(57)【要約】  パターニング方法は、相補的なレチクルの組を個別に転写することを可能にする。一実施形態においては、例えば本方法では、位相シフトマスク（ＰＳＭ）（１１２）をエッチングし、次にｃＰＳＭマスク（１１０）に対応するカットマスクをエッチングする。更に、分離相補型マスクパターン転写方法は２つの個別の、かつ分離されたマスクパターニング工程を含み、これらの工程では、像を最終ウェハパターニングの前に、複合パターンを、中間ハードマスク（１１２）に部分的に転写することにより形成する。中間ハードマスク材料（１１２）及び最終ハードマスク材料（１１０）は、像が最終エッチングプロセスの前に下層の基板（１０２）またはウェハに像が転写されることがないように選択される。
2008500727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ（１０２）に第１層（１０６）を設ける工程と、
第１層（１０６）上に第１ハードマスク（１１０）を形成する工程と、
第１ハードマスク（１１０）上に第２ハードマスク（１１２）を形成する工程と、
第２ハードマスク（１１２）を第１パターン（６０２）に従ってパターニングする工程であって、第２ハードマスク（１１２）の内の第１の厚さに相当する部分（１１８）をエッチングすることを含む工程と、
第２ハードマスク（１１２）を第２パターン（１００２）に従って第２の時間に亘ってパターニングする工程であって、第２ハードマスク（１１２）の内の第２の厚さに相当する部分（１１６）をエッチングすることを含む工程と、
第２の時間に亘ってパターニングする工程の後に、第２ハードマスク（１１２）をエッチングして、第２ハードマスク（１１２）の第１の複数のパターン構造（１８０２）を形成する工程と、
第１の複数のパターン構造（１８０２）を用いて、第１ハードマスク（１１０）をエッチングして、第１ハードマスク（１１０）の第２の複数のパターン構造（１８０４）を形成する工程と、
第２の複数のパターン構造（１８０４）を用いて、第１層（１０６）をエッチングして、第１層（１０６）の第３の複数のパターン構造（２６０２）を形成する工程とを有する、半導体素子（１００）を形成する方法。
【請求項２】
第２ハードマスク（１１２）は、第１層部分（１１４）と、第１層部分上に位置する第２層部分（１１６）と、第２層部分上に位置する第３層部分（１１８）とを備え、
第１の厚さに相当する部分をエッチングする工程は、第３層部分（１１８）をエッチングすることを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第２の時間に亘ってエッチングする工程は第３層部分（１１８）をエッチングしている間にエッチングされる選択位置において、第２層部分（１１６）をエッチングすることを含み、
第２の時間に亘ってエッチングする工程は、第２ハードマスク（１１２）を第１パターンに従ってパターニングしている間にエッチングされなかった第３層の選択位置において第３層をエッチングすることを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
第１の複数のパターン構造は、ほぼ第１層部分（１１４）に形成される、請求項２記載の方法。
【請求項５】
第３層部分（１１８）は、第２層部分（１１６）とは異なる材料から成る、請求項２記載の方法。
【請求項６】
第１層（１０６）は、シリコン、金属、金属酸化膜、及び誘電体のうちの少なくとも一つを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
第１ハードマスク（１１０）は、非晶質炭素有機反射防止膜（ＯＡＲＣ）、スピン塗布底面ＡＲＣ、及び低Ｋ誘電体の内の少なくとも一つを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
第１ハードマスク（１１０）は第１材料を含み、
第２ハードマスク（１１２）は第２材料を含み、
第１材料は第２材料に対して選択的にエッチング可能であり、かつ第２材料は第１材料に対して選択的にエッチング可能である、請求項１記載の方法。
【請求項９】
第１材料は第１層（１０６）の材料に対して選択的にエッチング可能であり、これにより、第３の複数のパターン構造（２６０２）を第１層（１０６）に形成する前に、第１ハードマスク（１１０）の第２の複数のパターン構造（１８０４）におけるエッチング深さの差を低減することが可能である、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第１層（１０６）を第２の複数のパターン構造（１８０４）を用いてエッチングして第３の複数のパターン構造（２６０２）を形成する工程は更に、第１の複数のパターン構造（１８０２）をエッチングすることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
第２ハードマスク（１１２）は、酸化膜を含む第１層（１１４）と、第１層上に位置する窒化膜を含む第２層（１１６）と、第２層上に位置する酸化膜を含む第３層（１１８）とを備える、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
第１パターン（６０２）は第１方向に延在する第１線を有し、
第２パターン（１００２）は第１線と交差する線スペースを有し、
第１の複数の構造（１８０２）から成る構造は、線スペースにより規定される間隔を有する第１線によって画定される構造を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
第２ハードマスク（１１２）を第１パターン（６０２）に従ってパターニングする工程では、第２ハードマスクの上に第４の複数のパターン構造（２０２）を形成し、第４の複数のパターン構造（２０２）に従って第２ハードマスクをエッチングすることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
第２の時間に亘ってパターニングする工程の前に、第４の複数のパターン構造（２０２）を除去することを更に含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
第２ハードマスク（１１２）を第２パターンに従って第２の時間に亘ってパターニングする工程は、第２ハードマスクの上に第４の複数のパターン構造（１００２）を形成し、第４の複数のパターン構造（２０２）に従って第２ハードマスクをエッチングする、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
第２ハードマスクのエッチングの前に、第５の複数のパターン構造を除去して、第２ハードマスクの第１の複数のパターン構造を形成することを更に含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
第１の厚さ及び第２の厚さはそれぞれ、第２ハードマスク（１１２）の厚さよりも薄い、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
第１の厚さ及び第２の厚さを合計した厚さは第２ハードマスク（１１２）の厚さよりも薄く、第１ハードマスク（１１０）は、第１及び第２のパターニングによっては露出しない状態を維持する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
トランジスタのゲートをパターニングする方法であって、
ゲート材料層（１０６）をウェハ（１０２）上に形成する工程と、
ゲート材料層（１０６）をパターニングして複数のゲート構造（２６０２）を形成する工程とを備え、前記パターニングする工程は更に、
第１層部分（１１４）と、第１層部分上に位置する第２層部分（１１６）と、第２層部分上に位置する第３層部分（１１８）とを含むハードマスク（１１２）をゲート材料層（１０６）上に形成する工程と、
ハードマスク（１１２）を第１パターン（６０２）に従ってパターニングする工程であって、第３層部分（１１８）を第１の複数の選択位置でエッチングすることを含む工程と、
ハードマスクを第１パターンに従ってパターニングした後に、ハードマスク（１１２）を第２パターン（１００２）に従ってパターニングする工程であって、第３層部分（１１８）を第２の複数の選択位置でエッチングすることを含む工程と、
ハードマスクを第２パターン（１００２）に従ってパターニングした後に、ハードマスク（１１２）をエッチングする工程であって、第１層部分（１１４）を第１の複数の選択位置及び第２の複数の選択位置においてエッチングして、第１層部分（１１４）の第１の複数のパターン構造（１８０２）を形成することを含む工程とを有する、方法。
【請求項２０】
ウェハ（１０２）にターゲット層（１０６）を設ける工程と、
ターゲット層（１０６）上に第１ハードマスク（１１０）を形成する工程と、
第１ハードマスク（１１０）上に第２ハードマスク（１１２）を形成する工程と、
第２ハードマスク（１１２）上に第１の複数のパターン構造（２０２）を形成する工程と、
第１の複数のパターン構造（２０２）に従って第２ハードマスク（１１２）をパターニングする工程であって、第２ハードマスク（１１２）の第１の厚さに相当する部分をエッチングすることを含み、第１の厚さは第２ハードマスク（１１２）の厚さよりも薄い、工程と、
第１の複数のパターン構造（２０２）を除去する工程と、
前記除去の後に、第２ハードマスク（１１２）上に第２の複数のパターン構造（１００２）を形成する工程と、
第２の複数のパターン構造（１００２）に従って、第２ハードマスク（１１２）を第２の時間に亘ってパターニングする工程であって、第２ハードマスク（１１２）の第２の厚さに相当する部分をエッチングすることを含み、第２の厚さは第１の厚さに相当する部分を除去した後に残る第２ハードマスク（１１２）の厚さよりも薄い、工程と、
第２の複数のパターン構造（１００２）を除去する工程と、
第２ハードマスク（１１２）をエッチングして、第３の複数のパターン構造（１４０２，１４０４）を形成する工程と、
第３の複数のパターン構造（１４０２，１４０４）に従って第１ハードマスク（１１０）をエッチングして、第１ハードマスク（１１０）の第４の複数のパターン構造（１８０２）を形成する工程と、
第４の複数のパターン構造（１８０２）に従ってターゲット層（１０６）をエッチングして、ターゲット層（１０６）の第５の複数のパターン構造（２６０２）を形成する工程とを有する、半導体素子を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は半導体素子の処理に関し、特に分離相補型マスクパターン転写方法（ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ  ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｍａｓｋ  ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｍｅｔｈｏｄ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
相補型位相シフトマスク（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｍａｓｋ：ｃＰＳＭ）のような普通の２枚のマスクを用いるパターニング方法では、位相シフトマスク及びカットマスクの双方のマスクによる露光をエッチングの前に行なう必要がある。しかしながら、これらのマスクパターンの各々を基板に別々に転写することに対する利点がある。これらの利点としては、各マスクの露光条件を個別に調整すること、露光間に不所望の相互作用を生じさせるフレアを排除できること、フォトレジストトリミングを固定パターンに対して行なうこと（カットマスクの前に）、このような場合でなければ、像の結合効果のために用いることができない補助フィーチャを備えられることが挙げられる。残念ながら、現在の方法は２つのマスク転写の間において縦方向エッチング深さの差を悪化させ、例えばゲートの位置に非常に多くの活性ピッティングが生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、先行技術における問題を解決する改良型パターニング方法を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の一実施形態によれば、分離相補型マスクパターン転写方法は２つの個別の、かつ分離されたマスクパターニング工程を含む。これらの工程では、最終ウェハパターニングの前に、中間ハードマスクに像を部分的に転写することにより、複合パターンを形成する。中間ハードマスク材料及び最終ハードマスク材料は、最終エッチングプロセスの前に像が下に位置するの基板またはウェハに転写されるのを防止するように選択される。
【０００５】
本開示の一実施形態は、上記で議論した問題を、異なるエッチング耐性を示す一連のハードマスクを用いることにより解決する。ｃＰＳＭの場合、ＰＳＭパターン像を上側ハードマスクに転写し、続いてカットマスク像を転写する。次に、これらのハードマスクのエッチング耐性の差を利用して、先行技術において観察される問題を生じることなく、組み合わされた像をターゲット積層構造に転写する。更に一般的には、本開示は、ターゲット積層構造への最終転写が行なわれる前に、パターンを中間ハードマスクに転写し、中間ハードマスクから除去する方法について説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本開示は例によって示されものであり、添付の図面によって制限されるものではない。これらの図面では、同様の参照記号は同様の構成要素を指す。
当業者であれば、これらの図における構成要素が説明を簡単かつ明瞭にするために示され、そして必ずしも寸法通りには描かれていないことが分かるであろう。例えば、これらの図における幾つかの構成要素の寸法を他の構成要素に対して誇張して描いて本開示の実施形態を理解し易くしている。
【０００７】
図１は、本開示の一実施形態による分離相補型マスクパターニング方法、例えばゲートパターニングプロセスフローに使用される積層構造１００の断面図である。積層構造１００は基板１０２と、基板１０２上に位置するゲート誘電体１０４と、ゲート誘電体１０４上に位置するターゲット層１０６と、ターゲット層１０６上に位置する第１ハードマスク１１０とを含む。基板１０２は、例えばバルク基板、接着ウェハ基板（例えば、セミコンダクターオンインシュレータ、シリコンオンインシュレータ、ゲルマニウムオンインシュレータ、または同様の基板）、または特定の半導体素子の形成に適する他の基板を含むことができる。ゲート誘電体１０４は、例えばゲート酸化膜、ＳｉＯＮ、金属酸化膜、または特定の半導体素子の形成に適する他の誘電体を含むことができる。ターゲット層１０６は、例えばポリシリコン層、金属層、金属酸化膜層、誘電体層、または特定の半導体素子の形成に適する他の層または他の複数の層を含むことができる。更に、第１ハードマスク１１０は、例えば非晶質炭素有機反射防止コーティング（ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏａｔｉｎｇ：ＡＲＣ）（すなわち、有機反射防止コーティング（ｏｒｇａｎｉｃ  ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｏａｔｉｎｇ：ＯＡＲＣ））、スピン塗布底面ＡＲＣ、低Ｋ誘電体、または特定の半導体素子の形成に適する他のハードマスクの内の一つ以上を含むことができる。別の実施形態では、第２誘電体層（図示せず）をハードマスク１１０と下層のターゲット層１０６との間に設けることができる。
【０００８】
さらに図１を参照すると、第２ハードマスク積層構造１１２が第１ハードマスク１１０を覆っている。一実施形態では、第２ハードマスク積層構造１１２は、例えば一つ以上の層１１４，１１６，１１８を含む。更に、フォトレジスト層１２０が第２ハードマスク積層構造１１２上に設けられる。第２ハードマスク１１２の一つ以上の層は、例えば参照番号１１４，１１６，１１８によりそれぞれ示す第１、第２、及び第３誘電体キャップ層を含むことができる。誘電体キャップ層は、例えば酸化膜または窒化膜を含むことができる。一実施形態では、第１、第２、及び第３誘電体キャップ層１１４，１１６，１１８は、酸化膜、酸化膜上に位置する窒化膜、及び窒化膜上に位置する酸化膜をそれぞれ含む。この構造により、第１及び第２パターン転写エッチングのエッチング制御性を向上するために、終点の合図を提供することに加えて、これらのキャップ層を選択的にエッチングすることができる。更に、一実施形態では、第１ハードマスク１１０は第１材料を含み、第２ハードマスク積層構造１１２は第２材料を含む。第１材料及び第２材料は、互いに対して選択的にエッチングすることができる。更に、別の実施形態では、層１１２は、複数層の積層構造と同様の方法で処理することができるハードマスク材料から成る単一層を含むことができ、これについては以下に更に議論する。
【０００９】
図２は、本開示の一実施形態による、フォトレジスト層１２０を第１マスク（図示せず）を使用してパターニングした後、かつ第１エッチングの前における図１の積層構造１００のトップダウン図２００である。図２００は、概して参照番号２０２で示すパターニング済みフォトレジスト層を示している。パターニング済みフォトレジスト２０２は、後続の図面及び関連説明から以下で更に詳細に分かることであるが、（ｉ）重要部分（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｐｏｒｔｉｏｎ）と、（ｉｉ）不所望部分とに対応する領域を含む。フォトレジスト層１２０のパターニングによって、第２ハードマスク積層構造１１２の一部分も露出されている。詳細には、第２ハードマスク積層構造１１２の露出部分は、上面図２００に示すように、第３誘電体キャップ層１１８の露出部分に対応する。
【００１０】
図３〜５は、図２の構造の線３−３，４−４，及び５−５それぞれに沿った断面図である。詳細には、断面図３００は線３−３に沿った図２の構造の断面図を示す。断面図４００は線４−４に沿った図２の構造の断面図を示す。断面図５００は線５−５に沿った図２の構造の断面図を示し、該断面図は図３及び４の断面図に直交する。一実施形態では、断面図３００はパターニング済みフォトレジスト２０２の不所望部分の一部分を示す。この不所望部分の一部分の第２ハードマスク積層構造１１２への、特に層１１８へのパターン転写は後続の図において取り上げられる。断面図４００はパターニング済みフォトレジスト２０２の重要部分の一部分を示し、この重要部分の一部分の第２ハードマスク積層構造１１２への、特に層１１８へのパターン転写部分は後続の図において保持される。断面図５００はパターニング済みフォトレジスト２０２の重要部分及び不所望部分の双方を示している。後続の図は、第２ハードマスク積層構造１１２へのパターン転写が第２マスクを追加することによってどのような影響を受けるのかを示す。一実施形態では、第１ハードマスク１１０は、アッシング（灰化）及び／又はウェットクリーニングの影響を受け易い材料から成り、第２ハードマスク積層構造１１２の残留部分は第１ハードマスク積層構造１１０が不所望な損傷及び／又は除去の影響を受けないように第１ハードマスク積層構造を保護する。
【００１１】
図６は、本開示の一実施形態による、第１トリミング、エッチング、及びクリーニングの後の図２の積層構造のトップダウン図６００である。図を更に分かり易くするために、フォトレジストのトリミング及び／又はハードマスクのトリミングの影響は示していない。詳細には、トップダウン図６００は第３誘電体キャップ層１１８の残留部分６０２を示す。第３誘電体キャップ層１１８は、図２のフォトレジスト２０２のパターンのエッチング、及び後続のフォトレジスト除去によってパターニングされて、第１パターン転写を完了している。一実施形態では、第１パターン転写では第１トリミング、エッチング、及びクリーニングが行なわれる。一実施形態においては、トリミングではフォトレジストトリミングが行なわれる。エッチングでは、積層構造１１２のハードマスクの部分エッチングが行なわれる。更に、クリーニングでは、アッシング及び／又はウェットクリーニングプロセスを行なって残留レジスト２０２を除去する。ここで、誘電体キャップ層１１８の残留部分６０２は、これも後続の図及び関連説明から以下に更に詳細に分かることであるが、（ｉ）重要部分、及び（ｉｉ）不所望部分に対応する領域において形成されることに注目されたい。第１トリミング、エッチング、及びクリーニングによって、第２ハードマスク積層構造１１２の更に別の部分も露出させる。詳細には、第２ハードマスク積層構造１１２の更に別の露出部分は、トップダウン図６００に示すように、第２誘電体キャップ層１１６の露出部分に対応する。一実施形態では、層１１６の露出部分は第１パターン転写によるエッチング深さを表わす。別の実施形態では、層１１６の露出部分は第２誘電体キャップ層の第２部分が露出していることを示し、この第２部分が露出することによって、第１のパターン転写エッチングプロセスの終点制御が可能になる。第３の実施形態は前の２つの実施形態を組み合わせて実施される。
【００１２】
図７〜図９は、図６の構造の線７−７，８−８，及び９−９それぞれに沿った断面図である。詳細には、断面図７００は線７−７に沿った図６の構造の断面図を示す。断面図８００は線８−８に沿った図６の構造の断面図を示す。断面図９００は、線９−９に沿った図６の構造の断面図を示し、該断面図は図７及び８の断面図に直交する。一実施形態では、断面図７００は第３誘電体キャップ層１１８の残留部分６０２の不所望部分の一部分を示している。断面図８００は第３誘電体キャップ層１１８の残留部分６０２の重要部分の一部分を示している。断面図９００は、第３誘電体キャップ層１１８の残留部分６０２の重要部分及び不所望部分の双方を示している。
【００１３】
図１０は、本開示の一実施形態に従って、カットマスクを使用して第２フォトレジストをパターニングした後の図６の積層構造のトップダウン図１０００である。詳細には、第２フォトレジストを図６の積層構造に塗布し、そしてカットマスクを使用してパターニングする。トップダウン図１０００は、カットマスクを使用してパターニングされた後の第２フォトレジストの残留部分１００２を示している。更に、トップダウン図１０００は第２ハードマスク積層構造１１２の露出部分、すなわち第３誘電体キャップ層１１８の露出残留部分６０２及び第２誘電体キャップ層１１６の露出部分に対応する部分を示している。更に、部分６０２の内、第２フォトレジスト１００２によって覆われる未露出部分を図１０に想像線（すなわち破線）で示す。更に、第３誘電体キャップ層１１８の露出残留部分６０２は、後の工程で除去されることになる不所望部分に対応する領域に形成され、未露出残留部分６０２は後の工程で、ターゲット層１０６のような下方に位置する層に転写されることになる重要部分のパターンに対応する。
【００１４】
更に、第２誘電体キャップ層１１６の内、第３誘電体キャップ層１１８の露出残留部分６０２、すなわち第２フォトレジスト１００２によって覆われない露出部分は、ウェハの内、第１または第２マスクパターンのいずれのフォトレジストによっても覆われない部分を表わす。一実施形態では、層１１６のこれらの２重の露出部分はウェハの内、残りのゲートエッチング工程の間に最もエッチングが進行するエッチング最前部（ｅｔｃｈ  ｆｒｏｎｔ）の先端となる部分を表わし、これらの部分は問題を生じる可能性が最も高いウェハ部分である（すなわち、ゲートエッチング中の過剰オーバーエッチング及び／又は不十分な選択性によって、例えば活性シリコン領域に凹部またはピッティングを生じる）。第１ハードマスク１１０と第１ハードマスク１１０の下にある第２ハードマスク積層構造１１２との間のエッチング選択性の差を利用してこれらの問題を排除または取り除くので、従来技術よりも著しく優れている。
【００１５】
図１１〜図１３は、図１０の構造の線１１−１１，１２−１２，及び１３−１３それぞれに沿った断面図である。詳細には、断面図１１００は線１１−１１に沿った図１０の構造の断面図を示す。図１１に示すように、層１１８の露出残留部分６０２は、構造の内、後の工程で除去されることになる不所望部分に対応する範囲または領域に形成される。図１１の第２フォトレジスト１００２は、第２パターンの一部分が残留第２ハードマスク積層構造１１２に転写されるのを防止するように機能するので、構造の別の不所望部分が生じる。しかしながら、この部分は第１パターン転写の間に露出してしまっているので、この不所望部分は、ここで更に詳細に議論するように、最終エッチングプロセスの前に除去されることになる。断面図１２００は線１２−１２に沿った図１０の構造の断面図を示している。図１２に示す層１１８の残留部分６０２は第２フォトレジスト１００２によって覆われ、かつ構造１２００の内、構造の所望部分に対応する範囲または領域に形成される。構造の所望部分は、下層のターゲット層１０６に後の工程で転写されることになるパターンに対応する。断面図１３００は、線１３−１３に沿った図１０の構造の断面図を示し、この断面図の断面は図１１及び１２の断面図の断面と直交する。断面図１３００では、層１１８の残留部分６０２の内、第２フォトレジスト１００２によって覆われる部分が構造の重要部分を表わし、層１１８の残留部分６０２の内、第２フォトレジスト１００２によって覆われない部分、及び層１１６の内、部分６０２によって覆われない部分が構造の不所望部分を表わす。
【００１６】
図１４は、本開示の一実施形態による、カットマスクトリミング、エッチング、及びクリーニングの後の図１０の積層構造のトップダウン図１４００である。詳細には、トップダウン図１４００は、第３誘電体キャップ層１１８の残留部分６０２の残留部分１４０２を示し、第３誘電体キャップ層１１８が、図１０のフォトレジスト１００２のパターンに従って、カットマスクトリミング、エッチング、及びクリーニングの後にパターニングされている。一実施形態においては、カットマスクトリミングではフォトレジストトリミングを行なう。エッチングでは、第２の部分ハードマスクエッチングを行なう。更に、クリーニングでは、アッシング及び／又はウェットクリーニングプロセスを行なって残りのレジスト１００２を全て除去する。第１ハードマスク１１０がアッシング及び／又はウェットクリーニングの影響を受け易い材料から成る実施形態では、第２ハードマスク積層構造１１２の残留部分は第１ハードマスク積層構造１１０が不所望のダメージ及び／又は除去の影響を受けないように第１ハードマスク積層構造を保護する。
【００１７】
ここで、残留部分１４０２が第１パターニングマスクの重要部分に対応する領域に形成され、かつ第２エッチングの影響を受けることがないように第２パターニングマスクによって保護されていたことに注目されたい。更に、全ての不所望部分が、本開示の一実施形態による分離相補型マスクパターニング方法におけるこの時点で除去されている。一実施形態では、第２ハードマスク１１２の不所望部分はパターン転写のために、構造の重要部分よりも厚さが薄くなっている。従って、エッチングプロセスを使用して、重要部分を保持しながら、第２ハードマスク１１２の不所望部分を除去することができる。図１４００はまた、第２誘電体キャップ層１１６の残留部分１４０４が、図１０のフォトレジスト１００２のパターンに従って第２マスクトリミング、エッチング、及びクリーニングの後にパターニングされている様子を示している。図１４００は更に、第２誘電体キャップ層１１６の残留部分１４０６が、第２転写エッチングによって部分６０２から層１１６に転写されている様子を示している。
【００１８】
更に、残留部分１４０４は、（ｉ）第１パターニングマスクの重要部分の外側の領域、及び（ｉｉ）第１パターニングマスクの不所望部分の内側の領域を含む。カットマスクトリミング、エッチング、及びクリーニングによって更に、第２ハードマスク積層構造１１２の更に別の部分が露出する。詳細には、第２ハードマスク積層構造１１２の更に別の露出部分は、第１誘電体キャップ層１１４の露出部分に対応する。一実施形態では、層１１４の露出部分は、第１及び第２パターン転写のエッチング深さを表わす。別の実施形態では、層１１４の露出部分は、第２誘電体キャップ層の第１部分が露出していることを示し、この第１部分が露出することによって、第２のパターン転写エッチングプロセスの終点制御が可能になる。第３の実施形態は前の２つの実施形態と組み合わされて実施される。
【００１９】
図１５〜１７は、図１４の構造の線１５−１５，１６−１６，及び１７−１７それぞれに沿った断面図である。詳細には、断面図１５００は線１５−１５に沿った図１４の構造の断面図を示す。断面図１６００は線１６−１６に沿った図１４の構造の断面図を示す。断面図１７００は線１７−１７に沿った図１４の構造の断面図を示し、該断面図は図１５及び１６の断面図と直交する。本プロセスのこの時点まで、第１ハードマスク１１０は上層の第２ハードマスク積層構造１１２によって保護されたままであり、この第２ハードマスク積層構造１１２は所望パターンによってパターニングされている。第１及び第２パターン転写の後、第１及び第２パターン転写による図１４〜１７のエッチング深さは４つの異なるカテゴリーに分類することができる−（１）第１及び第２パターニング工程の双方によって覆われており、パターンの重要部分を表わす部分１４０２、（２）１４０４の内、第１パターニング工程の間は露出していた露出部分であって、第２パターニング工程では覆われていた部分、（３）第１パターニング工程の間は覆われていたが、第２パターニング工程の間は露出していた部分１４０６、及び（４）層１１４の内、第１及び第２パターニング工程の双方の工程の間に露出していた露出部分。これらの図では、部分１４０６は、部分１４０４よりも薄い、第２ハードマスク積層構造１１２の残存厚を有するものとして示される。これらの部分の相対的な残存厚は、第１及び第２ハードマスクエッチングによって実現するエッチング深さ、及び第２ハードマスク積層構造１１２の個々の層１１４，１１６，１１８の相対的なエッチング耐性によって変わる。従って、これらの図は、組み合わされた像の転写の一例を示している。
【００２０】
一実施形態では、第１ハードマスク１１０は有機反射防止コーティング（ＯＡＲＣ）、例えばアプライド  マテリアルズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒａｉｌｓ）製のＡＦＰ（商標）のような非晶質炭素膜を含む。仮に、フォトレジストがＯＡＲＣと直接コンタクトするとした場合、フォトレジストによる不所望の汚染が生じる。更に、ＯＡＲＣをアッシング及び／又はウェットクリーニングプロセスに曝すと、ＯＡＲＣにダメージを与える。従って、本開示の実施形態では、所望の酸化膜パターンが所望のパターニング済みパターンに対応する領域に設けられ、不所望領域に対応する他の領域には設けられることがないようになるまで、ＯＡＲＣ層を保護し続けるという利点がある。このような所望のパターニング済みパターンは、例えば半導体素子のゲート電極、及び配線パターンを含むことができる。
【００２１】
図１８は、本開示の一実施形態による、残留第２ハードマスク（「ゲート」エッチングの第１部分に対応）を、誘電体を一様にエッチングする（ｂｌａｎｋｅｔ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｅｔｃｈ）方式で非パターン化（すなわち、フォトレジストを使用しない）エッチングした後の、図１４の積層構造のトップダウン図１８００である。詳細には、トップダウン図１８００は、第１誘電体キャップ層１１４の残留部分１８０２を示す。第１誘電体キャップ層１１４は、図１４〜図１７に示したように、部分１４０２のパターンに従って誘電体を一様にエッチングした後にパターン形成されている。残留部分１８０２は、第１パターニングマスクの重要部分にのみ対応する領域を含む。トップダウン図図１８００はまた、第１ハードマスク１１０の残留部分を示し、第１ハードマスク１１０は、参照番号１８０４，１８０６，１８０８，１８１０で表わされる異なる厚さを有し、図１４〜１７に示したように、部分１４０２，１４０４，１４０６のパターンに従って誘電体を一様にエッチングした後にパターン形成されている。残留部分１８０４は、部分１４０２に従ってパターニングされる第１ハードマスク１１０の元の厚さを有する。残留部分１８０６は、部分１４０４のパターンに従ってパターニングされる第１ハードマスク１１０の厚さ低減後の第１の厚さを有する。残留部分１８０８は、部分１４０２，１４０４，１４０６の外側の領域に従ってパターニングされる第１ハードマスク１１０の厚さ低減後の第２の厚さを有する。残留部分１８１０は、部分１４０６のパターンに従ってパターニングされる第１ハードマスク１１０の厚さ低減後の第１の厚さを有する。
【００２２】
図１９〜図２１は、図１８の構造の線１９−１９，２０−２０，及び２１−２１それぞれに沿った断面図である。詳細には、断面図１９００は線１９−１９に沿った図１８の構造の断面図を示す。断面図２０００は線２０−２０に沿った図１８の構造の断面図を示す。断面図２１００は線２１−２１に沿った図１８の構造の断面図を示し、該断面図は図１９及び２０の断面図と直交する。第１ハードマスク１１０の４つの残存厚がこれらの断面図に明瞭に表示されている。一実施形態では、第１ハードマスク１１０の残留部分１８０８は第１ハードマスク１１０の内の最も薄い部分を表わし、更に第１または第２パターン転写エッチングのいずれにおいても保護されることがないために先頭のエッチング最前部（ｌｅａｄｉｎｇ  ｅｔｃｈ  ｆｒｏｎｔ）を表わす。部分１８０８は、誘電体に対する一様なエッチングによってエッチングが下層のターゲット層１０６に達してターゲット層がエッチングされてしまうのを防止するのに十分なほど厚い。別の実施形態では、第１ハードマスク１１０は、誘電体に対する一様なエッチングに対して、第２ハードマスク積層構造１１２の一部分が示すエッチング耐性よりも高いエッチング耐性を示す。これにより、第１ハードマスク１１０において、エッチングによるパターニング／露出が４つの組み合わせによって生じるエッチング深さの差を小さくすることができる。
【００２３】
図２２は、本開示の一実施形態による、第１ハードマスクをエッチング（「ゲート」エッチングの第２部分に対応する）した後の、図１８の積層構造のトップダウン図である。一実施形態では、残留部分１８０２及びターゲット層１０６は、第１ハードマスク１１０の露出部分よりもエッチング耐性が非常に高い。これにより、構造の重要部分のみを含む部分１８０２は、ターゲット層１０６をほとんどエッチングすることなく、そのパターンを第１ハードマスク１１０に転写することができる。この例では、純粋な異方性の第１ハードマスクのエッチングを示しているが、別の実施形態では、エッチングにおける等方性成分によって、第１ハードマスク１１０の内、第２ハードマスクの部分１８０２の下の部分をトリミングすることができる。別の実施形態では、第１ハードマスク部分１８０４を含まない第１ハードマスク１１０の全ての部分を除去してターゲット積層構造１０６の一部分を露出させる。詳細には、トップダウン図２２００は、第１誘電体キャップ層１１４の残留部分１８０２（及び、第１ハードマスク１１０の下層残留部分１８０４）を示している。上に示すように、第１誘電体キャップ層１１４の残留部分１８０２、及び第１ハードマスク１１０の下層残留部分１８０４は、第１パターニングマスクの重要部分に対応する領域のみを含む。トップダウン図２２００はまた、ターゲット層１０６の内、残留部分１８０２，１８０４によって覆われない露出部分を示している。一実施形態では、ターゲット層１０６は有機ＡＲＣを含む。
【００２４】
図２３〜図２５は、図２２の構造の線２３−２３，２４−２４，及び２５−２５それぞれに沿った断面図である。詳細には、断面図２３００は線２３−２３に沿った図２２の構造の断面図を示す。断面図２４００は線２４−２４に沿った図２２の構造の断面図を示す。断面図２５００は線２５−２５に沿った図２２の構造の断面図を示し、該断面図は図２３及び２４の断面図と直交する。
【００２５】
図２６は、本開示の一実施形態による、ターゲット層エッチング（「ゲート」エッチングの残りの部分に対応する）及び後続のクリーニングを行なって第２ハードマスク１８０２及び第１ハードマスク１８０４の残留部分を除去した後の図２２の積層構造のトップダウン図である。詳細には、トップダウン図２６００は、ターゲット層１０６の残留部分２６０２、及びゲート誘電体層１０４の下層残留部分２６０４を示している。ターゲット層１０６の残留部分２６０２は、第１パターニングマスクの重要部分に対応する領域に形成される。トップダウン図２６００はまた、基板１０２の内、残留部分２６０２（及び下層残留部分２６０４）によって覆われない露出部分を示している。本開示の実施形態による方法を実行した結果として、基板１０２の露出部分はエッチングプロセスの間、ほとんど悪影響を受けず、そのままの状態に維持される。
【００２６】
図２７〜図２９は、図２６の構造の線２７−２７，２８−２８，及び２９−２９それぞれに沿った断面図である。詳細には、断面図２７００は線２７−２７に沿った図２６の構造の断面図を示す。断面図２８００は線２８−２８に沿った図２６の構造の断面図を示す。断面図２９００は線２９−２９に沿った図２６の構造の断面図を示し、この断面図の断面は図２７及び図２８の断面図の断面と直交する。詳細には、断面図２８００及び断面図２９００は、ターゲット層１０６の残留部分２６０２、及びゲート誘電体層１０４の残留部分２６０４を示している。残留部分２６０２，２６０４は、第１パターニングマスクの重要部分に対応する領域内に位置する。
【００２７】
従って、本開示の実施形態によって、２つの個別の、かつ分離されたマスク露光が、最終ハードマスク（本明細書では第１ハードマスクとして記載される）でウェハの最終パターニングを行なう前に、像を部分的に中間ハードマスク（本明細書では第２ハードマスクとして記載される）に転写することにより可能になる。中間ハードマスク材料及び最終ハードマスク材料は、最終エッチングプロセスの前に像が下層ウェハまたは基板に転写されることがないように選択される。
【００２８】
更に、本実施形態は誘電体キャップ材料の組み合わせを使用して、複数のフォトリソグラフィマスクの各々からの中間像の転写を可能にする。従って、複合中間像が有機反射防止コーティング（ＯＡＲＣ）に転写され、この反射防止コーティングが更に、下層のゲート積層構造のパターニングハードマスクとして機能する。本明細書に提示する実施形態はゲート積層構造に集中的に適用されているが、同じ実施形態を他のモジュール式積層体および他のハードマスクの組み合わせに適用することもできる。
【００２９】
更に、本開示の実施形態によって、２つのマスクをｃＰＳＭ技術（すなわち、ＰＳＭマスク及びカットマスク）に使用することが可能であり、それら２つのマスクは、互いに影響（フレアの影響など）を及ぼすことなく、個々に調整された露光条件を有することができる。更に、これらの実施形態では、「固定された」フィーチャ（形状特徴）に対してフォトレジストマスク（ＰＲ）トリミングを行なって（カットマスクの前に）、ゲート電極フィーチャのような小さなフィーチャのパターン倒壊を防止することができる。これらの実施形態によって更に、活性領域とフィールド領域との間のトランジスタプルバック（後退）を小さくすることができる。更には、これらの実施形態によって、このような場合でなければ、像の結合のために用いることができない補助フィーチャ（例えば、分散したバー）を各相補型マスクに設けることができる。
【００３０】
本開示の他の実施形態としては、（１）本方法を２つよりも多くのマスクに拡張すること、（２）異なるタイプのフィーチャ（例えば、分離されたフィーチャのマスクと高密度なフィーチャのマスクとの相補的な組、または水平なフィーチャのマスクと垂直なフィーチャのマスクとの相補的な組）に関して露光を分離すること、（３）コンタクト、ビア、及び狭ピッチメタルのような他のマスク層に拡張すること、（４）２つの相補型マスクをゲートまたは他の層に使用することにより公称値よりも狭いピッチ線を実現することなどが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
【００３１】
これまでの明細書では、本開示について特定の実施形態を参照しながら記載してきた。しかしながら、この技術分野の当業者であれば、種々の変形及び変更を、以下の特許請求の範囲に示す本実施形態の技術範囲から逸脱しない範囲において加え得ることが分かるであろう。例えば、本開示の実施形態を適用して、現世代マイクロプロセッサ及び次世代マイクロプロセッサ、及び／又は高性能メモリ装置の機能を向上させることができる。更に、本開示の実施形態を使用して１枚のマスクの性能を超えるフィーチャ寸法を実現することができる。従って、明細書及び図は、本開示を制限するものとしてではなく例示として捉えられるべきであり、そしてこのような変更の全てが本実施形態の技術範囲に含まれるべきものである。
【００３２】
効果、他の利点、及び技術的問題に対する解決法について、特定の実施形態に関して上に記載してきた。しかしながら、効果、利点、及び問題解決法、及びいずれかの効果、利点、または問題解決法をもたらし、またはさらに顕著にし得る全ての要素（群）が、いずれかの請求項または全ての請求項の必須の、必要な、または基本的な特徴または要素であると解釈されるべきではない。本明細書で使用されるように、「有する・備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「有する・備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語、または他の全てのこれらの変形は包括的な意味で適用されるものであり、一連の要素を備えるプロセス、方法、製品、または装置がこれらの要素のみを含むのではなく、明らかには列挙されていない、またはそのようなプロセス、方法、製品、または装置に固有の他の要素も含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本開示の一実施形態による分離相補型マスクパターニング方法に使用される積層構造の断面図。
【図２】本開示の一実施形態による、フォトレジストを第１マスクを使用してパターニングした後の、かつ第１エッチングの前の、図１の積層構造のトップダウン図。
【図３】図２の構造の線３−３に沿った断面図。
【図４】図２の構造の線４−４に沿った断面図。
【図５】図２の構造の線５−５に沿った断面図。
【図６】本開示の一実施形態による、第１トリミング、エッチング、及びクリーニングの後の図２の積層構造のトップダウン図。
【図７】図６の構造の線７−７に沿った断面図。
【図８】図６の構造の線８−８に沿った断面図。
【図９】図６の構造の線９−９に沿った断面図。
【図１０】本開示の一実施形態による、第２フォトレジストを第２マスクを使用してパターニングした後の図６の積層構造のトップダウン図。
【図１１】図１０の構造の線１１−１１に沿った断面図。
【図１２】図１０の構造の線１２−１２に沿った断面図。
【図１３】図１０の構造の線１３−１３に沿った断面図。
【図１４】本開示の一実施形態による、カットマスクトリミング、エッチング、及びクリーニングの後の図１０の積層構造のトップダウン図。
【図１５】図１４の構造の線１５−１５に沿った断面図。
【図１６】図１４の構造の線１６−１６に沿った断面図。
【図１７】図１４の構造の線１７−１７に沿った断面図。
【図１８】本開示の一実施形態による、第２ハードマスクエッチング（「ゲート」エッチングの第１部分に対応する）の後の図１４の積層構造のトップダウン図。
【図１９】図１８の構造の線１９−１９に沿った断面図。
【図２０】図１８の構造の線２０−２０に沿った断面図。
【図２１】図１８の構造の線２１−２１に沿った断面図。
【図２２】本開示の一実施形態による、第１ハードマスクエッチング（「ゲート」エッチングの第２部分に対応する）の後の図１８の積層構造のトップダウン図。
【図２３】図２２の構造の線２３−２３に沿った断面図。
【図２４】図２２の構造の線２４−２４に沿った断面図。
【図２５】図２２の構造の線２５−２５に沿った断面図。
【図２６】本開示の一実施形態による、ターゲット層エッチング（「ゲート」エッチングによる残留部分に対応する）の後の図２２の積層構造のトップダウン図。
【図２７】図２６の構造の線２７−２７に沿った断面図。
【図２８】図２６の構造の線２８−２８に沿った断面図。
【図２９】図２６の構造の線２９−２９に沿った断面図。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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