(57)【要約】【課題】  エッチングマスクを通して層内にフィーチャをエッチングする方法を提供する。【解決手段】  前記エッチングマスクの曝露された表面、および前記フィーチャの垂直側壁上に保護コーティングが保護膜形成ガス混合物で形成される。前記フィーチャは、前記エッチングマスクを通して、少なくとも１つのエッチング化学物質および少なくとも１つの保護膜形成化学物質を含む反応性エッチング混合物でエッチングされる。
2006514783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングマスクを通して層内にフィーチャをエッチングする方法であって、
前記エッチングマスクの曝露された表面、および前記フィーチャの垂直側壁上に保護コーティングを保護膜形成ガス混合物で形成すること、および
前記フィーチャを前記エッチングマスクを通して、少なくとも１つのエッチング化学物質および少なくとも１つの保護膜形成化学物質を含む反応性エッチング混合物でエッチングすること
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記エッチングは、２００電子ボルトより大きいイオン衝突エネルギーを前記基板に供給することを含む方法。
【請求項３】
請求項１から２のいずれかに記載の方法であって、前記エッチング化学物質は、ポリマーフォーマーおよびエッチングイネーブラーを含む方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の方法であって、前記保護膜形成およびエッチングは、共通のプラズマ処理チャンバ内で実行される方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の方法であって、前記堆積は非方向性堆積を用い、前記エッチングステップは方向性エッチングを用いる方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の方法であって、前記保護膜形成は非エッチングまたは無視できる程度のエッチング堆積である方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の方法であって、前記堆積プロセスは、化学気相成長およびスパッタリングのうちの少なくとも１つから選択される方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の方法であって、前記層は、単一の層だけであり、前記フィーチャは、前記保護コーティングを形成し、前記フィーチャをエッチングするあいだに前記単一の層内でだけエッチングされ、前記保護コーティングを形成し、エッチングすることは、順次交互に少なくとも４回実行される方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の方法であって、前記エッチングマスクは、１９３ｎｍまたはそれより下の世代のフォトレジストマスクである方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の方法であって、前記保護コーティングは、前記エッチングマスクの前記曝露された領域および前記フィーチャの前記垂直側壁上に優先的に形成される方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の方法であって、前記保護膜形成ガス混合物は、前記層に対し前記マスク材料よりも化学的反応性がより高い重合化物質を放出する方法。
【請求項１２】
請求項１０から１１のいずれかに記載の方法であって、方向性エネルギーを持つイオンは、前記保護コーティングの前記形成の前記ステップのあいだ、堆積が前記層の前記水平表面において蓄積することを前記層の前記表面上のコーティングを選択的に除去するメカニズムを起動することによって優先的に防ぐ方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の方法であって、保護膜形成ガス混合物は、Ｆ：Ｃ比が２：１より小さいフルオロ置換炭化水素である方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれかに記載の方法であって、前記保護膜形成化学物質のうちの少なくとも１つは、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｈ5Ｆ、Ｃ2Ｈ4Ｆ2、Ｃ3Ｈ7Ｆ、Ｃ3Ｈ6Ｆ2、Ｃ2Ｈ3Ｆ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ2Ｈ4、Ｃ3Ｈ8、Ｃ2Ｈ2のうちの１つである方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の方法であって、前記保護膜形成ガス混合物は、ＡｒおよびＣＨ3Ｆの混合物である方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の方法であって、前記保護膜形成ステップにおいて供給される前記イオンエネルギーは、１００電子ボルトより大きい方法。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載の方法であって、前記エッチング化学物質のうちの少なくとも１つはＣ4Ｆ6である方法。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかに記載の方法であって、前記放電のために用いられる前記ＲＦ周波数のうちの少なくとも１つは、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚおよび６０ＭＨｚのうちの１つである方法。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれかに記載の方法であって、前記ＲＦ放電周波数は、４００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの範囲のより低い周波数、および２７ＭＨｚから１２０ＭＨｚの範囲のより高い周波数の組み合わせからなる方法。
【請求項２０】
エッチングマスク下の層をエッチングする装置であって、前記層は基板によって支持され、
プラズマ処理チャンバであって、
プラズマ処理チャンバ容器を形成するチャンバ壁、
前記プラズマ処理チャンバ容器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容器内の圧力を制御する圧力レギュレータ、
プラズマを維持するために電力を前記プラズマ処理チャンバ容器に供給する少なくとも１つの電極、
前記プラズマ処理チャンバ容器へガスを供給するガス入り口、および
前記プラズマ処理チャンバ容器からガスを排気するガス出口
を備えるプラズマ処理チャンバ、
堆積ガス源、
エッチング剤ガス源、
前記プラズマ処理チャンバの前記ガス入り口および前記堆積ガス源間で流体的に接続された第１制御バルブ、
前記プラズマ処理チャンバの前記ガス入り口および前記エッチング剤ガス源間で流体的に接続された第２制御バルブ、
前記第１制御バルブ、前記第２制御バルブ、および前記少なくとも１つの電極に制御可能に接続されたコントローラであって、
少なくとも１つのプロセッサ、および
コンピュータで読み取り可能な媒体であって、
少なくとも１つの堆積ステップのあいだ前記第１制御バルブを開いて、前記堆積ガス源から堆積ガスを前記プラズマ処理チャンバ容器に供給するコンピュータによって読み取り可能なコード、
前記少なくとも１つの堆積ステップのあいだ前記第２制御バルブを閉じて、前記エッチング剤ガス源からエッチングガスが前記プラズマ処理チャンバ容器に入ることを防ぐコンピュータによって読み取り可能なコード、
少なくとも１つのエッチングステップのあいだ前記第２制御バルブを開いて、前記エッチングガス源からエッチングガスを前記プラズマ処理チャンバに供給するコンピュータによって読み取り可能なコード、および
前記少なくとも１つの電極に電力を供給して、前記少なくとも１つのエッチングステップのあいだ前記基板上に２５０ボルトより大きいバイアスを供給するコンピュータによって読み取り可能なコード
を含むコンピュータで読み取り可能な媒体
を備えるコントローラ
を備える装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置であって、
保護膜形成ガス源、および
前記プラズマ処理チャンバの前記ガス入り口および前記保護膜形成ガス源間で流体的に接続された第３制御バルブ
をさらに備え、
前記コンピュータで読み取り可能な媒体は、前記少なくとも１つのエッチングステップのあいだ第３制御バルブを開いて、前記保護膜形成ガス源から保護膜形成ガスを前記プラズマ処理チャンバに供給するコンピュータによって読み取り可能なコードをさらに含む
装置。
【請求項２２】
請求項２０から２１のいずれかに記載の装置であって、前記コンピュータで読み取り可能な媒体は、前記少なくとも１つの堆積ステップ、および少なくとも１つのエッチングステップを交互に複数回実行するコンピュータによって読み取り可能なコードをさらに含む装置。
【請求項２３】
デュアルダマシンフィーチャを形成する方法であって、
エッチング層内にビアを形成すること、
前記エッチング層上にトレンチパターン付きマスクを作ること、
トレンチをエッチングすることであって、前記トレンチを前記エッチングすることは、
前記ビアの前記側壁上に保護側壁を形成すること、および
前記トレンチパターン付きマスクを通してエッチングすること
のサイクルを含む、トレンチをエッチングすること、および
前記マスクを剥離すること
を含む方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、前記トレンチサイクルは、少なくとも３回反復される方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法であって、前記トレンチエッチングサイクルは少なくとも５回反復される方法。
【請求項２６】
請求項２３から２５のいずれかに記載の方法であって、前記保護側壁を形成すること、およびエッチングは、共通のプラズマ処理チャンバ内で実行される方法。
【請求項２７】
請求項２３から２６のいずれかに記載の方法であって、前記保護側壁を形成することは非方向性堆積を用い、前記エッチングステップは方向性エッチングを用いる方法。
【請求項２８】
請求項２３から２７のいずれかに記載の方法であって、前記ウェーハは、前記堆積ステップのあいだ１００ｅＶより大きいイオンエネルギーを持つエネルギー性イオンによって衝突される方法。
【請求項２９】
請求項２３から２８のいずれかに記載の方法であって、前記保護膜形成は非エッチングまたは無視できる程度のエッチング堆積である方法。
【請求項３０】
請求項２３から２９のいずれかに記載の方法であって、前記堆積は、Ｈ2、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ8のうちの少なくとも１つを前記ポリマーフォーマーとして含み、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、およびＮＦ3のうちの少なくとも１つを前記エッチングガスとして含むガス混合物を用いる方法。
【請求項３１】
請求項２３から３０のいずれかに記載の方法であって、前記堆積ステップは、ＣＦ4およびＨ2を含む混合物を用いる方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、前記ＣＦ4対Ｈ2のガスフロー比は、体積フロー比で０．６：１から１．４：１の範囲にある方法。
【請求項３３】
請求項２３から３２のいずれかに記載の方法であって、前記保護側壁を形成することは、化学気相成長およびスパッタリングのうちの少なくとも１つから選択される方法。
【請求項３４】
請求項２３から３３のいずれかに記載の方法であって、前記エッチング層は、低ｋ誘電体材料である方法。
【請求項３５】
請求項２３から３４のいずれかに記載の方法であって、前記ビアホールは、前記トレンチプラズマエッチングプロセスの開始の前に犠牲フィラー材料で埋められない方法。
【請求項３６】
請求項２３から３５に記載の方法であって、前記トレンチプラズマエッチングプロセスの開始の前に前記ビアホールは、前記ビアホール高の５０％より大きくないフィラー材料で埋められる方法。
【請求項３７】
請求項２３から３６のいずれかに記載の方法によって形成される半導体。
【請求項３８】
請求項２３から３６のいずれかに記載の方法を実行する装置。
【請求項３９】
エッチングマスク下の層をエッチングする装置であって、前記層は基板によって支持され、
プラズマ処理チャンバであって、
プラズマ処理チャンバ容器を形成するチャンバ壁、
前記プラズマ処理チャンバ容器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容器内の圧力を制御する圧力レギュレータ、
プラズマを維持するために電力を前記プラズマ処理チャンバ容器に供給する少なくとも１つの電極、
前記プラズマ処理チャンバ容器へガスを供給するガス入り口、および
前記プラズマ処理チャンバ容器からガスを排気するガス出口
を備えるプラズマ処理チャンバ、
堆積ガス源、
エッチング剤ガス源、
前記プラズマ処理チャンバの前記ガス入り口および前記堆積ガス源間で流体的に接続された第１制御バルブ、
前記プラズマ処理チャンバの前記ガス入り口および前記エッチング剤ガス源間で流体的に接続された第２制御バルブ、
前記第１制御バルブ、前記第２制御バルブ、および前記少なくとも１つの電極に制御可能に接続されたコントローラであって、
少なくとも１つのプロセッサ、および
コンピュータで読み取り可能な媒体であって、
少なくとも１つの堆積ステップのあいだ前記第１制御バルブを開いて、前記堆積ガス源から堆積ガスを前記プラズマ処理チャンバ容器に供給するコンピュータによって読み取り可能なコード、
前記少なくとも１つの堆積ステップのあいだ前記第２制御バルブを閉じて、前記エッチング剤ガス源からエッチングガスが前記プラズマ処理チャンバ容器に入ることを防ぐコンピュータによって読み取り可能なコード、
少なくとも１つのエッチングステップのあいだ前記第２制御バルブを開いて、前記エッチングガス源からエッチングガスを前記プラズマ処理チャンバに供給するコンピュータによって読み取り可能なコード
を含むコンピュータで読み取り可能な媒体
を備えるコントローラ
を備える装置。
【請求項４０】
請求項３９に記載の装置であって、前記コンピュータで読み取り可能な媒体は、前記少なくとも１つの堆積ステップ、および少なくとも１つのエッチングステップを交互に複数回実行するコンピュータによって読み取り可能なコードをさらに含む装置。
【請求項４１】
請求項３９から４０のいずれかに記載の装置であって、前記エッチング剤ガス源は、エッチングガス成分源およびポリマーフォーマーガス成分を含む装置。
【請求項４２】
請求項１から１９のいずれかに記載の方法であって、前記層は、単一の層だけであり、前記フィーチャは、前記保護コーティングを形成し、前記フィーチャをエッチングするあいだに前記単一の層内でだけエッチングされる方法。
【請求項４３】
請求項１から１９および４２のいずれかに記載の方法であって、前記保護コーティングを前記形成することは、前記フィーチャの底部上に保護コーティングを作らない方法。
【請求項４４】
請求項１から１９、および４２から４３のいずれかに記載の方法であって、前記保護コーティングを形成することは、選択的化学気相成長を用いて達成され、前記化学気相成長は、前記保護コーティングを前記エッチングマスクの曝露された表面、および前記フィーチャの垂直側壁上に形成するが、前記フィーチャの底部には形成しない方法。
【請求項４５】
請求項１から１９、４２から４４のいずれかに記載の方法であって、前記エッチングマスクはフォトレジストマスクであり、前記保護コーティングを形成することは、前記エッチングマスクよりもよりエッチング耐性のある保護コーティングを形成する方法。
【請求項４６】
請求項４５に記載の方法であって、前記保護コーティングを前記形成することは、アモルファスカーボンの保護コーティングを形成する方法。
【請求項４７】
請求項４５に記載の方法であって、前記保護コーティングを前記形成することは、ポリアモルファスシリコンの保護コーティングを形成する方法。
【請求項４８】
請求項４５に記載の方法であって、前記保護コーティングを前記形成することは、疑似ハードマスクを形成し、前記保護コーティングを前記形成することは、前記フィーチャの底部には保護コーティングを形成しない方法。
【請求項４９】
請求項１から１９、および４２から４８のいずれかに記載の方法であって、
前記層内にビアを形成すること、
前記エッチングマスクを提供すること
をさらに含む方法であって、
前記エッチングマスクは、前記層上のトレンチパターン付きマスクであり、
前記フィーチャはトレンチである
方法。
【請求項５０】
請求項１から１９、および４２から４９のいずれかに記載の方法であって、前記保護側壁を前記形成することは、Ｈ2、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨＦ3、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ8のうちの少なくとも１つを前記ポリマーフォーマーとして含み、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、およびＮＦ3のうちの少なくとも１つを前記エッチングガスとして含むガス混合物を用いる方法。
【請求項５１】
請求項１から１９、および４２から５０のいずれかに記載の方法であって、前記堆積ステップは、ＣＦ4およびＨ2を含む混合物を用いる方法。
【請求項５２】
請求項５１に記載の方法であって、前記ＣＦ4対Ｈ2のガスフロー比は、体積フロー比で０．６：１から１．４：１の範囲にある方法。
【請求項５３】
請求項１から１９、および４２から５２のいずれかに記載の方法であって、前記エッチング層は、低ｋ誘電体材料である方法。
【請求項５４】
請求項１から１９、および４２から５３のいずれかに記載の方法であって、前記ビアホールは、前記トレンチプラズマエッチングプロセスの開始の前に犠牲フィラー材料で埋められない方法。
【請求項５５】
請求項１から１９、および４２から５４に記載の方法であって、前記トレンチプラズマエッチングプロセスの開始の前に前記ビアホールは、前記ビアホール高の５０％より大きくないフィラー材料で埋められる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いてエッチングマスクによって規定される構造を通してエッチングすることによって、ウェーハ上に構造を得る方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体プラズマエッチングの応用例において、プラズマエッチャーは、フォトレジストマスクパターンを、シリコンウェーハ上の所望の薄膜および／またはフィルムスタック（導体または誘電体絶縁物）の回路およびラインパターンに転写するためにふつう用いられる。これは、マスクパターンの開いた領域におけるフォトレジスト材料の下のフィルム（およびフィルムスタック）をエッチングして除去することによって達成される。このエッチング反応は、反応チャンバとも呼ばれる真空容器中に含まれる反応混合物中で電気的に放電を励起することによって生じる、化学的に活性を持つ種および電気的に帯電した粒子（イオン）によって開始される。加えて、このイオンは、ガス混合物およびウェーハ材料間に作られた電界を通してウェーハ材料に向けて加速され、異方性エッチングと呼ばれる方法でイオンの軌跡の向きに沿ったエッチング材料の方向性を持つ除去を行う。エッチングシーケンスの終わりにおいて、マスキング材料は剥離され、その場所には元々意図されたマスクパターンの水平パターンの複製を残す。このエッチング方法は、図１Ａ〜Ｃに示される。この方法においては図１Ａに示されるように、プラズマエッチングプロセスは、フォトレジストマスクパターン１０４を、下にある酸化誘電体薄膜１０８のそれに直接に転写する。図１Ｂに示されるようにこのエッチングは、コンタクトホール１１２を作り、フォトレジスト１０４を腐食し侵す。図１Ｃに示されるようにフォトレジストはそれから除去され、コンタクトホール１１２を酸化物１０８中に残す。エッチングプロセス中に、マスク材料は、パターン転写と引き換えに、ふつう腐食され、および／または侵される。その結果、損傷および腐食も下にあるレイヤに転写され、ストライエーション、ＣＤ拡大などのような、そのような不要なパターン歪みを残しえる。
【０００３】
従ってエッチング法の目的は、フォトレジストマスク腐食を減らすことによって、フォトレジストマスクパターンからのパターン転写の忠実性を高めることを含む。この目的のために、反応エッチング混合物内で表面不活性化ガスを含むことが提案されている。この表面不活性化ガスは、その存在が、エッチングされる薄膜材料の除去レートと比較して、選択的にマスキング材料のエッチング損傷および腐食を低減するように選ばれえる。表面不活性化ガスは、エッチング反応を原則するためのバリアとして働くエッチング抑制コーティング（etching retardation coating）がマスキング材料の表面上に生成されるように選ばれえる。設計上、表面不活性化ガスは、それが加えて有利なようにエッチング抑制コーティングを、エッチングされるフィルム構造の垂直表面上に形成するよう選ばれ、その結果、エッチング反応はイオン衝突なしでは進まないようにされる。帯電粒子の垂直軌跡の性質によって、エッチングは、したがって、垂直方向においてだけ進みえ、水平方向にはほとんど進まず、異方性エッチングプロファイルを作る。従ってエッチング混合物中に表面不活性化ガスが存在することは、よりよいエッチングマスク保護の優位性、および比較的高いエネルギーの方向性イオン衝突の利用による、高度に異方性のあるエッチングプロファイルのために非常に重要である。
【０００４】
反応ガス混合物はエッチングガスおよびポリマーフォーマー（polymer formers）を含み、後者が表面不活性化ガスの役割を果たすことは、すでに提案されてきている。この場合、エッチングガスは、電気放電の励起によって高い反応種を放ち、今度はこれがエッチングされるべき薄膜材料と共にマスキング材料を自発的反応のメカニズムによってエッチングする。自発的反応の性質によって、エッチング反応は、水平表面と共に垂直表面の両方において進み、等方性エッチングプロファイルを作る。ポリマーフォーマーの共存は、エッチング構造およびマスキング材料の表面上のポリマー堆積の生成を通して、イオン衝突と併せて、マスキング材料に対する高いエッチング選択性、およびエッチング異方性を同時に作るのに用いられえる。
【０００５】
反応性ガス混合物が、ポリマーフォーマーガスおよびエッチングイネーブラーガス（etching enabler gas）を含むことも既に提案されている。エッチングイネーブラーガスの役割は、電気放電の存在下でポリマーフォーマーガスと反応することによって、ポリマーフォーマーガスが高度に反応性の種を放つことを可能にすることである。あるいはマスキング材料と共に、エッチング材料上の抑制コーティングも、適切に選ばれた表面不活性化ガスのこれら材料の表面との直接的な化学的反応によって形成されえる。
【０００６】
上述の方法の通常の欠点は、エッチング要件の異なる局面についての最適条件がふつうは一致せず、それぞれの前駆体ガスの独特の特性のいくつかはガスを混合することによって相互反応によって失われえることである。エッチング条件の最適化はほとんど常に、複雑なトレードオフを、異なるエッチング化学反応が別々である場合に最適にはならないかもしれない単一のエッチング条件に組み込むことを伴う。
【０００７】
エッチング方法のバリエーションは、１９９６年３月２６日にLaemerらに発行された「Method of Anisotropically Etching Silicon」と題された米国特許第５，５０１，８９３号に教示される。この方法は、エッチングガスおよびポリマーフォーマーガスを２つの異なるステップに分離し、それぞれは純粋に一種類の化学物質からなり、他方を含まない。これにより、低いイオン衝突エネルギーにおける高速なエッチングレートが可能となるが、それは低いイオン衝突エネルギーにおいては、もしエッチング材料の表面における反応についての励起エネルギーが、マスキング材料よりもわずかに低いなら、ある種の自発的エッチング反応についてマスキング材料に対する高選択性が達成されえるからである。ポリマーフォーマーをエッチングプロセスから除去することによって、一方、エッチングプロセスは、エッチングが進んでいる期間、必然的に等方性になるが、これは水平エッチングが起こることを防ぐための抑制レイヤ（retardation layer）が存在しないからである。加えて、表面不活性化ガスがエッチング混合物中にないので、もしより高いイオンエネルギーを使うことが望ましいなら、マスキング材料に対する十分なエッチング選択性を得るのが難しくなる。多くのエッチング応用例は、例えば非常に小さい寸法の構造において高いアスペクト比の構造を得ることで、高いイオン衝突エネルギーから利益を得ることができる。
【０００８】
さらなる提案された方法は、マスキング材料の全体的なエッチング耐性を改善するための、スタック化されたマスキングスキーム（stacked masking scheme）を含む。これは図２Ａ〜Ｆに示される。図２Ａにおいて、酸化物レイヤ２０４が与えられる。図２Ｂは、酸化物レイヤ上に置かれたハードマスクレイヤ２０８を示す。フォトレジストマスク２１２は図２Ｃに示されるようにハードマスクレイヤ２０８上に置かれる。フォトレジストマスク２１２は、パターニングされたハードマスクレイヤ２１４を作るためにハードマスクレイヤ２０８をパターニングするのに用いられ、フォトレジストレイヤ２１２は図２Ｄに示されるように除去されえる。コンタクトホール２１６は、図２Ｅに示されるようにマスクとしてパターニングされたハードマスクレイヤ２１４を用いて酸化物レイヤ２０４内にエッチングされる。ハードマスクは、図２Ｆに示されるようにそれから除去されコンタクト２１６を酸化物レイヤ２０４内に残す。
【０００９】
この方法の利点は、それからパターン（回路およびライン）を下にあるフィルムへ転写するより不活性なハードマスクを用いることによって、エッチングパフォーマンスがより向上し、エッチングおよびフォトリソグラフィに対する要件も大きく緩和されることである。この方法の欠点は、新しいプロセスステップおよび新しいツールセットをプロセスフローに導入することによって、より高いコストおよびより低い全体的なスループットになることである。加えて追加のプロセスの複雑さはまた、それ自身によって困難さを導入する。例えば誘電体コンタクトエッチングの応用例に用いられるシリコンハードマスクは、フォトレジストマスクほど簡単には剥離されない。
【００１０】
水平ＣＤロスまたはダメージなしでマスクパターンをエッチングレイヤに転写するために、既にエッチングレイヤ中に存在する水平パターンの水平ＣＤは、エッチングレイヤをエッチングするプロセスのあいだ、多くのエッチング応用例において保存されなければならない。これらのエッチングレイヤパターンは、ふつうはエッチングマスク材料によって保護されない。このクラスのエッチング応用例の説明は、プラズマエッチングによるデュアルダマシン構造の形成の例を用いてなされる。
【００１１】
説明を進めるため、図９Ａは、従来技術のデュアルダマシンプロセスで用いられるウェーハ１１０上のスタック９００の断面図である。コンタクト９０４は、ウェーハ９１０上で誘電体レイヤ９０８内に配置されえる。バリア層９１２は、窒化シリコンまたは炭化シリコンで形成されえ、銅拡散を防止するためにコンタクト９０４上に配置されえる。ビアレベル酸化シリコン誘電体層９１６がバリア層９１２上に配置されえる。トレンチストップ層９２０（炭化シリコンまたは窒化シリコン）がビアレベル誘電体９１６上に配置されえる。トレンチレベル酸化シリコン誘電体層９２４は、トレンチストップ層９２０上に配置されえる。反射防止層（ＡＲＬ）９２８は、トレンチ誘電体層９２４上に配置されえる。パターン付きレジスト層９３２は、ＡＲＬ９２８上に配置されえる。ＡＲＬ９２８は、窒化シリコン、ＳｉＯＮ、または高屈折率および高吸光係数を持つ他の材料から形成されえる。
【００１２】
図１０は、スタック９００をデュアルダマシン構造に形成するために従来技術で用いられるプロセスの高レベルフローチャートである。スタック９００はエッチングが施されえ、これはビア９４０をバリア層９１２までエッチングする（ステップ１００４）。ビア９４０のエッチングは、クラスト９４４を形成しえ、これが側壁を形成する。図９Ｃに示されるように、クラスト９４４およびレジスト９３２は、除去されえ、後で新しいレジスト層９６０で再パターン付けされえ、この層はトレンチを形成するようパターン付けされる（ステップ１００８）。図９Ｄに示されるように、このスタックもエッチングが施されえ、これはトレンチ９６４を中間トレンチエッチングストップ層９２０までエッチングする（ステップ１０１２）。トレンチ９６４のエッチングは、ビアレベル誘電体層９１６の一部をファセット９７２にしえる。このファセッティング（faceting）は、デュアルダマシン構造に対するダメージと考えることもできる。中間トレンチエッチングストップ層９２０は、ファセッティングを減らすのに用いられえる。トレンチ９６４のエッチングは、新しいクラスト９６８も形成しえ、これは側壁を形成する。レジスト層１６０およびクラストは、それから剥離される（ステップ１０１６）。スタック９００はそれからバリア層エッチングが施され（ステップ１０２０）、これは図９Ｅに示される構造を作るために、銅コンタクト９０４にビア９４０を開ける。図９Ｆに示されるように金属バリア層９７４は、銅コンタクト上に堆積されえる（ステップ１０２４）。銅シード層９７６はそれからビアおよびトレンチの内部をコーティングするために用いられえる。銅９７８でトレンチおよびビアを満たすために電気メッキが用いられえ、これはトレンチ誘電体層９２４まで研磨される。この銅９７８は、次のレベルへの銅接続部として用いられえ、そのためこのプロセスは銅接続部および誘電体層の複数のレベルを作るよう繰り返される。
【００１３】
中間トレンチエッチングストップ層はファセッティングを減らすのに用いられえるが、中間トレンチエッチングストップ層は、さらなる処理ステップを必要とし、これは処理時間およびコストを増す。
【００１４】
加えて、集積回路は誘電体層を用い、これらは、半導体構造のさまざまな層上の導電ラインを絶縁するために典型的には二酸化ケイ素、ＳｉＯ2から形成されている。半導体回路がより速くよりコンパクトになるに従い、動作周波数は高くなり、半導体素子内の導電ライン間の距離は減る。これによって回路への結合容量のレベルが増すことになり、これは半導体素子の動作を遅らせる欠点を有する。したがってそのような結合容量レベルの増加に対して効果的に導電ラインを絶縁できる誘電体層を用いることが重要になってきている。
【００１５】
一般に集積回路中の結合容量は、誘電体層を形成するのに用いられる材料の誘電率ｋに正比例する。上述のように従来の集積回路における誘電体層は、典型的にはＳｉＯ2から形成されてきており、これは約４．０の誘電率を有する。ライン密度および半導体素子における動作周波数が大きくなる結果、ＳｉＯ2から形成された誘電体層は、結合容量レベルが高くなるのを防ぐのに必要とされる程度に導電ラインを効率的には絶縁しないかもしれない。
【００１６】
集積回路中の結合容量レベルを減らすために、半導体業界は、ＳｉＯ2のそれよりも小さい誘電率を有する材料を開発するための研究に携わっており、これら材料は集積回路中で誘電体層を形成するのに用いられるのに適する。「低ｋ材料」として呼ばれることもある多くの有望な材料が開発されてきている。本明細書および特許請求の範囲において、低ｋ材料は、４よりも小さい誘電率ｋを持つ材料として定義される。フッ化珪酸塩ガラスは低ｋ誘電体の一つの例であり、これは約３．７の誘電率を有する。これはＳｉＯ2にドーピングされた約７〜９％のフッ素を含む。
【００１７】
低ｋ材料の他の興味深いクラスは、有機珪酸塩ガラス、つまりＯＳＧを含む化合物である。限定ではなく例として、そのような有機珪酸塩ガラス誘電体は、カリフォルニア州、サンノゼのNovellusからのCORAL（商標）、カリフォルニア州、サンタクララのApplied MaterialsからのBlack Diamond（商標）、オランダのASM International N.V.から入手可能なAurora（商標）、カリフォルニア州、サンタクララのSumitomo Chemical America,Inc.から入手可能なSumika Film（登録商標）、およびニュージャージー州、MorristownのAllied SignalからのHOSP（商標）を含む。有機珪酸塩ガラス材料は、密度を低下させ、よって材料の誘電率をも低下させる二酸化ケイ素格子中に組み込まれた炭素および水素原子を有する。このようなフィルムの誘電率は典型的には３．０未満である。
【００１８】
説明を進めるために、図１１Ａは、トレンチストップ層なしに、低ｋ誘電体を用いるダマシン構造の製造におけるウェーハの一部の断面図である。コンタクト１１０４は、ウェーハ１１１０上の低ｋ誘電体層１１０８中に配置されえる。第２コンタクト１１０６も、この低ｋ誘電体層１１０８の中にありえる。誘電体層１１１２は、これには限定されないが典型的には窒化シリコンまたは炭化シリコンで形成されえ、銅拡散を防止するためにコンタクト１１０４上に配置されえる。低ｋ誘電体層１１２０がバリア層１１１２上に配置されえる。反射防止層（ＡＲＬ）１１２８は、低ｋ誘電体層１１２０上に配置されえる。パターン付きレジスト層１１３２は、ＡＲＬ１１２８上に配置されえる。パターン付きレジスト層１１３２は、ビア１１４０を提供するためにパターニングされ、このビアは低ｋ誘電体層１１２０中へとエッチングされる。図１１Ｂに示されるように、レジスト層１１３２は除去され、第２パターン付きレジスト層１１６０がＡＲＬ１１２８上に配置される。第２レジスト層１１６０は、トレンチ１１６４を提供するためにパターニングされ、このトレンチは低ｋ誘電体層１１２０中へとエッチングされる。
【００１９】
中間トレンチエッチングストップ層の欠如、および低ｋ誘電体の使用のため、この例ではファセッティング１１７２が増しえる。このようなファセッティングは、ビアおよびトレンチを埋めるのに用いられる銅が第２コンタクト１１０６に近すぎるようにしてしまいえる。これはまた、ビアの底部の寸法を増しえる。
【００２０】
理解を促すために、図１２Ａは、トレンチストップ層なしに、低ｋ誘電体を用いるダマシン構造の製造におけるウェーハの一部の断面図である。第１コンタクト１２０４および第２コンタクト１２０６は、ウェーハ１２１０上の低ｋ誘電体層１２０８中に配置されえる。誘電体バリア層１２１２は、これには限定されないが典型的には窒化シリコンまたは炭化シリコンで形成されえ、銅拡散を防止するために第１および第２コンタクト１２０４、１２０６上に配置されえる。低ｋ誘電体層１２２０がバリア層１２１２上に配置されえる。第１ビア１２４０および第２ビア１２４４は、低ｋ誘電体層１２２０中へとエッチングされえる。
底部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）層１２２８は、低ｋ誘電体層１２２０上を覆いえる（spun over）。このようなＢＡＲＣ上の覆い（spun）は、ビア１２４０、１２４４を少なくとも部分的に埋める傾向があり、ビア中に側壁およびプラグを形成する。一般に、より細いビアは、広いビアが埋められるよりも、より高い深さまでＢＡＲＣで埋められる。またより広がって離れたビアは、より接近して集中したビアよりも高くまで埋められえる。その結果、ビアを均一な高さまで埋めることが困難でありえる。
【００２１】
図１２Ｂは、トレンチ１２４８、１２５２がエッチングされた後のウェーハの一部の断面図である。ビア中のＢＡＲＣの存在は、フェンス１２５６、１２６０を作り、さらにファセッティング１２６２、１２６４も作る。ファセッティングの量およびフェンスのサイズは、ＢＡＲＣの高さに依存する。したがって不均一なＢＡＲＣ高は、不均一なファセッティングおよびフェンスを生じえる。フェンスはストレス位置になりえ、これはエレクトロマイグレーション、ボイドおよび他の欠陥を生じえ、これらは結果として生じる半導体デバイスの信頼性を低下しえる。
【００２２】
加えて、プラグフィリングおよびストリッピングは、プロセスフローにさらなるコストおよび複雑さを招く。加えてそのようなプラグは、来るべき誘電体材料中に誘電体被毒（dielectric poisoning）を生じえる。プラグフィリングがなければ、ファセッティングのようなメカニズムによるエロージョンのためにビアホールのＣＤの増加を防ぐことは困難でありえる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の目的は、層または層群のスタック中のフィーチャ（feature）をエッチングすることによって、ストップ層と共にマスキング材料に同時に高エッチング異方性および高選択性を持つマスキング材料によって形成された水平パターンの高忠実なレプリカを得る一般的な方法を提供することである。加えて、本発明は、不当な水平ＣＤ損失およびエッチング層水平パターンへのダメージなしで、エッチングマスクによって覆われておらず、犠牲フィラー材料（sacrificial filler material）によって保護されないか、または十分には保護されないエッチング層中に既に存在する水平パターンをエッチングする一般的な方法を提供することを意図される。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上述を達成するために、本発明の目的に従って、エッチングマスクを通して層内にフィーチャをエッチングする方法が提供される。前記エッチングマスクの曝露された表面、および前記フィーチャの垂直側壁上に保護コーティングが保護膜形成ガス混合物で形成される。前記フィーチャは、前記エッチングマスクを通して、少なくとも１つのエッチング化学物質および少なくとも１つの保護膜形成化学物質を含む反応性エッチング混合物でエッチングされる。
【００２５】
本発明の他の実施形態において、エッチングマスク下の層をエッチングする装置であって、前記層は基板によって支持される装置が提供される。プラズマ処理チャンバであって、プラズマ処理チャンバ容器を形成するチャンバ壁、前記プラズマ処理チャンバ容器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容器内の圧力を制御する圧力レギュレータ、プラズマを維持するために電力を前記プラズマ処理チャンバ容器に供給する少なくとも１つの電極、前記プラズマ処理チャンバ容器へガスを供給するガス入り口、および前記プラズマ処理チャンバ容器からガスを排気するガス出口を備えるプラズマ処理チャンバが提供される。堆積ガス源、およびエッチング剤ガス源が提供される。前記プラズマ処理チャンバの前記ガス入り口および前記堆積ガス源間で流体的に接続された第１制御バルブ、および前記プラズマ処理チャンバの前記ガス入り口および前記エッチング剤ガス源間で流体的に接続された第２制御バルブが提供される。前記第１制御バルブ、前記第２制御バルブ、および前記少なくとも１つの電極に制御可能に接続されたコントローラであって、少なくとも１つのプロセッサ、およびコンピュータで読み取り可能な媒体を備えるコントローラが提供される。コンピュータで読み取り可能な媒体は、少なくとも１つの堆積ステップのあいだ前記第１制御バルブを開いて、前記堆積ガス源から堆積ガスを前記プラズマ処理チャンバ容器に供給するコンピュータによって読み取り可能なコード、前記少なくとも１つの堆積ステップのあいだ前記第２制御バルブを閉じて、前記エッチング剤ガス源からエッチングガスが前記プラズマ処理チャンバ容器に入ることを防ぐコンピュータによって読み取り可能なコード、少なくとも１つのエッチングステップのあいだ前記第２制御バルブを開いて、前記エッチングガス源からエッチングガスを前記プラズマ処理チャンバに供給するコンピュータによって読み取り可能なコード、および前記少なくとも１つの電極に電力を供給して、前記少なくとも１つのエッチングステップのあいだ前記基板上に２５０ボルトより大きいバイアスを供給するコンピュータによって読み取り可能なコードを含む。
【００２６】
本発明の他の実施形態において、デュアルダマシンフィーチャを形成する方法が提供される。エッチング層内にビアが形成される。前記エッチング層上にトレンチパターン付きマスクが提供される。トレンチがエッチングされ、前記トレンチを前記エッチングすることは、前記ビアの前記側壁上に保護側壁を形成すること、および前記トレンチパターン付きマスクを通してエッチングすることのサイクルを含む。それから前記マスクが剥離される。
【００２７】
エッチングマスク下の層をエッチングする装置であって、前記層は基板によって支持される装置が提供される。プラズマ処理チャンバであって、プラズマ処理チャンバ容器を形成するチャンバ壁、前記プラズマ処理チャンバ容器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容器内の圧力を制御する圧力レギュレータ、プラズマを維持するために電力を前記プラズマ処理チャンバ容器に供給する少なくとも１つの電極、前記プラズマ処理チャンバ容器へガスを供給するガス入り口、および前記プラズマ処理チャンバ容器からガスを排気するガス出口を備えるプラズマ処理チャンバが提供される。堆積ガス源、およびエッチング剤ガス源が提供される。第１制御バルブは、前記プラズマ処理チャンバの前記ガス入り口および前記堆積ガス源間で流体的に接続される。第２制御バルブは、前記プラズマ処理チャンバの前記ガス入り口および前記エッチング剤ガス源間で流体的に接続される。コントローラは、前記第１制御バルブ、前記第２制御バルブ、および前記少なくとも１つの電極に制御可能に接続される。このコントローラは、少なくとも１つのプロセッサ、およびコンピュータで読み取り可能な媒体を備える。コンピュータで読み取り可能な媒体は、少なくとも１つの堆積ステップのあいだ前記第１制御バルブを開いて、前記堆積ガス源から堆積ガスを前記プラズマ処理チャンバ容器に供給するコンピュータによって読み取り可能なコード、前記少なくとも１つの堆積ステップのあいだ前記第２制御バルブを閉じて、前記エッチング剤ガス源からエッチングガスが前記プラズマ処理チャンバ容器に入ることを防ぐコンピュータによって読み取り可能なコード、および少なくとも１つのエッチングステップのあいだ前記第２制御バルブを開いて、前記エッチングガス源からエッチングガスを前記プラズマ処理チャンバに供給するコンピュータによって読み取り可能なコードを含む。
【００２８】
本発明のこれらおよび他の特徴は、本発明の詳細な説明において以下の図と併せて以下により詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、限定ではなく例示によって添付の図面の図中で示され、これらにおいて同様の参照番号は同様の要素を示す。
【００３０】
本発明は、添付図面に示されるそのいくつかの好ましい実施形態を参照して詳細に説明される。以下の説明では多くの具体的な詳細が述べられるが、これは本発明を完全に理解するためである。しかし本発明はこれら具体的な詳細の一部または全てがなくても実施されえることが当業者には明らかだろう。あるいは、本発明の趣旨を不必要にぼかさないために、よく知られたプロセスステップおよび／または構成は記載されていない。
【００３１】
本発明は、in-site保護膜形成プロセスがエッチングプロセスと結合され統合されることによって、簡単さおよび費用効果性を不当に犠牲にすることなく全体的なエッチングパフォーマンスが向上される新しいエッチング方法である。
【００３２】
この新しい方法において、エッチング進行中に、エッチングフィーチャ（etching features）の垂直側壁と共にフォトレジストマスクを向上および／または修復するためにin-siteプラズマ化学プロセスが用いられる。この新しいエッチングシーケンスのあいだ、ウェーハがエッチングプラズマに所望の期間、曝露される前および／または後に、プラズマ化学プロセスステップが短い期間だけ開始される。プラズマ保護膜形成プロセス（plasma passivation process）は、後のエッチングエロージョンからマスクを保護するためにマスクパターン上に材料コーティングの薄膜が形成されるように選択される。好ましくは、この薄膜コーティングは、最終的には除去が簡単で、しかしマスク材料よりはエッチング耐性が高いよう、後のストリッピングプロセスと互換性がある材料である。例えば、他の要素を非常に少ししか含まないか、全く含まないカーボンリッチな（carbon-rich）薄膜がフォトレジストマスクをコーティングするのに用いられえ、その結果、保護されたマスクフィーチャは後続のエッチングプロセスによって簡単にはエロージョンされない。換言すれば、それは、マスクがアモルファスカーボンハードマスクのある種の有益なエッチング特性を有する疑似ハードマスクのように振る舞うように、マスクパターンの表面組成を変化させる。あるいは保護膜形成プロセスは、マスクパターン上の薄膜コーティングの形成が、それ以前のエッチングプロセスによって損傷を受けた／エロージョンされたマスクパターンを大部分、補償および／または修復するように用いられえる。コーティングが後続のエッチング反応に対し相対的に不活性であることは、エッチングステップで得られた微妙なバランスを変えないようにするために有益である。
【００３３】
エッチングガス混合物は、エッチング剤種（etchant species）および少なくとも１つの表面保護種（passivation species）を含み、それによりエッチング化学作用中の表面不活性化ガス（passivation gas）に関連付けられた利点を失わないようにする。エッチング要素の表面保護要素に対する比は、複数の他の処理条件と併せて、細かくバランスがとられることによって、フォトレジスト選択性、エッチング異方性およびエッチングレートなどのような最適な処理結果を得る。電気的放電電力は高く維持され、帯電粒子のエネルギーも高く維持されることによって、小さな寸法の構造における高いエッチングレートおよび良好なエッチング異方性を得る。表面保護およびエッチングシーケンスは、こうである必要はないが、エッチングの工程が完了するまで反復され調節されえる。
【００３４】
理解を促すために、図３は、本発明の実施形態のフローチャートである。フォトレジストマスクがエッチングされるべきレイヤ上に設けられる（ステップ３０４）。図４Ａ〜Ｆは、このプロセスの概略図である。図４Ａは、フォトレジストマスク４０４を示し、これはエッチングされるべき酸化物層４０８上に設けられており、この酸化物層は基板上にある。この基板は、プロセスチャンバ中に置かれる（ステップ３０６）。
【００３５】
図５は、本発明の好ましい実施形態において用いられえるプロセスチャンバ５００の概略図である。この実施形態において、プラズマ処理チャンバ５００は、閉じ込めリング５０２、上部電極５０４、下部電極５０８、ガス源５１０、および排気ポンプ５２０を備える。ガス源５１０は、表面不活性化ガス源（passivation gas source）５１２、エッチング剤ガス源（etchant gas source）５１４、および追加ガス源５１６を備える。プラズマ処理チャンバ５００内では、酸化物層が堆積される基板ウェーハ５８０は、下部電極５０８上に配置される。下部電極５０８は、基板ウェーハ５８０を保持する適切なチャッキングメカニズム（例えば静電、機械的クランピングなど）を含みえる。反応器上部５２８は、下部電極５０８のすぐ反対に配置された上部電極５０４を含む。上部電極５０４、下部電極５０８、および閉じ込めリング５０２は、閉じ込めプラズマ容積（confined plasma volume）５４０を規定する。ガスは、ガス源５１０によってガス入り口５４３を通してこの閉じ込めプラズマ容積に供給され、排気ポンプ５２０によって閉じ込めリング５０２および排気口を通して閉じ込めプラズマ容積から排気される。排気ポンプ５２０は、プラズマ処理チャンバのためのガス出口を形成する。第１ＲＦ源５４４は、電気的に上部電極５０４に接続される。第２ＲＦ源５４８は、電気的に下部電極５０８に接続される。チャンバ壁５２２は、その中に閉じ込めリング５０２、上部電極５０４、および下部電極５０８が配置されるプラズマ格納容器（plasma enclosure）を規定する。第１ＲＦ源５４４および第２ＲＦ源５４８は、２７ＭＨｚ電源および２ＭＨｚ電源を備えうる。ＲＦ電源を電極に接続する異なる組み合わせが可能である。カリフォルニア州、FremontのLAM Research Corporation（商標）によって作られた改変されたExelan 2300 DFC（デュアル周波数閉じ込め）が本発明の好ましい実施形態において用いられえる。コントローラ５３５は、第１ＲＦ源５４４、第２ＲＦ源５４８、排気ポンプ５２０、堆積ガス源５１２に接続された第１制御バルブ５３７、エッチングガス源５１４に接続された第２制御バルブ５３９、および追加ガス源５１６に接続された第３制御バルブ５４１に制御可能に接続される。ガス入り口５４３は、ガス源５１２、５１４、５１６からガスをプラズマ処理筐体内へ供給する。シャワーヘッドがガス入り口５４３に接続されえる。ガス入り口５４３は、それぞれのガス源について単一の入り口でありえ、またはそれぞれのガス源について異なる入り口でありえ、またはそれぞれのガス源について複数の入り口でありえ、または他の可能な組み合わせでありえる。
【００３６】
図４Ｂに示されるように保護層４１２は、フォトレジストマスク４０４上に形成される（ステップ３０８）。堆積は、堆積量がマスキング材料上に優先的に多く形成されるように、非対称であることが好ましい。このようなプロセスは、選択されたＣＶＤプロセスの選択的な性質によるのと共に、その位置の堆積源への透視線（line-of-sight）によって助けられる。換言すれば、堆積化学反応は、その材料の化学的不活性さの差異のためにマスキング材料上に優先的にコーティングが形成されるように選択される。図４Ｂに見られるように、フォトレジストマスクの底部の酸化物表面上、およびフォトレジストマスクの側壁上よりも、より厚い保護層４１２がフォトレジストマスク４０４の上部の上には形成される。好ましい実施形態において、堆積は、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを用いてエッチングチャンバ内でin-siteでなされ、これは薄膜保護層をフォトレジストの側壁上に堆積もする。好ましくは堆積は、このような堆積の選択性を実現するためにある程度のイオンエネルギーを利用する。
【００３７】
他の実施形態において、処理条件は、保護層の厚さおよび空間的分布を変えるために変更されえる。例えば、後続のエッチングによってさらなる歪みからエッチング構造を保護するために、エッチングが進行するに従い、より厚いコーティングをエッチング構造の側壁上に形成することが望ましいかもしれない。処理条件のバリエーションがこれを提供しえる。保護膜形成（passivation）およびエッチングは別個のステップであるので、保護膜形成のための処理条件は、エッチング処理に影響を与えることなく、この結果のために最適化されえる。
【００３８】
堆積のあいだ、堆積ガスのフッ素対炭素の比は、２：１より大きくはない。ＣＶＤに用いられえる堆積化学物質の例は、以下に限定されないが、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｈ5Ｆ、Ｃ3Ｈ7Ｆ、Ｃ2Ｈ3Ｆ、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ2Ｈ2、Ｃ3Ｈ8、およびＳｉＨ4、Ｓｉ（ＣＨ3）4、Ｓｉ（Ｃ2Ｈ5）4でありえる。これら化学物質は、ハロゲンがないか、またはハロゲン対炭素の比が２：１より大きくはないことが好ましい。理論によって限定されることなく、炭素ベースの化学物質は、薄いエッチング耐性アモルファス炭素層を形成すると信じられる。シランＳｉＨ4は、アモルファスシリコン層（またはポリアモルファスシリコン（polyamorphous silicon））をフォトレジスト上に形成するために用いられえる。加えて、保護層は、ＦおよびＨ成分がある程度存在することで変更されたかもしれない。Ｆのような他の成分の存在は、異なる材料表面上に選択的活性（selective activity）を生むことによって、適切なイオン衝突の下、フォトレジストマスク材料上に起こり、ＳｉＯ2層には起こらないような、堆積が優先的にある材料上に起こり、他の材料上には起こらないようするために用いられえる。薄さおよびエッチング耐性は、フォトレジストエッチングまたは損傷に耐えるだけ十分な、かつ所望のフィーチャ形状のエッチングを可能にするのに十分な保護を与える。エッチングする前に保護層をフォトレジストマスク上に堆積するためにスパッタリングのような他の方法が用いられえる。保護膜形成ステップは、エッチング処理における独立したステップであり、これは異なる材料の異なるエッチング応用例のための堆積ガスの異なる組み合わせを含みえ、ここでこの堆積は、可能なマルチステップガススイッチングシーケンスを用いて、マスキングフィーチャを含むエッチングフィーチャの周りに保護コーティングを提供する。このステップを達成するために、コントローラ５３５は、第１バルブ５３７が堆積ガスを堆積ガス源５１２から処理チャンバ５００へ導くようにさせえ、一方、第２バルブ５３９がエッチング剤ガス源５１４からのエッチングガスが処理チャンバに入ることを防ぐようにさせえる。コントローラ５３５は、第１および第２ＲＦ源５４４、５４８および排気ポンプ５２０によって供給される電力も制御しえる。このコントローラはまた、ウェーハ圧力、バックサイドＨｅ冷却圧力、基板上のバイアス、およびさまざまな温度を制御するのにも用いられえる。
【００３９】
表Ｉは、本発明の好ましい実施形態における保護膜形成およびエッチングステップにおいて用いられえるパラメータのいくつかの表である。
【表１】
2006514783.tif 000003
このバイアスは、基板の上の上部電極、および基板の下の下部電極の間に一定電圧を与えることによって提供されえる。好ましい実施形態において、ＲＦ電力発生器によって供給される無線周波数（ＲＦ）電圧を印加することによってウェーハ材料を保持する基板上に電気的陰性が形成されえる（それによりバイアスをウェーハに供給する）。これは、ＲＦ電圧の振幅によって制御される電気的陰性によって決定されるエネルギーにおいて、正に帯電した粒子を電気的にバイアスされた基板へ向けて引く効果を有する。したがって基板ホルダーに印加されるＲＦ電力（よってＲＦ電圧）を制御することによってイオン衝突エネルギーを供給および変更することが可能である。
【００４０】
図４Ｃに示されるように、次に酸化物層４０８は、フィーチャ４１６を形成するために、フォトレジストマスク４０４を通してエッチングされる。エッチング応用例は、以下に限定されないが、誘電体コンタクトエッチング（高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）またはダマシン）、コンダクタトレンチエッチング（シャローまたはディープ）、セルフアラインコンタクトエッチング、ゲートマスクオープンエッチング、コンタクトエッチング、ビア誘電体エッチング、デュアルダマシンビアエッチング、デュアルダマシントレンチエッチング、コンダクタゲートエッチング、コンダクタディープトレンチエッチング、コンダクタシャロートレンチエッチング、およびハードマスクオープニングを含みえる。好ましくは、このエッチングは、高イオンエネルギーを用いて方向性エッチングを行う。このエッチングは、示されるように保護層４１２の一部を除去しえる。表面の一部上の全ての保護層が除去されえる。この例では、フォトレジスト４０４上の側壁を形成する保護層が除去されている。保護層の他の部分は、部分的に除去されるのみでありえる。この例では、フォトレジスト４０４の上部表面上の保護層４１２の一部だけが除去されている。他の実施形態において、保護層の他の部分が部分的にエッチングされ除去されえ、または完全にエッチングされて除去されえる。このステップを実現するために、コントローラ５３５は、第１バルブ５３７によって、堆積ガス源５１２から処理チャンバ５００内への堆積ガスの流れを止めるようにし、一方、第２バルブ５３９によってエッチング剤ガス源５１４から処理チャンバ内へエッチングガスが流れることを可能にする。コントローラ５３５は、第１および第２ＲＦ源５４４、５４８によって供給される電力を変化させえ、このエッチングを実現するために排気ポンプ５２０の設定を変化させえる。またこのコントローラは、ウェーハ圧力、バックサイド圧力、およびさまざまな温度を変えることによってこのエッチングプロセスを実現しえる。このエッチングステップは、高エネルギーイオンを用いて方向性エッチングを提供するので、ポリマーフォーマーガス（polymer former gas）がエッチングのあいだ供給される。このポリマーフォーマーガスは、例えば、炭化水素、フッ化炭素、およびＣ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、ＣＨ3Ｆ、ＣＨ2Ｆ2、ＣＨ4、Ｃ3Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、およびＣＨＦ3のようなフルオロ置換炭化水素でありえる。これらポリマーフォーマーガスは、エッチングのあいだ常に追加され、エッチングで除去されるポリマー層を形成する。
【００４１】
表ＩＩは、本発明の好ましい実施形態におけるエッチングプロセスにおいて用いられえるパラメータのいくつかの表である。
【表２】
2006514783.tif 000004
【００４２】
コンタクトホールが少なくとも部分的にエッチングされた後、さらにエッチングすべきかについて決定がなされる（ステップ３１６）。これは、セットレシピによって、または計測を行うことによってなされえる。さらなるエッチングが望まれるなら、図４Ｄに示されるように、プロセスはステップ３０８に戻り、ここで追加の保護層４１８がフォトレジストマスク上に堆積される。この例では、古い保護層の残りの部分が新しい保護層４１８の一部となる。このステップにおいて再びコントローラ５３５が第１制御バルブ５３７を開けて、堆積ガスを供給し、第２制御バルブ５３９を閉めてエッチングガスの流れを止める。コントローラ５３５は、また他のパラメータを変えて堆積を実現しえる。
【００４３】
コンタクトホールがフォトレジストマスクを通してそれからさらにエッチングされ（ステップ３１２）、より深いコンタクトホール４１６を図４Ｅに示すように提供する。このステップにおいて、再びコントローラ５３５は第１制御バルブ５３７を閉じて堆積ガスを止め、第２制御バルブ５３９を開けてエッチングガスの流れを許す。コントローラ５３５はまた他のパラメータを変えてエッチングを実現しえる。
【００４４】
好ましくは、交互の堆積およびエッチングステップを提供するこのサイクルつまりループは、１回よりも多い回数反復される。好ましくはこのサイクルは、３回より多い回数反復される。好ましくはこのサイクルは、少なくとも５回反復される。このサイクルは、数十回反復されえる。このサイクルを１００回反復することが望ましいかもしれない。
【００４５】
好ましくは、少なくとも最後のサイクルにおいて、エッチングステップは、図４Ｅに示されるように保護層を完全にエッチングして除去する。さらなるエッチングが望まれないとき、フォトレジストマスクが剥離され（ステップ３２０）、コンタクトホール４１６を持つ酸化物層４０８が図４Ｆに示されるように生じる。フォトレジストマスクは、処理チャンバ５００内で剥離されえ、または処理チャンバ５００から取り出された後に剥離されえる。
【００４６】
他の実施形態において、エッチングステップは、保護層をフォトレジストマスク上に堆積するステップ３０８の前に追加されえる。
【００４７】
好ましくは保護層のエッチングおよび堆積は、同じチャンバ内でなされるが、異なるチャンバ内でなされてもよい。カリフォルニア州、FremontのLAM Research Corp.によって作られたExelan、DFC 2300が堆積およびエッチングステップの両方を実行するために適用されえる。堆積およびエッチングが同じチャンバ内でなされるので、堆積およびエッチング間のサイクリングは迅速になされえる。
【００４８】
フォトレジストマスクのための材料の例は、以下に限定されないが、ディープＵＶフォトレジスト、１９３ｎｍフォトレジスト、１５７ｎｍフォトレジスト、ＥＵＶフォトレジスト、ｅビームフォトレジスト、およびｘ線フォトレジストのようなフォトレジストの新世代を含みえる。フォトレジストポリマー材料の旧世代は、Ｃ−Ｃ二重結合およびＣ−Ｃ三重結合のような不飽和Ｃ−Ｃ結合を含むことによって、要求された高エッチング耐性、すなわちエッチングガス混合物に対する化学的不活性を提供するよう設計される。これら結合は強く、切るために高活性化エネルギーを必要とし、したがって比較的低いイオンエネルギーにおいては旧世代のフォトレジストはエッチングガス混合物に対し非常に低いエッチングレートを示しえる。１９３ｎｍおよび１５７ｎｍを含むフォトレジストの新世代はこれら不飽和結合を含まないが、それはこれらの不飽和結合がリソグラフィ露光波長において吸収し、ずっと低いフォトレジストエッチング耐性につながるからである。少なくとも１つの保護膜形成ガスを含むエッチング混合物を用いて、エッチングフェーズのあいだにフォトレジスト上に保護コーティングを提供することによって、フォトレジストのエッチング耐性はずっと改善され、高イオン衝突エネルギーにおいてさえそうである。本発明がフォトレジストのエッチング耐性を改善しえる高イオン衝突エネルギーは、５０〜２，０００ｅＶでありえる。より好ましくは、イオン衝突エネルギーは、２００〜１，５００ｅＶでありえる。最も好ましくは、イオン衝突エネルギーは、５００〜１，０００ｅＶでありえる。
【００４９】
ビアエッチング例
【００５０】
ＳｉＯ2層を１９３フォトレジストマスクおよびこのＳｉＯ2層およびフォトレジストマスクの間の底部反射防止膜コーティング（ＢＡＲＣ）でエッチングする本発明の具体的な例は、処理チャンバ５００としてExelan DFC 2300を用いる。この処理チャンバ５００において、ＢＡＲＣエッチングが実行される。ＢＡＲＣエッチングは、１１０ミリトールの圧力を有し、これは閉じ込めリング５０２、排気ポンプ５２０およびガス入り口５４３を通したフローレートによって設定されえる。電極５０４、５０８を通した２７ＭＨｚにおいて供給される電力は１２００ワットであり、２ＭＨｚにおける電力はない。エッチング化合物は、アルゴン７００ｓｃｃｍ、ＣＦ4６０ｓｃｃｍ、およびＯ2１２ｓｃｃｍである。上部電極５０４は、１８０℃の温度に設定される。下部電極５０８によって形成されるチャックは、１０℃の温度に設定される。ヘリウムのバックサイド内側ゾーンチャック圧力は１５トールに設定される。バックサイド外側ゾーンチャック圧力は１５トールに設定される。この例では、ＢＡＲＣエッチングは、５０秒間維持される。コントローラ５３５は、これらパラメータを制御する。追加ガス源５１６は、ＢＡＲＣエッチングのためのガスを提供するのに用いられえる。追加ガス源５１６は、１つのガス源より多くを表しえる。第３バルブ５４１は、１つのバルブより多くを表しえ、それにより追加ガスがコントローラ５３５によって独立して制御されえる。Exelan DFC 2300については、ヘリウムのバックサイド圧力は、チャックを冷却するのに用いられる。Exelan DFC 2300は、チャックの中心に近い内側バックサイド圧力、およびチャックの外側エッジに近い外側バックサイド圧力を可能にする。コントローラ５３５は、これら圧力を制御することができる。
【００５１】
保護層の堆積は、Exelan DFC 2300中で５０ミリトールの圧力、２７ＭＨｚにおいて印加される８００ワットおよび２ＭＨｚにおいて印加される４００ワットにおいて実行される。堆積化合物は、アルゴン５００ｓｃｃｍ、およびＣＨ3Ｆ５０ｓｃｃｍである。上部電極は、１８０℃の温度に設定される。チャックは１０℃の温度に設定される。ヘリウムのバックサイド内側ゾーンチャック圧力は３０トールに設定される。バックサイド外側ゾーンチャック圧力は１２トールに設定される。この例では堆積ガス源５１２は、ＣＨ3Ｆを供給し、これはエッチングのあいだには提供されない。アルゴンは、追加ガス源５１６から提供されえるが、アルゴンは堆積およびエッチングの両方のあいだに提供されるからである。コントローラ５３５は、第１バルブ５３７を開き、第２バルブ５３９を閉じる。コントローラはまた、追加ガス源からのアルゴンの流れを制御する。コントローラ５３５は、電力および他のパラメータを上述のように制御する。
【００５２】
ＳｉＯ2層のエッチングは、Exelan DFC 2300中で４０ミリトールの圧力、２７ＭＨｚにおいて印加される２５００ワットおよび２ＭＨｚにおいて印加される３５００ワットにおいて実行される。エッチング化合物は、アルゴン４００ｓｃｃｍ、Ｃ4Ｆ6３６ｓｃｃｍ、およびＯ2３０ｓｃｃｍである。Ｃ4Ｆ6は、ポリマーフォーマーガスであり、これは重合反応をエッチングのあいだに行う。Ｏ2は、エッチングイネーブラーガス（etching enabler gas）である。Ｃ4Ｆ6からのフッ素がエッチング中に用いられるが、フッ素はこの例ではエッチングを可能にするために酸素の存在を必要とする。上部電極は、１８０℃の温度に設定される。チャックは１０℃の温度に設定される。ヘリウムのバックサイド内側ゾーンチャック圧力は３０トールに設定される。バックサイド外側ゾーンチャック圧力は１２トールに設定される。この例ではエッチング剤ガス源５１４は、Ｃ4Ｆ6およびＯ2を供給し、酸素なしでＣ4Ｆ6は堆積中に用いられえるが、これは堆積のあいだには提供されない。コントローラ５３５は、第１バルブ５３７を閉じ、第２バルブ５３９を開く。コントローラはまた、追加ガス源からのアルゴンの流れを制御する。コントローラ５３５は、電力および他のパラメータを上述のように制御する。
【００５３】
この例において、まずＢＡＲＣエッチングが５０秒間実行される。次に保護層の堆積（ステップ３０８）が１０秒間実行される。次に、コンタクトホールが２５秒間エッチングされる（ステップ３１２）。それから保護層の堆積が１０秒間実行される（ステップ３０８）。フィーチャのエッチングが２５秒間（ステップ３１２）および保護層の堆積が１０秒間（ステップ３０８）が４回反復される。フィーチャの最後のエッチングが８０秒間（ステップ３１２）実行される。サイクルは完了し（ステップ３１６）、フォトレジストが剥離される（ステップ３２０）。したがってこの例では、堆積（ステップ３０８）およびエッチング（ステップ３１２）サイクルは、５サイクル実行される。
【００５４】
この同じシーケンスの他の記述は以下のように書ける。すなわち、５０秒ＢＡＲＣエッチング＋１０秒堆積＋４×（２５秒エッチング＋１０秒堆積）＋８０秒エッチングである。
【００５５】
この例では、保護層は好ましくは、マスクおよびフィーチャの側壁上に形成され、それにより保護層が、フィーチャの底部上よりもマスクおよびフィーチャの側壁上ではより厚くなるか、またはフィーチャの底部においては保護層が全く形成されない。
【００５６】
より具体的に条件をプロセスに適合させるためにサイクル間で異なる条件が用いられえる。追加のプロセスがそれぞれのサイクルに付加されえる。この例では処理チャンバは、Exelan DFC 2300であるが、他の変更されたエッチングシステムも用いられえる。
【００５７】
図６は、ＳｉＯ2層６０４の顕微鏡写真であり、これは、保護層およびエッチングプロセスの本発明の堆積を用いて、１９３フォトレジストマスクでマスキングされて高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）エッチング６０８を形成した。図７は、ＳｉＯ2層７０４の顕微鏡写真であり、これは、保護層およびエッチングプロセスの本発明の堆積を用いることなく、１９３フォトレジストマスクでマスキングされて高アスペクト比コンタクト（ＨＡＲＣ）エッチング７０８を形成した。図６および図７を比較することによってわかるように、堆積およびエッチングの本発明のプロセスは、コンタクトがより円形である、フォトレジストマスクからの所望のパターン転写を提供する（オリジナルのマスクパターンは、円形ホールのアレイである）。一方、フォトレジストのための保護層の堆積なしでエッチングする従来技術の方法は、オリジナルパターンの歪みを生じ、これは、コンタクトホールのより不規則な形状によって示されるように誘電体層において明らかであり、これは許容できない。フォトレジストおよびフィーチャの側壁上の保護層はまた、ある種のエッチングプロセスで見られるストリエーションを防ぎえる。
【００５８】
本発明は、スタックされたマスクの使用よりもよりコスト効果の高いプロセスを提供するが、これはスタックされたフォトレジストマスクの作成がより複雑だからである。本発明はまた、スタックされたマスクプロセスよりもよりよいエッチング結果をより安価に提供しえる。
【００５９】
エッチングされるべき層は、誘電体層（シリコン酸化物のような）、導電層（金属およびシリコンまたは他のタイプの半導体のような）、またはハードマスク層（窒化シリコンおよび酸窒化シリコン）でありえる。導電層をエッチングするには、塩素、フッ素、または臭素のようなハロゲンがエッチングステップにおいて用いられえ、ここで堆積は、Ｃが豊富な薄膜またはＳｉを含む薄膜を堆積するのに用いられる化学物質を含みえる。
【００６０】
本発明の好ましい実施形態において、堆積ガスの成分の一部は、エッチングガスの成分と混ぜられないことが望ましいが、これは混合されることが、別個の堆積およびエッチングプロセスを有する効率を低下させるからである。その結果、コントローラは、ガスフローの時間を計ることによって、一つのガスが除去されてから他のガスが追加されるようにしなければならない。
【００６１】
好ましい実施形態において、エッチングガス源からのエッチング剤ガスは、堆積ステップ中にはプラズマ処理チャンバには供給されず、堆積ガス源からの堆積ガスは、エッチングステップ中にはプラズマ処理チャンバには供給されない。これは、エッチングガスまたは堆積ガスの成分を供給しないことによってなされえる。例えば、酸素または酸素を含むガスは、エッチングガスの重要なエッチング成分である。Ｃ4Ｆ6もエッチング剤ガス中で用いられるが、エッチングは、この例では酸素なしではＣ4Ｆ6によっては達成されえない。よってＣ4Ｆ6が堆積中に供給されるとしても、酸素または酸素を含むガスを堆積ステップ中に供給しないことは、堆積ステップ中にエッチングガスを提供しない方法である。保護層コーティングを形成する堆積プロセスが、非エッチングであるか、または多くとも無視できるくらいのエッチングに過ぎない（１０％未満の層しかエッチングされない）こともまた好ましい。このような堆積プロセスは、以下に限定されないが、ＣＶＤ堆積またはスパッタリングでありえ、ＣＶＤおよびスパッタリングはエッチングのために用いられないからである。もし堆積ガスがエッチングステップのポリマーフォーマーと同じであるなら、堆積ガスはエッチングステップ中で供給されえる。このような場合、堆積ステップおよびエッチングステップの一つの差は、エッチングガスのエッチング成分は、エッチングステップのあいだしか存在しないことである。加えて、エッチングステップのあいだのバイアス電力は、方向性エッチングを提供するためにより高くなりえる。
【００６２】
別個の堆積ステップを与えること、およびエッチングステップ中に重合反応を与えるためにポリマーフォーマーが存在することは、より高いエッチングレートおよびより良い異方性エッチングのために、より高いエネルギーのエッチングイオンの使用を可能にする。
【００６３】
保護膜形成ガスをエッチング混合物中に維持することによって、エッチングマスクの許容できないエロージョンおよび損傷なしに、より高いイオンエネルギーを用いることが可能である。さらにエッチングステップの期間のあいだに異方性エッチングが達成されえる。別個の保護膜形成ステップを用いることによって、例えば、エッチング混合物によって作られるものよりもより堅く、より耐久性のあるコーティングを形成する保護膜形成化学混合物を選択することによって、プロファイルおよびマスク保護が最適化されえるが、これは、放電中のエッチングおよび抑制ガスの相互作用は、コーティングの品質を低下しえるからである。さらに圧力および濃度のような保護膜形成化学条件は、組成、厚さのような保護コーティングの特性を最適化するように調整されえる。
【００６４】
したがって独立した保護膜形成およびエッチング−保護膜形成ステップを持つことによって、温度、電力、圧力、イオンエネルギー、および処理ガスのような処理条件は、最適化されたコーティングおよび最適化されたエッチングを提供するため、それぞれのステップのために最適化された条件を提供するよう独立に制御されえる。
【００６５】
アルゴンの代わりに他の不活性ガスが、エッチングおよび堆積の両方のあいだにキャリヤガスとして用いられえる。他の不活性ガスの例はネオンである。
【００６６】
本発明の実施形態において、プラズマ（電気放電によって保持される化学物質および帯電粒子）に接触しえるチャンバ壁領域は、なるべく小さくされ、高い温度において維持される。この目的は、チャンバ壁領域上での総堆積を最小化することによって、ある処理ステップ中で形成されたチャンバ壁領域のコーティング中に含まれる化学要素が放出されて後続のステップに影響を与える、いわゆる「メモリ」効果を防ぐことである。
【００６７】
前駆源（precursor source）から処理チャンバへのガス移動時間は非常に短いことが望ましい。一定の所望のフローを確立する時間およびそのガスが処理チャンバにおいて完全に存在しなくなるのを確立する時間を示すガスフロー安定時間は、非常に短くされ、それによってある安定したガス混合物組成から、次のものへの遷移が非常に高速にされえる。これの目的は、パフォーマンスを低下しえる、２つの異なるステップ間の化学物質の相互混合を防ぐことにある。
【００６８】
電力の電気放電への変換を制御する電気システムおよび制御ネットワークは、放電条件および電力要件の変化に対して非常に高速に反応することがまた望ましい。さらに、ガス混合物の圧力およびウェーハ基板の温度のような処理チャンバの他のｔ外部条件を迅速に変化および安定化させることができることが望ましいかもしれない。２つの異なるステップが何回も反復されえるので、それぞれのステップを受け入れるプロセス条件は何回か変えられなければならない。そのようなプロセス条件が迅速に変えられることを可能にすることは、より速いサイクル時間を可能にし、それぞれのステップを個別に最適化するためにプロセス条件がステップ間で大きく変化されることを可能にする。したがって、処理条件の高速な変化を制御およびシンクロできる中央コンピュータ化されたシステムを持つのが望ましいかもしれない。このコンピュータは、要求された変化のためのコマンドを送り、処理チャンバ内の複数の条件変化を与えるさまざまな装置の予め決められた時間遅延とシンクロするよう用いられる。
【００６９】
堆積ステップは、一連の異なるコーティングステップ群を備えうる。エッチングステップは、一連の異なるエッチングステップ群を備えうる。
【００７０】
トレンチエッチング例
【００７１】
図１３は、ビアファーストスキームを用いたデュアルダマシンフィーチャを形成する例の高レベルフローチャートである。まず複数のビアが形成される（ステップ１３０４）。このビアは、前述の例で記載された方法を用いて形成されえる。図１４Ａは、基板１４１０の一部の断面図であり、この上にトレンチパターンマスク１４２８が形成されている。第１コンタクト１４０４および第２コンタクト１４０６は、基板１４１０上の低ｋ誘電体層１４０８中に配置される。以下に限定されないが典型的には窒化シリコンまたは炭化シリコンである誘電体バリア層１４１２が、銅拡散を防ぐために第１および第２コンタクト１４０４、１４０６上に配置されえる。低ｋ誘電体層１４２０は、バリア層１４１２上に配置された。第１ビア１４４０および第２ビア１４４４は、低ｋ誘電体層１４２０中へとエッチングされている。部分プラグ１４４８がビアの底部において形成されえる（ステップ１３０８）。これはオプションのステップである。ある実施形態においては、この部分プラグを形成するステップは省略されえる。トレンチパターン付きマスク１４２８が基板上に形成される（ステップ１３１２）。
【００７２】
低ｋ誘電体層１４２０は、トレンチエッチングサイクル１３１４を経る。トレンチエッチングサイクル１３１４は、プラズマ堆積でビアの側壁上に保護層を堆積するステップ（ステップ１３１６）、およびマスクを通してエッチングするステップ（ステップ１３１２）を備える。このサイクルは、エッチングの最後（ステップ１３２４）まで反復される。好ましい実施形態において、トレンチエッチングサイクルは、少なくとも１回反復される。より好ましくはトレンチエッチングサイクルは、少なくとも３回反復される。最も好ましくはトレンチエッチングサイクルは、少なくとも５回反復される。より多い回数のサイクルは、それぞれのサイクルについてより薄い側壁が与えられることを可能にし、フェンシング低下および低減されたファセッティングを可能にする。図１４Ｂは、保護層１４５２が堆積された後の基板１４１０の一部の断面図である。好ましくは保護層の堆積は、等方性見通し線プラズマ堆積（isotropic line-of-sight plasma deposition）であり、この実施形態においてはより厚い層をマスクの上部表面上に形成し、ビアの側壁上にはより薄い層を形成する。最も好ましくは、堆積は表面反応タイプであり、この場合、堆積された保護層はコンフォーマルであり、すなわち側壁表面と同様、上部にも等しい厚さを有する。好ましくは、堆積プロセスはまた、イオンアシストされたエッチングまたはスパッタリングのような方向性除去メカニズムを含み、その堆積プロセスを適用する実質的な効果は、保護コーティングを垂直な側壁表面上に生じ、トレンチエッチングプロセスの進行を妨げえる堆積をわずかしか水平表面上に生じないか、または堆積を全く生じない。堆積プロセスはまた十分に高いイオンエネルギーを持つことによって、選択的側壁保護を実現し、すなわち保護コーティングが垂直プロファイル側壁上にしか形成せず、エッチングされるべき誘電体層の水平エッチング前面表面には形成しないことがしたがって好ましい。保護コーティングは、マスクパターンの水平上部表面上に形成されえるが、これは化学物質が注意深く選択されて、誘電体層に対して反応性があるが、マスク層に対しては反応性を持たないからである。図１４Ｃは、マスクを通したトレンチのエッチングステップ（ステップ１３２０）の後の基板１４１０の一部の断面図である。ビア側壁の一部または全てがエッチングで除去されている。好ましい実施形態においては、エッチングは高イオンエネルギー方向性異方性エッチングである。
【００７３】
トレンチが部分的にエッチングされた後、もしエッチングが続くべきである（ステップ１３２４）なら、プロセスサイクルは、ステップ１３１６に戻り、ここで他の保護層１４６０が堆積され、図１４Ｄに示されるようにこれは再びビア中に保護側壁を形成する。トレンチのさらなるエッチングが実行され（ステップ１３２０）、図１４Ｅに示されるようにトレンチ１４５６がさらに深くされる。このサイクルは、トレンチが所望の深さまでエッチングされるまで継続される（ステップ１３２４）。それから残りの保護層およびマスクが剥離される（ステップ１３２８）。
【００７４】
この実施形態は、ファセッティングを防ぐ側壁保護を提供する。ファセッティングを防ぐための高いプラグに対する必要性はなくなりえる。より短いプラグは、バリア層の開口を防ぐために用いられえる。しかし実施形態によっては全てのプラグを省略しえる。
【００７５】
レシピ
【００７６】
本発明の具体的な例では、Coral（商標）層がエッチングされることによって、ビアファースト法（via first method）を用いてデュアルダマシンフィーチャを形成する。ビアは、まずCoral内へエッチングされる（ステップ１３０４）。この例では、部分的なプラグは形成されない。フォトレジストトレンチパターンマスクがCoral層上に形成される（ステップ１３１２）。反射防止層または他の層がCoral層およびフォトレジストマスクの間に配置されえる。このような場合、それら中間層を開けるためにさまざまなエッチングステップが追加されえる。
【００７７】
ビアの側壁上への保護層の堆積（ステップ１３１６）は、Exelan DFC 2300内で、８０ミリトールの圧力において、２７ＭＨｚにおいて印加される４００ワットおよび２ＭＨｚにおいて印加される０ワットにおいて実行される。堆積化合物は、アルゴン６００ｓｃｃｍ、Ｈ2８０ｓｃｃｍ、およびＣＦ4６０ｓｃｃｍである。上部電極は、２５℃の温度に設定される。チャックは２０℃の温度に設定される。ヘリウムのバックサイド内側ゾーンチャック圧力は１５トールに設定される。バックサイド外側ゾーンチャック圧力は１５トールに設定される。このステップは４５秒のあいだ行われる。
【００７８】
Coral（商標）層へのトレンチのエッチングは、Exelan DFC 2300内で、８０ミリトールの圧力において、２７ＭＨｚにおいて印加される８００ワットおよび２ＭＨｚにおいて印加される０ワットにおいて実行される。エッチング化合物は、アルゴン２００ｓｃｃｍ、ＣＦ4６０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ3２０ｓｃｃｍ、およびＯ2１０ｓｃｃｍである。ＣＦ4は、ポリマーフォーマーガスであり、これは重合反応をエッチングのあいだに行う。Ｏ2は、エッチングイネーブラーガス（etching enabler gas）である。ＣＦ4からのフッ素がエッチング中に用いられるが、フッ素はこの例ではエッチングを可能にするために酸素の存在を必要とする。上部電極は、２５℃の温度に設定される。チャックは２０℃の温度に設定される。ヘリウムのバックサイド内側ゾーンチャック圧力は１５トールに設定される。バックサイド外側ゾーンチャック圧力は１５トールに設定される。
【００７９】
トレンチエッチングガスは、少なくとも１つのエッチングガス成分と共に、少なくとも１つのポリマーフォーマーガス成分を含まなければならない。ポリマーフォーマーガスは、垂直トレンチプロファイルを異方性エッチングで生じるよう、トレンチ側壁表面上の側壁保護を行うために必要とされる。トレンチ垂直表面はトレンチエッチング期間のあいだ連続的に開放されており、よってトレンチエッチング期間のあいだは保護されなければならず、一方、ビア垂直表面はトレンチエッチングが開始される前に開放されており、これはトレンチおよびビア垂直側壁がかなり異なるからであることに注意されたい。トレンチプロファイル、マスクおよび下部層の選択性などの特性を利するために、中程度から高度のイオンエネルギーがやはり好ましい。このエッチングの例では、８００Ｗ、２７ＭＨｚのＲＦ電力は、２００ｅＶより大きいイオン衝突エネルギーを提供する。マイクロトレンチング、アスペクト比依存性などのようなトレンチエッチング特性に対するその効果によっては、より高いイオンエネルギーでさえ可能である。
【００８０】
保護層の堆積（ステップ１３１６）は、４５秒のあいだ行われる。次に、このトレンチが３０秒のあいだエッチングされる（ステップ１３２０）。保護層の堆積（ステップ１３１６）およびトレンチのエッチング（ステップ３０８）は、何回も反復されえ、それは３３００Åのトレンチエッチングを提供しえる。
【００８１】
図１５Ａは、この例によってエッチングされたデュアルダマシンフィーチャの断面図の顕微鏡写真である。図１５Ｂは、デュアルダマシンフィーチャの上面および側面透視図である。ビア１５０４は、Coral層１５０８中へとエッチングされる。トレンチ１５１２もCoral層へとエッチングされる。この例は部分的プラグを用いなかったので、プラグはビアの中になく、したがってプラグを除去する追加のステップも必要とされない。少量のファセッティング１５１６が見られるが、ビアおよびトレンチはうまく形成されている。顕微鏡写真はまた、この例でのフェンシングが大幅に低減されたか、またはなくされたことを示す。
【００８２】
図８Ａおよび８Ｂは、コントローラ５３５として用いるのに適したコンピュータシステム８００を示す。図８Ａは、コントローラ５３５のために用いられえるコンピュータシステムの一つの可能な物理的形態を示す。もちろんコンピュータシステムは、集積回路、プリント基板、および小型携帯機器から、大型のスーパーコンピュータに至るまで多くの物理的形態をとりえる。コンピュータシステム８００は、モニタ８０２、ディスプレイ８０４、筐体８０６、ディスクドライブ８０８、キーボード８１０、およびマウス８１２を含む。ディスク８１４は、データをコンピュータシステム８００に転送し、かつデータをコンピュータシステム８００から転送するために用いられるコンピュータで読み取り可能な媒体である。
【００８３】
図８Ｂは、コンピュータ８００のブロック図の例である。システムバス８２０に接続されているのは、さまざまなサブシステムである。単一または複数のプロセッサ８２２（中央処理装置群、すなわちＣＰＵ群とも呼ばれる）は、メモリ８２４を含む記憶装置に結合されている。メモリ８２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。この技術ではよく知られるようにＲＯＭは、データおよび命令を単一方向にＣＰＵおよびＲＡＭに転送するようにはたらき、ＲＡＭは、典型的にはデータおよび命令を双方向に転送するのに用いられる。メモリのこれら両方のタイプは、以下に述べるコンピュータ読み出し可能な適当な媒体を含みえる。固定ディスク８２６はまた、双方向でＣＰＵ８２２に結合され、追加のデータ記憶容量を提供し、また以下に述べるコンピュータ読み出し可能な適当な媒体を含みえる。固定ディスク８２６は、プログラム、データなどを記憶するのに用いられえて、典型的には一次記憶よりも低速な二次記憶媒体（ハードディスクのような）である。固定ディスク８２６内に保持された情報は、適切な場合においては、メモリ８２４の仮想メモリとして標準的なかたちで統合されえることが理解されよう。取り外し可能なディスク８１４は、以下に説明するコンピュータ読み出し可能な媒体のいかなる形態をも取りえる。
【００８４】
ＣＰＵ８２２はまた、ディスプレイ８０４、キーボード８１０、マウス８１２およびスピーカ８３０のようなさまざまな入力／出力装置に結合される。一般に入力／出力装置は、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、タッチパネルディスプレイ、トランスデューサカードリーダ、磁気または紙テープリーダ、タブレット、スタイラス、音声または手書き認識機、生体情報読み取り機、または他のコンピュータのいずれでもよい。ＣＰＵ８２２は追加で、ネットワークインタフェース８４０を用いて他のコンピュータまたは通信ネットワークに結合されてもよい。そのようなネットワークインタフェースによりＣＰＵは、上述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け取り、または情報をネットワークに出力してもよい。さらに本発明の方法の実施形態は、ＣＰＵ８２２上だけで実行されてもよく、またはインターネットのようなネットワーク上で、処理の一部を担当する遠隔地にあるＣＰＵと協働して実行されてもよい。
【００８５】
さらに本発明の実施形態は、コンピュータによって実現できるさまざまな操作を実行するコンピュータコードを格納した、コンピュータによって読み出し可能な媒体を持つコンピュータ記憶製品に関する。媒体およびコンピュータコードは、本発明の目的のために特別に設計され構築されたものでもよく、またはコンピュータソフトウェア技術の当業者に既知の利用可能なものであってもよい。コンピュータ読み出し可能な媒体の例としては、これらに限定はされないが、ハードディスク、フレキシブルディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭおよびホログラフィックデバイスのような光媒体、フロプティカルディスクのような光磁気媒体、特定アプリケーション向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能な論理デバイス（ＰＬＤ）、およびＲＯＭおよびＲＡＭデバイスのように、プログラムコードを記憶し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が挙げられる。コンピュータコードの例としては、コンパイラによって生成される機械語、およびインタープリタを用いてコンピュータによって実行可能なより高いレベルのコードを含むファイルが挙げられる。コンピュータで読み取り可能な媒体は、また、搬送波において実現され、プロセッサによって実行可能な命令群のシーケンスを表現する、コンピュータデータ信号によって伝送されるコンピュータコードでありえる。
【００８６】
本発明は、いくつかの好ましい実施形態について記載されてきたが、本発明の範囲に入る改変、組み合わせ、および代替等価物が存在する。本発明の装置および方法を実現する多くの代替手法が存在することに注意されたい。したがって、添付の特許請求の範囲は、このような全ての改変、組み合わせ、および代替等価物を本発明の真の精神および範囲に入るものとして解釈されるべきであると意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１Ａ】従来技術のプロセスを通したコンタクトホールフィーチャの形成の概略図である。
【図１Ｂ】従来技術のプロセスを通したコンタクトホールフィーチャの形成の概略図である。
【図１Ｃ】従来技術のプロセスを通したコンタクトホールフィーチャの形成の概略図である。
【図２Ａ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホールフィーチャの形成の概略図である。
【図２Ｂ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホールフィーチャの形成の概略図である。
【図２Ｃ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホールフィーチャの形成の概略図である。
【図２Ｄ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホールフィーチャの形成の概略図である。
【図２Ｅ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホールフィーチャの形成の概略図である。
【図２Ｆ】他の従来技術のプロセスを通したコンタクトホールフィーチャの形成の概略図である。
【図３】本発明の保護膜形成およびエッチングプロセスのフローチャートである。
【図４Ａ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図４Ｂ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図４Ｃ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図４Ｄ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図４Ｅ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図４Ｆ】本発明のプロセスを用いたコンタクトホールの形成の概略図である。
【図５】本発明を実施するのに用いられえるシステムの概略図である。
【図６】本発明を用いて形成される複数の高アスペクト比コンタクトホールパターンの顕微鏡写真である。
【図７】従来技術のプロセスを用いて形成される複数の高アスペクト比コンタクトホールパターンの顕微鏡写真である。
【図８Ａ】本発明を実施するのに用いられえるコンピュータシステムの概略図である。
【図８Ｂ】本発明を実施するのに用いられえるコンピュータシステムの概略図である。
【図９Ａ】従来技術を用いてデュアルダマシンが形成されるスタックの断面図である。
【図９Ｂ】従来技術を用いてデュアルダマシンが形成されるスタックの断面図である。
【図９Ｃ】従来技術を用いてデュアルダマシンが形成されるスタックの断面図である。
【図９Ｄ】従来技術を用いてデュアルダマシンが形成されるスタックの断面図である。
【図９Ｅ】従来技術を用いてデュアルダマシンが形成されるスタックの断面図である。
【図９Ｆ】従来技術を用いてデュアルダマシンが形成されるスタックの断面図である。
【図１０】デュアルダマシン構造を形成するために従来技術で用いられるプロセスの高レベルのフローチャートである。
【図１１Ａ】従来技術のプロセスによるトレンチストップ層なしで、低ｋ誘電体を用いるデュアルダマシン構造の製造の一部の断面図である。
【図１１Ｂ】従来技術のプロセスによるトレンチストップ層なしで、低ｋ誘電体を用いるデュアルダマシン構造の製造の一部の断面図である。
【図１２Ａ】他の従来技術のプロセスによるトレンチストップ層なしで、低ｋ誘電体を用いるデュアルダマシン構造の製造の一部の断面図である。
【図１２Ｂ】他の従来技術のプロセスによるトレンチストップ層なしで、低ｋ誘電体を用いるデュアルダマシン構造の製造の一部の断面図である。
【図１３】ビアファーストスキームを用いてデュアルダマシンフィーチャを形成する例の高レベルのフローチャートである。
【図１４Ａ】デュアルダマシン構造が形成される基板の一部の断面図である。
【図１４Ｂ】デュアルダマシン構造が形成される基板の一部の断面図である。
【図１４Ｃ】デュアルダマシン構造が形成される基板の一部の断面図である。
【図１４Ｄ】デュアルダマシン構造が形成される基板の一部の断面図である。
【図１４Ｅ】デュアルダマシン構造が形成される基板の一部の断面図である。
【図１５Ａ】本発明によってエッチングされたデュアルダマシンフィーチャの断面図の顕微鏡写真である。
【図１５Ｂ】デュアルダマシンフィーチャの上面および側面透視図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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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６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
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