(57)【要約】【課題】【解決手段】第一の限界寸法を有すると共に側壁を備えたエッチマスク特徴部を有するエッチマスクをエッチ層上に有するエッチスタック内で、エッチ層に特徴部を形成する方法を提供する。第一の限界寸法未満の第二の限界寸法を有する堆積層特徴部を形成するために、周期的限界寸法低減を実行する。各周期は、エッチマスク特徴部の、垂直な側壁を含む露出面に、堆積層を堆積させるための堆積段階、及び垂直な側壁上に選択的堆積を残して堆積層をエッチバックするためのエッチング段階を含む。第一の限界寸法未満の第三の限界寸法を有するエッチ層特徴部がエッチ層内にエッチングされる。【選択図】図２
2008524851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の限界寸法を有すると共に側壁を備えたエッチマスク特徴部を有するエッチマスクをエッチ層上に有するエッチスタック内で、エッチ層に特徴部を形成する方法であって、
前記第一の限界寸法未満の第二の限界寸法を有する堆積層特徴部を形成するために周期的な限界寸法低減を行うステップであって、各周期が
垂直な側壁を含む前記エッチマスク特徴部の、垂直な側壁を含む露出面に、堆積層を堆積させるための堆積段階、及び
前記垂直な側壁上に選択的堆積を残して前記堆積層をエッチバックするためのエッチング段階を含む、
ステップと、
前記第一の限界寸法未満の第三の限界寸法を有するエッチ層特徴部を、前記エッチ層内にエッチングするステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記周期的な限界寸法低減は、少なくとも二周期に渡って実行される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記周期的な限界寸法低減は、少なくとも五周期に渡って実行される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記エッチング段階では、前記エッチ層をエッチングしない、請求項１乃至３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記周期的な限界寸法低減を実行する前記ステップは、実質的に垂直な堆積側壁を形成する、請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
【請求項６】
前記第二の限界寸法は、前記第一の限界寸法の７０％未満である、請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
【請求項７】
前記第三の限界寸法は、前記第一の限界寸法の７０％未満である、請求項１乃至６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記エッチマスクは、フォトレジストマスクであり、
前記方法は、更に、前記フォトレジストマスク及び前記堆積層をストリップするステップを備える、請求項１乃至７の何れかに記載の方法。
【請求項９】
前記フォトレジストマスク及び堆積層をストリップする前記ステップは、前記フォトレジストマスク及び堆積層をアッシングするステップを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記堆積段階では、前記エッチマスク特徴部の底部と前記エッチマスク上面とに前記堆積層の一部を堆積させる、請求項１乃至９の何れかに記載の方法。
【請求項１１】
前記エッチング段階では、前記エッチマスク特徴部の底部の前記堆積層を少なくとも部分的に除去する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記フォトレジストマスクは、２４８ｎｍフォトレジストで形成され、前記エッチ層特徴部は、１４０ｎｍ以下のＣＤを有する、請求項８乃至１１の何れかに記載の方法。
【請求項１３】
前記堆積段階と、前記エッチング段階と、前記エッチチャンバ内で特徴部をエッチングする前記ステップとは、同じエッチチャンバにおいて行われる、請求項１乃至１２の何れかに記載の方法。
【請求項１４】
前記堆積段階と、エッチング段階と、前記エッチチャンバ内で特徴部をエッチングする前記ステップとは、これらのプロセスが同時に実行されることがないように異なる時点で実行される、請求項１乃至１３の何れかに記載の方法。
【請求項１５】
前記堆積段階は、
堆積ガスを提供するステップと、
前記堆積ガスから堆積プラズマを形成するステップと、を含む、請求項１乃至１４の何れかに記載の方法。
【請求項１６】
前記エッチング段階、前記エッチングプロセスは、異方性である、請求項１乃至１５の何れかに記載の方法。
【請求項１７】
前記エッチングプラズマは、少なくともフルオロカーボン及びＯ2の一方を含む、請求項１乃至１６の何れかに記載の方法。
【請求項１８】
前記エッチングプラズマは、少なくともＣＦ4及びＯ2の一方を含む、請求項１乃至１６の何れかに記載の方法。
【請求項１９】
前記堆積ガスは、少なくとも炭化水素及びフルオロカーボンの一方を含む、請求項１５乃至１８の何れかに記載の方法。
【請求項２０】
前記堆積ガスは、少なくともＣＦ4及びＨ2の両方を含む、請求項１５乃至１８の何れかに記載の方法。
【請求項２１】
ＣＦ4及びＨ2は、１：２〜２：１の範囲のモル比（ＣＦ4：Ｈ2）を有する、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記エッチング段階は、
前記堆積ガスとは異なるエッチング段階ガスを供給するステップと、
前記エッチング段階ガスからエッチング段階プラズマを形成するステップと、を含む、請求項１乃至２１の何れかに記載の方法。
【請求項２３】
前記エッチ層内に特徴部をエッチングする前記ステップは
前記エッチング段階ガス及び前記堆積ガスとは異なるエッチングガスを供給するステップと、
前記エッチングガスからエッチングプラズマを形成するステップと、を含む、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記堆積段階ガスは、ポリマ形成ガスである、請求項１乃至２３の何れかに記載の方法。
【請求項２５】
請求項１乃至２４の何れかに記載の方法により形成された半導体デバイス。
【請求項２６】
請求項１乃至２４の何れかに記載の方法を実行するための装置。
【請求項２７】
エッチ層に特徴部を形成する方法であって、
エッチ層を有するエッチスタックをエッチチャンバ内に配置するステップであって、第一の限界寸法を有すると共に側壁を備えたエッチマスク特徴部を有するエッチマスクが上に存在するエッチ層を備えたエッチスタックを、エッチチャンバ内に配置するステップと、
エッチチャンバ内で、前記第一の限界寸法未満の第二の限界寸法を有する堆積層特徴部を形成するために周期的な限界寸法低減を少なくとも二周期実行するステップであって、各周期が
前記エッチマスク特徴部の前記側壁に堆積層を堆積させるための堆積段階、及び
前記堆積層をエッチバックするためのエッチング段階を含む、
ステップと、
前記第一の限界寸法未満の第三の限界寸法を有するエッチ層特徴部を、前記エッチチャンバ内で前記エッチ層内にエッチングするステップと、
を備える方法。
【請求項２８】
基板により支持されたエッチ層を、第一のＣＤを有するマスク特徴部を含むエッチマスクで覆い、前記エッチ層内に特徴部を形成する装置であって、
プラズマ処理チャンバであり、
プラズマ処理チャンバ筐体を形成するチャンバ壁、
前記プラズマ処理チャンバ筐体内で基板を支持する基板支持部、
前記プラズマ処理チャンバ筐体内の圧力を調整する圧力調整器、
プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバ筐体に電力を提供する少なくとも一個の電極、
前記プラズマ処理チャンバ筐体内にガスを提供するガス入口、及び
前記プラズマ処理チャンバ筐体からガスを排出するガス出口を含む
プラズマ処理チャンバと、
前記ガス入口に流体的に接続されたガスソースと、
前記ガスソース及び前記少なくとも一個の電極に制御可能に接続され少なくとも一個のプロセッサと、コンピュータ読み取り可能な媒体と、を含むコントローラと、
を備え、
前記コンピュータ読み取り可能な媒体は、
第二の限界寸法を有する堆積層特徴部を形成するために、少なくとも五周期に渡って周期的な限界寸法低減プロセスを提供するコンピュータ読み取り可能なコードであって、
前記プラズマ処理チャンバ筐体への堆積ガスの流れを提供するコンピュータ読み取り可能なコード、
前記プラズマ処理チャンバ筐体への前記堆積ガスの前記流れを停止するコンピュータ読み取り可能なコード、
前記第一の堆積ガスの前記流れを停止させた後、前記プラズマ処理チャンバ筐体へのエッチ段階ガスの流れを提供するコンピュータ読み取り可能なコード、及び
前記プラズマ処理チャンバ筐体への前記エッチ段階ガスの前記流れを停止するコンピュータ読み取り可能なコードを含む、
コードと、
前記少なくとも五周期の前記周期的な限界寸法低減プロセスの完了後、前記プラズマ処理チャンバへのエッチャントガスの流れを提供するコンピュータ読み取り可能なコードと、
前記エッチャントガスを使用して、第三の限界寸法を有する特徴部を、前記エッチ層内にエッチングするコンピュータ読み取り可能なコードと、
を含む、
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ処理中、半導体デバイスの特徴部（特徴部）は、周知のパターン形成及びエッチングプロセスを使用して、ウェーハ内に定められる。こうしたプロセスでは、フォトレジスト（ＰＲ）材料をウェーハ上に堆積させ、その後、レチクルでフィルタリングした光に晒す。レチクルは、一般に、光がレチクルを伝播するのを遮断する典型的な特徴部形状によりパターン形成されたガラス板である。
【０００３】
レチクル通過後、光は、フォトレジスト材料の表面に接触する。光は、現像剤によりフォトレジスト材料の一部を除去できるようにフォトレジスト材料の化学組成を変化させる。ポジティブフォトレジスト材料の場合には、露出領域が除去され、ネガティブフォトレジスト材料の場合には、非露出領域が除去される。その後、ウェーハをエッチングし、フォトレジスト材料により保護されなくなった領域から下層材料を除去し、これにより、ウェーハ内で所望の特徴部を定める。
【０００４】
様々な世代のフォトレジストが知られている。遠紫外線（ＤＵＶ）フォトレジストは、２４８ｎｍ光に露光させる。理解を容易にするため、図１Ａは、基板１０４上の層１０８の概略断面図であり、エッチング対象の層１０８上のＡＲＬ（反射防止層）１１０の上にパターン形成されたフォトレジスト１１２があり、これらによりスタック１００が形成されている。フォトレジストパターンは、最小の特徴部の幅１１６となり得る限界寸法（ＣＤ）を有する。現在、２４８ｎｍフォトレジストでは、フォトレジストの一般的なＣＤは、従来のプロセスを用いて２３０乃至２５０ｎｍとなり得る。波長に依存する光学特性のため、より波長の長い光に露光させたフォトレジストは、より大きな理論的最小限界寸法を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１Ｂに示したように、特徴部１２０がフォトレジストパターンを介してエッチングされ得る。理想的には、特徴部のＣＤ（特徴部の幅）は、フォトレジスト１１２の特徴部のＣＤ１１６に等しい。実際には、特徴部のＣＤ１１６は、ファセット形成、フォトレジストの浸食、又はアンダカットのため、フォトレジスト１１２のＣＤより大きくなり得る。特徴部はテーパ状となる可能性もあり、この場合、特徴部のＣＤはフォトレジストのＣＤと少なくとも同等の大きさであるが、特徴部は、特徴部の底部近くで小さな幅を有するように漸減する。こうしたテーパは、信頼性の低い特徴部をもたらす恐れがある。
【０００６】
より小さなＣＤの特徴部を提供するために、より短い波長の光を用いて形成した特徴部が追求されている。１９３ｎｍフォトレジストは、１９３ｎｍ光に露光させる。位相シフトレチクルその他の技術を用いることで、１９３ｎｍフォトレジストを使用して、９０乃至１００ｎｍのＣＤのフォトレジストパターンを形成し得る。これにより、ＣＤが９０乃至１００ｎｍである特徴部を提供できる。１５７ｎｍフォトレジストは、１５７ｎｍ光に露光させる。位相シフトレチクルその他の技術を用いることで、９０ｎｍ未満のＣＤのフォトレジストパターンを形成し得る。これにより、ＣＤが９０ｎｍ未満である特徴部を提供できる。
【０００７】
波長の短いフォトレジストの使用は、長い波長を用いるフォトレジストに比べ、付加的な問題をもたらし得る。理論的限界に近いＣＤを得るためには、リソグラフィ装置を更に高精度にするべきであり、更に高価なリソグラフィ機器が必要となる。現在、１９３ｎｍフォトレジスト及び１５７ｎｍフォトレジストは、より波長の長いフォトレジストに比べて、同等の選択性の高さを有していない場合があり、プラズマエッチング条件下で容易に変形し得る。
【０００８】
メモリデバイスの形成等、導電層のエッチングでは、性能を低下させずにデバイスの密度を高めることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記を達成するために、本発明の目的に従い、第一の限界寸法を有すると共に側壁を備えたエッチマスク特徴部を有するエッチマスクをエッチ層上に有するエッチスタック内で、エッチ層に特徴部を形成する方法を提供する。第一の限界寸法未満の第二の限界寸法を有する堆積層特徴部を形成するために、周期的な限界寸法低減を実行する。各周期は、エッチマスク特徴部の、垂直な側壁を含む露出面に、堆積層を堆積させるための堆積段階、及び垂直な側壁上に選択的堆積を残して堆積層をエッチバックするためのエッチング段階を含む。第一の限界寸法未満の第三の限界寸法を有するエッチ層特徴部が、エッチ層内にエッチングされる。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、エッチ層において特徴部を形成する方法を提供する。エッチ層を備えたエッチスタックをエッチチャンバ内に配置し、エッチ層の上には第一の限界寸法を有すると共に側壁を備えたエッチマスク特徴部を有するエッチマスクが配置される。エッチチャンバ内で、第一の限界寸法未満の第二の限界寸法を有する堆積層特徴部を形成するために、周期的な限界寸法低減を、少なくとも二周期に渡り実行する。各周期は、エッチマスク特徴部の側壁に堆積層を堆積させるための堆積段階と、堆積層をエッチバックするためのエッチング段階とを含む。特徴部は、エッチチャンバ内でエッチ層内にエッチングされ、エッチ層特徴部は、第一の限界寸法未満の第三の限界寸法を有する。
【００１１】
本発明の別の実施形態では、基板により支持されたエッチ層を、第一のＣＤを有するマスク特徴部を含むエッチマスクで覆い、エッチ層内に特徴部を形成する装置を提供する。プラズマ処理チャンバは、プラズマ処理チャンバ筐体を形成するチャンバ壁と、プラズマ処理チャンバ筐体内で基板を支持する基板支持部と、プラズマ処理チャンバ筐体内の圧力を調整する圧力調整器と、プラズマを維持するためにプラズマ処理チャンバ筐体に電力を提供する少なくとも一個の電極と、プラズマ処理チャンバ筐体内にガスを提供するガス入口と、プラズマ処理チャンバ筐体からガスを排出するガス出口とを備える。ガスソースは、ガス入口に流体的に接続する。コントローラは、ガスソース及び少なくとも一個の電極に制御可能に接続され、少なくとも一個のプロセッサと、コンピュータ読み取り可能な媒体とを備える。コンピュータ読み取り可能な媒体は、第二の限界寸法を有する堆積層特徴部を形成するために、少なくとも五周期に渡って周期的な限界寸法低減プロセスを提供するコンピュータ読み取り可能なコードと、少なくとも五周期の周期的な限界寸法低減プロセスの完了後、プラズマ処理チャンバへのエッチャントガスの流れを提供するコンピュータ読み取り可能なコードと、エッチャントガスを使用して、第三の限界寸法を有する特徴部を、エッチ層内にエッチングするコンピュータ読み取り可能なコードと、を備える。第二の限界寸法を有する堆積層特徴部を形成するために少なくとも五周期に渡って周期的の限界寸法低減プロセスを提供するコンピュータ読み取り可能な前記コードは、プラズマ処理チャンバ筐体への堆積ガスの流れを提供するコンピュータ読み取り可能なコードと、プラズマ処理チャンバ筐体への堆積ガスの流れを停止するコンピュータ読み取り可能なコードと、第一の堆積ガスの流れを停止させた後、プラズマ処理チャンバ筐体へのエッチ段階ガスの流れを提供するコンピュータ読み取り可能なコードと、プラズマ処理チャンバ筐体へのエッチ段階ガスの流れを停止するコンピュータ読み取り可能なコードと、を備える。
【００１２】
本発明の上記その他の特徴は、本発明の詳細な説明において、添付図面に基づき以下で更に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、同様の参照符号が同様の要素を示す添付図面の各図において一例として図示されているが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
以下、本発明について、添付図面に例示した幾つかの好適な実施形態を参照して、詳細に説明する。以下の説明では、本発明を完全に理解するために、多数の具体的な詳細について述べる。しかしながら、こうした具体的な詳細の一部又は全部が無くとも、本発明を実現し得ることは、当業者には明らかであろう。また、周知の処理工程及び／又は構造については、本発明を不必要に曖昧にしないために詳細な説明は省略する。
【００１５】
本発明は、小さな限界寸法（ＣＤ）を有する特徴部を提供する。更に具体的には、本発明は、特徴部をエッチングするのに使用されるパターンマスクのＣＤより小さなＣＤを有する特徴部を提供する。
【００１６】
理解を容易にするために、図２は、本発明の実施形態で使用し得るプロセスの高レベルフローチャートである。パターンエッチマスクが提供される（ステップ２０４）。こうしたパターンエッチマスクの例は、パターン形成されたフォトレジストマスク、及びシリコンハードマスク又はアモルファスカーボンハードマスク等のハードマスクである。図３Ａは、基板３０４上にあるエッチ層３０８の概略断面図である。特徴部３１４を備えたパターンエッチマスク３１２は、基板３０４上にあるエッチ層３０８上で、ＡＲＬ３１０の上にあり、これによりスタック３００が形成されている。エッチマスクは、マスク特徴部限界寸法（ＣＤ）を有しており、この限界寸法は、実現可能な最小の特徴部の幅３１６における最大幅部分であり得る。
【００１７】
周期的限界寸法低減が実行され、これによってＣＤを減少させる（ステップ２０８）。周期的限界寸法低減プロセスは、エッチマスク特徴部３１４の側壁に層を堆積させること（ステップ２０９）と、その後、堆積層をエッチバックすること（ステップ２１０）との、少なくとも二つのステップを備える。図３Ｂは、周期的限界寸法低減により形成され、特徴部３１４の側壁に堆積させた層３２０を備えたパターンエッチマスク３１２の概略断面図である。堆積層３２０は、マスク特徴部３１４内部に堆積層特徴部３２２を形成し、堆積層特徴部３２２は、マスク特徴部３１４のＣＤ３１６未満である低減後ＣＤ３２４を有する。
【００１８】
好ましくは、堆積層特徴部３２２の低減後ＣＤ３２４は、マスク特徴部のＣＤ３１６より少なくとも１０％小さい（即ち、マスク特徴部のＣＤ３１６の９０％を超えない）。更に好ましくは、堆積層特徴部３２２の低減後ＣＤ３２４は、マスク特徴部のＣＤ３１６より少なくとも２０％小さい（即ち、マスク特徴部のＣＤ３１６の８０％を超えない）。最も好ましくは、堆積層特徴部３２２の低減後ＣＤ３２４は、マスク特徴部のＣＤ３１６より少なくとも３０％小さい（即ち、マスク特徴部のＣＤ３１６の７０％を超えない）。例えば、堆積層特徴部は、マスク特徴部のＣＤ３１６より９９％小さい低減後ＣＤ３１６を有してよい。堆積層特徴部３２２は、図示したようにコンフォーマル性の高い、実質的に垂直な側壁３２８を有する。実質的に垂直な側壁の例は、底部から上部までが、特徴部の底部に対して８８°乃至９０°の角度を成す側壁である。コンフォーマルな側壁は、特徴部の上部から底部まで実質的に同じ厚さである堆積層を有する。コンフォーマルではない側壁では、実質的に垂直ではない側壁をもたらす、ファセット形成、或いは食パン状の構造が生じ得る。漸減する側壁（ファセットの形成による）或いは食パン状の側壁は、堆積層のＣＤを増加させ、低質のエッチングマスクをもたらす恐れがある。好ましくは、側壁の堆積は、マスク特徴部の底部の堆積よりも厚い。更に好ましくは、マスク特徴部の底部には層が堆積していない。
【００１９】
本発明の一部の実施形態では、エッチマスクの上部には堆積層が存在しない。別の実施形態では、堆積層の一部が、エッチマスクの上部に形成される。
【００２０】
次に、エッチング対象層３０８に、堆積層特徴部３２２を介して特徴部がエッチングされる（ステップ２１２）。図３Ｃは、エッチング対象層３０８にエッチングされた特徴部３３２を示す。この例において、エッチング対象層３０８にエッチングされた特徴部３３２は、堆積層特徴部３２２のＣＤ３２４に等しいＣＤ３３６を有する。実際には、特徴部３３２のＣＤ３３６は、堆積層３２０の特徴部３２２のＣＤ３２４よりも僅かに大きくなり得る。しかしながら、堆積層特徴部３２２のＣＤ３２４はマスク３１２のＣＤ３１６に比べ著しく小さいため、エッチング対象層３０８の特徴部３３２のＣＤ３３６は、マスク３１２のＣＤ３１６よりも依然として小さい。堆積層のＣＤ３２４がマスクのＣＤに比べほんの僅かだけ小さい場合、或いは、堆積層にファセット又は食パン形状が生じた場合、エッチング対象層のＣＤは、マスクのＣＤより小さくならない恐れがある。加えて、ファセット又は食パン形状が生じた堆積層では、エッチング対象層において、ファセット又は不規則な形状を有する特徴部が生じ得る。マスク特徴部の底部での堆積を最小限にすることも望ましい。好ましくは、エッチング対象層３０８内にエッチングされた特徴部３３２のＣＤ３３６は、マスク特徴部のＣＤ３１６より少なくとも３０％小さい。更に好ましくは、エッチング対象層３０８にエッチングされた特徴部３３２のＣＤ３３６は、マスク特徴部のＣＤ３１６より少なくとも４０％小さい。最も好ましくは、エッチング対象層３０８にエッチングされた特徴部３３２のＣＤ３３６は、マスク特徴部のＣＤ３１６より少なくとも５０％小さい。マスク及び堆積層は、その後、除去し得る（ステップ２１６）。これは、単一のステップで実行してよく、或いは、二つの別のステップとして、別個の堆積層除去ステップとマスク除去ステップとにより実行してよい。ストリッピングプロセスには、アッシングを使用してよい。図３Ｄは、堆積層とエッチマスクとが除去された後のスタック３００を示す。さらに付加的な形成ステップを実行してもよい（ステップ２２０）。例えば、接点（コンタクト）３４０を特徴部内に形成し得る。二重ダマシン構造を提供するために、接点を形成する前にトレンチをエッチングしてもよい。付加的プロセスは、接点を形成した後にも実行してもよい。
【００２１】
気相堆積法の性質上、堆積速度は、視線のために常に側面の上部に有利に働き、食パン形状の堆積層、及び極端な場合、側面上部でくびれ切れた状態につながることから、コンフォーマル層３２０の形成は常に困難である。堆積後の熱「リフロ」等、側面を垂直に近づけるために使用される方法は、他の望ましくない副作用につながる場合が多い。
【００２２】
本発明のプロセスの一利点は、垂直ではない堆積の側面を、後続の異方性エッチングステップにより、垂直に近づけられることである。本発明のプロセスの別の利点は、堆積層を追加及びエッチバックして、各周期中に薄い堆積層を形成し得ることである。こうした薄層は、単一の厚い層を形成することで発生する可能性のある剥離を防止するのに役立つ。単一の厚い層では、その他の問題も生じ得る。加えて、周期的プロセスは、より多くの調整パラメータを可能にする多くの制御パラメータを提供し、より優れたコンフォーマル堆積層をもたらす。周期的プロセスは、ＣＤ低減処理全体で、食パン形状を最小限に抑えるため、堆積の側面の底部におけるＣＤのゲインを大きくし続けることができる。
【００２３】
誘電エッチングの例：
本発明の例において、エッチング対象層は、図４Ａに示したように基板４０４上に配置された誘電層４０８である。反射防止層（ＡＲＬ）４１０が、誘電層４０８の上に配置される。２４８ｎｍフォトレジストのパターンフォトレジストマスク４１２は、ＡＲＬ４１０の上に配置される（ステップ２０４）。フォトレジストマスク特徴部４１４は、パターンフォトレジストマスク４１２内に形成される。現在、２４８ｎｍフォトレジストエッチマスクにおいて、フォトレジストの一般的なＣＤは、従来の処理を用いて、２３０乃至２５０ｎｍとなり得る。基板は、プラズマ処理チャンバに配置される。
【００２４】
図５は、ＣＤ低減、エッチング、及びストリッピングを実行するのに使用し得るプラズマ処理チャンバ５００の概略図である。プラズマ処理チャンバ５００は、閉じ込めリング５０２と、上部電極５０４と、底部電極５０８と、ガスソース５１０と、排出ポンプ５２０とを備える。プラズマ処理チャンバ５００内において、基板４０４は、底部電極５０８上に位置決めされる。底部電極５０８には、基板３０４を保持するために、適切な基板チャッキングメカニズム（例えば、静電、機械クランプ、その他）が組み込まれる。リアクタ上部５２８には、底部電極５０８と正反対に配置された上部電極５０４が組み込まれる。上部電極５０４と、底部電極５０８と、閉じ込めリング５０２とは、閉じ込めプラズマ容積を定める。ガスは、ガスソース５１０により、閉じ込めプラズマ容積へ供給され、排出ポンプ５２０により、閉じ込めリング５０２及び排出口を介して、閉じ込めプラズマ容積から排出される。第一のＲＦソース５４４は、上部電極５０４に電気的に接続される。第二のＲＦソース５４８は、下部電極５０８に電気的に接続される。チャンバ壁５５２は、閉じ込めリング５０２と、上部電極５０４と、下部電極５０８とを取り囲む。第一のＲＦソース５４４及び第二のＲＦソース５４８は、両方とも２７ＭＨｚ電源及び２ＭＨｚ電源を備えてよい。ＲＦ電力を電極に接続する異なる組み合わせも可能である。カリフォルニア州フレモントのＬａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎTM製で、本発明の好適な実施形態において使用し得る、Ｅｘｅｌａｎ  ＨＰＴTMは、チャンバにＴｕｒｂｏ  Ｐｕｍｐを取り付けたＥｘｅｌａｎ  ＨＰと基本的に同じであり、２７ＭＨｚ及び２ＭＨｚ電源の両方が、下部電極に接続された第二のＲＦソース５４８を構成し、上部電極は接地される。コントローラ５３３は、ＲＦ電源５４４、５４８、排出ポンプ５２０、及びガスソース５１０に制御可能に接続される。Ｅｘｅｌａｎ  ＨＰＴは、エッチング対象層３０８が酸化ケイ素又は有機ケイ素ガラス等の誘電層であるときに使用される。
【００２５】
図６Ａ及び６Ｂは、本発明の実施形態で使用されるコントローラ５３５を実現するのに適したコンピュータシステム１３００を例示する。図６Ａは、コンピュータシステムの可能な物理的形態の一つを示している。当然ながら、コンピュータシステムは、集積回路、プリント基板、及び小型ハンドヘルドデバイスから巨大なスーパコンピュータまでの多数の物理的形態を有し得る。コンピュータシステム１３００は、モニタ１３０２と、ディスプレイ１３０４と、ハウジング１３０６と、ディスクドライブ１３０８と、キーボード１３１０と、マウス１３１２とを含む。ディスク１３１４は、コンピュータシステム１３００との間でのデータの転送に使用されるコンピュータ読み取り可能な媒体である。
【００２６】
図６Ｂは、コンピュータシステム１３００のブロック図の例である。システムバス１３２０には、広範なサブシステムが取り付けられる。プロセッサ（群）１３２２（中央演算処理装置又はＣＰＵとも呼ばれる）は、メモリ１３２４を含む記憶装置に結合される。メモリ１３２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）とを含む。この技術において周知であるように、ＲＯＭは、データ及び命令を単方向でＣＰＵへ転送する役割を果たし、ＲＡＭは、通常、データ及び命令を双方向で転送するのに使用される。こうした種類のメモリは、両方とも、以下説明する任意のコンピュータ読み取り可能な媒体を適宜含んでよい。固定ディスク１３２６も、ＣＰＵ１３２２に双方向で結合され、追加的なデータ記憶容量を提供し、同じく以下説明する任意のコンピュータ読み取り可能な媒体を含んでよい。固定ディスク１３２６は、プログラム、データ等を格納するのに使用してよく、通常は、一次記憶装置より低速な二次記憶媒体（ハードディスク等）である。固定ディスク１３２６内に保持された情報は、適切である場合には、標準的な方法で、仮想メモリとしてメモリ１３２４に組み込んでもよいことは理解されよう。リムーバブルディスク１３１４は、以下説明する任意のコンピュータ読み取り可能な媒体の形態をとり得る。
【００２７】
ＣＰＵ１３２２は、ディスプレイ１３０４、キーボード１３１０、マウス１３１２、及びスピーカ１３３０等の様々な入出力デバイスにも結合される。一般に、入出力デバイスは、ビデオディスプレイ、トラックボール、マウス、キーボード、マイクロフォン、タッチセンシティブディスプレイ、トランスデューサカードリーダ、磁気又は紙テープリーダ、タブレット、スタイラス、音声又は手書き認識装置、生体認証リーダ、又は他のコンピュータの何れかにしてよい。ＣＰＵ１３２２は、随意的に、ネットワークインタフェース１３４０を使用して、別のコンピュータ又は電気通信ネットワークに結合され得る。こうしたネットワークインタフェースにより、ＣＰＵは、上記の方法ステップを実行する過程で、ネットワークから情報を受領すること、或いはネットワークへ情報を出力することが考えられる。更に、本発明の方法の実施形態は、ＣＰＵ１３２２単独で実行し得るものであり、或いは、処理の一部を共有するリモートＣＰＵと連動して、インターネット等のネットワーク上で実行し得る。
【００２８】
加えて、本発明の実施形態は、更に、コンピュータにより実現される様々な動作を実行するためにコンピュータコードを有するコンピュータ読み取り可能な媒体を備えたコンピュータストレージ製品に関する。媒体及びコンピュータコードは、本発明のために特別に設計及び構築されたものにしてよく、或いは、コンピュータソフトウェア技術に関する当業者に周知であり利用可能な種類のものにしてよい。コンピュータ読み取り可能な媒体の例には、一部として、ハードディスク、フレキシブルディスク、及び磁気テープといった磁気媒体と、ＣＤ−ＲＯＭ及びホログラフィックデバイスといった光学媒体と、フロプティカルディスク等の光磁気媒体と、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、及びＲＯＭ及びＲＡＭデバイスといった、プログラムコードを格納及び実行するために特別に構成されたハードウェアデバイスとが含まれる。コンピュータコードの例には、コンパイラによって生成されるようなマシンコードと、インタプリタを使用してコンピュータで実行される高レベルコードを含むファイルとが含まれる。コンピュータ読み取り可能な媒体は、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号によって送信され、プロセッサによって実行可能な命令のシーケンスを表すコンピュータコードにしてもよい。
【００２９】
別の例では、他のデバイスを使用して、本発明を実施し得る。
【００３０】
次に、周期的限界寸法低減を実行し、ＣＤを低減した堆積層特徴部を提供する（ステップ２０８）。この例において、堆積段階（ステップ２０９）は、堆積ガスを提供すること、及び堆積層を形成するために堆積ガスからプラズマを生成することを含む。この例において、堆積ガスは、ポリマ形成レシピを含む。こうしたポリマ形成レシピの例は、ＣＨ4及びＣ2Ｈ4等の炭化水素ガスと、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ6、及びＣ4Ｆx等のフルオロカーボンガスとである。ポリマ形成レシピの別の例は、フルオロカーボン化学物質と、ＣＦ4及びＨ2のレシピ等の水素含有ガスとである。好適な実施形態において、ＣＦ4及びＨ2は、１：２〜２：１の範囲のモル比（ＣＦ4：Ｈ2）を有する。この例において、電力は、２ＭＨｚでは４００ワット、２７ＭＨｚでは８００ワットで供給される。図４Ｂは、堆積段階（ステップ２０９）により、フォトレジストマスク４１２上に形成された堆積層４２０の概略断面図である。この例において、堆積層４２０の一部は、フォトレジスト４１２の側壁上に加え、フォトレジスト４１２の上面と、マスク特徴部の底部で露出したＡＲＬ４１０の一部との上に存在する。
【００３１】
エッチ段階（ステップ２１０）は、エッチ段階ガスを提供すること、及び堆積層４２０の一部をエッチングで除去するために、エッチ段階ガスからエッチ段階プラズマを生成することを含む。エッチ段階ガスは、堆積ガスとは異なる。説明したように、堆積段階（ステップ２０９）及びエッチ段階（ステップ２１０）は、異なる時点で行われる。好ましくは、エッチングは、異方性エッチングである。この例において、エッチガスは、ＣＨ4、ＣＨＦ3、及びＣＨ2Ｆ2等のフルオロカーボン化学物質を含む。Ｏ2、Ｎ2、及びＨ2等、その他の添加物を加えてよい。この例において、電力は、２ＭＨｚでは０ワット、２７ＭＨｚでは８００ワットで供給される。図４Ｃは、エッチ段階（ステップ２１０）により、堆積層をエッチングで除去した後の、フォトレジストマスク４１２上に形成された堆積層４２０の概略断面図である。この例では、図示したように、エッチ段階（ステップ２１０）により、フォトレジスト４１２の上面と、露出したＡＲＬ４１０の一部との上において、堆積層４２０の一部は、薄化及び除去される。
【００３２】
この例において、堆積段階（ステップ２０９）は、再び繰り返される。ここでは上記と同じ堆積レシピを使用する。別の実施形態において、堆積レシピは、第一の堆積段階のレシピからの変更も可能である。図４Ｄは、第二の堆積段階（ステップ２０８）により、フォトレジストマスク４１２上に形成された堆積層４２０の概略断面図である。ここでも、堆積層４２０の一部は、フォトレジスト４１２の側壁上に加え、フォトレジスト４１２の上面と、露出したＡＲＬ４１０の一部との上に存在する。この実施形態における選択的エッチングでは、前回のエッチング後の側壁の残留堆積のため、側壁上の正味の堆積を厚くすることができる。
【００３３】
エッチング段階（ステップ２１０）が、再び繰り返される。ここでは上記と同じエッチレシピを使用する。エッチレシピは、第一の堆積段階のレシピからの変更も可能である。図４Ｅは、第二のエッチ段階（ステップ２１０）により、堆積層４２０の一部をエッチングで除去した後の、フォトレジストマスク４１２上に形成された堆積層４２０の概略断面図である。ここでも、図示したように、エッチ段階（ステップ２１０）により、フォトレジスト４１２の上面と、露出したＡＲＬ４１０の一部との上において、堆積層４２０の一部が除去される。確認できるように、側壁の残留堆積層は、図４Ｃに示した側壁の残留堆積層よりも厚い。
【００３４】
周期的限界寸法プロセス（ステップ２０８）では、所望の限界寸法の低減が達成されるまで、これらの周期を可能な限り何度でも反復できる。
【００３５】
周期的限界寸法低減（ステップ２０８）の完了後、ＣＤの低減されたエッチマスクを使用して、誘電層をエッチングする（ステップ２１２）。エッチングは、エッチガスを提供すること、及びエッチガスからエッチプラズマを形成することを含む。この例では、エッチ段階（ステップ２１０）のレシピ又は堆積段階（ステップ２０９）のレシピとは異なるエッチレシピを、誘電層のエッチング（ステップ２１２）に使用する。これは、周期的限界寸法低減（ステップ２０８）中に、誘電層４０８がエッチングされないことが望ましいためである。誘電層をエッチングするためのエッチング化学物質の例は、Ｃ4Ｈ6及びＯ2又はＮ2である。図４Ｆは、誘電層１０８に特徴部４５２をエッチングした後の誘電層４０８の断面図である。誘電層４０８にエッチングされた特徴部４５２の限界寸法は、元のフォトレジストマスク特徴部の限界寸法より小さい。
【００３６】
次に、エッチングマスクを除去する（ステップ２１６）。この例では、標準的なフォトレジストストリップを使用して、エッチマスクを除去する。付加的な形成ステップを実行してもよい（ステップ２２０）。
【００３７】
好ましくは、各堆積段階の各堆積層は、１乃至１００ｎｍである。更に好ましくは、各堆積段階の各堆積層は、１乃至５０ｎｍである。最も好ましくは、各堆積段階の各堆積層は、１乃至１０ｎｍである。結果として、各堆積層は、一般的な底部反射防止膜（ＢＡＲＣ）の厚さと、ＣＤ低減厚さの約四分の一と、の間の厚さを有し、所望のＣＤの低減を二周期で実行し得るようになる。好ましくは、周期的限界寸法低減は、少なくとも二周期で実行する。更に好ましくは、周期的限界寸法低減は、少なくとも五周期で実行する。
【００３８】
本発明は、トレンチ又はホール（穴）である特徴部のＣＤを低減するのに有用である。
【００３９】
本発明の異なる実施形態において、エッチ層は、低誘電率層等の誘電層又は金属含有層であってよい。エッチ層は、その後の特徴部のエッチングにおいてハードマスクの役割を果たす、アモルファスカーボン又はＳｉＮ層等のハードマスク層であってもよい。
【００４０】
本発明の他の実施形態において、ウェーハの温度は、フォトレジストマスク特徴部の歪みを回避するために、フォトレジスト材料のガラス転移温度より下に維持される。好ましくは、ウェーハ温度は、１００℃乃至−１００℃の範囲に維持される。更に好ましくは、温度は、８０℃乃至−８０℃の範囲に維持される。最も好ましくは、温度は、４０℃乃至−４０℃の範囲に維持される。
【００４１】
堆積材料はフォトレジスト材料とは異なる特性である可能性が高いため、フォトレジスト層上部での堆積材料の過剰な蓄積は、フォトレジスト特徴部の望ましくない歪みを引き起こす恐れがある。堆積及びエッチプロセスを六周期以上行うことで、ＣＤ低減プロセスのいかなる時期においても、堆積材料の積層が過剰に蓄積するのを回避できる。
【００４２】
以上、本発明について幾つかの好適な実施形態により説明してきたが、本発明の範囲に含まれる変更、置換、及び様々な代用等価物が存在する。更に、本発明の方法及び装置を実現する数多くの別の方法が存在することにも留意されたい。したがって、添付特許請求の範囲は、本発明の本来の趣旨及び範囲に入る全ての変更、置換、及び様々な代用等価物を含むものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ】従来技術によりエッチングされたスタックの概略断面図である。
【図１Ｂ】従来技術によりエッチングされたスタックの概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態で使用し得るプロセスの高レベルフローチャートである。
【図３Ａ】本発明の実施形態により処理されたスタックの概略断面図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態により処理されたスタックの概略断面図である。
【図３Ｃ】本発明の実施形態により処理されたスタックの概略断面図である。
【図３Ｄ】本発明の実施形態により処理されたスタックの概略断面図である。
【図４Ａ】本発明の例により処理したスタックの概略断面図である。
【図４Ｂ】本発明の例により処理したスタックの概略断面図である。
【図４Ｃ】本発明の例により処理したスタックの概略断面図である。
【図４Ｄ】本発明の例により処理したスタックの概略断面図である。
【図４Ｅ】本発明の例により処理したスタックの概略断面図である。
【図４Ｆ】本発明の例により処理したスタックの概略断面図である。
【図５】本発明を実現する際に使用し得るプラズマ処理チャンバの概略図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態で使用されるコントローラを実現するのに適したコンピュータシステムの図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態で使用されるコントローラを実現するのに適したコンピュータシステムの図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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