JP5116197B2 - 炭化ケイ素層を利用してデバイスを形成する方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は炭化ケイ素(シリコンカーバイド)の層に関し、特に炭化ケイ素層の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
集積回路は、シングルチップ上に多数のコンポーネント(例えば、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器)を含む複雑なデバイスへと発展してきた。チップの設計の発展はより速い回路及びより高い回路密度を引き続き要求する。より高い回路密度の要求は、集積回路コンポーネントの寸法の縮小を必要とする。
【0003】
集積回路のコンポーネントの寸法が縮小されるにつれ(例えば、寸法がサブミクロン)、前述のコンポーネントを製造する為に使用される材料は、前述のコンポーネントの電気性能に寄与する。例えば、比抵抗の低いメタルの相互接続(例えば、アルミニウム、銅)は、集積回路のコンポーネント間に導電性の通路を提供する。
【0004】
典型的な例として、メタル相互接続部の相互間は、絶縁材料によって電気的に絶縁されている。隣接しあうメタル相互接続間の距離や絶縁材料の厚さの寸法がサブミクロンの場合、前述の相互接続部間に容量結合が生ずる場合がある。隣接しあうメタル相互接続部間に容量結合が生じれば、クロストークや抵抗コンデンサ(RC)遅延を引き起こし、集積回路全体の性能を劣化させる。隣接しあうメタル相互接続部間の容量結合を最小限にする為には、低い誘電率(低いk)の絶縁材料(例えば、誘電率が約5.0未満)が必要である。
【0005】
更に、障壁層をしばしば用いて、メタル相互接続部を低い誘電率(低いk)の絶縁材料から隔てている。障壁層は、絶縁材料へのメタルの拡散を最小限に抑える。絶縁材料へのメタル拡散が望ましくないのは、前述の拡散が集積回路の電気性能に影響を及ぼす為、もしくは集積回路を機能させなくする為である。
【0006】
より高い集積回路密度の要求はまた、集積回路の製造に使用される処理シーケンスに要求を課す。例えば、従来のリソグラフィ技術を利用する処理シーケンスでは、エネルギー感受性レジストの層が基板上の材料層のスタックの上に形成される。下に位置する材料の層の多くは紫外線光を反射する。前述の反射は、エネルギー感受性レジスト材料の層に形成された線やバイアなどの特徴の寸法を歪ませる可能性がある。
【0007】
下に位置する材料層からの反射を最小限にする為に提案された1つの技術は、反射防止コーティング(ARC:anti-reflective coating)を利用する技術である。ARCは、レジストのパターニングに先立って反射性材料層の上に形成される。ARCはレジストのイメージング中に、その下に位置する材料層からの反射を抑制し、正確なパターンの複製をエネルギー感受性レジストの層に提供する。
【0008】
炭化ケイ素(SiC)を集積回路で障壁層やARCとして利用することが提案されてきており、炭化ケイ素の誘電率が低い(誘電率が約5.0未満)為に、炭化ケイ素は優秀な障壁層であり光吸収特性が良好であり得る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、炭化ケイ素障壁層は一般に化学気相成長(CVD)技術を利用して形成される。CVD技術を利用して形成されたSiC層は、酸素含有量が高い傾向がある(例えば、酸素含有量が約4%以上)。酸素含有量が高いと望ましくないのは、メタル、例えば銅などが、メタル相互接続部からSiC層を通り絶縁材料へと拡散することを強める場合がある為である。
【0010】
従って、当該技術において必要とされているのは、集積回路の製造の為の信頼できるSiC拡散障壁の形成方法である。特に望ましいのはARCでもあるSiC拡散障壁である。
【0011】
【課題を解決するための手段】
集積回路の製造処理において利用される炭化ケイ素層の形成方法を提供する。ケイ素ソース、炭素ソース、不活性ガスを含むガス混合物を電界の存在下で反応させることにより炭化ケイ素層を形成する。この電界は、混合周波数の高周波(RF)電力を用いて発生される。
【0012】
炭化ケイ素層は集積回路の製造処理に適合する。1つの集積回路の製造処理では、集積回路構造、例えばダマシン構造等の製造の為に炭化ケイ素層をハードマスクとして使用する。前述の実施の形態では、望ましい処理シーケンスは基板に炭化ケイ素層を堆積するステップを含む。基板に炭化ケイ素層が堆積された後、パターンが炭化ケイ素層に形成される。その後、炭化ケイ素層をハードマスクとして使用し炭化ケイ素層に形成されたパターンを基板に転写して集積回路構造が製造される。
【0013】
別の集積回路の製造処理では、DUVリソグラフィ用に炭化ケイ素層が反射防止コーティング(ARC)として使用される。前述の実施の形態では、望ましい処理シーケンスは基板に炭化ケイ素層を形成するステップを含む。炭化ケイ素層の屈折率(n)は約1.7〜約2.1であり、吸収係数(κ)は約250nm未満の波長に対して約0.1〜約0.7である。炭化ケイ素層の屈折率(n)及び吸収係数(κ)が調整可能なのは、SiC層形成中における堆積温度並びにガス混合物の炭素含有量の関数として望ましい範囲で変動可能な為である。炭化ケイ素層を基板に形成した後、エネルギー感受性レジスト材料の層を炭化ケイ素層に形成する。パターンは波長が約250nm未満の場合にエネルギー感受性レジストに形成される。その後、エネルギー感受性レジスト材料に形成されたパターンを炭化ケイ素層に転写する。炭化ケイ素層がパターニングされた後、前述のパターンは任意に基板に転写される。
【0014】
本発明の教示は、添付される図面と共に以下の詳細な説明を考慮することで容易に理解される。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本願に記述する実施の形態に従って炭化ケイ素層を堆積する為に使用可能なウエハ処理システム10の略図である。システム10は一般に、処理チャンバ100、ガスパネル130、制御装置110を、電源119、106、真空ポンプ102等の他のハードウェアコンポーネントと共に有している。ウエハ処理システム10の例として、米国カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社より入手可能なDXZチャンバ(商品名)等のプラズマ励起化学気相成長(PECVD)チャンバを挙げることができる。
【0016】
ウエハ処理システム10の詳細は、1998年12月14日提出の、譲渡済み米国特許出願第09/211,998号、標題"High Temperature Chemical Vapor Deposition Chamber"に記載され、本願に組み込まれる。本システム10の特徴は、以下に簡潔に記載する。
【0017】
処理チャンバ100は概して、半導体ウエハ190等の基板の支持に使用される支持ペデスタル150を収容する。このペデスタル150は一般に、チャンバ100内部で置換機構(図示せず)を使用して垂直方向に移動が可能である。
【0018】
特定の処理に依存する場合、SiC層を堆積する前に、ウエハ190をある望ましい温度まで加熱可能である。例えば、埋設されている発熱素子170によりウエハ支持ペデスタル150が加熱される。ペデスタル150は、AC電源106から発熱素子170への電流の印加による加熱に耐えうる。そして、ウエハ190がペデスタル150に加熱される。
【0019】
ウエハ支持ペデスタル150には、ペデスタル150の温度を従来の方法で観測するため、熱電対等の温度センサ172も埋設される。測定された温度をフィードバックループに用いて発熱素子170に供給する電力を制御し、ウエハ温度を、特定の処理応用例に適した望ましい温度に維持又は制御する。ペデスタル150は随意、放射熱(図示せず)を利用して加熱される。
【0020】
処理チャンバ100を排気するためと適切なガス流量とチャンバ100内の圧力を維持するため、真空ポンプ102が使用される。処理ガスがシャワーヘッド120を通じチャンバ100へと導入され、このシャワーヘッド120はウエハ支持ペデスタル150の上に設置される。シャワーヘッド120はガスパネル130に接続されるが、このガスパネル130は、処理シーケンスの様々なステップで使用される種々のガスを制御し供給する。
【0021】
また、シャワーヘッド120とウエハ支持ペデスタル150は、間隔をおいて配置される一対の電極を形成する。これらの電極の間に電界が発生すれば、チャンバ100内に導入された処理ガスが点火されプラズマとなる。シャワーヘッド120を混合高周波(RF)電源119に接続して、電界を発生する。混合RF電源119の詳細は、2000年5月28日発行の譲渡済み米国特許第6,041,734号、標題"Use of An Asymmetric Waveform to Control Ion Bombardment During Substrate Processing"に記載され、本願に組み込まれる。
【0022】
一般に、制御装置ユニット110の制御下にあるソースである混合RF電源119は、高周波の電力(例えば、約10MHz〜約15MHzのRF電力)と低周波の電力(例えば、約150kHz〜約450kHzのRF電力)をシャワーヘッド120に供給する。高周波RF電源と低周波RF電源は共に、整合回路網(図示せず)を介してシャワーヘッド120に連結されている。高周波RF電源及び低周波RF電源は、ウエハ支持ペデスタル150に任意に連結される、もしくは一方がシャワーヘッド120に連結され他方がペデスタル150に連結される。
【0023】
プラズマ励起化学気相成長(PECVD)技術では、基板表面近くの反応領域に電界を印加することにより反応ガスの励起や解離を促進し、反応種のプラズマを引き起こす。プラズマ中の反応種の反応性が高いので、化学反応を起こす為に必要とされるエネルギーを低くし、その結果、前述のPECVD処理で必要とされる温度を低下させる。
【0024】
ガスパネル130を通過するガス流量の適切な制御及び調整は、流体質量制御装置(図示せず)及び制御装置ユニット110により実行される。シャワーヘッド120により、ガスパネル130から処理チャンバ100への処理ガスの均一な導入及び分配が可能になる。
【0025】
例示的であるが、制御ユニット110は、中央演算装置(CPU)113と、支持回路114と、対応する制御ソフトウェアを有するメモリ116とを有している。制御ユニット110は、ウエハ処理に必要とされる数多くのステップ、例えばウエハ移送、ガス流量制御、混合RF電力制御、温度制御、チャンバ排気、その他のステップ等の自動制御を担う。制御ユニット110とウエハ処理システム10の種々のコンポーネントとの間の双方向の通信は、非常に多くの信号ケーブルを介して取り扱われ、これらの信号ケーブルは総称して信号バス118と呼ばれており、そのうちの幾つかを図1に示す。
【0026】
中央処理装置(CPU)113は、処理チャンバやサブプロセッサを制御するための産業上の場面で使用可能な汎用コンピュータプロセッサの1つの形態である。コンピュータは適切なメモリを使用する場合があり、例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、ローカル・リモートのデジタル記憶装置、その他の形態を挙げることができる。従来の方法でプロセッサを支持するために、種々の支持回路がCPUに結合している。処理シーケンスルーチンは、必要に応じメモリに記憶され、あるいはリモートに配置した第2のCPUにより実行される。
【0027】
基板190がウエハ支持ペデスタル150上に配置された後、処理シーケンスルーチンが実行される。処理シーケンスルーチンの実行により、汎用コンピュータは、堆積処理の実行のためにチャンバ操作を制御する特異的な処理コンピュータに転化される。あるいは、特定用途向け集積回路やその他のタイプのハードウェア実行等のリモート設置ハードウェアを用いて、又は、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせを用いて、チャンバ操作を制御してもよい。
【0028】
炭化ケイ素(シリコンカーバイド)層の形成
一具体例では、ケイ素ソースと、炭素ソースと、不活性ガスとを有するガス混合物を反応させて、炭化ケイ素層が形成される。ケイ素ソース及び炭素ソースは、一般式SixCyHzの有機シラン化合物であってもよい(xが1〜2、yが1〜6、zが6〜20)。例えば、メチルシラン(SiCH6)、ジメチルシラン(SiC2H8)、トリメチルシラン(SiC3H10)、テトラメチルシラン(SiC4H12)、ジエチルシラン(SiC4H12)が、有機シラン化合物として特に使用される。一方、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、メタン(CH4)、そしてこれらの組み合わせが、ケイ素ソース及び炭素ソースとして使用される。
【0029】
ヘリウム(He)、アルゴン(Ar)、窒素(N2)、又はこれらの組み合わせが、特に不活性ガスとして使用される。
【0030】
一般に、以下の堆積処理パラメータを、炭化ケイ素層の形成に使用可能である。処理パラメータの範囲は、ウエハ温度が約200℃〜約400℃、チャンバ圧力が約3トール〜約15トール、有機シラン化合物流量が約50sccm〜約200sccm、不活性ガス流量が約50sccm〜約800sccm(有機シラン化合物流量と不活性ガス流量の比が約1:1〜約1:4になるようにする)、プレート間隔が約300mil〜約600mil(1milは約0.0254mm)、混合周波数RF電力は、周波数が約13MHz〜約27MHzで電力が約200ワット〜約800ワットの第1のRF電力と、周波数が約100kHz〜約500kHzで電力が約1ワット〜約200ワットの第2のRF電力を、少なくとも有している。第2のRF電力の全混合周波数電力に対する比は、0.6:1.0よりも小さいことが望ましい。米国カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社より入手可能の堆積チャンバで200mmの基板に処理を行った場合、上述の処理パラメータによって、約1000Å/min〜約5000Å/minという炭化ケイ素層の堆積速度が与えられる。
【0031】
他の堆積チャンバも本発明の範囲内にあるが、上述のパラメータは、炭化ケイ素層の形成に用いる堆積チャンバにより変動する場合がある。例えば、他の堆積チャンバの体積が大きい場合にはアプライドマテリアルズ社より入手可能の堆積チャンバに対して上述したガス流量より大きいガス流量を必要とするだろうし、体積が小さい場合には小さな流量を必要とするだろうし、また、300mmの基板に対応するように構成してもよい。
【0032】
アズデポの(その場成長の)炭化ケイ素層の誘電率は約4.5よりも低いので、集積回路の絶縁材料としての使用に適している。炭化ケイ素層の誘電率は調整が可能であり、それは、混合周波数のRF電力間の比を変えることにより、変えることができる。特に、低周波RF電力対全混合RF電力の比を下げれば、アズデポ炭化ケイ素層の誘電率も低下する。
【0033】
炭化ケイ素層の誘電率はまた、層の形成中におけるガス混合物の組成を変えることでも調整が可能である。ガス混合物中の炭素(C)濃度が上昇すれば、アズデポ炭化ケイ素層のC含有量が増加し、炭化ケイ素層の誘電率が低下する。また、アズデポ炭化ケイ素層のC含有量が上昇すれば、炭化ケイ素層の疎水特性が上昇し、この層は集積回路の防湿層としての使用に適するようになる。
【0034】
更に、アズデポ炭化ケイ素層の酸素含有量は約1%未満である。この酸素含有量は、メタル拡散を最小限に抑え炭化ケイ素膜の障壁層の特性を改善すると考えられている。例えば、アズデポの炭化ケイ素層の電流阻止能力は、約1MV/cm(メガボルト/センチメートル)の場合に約1×10-9A/cm2未満であり、これは集積回路相互接続構造のクロストークを最小限に抑えるのに適する。
【0035】
また炭化ケイ素層の光吸収係数(κ)は、波長が約250nm(ナノメートル)未満の場合に約0.1〜約0.7の間で変動し、DUV波長で反射防止コーティング(ARC)として使用するのに適する。炭化ケイ素層の吸収係数は、層形成中における堆積温度並びにガス混合物の炭素含有量の関数として変動可能である。特に、堆積温度の増加に伴い、アズデポの層の吸収係数も同様に増加する。また、ガス混合物中の炭素(C) 濃度の増加に伴い、アズデポの炭化ケイ素層のC含有量が増加し、この炭化ケイ素層の吸収係数が増加する。
【0036】
集積回路の製造処理
A.炭化ケイ素ハードマスク
図2a〜図2eは、炭化ケイ素層をハードマスクとして有する集積回路製造シーケンスの様々な段階における基板200の略断面図を示す。基板200とは概して、処理されるワークピースを指し、また、基板構造250とは、基板200とともに、基板200上に形成される他の材料層も概して意味するように用いられる。処理の段階によっては、基板200は、シリコンウエハ又はシリコンウエハに形成された他の材料層に対応する場合がある。例えば図2(a)は、材料層202が従来の方法で形成されている基板構造250の断面図を示す。材料層202は酸化物であってもよい(例えば、二酸化ケイ素、有機シラン、フルオロケイ酸塩ガラス(FSG)、カーボンドープのフルオロケイ酸塩ガラス)。一般に、基板200はケイ素層、ケイ素化合物層、メタル層、その他の材料層を有している。図2(a)は、基板200が、二酸化ケイ素層を自身の上に形成して成るシリコンである場合の一具体例を例示する。
【0037】
図2(b)は、図2(a)の基板構造体250に形成された炭化ケイ素層204を示す。炭化ケイ素層204は、上述の処理パラメータに従い基板構造250に形成される。炭化ケイ素層204の厚さは処理の特定の段階により変えることができる。一般に、炭化ケイ素層204は、約50Å〜約1,000Åの厚さに堆積される。
【0038】
エネルギー感受性レジスト材料の層208が炭化ケイ素層204上に形成される。エネルギー感受性レジスト材料の層208は、厚さ約4,000Å〜約10,000Åの範囲内で基板200にスピンコート可能である。多くのエネルギー感受性レジスト材料は、約450nm(ナノメートル)より短い波長の紫外光(UV)に対しての感度が高い。遠紫外光(DUV)レジスト材料は、約245nmより短い波長のUVに対しての感度が高い。
【0039】
製造シーケンスで使用されるエネルギー感受性レジスト材料のエッチング化学系によっては、中間層206を炭化ケイ素層204に形成する場合がある。エネルギー感受性レジスト材料208と炭化ケイ素層204に対して、同じ化学エッチャントを用いてのエッチングが可能な場合、中間層206は炭化ケイ素層204のマスクとして機能する。中間層206は、炭化ケイ素層204上に従来からの方法で形成される。中間層206は、酸化物、窒化物、シリコンオキシナイトライド、アモルファスシリコン、その他の適切な材料であってもよい。
【0040】
パターンの画像は、前述のエネルギー感受性レジスト材料208がマスク210を介しUVに晒されることによりエネルギー感受性レジスト材料の層208へと導入される。エネルギー感受性レジスト材料の層208へと導入されたパターンの画像が適切な現像剤で現像され、図2(c)に示す通り、エネルギー感受性レジスト材料208を介してパターンを形成する。その後、図2(d)を参照すると、エネルギー感受性レジスト材料208の形成されたパターンを、炭化ケイ素層204を介して転写する。炭化ケイ素層204を介しエネルギー感受性レジスト材料208をマスクとして使用しパターンを転写する。炭化ケイ素層204を介し適切な化学エッチャントを使用してパターンを転写する。例えば、四フッ化炭素(CF4)、又はトリフルオロメタン(CHF3)及び酸素(O2)を含有するガス混合物が、炭化ケイ素層204を化学的にエッチングする為に使用される場合がある。
【0041】
一方、中間層206が存在する場合は、エネルギー感受性レジスト材料208の形成されたパターンを、最初に中間層206を介しエネルギー感受性レジスト材料208をマスクとして使用して転写する。その後、炭化ケイ素層204を介し中間層206をマスクとして使用しパターンを転写する。中間層206並びに炭化ケイ素層204の両方を介し適切な化学エッチャントを使用してパターンを転写する。
【0042】
図2(e)は、炭化ケイ素層204をハードマスクとして使用して、炭化ケイ素層204に形成されたパターンを二酸化ケイ素層202の中に転写することにより、集積回路の製造シーケンスが完了した状態を示す。
【0043】
二酸化ケイ素層202のパターニング後、随意、適切な化学エッチャントでエッチングして炭化ケイ素層204を基板200からストリッピングすることがが可能である。
【0044】
B.炭化ケイ素層を組み込んだダマシン構造
図3(a)〜3(d)は、炭化ケイ素層を組み込んだダマシン構造製造シーケンスの様々な段階の基板300の略断面図を示す。ダマシン構造は一般に、集積回路にメタルの相互接続を形成する為に用いられる。処理の特定の段階に依存する場合、基板300はシリコンウエハ又は基板300に形成された他の材料層に相当する。例えば図3(a)は、第1の誘電体層302が形成されている基板300の断面図を示す。第1の誘電体層302は酸化物(例えば、二酸化ケイ素、有機シラン、フルオロケイ酸塩ガラス(FSG)、炭素がドープされたフルオロケイ酸塩ガラス)であってもよい。一般に、基板300は、ケイ素、ケイ素化合物、メタル、その他の材料の層を含む。
【0045】
図3(a)は、基板300が、フルオロケイ酸塩ガラス層がその上に形成されているシリコンである一具体例を示す。第1の誘電体層302の厚さは約5,000Å〜約100,000Åであるが、製造される構造のサイズに依存する。
【0046】
第1の誘電体層302の上には、炭化ケイ素層304が形成されている。炭化ケイ素層304は、上述の処理パラメータに従って、第1の誘電体層302の上に形成されている。ダマシン構造で形成されるメタルの相互接続間の容量結合を防止ないしは最小限に抑えるように、炭化ケイ素層304の誘電率は約4.5よりも小さい。炭化ケイ素層の誘電率は調整可能であり、それは、層の形成中のガス混合物の組成及び印加電界電力比に関係して,望ましい範囲で変えることができるからである。
【0047】
炭化ケイ素層304の厚さは、処理段階に応じて変えることができる。一般に、炭化ケイ素層304は約200Å〜約1000Åの厚さとなる。
【0048】
図3(b)を参照すると、炭化ケイ素層304をパターニングしてエッチングし、コンタクト/バイア306を形成すべき領域に、コンタクト/バイア開口306が形成され第1の誘電体層302が露呈される。炭化ケイ素層304は、図2(b)〜2(d)に関連して上述した通り従来のリソグラフィを利用してパターニングされる。炭化ケイ素層304は、四フッ化炭素(CF4)を用い、又は、トリフルオロメタン(CHF3)と酸素(O2)を有するガス混合物を用いて、エッチングすることができる。炭化ケイ素層304がパターニングされた後、第2の誘電体層308がその上に堆積される。第2の誘電体層308は酸化物の場合がある(例えば、二酸化ケイ素、フルオロケイ酸塩ガラス)。第2の誘電体層308の厚さは約5,000Å〜約10,000Åである。
【0049】
図3(c)に例示されるように、第2の誘電体層308がその後パターニングされ相互接続310が形成されるが、これには望ましくは上述の従来のリソグラフィ処理が利用される。第2の誘電体層308に形成された相互接続線310が、炭化ケイ素層304のコンタクト/バイア開口306の上に配置されている。その後、反応性イオンエッチング技術その他の異方性のエッチング技術を利用して、相互接続310とコンタクト/バイア開口306の両方がエッチングされる。
【0050】
図3(d)を参照すると、相互接続線310とコンタクト/バイア開口306が、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、タングステン(W)、又はこれらの組み合わせ等の導電材料314で充填されている。好ましくは、銅が、その比抵抗の低さ(比抵抗が約1.7μΩ−cm)により用いられて、相互接続線310とコンタクト/バイア開口306を充填する。導電材料314は化学気相成長法(CVD)、物理気相成長法(PVD)、電気メッキ、又はこれらの組み合わせを利用して堆積され、ダマシン構造を形成する。更に、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)、その他の適切な障壁材料等の障壁層312が、最初に相互接続線310とコンタクト/バイア開口306の側壁に沿って堆積され、周囲の誘電体層302、308並びに炭化ケイ素層304へのメタルマイグレーションを防止する。
【0051】
C.炭化ケイ素の反射防止コーティング(ARC)
図4(a)〜4(e)は、炭化ケイ素層を反射防止コーティング(ARC)として組み込んだ集積回路製造シーケンスの様々な段階の基板400の略断面図を示す。一般に、基板400とは膜処理される加工物を指し、基板構造450は一般に基板400に加え基板400に形成される他の材料層を意味するように用いられる。処理の特定の段階に依存する場合、基板400はシリコンウエハ又は基板400に形成された他の材料層に相当する。例えば図4(a)は、基板400がシリコンウエハである場合の基板構造450の断面図を示す。
【0052】
炭化ケイ素層402が基板構造450に形成される。炭化ケイ素層402は上述の処理パラメータに従い基板構造450に形成されている。炭化ケイ素層402の吸収係数(κ)は、波長が約250nm(ナノメートル)未満の場合に約0.1〜約0.7の間で変動し、DUV波長で反射防止コーティング(ARC)として使用するのに適する。炭化ケイ素層402の吸収係数が調整できるのは、層形成中における堆積温度並びにガス混合物の炭素含有量の関数として望ましい範囲で変動可能である為である。炭化ケイ素層402の厚さは処理の特定の段階に依存し可変である。一般に、炭化ケイ素層402の厚さは約200Å〜約2000Åとなる。
【0053】
図4(b)は図4(a)の基板構造450に形成されたエネルギー感受性レジスト材料の層404を示す。エネルギー感受性レジスト材料層404は、基板構造450に対して約2000Å〜約6000Åの厚さにスピンコートが可能である。殆どのエネルギー感受性レジスト材料は波長が約250nm未満のDUVに対し感度が高い。
【0054】
パターンの画像は、前述のエネルギー感受性レジスト材料404がマスク406を介しDUVに晒されることにより、エネルギー感受性レジスト材料の層404へと導入される。パターンの画像がエネルギー感受性レジスト材料の層404へと導入される際、下に位置する材料層(例えば、酸化物、メタル)の反射は、エネルギー感受性レジスト材料の層404へと導入されたパターンの画像を劣化させる可能性を持つが、炭化ケイ素層402が全て阻止する。
【0055】
エネルギー感受性レジスト材料の層404へと導入されたパターンの画像が適切な現像剤で現像され、図4(c)に示す通り、前述の層を介してパターンを形成する。その後、図4(d)を参照すると、エネルギー感受性レジスト材料404の形成されたパターンは、炭化ケイ素層402を介して転写される。パターンは炭化ケイ素層402を介し転写され、エネルギー感受性レジスト材料404をマスクとして使用する。パターンが炭化ケイ素層402を介し転写されるのは、適切な化学エッチャント(例えば、四フッ化炭素(CF4)、又はトリフルオロメタン(CHF3)及び酸素(O2)を含有するガス混合物)を使用したエッチングによる。
【0056】
炭化ケイ素層402のパターニング後、前述のパターンは一般に、図4(e)に示すように基板400に転写される。パターンの基板400への転写では、炭化ケイ素ARC層402をハードマスクとして使用する。基板400へのパターンの転写は、適切な化学エッチャントを使用したエッチングによる。その後、炭化ケイ素層402を適切な化学エッチャント(例えば、四フッ化炭素(CF4)、又はトリフルオロメタン(CHF3)及び酸素(O2)を含有するガス混合物)を使用したエッチングにより基板構造450から任意に剥がす。
【0057】
本発明の技術を組み込んだ幾つかの好適な実施の形態が示され詳細に記載されたが、当業者はこれらの技術をなお組み込んでいる多くの他の多様な実施の形態を容易に考案可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願に記述する実施の形態を実施する際に使用可能な装置の略図である。
【図2】(a)〜(e)は、炭化ケイ素層をハードマスクとして組み込んだ集積回路製造の様々な段階の基板構造の略断面図を示す。
【図3】(a)〜(d)は炭化ケイ素層をハードマスクとして組み込んだ集積回路製造の様々な段階のダマシン構造の略断面図を示す。
【図4】(a)〜(e)は、炭化ケイ素層を反射防止コーティング(ARC)として組み込んだ集積回路製造の様々な段階の基板構造の略断面図を示す。
【符号の説明】
200…基板、202…材料層、204…炭化ケイ素層、206…中間層、208…エネルギー感受性レジスト材料、210…マスク、250…基板構造。
Claims (24)
- デバイスを形成する方法であって、
ケイ素ソースと炭素ソースと不活性ガスとを有するガス混合物を、混合周波数の高周波(RF)電力を用いて、堆積チャンバ内に生成した電界の下で、反応させることにより、炭化ケイ素層を基板上に形成するステップと、
炭化ケイ素層の少なくとも一領域にパターンを形成するステップと、
炭化ケイ素層をマスクとして用いて、パターンを基板に転写するステップと、
炭化ケイ素層を基板から除去するステップと、
を有する方法。 - 基板に、1つ以上の材料層が形成される請求項1に記載の方法。
- 炭化ケイ素層の少なくとも一領域にパターンを形成する前記ステップが、エネルギー感受性レジスト材料の層を炭化ケイ素層に形成するステップと、エネルギー感受性レジスト材料をパターニングされた放射光に晒すことにより、パターンの画像をエネルギー感受性レジスト材料の層の中に導入するステップと、エネルギー感受性レジスト材料の層の中に導入されたパターンの画像を現像するステップと、エネルギー感受性レジスト材料の層をマスクとして用いて、炭化ケイ素層の中にパターンを転写するステップとを有する請求項1に記載の方法。
- エネルギー感受性レジスト材料の層を炭化ケイ素層に形成しパターンの画像をエネルギー感受性レジスト材料の層へと導入しパターンの画像を現像する前に、中間層を炭化ケイ素層に形成するステップと、エネルギー感受性レジスト材料をマスクとして使用し、エネルギー感受性レジスト材料の層に現像されたパターンの画像を中間層の中に転写するステップと、炭化ケイ素層を介し中間層をマスクとして使用しパターンを転写するステップとを更に有する請求項3に記載の方法。
- 中間層が、酸化物である請求項4に記載の方法。
- 酸化物が、二酸化ケイ素と、フルオロケイ酸塩ガラス(FSG)と、シリコンオキシナイトライドとから成る群より選択される請求項5に記載の方法。
- 炭化ケイ素層が、フッ素ベース化合物を用いて基板から除去される請求項1に記載の方法。
- フッ素ベース化合物が、四フッ化炭素(CF4)と、トリフルオロメタン(CHF3)とから成る群より選択される請求項7に記載の方法。
- 炭化ケイ素層が、250nmよりも短い波長に対する反射防止コーティングとなる請求項8に記載の方法。
- 炭化ケイ素層の吸収係数が、250nmよりも短い波長に対して0.1〜0.7である請求項1に記載の方法。
- 炭化ケイ素層の厚さ全体にわたって、250nmよりも短い波長に対する光吸収係数が0.1〜0.7の間で変化する請求項10に記載の方法。
- 炭化ケイ素層の屈折率が、1.7〜2.1である請求項9に記載の方法。
- ケイ素ソース及び炭素ソースが、一般式SixCyHzの有機シラン化合物(xが1〜2、yが1〜6の範囲、zが4〜20)を有する請求項1に記載の方法。
- 有機シラン化合物が、メチルシラン(SiCH6)と、ジメチルシラン(SiC2H8)と、トリメチルシラン(SiC3H10)と、テトラメチルシラン(SiC4H12)と、ジエチルシラン(SiC4H12)と、これらの組み合わせとから成る群より選択される請求項13に記載の方法。
- ケイ素ソース及び炭素ソースが、シラン(SiH4)と、メタン(CH4)と、ジシラン(Si2H6)と、これらの組み合わせとから成る群より選択される請求項1に記載の方法。
- 不活性ガスが、ヘリウム(He)と、アルゴン(Ar)と、窒素(N2)と、これらの組み合わせとから成る群より選択される請求項1に記載の方法。
- ガス混合物中の有機シラン化合物と不活性ガスの比が、1:1〜1:4である請求項13に記載の方法。
- 基板が、200℃〜400℃の温度に加熱される請求項1に記載の方法。
- ガス混合物が、3トール〜15トールの圧力で反応する請求項1に記載の方法。
- 混合周波数RF電力が、周波数13MHz〜27MHzの第1のRF電力と、周波数100kHz〜500kHzの第2のRF電力とを少なくとも有する請求項1に記載の方法。
- 第1のRF電力が、200ワット〜600ワットである請求項20に記載の方法。
- 第2のRF電力が、1ワット〜150ワットである請求項20に記載の方法。
- 第2のRF電力と全混合周波数RF電力の比が、0.6:1.0よりも小さい請求項22に記載の方法。
- 炭化ケイ素層の誘電率が、4.5よりも小さい請求項1に記載の方法。
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