(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をパターニングする方法であって、
下地層上に位置したマンドレルを有する基板を提供するステップであって、該マンドレルは第１の材料で構成される、提供するステップと、
前記マンドレルの露出した側壁に第１の側壁スペーサを形成するステップであって、該第１の側壁スペーサは第２の材料で構成される、形成するステップと、
前記第１の側壁スペーサの露出した側壁に第２の側壁スペーサを形成するステップであって、該第２の側壁スペーサは第３の材料で構成される、形成するステップと、
互いに向き合う前記第２の側壁スペーサの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する充填構造を形成するステップであって、該充填構造は第４の材料で構成され、前記マンドレルの上面、前記第１の側壁スペーサの上面、前記第２の側壁スペーサの上面、及び該充填構造の上面はすべて覆われず、前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料及び該第４の材料は、すべて互いに化学的に異なる、形成するステップと、
前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料、及び前記第４の材料を覆わない開口を規定する第１のエッチングマスクを前記基板上に設けるステップと、
前記第１のエッチングマスク及び第１のエッチング化学を使用して、第１の選択材料を選択的にエッチングするステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料、及び前記第４の材料は、すべて互いに化学的に異なり、第１のエッチング化学は、残りの材料に対して前記第１の材料を選択的にエッチングし、第２のエッチング化学は、残りの材料に対して前記第２の材料を選択的にエッチングし、第３のエッチング化学は、残りの材料に対して前記第３の材料を選択的にエッチングし、第４のエッチング化学は、残りの材料に対して前記第４の材料を選択的にエッチングする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料、及び前記第４の材料は、すべて互いに化学的に異なり、所定のエッチング化学を使用してエッチングするときに、所与の２つの材料が残りの材料に対して選択的にエッチングされる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料、及び前記第４の材料は、すべて互いに化学的に異なり、所定のエッチング化学を使用して前記基板をエッチングすることは、残りの材料に対して所与の３つの材料を選択的にエッチングすることである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料、及び前記第４の材料のうちの２つは同じ材料であり、第１のエッチング化学は、残りの材料に対して前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料、及び第４の材料のうちの２つを同時選択的にエッチングする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
残りの材料に対して、１つ以上の選択された材料を選択的にエッチングする所定のエッチング化学を使用して、エッチングプロセスを実行するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記下地層は、前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料、及び前記第４の材料とは化学的に異なる第５の材料で構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のエッチングマスク及び第２のエッチング化学を使用して、第２の選択材料を選択的にエッチングするステップと、さらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも一部の前記第１の側壁スペーサは、前記第２の側壁スペーサを形成するステップの前に、互いの間に開スペースを規定する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記マンドレルのピッチは、所与のフォトリソグラフィシステムの光学解像度よりも小さい、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記マンドレルのハーフピッチ間隔は１６ナノメートル未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の側壁スペーサを形成するステップは、
前記第３の材料を前記基板上にコンフォーマルに付着させるステップと、
前記第３の材料を前記マンドレルの上面から、及び前記第１の側壁スペーサの側壁に付着した前記第３の材料の間における前記下地層から除去するスペーサ・オープン・エッチングを実行するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の側壁スペーサの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する前記充填構造を形成するステップは、
過剰な前記第４の材料を前記基板上に付着させるステップと、
前記第４の材料が前記第２の側壁スペーサの上面より下に窪むまで、前記第４の材料をエッチバックするステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
基板をパターニングする方法であって、
下地層上に位置したマンドレルを有する基板を提供するステップであって、該マンドレルは２つの材料で構成され、該マンドレルの下側部分は第１の材料で構成され、該マンドレルの上側部分は第６の材料で構成され、前記第１の材料は、化学機械研磨に耐性のあるストップ材料層として選択されている、提供するステップと、
前記マンドレルの露出した側壁に第１の側壁スペーサを形成するステップであって、該第１の側壁スペーサは第２の材料で構成される、形成するステップと、
前記第１の側壁スペーサの露出した側壁に第２の側壁スペーサを形成するステップであって、該第２の側壁スペーサは第３の材料で構成される、形成するステップと
互いに向き合う前記第２の側壁スペーサの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する充填構造を形成するステップであって、該充填構造は第４の材料で構成され、前記マンドレルの上面、前記第１の側壁スペーサの上面、前記第２の側壁スペーサの上面、及び前記充填構造の上面はすべて覆われず、前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料及び前記第４の材料のうちの少なくとも２つの材料は、残りの材料に対して化学的に異なる、形成するステップと、を含む方法。
【請求項１５】
前記マンドレル、前記第１の側壁スペーサ、前記第２の側壁スペーサ、及び前記充填構造を下方の前記マンドレルの下側部分の上面に向けて平坦化する化学機械研磨プロセスを実行することによって、前記マンドレルの上面、前記第１の側壁スペーサの上面、前記第２の側壁スペーサの上面、及び充填構造の造面がすべて同一平面上にあるようにする、前記基板を平坦化するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
基板をパターニングする方法であって、
下地層上に位置したマンドレルを有する基板を提供するステップであって、該マンドレルは第１の材料で構成される、提供するステップと、
前記マンドレルの露出した側壁に第１の側壁スペーサを形成するステップであって、該第１の側壁スペーサは第２の材料で構成され、該第１の側壁スペーサを形成するステップは、前記第２の材料を前記基板上にコンフォーマルに付着させるステップと、前記第２の材料を前記マンドレルの上面から、及び前記マンドレルの側壁に付着した前記第２の材料の間における前記下地層から除去するスペーサ・オープン・エッチングを実行するステップと、を含み、該スペーサ・オープン・エッチングを実行するステップは、前記下地層内にまで部分的にエッチングするステップを含む、形成するステップと、
前記第１の側壁スペーサの露出した側壁に第２の側壁スペーサを形成するステップであって、該第２の側壁スペーサは第３の材料で構成される、形成するステップと、
互いに向き合う前記第２の側壁スペーサの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する充填構造を形成するステップであって、該充填構造は第４の材料で構成され、前記マンドレルの上面、前記第１の側壁スペーサの上面、前記第２の側壁スペーサの上面、及び前記充填構造の上面はすべて覆われず、前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料及び前記第４の材料のうちの少なくとも２つの材料は、残りの材料に対して化学的に異なる、形成するステップと、を含む方法。
【請求項１７】
基板をパターニングする方法であって、
下地層上に位置したマンドレルを有する基板を提供するステップであって、該マンドレルは第１の材料で構成される、提供するステップと、
前記マンドレルの露出した側壁に第１の側壁スペーサを形成するステップであって、前記第１の側壁スペーサは第２の材料で構成される、形成するステップと、
前記第１の側壁スペーサの露出した側壁に第２の側壁スペーサを形成するステップであって、前記第２の側壁スペーサは第３の材料で構成される、形成するステップと、
互いに向き合う前記第２の側壁スペーサの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する充填構造を形成するステップであって、該充填構造は第４の材料で構成され、前記マンドレルの上面、前記第１の側壁スペーサの上面、前記第２の側壁スペーサの上面、及び該充填構造の上面はすべて覆われず、前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料及び該第４の材料のうちの少なくとも２つの材料は、残りの材料に対して化学的に異なる、形成するステップと、
前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料、及び前記第４の材料を覆わない開口を規定する第１のエッチングマスクを前記基板上に設けるステップと、
前記第１のエッチングマスク及び第１のエッチング化学を使用して、残りの材料に対して１つ以上の材料を選択的にエッチングするステップと、を含む方法。
【請求項１８】
前記第１のエッチングマスクを除去するステップと、
前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料、及び前記第４の材料を覆わない開口を規定する第２のエッチングマスクを前記基板上に設けるステップと、
前記第２のエッチングマスク及び第２のエッチング化学を使用して、残りの材料に対して１つ以上の材料を選択的にエッチングするステップと、さらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
半導体基板上にパターン形成された構造であって、
４つの異なる材料のラインを有する、基板上のナノ加工構造であって、４つ異なる材料の該ラインは、該基板の少なくとも一部においてＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｃ−Ｂ−Ａの繰り返し配列を規定し、各ラインの上面が覆われておらず、４つの異なる材料の該ラインのうち少なくとも２つは、マンドレル上のコンフォーマル付着とそれに続く指向性エッチングとを使用した側壁スペーサとして作成されており、少なくとも１つのラインは充填構造として形成されている、ナノ加工構造を含み、
前記マンドレルは、１６ナノメートル未満のハーフピッチ間隔を有し、
４つの異なる材料の前記ラインは互いに化学的に異なり、１つ以上の材料が残りの材料に対して選択的にエッチングされ得る、構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１５年９月２４日に出願された「Methods  of  Forming  Etch  Masks  for  Sub-Resolution  Substrate  Patterning」と題する米国仮特許出願第６２／２３２，００５号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。本出願は、２０１５年１１月２０日に出願された「Methods  of  Forming  Etch  Masks  for  Sub-Resolution  Substrate  Patterning」と題する米国仮特許出願第６２／２５８，１１９号の利益も主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本開示は、基板処理に関連し、より詳細には、半導体ウェハをパターニングすることを含む、基板をパターニングするための技術に関連する。
【背景技術】
【０００３】
リソグラフィプロセスにおける線幅を縮小する方法は、歴史的には、より大きなＮＡ光学（開口数）、より短い露光波長、又は空気以外の界面媒体（例えば、水浸漬）を使用することを伴ってきた。従来のリソグラフィプロセスの解像度が理論上の限界に近づいてきたため、製造者は光学的限界を克服するために二重パターニング（ＤＰ）方法に取り掛かり始めた。
【０００４】
（フォトリソグラフィのような）材料処理方法では、パターン形成された層を作成することは、フォトレジストのような放射線感受性材料の薄層を基板の上面に塗布することを含む。この放射線感受性材料は、パターンを基板上の下地層に転写するためのエッチングマスクとして使用され得るレリーフパターンに変換される。放射線感受性材料のパターニングは、一般的に、例えばフォトリソグラフィシステムを使用して、放射線感受性材料上へのレチクル（及び関連する光学系）を通した化学線への暴露を伴う。この暴露の後に、現像溶媒を使用した（ポジティブフォトレジストの場合のように）放射線感受性材料の照射領域又は（ネガティブレジストの場合のように）非照射領域の除去が続く。このマスク層は、複数のサブ層を含むことができる。
【０００５】
放射線又は光のパターンを基板上に暴露するための従来のリソグラフィ技術は、暴露されるフィーチャのサイズを制限し、暴露されるフィーチャ間のピッチ又は間隔を制限する様々な課題を有する。暴露限界を緩和する１つの従来技術は、二重パターニング手法を使用するものであり、従来のリソグラフィ技術で現在可能なものよりもより小さいピッチでのより小さいフィーチャのパターニングを可能にしている。
【発明の概要】
【０００６】
半導体技術は、１４ナノメートル、７ナノメートル、５ナノメートル、及びそれ未満のフィーチャサイズを含む、より小さいフィーチャサイズ又はノードに継続的に進歩している。様々な要素が加工されるフィーチャのサイズがこのように連続的に小さくなることにより、フィーチャを形成するために使用される技術に対する要求がますます高まっている。「ピッチ」の概念は、これらのフィーチャのサイジングを説明するために使用され得る。ピッチは、２つの隣接する繰り返しフィーチャにおける２つの同一点間の距離である。ハーフピッチは隣接フィーチャの同一フィーチャ間の距離の半分である。
【０００７】
ピッチ縮小技術は、「ピッチ倍化（pitch  doubling）」などによって例示されるように（しばしば、やや間違っていながらも日常的に）「ピッチ増倍（pitch  multiplication）」と呼ばれる。ピッチ縮小技術は、フォトリソグラフィの能力をフィーチャサイズの限界（光学解像度の限界）を超えて拡張することができる。すなわち、所定のファクタによる従来のピッチの増倍（より正確には、ピッチの縮小又はピッチ密度の増倍）は、特定のファクタによるターゲットピッチの縮小を伴う。１９３ｎｍの液浸リソグラフィで使用されるダブルパターニング技術が２２ｎｍ以下のパターニングをする最も有望な技術の１つとして従来考えられてきた。注目すべきなのは、自己整合スペーサ二重パターニング（ＳＡＤＰ）又は自己整合四重パターニング（ＳＡＱＰ）が既にピッチ密度倍化プロセスとして確立されており、ＮＡＮＤフラッシュメモリーデバイスの大量生産に順応していることである。さらに、ピッチ四重化としてＳＡＤＰステップを２回繰り返して超精細解像度が得られる。
【０００８】
パターン密度又はピッチ密度を増加させるためのいくつかのパターニング技術が存在するが、従来のパターニング技術は、低い解像度又はエッチングされた粗いフィーチャに悩まされている。従って、従来の技術では、非常に小さい寸法（２０ｎｍ以下）に対して所望されるレベルでの均一性及び忠実度を提供することができない。信頼性のあるリソグラフィ技術では約８０ｎｍのピッチを有するフィーチャを生成することはできる。しかし、従来及び新興の設計仕様は、約２０ｎｍ又は１０ｎｍ未満の限界寸法を有するフィーチャを加工することを望んでいる。さらに、ピッチ密度二重化及び四重化技術により、サブ解像度ラインが作成され得るが、これらのライン間にカット又は接続を作ることは困難である。これは、特に、そのようなカットに必要なピッチ及び寸法が従来のフォトリソグラフィシステムの能力よりはるかに小さいためである。
【０００９】
本明細書に開示された技術は、高解像度フィーチャを作成するため、及びサブ解像度フィーチャのピッチ上でのカッティングのためのピッチ縮小（ピッチ／フィーチャ密度を増加させる）のための方法を提供する。技術は、異なるエッチング特性を有する複数の材料を使用して、フィーチャを選択的にエッチングし、指定された箇所にカットを作成することを含む。したがって、本明細書における方法は、選択的な自己整合を提供する材料の配列を提供する。下地の転写層又は記憶層と組み合わせられて、５つの異なるエッチング選択性にアクセスすることができる。
【００１０】
一実施形態は、基板をパターニングする方法を含む。本方法は、下地層上に位置したマンドレルを有する基板を提供するステップを含み、マンドレルは第１の材料で構成される。第１の側壁スペーサはマンドレルの露出した側壁に形成され、第１の側壁スペーサは第２の材料で構成される。第２の側壁スペーサは第１の側壁スペーサの露出した（覆われていない）側壁に形成され、第２の側壁スペーサは第３の材料で構成される。互いに向き合う第２の側壁スペーサの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する充填構造が形成され、充填構造は第４の材料で構成される。マンドレルの上面、第１の側壁スペーサの上面、第２の側壁スペーサの上面、及び充填構造の上面はすべて覆われていない。第１の材料、第２の材料、第３の材料、及び第４の材料はすべて互いに化学的に異なり、それらの材料のうちの１つ以上が残りの材料に対して選択的にエッチングされ得る。
【００１１】
もちろん、本明細書において説明される異なるステップの説明の順序は、明瞭にするために提示されている。一般に、これらのステップは、任意の適切な順序で実行され得る。追加的に、本明細書における異なる特徴、技術、構成などの各々は、この開示の異なる箇所で論じられ得るが、概念の各々は互いに独立して、又は互いに組み合わさって実行され得ることを意図している。したがって、本発明は多くの異なるやり方で具現化及び捉えられ得る。
【００１２】
この概要のセクションは、本開示又は特許請求の範囲に記載された発明のすべての実施形態及び／又は段階的に新規な態様を特定するものではないことに留意されたい。その代わりに、この概要は、異なる実施形態及び従来の技術に対する新規な対応する点の予備的な議論のみを提供する。本発明及び実施形態の追加的な詳細及び／又は可能な視点については、読者は、以下でさらに論じるように、本開示の詳細な説明のセクション及び対応する図面に指向される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明の様々な実施形態のより完全な理解及びそれらに付随する利点の多くは、添付の図面と併せて考慮される以下の詳細な説明を参照すれば容易に明らかとなるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに特徴、原理及び概念を示すことに重点が置かれている。
【００１４】
【図１】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図２】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図３】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図４】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図５】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図６】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図７】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図８】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面斜視図である。
【図９】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図１０】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図１１】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図１２】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図１３】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図１４】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。
【図１５】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。
【図１６】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。
【図１７】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。
【図１８】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。
【図１９】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。
【図２０】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。
【図２１】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。
【図２２】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図２３】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【図２４】本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書に開示される技術は、高解像度フィーチャを作成するため、また、サブ解像度フィーチャのピッチ上でのカッティングのために、ピッチ縮小（ピッチ／フィーチャ密度の増加させる）のための方法及び加工構造を提供する。技術は、異なるエッチング特性を有する複数の材料を使用して、フィーチャを選択的にエッチングし、指定された箇所にカット（cuts）又はブロック（block）を作成することを含む。これは、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｃ−Ｂ−Ａのパターンを有する、材料の繰り返しパターンを生成することを含むことができ、ハーフピッチは４０ナノメートル未満、さらには１２ナノメートル未満であり、より小さくなっている。材料の限界寸法は、光学解像度だけで制御されるのではなく、原子層堆積を用いること等により付着厚さのタイプによって制御され得る。
【００１６】
一実施形態は、基板をパターニングする方法を含む。そのような方法は、半導体デバイス及び集積回路の微細加工に有用である。ここで、図１を参照すると、本方法は、下地層１１５上に位置したマンドレル１１１を有する基板１０５を提供することを含む。マンドレル１１１は、第１の材料で構成される。基板１０５は、シリコンウェハを含むことができる。所与の加工フロー内の基板の進行状況に応じて、１つ以上の追加の下地層及び／又は埋め込み構造が含まれ得る。マンドレルを構成することができる多くの異なる材料がある。材料は、様々な窒化物、酸化物、有機物、金属はもちろん他の従来から利用可能な材料を含むことができる。マンドレル１１１は、従来のパターニング技術を使用して形成され得る。例えば、マンドレル１１１は、自己整合二重パターニング又は自己整合四重パターニング技術の結果とすることができ、したがって、サブ解像度のハーフピッチを有することができる。
【００１７】
第１の側壁スペーサ１１２は、図３に示すように、マンドレル１１１の露出した側壁に形成される。第１の側壁スペーサ１１２は、第２の材料で構成される。図３がマンドレル１１１の縦方向側壁に形成されたスペーサを示すことに留意されたい。第１の側壁スペーサ１１２を形成することは、第２の材料を基板上にコンフォーマルに付着させることを含むことができる。図２は、基板１０５上に付着したコンフォーマル膜１２２を示す。そのようなスペーサの形成は従来から知られている。例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）などの高度にコンフォーマルな付着技術が、マンドレル１１１及び下地層１１５をほぼ均一に覆うスペーサ材料を付着させるために選択され得る。スペーサ・オープン・エッチング（spacer  open  etch）が、次いで実行されて、側壁スペーサの形成を完了することができる。そのようなスペーサ・オープン・エッチングは、代表的には、第２の材料をマンドレル１１１の上面から、及びマンドレル１１１の側壁に付着した第２の材料の間における（マンドレルの側壁上の材料が下地層１１５を覆う場所を除く）下地層１１５から除去する指向性エッチングである。
【００１８】
第２の側壁スペーサ１１３は、図５に示すように、第１の側壁スペーサ１１２の露出した側壁に形成される。第２の側壁スペーサ１１３は、第３の材料で構成される。図５が第１の側壁スペーサ１１２の縦方向側壁に形成されたスペーサを示すことに留意されたい。第２の側壁スペーサ１１３を形成することは、第３の材料を基板上にコンフォーマルに付着させることを含むことができる。図４は、基板１０５上に付着したコンフォーマル膜１２３を示す。そのようなスペーサの形成は従来から知られている。例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）などの高度にコンフォーマルな付着技術が、マンドレル１１１、第１の側壁スペーサ１１２、及び下地層１１５を含み得る基板上の既存の構造をほぼ均一に覆うスペーサ材料を付着させるために選択され得る。スペーサ・オープン・エッチングが、次いでを実行されて、側壁スペーサの形成を完了することができる。そのようなスペーサ・オープン・エッチングは、代表的には、第３の材料をマンドレル１１１の上面から、第１の側壁スペーサ１１２の上面から、及び第１の側壁スペーサ１１２の側壁に付着した第３の材料の間における（構造の縦方向側壁にある材料が下地層１１５を覆う場所を除く）下地層１１５から除去する指向性エッチングである。少なくとも一部の第１の側壁スペーサ１１２は、第２の側壁スペーサを形成する前に、互いの間に開スペースを規定する。いくつかの場所では、マンドレルのハーフピッチを短くすることができ、第１の側壁スペーサを形成することにより、選択されたマンドレル対の間のスペースを完全に充填して、そのような場所に第２の側壁スペーサが形成されないようにする。言い換えると、マンドレルのピッチを変化させると、第１の側壁スペーサ又は第２の側壁スペーサのいずれかによる合体したスペーサを生じさせる可能性がある。そのような加工技術は、例えば、集積回路のための電力レールを形成する際に有益であり得る。
【００１９】
ここで図７を参照すると、充填構造１１４が次いで基板１０５上に形成される。充填構造１１４は、（充填構造１１４を形成する前に）互いに向き合った第２の側壁スペーサ１１３の露出した側壁間に規定された開スペースを充填する。充填構造１１４は、第４の材料で構成される。充填構造１１４は、マンドレル１１１の上面、第１の側壁スペーサ１１２の上面、第２の側壁スペーサ１１３の上面、及び充填構造１１４の上面がすべて覆われないように形成される。形成中の材料選択は、第１の材料、第２の材料、第３の材料、及び第４の材料がすべて互いに化学的に異なるようにする。充填構造１１４を形成することは、第４の材料の過剰材料１２４を基板上に付着させることを含むことができる。図６は、基板１０５上に付着した過剰材料１２４を示し、それは既存の構造を完全に覆うことができる。過剰材料１２４を付着させるために、スピンオン付着を含め、様々な付着技術が使用され得る。付着後、第４の材料が第２の側壁スペーサ１１３の上面よりも下に窪むまで、過剰材料１２４がエッチバックされ得る。第４の材料は、また、第１の側壁スペーサ１１２の上面及びマンドレル１１１の上面よりも下に窪む。
【００２０】
図８は、マンドレル１１１、第１の側壁スペーサ１１２、第２の側壁スペーサ１１３、及び充填構造１１４による４つの異なるラインアレイを有する基板セグメントの斜視図を示す。この結果において、マンドレル１１１、第１の材料、第２の材料、第３の材料、及び第４の材料は、すべて互いに化学的に異なり、第１のエッチング化学は、残りの材料に対して第１の材料を選択的にエッチングし、第２のエッチング化学は、残りの材料に対して第２の材料を選択的にエッチングし、第３のエッチング化学は、残りの材料に対して第３の材料を選択的にエッチングし、第４のエッチング化学は、残りの材料に関して第４の材料を選択的にエッチングする。言い換えると、４つの異なる材料のいずれも、残りの材料に対して選択的にエッチングされ得る。他の実施形態では、第１の材料、第２の材料、第３の材料、及び第４の材料は、すべて互いに化学的に異なり、所定のエッチング化学を使用してエッチングするときに、所与の２つの材料が残りの材料に対して選択的にエッチングされる。別の実施形態では、第１の材料、第２の材料、第３の材料、及び第４の材料は、すべて互いに化学的に異なり、所定のエッチング化学を使用して基板をエッチングすることは、残りの材料に対して所与の３つの材料を選択的にエッチングすることである。別の実施形態では、第１の材料、第２の材料、第３の材料、及び第４の材料のうちの少なくとも２つの材料が残りの材料とは化学的に異なる。従って、残りの材料に対して１つ以上の選択材料をエッチングする所定のエッチング化学を使用して、エッチングプロセスが実行され得る。
【００２１】
他の実施形態では、第１の材料、第２の材料、第３の材料、及び第４の材料のうちの２つは同じ材料であり、第１のエッチング化学は、残りの材料に対して第１の材料、第２の材料、第３の材料、及び第４の材料のうちの２つを同時選択的にエッチングする。したがって、すべての異なる材料を有する代わりに、２つ以上の材料は同じ材料であり、それゆえ一致するエッチング特性を本質的に有する。特定の異なる材料が、両方のエッチングに適合する特定の化学で同様にエッチングすることができ、それゆえ、同時にエッチングされ得るフィーチャを作成するための異なる方法が存在する。同じ材料の材料は、例えば、所与の基板上の隣接するライン又は交互にあるラインとすることができる。
【００２２】
ここで、図９〜図１３を参照すると、過剰材料１２４を窪ませる際に有益となり得る代替的な方法が開示されている。この方法は、第１の側壁スペーサ１１２を形成するときに、下地層１１５内にまで部分的にエッチングすることを伴う。図９は、スペーサ・オープン・エッチングが下地層１１５内にまで部分的にエッチングすることを含むことを除いて、図３と同様である。指向性エッチャントに暴露される下地層１１５の上面は、今やマンドレル１１１の底面よりも下にあることに留意されたい。この窪みの利点は、コンフォーマル膜１２３が比較的高い側壁を有する構造に付着されるため、図１０においてより明らかになる。図１１は、第１の側壁スペーサ１１２よりも長い第２の側壁スペーサ１１３を示す。こうして、過剰材料１２４が付着されるときには（図１２）、第２の側壁スペーサ１１３間に付着した過剰材料１２４の量が長くなり、図１３に示すように、エッチバックを実行して充填構造１１４を形成するときにより長くなり、耐性を持たせることを意味する。
【００２３】
様々なエッチング化学が４つの材料のうちの１つ以上を選択的にエッチングするために使用され得る。様々な選択比で他のタイプの材料に対して特定のタイプの材料を選択的にエッチングすることができるエッチング化学（プロセスガス及びガスの組み合わせ）が知られている。
【００２４】
下地層１１５は、第１の材料、第２の材料、第３の材料及び第４の材料とは化学的に異なる第５の材料で構成され得る。第５の材料が他の４つの材料とは異なることによって、下地層は、他の層に転写するための複合パターンを作成するための記憶層又は転写層として使用され得る。
【００２５】
マスキング層を使用すると、パターン転写をさらに助けることができる。図１４は、図８の例示的な基板セグメントの上面図である。さらなるパターニング動作のために４つの異なる材料のラインが形成されていることに留意されたい。概して、基板の少なくとも一部分は、セグメント１３０に示すように、材料タイプパターンがＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｃ−Ｂ−Ａであるラインの繰り返しパターンを含むことができる。したがって、材料のタイプに応じて、様々な間隔距離が利用可能である。例えば、材料Ａ又は材料Ｄの繰り返しインスタンス間には、異なる材料の５つのラインが存在する。これらの材料は、マンドレル材料及び充填構造材料に対応することができる。材料Ｂ又は材料Ｃの繰り返しインスタンス間には、代表的には、異なる材料タイプの１つ又は３つのラインが存在する。
【００２６】
図１５に示すように、第１の材料、第２の材料、第３の材料及び第４の材料を覆わない開口を規定する第１のエッチングマスク１４１が基板上に設けられ得る。そのようなエッチングマスクは、一方向においてより小さい寸法で直線的とすることができる開口を規定することができることに留意されたい。第１のエッチングマスク１４１及び対応する開口は、従来のフォトリソグラフィシステムによって規定され得る。
【００２７】
第１の選択材料は、第１のエッチングマスク１４１及び第１のエッチング化学を使用して選択的にエッチングされる。図１６は、この選択的なエッチングの結果の例示的な結果を示す。材料Ａのマスクされていない部分が除去され、それらの位置で今や下地層１１５が見えていることに留意されたい。このエッチングステップ中、残りの材料は除去されなかったことにも留意されたい。図１７は、第１のエッチングマスク１４１が除去された、これらの結果を示す。他の実施形態では、第２の選択材料が、第１のエッチングマスクと第２のエッチング化学を使用して選択的にエッチングされ得る。代替的には、１つ以上の材料が、残りの１つ以上の材料に対して選択的にエッチングされ得る。
【００２８】
ここで、図１８を参照すると、第１の材料、第２の材料、第３の材料及び第４の材料を覆わない開口を規定する第２のエッチングマスク１４２が基板上に作成され得る。１つ以上のマスクされていない材料が、次いで、第２のエッチングマスク及び第２のエッチング化学を使用して、残りの材料に対して選択的にエッチングされ得る。図１８は、エッチングされた材料Ｃのマスクされていない部分を示す。図１９は、第２のエッチングマスク１４２が除去された基板セグメントを示す。図２０は、下地層を介して複合パターンを転写した結果を示す。図２１に示す非限定的な例では、材料Ｂ及びＤは、保持されているか、又は反転されて、転送されたセグメント又はカットと組み合わされて、図２１に示す構造を提供する。マンドレルのピッチは、所与のフォトリソグラフィシステムの光学解像度よりも小さいことに留意されたい。例えば、マンドレルのハーフピッチ間隔は、４０ナノメートル未満、１２ナノメートル未満、又はそれよりも小さくすることができ、本明細書における技術は、従来のフォトリソグラフィシステムを使用してそのような狭ピッチライン間にカットを生成することができる。
【００２９】
４つの材料の同一平面上の表面が望ましい用途には、他の方法が使用され得る。そのような実施形態では、下地層上に位置するマンドレル１１１を有する基板１０５を提供することは、２つの材料で構成されるマンドレルを含む。マンドレルの下側部分１５１は第１の材料で構成され、マンドレルの上側部分１５２は第６の材料で構成される。この例を図２２に示す。第１の材料は、窒化物のような、化学機械研磨に耐性のあるストップ材料層として選択される。図１〜図６において前述したように、プロセスの流れは、次いで、図２３に示すように過剰材料１２４が基板１０５上に付着する時点まで継続する。この時点でエッチバックを省略してもよいし、部分的に実行してもよい。この実施形態は、マンドレル、第１の側壁スペーサ、第２の側壁スペーサ、及び充填構造を、下方のマンドレルの下側部分１５１の上面に向けて平坦化する化学機械研磨プロセスを実行することによって基板を平坦化する平坦化ステップを含み、図２４に示すように、マンドレルの上面、第１の側壁スペーサの上面、第２の側壁スペーサの上面、及び充填構造の上面がすべて同一平面上にあるようにする。そのような技術の１つの利点は、側壁スペーサの湾曲した、尖った、又は傾斜した表面を除去することである。
【００３０】
別の実施形態は、半導体基板上のパターン形成された構造を含む。このパターン形成された構造は、４つの異なる材料のラインを有する、基板上のナノ加工構造を含む。４つの異なる材料のラインは、基板の少なくとも一部においてＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｃ−Ｂ−Ａの繰り返し配列を規定する。各ラインの上面は覆われておらず、それゆえ指向的にエッチングされ得る。ラインのうちの少なくとも２つは、コンフォーマル付着とそれに続く指向性エッチングを使用した側壁スペーサとして作成されている。それぞれの材料のラインは、１６ナノメートル未満のハーフピッチ間隔を有する。４つの異なる材料は、互いに化学的に異なり、１つ以上の材料が残りの材料に対して選択的にエッチングされ得る。図８は、このパターン形成された構造の例示的な実施形態の図示である。このパターン形成された構造は、代表的には最終構造ではなく、その後に続くパターン形成、ピッチ上でのカッティング等のための有効化構造である。
【００３１】
理解され得るように、選択可能な材料及び材料の組み合わせのマトリクスが作成されて、従来のフォトリソグラフィシステムの解像度能力よりも小さい所望の位置及び長さでフィーチャを作成することができる。エッチングされたフィーチャそのものは、記憶層及び／又はターゲット層に転写されることができ、パターンを反転するためにも使用され得ることに留意されたい。したがって、選択エッチングのために５つの異なる材料にアクセスすることができる。自己整合がエッチングマスク及び異なる材料の異なるエッチング選択性を使用して、基板上の様々な場所で選択され得る。言い換えると、既知の寸法の４つの異なる材料により、設計者はエッチングを実行する場所を選択し、そのエッチングがサブ解像度の寸法で自己整合するようにすることができる。例えば、フォトレジスト材料による所与のコンタクトパターンが比較的大きく、複数の材料にまたがる場合、コンタクトは、そのコンタクトパターン開口内の材料のうちの１つでのみエッチングされる。
【００３２】
本明細書における技術は、ペデスタル化された（pedestalized）カラースキーム、すなわち、異なるエッチング選択性を有する材料を提供するために使用され得る。それ自体がサブ解像度の複数のパターニングの製品であり得るマンドレルから出発して、スペーサ（コンフォーマルな材料）でダブルラップ（double  wrapped）され、残りのスペースは第４の材料で充填される。カットの長さは、ＳＡＤＰ／ＳＡＱＰ及びＡＬＤ技術によって制御され、フォトリソグラフィ解像度に対してかなり小さい寸法に制御することができる。例えば、ＳＡＤＰ／ＳＡＱＰ技術は、光学的に設定された解像度パターンを開始サイズの８分の１又は１６分の１に縮小することができ、スペーサ付着技術はナノメートル以下で制御することができる。従来は、ピッチ上でのカットをすることは非常に難しかった。従来のフォトリソグラフィシステムは、約４２ナノメートルのカットを行うことができる。しかし、本明細書における技術により、コンタクトは思いのままに任意の場所に配置又はカットすることができる。このパターニング技法は、色をまたいだピッチ分割も可能にする。いくつかの領域では、マンドレル間のように、材料間に完全なハーフピッチが存在し、他の領域には比較的大きな量の自己整合がある。さらに、２つの材料が互いに隣接している５つの色の材料のうちの２つ以上を選択することによって、図２１に示すことができるように、オフピッチ又は混合サイズのエッチングが実行され得る。したがって、本明細書の技術により、様々なピッチ倍数をカット又はブロックとして作成することができる。
【００３３】
前述の説明では、処理システムの特定のジオメトリ、及びそこで使用される様々な構成要素及びプロセスの説明等、特定の詳細が明示されている。しかし、本明細書における技術は、これらの特定の詳細から逸脱する他の実施形態において実施されることができ、そのような詳細は、説明を目的とし、限定ではないと理解されるべきである。本明細書において開示された実施形態は、添付の図面を参照して説明されている。同様に、説明を目的として、徹底的な理解を提供するために、特定の数、材料、及び構成が明示されている。それでも、そのような具体的な詳細なしに実施形態を実施することができる。実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、類似の符号により示され、任意の冗長説明は省略され得る。
【００３４】
様々な技術を、様々な実施形態の理解を助けるために複数の離散的な動作として説明した。説明の順序は、これらの操作が必然的に順序に依存することを意味するものとして解釈されるべきではない。実際に、これらの操作は、提示順に実行される必要がない。説明された動作が、説明された実施形態と異なる順序で実行され得る。様々な追加の動作が実行されてもよく、及び／又は説明された動作が追加の実施形態において省略されてもよい。
【００３５】
本明細書で使用される「基板」又は「ターゲット基板」は、一般に、本発明に従って処理される物体を指す。基板は、デバイス、特に半導体又は他の電子工学デバイスの任意の材料部分又は構造を含むことができ、例えば、半導体ウェハ、レチクル、又はベース基板構造の上又は上に横たわる薄膜のような層とすることができる。したがって、基板は、いかなる特定のベース構造であること、下地層又は上層であること、及びパターン形成されていること又はパターン形成されていないことには限定されず、むしろそのような層又はベース構造、及び層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むと考えられる。この説明は、特定のタイプの基板を参照することができるが、これは例示的な目的のみのためである。
【００３６】
当業者であれば、本発明の同じ目的を依然として達成しつつ、上述した技術の動作に対してなされる多くのバリエーションが存在し得るとも理解するだろう。そのようなバリエーションが本開示の範囲によって網羅されることを意図している。このように、本発明の実施形態の前述の説明が限定することを意図していない。むしろ、本発明の実施形態に対する任意の制限は、以下の特許請求の範囲において提示される。
【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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【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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