JP5247440B2 - エッチングマスクスタックを用いたマルチマスクプロセス - Google Patents

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Description

本発明は、半導体デバイスの形成に関するものである。
半導体ウエハ処理中は、周知のパターン形成プロセスおよびエッチングプロセスを使用して、ウエハ内に半導体デバイスの特徴が定められる。これらのプロセスでは、ウエハ上にフォトレジスト（ＰＲ）材料が堆積され、次いで、レチクルによるフィルタリングを経た光に暴露される。レチクルは、一般に、光の伝搬を遮る代表的な幾何的特徴のパターンを有するガラス板である。
レチクルを通過した光は、フォトレジスト材料の表面に接触する。光は、現像剤によってフォトレジスト材料の一部を除去可能にするために、フォトレジスト材料の化学組成を変化させる。ポジ型フォトレジスト材料の場合は、露光された領域が除去され、ネガ型フォトレジスト材料の場合は、露光されなかった領域が除去される。その後、ウエハは、フォトレジスト材料によって保護されなくなった場所から下位の層を除去するべくエッチングされることにより、ウエハ内に所望の特徴を定める。
様々な世代のフォトレジストが知られている。深紫外線（ＤＵＶ）フォトレジストは、２４８ｎｍの光によって露光される。理解を容易にするため、図１Ａは、基板１０４の上の層１０８の概略断面図であって、このエッチングされるべき層１０８の上にＡＲＬ（反射防止層）１１０を、その上にパターン形成されたフォトレジスト層１１２を設けることによってスタック１００を形成した状態を示している。フォトレジストのパターンは、限界寸法（ＣＤ）を有し、これは、最小の特徴の幅１１６であってよい。波長に依存する光学特性ゆえに、フォトレジストは、暴露させる光の波長が長いほど、理論的な最小限界寸法が大きくなる。
次いで、図１Ｂに示されるように、フォトレジストパターンを通して特徴１２０がエッチングされてよい。理想を言えば、特徴のＣＤ（特徴の幅）は、フォトレジスト１１２内の特徴のＣＤ１１６に等しい。実際には、特徴１１６のＣＤは、切子面の形成、フォトレジストの腐食、またはアンダカットが原因で、フォトレジスト１１２のＣＤより大きくなる可能性がある。特徴は、また、先細になる可能性もあり、この場合の特徴は、少なくともフォトレジストのＣＤと同程度のＣＤを有する一方で、その底近くでは先細り、細めの幅を有する。このような先細りは、特徴の信頼度を低下させる可能性がある。
より小さいＣＤの特徴を提供するため、より短い波長の光を使用して特徴を形成する試みがなされている。１９３ｎｍのフォトレジストは、１９３ｎｍの光によって露光される。位相シフトレチクルおよびその他の技術を使用すれば、１９３ｎｍのフォトレジストを使用して、ＣＤが９０〜１００ｎｍのフォトレジストパターンが形成されうる。これは、ＣＤが９０〜１００ｎｍの特徴を提供できると考えられる。１５７ｎｍのフォトレジストは、１５７ｎｍの光によって露光される。位相シフトレチクルおよびその他の技術を使用すれば、ＣＤが９０ｎｍ以下のフォトレジストパターンが形成されうる。これは、ＣＤが９０ｎｍ以下の特徴を提供できると考えられる。
より短い波長のフォトレジストの使用は、より長い波長を使用するフォトレジストと比べて更に追加の問題を生じる。理論的限界に近いＣＤを得るためには、リソグラフィ装置がいっそう精密でなければならず、これは、より高価なリソグラフィ機器を必要とすると考えられる。現在のところ、１９３ｎｍフォトレジストおよび１５７ｎｍフォトレジストは、より長い波長のフォトレジストと比べて選択性が高くなく、プラズマエッチング条件下で容易に変形する可能性がある。
メモリデバイスの形成時等の導電層のエッチングでは、性能を低減させることなくデバイス密度を増大させることが望まれている。
図２Ａは、導電線の作成用の、パターン形成されたフォトレジスト層の断面図であって、従来技術にしたがった、線間の間隔が近すぎる場合を示している。ウエハ等の基板２０４の上には、障壁層２０６が配されてよい。障壁層２０６の上には、金属層またはポリシリコン層等の誘電体層２０８が形成される。誘電体層２０８の上には、ＤＡＲＣ層等の反射防止層（ＡＲＬ）２１０が形成される。ＡＲＬ２１０の上には、パターン形成されたフォトレジスト層２１２ａが形成される。この例では、パターン形成されたフォトレジスト層２１２ａは、図に示されるように、線幅「Ｌ」として定められる幅を有する。間隔２２２は、図に示されるように、幅「Ｓ」を有する。ピッチ長「Ｐ」は、図に示されるように、線幅と間隔幅との和、すなわちＰ＝Ｌ＋Ｓとして定められる。ピッチ長を低減させることが望まれている。
ピッチ長を低減させる方法の１つは、間隔幅を低減させることによる。図２Ｂは、導電線または誘電体溝線の作成用の、パターン形成されたフォトレジスト層の断面図であって、従来技術にしたがった、線間の間隔が近すぎる場合を示している。ウエハ等の基板２０４の上には、障壁層２０６が配されてよい。障壁層２０６の上には、金属層、ポリシリコン層、または誘電体層等の、導電層または誘電体層２０８が形成される。層２０８の上には、ＤＡＲＣ層等の反射防止層（ＡＲＬ）２１０が形成される。ＡＲＬ２１０の上には、パターン形成されたフォトレジスト層２１２が形成される。この例では、パターン形成されたフォトレジスト層２１２ｂは、パターン線２１４ｂを形成し、これらのパターン線間の間隔内には、フォトレジスト残留物２１８が形成されている。小さい場所から残留物を除去することは難しいので、フォトレジスト残留物２１８の存在は、パターン線２１４ｂ間の間隔を小さくし過ぎたことに起因する。このため、提供可能な導電線の密度が限られてしまう。
上記を実現するため、そして本発明の目的にしたがって、基板の上のエッチング層内にエッチング特徴を形成するための方法が提供される。少なくとも１枚の層で形成されるエッチングマスクスタックが、エッチング層の上に形成される。幅を伴う複数の間隔を定める第１のマスクが、エッチングマスクスタックの上に形成される。第１のマスクによって定められる間隔の幅を低減させる側壁層が、第１のマスクの上に形成される。第１のマスクによって定められる間隔の幅より小さい幅を有する第１組の特徴が、側壁層を通して、少なくとも部分的にエッチングマスクスタック内へとエッチングされる。マスクおよび側壁層は、除去される。追加の特徴の工程が実施される。該工程は、幅を伴う複数の間隔を定める追加のマスクを、エッチングマスクスタックの上に形成する工程と、追加のマスクによって定められる間隔の幅を低減させる側壁層を、追加のマスクの上に形成する工程と、追加のマスクによって定められる間隔の幅より小さい幅を有する第２組の特徴を、側壁層を通して、少なくとも部分的にエッチングマスクスタック内へとエッチングする工程と、マスクおよび側壁層を除去する工程と、を含む。エッチングマスクスタック内の第１組の特徴および第２組の特徴を通して、複数の特徴がエッチング層内にエッチングされる。
本発明のもう１つの発現形態では、エッチング層内に特徴を形成するための方法が提供される。少なくとも１枚の層で形成されるエッチングマスクスタックが、エッチング層の上に形成される。幅を伴う複数の間隔を定める第１のマスクが、エッチングマスクスタックの上に形成される。複数の間隔は、限界寸法およびピッチを有する。第１のマスクによって定められる間隔の幅を低減させる側壁層が、第１のマスクの上に形成される。幅および限界寸法を有する第１組の特徴が、第１のエッチング化学剤を使用して、側壁層を通して、少なくとも部分的にエッチングマスクスタック内へとエッチングされる。特徴の幅は、第１のマスク内の間隔の幅の少なくとも５０％未満であり、特徴の限界寸法は、第１のマスク内の間隔の限界寸法の少なくとも５０％未満であり、エッチング層は、エッチングされない。マスクおよび側壁層は、除去される。追加の特徴の工程が実施される。該工程は、幅を伴う複数の間隔を定める追加のマスクを、エッチングマスクスタックの上に形成する工程であって、複数の間隔は、限界寸法およびピッチを有する、工程と、追加のマスクによって定められる間隔の幅を低減させる側壁層を、追加のマスクの上に形成する工程と、幅および限界寸法を有する追加の特徴を、側壁層を通して、少なくとも部分的にエッチングマスクスタック内へとエッチングする工程であって、追加の特徴の幅は、追加のマスク内の間隔の幅の少なくとも５０％未満であり、追加の特徴の限界寸法は、追加のマスク内の間隔の限界寸法の少なくとも５０％未満であり、特徴および追加の特徴は、第１のマスク内の間隔のピッチおよび追加のマスク内の間隔のピッチの少なくとも５０％未満のピッチを有し、エッチング層は、エッチングされない、工程と、マスクおよび側壁層を除去する工程と、を含む。第１のエッチング化学剤と異なる第２のエッチング化学剤を使用して、エッチングマスクスタックの第１組の特徴および追加の特徴を通して、複数の特徴がエッチング層内にエッチングされる。
本発明のこれらの特徴およびその他の特徴が、本発明の詳細な説明において、添付の図面と関連させて、以下で、より詳細に説明される。
添付の図面では、限定ではなく例示を目的として本発明が図示されている。図中、類似の参照符号は、類似の要素を示すものとする。
添付の図面に示されるようないくつかの好ましい実施形態に基づいて、本発明が詳細に説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部または全部の詳細を特定しなくても実施可能である。また、本発明が不必要に不明瞭になるのを避けるため、周知のプロセス工程および／構造の詳細な説明は省略される。
旧技術のフォトレジストプロセスを使用して小さい限界寸法（ＣＤ）の特徴を提供するため、マルチマスク＆エッチングのプロセスを使用する次世代のフォトレジストマスクプロセスが開発された。
次世代のマスクプロセスの理解を容易にするため、図３は、本発明の１つの実施形態で使用可能なプロセスのハイレベルな流れ図である。エッチング層の上に、エッチングマスクスタックが形成される（ステップ３０４）。図４Ａは、上に障壁層４０６を配された、ウエハ等の基板４０４の断面図である。障壁層４０６の上に、導電性金属層またはポリシリコン層または誘電体層等のエッチング層４０８が形成される。エッチング層４０８の上に、エッチングマスクスタック４１０が形成される。エッチングマスクスタック４１０は、１枚または２枚以上の層であってよい。
次いで、エッチングマスクスタック内に、第１の特徴が形成される（ステップ３０８）。図５は、エッチングマスクステップ内に第１の特徴を形成するステップの、より詳細な流れ図である。エッチングマスクスタック４１０の上に、パターン形成された第１のフォトレジスト層４１２が形成される（ステップ５０４）。この例では、パターン形成された線４１４は、図に示されるように、線幅「Ｌp」として定められる幅を有する。フォトレジスト層内の間隔４２２は、図に示されるように、幅「Ｓp」を有する。パターン形成されたフォトレジスト層のピッチ長「Ｐp」は、図に示されるように、線幅と間隔幅との和、すなわちＰp＝Ｌp＋Ｓpとして定められる。これらの幅は、パターン形成されたフォトレジスト層を形成するために使用されるリソグラフィ技術の解像力によって決定される。ピッチ長を低減させることが望まれている。ＣＤを低減させるため、パターン形成されたフォトレジスト層の上に、側壁層が形成される（ステップ５０８）。図６は、ＣＤを低減させるために、パターン形成されたフォトレジスト層の上に側壁層を形成するステップ（ステップ５０８）の、より詳細な流れ図であり、該ステップは、ガスの調整を使用する。この実施形態において、ＣＤを低減させるために、パターン形成されたフォトレジスト層の上に側壁層を形成するステップ（ステップ５０８）は、堆積の段階６０４と、輪郭成形の段階６０８とを含む。堆積の段階は、プラズマを形成するために、第１のガス化学剤を使用する。これは、パターン形成されたフォトレジスト層の側壁の上に、側壁層を堆積させる。輪郭成形の段階６０８は、プラズマを形成するために、第１のガス化学剤と異なる第２のガス化学剤を使用する。これは、略垂直の側壁を形成するために、堆積物の輪郭を成形する。
図４Ｂは、側壁の上に側壁層４２０を堆積された状態の、パターン形成された第１のフォトレジスト層４１２の断面図である。側壁層４２０は、パターン形成されたフォトレジスト層の間隔内に側壁層特徴４２４を形成し、側壁層特徴４２４は、パターン形成された第１のフォトレジスト層の間隔ＣＤより小さい低減された間隔ＣＤを有する。堆積されたパターン形成された第１のフォトレジスト層の低減された間隔ＣＤは、パターン形成された第１のフォトレジスト層の特徴の間隔ＣＤの少なくとも５０％未満であることが好ましい。また、側壁層は、図に示されるように極めて正角の、略垂直の側壁４２８を有することも望まれている。略垂直の側壁の一例は、特徴の底部に対し、底部から頂部にかけて８８〜９０度の角度をなす側壁である。正角の側壁は、特徴の頂部から底部にかけてほぼ同じ厚さの堆積層を有する。非正角の側壁は、切子面状またはパン塊状の構造に形成される可能性があり、これは、非略垂直の側壁を提供する。先細の側壁（切子面状の構造に起因する）またはパン塊状の側壁は、堆積層のＣＤを増大させ、パターン形成されたフォトレジスト層のエッチングを不十分にする可能性がある。好ましくは、側壁上の堆積物は、パターン形成された第１のフォトレジスト層の特徴の底部上の堆積より厚い。より好ましくは、パターン形成された第１のフォトレジスト層の特徴の底部の上には、層が堆積されない。
次いで、側壁層の間隔を通してエッチングスタックマスク４１０内へと第１組の特徴がエッチングされる（ステップ５１２）。図４Ｃは、エッチングマスクスタック内へとエッチングされた第１組の特徴４３２を示している。この例では、エッチングマスクスタック内にエッチングされた第１組の特徴４３２は、堆積層特徴の間隔ＣＤに等しいＣＤ幅を有する。実際は、第１組の特徴４３２の特徴のＣＤは、堆積層４２０特徴のＣＤより僅かに大きい可能性がある。しかしながら、堆積層の特徴のＣＤは、フォトレジスト４１２のＣＤより大幅に小さいので、エッチングマスクスタック４１０内の特徴のＣＤは、依然として、フォトレジスト４１２のＣＤより小さい。もし、堆積層のＣＤが、フォトレジストのＣＤより僅かに小さいに過ぎない場合、または堆積層が、切子面状またはパン塊状に形成された場合は、エッチングマスクスタックのＣＤは、フォトレジストのＣＤより小さくならない可能性がある。また、切子面状またはパン塊状に形成された堆積層は、エッチングされるべき層内に、切子面状または不ぞろいな形状の特徴を生じさせる。また、フォトレジスト特徴の底部上の堆積物を最小限にすることも望まれている。この例では、エッチングされるべき層４０８内にエッチングされる特徴のＣＤは、フォトレジスト特徴のＣＤの少なくとも５０％未満である。また、この例では、特徴４３２は、部分的にエッチングマスクスタック４１０内へとエッチングされる。他の実施形態では、特徴４３２は、完全にエッチングマスクスタック４１０内へとエッチングされてよい。
次いで、パターン形成されたフォトレジスト層および堆積された層は、剥離される（ステップ５１６）。これは、単一のステップによってなされても良いし、あるいは、堆積層除去のステップおよびフォトレジスト剥離のステップの２つの別々のステップによってなされても良い。剥離プロセスには、アッシングが使用されてよい。図４Ｄは、堆積層およびフォトレジスト層を除去された後の基板４００を示している。
追加のエッチングマスクスタック特徴が形成される（ステップ３１６）。図７は、エッチングマスクステップ内に追加の特徴を形成するステップの、より詳細な流れ図である。エッチングマスクスタック４１０の上に、パターン形成された追加のフォトレジスト層４４２が形成される（ステップ７０４）。パターン形成された追加のフォトレジスト層４４２は、パターン形成された第１のフォトレジスト層と同じピッチおよび同じＣＤを有すると考えられる。ＣＤを低減させるため、パターン形成された追加のフォトレジスト層の上に、側壁層が形成される（ステップ７０８）。側壁層は、パターン形成された第１のフォトレジスト層の上に側壁層を形成するのと同じプロセスを使用して形成されてよい。図４Ｆは、側壁の上に側壁層４５０を堆積された状態の、パターン形成された追加のフォトレジスト層４４２の概略断面図である。側壁層４５０は、パターン形成されたフォトレジスト層の間隔内に、側壁層特徴４５４を形成し、側壁層特徴４５４は、パターン形成された追加のフォトレジスト層の間隔ＣＤより小さい低減された間隔ＣＤを有する。好ましくは、側壁層特徴の低減された間隔は、パターン形成された第２のフォトレジスト層特徴の間隔ＣＤの少なくとも５０％未満である。また、側壁層４５０は、図に示されるように極めて正角の、略垂直の側壁を有することも望まれている。略垂直の壁の一例は、特徴の底部に対し、底部から頂部にかけて８８〜９０度の角度をなす側壁である。好ましくは、側壁上の堆積物は、フォトレジスト特徴の底部上の堆積より厚い。より好ましくは、フォトレジスト特徴の底部の上には、層が堆積されない。
図４Ｇに示されるように、エッチングマスクスタック内に特徴がエッチングされ（ステップ７１２）、第１組のエッチング特徴４３２間に第２組のエッチング特徴４５２が形成される。次いで、図４Ｈに示されるように、パターン形成されたフォトレジスト層および堆積された層は、剥離される（ステップ７１６）。追加のエッチングマスク特徴の形成（ステップ３１６）は、完了する。
追加の特徴が形成されるべきか否かについて、チェックがなされる（ステップ３２０）。この例では、２組の特徴のみが形成されるので、プロセスは、エッチング層内へと特徴をエッチングするステップ（ステップ３２４）に進む。これは、エッチングマスクとしてエッチングマスクスタック４１０を使用することによって達成される。
次いで、図４Ｉに示されるように、エッチング層４０８をエッチングするために、エッチングマスクスタック４１０がエッチングマスクとして使用される（ステップ３２４）。好ましくは、このプロセスは、エッチングスタックマスク内に特徴をエッチングするために使用されるエッチング化学剤とは異なるエッチング化学剤を使用する。また、好ましくは、エッチング化学剤は、エッチングスタックマスク４１０に対してエッチング層４０８を選択的にエッチングする。
次いで、図４Ｊに示されるように、エッチングマスクスタックが除去される（ステップ３２８）。１つの実施形態では、エッチングマスクスタックは、エッチング層のエッチングの最中に除去される。もう１つの実施形態では、エッチングマスクスタックは、エッチング層が完全にエッチングされた後に、別個のステップで除去される。エッチング層の線幅は、Ｌfとして示される。エッチング層内の特徴の間隔幅は、Ｓfとして示される。特徴のピッチ長は、Ｐf＝Ｌf＋Ｓfとして示される。特徴のピッチＰf、特徴の線幅Ｌf、および特徴の間隔幅Ｓfとの比較のために、図４Ａにおけるパターン形成されたフォトレジスト層のピッチＰp、フォトレジストの線幅Ｌp、およびフォトレジストの間隔Ｓpを、図４Ｊに示した。この実施形態では、特徴間の線幅Ｌfが、パターン形成されたフォトレジスト層の線幅Ｌpの半分で、特徴の間隔幅Ｓfが、パターン形成されたフォトレジスト層内の間隔Ｓpの半分であるので、特徴のピッチの長さＰfは、パターン形成されたフォトレジスト層のピッチの長さＰpの半分である。したがって、このプロセスは、同じフォトレジストリソグラフィプロセスを使用しつつ、２つのマスキングステップを使用して、ピッチ長、線幅、および特徴幅を半分に低減させることにより、エッチング特徴の解像力を２倍にすることができる。この例では、図に示されるように、パターン形成された第１のフォトレジスト層からの第１組のエッチング特徴は、パターン形成された第２のフォトレジスト層からの第２組のエッチング特徴と同じ深さ、またはほぼ同じ深さまでエッチングされる。第１のエッチングマスクスタックの特徴からエッチングされた特徴４６２と、第２のエッチングマスクスタックの特徴からの特徴４６６とを交互させることによって、低減されたピッチが提供される。
単層のエッチングマスクスタック
本発明の１つの実施形態では、エッチングマスクスタックは単層である。この実施形態では、単層は、耐剥離性の層である。耐剥離性の層は、非晶質炭素および耐剥離性ポリマの少なくとも一方であることが好ましい。より好ましくは、耐剥離性の層は、非晶質炭素である。本明細書および添付の特許請求の範囲において、非晶質炭素は、ハロゲンフリーのポリマとして定義される。耐剥離性のポリマ、またはエッチングマスクスタックの単層として使用されるその他の材料は、単層が除去することなく湿式または乾式のプロセスによってフォトレジストのパターン形成および剥離がなされるように、フォトレジストと十分に異なることが望まれる。１つの実施形態では、単層を形成する材料は、フォトレジストを剥離させるために使用される酸素による剥離に対して耐性である。もう１つの実施形態では、単層は、フォトレジストプロセスで使用される水素含有ガスまたは水素含有液体に対して耐性である。もう１つの実施形態では、紫外線放射を使用する等によって単層が硬化されるので、単層は、剥離プロセスに対して耐性である。あるいは、単層は、使用される剥離プロセスに対して生来的に耐性であり、硬化を必要としない。このような場合、単層の材料は、水素による剥離プロセスについてはＨ2またはＮＨ3等の水素含有プラズマに対して耐性であり、あるいは、酸素による剥離プロセスについては酸素含有プラズマに対して耐性である。
多層のエッチングマスクスタック
本発明のもう１つの実施形態では、エッチングマスクスタックは、２枚の層を含む。図８Ａは、基板８０４の上に障壁層８０６を、その上にエッチング層８０８を、そしてその上に第１の層８１０および第２の層８１１を伴うエッチングマスクスタックを配した断面図である。第２の層８１１の上に、フォトレジストマスク８１４が配される。ＣＤを低減させるため、フォトレジストマスクの側壁の上に、側壁層８２０が配される。第１のエッチング化学剤を使用して、部分的に第２の層８１１内へと、第１のマスク特徴８３２がエッチングされるので、図に示されるように、この実施形態では、第１のマスク特徴は第１の層８１０に達しない。
図８Ｂに示されるように、フォトレジストマスク８１４および側壁層８２０は除去され、第２の層８１１の上に第２のフォトレジストマスク８４２が形成される。ＣＤを低減させるため、第２のフォトレジストマスク８４２の上に、側壁層８５０が形成される。部分的に第２の層８１１内へと、第２のマスク特徴８５２がエッチングされるので、図に示されるように、この実施形態では、第２のマスク特徴は第１の層８１０に達しない。いずれのエッチングでも、第２の層８１１がエッチングされるので、このエッチングは、第１のエッチング化学剤を使用してよい。
図８Ｃに示されるように、第２の層８１１の上から、フォトレジストマスクおよび側壁層が除去される。図８Ｄに示されるように、第２のエッチング化学剤は、エッチングマスクスタックの第１の層８１０をエッチングするために、第２の層８１１をエッチングマスクとして使用する。このエッチングは、第２の層８１１に対して第１の層８１０を選択的にエッチングするので、第２のエッチング化学剤は、第１のエッチング化学剤と異なることが好ましい。１つの実施形態では、第１の層８１０は、部分的にのみエッチングされる。もう１つのエッチングでは、第１の層８１０は、図に示されるように、完全にエッチングされ貫通される。
１つの実施形態では、第２の層は除去される。この実施形態では、第２の層は、図８Ｅに示されるように、第３のエッチング化学剤を使用してエッチング層８０８内に特徴がエッチングされるまで除去されない。エッチング層８０８は、エッチングマスクスタックの第１の層８１０に対して選択的にエッチングされるので、第３のエッチング化学剤は、第２のエッチング化学剤と異なることが好ましい。第１の層８１０および第２の層８１１で形成されたエッチングマスクスタックの残りは、次いで、図８Ｆに示されるように、除去される。もう１つの実施形態では、エッチングマスクスタックの第２の層８１１は、エッチング層のエッチングの最中に除去される。もう１つの実施形態では、第１の層８１０および第２の層８１１の両方が、エッチング層８０８のエッチングの最中に除去される。
この実施形態では、第２の層８１１は、剥離保護マスクとして機能する。これは、次世代のパターン形成マスクとして機能する第１の層のフォトレジスト剥離の最中に、保護マスクとして機能する。剥離保護マスク８１１は、フォトレジストマスクの剥離の最中の損傷から、次世代のパターン形成マスク８１０を保護する。
単層の剥離保護マスクによって所望の目標を得られるものの、実施形態によっては、エッチングの均一性の制御が課題となる場合がある。剥離保護マスクが優れた均一性を有する場合でない限り、一部の特徴がエッチングマスクスタックの第１の層内へと突き出して、該第１の層を剥離プロセスに暴露させる可能性がある。これは、第１の層を損傷させる恐れがある。この問題を回避するため、二層の剥離保護マスクが使用されてよい。図９Ａは、第１の層９１０、第２の層９１１、および第３の層９１３を含むエッチングスタックマスクの下にエッチング層９０８、その下に障壁層９０６、そしてその下に基板９０４を配した断面図である。第３の層９１３の上に、フォトレジストマスク９１４が形成されている。フォトレジストマスク９１４の側壁の上に、側壁層９２０が形成される。第２の層９１１に到るまで第３の層９１３をエッチングするために、第１のエッチング化学剤を使用したエッチングプロセスが用いられる。第２の層９１１は、図９Ｂに示されるように、エッチング停止層として使用される。したがって、第１のエッチング化学剤は、第２の層に対して第３の層を選択的にエッチングする。エッチング停止層を用意することによって、エッチングマスクスタックの第１の層９１０は、剥離プロセスの最中に暴露されないように保護される。この例では、第３の層９１３は、剥離保護マスクとして機能する。
フォトレジストマスク９１４および側壁層９２０は除去され、第３の層９１３の上に第２のフォトレジストマスク９４２が形成される。図９Ｃに示されるように、第２のフォトレジストマスク９４２の上に、側壁層９５０が形成される。第１のエッチング化学剤を使用して、エッチング停止層９１１に到るまで第３の層９１３の露出部分がエッチングされ、第２組の特徴９５２が形成される。
フォトレジストマスク９４２および側壁層９５０は除去される。図９Ｄに示されるように、第３の層９１３に対して第２の層９１１を選択的にエッチングするために、第１のエッチング化学剤と異なる第２のエッチング化学剤が使用される。エッチングマスクスタックの第１の層９１０をエッチングするために、第３のエッチング化学剤が使用される。本発明の１つの実施形態では、第３のエッチング化学剤は、第２のエッチング化学剤と同じである。本発明のもう１つの実施形態では、第３のエッチング化学剤は、第２のエッチング化学剤と異なる。
図９Ｅに示されるように、エッチングマスクスタックの第１の層９１０を通してエッチング層９０８内へと特徴をエッチングするために、第４のエッチング化学剤が使用される。好ましい実施形態では、第１の層９１０に対してエッチング層９０８を選択的にエッチング可能にするために、第４のエッチング化学剤は、第３のエッチング化学剤と異なる。次いで、図９Ｆに示されるように、エッチングマスクスタックは剥離される。１つの実施形態では、エッチングマスクスタックの第３の層９１３、および恐らくは第２の層９１１は、エッチング層９０８のエッチング前に除去される。
この三層のエッチングマスクスタックでは、多くの材料の組み合わせを用いることができる。１つの実施形態では、剥離保護マスク９１３はＳｉＯ2であり、エッチング停止マスク９１１は、ＳｉＣ、Ｓｉ2Ｎ3、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、およびＴｉＮのうちの少なくとも１つ、またはＳｉＯ2に対して選択的にエッチング可能な任意の他の材料である。もう１つの実施形態では、剥離保護マスク９１３はＳｉＣであり、エッチング停止マスク９１１は、ＳｉＯ2、Ｓｉ2Ｎ3、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、およびＴｉＮのうちの少なくとも１つである。もう１つの実施形態では、剥離保護マスク９１３はＳｉ2Ｎ3であり、エッチング停止マスク９１１は、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、およびＴｉＮのうちの少なくとも１つである。もう１つの実施形態では、剥離保護マスク９１３はＳｉＯＮであり、エッチング停止マスク９１１は、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、Ｓｉ2Ｎ3、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、およびＴｉＮのうちの少なくとも１つである。もう１つの実施形態では、剥離保護マスク９１３はＳｉＯＣであり、エッチング停止マスク９１１は、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、Ｓｉ2Ｎ3、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、およびＴｉＮのうちの少なくとも１つである。もう１つの実施形態では、剥離保護マスク９１３は、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、およびＴｉのうちの少なくとも１つであり、エッチング停止マスク９１１は、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、およびＳｉ2Ｎ3のうちの少なくとも１つである。ＳｉＯ2は、フォトレジスト剥離プロセスの最中の損傷に対して極めて耐性であるので、剥離保護マスクは、ＳｉＯ2であることが最も好ましい。
本発明の他の実施形態は、３組以上のエッチングマスクスタック特徴を使用してよい。例えば、特徴のレイアウトが各レチクルのピッチの３分の１のピッチを有するように、３組のエッチングマスクスタック特徴が使用されてよい。もう１つの例では、特徴のレイアウトが各レチクルのピッチの４分の１のピッチを有するように、４組のエッチングマスクスタック特徴が使用されてよい。このようなマルチマスクプロセスは、２００５年２月３日付けで出願されたJeffrey MarksおよびReza Sadjadiによる米国特許出願第１１／０５０，９８５「Reduction of Feature Critical Dimensions Using Multiple Masks（複数マスクの使用による、特徴限界寸法の低減）」に記載されており、当該文献は、引用によって本明細書に組み込まれるものとする。
エッチングマスクスタックが無いと、異なるフォトレジスト材料または異なるツールによってプロセスシフトが生じる。エッチングマスクスタックは、異なるフォトレジスト材料および異なるツールに起因するプロセスシフトを低減させる。マルチマスクプロセスでは、層は、複数回のフォトレジスト堆積および複数回の剥離を経る。エッチングマスクスタックは、複数回のフォトレジスト堆積および複数回の剥離に起因しうるエッチング層の損傷を低減させる。
以上では、好ましい実施形態の観点から本発明が説明された。しかしながら、変更形態、置換形態、および様々な代替の等価形態が本発明の範囲に含まれる。また、本発明の方法および装置を実現するものとして、多くの代替の方法がある。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる変更形態、置換形態、および様々な代替の等価形態を含むものと解釈される。
従来技術にしたがってエッチングされたスタックの概略断面図である。 従来技術にしたがってエッチングされたスタックの概略断面図である。 従来技術にしたがって形成された、パターン形成されたフォトレジスト層の概略断面図である。 従来技術にしたがって形成された、パターン形成されたフォトレジスト層の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態で使用可能なプロセスのハイレベルな流れ図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明の１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 エッチングマスクステップ内へと第１の特徴を形成するステップの、より詳細な流れ図である。 パターン形成されたフォトレジスト層の上に側壁を形成するステップの流れ図である。 エッチングマスクステップ内へと追加の特徴を形成するステップの、より詳細な流れ図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。 本発明のもう１つの実施形態にしたがって処理されたエッチング層の概略断面図である。

Claims (21)

  1. 基板の上のエッチング層内にエッチング特徴を形成するための方法であって、
    少なくとも１枚の層で形成されるエッチングマスクスタックを、前記エッチング層の上に形成する工程と、
    第１のピッチおよび幅を伴う複数の間隔を定める第１のマスクを、前記エッチングマスクスタックの上に形成する工程と、
    前記第１のマスクによって定められる前記間隔の幅を低減させる側壁層を、前記第１のマスクの上に形成する工程と、
    前記第１のマスクによって定められる前記間隔の幅より小さい幅を有する第１組の特徴を、前記側壁層を通して、少なくとも部分的に前記エッチングマスクスタック内へとエッチングする工程と、前記第１のマスクの上に側壁層を形成する工程は、少なくとも２つのサイクルを含み、各サイクルは、
    デポジションプラズマを形成して前記第１のマスクの前記側壁の上に堆積物を形成するために、第１のガス化学剤を使用する、第１の堆積の段階と、
    前記第１のマスクの前記側壁の上の前記堆積物の輪郭を成形するために、前記第１の化学剤とは異なる第２のガス化学剤を使用する、輪郭成形の段階と、を含むことと、
    前記マスクおよび前記側壁層を除去する工程と、
    追加の特徴を形成する工程であって、
    幅を伴う複数の間隔を定める追加のマスクを、前記エッチングマスクスタックの上に形成する工程と、
    前記追加のマスクによって定められる前記間隔の幅を低減させる側壁層を、前記追加のマスクの上に形成する工程と、
    前記追加のマスクによって定められる前記間隔の幅より小さい幅を有する第２組の特徴を、前記側壁層を通して、少なくとも部分的に前記エッチングマスクスタック内へとエッチングする工程と、前記第１組の特長および前記第２の組の特徴からなる前記エッチングマスクスタック上のマスク特徴は前記第１のピッチよりも狭い第２のピッチを有することと、
    前記マスクおよび前記側壁層を除去する工程と、
    を含む工程と、
    前記エッチングマスクスタック内の前記第１組の特徴および前記第２組の特徴からなる前記マスク特徴を通して、複数の特徴を前記エッチング層内にエッチングする工程と、
    を備える方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    前記エッチングマスクスタックは、前記第１のマスクおよび前記第２のマスクと比べて剥離に対する耐性が強い材料の、耐剥離性の層を含む、方法。
  3. 請求項２に記載の方法であって、
    前記耐剥離性の層は、非晶質炭素、炭化水素、ハイドロフルオロカーボン、およびポリマ材料のうちの少なくとも１つを含む、方法。
  4. 請求項３に記載の方法であって、
    前記エッチングマスクスタックは、更に、前記耐剥離性の層の上に剥離保護層を含む、方法。
  5. 請求項４に記載の方法であって、
    前記エッチングマスクスタックは、更に、前記剥離保護層と前記耐剥離性の層との間にエッチング停止層を含む、方法。
  6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の方法であって、更に、
    前記追加の特徴を形成する工程を少なくとも１回繰り返す工程を備える方法。
  7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の方法であって、
    前記追加のマスクの上に側壁層を形成する工程は、少なくとも１つのサイクルであり、
    デポジションプラズマを形成して前記追加のマスクの前記側壁の上に堆積物を形成するために、第３のガス化学剤を使用する、堆積の段階と、
    前記追加のマスクの前記側壁の上の前記堆積物の輪郭を成形するために、第４のガス化学剤を使用する、輪郭成形の段階であって、前記第３のガス化学剤は、前記第４のガス化学剤と異なる、段階と、
    を含む、方法。
  8. 請求項７に記載の方法であって、
    前記追加のマスクの上に側壁層を形成する工程は、少なくとも２つのサイクルに渡って実施される、方法。
  9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の方法であって、
    前記側壁層を形成する工程は、略垂直の側壁を形成する、方法。
  10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の方法であって、
    前記第１のマスクおよび前記追加のマスクは、フォトレジストマスクであり、前記側壁層は、ポリマ材料で形成される、方法。
  11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の方法であって、
    前記マスクおよび前記側壁層を除去する工程は、前記マスクおよび前記側壁層をアッシングする工程を含む、方法。
  12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法であって、
    前記第１組の特徴の前記特徴の幅は、前記第１のマスクによって定められる前記間隔の幅の少なくとも５０％未満である、方法。
  13. 請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法であって、
    前記第１のマスク内の前記間隔は、ピッチ長を有し、前記エッチング層内に形成される前記特徴は、前記第１のマスクによって定められる前記間隔のピッチ長の少なくとも５０％未満のピッチ長を有する、方法。
  14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の方法であって、
    前記第１組の特徴をエッチングする工程は、前記エッチング層をエッチングしない、方法。
  15. 請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法であって、更に、
    前記エッチングマスクスタックを除去する工程を備える方法。
  16. 請求項１ないし１５のいずれかに記載の方法によって形成される半導体デバイス。
  17. エッチング層内に特徴を形成するための方法であって、
    少なくとも１枚の層で形成されるエッチングマスクスタックを、前記エッチング層の上に形成する工程と、
    幅を伴う複数の間隔を定める第１のマスクを、前記エッチングマスクスタックの上に形成する工程であって、前記複数の間隔は、限界寸法およびピッチを有する、工程と、
    前記第１のマスクによって定められる前記間隔の幅を低減させる側壁層を、前記第１のマスクの上に形成する工程と、前記第１のマスクの上に側壁層を形成する工程は、少なくとも２つのサイクルを含み、各サイクルは、
    デポジションプラズマを形成して前記第１のマスクの前記側壁の上に堆積物を形成するために、第１のガス化学剤を使用する、第１の堆積の段階と、
    前記第１のマスクの前記側壁の上の前記堆積物の輪郭を成形するために、前記第１のガス化学剤とは異なる第２のガス化学剤を使用する、輪郭成形の段階と、を含むことと、
    幅および限界寸法を有する第１組の特徴を、第１のエッチング化学剤を使用して、前記側壁層を通して、少なくとも部分的に前記エッチングマスクスタック内へとエッチングする工程であって、前記特徴の幅は、前記第１のマスク内の前記間隔の幅の少なくとも５０％未満であり、前記特徴の限界寸法は、前記第１のマスク内の前記間隔の限界寸法の少なくとも５０％未満であり、前記エッチング層は、エッチングされない、工程と、
    前記マスクおよび前記側壁層を除去する工程と、
    追加の特徴の形成を実施する工程であって、
    幅を伴う複数の間隔を定める追加のマスクを、前記エッチングマスクスタックの上に形成することであって、前記複数の間隔は、限界寸法およびピッチを有する、工程と、
    前記追加のマスクによって定められる前記間隔の幅を低減させる側壁層を、前記追加のマスクの上に形成する工程と、
    幅および限界寸法を有する追加の特徴を、前記側壁層を通して、少なくとも部分的に前記エッチングマスクスタック内へとエッチングする工程であって、前記追加の特徴の幅は、前記追加のマスク内の前記間隔の幅の少なくとも５０％未満であり、前記追加の特徴の限界寸法は、前記追加のマスク内の前記間隔の限界寸法の少なくとも５０％未満であり、前記特徴および前記追加の特徴は、前記第１のマスク内の前記間隔のピッチおよび前記追加のマスク内の前記間隔のピッチの少なくとも５０％未満のピッチを有し、前記エッチング層は、エッチングされない、工程と、
    前記マスクおよび前記側壁層を除去する工程と、
    を含む工程と、
    前記第１のエッチング化学剤と異なる第２のエッチング化学剤を使用して、前記エッチングマスクスタックの前記第１組の特徴および前記追加の特徴を通して、複数の特徴を前記エッチング層内にエッチングする工程と、
    を備える方法。
  18. 請求項１７に記載の方法であって、
    前記追加のマスクの上に側壁層を形成する工程は、少なくとも２つのサイクルを含み、各サイクルは、
    デポジションプラズマを形成して前記追加のマスクの前記側壁の上に堆積物を形成するために、第３のガス化学剤を使用する、堆積の段階と、
    前記追加のマスクの前記側壁の上の前記堆積物の輪郭を成形するために、第４のガス化学剤を使用する、輪郭成形の段階であって、前記第３のガス化学剤は、前記第４のガス化学剤と異なる、段階と、
    を含む、方法。
  19. 請求項１７ないし１８のいずれかに記載の方法であって、
    前記第１のマスクは、フォトレジストマスクであり、前記側壁層は、ポリマ材料の層である、方法。
  20. 請求項１７ないし１９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スタックは、前記第１のマスクおよび前記第２のマスクと比べて剥離に対する耐性が強い材料の、耐剥離性の層を含み、前記方法は、更に、前記エッチングスタックマスクを除去する工程を備える、方法。
  21. 請求項１ないし１５および請求項１７ないし２０のいずれかに記載の方法であって、
    前記追加のマスクは、前記第１組の特徴を埋める、方法。
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