(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、前記基板上の下側誘電体層、前記下側誘電体層上の金属層、前記金属層上の上側誘電体層、前記上側誘電体層上の平坦化層、前記平坦化層上のフォトレジスト材料の層を有する構造を形成することと、
マスク・パターンに従って前記フォトレジスト材料を現像することと、
前記マスク・パターンに従って前記平坦化層および前記上側誘電体層をエッチングする
ことと、
前記平坦化層および前記上側誘電体層のエッチングの後に前記フォトレジスト材料および前記平坦化層を除去することと、
前記上側誘電体層のエッチングに続いて前記金属層の各露出した部分に選択的金属成長を適用して前記選択的金属成長からなる反転されたマスク・パターンを得ることと、
前記反転されたマスク・パターンに従って少なくとも前記金属層および前記下側誘電体層をエッチングすることと、
を具備する装置を製造する方法。
【請求項２】
前記金属層および前記下側誘電体層をエッチングする前に前記上側誘電体層を除去することをさらに具備する、
請求項１の方法。
【請求項３】
前記適用することが、無電解めっき、エピタキシャル成長、ＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＡＬＤの少なくとも１つによって前記選択的金属成長を適用することを具備する、
請求項１の方法。
【請求項４】
前記上側誘電体層が、約１０ｎｍおよび約１００ｎｍの間の厚さを有し、
前記金属層が、約５ｎｍおよび約２０ｎｍの間の厚さを有する、
請求項１の方法。
【請求項５】
前記適用することが、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群から選択された少なくとも１つの元素からな
る選択的金属成長を適用することを具備する、
請求項１の方法。
【請求項６】
前記適用することが、少なくとも１つの主要金属および少なくとも１つの共に堆積される金属を具備する選択的金属成長を適用すること具備する、
請求項１の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの主要金属が、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、ｌｒ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐｔ、およびＡｕからなる群から選択された少なくとも１つの元素からなり、
前記少なくとも１つの共に堆積される金属が、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｃ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、およびＢからなる群から選択された少なくとも１つの元素からなる、
請求項６の方法。
【請求項８】
前記金属層および前記下側誘電体層のエッチングに続いて前記選択的金属成長および前記金属層を除去することと、
前記下側誘電体層の前記下側誘電体層のエッチングの結果除去された部分を金属化することと、
前記金属化の完了後に前記下側誘電体層上にキャップ層を形成することと、
をさらに具備する、請求項１の方法。
【請求項９】
基板上に、前記基板上の下側誘電体層、前記下側誘電体層上の金属層、前記金属層上の上側誘電体層、前記上側誘電体層上の平坦化層、前記平坦化層上のフォトレジスト材料の層を有する構造を形成することと、
マスク・パターンに従って前記フォトレジスト材料を現像することと、
前記マスク・パターンに従って前記平坦化層および前記上側誘電体層をエッチングすることと、
前記平坦化層および前記上側誘電体層のエッチングの後に前記フォトレジスト材料および前記平坦化層を除去することと、
前記上側誘電体層のエッチングに続いて前記上側誘電体層上および前記金属層の各露出した部分上に金属または有機膜を堆積することと、
前記金属または有機膜の前記上側誘電体層上の部分を除去して前記金属または有機膜からなる反転されたマスク・パターンを得ることと、
前記反転されたマスク・パターンに従って少なくとも前記金属層および前記下側誘電体層をエッチングすることと、
を具備する装置を製造する方法。
【請求項１０】
前記金属層および前記下側誘電体層をエッチングする前に前記上側誘電体層を除去することをさらに具備する、
請求項９の方法。
【請求項１１】
前記堆積することが、無電解めっき、エピタキシャル成長、ＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＡＬＤの少なくとも１つによって前記金属または有機膜を堆積することを具備する、請求項９の方法。
【請求項１２】
前記上側誘電体層が、約１０ｎｍおよび約１００ｎｍの間の厚さを有し、
前記金属層が、約５ｎｍおよび約２０ｎｍの間の厚さを有する、
請求項９の方法。
【請求項１３】
前記金属または有機膜が、Ｗ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＳｉからなる群から選択された材料、Ｗ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＳｉからなる群から選択された材料と結合した炭素、またはＷ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｏ、Ｎｉ、およびＳｉからなる群から選択された材料と結合した合金、の少なくとも１つからなる金属膜である、
請求項９の方法。
【請求項１４】
前記金属または有機膜がアモルファス炭素からなる有機膜である、
請求項９の方法。
【請求項１５】
前記金属または有機膜が約１０ｎｍおよび約３００ｎｍの間の厚さを有する、
請求項９の方法。
【請求項１６】
前記堆積することが、
上側誘電体層のエッチングに続いて、前記上側誘電体層上および前記金属層の露出した部分上に金属または有機膜の初期層を堆積することと、
前記金属または有機膜の初期層上に金属または有機膜の主要層を堆積することと、
を具備する、請求項９の方法。
【請求項１７】
前記金属または有機膜の初期層が、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、またはＴａＮの少なくとも１つからなる、
請求項１６の方法。
【請求項１８】
前記金属または有機膜の初期層が約１ｎｍおよび約１０ｎｍの間の厚さを有する、
請求項１６の方法。
【請求項１９】
前記金属層および前記下側誘電体層のエッチングに続いて前記金属または有機膜および前記金属層を除去することと、
前記下側誘電体層の前記下側誘電体層のエッチングの結果除去された部分を金属化することと、
前記金属化の完了後に前記下側誘電体層上にキャップ層を形成することと、
をさらに具備する、請求項９の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンＬＳＩ（大規模集積回路）は、他の装置技術の中でも、将来の高度な情報社会のサポートをもたらすために使用が増加している。集積回路は、様々な技術に従って製造可能な、トランジスタ等の各半導体装置から構成されることが可能である。例えば、高性能の半導体装置はフォトリソグラフィーを使用して製造されることが可能である。フォトリソグラフィー工程では、マスク・パターンが、光によって半導体装置の基板上の感光性のフォトレジスト材料に転写される。次に、薬液処理のような技術が使用されて（例えばフォトレジストの下方に位置しない基板上材料を除去することによって）転送されたパターンをフォトレジストの下方の材料に彫り込む。
【０００３】
半導体装置の要素がより小さくかつ進化するにつれて、フォトリソグラフィーとの関連で使用されてきた従来のパターニング技術は、トレンチ等の微細形状の要素を生成する能力の点で制限されてきた。このため、既存の半導体装置製造技術の能力を向上させて高性能な装置によって要求される一層小さな要素を形成するために、ダブル・パターニング、トーン反転パターニング等のパターニング技術が使用されることが可能である。しかしながら、そのようなパターニング方式は、所望の要素を正確に作成することにおいて効果がない場合がある。さらに、そのようなパターニング方式は、クラッキング、膜剥がれ、および／またはその他の製造上の欠陥の影響を受けやすい可能性がある。したがって、製造欠陥についての可能性が最小な、様々な大きさの要素を有する半導体装置の製造技術を実施することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１８５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
製造欠陥の少ない、様々な大きさの要素を有する半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態による装置の製造方法によれば、基板上に、基板上の下側誘電体層、下側誘電体層上の金属層、金属層上の上側誘電体層、上側誘電体層上の平坦化層、平坦化層上のフォトレジスト材料の層を有する構造が形成される。マスク・パターンに従ってフォトレジスト材料が現像される。マスク・パターンに従って平坦化層および上側誘電体層がエッチングされる。平坦化層および上側誘電体層のエッチングの後にフォトレジスト材料および平坦化層が除去される。上側誘電体層のエッチングに続いて金属層の各露出した部分に選択的金属成長を適用して選択的金属成長からなる反転されたマスク・パターンが得られる。反転されたマスク・パターンに従って少なくとも金属層および下側誘電体層がエッチングされる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に従った、半導体装置製造のために使用されることが可能なトーン反転パターニング工程を図示する。
【図２】実施形態に従った、比較用のトーン反転リソグラフィー方式の使用によって生じ得る欠陥を図示する。
【図３】実施形態に従った、比較用のトーン反転リソグラフィー方式の使用によって生じ得る欠陥を図示する。
【図４】実施形態に従った、比較用のトーン反転リソグラフィー方式の使用によって生じ得る欠陥を図示する。
【図５】実施形態に従った、改善されたトーン反転リソグラフィー工程との関連で実行されることが可能な例示的半導体処理ステップを図示する。
【図６】実施形態に従った、改善されたトーン反転リソグラフィー工程との関連で実行されることが可能な例示的半導体処理ステップを図示する。
【図７】実施形態に従った、改善されたトーン反転リソグラフィー工程との関連で実行されることが可能な例示的半導体処理ステップを図示する。
【図８】実施形態に従った、改善されたトーン反転リソグラフィー工程との関連で実行されることが可能な例示的半導体処理ステップを図示する。
【図９】実施形態に従った、改善されたトーン反転リソグラフィー工程との関連で実行されることが可能な例示的半導体処理ステップを図示する。
【図１０】実施形態に従った、改善されたトーン反転リソグラフィー工程との関連で実行されることが可能な例示的半導体処理ステップを図示する。
【図１１】実施形態に従った、改善されたトーン反転リソグラフィー工程との関連で実行されることが可能な例示的半導体処理ステップを図示する。
【図１２】実施形態に従ったトーン反転リソグラフィーによって半導体装置を製造するための例示的方法のフローチャートである。
【図１３】実施形態に従ったトーン反転リソグラフィーによって半導体装置を製造するための例示的方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施形態は、改善されたトーン反転フォトリソグラフィー技術を通じた半導体装置製造方法を提供する。様々な実施形態において、半導体装置の製造は、従来の非トーン反転リソグラフィーと類似の方法でフォトレジスト材料をマスクとして使用して半導体装置構造の１または複数の層をエッチングすることによって実行されることが可能である。エッチングは、第１誘電体層の下方に形成された金属層の上面でエッチングが停止するまで実行され、その後、無電解メッキ、エピタキシャル成長、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）、ＰＶＤ（physical vapor deposition）、ＡＬＤ（atomic layer deposition）、および／またはその他の方法によって、選択的な金属成長または金属／有機膜が堆積される。堆積された材料の余剰分がある場合、これがＣＭＰ（chemical-mechanical planarization）またはエッチバックによって除去されることが可能である。次に、堆積された材料は、元々のフォトレジスト・パターンの反転したパターンと実質的に同一のハードマスクとして利用されることが可能であり、これによって、所望のトーン反転パターンによって金属層の下方に形成された第２誘電体層のエッチングを可能にする。また、本明細書中の様々な実施形態による装置製造のために使用されることが可能な構造を示す半導体装置製品が提供される。
【０００９】
一実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、基板を生成する行為と、基板上に、基板上の下側誘電体層、下側誘電体層上の金属層、金属層上の上側誘電体層、上側誘電体層上の平坦化層、平坦化層上のフォトレジスト材料の層を有する半導体構造を形成する行為と、マスク・パターンに従ってフォトレジスト材料を現像する行為と、マスク・パターンに従って平坦化層および上側誘電体層をエッチングする行為と、平坦化層および上側誘電体層のエッチングの後にフォトレジスト材料および平坦化層を除去する行為と、上側誘電体層のエッチングに続いて金属層の各露出した部分に選択的金属成長を適用して選択的金属成長からなる反転されたマスク・パターンを得る行為と、反転されたマスク・パターンに従って少なくとも金属層および下側誘電体層をエッチングする行為と、を含む。
【００１０】
一例では、上側誘電体層は、金属層および下側誘電体層をエッチングする前に除去されることが可能である。別の例では、選択的金属成長は、例えば無電解めっき、エピタキシャル成長、ＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＡＬＤによって適用されることが可能である。上側誘電体層は、例えば約１０ｎｍおよび約１００ｎｍの間の厚さを有することが可能である。これに加えてまたは代替的に、金属層は、例えば約５ｎｍおよび約２０ｎｍの間の厚さを有することが可能である。選択的金属成長は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐｔ、および／またはＡｕを含むことが可能である（ただし、これらに限定されない）少なくとも１つの元素からなることが可能である。さらに、選択的金属成長は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｃ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、および／またはＢを含むことが可能である（ただし、これらに限定されない）少なくとも１つの元素からなることが可能な共に堆積される金属を含むことが可能である。さらなる例では、金属層および下側誘電体層のエッチングに続いて選択的金属成長および金属層を除去すること、エッチング後に下側誘電体層の除去された部分を金属化すること、金属化後に下側誘電体層上にキャップ層を形成することのようなさらなる処理が実行されることが可能である。
【００１１】
一実施形態によれば、半導体装置の製造方法は、半導体基板を生成する行為と、基板上に、基板上の下側誘電体層、下側誘電体層上の金属層、金属層上の上側誘電体層、上側誘電体層上の平坦化層、平坦化層上のフォトレジスト材料の層を有する構造を形成する行為と、マスク・パターンに従ってフォトレジスト材料を現像する行為と、マスク・パターンに従って平坦化層および上側誘電体層をエッチングする行為と、平坦化層および上側誘電体層のエッチングの後にフォトレジスト材料および平坦化層を除去する行為と、上側誘電体層のエッチングに続いて上側誘電体層上および金属層の各露出した部分上に金属または有機膜を堆積する行為と、金属または有機膜からなる反転されたマスク・パターンを得るために金属または有機膜の上側誘電体層上の部分を除去する行為と、反転されたマスク・パターンに従って少なくとも金属層および下側誘電体層をエッチングする行為と、を含む。
【００１２】
一例では、上側誘電体層は、金属層および下側誘電体層をエッチングする前に除去されることが可能である。別の例では、金属または有機膜は、例えば無電解めっき、エピタキシャル成長、ＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＡＬＤによって適用されることが可能である。上側誘電体層は、例えば約１０ｎｍおよび約１００ｎｍの間の厚さを有することが可能である。これに加えてまたは代替的に、金属層は例えば約５ｎｍおよび約２０ｎｍの間の厚さを有することが可能である。一例では、金属または有機膜は、Ｗ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｏ、Ｎｉ、および／またはＳｉを含む材料、これらの材料の１つまたは複数と結合した炭素、またはこれらの材料の１つまたは複数の合金からなる金属膜であることが可能である。別の例では、金属または有機膜はアモルファス炭素からなる有機膜であることが可能である。いくつかの例では、金属または有機膜は、例えば約１０ｎｍおよび約３００ｎｍの間の厚さを有することが可能である。別の例では、金属または有機膜を堆積することは、上側誘電体層のエッチングに続いて上側誘電体層上および金属層の露出した部分上に金属または有機膜の初期層を堆積することと、金属または有機膜の初期層上に金属または有機膜の主要層を堆積することとによって達成されることが可能である。そのような例では、初期膜は、例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、またはＴａＮの少なくとも１つからなることが可能であり、例えば約１ｎｍおよび約１０ｎｍの間の厚さを有することが可能である。さらなる例では、金属層および下側誘電体層のエッチングに続いて金属または有機膜および金属層を除去すること、エッチング後に下側誘電体層の除去された部分を金属化すること、金属化後に下側誘電体層上にキャップ層を形成することのようなさらなる処理が実行されることが可能である。
【００１３】
一実施形態によれば、半導体装置は、基板と、基板上に形成された半導体領域とを含む。半導体領域は、半導体領域中に形成された下側誘電体層と、下側誘電体層上に堆積された金属層と、金属層上に形成された上側誘電体層と、上側誘電体層上に形成された平坦化層と、平坦化層上に堆積されたフォトレジスト材料とからなることが可能である。フォトレジスト材料はマスク・パターンに従って選択的に除去されるように構成されることが可能である。また、平坦化層および上側誘電体層はマスク・パターンに従ったエッチングに従って構成されることが可能である。さらに、金属層の１または複数の領域は、選択的金属成長、金属膜、および／または有機膜を、これらの材料が少なくとも金属層および下側誘電体層のエッチングのための反転されたマスク・パターンを形成するように、受け取るように構成されることが可能である。
【００１４】
以下の記述および添付図面は、明細書の例示的な側面を示す。しかしながら、これらの側面は、明細書の原理が使用され得る様々な方法のほんのいくつかを示すに過ぎない。明細書の他の利点および新規な特徴は、図面と共に熟考されれば、開示された情報の以下の詳細な説明から明らかになるだろう。
【００１５】
次に、請求項の主題が図面を参照して記述される。全図面にわたって同様の参照符号は同様の要素を参照するために使用される。以下の説明では、説明の目的で、多くの詳細事項が、請求項の主題についての十分な理解をもたらすために示される。しかしながら、請求項の主題がこれらの詳細事項無しで実行され得ることは明らかである。その他の場合においては、周知の構造および装置は請求項の主題を記述することを円滑にするためにブロック図の形態で示される場合がある。また、説明の簡略化のため、本明細書において提供される図によって図示される特徴が各図中でおよび／または図相互間でスケール通りに図示されておらず、また明言しない限り本明細書において提供される図が図示の各要素の拡大縮小関係を示唆することを意図されていないことが認識されるべきである。
【００１６】
まず図１を参照すると、半導体装置の製造のために使用されることが可能なトーン反転パターニング工程が図示されている。一例では、トーン反転パターニング（またはトーン反転リソグラフィー）は、トランジスタ、配線構造等の半導体装置を半導体基板等の上に形成するために使用されることが可能なフォトリソグラフィー工程である。例えば、図１によって図示されるパターニング工程が使用されて、半導体ウェハを１または複数のトランジスタ、（１または複数のトランジスタおよび／またはその他の要素を含んだ）集積回路等へと処理することが可能である。図１によって図示される行為に先立って、半導体ウェハは、ウェット洗浄および／またはウェハ表面から汚染物質を取り除くための他の適切な技術を利用してウェハを洗浄することによって、フォトリソグラフィーに向けて準備されることが可能である。これに加えてまたは代替的に、さらなる処理に先立ってウェハが加熱および／または薬液処理を経てウェハ表面に存在する水分を除去することが可能である。この段階では、半導体ウェハは、有機平坦化層１４０の下方の誘電体１５０を含んでいる。あるいは、そのような層の一方または両方がさらなる処理に先立って半導体ウェハに付されてもよい。
【００１７】
半導体ウェハをフォトリソグラフィーに向けて準備するのに際して、フォトレジストまたはレジストの１３０の層が、スピン塗布および／またはその他の適切な技術によってウェハの表面に形成される。レジスト１３０を形成しかつあらゆる余分なレジスト１３０をウェハから除去するのに際して、レジスト１３０が紫外線および／または十分に高い強度の他の光のパターンに晒され、これによって、化学的現像工程によってレジスト１３０の光のパターンに基づいた部分を除去されることを可能にする。実施形態によれば、現像によって除去されるレジスト１３０はレジスト１３０の特性によって多様であり得る。例えば、レジスト１３０がポジティブ型フォトレジストである場合、レジスト１３０は現像の際に付される薬液に対して可溶性になり、これによって、光のパターンに晒されることで現像中に除去される。あるいは、レジスト１３０がネガティブ型フォトレジストである場合、レジスト１３０は元々は現像の際に付される薬液中に対して可溶性であるが、光のパターンに晒されることでそのような薬液に対して不溶性になる。
【００１８】
フォトレジストの露光および現像に続いて、図１中の図１０２によって示されるように、レジストパターンは半導体ウェハ上に残ることが可能である。次に、図１０２にさらに示されるように、シリコン・テトラハイドライド（ＳｉＴＨ）（シラン）またはＩＲＭ（industry reference material）１２０のさらなる塗膜が、パターニングされたレジスト１３０上に形成されることが可能である。次に、ＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０は、ＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０がレジスト１３０と同じ高さになるように、図１０４によって示されるようにエッチバック、ＣＭＰ、および／またはその他の手段によって後退させられることが可能である。次に、図１０６によって示されるように、レジスト１３０が除去されて、ＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０を有機平坦化層１４０の上方に実質的にレジスト１３０用に使用されたパターンの反転したパターンで残すことが可能である。ＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０のパターンに基づいて、エッチングが有機平坦化層１４０および誘電体１５０に対して行われてこれらの層のＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０によって保護されていない領域を除去することが可能である。最後に、図１１０によって示されるように、ＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０および有機平坦化層１３０が除去されて、ＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０およびレジスト１３０によって形成された反転パターンにエッチングされた誘電体１５０を残すことが可能である。
【００１９】
実施形態によれば、図１によって図示されるトーン反転パターニング方式が使用されて、半導体ウェハおよび／またはその他の半導体装置上にトレンチおよび／またはその他の十分に小さな要素を形成することが可能である。しかしながら、現実世界での半導体製造工程については、トーン反転リソグラフィーが多くの欠点を有することが観測されてきた。１つ目の例として、半導体装置が十分に広いピッチを有する要素だけでなく十分に狭いピッチを有する要素も有することが望まれる場合、従来のトーン反転リソグラフィーは十分に広いピッチを有する要素中で欠陥を引き起こす場合がある。このことは、図２中の図２０２−２０４によって図示される。図２中の図２０２が図示するように、トーン反転のようなイメージ転写技術は、下層の誘電体１５０を後にエッチングするために利用されることが可能なＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０および／またはその他のハードマスク材料を形成することを含んでいる。ハードマスク材料の形成に続いて、さらに、余分なハードマスク材料が図１中の図１０４によって図示されたのと同様の方法で除去される。
【００２０】
図２０２において示されるように、余分なハードマスク材料を除去するために利用されることが可能な一技術はエッチバックである。図２がさらに図示するように、エッチバックに続いてＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０および／またはその他のハードマスク材料が存在することが、図２０４によって示される。しかしながら、図２０４が図示するように、余分なハードマスク材料を除去するためにエッチバックを使用することは、広ピッチ要素に対応する領域で完全にハードマスクを除去する結果となり得、それによって、レジスト除去後のエッチングが不正確なものになる結果となる。具体的には、図２０４は、狭ピッチ要素（例えば比較的小さなレジスト／スペースＣＤ（critical dimension）を有する要素）については、領域２１０によって示されるようにエッチバックを使用して十分な精度を有するマスキング領域を得ることが可能であることを示す。しかしながら、領域２２０および２３０に対応するマスキング領域のようなより大きなＣＤを有する要素については、エッチバック工程は、適切なエッチングを保証するのに十分なハードマスク材料を残すことができない場合がある。例えば領域２２０は、ハードマスク材料の比較的大きな部分が除去されており、不十分なエッチング結果しかもたらさず、他方、領域２３０は、ほぼ全てのハードマスク材料が少なくとも所望のマスキング領域の一部から除去されており、望ましくないエッチングおよび／またはその他の欠陥という結果になり得る。
【００２１】
従来のトーン反転リソグラフィー技術の２つ目の例示的な欠点として、トーン反転のために使用される有機平坦化層が、ＣＭＰが使用されて余分なハードマスク材料を除去する場合に非常に高い脆弱性を示して破損する場合がある。したがって、例えば、図３によって図示されるように、図３０２に示されるような余分なＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０がＣＭＰによって除去される場合、ＣＭＰ工程で使用されたダウンフォースに対する有機平坦化層１４０の脆弱性が、図３０４によって図示されるように各層同士の間での膜剥がれ３１０、クラック３２０、および／またはその他の同様の損傷を引き起こす場合がある。
【００２２】
従来のトーン反転技術の３つ目の欠点として、レジスト形状の不規則性、（例えば２重露光工程での不規則性に起因する）レベル間のオーバーレイ、および／またはその他の要因が、レジスト１３０の除去後のＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料１２０および／またはその他のハードマスク材料の形状に悪影響を与え得る。例として、図４は、パターニング中に起こり得る様々なフォトレジストの不規則性およびその結果としてのマスク欠陥を図示する。具体的には、図４中の図４０２は２重露光後の起こり得るレジスト構成の組を示し、図４０４はエッチバック（またはＣＭＰ等）およびレジスト除去後の、結果得られるＳｉＴＨ／ＩＲＭマスキングを図示する。
【００２３】
図４中の構成４１２−４１４によって図示されるように、不規則性のない直線状のレジスト構成は本質的に無欠陥の直線状のマスクという結果になるだろう。しかしながら、図４中の残りの構成によって示されるように、フォトレジスト中の不規則性が、ハードマスク材料で不規則性または欠陥が生じる結果となる場合がある。例えば、構成４２２によって図示されるテーパー状のフォトレジストは、構成４２４によって示されるように、反転の前および／または後でＳｉＴＨ／ＩＲＭ材料がＣＤバイアスを有するという結果になり得る。２つ目の例では、構成４３２によって示されるような上面は直線だが下端では台座を有するフォトレジストは、ＳｉＴＨ／ＩＲＭマスクが転倒、揺れ、ラインエッジラフネス（ＬＥＲ）、および／またはその他の欠陥を示すという結果になり得る。同様に、３つ目の例では、構成４４２によって示されるような台座およびオーバーレイを有するフォトレジストは、構成４４４によって示されるように、かなりの程度の転倒、揺れ、およびＬＥＲ等という結果になり得る。
【００２４】
実施形態によれば、上記の従来のトーン反転リソグラフィー技術の欠点を少なくとも緩和するために、強化されたトーン反転パターニングのための技術が本明細書において記述される。一例では、本明細書において提供されるような改善されたトーン反転パターニング方式は、金属層によって離された２層の誘電体層の積層構造に付されるフォトレジスト層および有機平坦化層を使用することが可能である。この構造を使用すると、エッチングが、従来の（例えば非トーン反転）フォトリソグラフィーと同様にレジストをマスクとして使用して実行されることが可能である。エッチングは第１誘電体層の下方の金属層の上面に到達すると停止するように構成されることが可能である。この時点で、金属、金属膜、および／または有機膜が、エッチングされた堆積構造上に堆積されることが可能である。ＣＭＰ、エッチバック、またはその他の工程が使用されて、堆積された材料の全ての余剰分を除去することができる。その時点で、残っている材料がハードマスクとして使用されてトーン反転パターンを第２誘電体層へとエッチングすることが可能である。様々な実施形態によれば、上記のものに従ったトーン反転リソグラフィー工程において実行されることが可能な各行為は、図５〜図１１によって図示される。
【００２５】
まず図５中の図５００を参照すると、トーン反転リソグラフィーを通じた半導体装置の製造のために使用される積層構造は、レジスト膜１３０および有機平坦化層１４０を含むことが可能である。これらは、金属層５２０によって離されている第１誘電体５１０および第２誘電体５３０上に形成されることが可能である。図５００にさらに示されるように、露光および現像工程が使用されて、レジスト膜１３０中にレジストマスクパターンを形成することが可能である。一例では、有機平坦化層１４０は、露光中の反射が原因でフォトレジストが余計に現像中に除去されるのを防ぐために反射防止材料を使用して形成されることが可能である。
【００２６】
露光および現像後、図６中の図６００によって示されるように、エッチングが実行されて、レジスト１３０によって保護されていない有機平坦化層１４０および第１誘電体５１０に対応する材料を除去することが可能である。図６００によってさらに図示されるように、この段階でのエッチングは、金属層５２０に到達すると停止するように構成されることが可能である。図６００によって図示されるようなエッチングは、ウェット・エッチング、プラズマエッチング（例えばドライ・エッチング）等の本技術分野において広く知られているような任意の適切なエッチング技術を使用して実行されることが可能である。
【００２７】
図６００によって示されるような有機平坦化層１４０および第１誘電体５１０のエッチングが完了すると、図７中の図７００によって示されるようにレジスト１３０および有機平坦化層１４０が除去されることが可能である。レジスト１３０および有機平坦化層１４０の除去は、アッシング、化学的剥離物質の塗布、および／またはその他の同様の物質のような任意の適切な方法および／またはその他の技術によって実行されることが可能である。
【００２８】
レジスト１３０および有機平坦化層１４０の除去後、マスクが、トーン反転エッチングのための残りの半導体積層構造に様々な方法で付されることが可能である。図８中の図８００によって図示される１つ目の例において、選択的金属成長の層８１０が、金属層５２０の（例えば図６中の図６００によって図示されるような）最初のエッチングの結果露出した領域に適用（形成）されることが可能である。あるいは、図９中の図９０２によって図示される２つ目の例において、金属／有機膜層９１０が、第１誘電体５１０の表面および金属層５２０の露出部分上に堆積されることが可能である。図９０２に示されるような金属／有機膜の堆積に続いて、ＣＭＰ、エッチバック、および／またはその他の適切な技術が使用されて、第１誘電体５１０上の金属／有機膜９１０の余剰分を除去することができる。これによって、図９０４によって示されるように、金属／有機膜９１０が窪みに形成される結果になる。
【００２９】
実施形態によれば、図８に示される選択的金属成長８１０の適用および／または図９に示される金属／有機膜９１０の堆積は、任意の適切な方法で実行されることが可能である。例えば、金属成長および／または金属膜成長は無電解堆積またはめっきによって実行されることが可能である。無電解堆積またはめっきは、基板上に材料の１または複数の薄い層が堆積される工程である。一般に、この工程は、堆積される材料のイオンを含んだめっきまたは堆積槽に基板を浸すことを含んでいる。このことは、これらのイオンの一部を基板の表面上に沈殿させる。電気めっき技術と異なり、無電解堆積またはめっきがイオン堆積を促進するために外部から電界を印加することを必要としないことが認識されるだろう。一例では、無電解堆積またはめっきを選択性にすることができる。例えば、堆積が、適切な電気化学的特性を示す領域上でのみ生じるように構成されることが可能である。例えば、イオンは、主として堆積される材料と実質的に同一の（または親和力を示す）材料から構成されている基板の各部分上に堆積されることが可能である。別の例では、基板の一部が触媒によって処理または活性化されて、基板の当該部分上でイオンの堆積を高速で生じさせることが可能である。堆積前に付される材料または触媒は、本技術分野において、一般に「シード材料」または「シード層」と称され、活性化されていない領域上での堆積速度に対する活性化された領域上での堆積速度の比率は一般に「メッキ処理選択性」と称される。一例では、堆積速度は、さらに、活性化された領域の物理的特性（例えば寸法、アスペクト比、露光面のプロファイル（分布形状）、活性化された領域相互間の距離）に基づき得る。無電解めっきまたは堆積の適用形態によっては、均一厚さの堆積を提供し、高い選択性を示し、堆積された膜が基板に強く付着することを保証することが都合がよいかもしれない。
【００３０】
本技術分野に広く知られているように、無電解めっきまたは堆積に先行する様々な表面活性化技術が使用されることが可能である。例えば、無電解めっきを集積回路製造に適用することは、基板表面の２つのタイプのうちの１つの上にニッケル、コバルト、パラジウム、または銅を堆積することを含み得る。その第１のタイプの基板表面は、一般に、シリコン、アルミニウム、またはアルミニウム合金から形成された、基板の導電性領域を具備する。第２のタイプの基板は、二酸化シリコンまたは重合体絶縁体のような不導体を具備する。これらの基板に適用された、報告された表面活性化技術は、通常、以下の４つのカテゴリーのうちの１つに入る。（１）蒸着またはスパッタリングによる触媒膜堆積、（２）電気化学的または化学的表面改質による触媒膜堆積、（３）コロイド懸濁液からの触媒膜堆積、および（４）レーザーまたは広スペクトル照射による光子増強された活性化、である。
【００３１】
パラジウムおよび白金のようなＶＩＩＩ族金属は、無電解堆積またはめっき法における触媒面活性体として使用されることが可能である。後続する無電解メッキ用のパラジウムまたは白金の触媒膜は、蒸着またはスパッタリング技術によって容易に堆積されることが可能である。これらの技術によって堆積された膜は、周知のリソグラフィー技術（例えば除去のためのエッチング、剥離）によってパターニングされることが可能である。大きな要素および／または小さな要素の密集パターンはこの方法でめっきするのが比較的簡単である。
【００３２】
別の例では、金属成長および／または金属／有機膜堆積はＡＬＤによって実行されることが可能である。ＡＬＤは、気相化学工程の連続使用に基づいた薄膜堆積技術である。実施形態によれば、ＡＬＤ反応は、多くの場合前駆物質と称される２つの薬液を使用することが可能である。これらの前駆物質は、１度に１つ、連続的に表面と反応することが可能である。そして、前駆物質を成長面に繰り返し晒すことによって、薄膜が堆積されることが可能である。一例では、ＡＬＤによる材料の成長は、以下の一連の４ステップの繰り返しによって行われることが可能である。（１）第１前駆物質の暴露、（２）反応していない前駆物質および気体性の反応副産物を除去するための反応室のパージングまたは排気、（３）第２前駆物質の暴露、または第１前駆物質の反応のために表面を再活性化する付加的処理、（４）反応室の２回目のパージングまたは排気、である。これらの反応サイクルの各々は表面に、サイクル当たり成長と称され得る所与の量の材料を付加することが可能である。ＡＬＤによって材料層を成長させるために、反応サイクルが所望の膜厚を得るために必要な回繰り返されることが可能である。ＡＬＤ工程の開始前に、表面が、例えば熱処理によって既知の制御された状態へと安定化されることが可能である。ＡＬＤが自己停止的な反応から構成されているので、ＡＬＤは、前駆物質、基板、および温度以外のプロセス・パラメータがほとんどまたはまったく影響しない表面制御された工程である。これらの特性は、ＡＬＤによって成長した膜に高度の整合性および均一性を持たせることが可能である。
【００３３】
より一般には、ＡＬＤおよび／またはその他の適切なＣＶＤ工程を含む任意の適切なＣＶＤ工程が使用されて本明細書において記述されているような金属および／または有機膜を堆積することが可能であることが認識されるであろう。概して、ＣＶＤは、基板を１または複数の揮発性前駆物質に晒し、前駆物質が基板表面上で反応および／または分解して所望の堆積物を生成することを含んだ任意の工程を指し得る。あるいは、金属および／または有機膜の堆積はＰＶＤ工程によって行われることが可能である。ＰＶＤ工程によると、半導体表面上に堆積される材料の蒸発した形態が凝縮することによって薄膜が堆積される。定義からして、ＰＶＤとの関連で使用される成膜法は、高温真空蒸着、プラズマスパッタ照射等の純粋に物理的な工程を使用することが可能である。しかしながら、図８によって示される金属成長および／または図９によって示される金属／有機膜堆積が任意の適切な技術によって実現され得ることと、および上記の例が単に非制限的な例として提供されることが、認識されるべきである。また、明細書に添付の請求項が半導体表面上に材料を堆積するためのまたは半導体表面に材料を形成するためのどのような具体的な技術にも制限されることを、他の方法が明示されない限り、意図されないことが認識されるべきである。
【００３４】
図３を参照して上記したように、ＣＭＰを使用して従来のトーン反転リソグラフィー工程において材料の余剰分を除去することが、膜剥がれ、クラッキング、および／またはその他の欠陥という結果となり得ることが認識されるだろう。そのような欠陥は、例えば一般にトーン反転工程においてパターニングのために使用されるレジスト１３０および有機平坦化層１４０の強度が比較的低いことによって引き起こされる。対照的に、金属／有機膜９１０の余剰分の除去がＣＭＰおよび／またはクラッキング、膜剥がれ、ならびに／あるいはその他の欠陥が十分に減じられた他の適切な工程を使用して実行されることが可能となるように、レジスト１３０および有機平坦化層１４０より実質的に（十分に）高い強度を有する図９に使用されるような第１誘電体５１０および金属層５２０が選択されることが可能である。
【００３５】
図８によって示される選択的金属成長および／または図９によって示される膜の堆積が完了すると、処理は、図１０中の図１００２によって示されるように継続することが可能である。図１０中の図１００２において、第１誘電体層５１０（図１０中で図示せず）、金属層５２０、および第２誘電体層５３０に対して、以前に堆積された材料をハードマスクとして使用してエッチングが実行される。図１００２は金属／有機膜９１０をハードマスクとして使用することを図示しているが、選択的金属成長８１０および／またはその他の適切な材料が使用されることが可能であることが認識されるべきである。実施形態によれば、図１０に示されるエッチングは本技術分野において広く知られているような、エッチングするのに適する任意の技術に従って実行されることが可能である。これらは、ウェット・エッチング、ドライ（例えばプラズマ）・エッチング含み得るが、これらに制限はされない。
【００３６】
代替的な例においては、第１誘電体層５１０の残存部分は、図１００２によって示されるエッチングに先立って、図１００４によって示されるように、薬液および／またはその他の手段によって除去されることが可能である。これが行われて、例えば改善されたエッチングのための形状（例えば改善されたＲＩＥ（reactive ion etching）プロセス・ウインドウのための形状）を得ることが可能である。
【００３７】
図１０に示されるエッチングが完了すると、図１１中の図１１００によって示されるように半導体装置の製造が終了することが可能である。図１１がより具体的に図示するように、第２誘電体５３０のエッチングに続いて、ＣＭＰ、エッチバック、および／またはその他の適切な除去工程が使用されて、選択的金属成長８１０、金属／有機膜９１０および／または図１０によって示されるエッチング中にマスキングのために使用された他の材料、およびマスク材料の下方に位置する金属層５２０を除去することが可能である。次に、金属化工程が使用されることが可能である。金属化工程では、金属化材料１１２０が、図１０に示されるエッチングによって形成された、第２誘電体５３０中の１または複数の空間の中に堆積される。次に、図１１に示される処理は、半導体装置の表面上にキャップ層１１１０などを堆積することによって終了することが可能である。
【００３８】
次に、図１２〜図１３に移ると、少なくとも上記の実施形態に従って半導体装置を製造するための技術が示される。しかしながら、図１２〜図１３に図示されるとともに下記の技術が、半導体装置の製造のために使用されることが可能な技術の単なる非制限的な例であることが意図されることが認識されるべきである。以下の記述で提示される技術は、上記の構造またはその他の特定の構造に制限されることを、そうでないことを明言しない限り、意図されない。
【００３９】
上記のように、本明細書において記述される様々な実施形態は、従来の非トーン反転リソグラフィーで実行されるのと同様の方法でレジスト層をマスクとして使用するエッチングをまず使用することを活用する半導体装置製造技術を提供する。このエッチングは、誘電体層の下方の金属層の上面で停止するように構成されることが可能である。次に、金属または有機膜が、無電解堆積、エピタキシャル成長、ＣＶＤ／ＰＶＤ／ＡＬＤおよび／またはその他の適切な技術によって堆積されることが可能である。誘電体の上面上のこの材料の余剰分はすべてＣＭＰまたはエッチバック工程によって除去されることが可能であり、その後、残存する材料がハードマスクとして使用されることが可能である。そして、このハードマスクが使用されてトーン反転パターンを得るために誘電体をエッチングすることが可能である。
【００４０】
次に図１２を具体的に参照すると、トーン反転リソグラフィーによって半導体装置の少なくとも一部を製造するための例示的な方法が、フローチャート１２００によって図示される。フローチャート１２００が図示するように、例示的半導体装置製造方法は、１２０２における最初のリソグラフィーを含むことが可能である。１２０４における第１誘電体層のエッチング、１２０６におけるウェット洗浄が続く。次に、選択的金属成長（例えば選択的な金属成長８１０）が１２０４における第１誘電体層の下の金属層のエッチングに起因して露出した部分に適用されることが可能である。１２１０における随意的な誘電体層のウェット除去が続くことが可能であり、または代替的に方法は１２１２に継続して１２０８で適用された選択的金属成長をマスクとして使用してエッチングが実行されることが可能である。１２１２におけるエッチングが完了すると、方法は１２１４におけるウェット洗浄および１２１６における金属化によって終了することが可能である。
【００４１】
次に図１３に移ると、トーン反転リソグラフィーによって半導体装置の少なくとも一部を製造するための第２の例示的方法が、図１３中のフローチャート１３００によって図示される。フローチャート１３００が図示するように、例示的半導体装置製造方法は、１３０２における最初のリソグラフィーを含むことが可能である。１３０４における第１誘電体層のエッチング、１３０６における薬液洗浄が続く。次に、１３０８において金属または有機膜（例えば金属／有機膜９１０）が堆積されることが可能である。また、１３１０において余分な膜がＣＭＰまたはエッチバックによって除去されることが可能である。１３１２における随意的な誘電体層のウェット除去が続くことが可能であり、または代替的に方法は１３１４に継続して１３０８で形成された金属または有機膜をマスクとして使用してエッチングが実行されることが可能である。１３１４におけるエッチングが完了すると、方法は１３１６におけるウェット洗浄および１３１８における金属化によって終了することが可能である。
【００４２】
概して図５〜図１１を再び参照すると、第１誘電体層５１０、金属層５２０、および堆積された材料（例えば選択的金属成長８１０および／または金属／有機膜９１０）は、様々な候補となる材料から選択されることが可能な１または複数の材料を使用することが可能である。実施形態によれば、第１誘電体層５１０は、金属への高い選択性を有する材料、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＯＨ等とすることができる。あるいは、第１誘電体層は、希フッ酸（ＤＨＦ）およびＳｉＮを含んだ高濃度水素の組合せのような薬液に対して可溶な材料とされることが可能である。
【００４３】
別の実施形態によれば、本明細書において記述される金属層５２０用に選択される材料は、使用される堆積方法に依存し得る。例えば、選択的成長の場合、ＴｉＮまたはＴａＮのような材料が、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、および／またはその他の適切な方法による堆積によって使用されることが可能である。ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ等による金属蒸着が使用される場合、次にバリア特性を有する金属（例えばＴｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ等）が使用されることが可能である。
【００４４】
さらなる実施形態によれば、堆積される材料（例えば選択的成長または堆積される膜）は、使用される堆積方法に基づいて選択されることが可能である。例えば、選択的成長の場合、主要金属（例えば組成約８０％以上）は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｐｔ、および／またはＡｕを含む候補リストから選択されることが可能である（ただし、これらに限定されない）。さらに、共に堆積される金属（例えば組成の約５％以下）は、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｗ、Ｒｃ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、および／またはＢを含む候補リストから選択されることが可能である（ただし、これらに限定されない）。あるいは、金属蒸着の場合、堆積のための候補の金属は、Ｗ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｒｕ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｃｏ、Ｎｉ、および／またはＳｉを含む候補の組、およびこれらの材料と結合した炭素または合金から選択されることが可能である。実施形態によれば、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、またはＴａＮは、第１層として前もって堆積されることが可能である。別の例では、有機膜堆積の場合、アモルファス炭素および／またはその他の適切な材料が、膜堆積のための有機材料として使用されることが可能である。
【００４５】
さらなる実施形態によれば、図５〜図１１によって図示される工程で使用される様々な層は、それぞれ使用されている製造工程に適すると考えられる厚さを有することが可能である。したがって、以下は、本明細書において記述される様々な層について使用されることが可能な厚さの具体的、非制限的な様々な例を提供する。しかしながら、本明細書において提示される任意の層についての任意の適切な厚さが使用されることが可能であることが認識されるべきである。また、本明細書に記述される実施形態も請求項の主題もそのような例に制限されないことが、そうでないことを明言しない限り、意図されることが認識されるべきである。一例では、第１誘電体層５１０は約１０ｎｍ乃至約１００ｎｍの厚さであり、金属層５２０は約５ｎｍ乃至約２０ｎｍであることが可能である。別の例では、図８によって示される選択的金属成長および／または図９によって示される膜堆積は、１層または２層であることが可能である。実施形態によれば、（必要な場合に）堆積される材料の初期層は約１ｎｍ乃至１０ｎｍの厚さであり、他方、第２層（例えば主要材料）は約１０ｎｍ乃至約３００ｎｍの厚さであることが可能である。
【００４６】
上の記述は、開示された新規な事項の例を含んでいる。開示された新規な事項を記述する目的で要素または方法の全ての考えられる組合せを記述することはもちろん不可能である。しかしながら、当業者は、開示された新規な事項の多くのさらなる組合せおよび並べ替えが可能なことを認識できるだろう。したがって、開示された新規な事項は、添付の請求項の思想および範囲以内にある変更、修正、および変形を全て包含することが意図される。さらに、文言「含む」、「有する」、またはその変形体は、発明を実施するための形態または請求項において、そのような文言が文言「具備する」が請求項で移行語として使用される際に解釈されるような「具備する」と同様に非制限的となり得る。
【００４７】
所与の特徴についての任意の値または数の範囲に関して、ある範囲中の値またはパラメータが、別の範囲中の別の値またはパラメータと、同じ特徴について組み合わされて数値範囲を生成し得る。
【００４８】
上記の実行例以外について、別途示されない限り、明細書および請求項中で使用されている成分量、反応条件等を指す全ての数、値および／または表現は、全ての事例で文言「に関して」によって修正されていると理解されねばならない。
【００４９】
さらに、具体的な実施形態が上記されているが、これらの実施形態が例のみとして示されており、請求項の主題の範囲を制限することを意図されないことが認識されねばならない。実際には、本明細書において記述される新規な方法および装置は上の記述の思想から逸脱することなくなされ得る。添付の請求項およびそれらと等価なものはそのような形態または変更を網羅することが意図されている。それらが、主題の新規な事項の範囲および思想内にあるからである。
【００５０】
また、上に提示される各方法が簡略化を目的として一連の行為として示されかつ記述される一方、そのような方法がその行為順で制限されないことが認識されるべきである。１または複数の側面に従って、いくつかの行為が、本明細書において示されかつ記述される順序と相違する順序でおよび／または同時に起こることが可能だからである。例えば、当業者は、方法が状態図のように一連の相互に関係する状態またはイベントとして代替的に表わされ得ることを理解および認識するだろう。また、全ての図示される行為が１または複数の側面に従って方法を実施するのに要求されるとは限らない。
【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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