ゲート電極をトリミングする方法
第1寸法を有するゲート電極層を備えたゲート電極構造をトリミングする方法および処理ツールを提供する。反応層は、ゲート電極構造と反応することによって形成される。そして、この反応層は、化学エッチングによって、ゲート電極構造の未反応部分から選択的に除去される。これにより、第1寸法よりも小さい第2寸法を有するトリミングされたゲート電極構造が形成される。トリミング処理は、反応層の形成が実質的に自己制限的となるプロセス条件にて実行される。トリミング処理は、ゲート電極構造の寸法をさらに減少させるために繰り返し行うことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、2004年1月14日に出願された米国特許出願第10/756,759に基づくとともに、優先権を主張している。この米国特許出願の内容は、本明細書中にそのまま組み込まれる。
【0002】
本発明は、半導体製造に関し、特に、化学トリミングプロセスを用いてゲート電極構造の寸法を減じる方法に関する。
【背景技術】
【0003】
プラズマ処理システムは、半導体、集積回路、ディスプレイおよび他のデバイスまたは材料を製造および処理する際に用いられる。プラズマ処理は、リソグラフィックマスクから半導体基材へと集積回路のパターンを転写するために用いることができる。リソグラフィックマスクは、基材上に配置され、選択されたリソグラフィックパターンに露光され、そして現像される耐エッチング性のフォトレジスト層を備えている。フォトレジスト層に加えて、リソグラフィックマスク構造は、例えば反射防止膜(ARC)といった追加のマスク層を備えている。ARC層は、リソグラフィ工程中に、基材からの反射光を減じるためにしばしば用いられ、基材上に所定領域をパターン形成するために犠牲層としてのマスクを用いることができる。そして、パターン化されたフォトレジスト/マスク層が基材中に複数の開口を規定する領域にて、基材に対してプラズマ処理により異方性エッチングが行われる。
【0004】
ミクロ電子デバイスの最小フィーチャサイズ(feature
size)は、マイクロプロセッサおよびデジタル回路の高速化・低電力化の要求に合致するために、ディープサブミクロンのレジュメ(the deep sub-micron regime)に近づいてきている。回路の最小限界寸法(CD: critical dimension)は、適切に動作するように製造されたデバイスに対する限界とされた1本の線幅またはスペースであり、それはまた、デバイス性能を決定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
フォトレジスト材料の層を用いて達成することができる最小の初期フィーチャサイズは、フォトレジスト層を露光してパターン形成するために用いられるリソグラフィ技術によって限定される。一般に、パターン形成されたフォトレジスト(PR)層の寸法は、プラズマエッチング方法を利用したリソグラフィ技術の限界を超えてトリムされる。プラズマエッチング工程中のCDの減少は、CDバイアス(CD-bias)と称される。しかしながら、プラズマPRトリム工程の結果は、等密度(iso-dense)CDバイアスとなる。等密度バイアスとは、全ての他のプロセスパラメータ(焦点、露光等)を一定に保っている間に、(近接して離間した)密度のCDと、隔離された構造との間の差である。等密度バイアスは、中立的に支配する(neutral-dominant)等方エッチングプロセスの性質によるものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、ゲート電極構造をトリミングする方法を提供する。すなわち、第1寸法を有するゲート電極構造を設け、トリミングレシピを選択し、ゲート電極構造との反応を通して反応層を形成し、化学エッチングによりゲート電極構造の未反応部分から反応層を除去し、これにより、第1寸法よりも小さい第2寸法を有するゲート電極構造を形成する。
【0007】
ゲート電極構造をトリミングするための処理ツールが提供される。処理ツールは、第1寸法を有するゲート電極構造を備えた基材を設置しかつ取り外すように構成された基材設置チャンバと、処理ツール内で基材を搬送する搬送システムと、ゲート電極構造との反応を通して反応層を形成するとともに化学エッチングによりゲート電極構造の未反応部分から反応層を選択的に除去する少なくとも一つの処理システムと、第1寸法よりも小さい第2寸法を有するゲート電極構造を形成するためのトリミングレシピに従い処理ツールを制御するコントローラとを備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
図1A乃至図1Gには、本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローを示した概略断面図が示されている。ソフトマスク処理スキームを利用して、リソグラフィによりパターン形成されたゲート電極構造の寸法(ディメンジョン)は、化学エッチング処理によってトリミングされる。トリミング後の寸法は、フォトレジストパターンのリソグラフィによる寸法よりも小さくすることができ、即ちそれは何らかの寸法となり得る。
【0009】
図1Aには、ゲート電極構造10が示されている。ゲート電極構造10は、基材100と、高誘電率層(high-k layer)102と、ゲート電極層104と、有機ARC層106と、パターン形成されたフォトレジスト層108とを備えている。ゲート電極層104は、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコン、SiGeといったSiを含有する層とすることができる。あるいは、ゲート電極層104は、例えば、(ルテニウム(Ru)等の)金属、(TiNi等の)合金、(TaN、TaSiN、TiN、HfN等の)窒化金属(metal
nitride)、(RuO2等の)酸化金属といった金属を含有する層とすることができる。高誘電率層102は、例えば、HfO2、HfSiOX、ZrO2及びZrSiOXのうち少なくとも一つを含むものとすることができる。パターン形成されたフォトレジスト層108は、マスクを通してフォトレジスト層を露光し、そして未露光領域を現像液で除去することによって形成することができる。このように得られた図1のパターン形成されたフォトレジスト層108は、初期リソグラフィ寸法122を有しており、反応性イオンエッチング(RIE: Reactive Ion Etching)といった異方性エッチング処理を用いて、下方に位置する層104,106に対してリソグラフィパターンを転写するために使用することができる。ゲート電極層104及び有機ARC層106のエッチングは、幅広い種々の周知のエッチングガスを用いて実施することができる。エッチングガスは、例えば、Cl2,HBr,HCl,CF4,SF6,C2F6及びNF3のうちの少なくとも一つを含むことができる。図1Aに示したゲート電極構造10は、図1Bに示したゲート電極構造10を形成するのに約4分間のエッチング処理が必要となる。このエッチング処理により、初期リソグラフィ寸法122と、図1Bに示したフォトレジスト層108、有機ARC層106及びゲート電極層104内に形成された第1水平寸法120との間の差に対応する小さなCDバイアスが形成される。
【0010】
次に、図1Cに示すように、化学トリミング処理を実施する前に、フォトレジスト層108及び有機ARC層106が取り除かれる。あるいは、フォトレジスト層108及び有機ARC層106は、トリミング処理中にゲート電極層104の水平(頂)面を保護するために使用することができる。図1Cにおいて、ゲート電極層104は、第1水平寸法120および第1垂直寸法122を有することをもって特徴付けられる。化学トリミング処理により、ゲート電極層104の等密度CDバイアスまたは形状(おそらく少しの形状変化はある)を変えることなく、リソグラフィ寸法120以下にCD(図1Dの第1水平寸法118)がさらに減じられる。
【0011】
化学トリミング処理では、図1Cのゲート電極構造10は、図1Dの反応層104bを形成するために、ゲート電極構造10と等方的に反応する反応ガスに曝すことができる。反応ガスは、熱処理またはプラズマ処理においてゲート電極構造に対して曝すことができる。反応層104bの厚さは、例えば、反応ガスの種類、反応ガス圧力、暴露時間および基材温度といったプロセス条件に依存する。反応層104bの形成は、物理拡散バリアとして作用することにより、残存ゲート電極層104aと反応ガスとのさらなる反応を妨害する。ゲート電極構造10は、所望厚さの反応層104bの形成が可能な時間だけ、反応ガスに曝される。
【0012】
図2は、本発明の一実施例による反応層厚さを反応ガス露出時間に対して示したグラフである。各曲線200,210,220は、異なる処理条件に対する異なる反応層厚さが示されている。図2から分かるように、初期では反応層厚さが急激に増加し、次いで、露出時間が増加しても増加率が“頭打ち”になる領域が続く。この“頭打ち”は、自己制限的な反応(self-limiting reaction)によるものであり、反応層厚さが漸近値に近づいている。実際には、半導体製造において実用的なタイムスケールで、必要な制御および再現性を備えた反応層を形成する処理条件が選定される。したがって、異なる反応層厚さが得られるとともに、トリミング処理にわたって再現性の良い制御が可能な異なるトリミングレシピが開発される。
【0013】
ポリシリコンゲート電極層104に対して、例えば約10秒から約30秒といった実用的な半導体デバイス製造のタイムスケールで、プラズマ処理条件および基材温度に応じて、約2nmから約5nmの厚さを有するSiO2反応層104bを形成することができる。本発明の一実施形態では、SiO2反応層104bを形成するべくポリシリコンゲート電極層と反応させるために、励起酸素種を含む反応ガスが用いられる。励起酸素種は、O2プラズマ源を用いて製造することができる。処理システム内の基材からプラズマ源を除去する必要がある場合には、O2プラズマ源は、リモートプラズマ源とすることができる。
【0014】
本発明の他の実施例では、SiO2反応層104bを形成するべくポリシリコンゲート電極を熱的に酸化させるために、O2又はH2Oといった酸素含有ガスを使用してもよい。本発明のさらに他の実施例では、湿式酸化処理を用いてもよい。この酸化処理は、例えば、暖めたH2Oまたは酸性溶液内に浸漬することにより行われる。
【0015】
ある実験例では、絶縁されかつ高密度とされたゲート電極構造の両側に、約15秒間で、4nm厚さのSiO2反応層104bを得るために、O2プラズマ条件及び基材温度が選定された。SiO2反応層104bの厚さは、室温では約15秒後には飽和したように見え、さらに露出時間を設けても反応層104bの厚さは増加しなかった。SiO2反応層104bを形成する短い処理時間は、必要とされる高い基材スループットを可能にする。
【0016】
再び図1Dを参照すると、所望の厚さを有する反応層104bが形成されると、ゲート電極構造10の反応ガスに対する露出が停止される。その後、反応層104bは、未反応ゲート電極層104aから除去(ストリップ)される。反応層104bは、例えば、エッチングガスにゲート電極構造10を暴露することによって除去することができる。反応層104bを除去可能なエッチングガスの選定は、ゲート電極材料に依存する。反応層104bの除去が未反応ゲート電極材料に対して選択され、そして、図1Eに示したようなトリムされたゲート電極層104aが得られる。エッチングガスは、例えば、水性HF蒸気(HF(aq))とすることができる。当業者であれば、HF(aq)は、Si上のSiO2に対する高いエッチング選択性を有すること、すなわち、残存Siゲート電極層104aからSiO2反応層104bを速く選択的に除去するということを理解しているだろう。HF(aq)エッチングガスに対するSiO2反応層104bの暴露は、SiO2反応層104bの除去を完全に行うのに十分な予め決められた時間の間だけ行われる。本発明の一実施例では、約4nmのSiO2反応層104bは、約10秒で除去できる。トリムされたゲート電極層104aは、図1Cに示した第1水平寸法120及び第1垂直寸法122のそれぞれに対して小さい、第2水平寸法118及び第2垂直寸法124によって特徴づけられる。トリミング処理は、ゲート電極層104aをさらにトリミングして所望の寸法が得られるまで繰り返して行うことができる。トリミング処理を繰り返すことにより図1Fに示した反応層104dが形成され、図1Gに示した新しい寸法116,126を有するトリムされたゲート電極層104cが得られる。酸化膜104aをトリムする他の例としては、COR(chemical oxide
removal)の使用が挙げられる。酸化膜と反応するHF及びNH3のエッチングガスが使用され、そして、トリムされた生成物を蒸発させるために熱処理が行われる。他のCORの例としては、リモートプラズマ源によって励起されたNF3及びNH3のエッチングガスの使用が挙げられる。さらに他のCORの例としては、酸化膜と熱的に反応させるNH4F蒸気の使用が挙げられる。酸化膜104aをトリムする他の例としては、湿式プロセスの使用が挙げられる。湿式プロセスは、例えば、中和HF溶液中に基材を浸漬するものである。
【0017】
トリミングサイクルは、反応層を形成し、かつ、反応層を除去することを含む。図1C乃至図1Eでは、トリミングサイクルにより、第1垂直寸法122の二倍に相当する量の第1水平寸法120がゲート電極層104から除去される。本発明の一実施例では、1回のトリミングサイクルにより、Siゲート電極層104の水平寸法120を約8nm、垂直寸法を約4nmだけ除去することができる。例えば、第1水平寸法120を約120nmとし、第1垂直寸法122約140nmとする。10回のトリミングサイクルを行うトリミング処理により、第1水平寸法120は約40nmまで減少するとともに、第1垂直寸法122は約100nmまで減少する。
【0018】
図3A乃至図3Cは、本発明の他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローを示した概略断面図である。図3Aでは、金属含有層103が、ゲート電極層104と誘電層102との間に挿入されている。金属含有層103は、例えば、TaN,TiN,TaSiN,Ru,RuO2から選択することができる。高誘電率層102は、例えば、HfO2、HfSiOX、ZrO2及びZrSiOXのうち少なくとも一つを含むものとすることができる。ゲート電極層104のトリミングは、図1B乃至図1Gを用いて説明したように実行することができ、図3Bに示したように、寸法116,126を有するゲート電極構造10が形成される。次に、図3Cに示したように、金属含有層103内にサブリソグラフィ(sub-lithographic)エッチングフィーチャを定義するために、トリムされたゲート電極層104cは、異方性エッチング処理のマスク層として使用することができる。金属含有層103のエッチングにより、ゲート電極層104cの寸法126がこれら層のエッチング率に応じて減じられる。ポリシリコンゲート電極層104c及びTiN層103を用いたある実験例では、エッチング率を約1.5(ポリシリコン/TiN)とすることができる。したがって、所望の垂直寸法128を得るために、寸法126は、層104,103のエッチング率に基づいて選択することができる。TaN,TiN及びTaSiNの材料は、例えばCl2といったハロゲンをベースとしたガスを用いてプラズマエッチングすることができる。Ru含有金属は、例えば、O2及びCl2の混合ガスを用いてプラズマエッチングすることができる。あるいは、図4A及び図4Bに示すように、金属含有層103のエッチング中に寸法126が減少するのを避けるために、無機ARC層を用いることができる。
【0019】
図4A及び図4Bは、本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローを示した概略断面図である。図4Aに示したゲート電極構造10は、無機ARC層106を備えている。無機ARC層106は、図4Bに示したトリムされたゲート電極構造10を形成するために、ゲート電極層104に沿ってトリムされるものである。無機ARC層106は、例えば、SiNを含有することができ、誘電層102は、SiO2,SiOXNY、及びHfO2、HfSiOX、ZrO2及びZrSiOXといった高誘電率材料から選択することができる。
【0020】
SiNのARC層106及びポリシリコンゲート電極層104のトリミングは、O2プラズマ中の励起酸素種に対してゲート電極構造10を暴露することにより実行することができる。反応層の成長率は、SiNのARC層及びポリシリコンゲート電極層に基づいて変化し得るが、漸近的な反応層厚さは、SiN材料とポリシリコン材料に基づく近似した値として予測できる。
【0021】
図5A乃至図5Dは、本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローを示した概略断面図である。ゲート電極構造10は、基材100、誘電層102、ゲート電極層104、無機ARC層106、及びパターン形成されたフォトレジスト層108とを備えている。無機ARC層106は、例えば、SiNを含有することができ、誘電層102は、SiO2,SiOXNY、及びHfO2、HfSiOX、ZrO2及びZrSiOXといった高誘電率材料から選択することができる。図5Aは、無機ARC層106のプラズマエッチング及びゲート電極層104の部分的なエッチングが行われたゲート電極構造を示している。図5Bは、1回のトリミングサイクル後のトリムされたゲート電極構造10を示しており、図5Cは、2回のトリミングサイクル後のトリムされたゲート電極構造10を示している。図5Dは、ゲート電極層104cの異方性エッチングを行ったゲート電極構造10を示している。
【0022】
図6は、本発明の一実施形態によるゲート電極構造のトリミングを示したフローチャートである。ステップ600にて処理が開始される。ステップ610にて、第1寸法を有するゲート電極層を備えたゲート電極構造が処理システム内に設置される。ステップ620にて、トリミングレシピが選択される。トリミングレシピは、ゲート電極構造に対して所望のトリミングが可能なものから選択される。ステップ630にて、ゲート電極構造とのとの反応によって反応層が形成される。本発明の一実施例では、反応層は、熱処理またはプラズマ処理の反応ガスに対してゲート電極構造を暴露することによって形成することができる。ステップ640にて、ゲート電極構造の未反応部分から反応層が除去され、これにより、第1寸法よりも小さい第2寸法を有するゲート電極構造が形成される。本発明の一実施例では、反応層は、反応層を選択的にエッチングできるエッチングガスに対して暴露することによって除去することができる。
【0023】
図7は、本発明の一実施形態によるゲート電極構造のトリミングを示したフローチャートである。ステップ700にて処理が開始する。ステップ710にて、ゲート電極構造の寸法が計測される。寸法は、例えば、スキャタロメータを用いた方法(scatterometric)によって、その場で非破壊にて計測される。ステップ720にて、図6を用いて説明したようにゲート電極層がトリミングされる。ステップ730にて、トリムされたゲート電極構造の寸法が計測され、このステップ730にて計測された寸法に基づいて、ステップ720にてトリミング処理を繰り返すか、ステップ750にて処理を停止するかが判断される。
【0024】
所望値までゲート電極構造の寸法をさらに減少させるために、前回のトリミングサイクルと同一または異なるトリミングレシピを用いて、トリミング処理をステップ730にて繰り返すことができる。所望寸法が達成されたとき、ステップ750にて処理が停止される。あるいは、ステップ710及びステップ740のうち少なくとも一つの計測を処理フローから省略することができ、トリミング処理は予め決定された回数だけ実行される。反応ガスおよびエッチングガスの選定は、トリミングされるゲート電極材料の種類、必要なトリミング量、基材材料および各処理システム構成機器とガスとの適合性、ハードウェアの能力、及び環境条件に依存する。
【0025】
図8は、本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理ツールを示した概略図である。処理ツール800は、例えば、日本国赤坂の東京エレクトロン株式会社のUnityMeエッチングツールとすることができる。処理ツール800は、各基材載置チャンバ810,820と、処理システム830−860と、ロボット搬送システム870と、コントローラ880とを備えている。本発明の一実施例では、フォトレジスト層108、ARC層106、ゲート電極層104(例えば図1参照)、及び金属含有層103(例えば図3参照)のプラズマエッチングは、処理システム840内で行うことができる。本発明の一実施例では、反応ガスに対してゲート電極構造を暴露することによって反応層を形成する工程は、処理システム850にて行うことができ、また、エッチングガスに暴露することによって反応層104bを除去する工程は、処理システム860にて行うことができる。
【0026】
反応層104bの形成および除去は、上述のように単一の処理システムで実行することができ、または、異なる複数の処理システムにて実行できる。次に続くガスへの暴露のために処理システムから排気することが困難な腐食性ガス状反応物をトリミング処理が含む際には、トリミングサイクルを実行するために複数の処理システムを用いることは有利となる。腐食性ガス状反応物を含む高いバックグランド圧力(background pressure)によって、ゲート電極層との反応が継続し、また、半導体基材を腐食させるおそれがある。
【0027】
本発明の一実施例では、処理システム830は、ゲート電極構造の寸法を決定するための分析チャンバとして使用することができる。計測した寸法に基づいて、同一の又は他のトリミングレシピを用いてさらにトリミングサイクルを行うか、あるいは、トリミング処理を停止するかについて、決定がなされる。処理システム830は、例えば、米国カリフォルニア州サンタクララのティンバー・テクノロジー社(TIMBRE Technologies)の光学デジタル断面形状測定(Optical Digital Profiling: ODPTM)を用いることができる。
【0028】
処理ツール800は、コントローラ880によって制御される。コントローラ880は、各基材設置チャンバ810,820、各処理システム830−860、及びロボット搬送システム870に接続可能とされ、かつ情報交換可能となっている。例えば、コントローラ880のメモリ内に格納されたプログラムは、所望のプロセスに応じて上述の処理ツール800の各構成機器を制御し、プロセスをモニタする機能を実行するために利用することができる。コントローラ880の一例としては、米国テキサス州オースチンのデル社から入手可能なデル製PRECISION WORKSTATION 610TMが挙げられる。
【0029】
図9は、本発明を実行するために使用されるコンピュータシステムを示した概略図である。コンピュータシステム1201は、図8のコントローラとして、又は、上述した機能のいくつか又は全てを実行するために使用することができる類似のコントローラとして使用することができる。コンピュータシステム1201は、バス1202又は情報通信を行う他の通信機構と、バス1202に接続されて情報を処理するプロセッサ1203とを備えている。コンピュータシステム1201は、さらに、バス1202に接続され、情報およびプロセッサ1203により実行される指令を保存するための、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)又は他の動的記憶デバイス(例えば動的RAM(DRAM),静的RAM(SRAM)、同期DRAM(SDRAM))といったメインメモリ1204を備えている。また、メインメモリ1204は、複数の一時変数や、プロセッサ1203による指令を実行する間の他の中間情報を記憶するために使用することができる。コンピュータシステム1201は、さらに、バス1202に接続され、静的情報およびプロセッサ1203のための指令を保存する、リード・オンリー・メモリ(ROM)1205又は他の静的記憶デバイス(例えば、プログラマブルROM(PROM)、消去可能PROM(EPROM)、電気的に消去可能なPROM(EEPROM))を備えている。
【0030】
コンピュータシステム1201は、また、バス1202に接続されて、情報および各命令を保存する磁気ハードディスク1207およびリムーバブルメディアドライブ1208(例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、読み取り専用CDドライブ、読み書き可能CDドライブ、CDジュークボックス、テープドライブ、リムーバブル磁気光学ドライブ)といった一又は複数の記憶デバイスを制御するディスクコントローラ1206を備えている。記憶デバイスは、適切なデバイスインターフェース(例えば、SCSI(small computer
system interface)、IDE(integrated device electronics)、エンハンスドIED(E-IDE)、DMA(direct memory access)、ウルトラDMA(ultra-DNA))を用いてコンピュータシステム1201に増設してもよい。
【0031】
コンピュータシステム1201は、また、特別目的のロジックデバイス(例えば、ASIC(application
specific integrated circuits))、又は、コンフィギュラブル(configurable)ロジックデバイス(例えば、SPLD(simple programmable logic device)、CPLD(complex programmable logic device)、FPGA(field
programmable gate arrays))を備えても良い。コンピュータシステムは、さらに、テキサスインスツルメンツ社のTMS320シリーズのチップ、モトローラ社のDSP56000,DSP56100,DSP56300,DSP56600及びDSP96000シリーズのチップ、ルーセントテクノロジーズ社のDSP1600及びDSP3200シリーズ、アナログデバイス社のADSP2100及びADSP21000シリーズといった一又は二以上のデジタルシグナルプロセッサ(DSP)を備えても良い。
【0032】
コンピュータシステム1201は、また、バス1202に接続され、情報をコンピュータユーザに表示するためのCRT(cathode ray
tube)といったディスプレイ1210を制御するディスプレイコントローラ1209を備えてもよい。コンピュータシステムは、コンピュータユーザとの入出力を行いプロセッサ1203に情報を提供するためのキーボード1211およびポインティングデバイス1212といった入力デバイスを備えている。ポインティングデバイス1212は、例えば、方向の情報および命令の選択をプロセッサ1203に対して通信するための、また、ディスプレイ1210上のカーソルの移動をコントロールするための、マウス、トラックボール又はポインティングスティックとすることができる。また、コンピュータシステム1201によって保存および/または生成されたデータのリストをプリントするプリンタを備えても良い。
【0033】
コンピュータシステム1201は、メインメモリ1204といったメモリ内に含まれる一又は二以上の命令の一又は二以上のシーケンスを実行するプロセッサ1203に応えて、一部分または全ての本発明の処理ステップを実行する。各命令は、ハードディスク1207またはリムーバブルメディアドライブ1208といった他のコンピュータ読み込み可能な媒体からメインメモリ1204内に読み込まれる。メインメモリ1204内に含まれる各命令のシーケンスを実行するために、マルチ処理構成とされた一又は二以上のプロセッサを採用しても良い。他の実施例では、ソフトウェアの命令に代えて又はこれと共に、ハードワイヤードの回路を用いても良い。つまり、各実施例は、ハードウェア回路およびソフトウェアの特定の組合せに限定されるものではない。
【0034】
上述のように、コンピュータシステム1201は、本発明の教示に従ってプログラムされた各命令を保持し、データ構造、テーブル、記録または本明細書中で説明された他のデータを保存するための少なくとも一つのコンピュータ読み込み可能な媒体またはメモリを備えている。コンピュータ読み込み可能な媒体としては、例えば、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、テープ、磁気光学ディスク、PROM(EPROM,EEPROM,フラッシュEPROM)、DRAM、SRAM、SDRAM、または他の磁気媒体、コンパクトディスク(例えばCD-ROM)又は他の光学媒体、パンチカード、紙テープ又は穴のパターンを有する他の物理的媒体、搬送波(以下に説明する)又はコンピュータが読み込み可能な他の媒体が挙げられる。
【0035】
本発明は、本発明を実行するための一又は複数のデバイスを駆動し、また、コンピュータシステム1201がユーザ(例えばプリント製造作業者)とやりとりすることができるためのコンピュータシステム1201を制御するソフトウェアを備えており、いずれか一つのコンピュータ読込み可能な媒体またはこれらの組合せに保存されている。このようなソフトウェアは、限定されるものではないが、複数のデバイスドライバ、複数のオペレーティングシステム、複数の現像ツール、及び複数のアプリケーションソフトウェアを含む。このようなコンピュータ読み取り可能な媒体は、さらに、本発明を実現する際に実行される処理の全部または一部分(処理が分散されている場合)を実行するための、本発明のコンピュータプログラム製品を備えている。
【0036】
本発明のコンピュータコードデバイスは、限定されるものではないが、スクリプト(scripts)、解釈可能なプログラム(interpretable
programs)、ダイナミック・リンク・ライブラリ(DLL)、JAVA(登録商標)クラス、及び完全に実行可能なプログラム(complete executable programs)を含む何らかの解釈可能な又は実行可能なコードメカニズムとすることができる。さらに、本発明を処理する各パーツは、より良い性能、信頼性、及び/又はコストのため、分散させることができる。
【0037】
本明細書で用いられる“コンピュータ読み取り可能な媒体”という用語は、実行のためにプロセッサ1203に対して命令を提供することを備えた媒体を意味する。コンピュータ読み取り可能な媒体は、多様な形態をとるものであり、限定するものではないが、不揮発媒体、揮発媒体、及び通信媒体を含むものである。不揮発媒体としては、例えば、ハードディスク1207又はリムーバブルメディアドライブ1208のように、光学ディスク、磁気ディスク、及び磁気光学ディスクを挙げることができる。揮発媒体としては、メインメモリ1204のように動的メモリを挙げることができる。通信メディアとしては、バス1202を構成するワイヤを含む、同軸ケーブル、銅線、及び光ファイバを挙げることができる。通信媒体は、さらに、電波および赤外線データ通信の際に生成されるような音波または光波の形態をとることもできる。
【0038】
コンピュータ読み取り可能な媒体の様々な形態には、実行するためのプロセッサ1203に対する一又は二以上の命令の一又は二以上のシーケンスを実行することを含ませることができる。例えば、各命令は、リモートコンピュータの磁気ディスク上で最初は実行させても良い。このリモートコンピュータは、本発明の全て又は一部分を遠隔的に動的メモリに組み込むための命令を読み込み、モデムを用いて電話回線を介して各命令を送信することができる。コンピュータシステム1201に局在したモデムは、電話回線を介してデータを受け取ることができ、また、データを赤外線信号に変換する赤外変換器を使用することができる。バス1202に接続された赤外線検出器は、赤外線信号によって搬送されたデータを受け取ることができ、また、バス1202上にデータを渡すことができる。バス1202はデータをメインメモリ1204へと送り、該メインメモリ1204からプロセッサ1203が読み出して各命令を実行する。メインメモリ1204によって受け取られた各命令は、プロセッサ1203による実行前または実行後に、保存デバイス1207又は1208上に選択的に保存される。
【0039】
コンピュータシステム1201は、また、バス1202に接続された通信インターフェース1213を備えている。通信インターフェース1213は、例えばローカルエリアネットワーク(LAN)1215に対して、又はインターネットのような他の通信ネットワーク1216に対して接続されたネットワークリンク1214に接続された双方向データ通信を提供する。例えば、通信インターフェース1213は、何らかのパケット交換LANに接続されるネットワークインターフェースカードとすることができる。他の例としては、通信インターフェース1213は、通信回線の形式に応じてデータ通信接続を提供するための、ADSL(asymmetrical
digital subscriber line)カード、ISDN(integrated services digital network)カード、又はモデムとすることができる。また、ワイヤレスリンクを用いることもできる。このような構成により、通信インターフェース1213は、種々の情報を表すデジタルデータストリームを搬送する電気的、電磁気的または光学的な信号を送信しかつ受信する。
【0040】
ネットワークリンク1214は、典型的には、他のデータデバイスに対して一又は二以上のネットワークを介してデータ通信を提供する。例えば、ネットワークリンク1214は、ローカルネットワーク1215(例えばLAN)を介して、又は、サービスプロバイダによる操作される装置を介して、他のコンピュータとの接続を提供し、通信ネットワーク1216を介して通信サービスを提供する。ローカルネットワーク1214及び通信ネットワーク1216は、例えば、デジタルデータストリームを搬送する電気的、電磁気的または光学的な信号、及び関連する物理層(例えばCAT5ケーブル、同軸ケーブル、光ファイバ等)を使用する。コンピュータシステム1201に対するデジタルデータ及びコンピュータシステム1201からのデジタルデータを搬送する種々のネットワークを介した信号、及び、ネットワークリンク1214上および通信インターフェース1213を介した信号は、ベースバンド信号または搬送波信号内に構成されていても良い。ベースバンド信号は、複数のデジタルデータビットのストリームの記述とされた変調されていない(unmodulated)電気パルスとしてデジタルデータを搬送する。ここで、“ビット”という用語は、シンボルを意味するものとして幅広く解釈され、各シンボルは、少なくとも一つ又は二以上の情報ビットを搬送する。また、デジタルデータは、振幅、位相および/または位相をシフトするキーとなる信号といったように、搬送波を変調するために使用することができる。このような信号は、導電性媒体を伝搬し、又は伝播媒体を介して電磁波として伝送される。したがって、デジタルデータは、“ワイヤード(wired)”通信チャンネルを介して未変調のベースバンドデータとして送信され、および/または、搬送波を変調することによりベースバンドとは異なる予め決定された周波数バンド内で送信される。コンピュータシステム1201は、ネットワーク1215,1216、ネットワークリンク1214、及び通信インターフェース1213を介して、プログラムコードを含むデータを伝送しかつ受信することができる。さらに、ネットワークリンク1214は、LAN1215を介して、PDA(personal
digital assistant)、ラップトップコンピュータ、又は携帯電話といったモバイルデバイス1217に対する接続を提供することができる。
【0041】
本発明を実施する際に本発明の種々の改良および変形が採用され得ることは理解されるところである。したがって、特許請求の範囲内で、本発明は、本明細書中で具体的に説明した以外の事項をも含むものであることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1A】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1B】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1C】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1D】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1E】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1F】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1G】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図2】本発明の一実施形態による反応層厚さを反応ガス露出時間に対して示したグラフである。
【図3A】本発明の他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図3B】本発明の他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図3C】本発明の他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図4A】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図4B】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図5A】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図5B】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図5C】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図5D】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図6】本発明の一実施形態によるゲート電極構造のトリミングを示したフローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態によるゲート電極構造のトリミングを示したフローチャートである。
【図8】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理ツールを示した概略図である。
【図9】本発明を実行するために使用される汎用コンピュータを示した概略図である。
【技術分野】
【0001】
本発明は、2004年1月14日に出願された米国特許出願第10/756,759に基づくとともに、優先権を主張している。この米国特許出願の内容は、本明細書中にそのまま組み込まれる。
【0002】
本発明は、半導体製造に関し、特に、化学トリミングプロセスを用いてゲート電極構造の寸法を減じる方法に関する。
【背景技術】
【0003】
プラズマ処理システムは、半導体、集積回路、ディスプレイおよび他のデバイスまたは材料を製造および処理する際に用いられる。プラズマ処理は、リソグラフィックマスクから半導体基材へと集積回路のパターンを転写するために用いることができる。リソグラフィックマスクは、基材上に配置され、選択されたリソグラフィックパターンに露光され、そして現像される耐エッチング性のフォトレジスト層を備えている。フォトレジスト層に加えて、リソグラフィックマスク構造は、例えば反射防止膜(ARC)といった追加のマスク層を備えている。ARC層は、リソグラフィ工程中に、基材からの反射光を減じるためにしばしば用いられ、基材上に所定領域をパターン形成するために犠牲層としてのマスクを用いることができる。そして、パターン化されたフォトレジスト/マスク層が基材中に複数の開口を規定する領域にて、基材に対してプラズマ処理により異方性エッチングが行われる。
【0004】
ミクロ電子デバイスの最小フィーチャサイズ(feature
size)は、マイクロプロセッサおよびデジタル回路の高速化・低電力化の要求に合致するために、ディープサブミクロンのレジュメ(the deep sub-micron regime)に近づいてきている。回路の最小限界寸法(CD: critical dimension)は、適切に動作するように製造されたデバイスに対する限界とされた1本の線幅またはスペースであり、それはまた、デバイス性能を決定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
フォトレジスト材料の層を用いて達成することができる最小の初期フィーチャサイズは、フォトレジスト層を露光してパターン形成するために用いられるリソグラフィ技術によって限定される。一般に、パターン形成されたフォトレジスト(PR)層の寸法は、プラズマエッチング方法を利用したリソグラフィ技術の限界を超えてトリムされる。プラズマエッチング工程中のCDの減少は、CDバイアス(CD-bias)と称される。しかしながら、プラズマPRトリム工程の結果は、等密度(iso-dense)CDバイアスとなる。等密度バイアスとは、全ての他のプロセスパラメータ(焦点、露光等)を一定に保っている間に、(近接して離間した)密度のCDと、隔離された構造との間の差である。等密度バイアスは、中立的に支配する(neutral-dominant)等方エッチングプロセスの性質によるものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、ゲート電極構造をトリミングする方法を提供する。すなわち、第1寸法を有するゲート電極構造を設け、トリミングレシピを選択し、ゲート電極構造との反応を通して反応層を形成し、化学エッチングによりゲート電極構造の未反応部分から反応層を除去し、これにより、第1寸法よりも小さい第2寸法を有するゲート電極構造を形成する。
【0007】
ゲート電極構造をトリミングするための処理ツールが提供される。処理ツールは、第1寸法を有するゲート電極構造を備えた基材を設置しかつ取り外すように構成された基材設置チャンバと、処理ツール内で基材を搬送する搬送システムと、ゲート電極構造との反応を通して反応層を形成するとともに化学エッチングによりゲート電極構造の未反応部分から反応層を選択的に除去する少なくとも一つの処理システムと、第1寸法よりも小さい第2寸法を有するゲート電極構造を形成するためのトリミングレシピに従い処理ツールを制御するコントローラとを備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
図1A乃至図1Gには、本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローを示した概略断面図が示されている。ソフトマスク処理スキームを利用して、リソグラフィによりパターン形成されたゲート電極構造の寸法(ディメンジョン)は、化学エッチング処理によってトリミングされる。トリミング後の寸法は、フォトレジストパターンのリソグラフィによる寸法よりも小さくすることができ、即ちそれは何らかの寸法となり得る。
【0009】
図1Aには、ゲート電極構造10が示されている。ゲート電極構造10は、基材100と、高誘電率層(high-k layer)102と、ゲート電極層104と、有機ARC層106と、パターン形成されたフォトレジスト層108とを備えている。ゲート電極層104は、例えばアモルファスシリコン、ポリシリコン、SiGeといったSiを含有する層とすることができる。あるいは、ゲート電極層104は、例えば、(ルテニウム(Ru)等の)金属、(TiNi等の)合金、(TaN、TaSiN、TiN、HfN等の)窒化金属(metal
nitride)、(RuO2等の)酸化金属といった金属を含有する層とすることができる。高誘電率層102は、例えば、HfO2、HfSiOX、ZrO2及びZrSiOXのうち少なくとも一つを含むものとすることができる。パターン形成されたフォトレジスト層108は、マスクを通してフォトレジスト層を露光し、そして未露光領域を現像液で除去することによって形成することができる。このように得られた図1のパターン形成されたフォトレジスト層108は、初期リソグラフィ寸法122を有しており、反応性イオンエッチング(RIE: Reactive Ion Etching)といった異方性エッチング処理を用いて、下方に位置する層104,106に対してリソグラフィパターンを転写するために使用することができる。ゲート電極層104及び有機ARC層106のエッチングは、幅広い種々の周知のエッチングガスを用いて実施することができる。エッチングガスは、例えば、Cl2,HBr,HCl,CF4,SF6,C2F6及びNF3のうちの少なくとも一つを含むことができる。図1Aに示したゲート電極構造10は、図1Bに示したゲート電極構造10を形成するのに約4分間のエッチング処理が必要となる。このエッチング処理により、初期リソグラフィ寸法122と、図1Bに示したフォトレジスト層108、有機ARC層106及びゲート電極層104内に形成された第1水平寸法120との間の差に対応する小さなCDバイアスが形成される。
【0010】
次に、図1Cに示すように、化学トリミング処理を実施する前に、フォトレジスト層108及び有機ARC層106が取り除かれる。あるいは、フォトレジスト層108及び有機ARC層106は、トリミング処理中にゲート電極層104の水平(頂)面を保護するために使用することができる。図1Cにおいて、ゲート電極層104は、第1水平寸法120および第1垂直寸法122を有することをもって特徴付けられる。化学トリミング処理により、ゲート電極層104の等密度CDバイアスまたは形状(おそらく少しの形状変化はある)を変えることなく、リソグラフィ寸法120以下にCD(図1Dの第1水平寸法118)がさらに減じられる。
【0011】
化学トリミング処理では、図1Cのゲート電極構造10は、図1Dの反応層104bを形成するために、ゲート電極構造10と等方的に反応する反応ガスに曝すことができる。反応ガスは、熱処理またはプラズマ処理においてゲート電極構造に対して曝すことができる。反応層104bの厚さは、例えば、反応ガスの種類、反応ガス圧力、暴露時間および基材温度といったプロセス条件に依存する。反応層104bの形成は、物理拡散バリアとして作用することにより、残存ゲート電極層104aと反応ガスとのさらなる反応を妨害する。ゲート電極構造10は、所望厚さの反応層104bの形成が可能な時間だけ、反応ガスに曝される。
【0012】
図2は、本発明の一実施例による反応層厚さを反応ガス露出時間に対して示したグラフである。各曲線200,210,220は、異なる処理条件に対する異なる反応層厚さが示されている。図2から分かるように、初期では反応層厚さが急激に増加し、次いで、露出時間が増加しても増加率が“頭打ち”になる領域が続く。この“頭打ち”は、自己制限的な反応(self-limiting reaction)によるものであり、反応層厚さが漸近値に近づいている。実際には、半導体製造において実用的なタイムスケールで、必要な制御および再現性を備えた反応層を形成する処理条件が選定される。したがって、異なる反応層厚さが得られるとともに、トリミング処理にわたって再現性の良い制御が可能な異なるトリミングレシピが開発される。
【0013】
ポリシリコンゲート電極層104に対して、例えば約10秒から約30秒といった実用的な半導体デバイス製造のタイムスケールで、プラズマ処理条件および基材温度に応じて、約2nmから約5nmの厚さを有するSiO2反応層104bを形成することができる。本発明の一実施形態では、SiO2反応層104bを形成するべくポリシリコンゲート電極層と反応させるために、励起酸素種を含む反応ガスが用いられる。励起酸素種は、O2プラズマ源を用いて製造することができる。処理システム内の基材からプラズマ源を除去する必要がある場合には、O2プラズマ源は、リモートプラズマ源とすることができる。
【0014】
本発明の他の実施例では、SiO2反応層104bを形成するべくポリシリコンゲート電極を熱的に酸化させるために、O2又はH2Oといった酸素含有ガスを使用してもよい。本発明のさらに他の実施例では、湿式酸化処理を用いてもよい。この酸化処理は、例えば、暖めたH2Oまたは酸性溶液内に浸漬することにより行われる。
【0015】
ある実験例では、絶縁されかつ高密度とされたゲート電極構造の両側に、約15秒間で、4nm厚さのSiO2反応層104bを得るために、O2プラズマ条件及び基材温度が選定された。SiO2反応層104bの厚さは、室温では約15秒後には飽和したように見え、さらに露出時間を設けても反応層104bの厚さは増加しなかった。SiO2反応層104bを形成する短い処理時間は、必要とされる高い基材スループットを可能にする。
【0016】
再び図1Dを参照すると、所望の厚さを有する反応層104bが形成されると、ゲート電極構造10の反応ガスに対する露出が停止される。その後、反応層104bは、未反応ゲート電極層104aから除去(ストリップ)される。反応層104bは、例えば、エッチングガスにゲート電極構造10を暴露することによって除去することができる。反応層104bを除去可能なエッチングガスの選定は、ゲート電極材料に依存する。反応層104bの除去が未反応ゲート電極材料に対して選択され、そして、図1Eに示したようなトリムされたゲート電極層104aが得られる。エッチングガスは、例えば、水性HF蒸気(HF(aq))とすることができる。当業者であれば、HF(aq)は、Si上のSiO2に対する高いエッチング選択性を有すること、すなわち、残存Siゲート電極層104aからSiO2反応層104bを速く選択的に除去するということを理解しているだろう。HF(aq)エッチングガスに対するSiO2反応層104bの暴露は、SiO2反応層104bの除去を完全に行うのに十分な予め決められた時間の間だけ行われる。本発明の一実施例では、約4nmのSiO2反応層104bは、約10秒で除去できる。トリムされたゲート電極層104aは、図1Cに示した第1水平寸法120及び第1垂直寸法122のそれぞれに対して小さい、第2水平寸法118及び第2垂直寸法124によって特徴づけられる。トリミング処理は、ゲート電極層104aをさらにトリミングして所望の寸法が得られるまで繰り返して行うことができる。トリミング処理を繰り返すことにより図1Fに示した反応層104dが形成され、図1Gに示した新しい寸法116,126を有するトリムされたゲート電極層104cが得られる。酸化膜104aをトリムする他の例としては、COR(chemical oxide
removal)の使用が挙げられる。酸化膜と反応するHF及びNH3のエッチングガスが使用され、そして、トリムされた生成物を蒸発させるために熱処理が行われる。他のCORの例としては、リモートプラズマ源によって励起されたNF3及びNH3のエッチングガスの使用が挙げられる。さらに他のCORの例としては、酸化膜と熱的に反応させるNH4F蒸気の使用が挙げられる。酸化膜104aをトリムする他の例としては、湿式プロセスの使用が挙げられる。湿式プロセスは、例えば、中和HF溶液中に基材を浸漬するものである。
【0017】
トリミングサイクルは、反応層を形成し、かつ、反応層を除去することを含む。図1C乃至図1Eでは、トリミングサイクルにより、第1垂直寸法122の二倍に相当する量の第1水平寸法120がゲート電極層104から除去される。本発明の一実施例では、1回のトリミングサイクルにより、Siゲート電極層104の水平寸法120を約8nm、垂直寸法を約4nmだけ除去することができる。例えば、第1水平寸法120を約120nmとし、第1垂直寸法122約140nmとする。10回のトリミングサイクルを行うトリミング処理により、第1水平寸法120は約40nmまで減少するとともに、第1垂直寸法122は約100nmまで減少する。
【0018】
図3A乃至図3Cは、本発明の他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローを示した概略断面図である。図3Aでは、金属含有層103が、ゲート電極層104と誘電層102との間に挿入されている。金属含有層103は、例えば、TaN,TiN,TaSiN,Ru,RuO2から選択することができる。高誘電率層102は、例えば、HfO2、HfSiOX、ZrO2及びZrSiOXのうち少なくとも一つを含むものとすることができる。ゲート電極層104のトリミングは、図1B乃至図1Gを用いて説明したように実行することができ、図3Bに示したように、寸法116,126を有するゲート電極構造10が形成される。次に、図3Cに示したように、金属含有層103内にサブリソグラフィ(sub-lithographic)エッチングフィーチャを定義するために、トリムされたゲート電極層104cは、異方性エッチング処理のマスク層として使用することができる。金属含有層103のエッチングにより、ゲート電極層104cの寸法126がこれら層のエッチング率に応じて減じられる。ポリシリコンゲート電極層104c及びTiN層103を用いたある実験例では、エッチング率を約1.5(ポリシリコン/TiN)とすることができる。したがって、所望の垂直寸法128を得るために、寸法126は、層104,103のエッチング率に基づいて選択することができる。TaN,TiN及びTaSiNの材料は、例えばCl2といったハロゲンをベースとしたガスを用いてプラズマエッチングすることができる。Ru含有金属は、例えば、O2及びCl2の混合ガスを用いてプラズマエッチングすることができる。あるいは、図4A及び図4Bに示すように、金属含有層103のエッチング中に寸法126が減少するのを避けるために、無機ARC層を用いることができる。
【0019】
図4A及び図4Bは、本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローを示した概略断面図である。図4Aに示したゲート電極構造10は、無機ARC層106を備えている。無機ARC層106は、図4Bに示したトリムされたゲート電極構造10を形成するために、ゲート電極層104に沿ってトリムされるものである。無機ARC層106は、例えば、SiNを含有することができ、誘電層102は、SiO2,SiOXNY、及びHfO2、HfSiOX、ZrO2及びZrSiOXといった高誘電率材料から選択することができる。
【0020】
SiNのARC層106及びポリシリコンゲート電極層104のトリミングは、O2プラズマ中の励起酸素種に対してゲート電極構造10を暴露することにより実行することができる。反応層の成長率は、SiNのARC層及びポリシリコンゲート電極層に基づいて変化し得るが、漸近的な反応層厚さは、SiN材料とポリシリコン材料に基づく近似した値として予測できる。
【0021】
図5A乃至図5Dは、本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローを示した概略断面図である。ゲート電極構造10は、基材100、誘電層102、ゲート電極層104、無機ARC層106、及びパターン形成されたフォトレジスト層108とを備えている。無機ARC層106は、例えば、SiNを含有することができ、誘電層102は、SiO2,SiOXNY、及びHfO2、HfSiOX、ZrO2及びZrSiOXといった高誘電率材料から選択することができる。図5Aは、無機ARC層106のプラズマエッチング及びゲート電極層104の部分的なエッチングが行われたゲート電極構造を示している。図5Bは、1回のトリミングサイクル後のトリムされたゲート電極構造10を示しており、図5Cは、2回のトリミングサイクル後のトリムされたゲート電極構造10を示している。図5Dは、ゲート電極層104cの異方性エッチングを行ったゲート電極構造10を示している。
【0022】
図6は、本発明の一実施形態によるゲート電極構造のトリミングを示したフローチャートである。ステップ600にて処理が開始される。ステップ610にて、第1寸法を有するゲート電極層を備えたゲート電極構造が処理システム内に設置される。ステップ620にて、トリミングレシピが選択される。トリミングレシピは、ゲート電極構造に対して所望のトリミングが可能なものから選択される。ステップ630にて、ゲート電極構造とのとの反応によって反応層が形成される。本発明の一実施例では、反応層は、熱処理またはプラズマ処理の反応ガスに対してゲート電極構造を暴露することによって形成することができる。ステップ640にて、ゲート電極構造の未反応部分から反応層が除去され、これにより、第1寸法よりも小さい第2寸法を有するゲート電極構造が形成される。本発明の一実施例では、反応層は、反応層を選択的にエッチングできるエッチングガスに対して暴露することによって除去することができる。
【0023】
図7は、本発明の一実施形態によるゲート電極構造のトリミングを示したフローチャートである。ステップ700にて処理が開始する。ステップ710にて、ゲート電極構造の寸法が計測される。寸法は、例えば、スキャタロメータを用いた方法(scatterometric)によって、その場で非破壊にて計測される。ステップ720にて、図6を用いて説明したようにゲート電極層がトリミングされる。ステップ730にて、トリムされたゲート電極構造の寸法が計測され、このステップ730にて計測された寸法に基づいて、ステップ720にてトリミング処理を繰り返すか、ステップ750にて処理を停止するかが判断される。
【0024】
所望値までゲート電極構造の寸法をさらに減少させるために、前回のトリミングサイクルと同一または異なるトリミングレシピを用いて、トリミング処理をステップ730にて繰り返すことができる。所望寸法が達成されたとき、ステップ750にて処理が停止される。あるいは、ステップ710及びステップ740のうち少なくとも一つの計測を処理フローから省略することができ、トリミング処理は予め決定された回数だけ実行される。反応ガスおよびエッチングガスの選定は、トリミングされるゲート電極材料の種類、必要なトリミング量、基材材料および各処理システム構成機器とガスとの適合性、ハードウェアの能力、及び環境条件に依存する。
【0025】
図8は、本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理ツールを示した概略図である。処理ツール800は、例えば、日本国赤坂の東京エレクトロン株式会社のUnityMeエッチングツールとすることができる。処理ツール800は、各基材載置チャンバ810,820と、処理システム830−860と、ロボット搬送システム870と、コントローラ880とを備えている。本発明の一実施例では、フォトレジスト層108、ARC層106、ゲート電極層104(例えば図1参照)、及び金属含有層103(例えば図3参照)のプラズマエッチングは、処理システム840内で行うことができる。本発明の一実施例では、反応ガスに対してゲート電極構造を暴露することによって反応層を形成する工程は、処理システム850にて行うことができ、また、エッチングガスに暴露することによって反応層104bを除去する工程は、処理システム860にて行うことができる。
【0026】
反応層104bの形成および除去は、上述のように単一の処理システムで実行することができ、または、異なる複数の処理システムにて実行できる。次に続くガスへの暴露のために処理システムから排気することが困難な腐食性ガス状反応物をトリミング処理が含む際には、トリミングサイクルを実行するために複数の処理システムを用いることは有利となる。腐食性ガス状反応物を含む高いバックグランド圧力(background pressure)によって、ゲート電極層との反応が継続し、また、半導体基材を腐食させるおそれがある。
【0027】
本発明の一実施例では、処理システム830は、ゲート電極構造の寸法を決定するための分析チャンバとして使用することができる。計測した寸法に基づいて、同一の又は他のトリミングレシピを用いてさらにトリミングサイクルを行うか、あるいは、トリミング処理を停止するかについて、決定がなされる。処理システム830は、例えば、米国カリフォルニア州サンタクララのティンバー・テクノロジー社(TIMBRE Technologies)の光学デジタル断面形状測定(Optical Digital Profiling: ODPTM)を用いることができる。
【0028】
処理ツール800は、コントローラ880によって制御される。コントローラ880は、各基材設置チャンバ810,820、各処理システム830−860、及びロボット搬送システム870に接続可能とされ、かつ情報交換可能となっている。例えば、コントローラ880のメモリ内に格納されたプログラムは、所望のプロセスに応じて上述の処理ツール800の各構成機器を制御し、プロセスをモニタする機能を実行するために利用することができる。コントローラ880の一例としては、米国テキサス州オースチンのデル社から入手可能なデル製PRECISION WORKSTATION 610TMが挙げられる。
【0029】
図9は、本発明を実行するために使用されるコンピュータシステムを示した概略図である。コンピュータシステム1201は、図8のコントローラとして、又は、上述した機能のいくつか又は全てを実行するために使用することができる類似のコントローラとして使用することができる。コンピュータシステム1201は、バス1202又は情報通信を行う他の通信機構と、バス1202に接続されて情報を処理するプロセッサ1203とを備えている。コンピュータシステム1201は、さらに、バス1202に接続され、情報およびプロセッサ1203により実行される指令を保存するための、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)又は他の動的記憶デバイス(例えば動的RAM(DRAM),静的RAM(SRAM)、同期DRAM(SDRAM))といったメインメモリ1204を備えている。また、メインメモリ1204は、複数の一時変数や、プロセッサ1203による指令を実行する間の他の中間情報を記憶するために使用することができる。コンピュータシステム1201は、さらに、バス1202に接続され、静的情報およびプロセッサ1203のための指令を保存する、リード・オンリー・メモリ(ROM)1205又は他の静的記憶デバイス(例えば、プログラマブルROM(PROM)、消去可能PROM(EPROM)、電気的に消去可能なPROM(EEPROM))を備えている。
【0030】
コンピュータシステム1201は、また、バス1202に接続されて、情報および各命令を保存する磁気ハードディスク1207およびリムーバブルメディアドライブ1208(例えば、フロッピー(登録商標)ディスク、読み取り専用CDドライブ、読み書き可能CDドライブ、CDジュークボックス、テープドライブ、リムーバブル磁気光学ドライブ)といった一又は複数の記憶デバイスを制御するディスクコントローラ1206を備えている。記憶デバイスは、適切なデバイスインターフェース(例えば、SCSI(small computer
system interface)、IDE(integrated device electronics)、エンハンスドIED(E-IDE)、DMA(direct memory access)、ウルトラDMA(ultra-DNA))を用いてコンピュータシステム1201に増設してもよい。
【0031】
コンピュータシステム1201は、また、特別目的のロジックデバイス(例えば、ASIC(application
specific integrated circuits))、又は、コンフィギュラブル(configurable)ロジックデバイス(例えば、SPLD(simple programmable logic device)、CPLD(complex programmable logic device)、FPGA(field
programmable gate arrays))を備えても良い。コンピュータシステムは、さらに、テキサスインスツルメンツ社のTMS320シリーズのチップ、モトローラ社のDSP56000,DSP56100,DSP56300,DSP56600及びDSP96000シリーズのチップ、ルーセントテクノロジーズ社のDSP1600及びDSP3200シリーズ、アナログデバイス社のADSP2100及びADSP21000シリーズといった一又は二以上のデジタルシグナルプロセッサ(DSP)を備えても良い。
【0032】
コンピュータシステム1201は、また、バス1202に接続され、情報をコンピュータユーザに表示するためのCRT(cathode ray
tube)といったディスプレイ1210を制御するディスプレイコントローラ1209を備えてもよい。コンピュータシステムは、コンピュータユーザとの入出力を行いプロセッサ1203に情報を提供するためのキーボード1211およびポインティングデバイス1212といった入力デバイスを備えている。ポインティングデバイス1212は、例えば、方向の情報および命令の選択をプロセッサ1203に対して通信するための、また、ディスプレイ1210上のカーソルの移動をコントロールするための、マウス、トラックボール又はポインティングスティックとすることができる。また、コンピュータシステム1201によって保存および/または生成されたデータのリストをプリントするプリンタを備えても良い。
【0033】
コンピュータシステム1201は、メインメモリ1204といったメモリ内に含まれる一又は二以上の命令の一又は二以上のシーケンスを実行するプロセッサ1203に応えて、一部分または全ての本発明の処理ステップを実行する。各命令は、ハードディスク1207またはリムーバブルメディアドライブ1208といった他のコンピュータ読み込み可能な媒体からメインメモリ1204内に読み込まれる。メインメモリ1204内に含まれる各命令のシーケンスを実行するために、マルチ処理構成とされた一又は二以上のプロセッサを採用しても良い。他の実施例では、ソフトウェアの命令に代えて又はこれと共に、ハードワイヤードの回路を用いても良い。つまり、各実施例は、ハードウェア回路およびソフトウェアの特定の組合せに限定されるものではない。
【0034】
上述のように、コンピュータシステム1201は、本発明の教示に従ってプログラムされた各命令を保持し、データ構造、テーブル、記録または本明細書中で説明された他のデータを保存するための少なくとも一つのコンピュータ読み込み可能な媒体またはメモリを備えている。コンピュータ読み込み可能な媒体としては、例えば、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、テープ、磁気光学ディスク、PROM(EPROM,EEPROM,フラッシュEPROM)、DRAM、SRAM、SDRAM、または他の磁気媒体、コンパクトディスク(例えばCD-ROM)又は他の光学媒体、パンチカード、紙テープ又は穴のパターンを有する他の物理的媒体、搬送波(以下に説明する)又はコンピュータが読み込み可能な他の媒体が挙げられる。
【0035】
本発明は、本発明を実行するための一又は複数のデバイスを駆動し、また、コンピュータシステム1201がユーザ(例えばプリント製造作業者)とやりとりすることができるためのコンピュータシステム1201を制御するソフトウェアを備えており、いずれか一つのコンピュータ読込み可能な媒体またはこれらの組合せに保存されている。このようなソフトウェアは、限定されるものではないが、複数のデバイスドライバ、複数のオペレーティングシステム、複数の現像ツール、及び複数のアプリケーションソフトウェアを含む。このようなコンピュータ読み取り可能な媒体は、さらに、本発明を実現する際に実行される処理の全部または一部分(処理が分散されている場合)を実行するための、本発明のコンピュータプログラム製品を備えている。
【0036】
本発明のコンピュータコードデバイスは、限定されるものではないが、スクリプト(scripts)、解釈可能なプログラム(interpretable
programs)、ダイナミック・リンク・ライブラリ(DLL)、JAVA(登録商標)クラス、及び完全に実行可能なプログラム(complete executable programs)を含む何らかの解釈可能な又は実行可能なコードメカニズムとすることができる。さらに、本発明を処理する各パーツは、より良い性能、信頼性、及び/又はコストのため、分散させることができる。
【0037】
本明細書で用いられる“コンピュータ読み取り可能な媒体”という用語は、実行のためにプロセッサ1203に対して命令を提供することを備えた媒体を意味する。コンピュータ読み取り可能な媒体は、多様な形態をとるものであり、限定するものではないが、不揮発媒体、揮発媒体、及び通信媒体を含むものである。不揮発媒体としては、例えば、ハードディスク1207又はリムーバブルメディアドライブ1208のように、光学ディスク、磁気ディスク、及び磁気光学ディスクを挙げることができる。揮発媒体としては、メインメモリ1204のように動的メモリを挙げることができる。通信メディアとしては、バス1202を構成するワイヤを含む、同軸ケーブル、銅線、及び光ファイバを挙げることができる。通信媒体は、さらに、電波および赤外線データ通信の際に生成されるような音波または光波の形態をとることもできる。
【0038】
コンピュータ読み取り可能な媒体の様々な形態には、実行するためのプロセッサ1203に対する一又は二以上の命令の一又は二以上のシーケンスを実行することを含ませることができる。例えば、各命令は、リモートコンピュータの磁気ディスク上で最初は実行させても良い。このリモートコンピュータは、本発明の全て又は一部分を遠隔的に動的メモリに組み込むための命令を読み込み、モデムを用いて電話回線を介して各命令を送信することができる。コンピュータシステム1201に局在したモデムは、電話回線を介してデータを受け取ることができ、また、データを赤外線信号に変換する赤外変換器を使用することができる。バス1202に接続された赤外線検出器は、赤外線信号によって搬送されたデータを受け取ることができ、また、バス1202上にデータを渡すことができる。バス1202はデータをメインメモリ1204へと送り、該メインメモリ1204からプロセッサ1203が読み出して各命令を実行する。メインメモリ1204によって受け取られた各命令は、プロセッサ1203による実行前または実行後に、保存デバイス1207又は1208上に選択的に保存される。
【0039】
コンピュータシステム1201は、また、バス1202に接続された通信インターフェース1213を備えている。通信インターフェース1213は、例えばローカルエリアネットワーク(LAN)1215に対して、又はインターネットのような他の通信ネットワーク1216に対して接続されたネットワークリンク1214に接続された双方向データ通信を提供する。例えば、通信インターフェース1213は、何らかのパケット交換LANに接続されるネットワークインターフェースカードとすることができる。他の例としては、通信インターフェース1213は、通信回線の形式に応じてデータ通信接続を提供するための、ADSL(asymmetrical
digital subscriber line)カード、ISDN(integrated services digital network)カード、又はモデムとすることができる。また、ワイヤレスリンクを用いることもできる。このような構成により、通信インターフェース1213は、種々の情報を表すデジタルデータストリームを搬送する電気的、電磁気的または光学的な信号を送信しかつ受信する。
【0040】
ネットワークリンク1214は、典型的には、他のデータデバイスに対して一又は二以上のネットワークを介してデータ通信を提供する。例えば、ネットワークリンク1214は、ローカルネットワーク1215(例えばLAN)を介して、又は、サービスプロバイダによる操作される装置を介して、他のコンピュータとの接続を提供し、通信ネットワーク1216を介して通信サービスを提供する。ローカルネットワーク1214及び通信ネットワーク1216は、例えば、デジタルデータストリームを搬送する電気的、電磁気的または光学的な信号、及び関連する物理層(例えばCAT5ケーブル、同軸ケーブル、光ファイバ等)を使用する。コンピュータシステム1201に対するデジタルデータ及びコンピュータシステム1201からのデジタルデータを搬送する種々のネットワークを介した信号、及び、ネットワークリンク1214上および通信インターフェース1213を介した信号は、ベースバンド信号または搬送波信号内に構成されていても良い。ベースバンド信号は、複数のデジタルデータビットのストリームの記述とされた変調されていない(unmodulated)電気パルスとしてデジタルデータを搬送する。ここで、“ビット”という用語は、シンボルを意味するものとして幅広く解釈され、各シンボルは、少なくとも一つ又は二以上の情報ビットを搬送する。また、デジタルデータは、振幅、位相および/または位相をシフトするキーとなる信号といったように、搬送波を変調するために使用することができる。このような信号は、導電性媒体を伝搬し、又は伝播媒体を介して電磁波として伝送される。したがって、デジタルデータは、“ワイヤード(wired)”通信チャンネルを介して未変調のベースバンドデータとして送信され、および/または、搬送波を変調することによりベースバンドとは異なる予め決定された周波数バンド内で送信される。コンピュータシステム1201は、ネットワーク1215,1216、ネットワークリンク1214、及び通信インターフェース1213を介して、プログラムコードを含むデータを伝送しかつ受信することができる。さらに、ネットワークリンク1214は、LAN1215を介して、PDA(personal
digital assistant)、ラップトップコンピュータ、又は携帯電話といったモバイルデバイス1217に対する接続を提供することができる。
【0041】
本発明を実施する際に本発明の種々の改良および変形が採用され得ることは理解されるところである。したがって、特許請求の範囲内で、本発明は、本明細書中で具体的に説明した以外の事項をも含むものであることは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1A】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1B】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1C】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1D】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1E】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1F】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図1G】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図2】本発明の一実施形態による反応層厚さを反応ガス露出時間に対して示したグラフである。
【図3A】本発明の他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図3B】本発明の他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図3C】本発明の他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図4A】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図4B】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図5A】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図5B】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図5C】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図5D】本発明のさらに他の実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理フローの1ステップを示した概略断面図である。
【図6】本発明の一実施形態によるゲート電極構造のトリミングを示したフローチャートである。
【図7】本発明の一実施形態によるゲート電極構造のトリミングを示したフローチャートである。
【図8】本発明の一実施形態によるゲート電極構造をトリミングする処理ツールを示した概略図である。
【図9】本発明を実行するために使用される汎用コンピュータを示した概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ゲート電極構造をトリミングするゲート電極トリミング方法であって、
第1寸法を有するゲート電極構造を設置し、
トリミングレシピを選択し、
前記ゲート電極構造との反応によって反応層を形成し、
化学エッチングによって、前記ゲート電極構造の未反応部分から前記反応層を選択的に除去し、これにより、第1寸法よりも小さい第2寸法を有するトリミングされたゲート電極構造が形成されるゲート電極トリミング方法。
【請求項2】
前記ゲート電極構造は、ゲート電極層を備えている請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項3】
前記ゲート電極層は、シリコン含有層および金属含有層のうち少なくとも一つを備えている請求項2記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項4】
前記ゲート電極層は、アモルファスシリコン、ポリシリコン又はSiGeを含むシリコン含有層を備えている請求項3記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項5】
前記ゲート電極層は、金属、金属窒化物または金属酸化物のうち少なくとも一つを含む金属含有層を備えている請求項3記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項6】
前記ゲート電極層は、TaN,TiN,TaSiN,Ru,及びRuO2のうち少なくとも一つを含む金属含有層を備えている請求項3記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項7】
前記ゲート電極構造は、ARC層を備えている請求項2記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項8】
前記ARC層は、有機ARC層または無機ARC層を備えている請求項7記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項9】
前記ARC層は、SiNを含む請求項7記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項10】
前記反応層を形成する工程は、熱処理またはプラズマ処理における反応ガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項11】
前記反応層は、自己制限的なプロセスにて形成される請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項12】
前記反応ガスは、励起酸素含有ガスを含む請求項10記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項13】
前記反応層を形成する工程は、湿式酸化処理に対して前記ゲート電極構造を暴露する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項14】
前記反応層を除去する工程は、エッチングガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項15】
前記反応層を除去する工程は、HF(aq)に対して前記ゲート電極構造を暴露する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項16】
前記反応層を除去する工程は、HF及びNH3ガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する工程と、その後に熱処理を行う工程とを含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項17】
前記反応層を除去する工程は、リモートプラズマ中のHF及びNH3ガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する工程と、その後に熱処理を行う工程とを含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項18】
前記反応層を除去する工程は、湿式プロセスに対して前記ゲート電極構造を暴露する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項19】
前記反応層を暴露して除去する工程は、単一の処理システム内で行われる請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項20】
前記反応層を形成する工程および前記反応層を除去する工程は、複数の処理システム内で行われる請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項21】
前記第1寸法は、リソグラフィによる寸法とされている請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項22】
前記ゲート電極構造の第1寸法および第2寸法のうち少なくとも一つを計測する請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項23】
前記トリミングレシピを選択する工程、前記反応層を形成する工程、及び前記反応層を選択的に除去する工程のうちいずれか一つを繰り返し行う請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項24】
トリミングされた前記ゲート電極層を、異方性エッチングのマスク層として使用する請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項25】
前記反応層を形成する工程は、前記ゲート電極の表面上に酸化層を形成する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項26】
プロセッサ上で実行される命令のプログラムを備えたコンピュータ読み取り可能な媒体であって、
前記プロセッサにより実行されたときに、処理ツールに対して請求項1記載の各工程を行わせるコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項27】
請求項1記載のゲート電極トリミング方法によって形成されたトリミングされたゲート電極構造を備えている半導体デバイス。
【請求項28】
第1寸法を有するゲート電極構造を備えた基材を設置しかつ取り外すように構成された基材設置チャンバと、
処理ツール内で前記基材を搬送する搬送システムと、
前記ゲート電極構造との反応によって反応層を形成するとともに化学エッチングにより該ゲート電極構造の未反応部分から前記反応層を選択的に除去する少なくとも一つの処理システムと、
前記第1寸法よりも小さい第2寸法を有するゲート電極構造を形成するためのトリミングレシピに従い処理ツールを制御するコントローラと、
を備えている処理ツール。
【請求項29】
前記反応層を形成する際に、熱処理またはプラズマ処理における反応ガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する請求項28記載の処理ツール。
【請求項30】
前記反応層を除去する際に、エッチングガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する請求項28記載の処理ツール。
【請求項31】
プラズマエッチングを行う処理システムを備えている請求項28記載の処理ツール。
【請求項32】
前記処理システムは、RIEを行うように構成されている請求項31記載の処理ツール。
【請求項33】
少なくとも一つの前記処理システムが湿式プロセスを行うように構成されている請求項28記載の処理ツール。
【請求項34】
前記ゲート電極層の前記第1寸法および前記第2寸法のうち少なくとも一つを計測する処理システムを備えている請求項28記載の処理ツール。
【請求項1】
ゲート電極構造をトリミングするゲート電極トリミング方法であって、
第1寸法を有するゲート電極構造を設置し、
トリミングレシピを選択し、
前記ゲート電極構造との反応によって反応層を形成し、
化学エッチングによって、前記ゲート電極構造の未反応部分から前記反応層を選択的に除去し、これにより、第1寸法よりも小さい第2寸法を有するトリミングされたゲート電極構造が形成されるゲート電極トリミング方法。
【請求項2】
前記ゲート電極構造は、ゲート電極層を備えている請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項3】
前記ゲート電極層は、シリコン含有層および金属含有層のうち少なくとも一つを備えている請求項2記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項4】
前記ゲート電極層は、アモルファスシリコン、ポリシリコン又はSiGeを含むシリコン含有層を備えている請求項3記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項5】
前記ゲート電極層は、金属、金属窒化物または金属酸化物のうち少なくとも一つを含む金属含有層を備えている請求項3記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項6】
前記ゲート電極層は、TaN,TiN,TaSiN,Ru,及びRuO2のうち少なくとも一つを含む金属含有層を備えている請求項3記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項7】
前記ゲート電極構造は、ARC層を備えている請求項2記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項8】
前記ARC層は、有機ARC層または無機ARC層を備えている請求項7記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項9】
前記ARC層は、SiNを含む請求項7記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項10】
前記反応層を形成する工程は、熱処理またはプラズマ処理における反応ガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項11】
前記反応層は、自己制限的なプロセスにて形成される請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項12】
前記反応ガスは、励起酸素含有ガスを含む請求項10記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項13】
前記反応層を形成する工程は、湿式酸化処理に対して前記ゲート電極構造を暴露する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項14】
前記反応層を除去する工程は、エッチングガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項15】
前記反応層を除去する工程は、HF(aq)に対して前記ゲート電極構造を暴露する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項16】
前記反応層を除去する工程は、HF及びNH3ガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する工程と、その後に熱処理を行う工程とを含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項17】
前記反応層を除去する工程は、リモートプラズマ中のHF及びNH3ガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する工程と、その後に熱処理を行う工程とを含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項18】
前記反応層を除去する工程は、湿式プロセスに対して前記ゲート電極構造を暴露する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項19】
前記反応層を暴露して除去する工程は、単一の処理システム内で行われる請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項20】
前記反応層を形成する工程および前記反応層を除去する工程は、複数の処理システム内で行われる請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項21】
前記第1寸法は、リソグラフィによる寸法とされている請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項22】
前記ゲート電極構造の第1寸法および第2寸法のうち少なくとも一つを計測する請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項23】
前記トリミングレシピを選択する工程、前記反応層を形成する工程、及び前記反応層を選択的に除去する工程のうちいずれか一つを繰り返し行う請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項24】
トリミングされた前記ゲート電極層を、異方性エッチングのマスク層として使用する請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項25】
前記反応層を形成する工程は、前記ゲート電極の表面上に酸化層を形成する工程を含む請求項1記載のゲート電極トリミング方法。
【請求項26】
プロセッサ上で実行される命令のプログラムを備えたコンピュータ読み取り可能な媒体であって、
前記プロセッサにより実行されたときに、処理ツールに対して請求項1記載の各工程を行わせるコンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項27】
請求項1記載のゲート電極トリミング方法によって形成されたトリミングされたゲート電極構造を備えている半導体デバイス。
【請求項28】
第1寸法を有するゲート電極構造を備えた基材を設置しかつ取り外すように構成された基材設置チャンバと、
処理ツール内で前記基材を搬送する搬送システムと、
前記ゲート電極構造との反応によって反応層を形成するとともに化学エッチングにより該ゲート電極構造の未反応部分から前記反応層を選択的に除去する少なくとも一つの処理システムと、
前記第1寸法よりも小さい第2寸法を有するゲート電極構造を形成するためのトリミングレシピに従い処理ツールを制御するコントローラと、
を備えている処理ツール。
【請求項29】
前記反応層を形成する際に、熱処理またはプラズマ処理における反応ガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する請求項28記載の処理ツール。
【請求項30】
前記反応層を除去する際に、エッチングガスに対して前記ゲート電極構造を暴露する請求項28記載の処理ツール。
【請求項31】
プラズマエッチングを行う処理システムを備えている請求項28記載の処理ツール。
【請求項32】
前記処理システムは、RIEを行うように構成されている請求項31記載の処理ツール。
【請求項33】
少なくとも一つの前記処理システムが湿式プロセスを行うように構成されている請求項28記載の処理ツール。
【請求項34】
前記ゲート電極層の前記第1寸法および前記第2寸法のうち少なくとも一つを計測する処理システムを備えている請求項28記載の処理ツール。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図1G】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【公表番号】特表2007−520879(P2007−520879A)
【公表日】平成19年7月26日(2007.7.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−549272(P2006−549272)
【出願日】平成16年12月9日(2004.12.9)
【国際出願番号】PCT/US2004/041158
【国際公開番号】WO2005/071724
【国際公開日】平成17年8月4日(2005.8.4)
【出願人】(000219967)東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成19年7月26日(2007.7.26)
【国際特許分類】
【出願日】平成16年12月9日(2004.12.9)
【国際出願番号】PCT/US2004/041158
【国際公開番号】WO2005/071724
【国際公開日】平成17年8月4日(2005.8.4)
【出願人】(000219967)東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Fターム(参考)】
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