクト比の高いトレンチ又はビアであってよい。
【００１８】
基板をエッチングする工程は、周期的なエッチング及び堆積プロセスを用いて行ってよい。周期的なエッチング及び堆積プロセスは、ボッシュプロセス又はその変形形態であってもよい。ボッシュプロセスは、米国特許第５５０１８９３号明細書に説明されており、この特許の全内容は、参照により本明細書に援用される。本発明は、ボッシュプロセスエッチングとその変形形態に特に適しているが、フルオロカーボンポリマーを用いる酸化物及び窒化物エッチングのようなその他の従来のエッチングプロセスとともに用いるのにも適している。
【００１９】
本発明について上で説明してきたが、本発明は、上に記載された、または以下の明細書、特許請求の範囲及び図面に記載された特徴の任意の発明的組み合わせにも及ぶ。
【００２０】
以下では、本発明による方法の実施形態について、下記の添付の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、従来の製造プロセスを用いて作製したエッチング形状のＳＥＭ観察写真であり、アンダーカットによるＣＤロスを示している。
【図２】図２は、エッチング前における、マスク構造体を備える基板（ａ）と、エッチング後における、基板の形状（ｂ）の半概略的な断面図である。
【図３】図３は、二酸化シリコンマスクの上に形成された凹形のポリマー層のＳＥＭ観察写真である。
【図４】図４は、本発明を用いてエッチングした形状（ａ）〜（ｃ）と、従来のプロセスを用いてエッチングした形状（ｄ）〜（ｅ）のＳＥＭ観察写真を示している。
【図５】図５は、アスペクト比の高いサブミクロンエッチング形状のＳＥＭ観察写真である。
【図６】図６は、アスペクト比の高いサブミクロンエッチング形状の第２のＳＥＭ観察写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図２（ａ）は、エッチング対象の基板で、その上に形成されたマスク構造体１２を有する基板１０を示している。マスク構造体１２は、ハードマスク１２ａとシャドーマスク１２ｂを備える。ハードマスク１２ａは、従来の方法で形成される開口を有する。シャドーマスク１２ｂは、ハードマスク１２ａの上に堆積されており、後のエッチングプロセスを行うことができる開口部１４を形成するように、開口内にも堆積されている。シャドーマスク１２ｂの堆積は、非コンフォーマルなものである。具体的には、シャドーマスクは、マスク１２ａの開口の非コンフォーマル側壁として堆積させる。図２に示されている実施形態では、開口近傍のシャドーマスク１２ｂのトポグラフィーは、ブレッドローフ形成部のトポグラフィーである。しかしながら、ブレッドローフ形成部を設けることは必須ではない。重要とみなすべきなのは、マスク１２ａの開口内のシャドーマスク１２ｂの側壁の凹形プロファイルである。シャドーマスク１２ｂの凹形の側壁は、後のエッチングプロセスを行うことができる開口部１４を形成させる。開口部１４のＣＤが、従来の手段によって形成された開口のＣＤよりも小さいことは明らかであろう。マスク構造体１２の形成に続いて、好適なエッチングプロセスを用いて、基板１０をエッチングする。図２（ｂ）は、後のエッチングプロセスによって得られるエッチングトレンチ１６である。トレンチ１６の形成後、マスク構造体を除去する。
【００２３】
ハードマスク１２ａは、いずれかの利便的な方式で形成できる。しかしながら、フォトレジストマスクを用いるのが極めて利便的である。好適な開口は、従来のリソグラフィー技法を用いて形成できる。
【００２４】
実際には、凹形のシャドーマスク１２ｂは、パッシベーション層を構築することによって実現できる。これは、ポリマー層を堆積させることによって行うことができる。一実施形態では、ポリマー層は、Ｃ4Ｆ8前駆体を用いてプラズマ堆積させる。シャドーマスクとしてのポリマー層の堆積を制御する利便的な方法は、ポリマー堆積工程に続いてエッチングプロセスを行う切り替えプロセスを用いることである。一実施形態では、酸化物マスクに、Ｃ4Ｆ8堆積工程に続いてＡｒ／Ｏ2エッチング／スパッター工程を行う切り替えプロセスを用いた（このプロセスを所望の回数反復させた）。図３は、厚さ６マイクロメートルのＳｉＯ2マスク３２の上に形成された凹形のポリマー層３０を示している。ポリマー層３０は、マスク３２の開口内に凹形の側壁３０ａを形成する。図３に示されている点線は、マスク３２の開口の内側のポリマー層の最も遠い位置に対応する縦線である。図３の点線間の空隙が、マスク構造体全体における開口部のＣＤに対応することは明らかであろう。また、開口及びマスク３２のポリマー層３０の凹形プロファイルには、図３の点線とポリマー層３０の対応する側壁３０ａとの間に「シャドー」を有するという効果があることは、当業者には明らかであろう。ポリマー層３０の横方向の厚さは、堆積及びエッチングの周期数を制御することによって制御できる。エッチング中における除去率に対する堆積厚を変更することによって、ポリマー層プロファイルの形を修正できる。下部コーナーに少量のポリマーを小さい「最下部」３４として堆積させたが、これは、エッチング工程中に容易に除去できることが分かった。
【００２５】
本発明のプロセスと、更には標準的なプロセスを用いて、形状をエッチングする試験を行った。いずれの場合においても、ボッシュプロセスの周期的エッチング／堆積方法を用いて、形状をエッチングし、５回の周期後にエッチング工程を終了させた。プロセス条件、マスク構成、及び構造パラメーターは、下記の表１と表２に示されている。市販のエッチングツールを用いることも、シャドーマスクを作製するように容易に構成させることもできる。例えば、本出願人からＰｅｇａｓｕｓという商品名で販売されているＳｉ  ＤＲＩＥエッチングツールを用いることができる。表１に示されているように、環状ポリマー堆積プロセスを所望の周期数用いる。高周波源を用いて、誘導結合型プラズマを生成させて、プラズマを開始させて維持する。基板は、高周波バイアスが印加されている定盤の上に配置する。図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明のプロセスを用いたエッチングの結果を示しており、いずれも、厚さ６マイクロメートルのＳｉＯ2ハードマスクと組み合わせて、Ｃ4Ｆ8前駆体を用いたプラズマ重合によって作製したシャドーマスクを用いることを含んでいた。これらのプロセスでは、シャドーマスクは、６０周期の周期的なポリマー堆積及びエッチング工程を用いて形成し、この工程は、それぞれ３回、４回、及び５回の周期にわたり、周期的に行った。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
各シャドーマスクの堆積後、９０秒のエッチングを行って、上記のポリマー最下部を除去した。堆積／エッチング周期数を３回から５回に増やすことによって、マスク最上部に近い開口部を１．７７マイクロメートルから１．２４マイクロメートルに縮小したと同時に、エッチング形状の幅を１．８８マイクロメートルから１．３３マイクロメートルに縮小した。続いて、ボッシュ式の周期的エッチング／堆積プロセスを行って、シリコン基板に形状をエッチングした。アンダーカットは、６５ｎｍ未満であることが分かり、この数値は、標準的なマスクで得られたものよりもかなり小さい。図４（ｄ）及び（ｅ）に示されている標準的なマスクでは、アンダーカットは１００ｎｍを超えていた。本発明の形状では、アンダーカットの縮小により、ＣＤが従来のハードマスクよりも小さい寸法を実現できると結論付けることができる。上記の試験によって、エッチング形状のＣＤは、シャドーマスクを中に堆積させたハードマスクに、リソグラフィーによって作られる開口のＣＤよりもかなり小さいことが確認される。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
図５及び６は、本発明を用いてエッチングしたトレンチのＳＥＭ観察写真を示している。図５及び６は、シリコン基板において幅が０．７マイクロメートル未満のエッチングを示している。その形状の深さは２７．３マイクロメートルであり、アスペクト比が３８：１超と高い。このプロセスによって得られたエッチング速度は、１マイクロメートル／分を超えていた。ＣＤの優れた制御を得られることは有益である。従来のプロセス手法と従来のウエハースケールのマスクリソグラフィー技法を用いて、このＣＤ制御を得ることができるのはかなりの利点である。メインエッチングにおいてポリマー偏重手法の使用を回避でき、これは、製造環境においてプロセスを安定にできる利点である。遅く及び／又は高価な電子ビームリソグラフィー技法を回避できる。更なる利点は、パッシベーション層として作製したシャドーマスクを、エッチング工程の完了後に容易に除去できる点である。
【００３０】
凹形のプロファイルを有する１つ以上の開口を有するハードマスクを用いるような他の方法で、凹形のマスクプロファイルを作製できる。本発明は、ボッシュプロセスエッチングとともに用いるのに適している。しかしながら、他のエッチングプロセス、例えば、フルオロカーボンポリマーを用いる酸化物及び窒化物エッチングとともに用いることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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