高度な微小寸法コンタクトのための自己整合多重パターン形成
【課題】 基板上の特徴部の密度を増大させる処理シーケンスを提供すること。
【解決手段】 本発明の実施形態は、単一の高解像度フォトマスクを使用する標準のフォトリソグラフィ処理技法を使用して可能なものに比較して、２次元において減少ピッチを有するパターン形成特徴部を基板上に形成する方法に関する。方形の角部の４つのコアの中心にディンプルを残すように選択された厚さを有するスペーサ層が、コアの２次元方形格子上に形成される。上記スペーサ層は、上記方形の中心において上記基板をさらすように、エッチングバックされる。上記コア材料を除去することにより、コアのフォトリソグラフィ画成格子のパターン密度が２倍とされる。露出された基板の領域には、再びコア材料を充填することができ、上記処理は、上記パターン密度が４倍となるように繰り返される。
【解決手段】 本発明の実施形態は、単一の高解像度フォトマスクを使用する標準のフォトリソグラフィ処理技法を使用して可能なものに比較して、２次元において減少ピッチを有するパターン形成特徴部を基板上に形成する方法に関する。方形の角部の４つのコアの中心にディンプルを残すように選択された厚さを有するスペーサ層が、コアの２次元方形格子上に形成される。上記スペーサ層は、上記方形の中心において上記基板をさらすように、エッチングバックされる。上記コア材料を除去することにより、コアのフォトリソグラフィ画成格子のパターン密度が２倍とされる。露出された基板の領域には、再びコア材料を充填することができ、上記処理は、上記パターン密度が４倍となるように繰り返される。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
[0001]本非仮特許出願は、２００８年１０月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／１０７，９８６号に基づく優先権を主張しており、この米国仮特許出願の明細書及び図面の記載は、あらゆる目的のため、ここにそのまま援用される。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]本願は、一般的に、基板処理方法に関し、特に、基板上の特徴部の密度を高める処理シーケンスに関する。
【０００３】
[0003]集積回路（ＩＣ）を縮小することにより、性能を改善することができ、容量を増大することができ、更に／又はコストを削減することができる。各デバイスの縮小には、それらの特徴部を形成するためにより複雑且つ精巧な技法が必要とされてくる。基板上に特徴部をパターン形成するのに、フォトリソグラフィが普通に使用されている。典型的な特徴部は、金属、半導体又は絶縁体である材料の線である。線幅は、その線の幅であり、間隔は、線の間の距離である。ピッチは、２つの隣接する線上の、同一点の間の距離として定義される。ピッチは、線幅と間隔との和に等しい。放射線波長を含む様々な要因のため、フォトリソグラフィ技法では、最小ピッチが限られており、この最小ピッチより小さいピッチにおいて、特定のフォトリソグラフィ技法では、特徴部を、信頼性をもって形成することはできない。明らかなように、どの所定のフォトリソグラフィ技法でも、その最小ピッチのため、特徴部のサイズを減少させることに限界がでてくる。
【０００４】
[0004]自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）は、フォトリソグラフィ技法の能力を、それらの予想される最小ピッチを越えて拡張するための１つの方法である。このような方法が、図１Ａから図１Ｇに例示されている。図１Ａを参照するに、パターン形成特徴部１１１が、標準のフォトリソグラフィ及びエッチング技法を使用して、基板１００の上方の犠牲構造材料から形成される。このパターン形成特徴部１１１は、プレースホルダ、マンドレル又はコアと称され、高解像度フォトマスクを使用するフォトリソグラフィシステムの光解像度に近い線幅及び／又は間隔を有する。図１Ｂに示されるように、ハードマスク材料のコンフォーマル層（共形層）１３０が、その後に、コア１１１の上に堆積させられる。それから、ハードマスクスペーサ又はリブ１３１が、異方性スペーサエッチングでハードマスク材料を水平表面から優先的にエッチングすることにより、コア１１１の両側に形成される。その結果として生ずる構造が、図１Ｃに示されている。それから、ハードマスクスペーサ１３１の背後に残っているコア１１１が除去される（図１Ｄ）。この点で、ハードマスクスペーサ１３１は、基板をパターン形成するためのエッチングマスクとして使用され、その後、ポジ型トーン処理フローにおいては除去される。別の仕方として、ネガ型トーン処理においては、それらのスペーサ間の領域に、材料（図１Ｅにおいては、１４０）が充填され、この充填材料は、エッチングバックされ（図１Ｆにおいて、１４１）、そして、スペーサ１３１が除去された後マスクとして使用される（図１Ｇ）。ポジ型又はネガ型トーン処理フローのどちらの場合でも、特徴部の密度は、フォトリソグラフィにおいてパターン形成される特徴部の密度の２倍となる。これらの図において、ハードマスクスペーサ又はリブ１３１のピッチは、パターン形成特徴部１１１のピッチの半分である。概説されたような処理フローによれば、１次元でのピッチを減少させることができる。
【発明の簡単な概要】
【０００５】
[0005]本発明の実施形態は、単一の高解像度フォトマスクを使用する標準のフォトリソグラフィ処理技法を使用して可能となるものと比較して、２次元において減少ピッチを有するパターン形成特徴部を基板上に形成する方法に関する。方形の角部の４つのコアの中心にディンプルを残すように選択された厚さを有するスペーサ層が、コアの２次元方形格子上に形成される。上記スペーサ層は、上記方形の中心において上記基板をさらすように、エッチングバックされる。上記コア材料を除去することにより、コアのフォトリソグラフィで画成された格子のパターン密度が２倍とされる。露出された基板の領域には、再びコア材料を充填することができ、上記処理は、上記パターン密度が４倍となるように繰り返される。
【０００６】
[0006]本発明の実施形態は、基板上にパターン形成特徴部を形成する方法を含む。これらの方法は、上記基板上にコア材料の第１の犠牲構造層を形成するステップと、第１のピッチに等しい側部を有する方形の各角部にコアを形成するように上記第１の犠牲構造層をパターン形成するステップと、を含んでもよい。上記方法は、更に、上記方形の中心にディンプルを残して上記コア及び露出基板上にスペーサ材料のコンフォーマル層を形成するステップと、上記コア及び上記方形の中心の上記基板の領域を露出させるように上記コンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、上記コアを除去するステップと、を含む。
【０００７】
[0007]本発明の実施形態は、更に、単一の高解像度フォトマスクを使用してコア材料の第１の犠牲構造層を有する基板をパターン形成する方法を含んでもよい。この方法は、上記第１の犠牲構造層上にフォトレジストの層を堆積するステップと、上記単一の高解像度フォトマスクを通して放射線に対して上記フォトレジストの層を露出させることにより上記フォトレジストの層をパターン形成するステップと、フォトレジスト特徴部の第１のパターンを形成するように上記フォトレジストの層を現像するステップと、を含んでもよい。上記第１のパターンは、各次元において第１のピッチをもって繰り返す２次元アレイを含む。これら方法は、更に、上記第１のピッチにほぼ等しい側部の長さを有する第１の方形の角部に４つのコアを含むコアの第１の２次元アレイを形成するように、上記第１の犠牲構造層へ上記第１のパターンを転写するステップを含む。これら方法は、更に、上記第１の方形の中心に第１のディンプルを残して上記４つのコア及び露出基板上にスペーサ材料の第１のコンフォーマル層を形成するステップと、上記４つのコア及び上記第１の方形の中心の上記基板の領域を露出するように上記第１のコンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、を含む。これらの方法は、更に、上記コアの第１の２次元アレイを除去するステップと、第２の犠牲構造層を堆積するステップと、スペーサ材料を露出するように上記第２の犠牲構造層を部分的にエッチングするステップと、上記コアの第１の２次元アレイの２倍の密度を有するコアの第２の２次元アレイを残して、上記スペーサ材料をエッチングするステップと、を含む。上記コアの第２の２次元アレイは、上記第１のピッチを２の平方根で除算したものにほぼ等しい第２の側部の長さを有する第２の方形の角部に４つのコアを含む。これらの方法は、更に、上記第２の方形の中心に第２のディンプルを残して、上記コアの第２の２次元アレイ及び露出基板上にスペーサ材料の第２のコンフォーマル層を形成するステップと、上記４つのコア及び上記第２の方形の中心の上記基板の領域を露出するように上記第２のコンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、上記コアの第２の２次元アレイを除去するステップと、を含む。
【０００８】
[0008]本発明の開示を適用可能な更なる分野は、以下に与えられる詳細な説明から明らかとなろう。以下の詳細な説明及び特定の実施例は、種々な実施形態を示すものであるが、これらは、単なる例示のためのものであり、本発明の開示の範囲を必然的に限定しようとしているものではないことは、理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
[0009]本発明の本質及び効果については、以下に与えられる明細書及び図面の残余の記載を参照することにより、更に理解されよう。これらの図は、発明の詳細な記載の部分に組み入れられる。
【図１Ａ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｂ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｃ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｄ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｅ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｆ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｇ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図２】本発明の１つの実施形態による自己整合二重パターン形成処理に関連したステップを示すフローチャートである。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図３Ｆ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理の中間ステップでの斜視図である。
【００１０】
[0014]添付図面において、同様の構成部分及び／又は特徴部は、同じ参照符号で示されている。更に、同じタイプの種々な構成部分は、その参照符号の後にダッシュ及びそれらと同様の構成部分との間の区別をする第２の参照符号を付すことにより区別されている。本明細書において、第１の参照符号のみが使用されている場合には、その説明は、第２の参照符号に関係なく、同じ第１の参照符号を有する同様の構成部分のいずれにも適用できるものである。
【発明の詳細な説明】
【００１１】
[0015]本発明の実施形態は、単一の高解像度フォトマスクを使用する標準のフォトリソグラフィ処理技法を使用して可能なものに比較して、２次元において減少ピッチを有するパターン形成特徴部を基板上に形成する方法に関する。方形の角部の４つのコアの中心にディンプルを残すように選択された厚さを有するスペーサ層が、コアの２次元方形格子上に形成される。上記スペーサ層は、上記方形の中心において上記基板をさらすように、エッチングバックされる。上記コア材料を除去することにより、コアのフォトリソグラフィ画成格子のパターン密度が２倍とされる。露出された基板の領域には、再びコア材料を充填することができ、上記処理は、上記パターン密度が４倍となるように繰り返される。
【００１２】
[0016]自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理の最も普通の用途の１つは、平行線の高密度アレイを形成することである。（図１の処理のような）ＳＡＤＰ処理は、材料の平行線を生成するのに使用される。これは、特徴部の長さに対して直角な方向に沿って繰り返される長い特徴部（ビットライン、電力ライン等）を形成するのに役立つものであるが、特徴部の２次元アレイを形成するように２つの方向において繰り返される小さなアスペクト比の特徴部を生成することも必要である。本発明の実施形態により与えられる複製により、異なるレベルに配設された金属線を接続する金属ビアを得ることができる。
【００１３】
[0017]本発明をより良く理解し認識するために、本発明の１つの実施形態による２次元自己整合二重パターン形成処理に関連したステップを示すフローチャートである図２、及び図２に示されたステップにより形成されていくときの構造体の斜視図を例示する図３Ａから図３Ｆを参照されたい。この方法は、基板上に犠牲構造層（別の呼び方として、コア層とも称される）を形成することで開始される（ステップ２５２）。このコア層に続いてフォトレジストの層が形成されるのであるが、種々な実施形態では、特に、コア層材料及びフォトレジストが同様のメカニズムによりエッチングされる時には、これら２つの層の間にハードマスク層を形成してもよい。
【００１４】
[0018]それから、そのフォトレジストは、フォトリソグラフィ処理の解像度限界において又はその解像度限界近くにおいて、直交方向で同じピッチを有するピラー（図示せず）の繰り返しパターンを形成するように、ステップ２５４においてパターン形成され、トリミングされる。図２から図３に示す実施形態では、これら２つの直交方向におけるピッチは、一致している。２つの直交ピッチの間の約１０％から２０％までの小さな差は、許容できるものであり、それでも、次のパターン形成技法によれば、ここに開示する実施形態によってピッチを首尾良く減少させることができるのである。
【００１５】
[0019]図２から図３に概略示された処理フローにおいて、フォトレジストピラーは、図示した２回繰り返しの実施形態でピッチ３０５の約４分の１の直径を有してもよい。特に、繰り返しの回数が図２から図３に示した実施形態の場合とは異なる時には、他の直径とすることが可能である。そのパターンは、（もし、使用されているならば）ハードマスク層へと転写され、それから、そのパターン形成ハードマスクは、複数のコア３１１−１を形成するようにコア層をパターン形成するのに使用される（ステップ２５６）。各コア３１１−１は、フォトレジスト層に形成されたピラーのうちの１つに対応しており、これらのコアは、フォトレジストピラーのアレイからそれらのピッチ３０５を受け継いでいる。残留するフォトレジスト及びハードマスク材料の除去（ステップ２５８）の後において、基板３００は、図３Ａに示すように、コア３１１−１のピラーを支持している。
【００１６】
[0020]それから、スペーサ材料のコンフォーマル層が、それらのコア及び露出基板上に堆積させられる（ステップ２６２）。スペーサ材料のマウンドが各コア３１１−１の上方に蓄積していき、一方、スペーサ材料のディンプルが４つの隣接するコアの間の中心３１２に生成されていく。４つの隣接するコアは、コア間隔のピッチ３０５に等しい側部を有する方形を形成する。ディンプルの幅は、スペーサ材料が隣接する各コアから離れて成長していくにつれて、減少していく。コンフォーマル層の厚さは、ディンプルの幅がコアの幅に一致するように選択される。ディンプルは、付加されるビア又はコアの概略寸法を反映している。本発明の実施形態では、このコンフォーマル層は、ＳＡＣＶＤ酸化シリコン又は窒化シリコン層のような誘電体層であり、好ましくは、ディンプルの直径がコア３１１−１の直径近くとなるような厚さまで堆積される。スペーサ材料のコンフォーマル層は、そのピッチの約４０％と約５２％との間又は約４３％と約４９％との間の側壁厚さを有してもよい。
【００１７】
[0021]ここで使用されるように、コンフォーマル層は、ある表面上でその表面と同じ形状にある材料の全体的に均一な層を指しており、即ち、その層の表面と、その層により覆われている表面とは、全体的に平行である。当業者であれば、堆積材料は、１００％コンフォーマルになり得ないことが明らかであろうから、用語「全体的」は、許容誤差を考慮に入れている。
【００１８】
[0022]それから、コンフォーマル層は、キャビティ３３５−２を形成する各々の方形の中心において基板３００を露出させ且つ狭いコア３１１−１の上方表面を露出させるように、異方性エッチング（垂直エッチング）される（ステップ２６４）。次に、露出されたコア材料がエッチングステップにおいて除去され（ステップ２６６）、図３Ｂに示されるように、コアが除去されたキャビティ３３５−１及び方形の中心近くの付加的キャビティ３３５−２を有するスペーサ層３３１が残される。コア材料を除去するのに使用されるこのエッチングステップは、スペーサ（スペーサ材料）のコンフォーマル材料に比較してコア材料をエッチングする方向の選択性を発揮するものであってよい。キャビティ（３３５−１、３３５−２）の２次元密度は、図３Ａのコア３１１−１の密度の２倍である。
【００１９】
[0023]この点で、図２から図３の処理シーケンスを停止して、スペーサ層３３１を、その２倍密度パターンを、下にある基板までエッチングするためのハードマスクとして使用することもできる。別の仕方として、これらキャビティは、ビアを形成するため、金属（例えば、タングステン）のような材料で充填される。これらのオプションは、このような密度倍化処理を任意数だけ繰り返した後に行ってもよい。
【００２０】
[0024]このような処理は、パターンの密度を更に増やすため、図２から図３に示されるように続けてもよい。引き続いて、ステップ２６８において、キャビティは、コア材料の層を堆積し、部分エッチバックを行うことにより、コア材料で充填される。図３Ｃは、スペーサ層３３１のキャビティにおけるコア（３１１−１、３１１−２）を示している。スペーサ材料が取り除かれ（ステップ２７０）、図３Ｄに示されるように、基板３００上にコア（３１１−１、３１１−２）が残される。これらのコアは、図３Ａにおけるコア３１１−１の元のパターンの２倍の密度を与えるマスクとして、基板をパターン形成するために使用される。これらコア（３１１−１、３１１−２）のパターンは、コア３１１−１の元のパターンから４５度方向転換されたより小さな方形を形成している。これらの新しい方形の側部は、元のピッチ３０５を２の平方根で除算したものに等しい。
【００２１】
[0025]コア（３１１−１、３１１−２）の２倍密度分布においてこのような方形があるため、ステップ２６２からステップ２７０の処理を再度繰り返す（ステップ２７２−２８０）ことにより、元のコア密度の４倍のコア密度とすることが可能とされる。スペーサ材料の第２のコンフォーマル層が、ステップ２７２においてコア（３１１−１、３１１−２）上に堆積されるとき、それは、それらコアの上方にスペーサ材料のマウンドを形成し、且つより小さな方形の中心近くでスペーサ材料にディンプルを形成する。このスペーサ材料の第２のコンフォーマル層は、元のピッチ３０５の約２０％と約３０％との間又は約２２％と約２８％との間の側壁厚さ３１９を有することができる。ステップ２７４においてスペーサ材料の第２のコンフォーマル層を異方性エッチングする際、各々の方形の中心近くの基板の領域３３５−３は、コア（３１１−１、３１１−２）のように、露出させられる。図３Ｅは、コア（３１１−１、３１１−２）がステップ２７６のコアエッチングステップにおいて除去され、空所（３３５−１、３３５−２）が生成された後のコンフォーマル層を示している。これら全ての空所（３３５−１、３３５−２及び３３５−３）の密度は、コア３１１−１の元の密度の４倍である。これら空所（３３５−１、３３５−２及び３３５−３）は、図３Ａにおける元のピッチ３０５のサイズの半分の側部を有する方形を形成している。前のように、図３Ｅにおけるパターン形成コンフォーマル層３３１は、マスクとして使用され、金属で充填され、又は、コア材料で充填されてもよい。コア材料で充填され、部分的にエッチングバックされる時には（ステップ２７８）、スペーサ取除き（ステップ２８０）の後に、図３Ｆに示されるように、コアが形成される。この点で、それらのコアは、図３Ａの元のコアパターン３１１−１の密度の４倍の密度で基板をパターン形成するためのエッチングマスクとして使用することができる。
【００２２】
[0026]ある幾つかの実施形態では、これらコアの密度を更に増やすため、このような処理を繰り返すこともできる。処理ステップ２６２から２８０を再度繰り返すことにより、コアの密度を１６倍に増やすことができる。これらのコアのサイズは、処理の最終密度に応じて調整する必要がある。密度を１６倍に増やす場合には、それらのコアは、図２から図３に示した実施例における直径の約半分とされ、又は、元のピッチ３０５の約８分の１とされる。こうするためには、４つのコンフォーマル層の各々の厚さを、最後のステップにおいて生成されるビア又はコアの所望の直径に基づいて計算しなければならない。
【００２３】
[0027]一般的に言って、最後のステップにおけるコア又はビアの直径は、それらの間隔に等しくなる。このような設計基準でもって、コンフォーマル層の厚さは、ここで説明した密度倍化処理の１―４の繰り返しに対して計算することができる。その適当な厚さを、表１に示している。
【００２４】
【表１】
【００２５】
表１における百分率（％）は、単純な幾何学形状を考慮することに基づいて算出されている。コアの直径は、最終ピッチに基づいて決定されている。最終ピッチは、繰り返し１―４のそれぞれについて、その初期ピッチの７０．７％、５０．０％、３５．４％及び２５．０％である。ビア又はコアの直径は、前に概要を述べた設計基準に対する最終ピッチの半分、又は、繰り返し１−４のそれぞれについて、その初期ピッチの３５．４％、２５．０％、１７．７％及び１２．５％であろう。所定のステップでのコンフォーマル層の厚さは、単に、そのステップでのピッチからその処理のためのビア又はコアの直径を差し引いたものである。
【００２６】
[0028]第１の繰り返し中のコンフォーマル層の厚さは、種々な実施形態において、初期ピッチの約３０％と約４０％との間、初期ピッチの約４０％と約５０％との間、初期ピッチの約５０％と約５６％との間、又は初期ピッチの約５６％と約６０％との間である。第２の繰り返し中のコンフォーマル層の厚さは、種々な実施形態において、初期ピッチの約２０％と約３０％との間、初期ピッチの約２８％と約３６％との間、又は初期ピッチの約３５％と約４０％との間である。第３の繰り返し中のコンフォーマル層の厚さは、種々な実施形態において、初期ピッチの約１５％と約２１％との間、又は初期ピッチの約２０％と約２６％との間である。最後に、第４の繰り返し中のコンフォーマル層の厚さは、一実施形態において、初期ピッチの約１０％と約１５％との間である。ここで使用される同じ方法でもって、より多くの繰り返しを使用することもでき、また、目標百分率並びに範囲を決定することができる。
【００２７】
[0029]前述したように、ここに説明した密度倍化処理は、２つの直交するピッチの間の小さな相違を許容するものである。図２から図３に関して説明した各々の方形は、ある実施形態では、若干長方形となる。長さと幅との間の差が約２０％までであれば、長方形でも許容される。この方法によれば、その差がより大きくなると、より小さなピッチの特徴部の相当な変形が各長方形の中心に生じてしまう。
【００２８】
[0030]ここで使用する用語「基板」は、層が上に形成されている支持基板であっても、又は、層が上に形成されていない支持基板であってもよい。この支持基板は、絶縁体であっても、又は、様々なドーピング濃度及びプロファイルを有する半導体であってもよく、例えば、集積回路の製造に使用されるタイプの半導体基板であってよい。また、コア及びスペーサ層に使用される材料の選択についても相当の融通性がある。ここに開示された実施形態による２次元自己整合二重パターン形成処理の更なる詳細について説明する上で、典型的な材料系を示すことは有用であろう。ある実施形態では、コア層及びコンフォーマル層は、それぞれ、水素化アモルファス炭素及び窒化シリコンで形成される。アモルファス炭素膜は、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によって製造されている「アドバンスドパターニングフィルム」（商標名）（ＡＰＦ）であってよい。ＡＰＦについては、２００３年６月３日に発行された米国特許第６，５７３，０３０号明細書に開示されており、その明細書の記載は、あらゆる目的のため、ここにそのまま援用される。水素化アモルファス炭素は、約１０パーセントの水素と約６０パーセントの水素との間の原子組成を有する。
【００２９】
[0031]コアエッチングは、図３Ｂ及び図３Ｅの構成を達成するためアモルファス炭素コアをアッシングすることを含むことができる。アッシングは、水素化アモルファス炭素を酸化するため基板上方のプラズマの中へＯ２又はＯ３を導入し、その副生物を排出させること（pumping）により行われることが多い。このアッシング処理は、ハロゲン含有ガスを含むこともできる。図３Ａの初期パターンを形成するための水素化アモルファス炭素のアッシング中に、フォトレジストと水素化アモルファス炭素との間にハードマスク層を置くのが望ましい。何故ならば、それらは、同様のアッシングレートを有することができるからである。別の材料で形成されたコア層の場合には、このようなハードマスク層が必要とされないこともある。
【００３０】
[0032]スペーサ材料は、ある程度、水素化アモルファス炭素よりもアッシング処理に耐えるようなものを選択することにより、パターン形成スペーサ層を維持することができる。スペーサ層は、ある幾つかの実施形態では、窒化シリコンで形成される。別の仕方として、スペーサ層は、酸化シリコンで形成することもできるが、コア材料との界面近くのスペーサ層の酸素含量によりアッシングが生ぜしめられることがある。アッシングは、コアの完全性と、後に続くスペーサ堆積を支援し又はエッチングステップに耐えるそれらの能力との妥協点を見つけ出すことができる。アッシングを避けるため、酸化シリコンスペーサ層の堆積を変更することができる。酸化シリコン堆積は、シリコンリッチの界面で始まり、その後、酸化シリコンの通常のモル比へと遷移する。シリコンリッチ界面は、酸素含有量がより少なく、コアのアッシングを抑制する。酸化シリコンを形成するための代表的な堆積方法は、ＳＡＣＶＤ及びＰＥＣＶＤを含み、しばしば、プラズマにおける酸素含有ガスを励起することにより生成されるオゾン又は酸素含有プラズマ流出物を含む。シリコン含有濃度に対してオゾン又は酸素含有プラズマ流出物の濃度を減少させることにより、シリコンリッチ酸化シリコンを生成することができ、これにより、アモルファス炭素がこれら２つの材料の間の界面近く又はその界面に生成されるとき、そのアモルファス炭素に対する損傷を減少させることができる。
【００３１】
[0033]スペーサ材料のコンフォーマル層内にキャビティを形成する処理により、必ずしも、単純な円筒形状となるものではない。図４は、図２から図３に示された自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理の中間ステップでの斜視図である。この処理の中間構成は、ステップ２７６においてコアを除去する前の状態が示されている。この図では、キャビティ４３５は、円筒外形とは異なるように示されている。各キャビティの上部４３６の近くにおいて、その直径は、スペーサ材料４３１の層のコンフォーマル成長パターンのため、また、多分、それらキャビティ４３５を生成するエッチング処理のため、その底部４３７での直径より大きくなる場合がある。それらキャビティ４３５の上部近くの開口４３９の形状は、円形ではない場合がある。その形状は、ここでは、多角形として示されており、これは、隣接するコア４１１から成長していく時にスペーサ材料の発達が中断してしまうことから生ずる結果である。開口４３９の形状は、多分複雑なものとなるのであるが、異なる実施形態において、４辺形又は８辺形でもよい。これらのキャビティは、例えば、基板温度又はエッチングを増大することを含む処理ステップ中に、より円筒形なものとしてもよい。ここでは、ディンプル及びキャビティについては、それらが不規則な形状である時でも、それらの直径を基準とすることができる。このような基準とする直径は、単に、スペーサ層のコンフォーマル成長に関連したフレアリングによる影響の少ない基板に近い領域での不規則形状を近似する円筒形の直径を意味している。
【００３２】
[0034]前述の説明は、本発明の原理を例示するためのものであり、如何様にも本発明の範囲を限定しようとしているものではない。本発明の範囲内に包含される非常に多くの種々な変形例があることは明らかである。また、本発明を詳細に且つそれらの特定の実施例について説明してきたのであるが、当業者には、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、それらの種々な変形及び変更がなされうるものであることは明らかであろう。従って、本発明の範囲内に、これらの均等物及び代替物を含めんとするものである。
【符号の説明】
【００３３】
１００…基板、１１１…パターン形成特徴部、１３０…ハードマスク材料のコンフォーマル層、１３１…ハードマスクスペーサ又はリブ、１４０…充填材料、１４１…エッチングバックされた充填材料（マスク）、３００…基板、３０５…元のピッチ、３１１−１…コア、３１１−２…コア、３１１−３…コア、３１２…４つの隣接コアの間の中心、３１９…側壁厚さ、３３１…スペーサ層（パターン形成コンフォーマル層）、３３５−１…キャビティ（空所）、３３５−２…キャビティ（空所）、３３５−３…各々の方形の中心近くの基板の領域（空所）、４００…基板、４１１…コア、４３１…スペーサ層、４３５…キャビティ、４３６…キャビティの上部、４３７…底部、４３９…開口
【関連出願への相互参照】
【０００１】
[0001]本非仮特許出願は、２００８年１０月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／１０７，９８６号に基づく優先権を主張しており、この米国仮特許出願の明細書及び図面の記載は、あらゆる目的のため、ここにそのまま援用される。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]本願は、一般的に、基板処理方法に関し、特に、基板上の特徴部の密度を高める処理シーケンスに関する。
【０００３】
[0003]集積回路（ＩＣ）を縮小することにより、性能を改善することができ、容量を増大することができ、更に／又はコストを削減することができる。各デバイスの縮小には、それらの特徴部を形成するためにより複雑且つ精巧な技法が必要とされてくる。基板上に特徴部をパターン形成するのに、フォトリソグラフィが普通に使用されている。典型的な特徴部は、金属、半導体又は絶縁体である材料の線である。線幅は、その線の幅であり、間隔は、線の間の距離である。ピッチは、２つの隣接する線上の、同一点の間の距離として定義される。ピッチは、線幅と間隔との和に等しい。放射線波長を含む様々な要因のため、フォトリソグラフィ技法では、最小ピッチが限られており、この最小ピッチより小さいピッチにおいて、特定のフォトリソグラフィ技法では、特徴部を、信頼性をもって形成することはできない。明らかなように、どの所定のフォトリソグラフィ技法でも、その最小ピッチのため、特徴部のサイズを減少させることに限界がでてくる。
【０００４】
[0004]自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）は、フォトリソグラフィ技法の能力を、それらの予想される最小ピッチを越えて拡張するための１つの方法である。このような方法が、図１Ａから図１Ｇに例示されている。図１Ａを参照するに、パターン形成特徴部１１１が、標準のフォトリソグラフィ及びエッチング技法を使用して、基板１００の上方の犠牲構造材料から形成される。このパターン形成特徴部１１１は、プレースホルダ、マンドレル又はコアと称され、高解像度フォトマスクを使用するフォトリソグラフィシステムの光解像度に近い線幅及び／又は間隔を有する。図１Ｂに示されるように、ハードマスク材料のコンフォーマル層（共形層）１３０が、その後に、コア１１１の上に堆積させられる。それから、ハードマスクスペーサ又はリブ１３１が、異方性スペーサエッチングでハードマスク材料を水平表面から優先的にエッチングすることにより、コア１１１の両側に形成される。その結果として生ずる構造が、図１Ｃに示されている。それから、ハードマスクスペーサ１３１の背後に残っているコア１１１が除去される（図１Ｄ）。この点で、ハードマスクスペーサ１３１は、基板をパターン形成するためのエッチングマスクとして使用され、その後、ポジ型トーン処理フローにおいては除去される。別の仕方として、ネガ型トーン処理においては、それらのスペーサ間の領域に、材料（図１Ｅにおいては、１４０）が充填され、この充填材料は、エッチングバックされ（図１Ｆにおいて、１４１）、そして、スペーサ１３１が除去された後マスクとして使用される（図１Ｇ）。ポジ型又はネガ型トーン処理フローのどちらの場合でも、特徴部の密度は、フォトリソグラフィにおいてパターン形成される特徴部の密度の２倍となる。これらの図において、ハードマスクスペーサ又はリブ１３１のピッチは、パターン形成特徴部１１１のピッチの半分である。概説されたような処理フローによれば、１次元でのピッチを減少させることができる。
【発明の簡単な概要】
【０００５】
[0005]本発明の実施形態は、単一の高解像度フォトマスクを使用する標準のフォトリソグラフィ処理技法を使用して可能となるものと比較して、２次元において減少ピッチを有するパターン形成特徴部を基板上に形成する方法に関する。方形の角部の４つのコアの中心にディンプルを残すように選択された厚さを有するスペーサ層が、コアの２次元方形格子上に形成される。上記スペーサ層は、上記方形の中心において上記基板をさらすように、エッチングバックされる。上記コア材料を除去することにより、コアのフォトリソグラフィで画成された格子のパターン密度が２倍とされる。露出された基板の領域には、再びコア材料を充填することができ、上記処理は、上記パターン密度が４倍となるように繰り返される。
【０００６】
[0006]本発明の実施形態は、基板上にパターン形成特徴部を形成する方法を含む。これらの方法は、上記基板上にコア材料の第１の犠牲構造層を形成するステップと、第１のピッチに等しい側部を有する方形の各角部にコアを形成するように上記第１の犠牲構造層をパターン形成するステップと、を含んでもよい。上記方法は、更に、上記方形の中心にディンプルを残して上記コア及び露出基板上にスペーサ材料のコンフォーマル層を形成するステップと、上記コア及び上記方形の中心の上記基板の領域を露出させるように上記コンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、上記コアを除去するステップと、を含む。
【０００７】
[0007]本発明の実施形態は、更に、単一の高解像度フォトマスクを使用してコア材料の第１の犠牲構造層を有する基板をパターン形成する方法を含んでもよい。この方法は、上記第１の犠牲構造層上にフォトレジストの層を堆積するステップと、上記単一の高解像度フォトマスクを通して放射線に対して上記フォトレジストの層を露出させることにより上記フォトレジストの層をパターン形成するステップと、フォトレジスト特徴部の第１のパターンを形成するように上記フォトレジストの層を現像するステップと、を含んでもよい。上記第１のパターンは、各次元において第１のピッチをもって繰り返す２次元アレイを含む。これら方法は、更に、上記第１のピッチにほぼ等しい側部の長さを有する第１の方形の角部に４つのコアを含むコアの第１の２次元アレイを形成するように、上記第１の犠牲構造層へ上記第１のパターンを転写するステップを含む。これら方法は、更に、上記第１の方形の中心に第１のディンプルを残して上記４つのコア及び露出基板上にスペーサ材料の第１のコンフォーマル層を形成するステップと、上記４つのコア及び上記第１の方形の中心の上記基板の領域を露出するように上記第１のコンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、を含む。これらの方法は、更に、上記コアの第１の２次元アレイを除去するステップと、第２の犠牲構造層を堆積するステップと、スペーサ材料を露出するように上記第２の犠牲構造層を部分的にエッチングするステップと、上記コアの第１の２次元アレイの２倍の密度を有するコアの第２の２次元アレイを残して、上記スペーサ材料をエッチングするステップと、を含む。上記コアの第２の２次元アレイは、上記第１のピッチを２の平方根で除算したものにほぼ等しい第２の側部の長さを有する第２の方形の角部に４つのコアを含む。これらの方法は、更に、上記第２の方形の中心に第２のディンプルを残して、上記コアの第２の２次元アレイ及び露出基板上にスペーサ材料の第２のコンフォーマル層を形成するステップと、上記４つのコア及び上記第２の方形の中心の上記基板の領域を露出するように上記第２のコンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、上記コアの第２の２次元アレイを除去するステップと、を含む。
【０００８】
[0008]本発明の開示を適用可能な更なる分野は、以下に与えられる詳細な説明から明らかとなろう。以下の詳細な説明及び特定の実施例は、種々な実施形態を示すものであるが、これらは、単なる例示のためのものであり、本発明の開示の範囲を必然的に限定しようとしているものではないことは、理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
[0009]本発明の本質及び効果については、以下に与えられる明細書及び図面の残余の記載を参照することにより、更に理解されよう。これらの図は、発明の詳細な記載の部分に組み入れられる。
【図１Ａ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｂ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｃ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｄ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｅ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｆ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図１Ｇ】従来の技術による通常の自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す断面図を例示している。
【図２】本発明の１つの実施形態による自己整合二重パターン形成処理に関連したステップを示すフローチャートである。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図３Ｆ】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理の中間ステップでの斜視図である。
【００１０】
[0014]添付図面において、同様の構成部分及び／又は特徴部は、同じ参照符号で示されている。更に、同じタイプの種々な構成部分は、その参照符号の後にダッシュ及びそれらと同様の構成部分との間の区別をする第２の参照符号を付すことにより区別されている。本明細書において、第１の参照符号のみが使用されている場合には、その説明は、第２の参照符号に関係なく、同じ第１の参照符号を有する同様の構成部分のいずれにも適用できるものである。
【発明の詳細な説明】
【００１１】
[0015]本発明の実施形態は、単一の高解像度フォトマスクを使用する標準のフォトリソグラフィ処理技法を使用して可能なものに比較して、２次元において減少ピッチを有するパターン形成特徴部を基板上に形成する方法に関する。方形の角部の４つのコアの中心にディンプルを残すように選択された厚さを有するスペーサ層が、コアの２次元方形格子上に形成される。上記スペーサ層は、上記方形の中心において上記基板をさらすように、エッチングバックされる。上記コア材料を除去することにより、コアのフォトリソグラフィ画成格子のパターン密度が２倍とされる。露出された基板の領域には、再びコア材料を充填することができ、上記処理は、上記パターン密度が４倍となるように繰り返される。
【００１２】
[0016]自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理の最も普通の用途の１つは、平行線の高密度アレイを形成することである。（図１の処理のような）ＳＡＤＰ処理は、材料の平行線を生成するのに使用される。これは、特徴部の長さに対して直角な方向に沿って繰り返される長い特徴部（ビットライン、電力ライン等）を形成するのに役立つものであるが、特徴部の２次元アレイを形成するように２つの方向において繰り返される小さなアスペクト比の特徴部を生成することも必要である。本発明の実施形態により与えられる複製により、異なるレベルに配設された金属線を接続する金属ビアを得ることができる。
【００１３】
[0017]本発明をより良く理解し認識するために、本発明の１つの実施形態による２次元自己整合二重パターン形成処理に関連したステップを示すフローチャートである図２、及び図２に示されたステップにより形成されていくときの構造体の斜視図を例示する図３Ａから図３Ｆを参照されたい。この方法は、基板上に犠牲構造層（別の呼び方として、コア層とも称される）を形成することで開始される（ステップ２５２）。このコア層に続いてフォトレジストの層が形成されるのであるが、種々な実施形態では、特に、コア層材料及びフォトレジストが同様のメカニズムによりエッチングされる時には、これら２つの層の間にハードマスク層を形成してもよい。
【００１４】
[0018]それから、そのフォトレジストは、フォトリソグラフィ処理の解像度限界において又はその解像度限界近くにおいて、直交方向で同じピッチを有するピラー（図示せず）の繰り返しパターンを形成するように、ステップ２５４においてパターン形成され、トリミングされる。図２から図３に示す実施形態では、これら２つの直交方向におけるピッチは、一致している。２つの直交ピッチの間の約１０％から２０％までの小さな差は、許容できるものであり、それでも、次のパターン形成技法によれば、ここに開示する実施形態によってピッチを首尾良く減少させることができるのである。
【００１５】
[0019]図２から図３に概略示された処理フローにおいて、フォトレジストピラーは、図示した２回繰り返しの実施形態でピッチ３０５の約４分の１の直径を有してもよい。特に、繰り返しの回数が図２から図３に示した実施形態の場合とは異なる時には、他の直径とすることが可能である。そのパターンは、（もし、使用されているならば）ハードマスク層へと転写され、それから、そのパターン形成ハードマスクは、複数のコア３１１−１を形成するようにコア層をパターン形成するのに使用される（ステップ２５６）。各コア３１１−１は、フォトレジスト層に形成されたピラーのうちの１つに対応しており、これらのコアは、フォトレジストピラーのアレイからそれらのピッチ３０５を受け継いでいる。残留するフォトレジスト及びハードマスク材料の除去（ステップ２５８）の後において、基板３００は、図３Ａに示すように、コア３１１−１のピラーを支持している。
【００１６】
[0020]それから、スペーサ材料のコンフォーマル層が、それらのコア及び露出基板上に堆積させられる（ステップ２６２）。スペーサ材料のマウンドが各コア３１１−１の上方に蓄積していき、一方、スペーサ材料のディンプルが４つの隣接するコアの間の中心３１２に生成されていく。４つの隣接するコアは、コア間隔のピッチ３０５に等しい側部を有する方形を形成する。ディンプルの幅は、スペーサ材料が隣接する各コアから離れて成長していくにつれて、減少していく。コンフォーマル層の厚さは、ディンプルの幅がコアの幅に一致するように選択される。ディンプルは、付加されるビア又はコアの概略寸法を反映している。本発明の実施形態では、このコンフォーマル層は、ＳＡＣＶＤ酸化シリコン又は窒化シリコン層のような誘電体層であり、好ましくは、ディンプルの直径がコア３１１−１の直径近くとなるような厚さまで堆積される。スペーサ材料のコンフォーマル層は、そのピッチの約４０％と約５２％との間又は約４３％と約４９％との間の側壁厚さを有してもよい。
【００１７】
[0021]ここで使用されるように、コンフォーマル層は、ある表面上でその表面と同じ形状にある材料の全体的に均一な層を指しており、即ち、その層の表面と、その層により覆われている表面とは、全体的に平行である。当業者であれば、堆積材料は、１００％コンフォーマルになり得ないことが明らかであろうから、用語「全体的」は、許容誤差を考慮に入れている。
【００１８】
[0022]それから、コンフォーマル層は、キャビティ３３５−２を形成する各々の方形の中心において基板３００を露出させ且つ狭いコア３１１−１の上方表面を露出させるように、異方性エッチング（垂直エッチング）される（ステップ２６４）。次に、露出されたコア材料がエッチングステップにおいて除去され（ステップ２６６）、図３Ｂに示されるように、コアが除去されたキャビティ３３５−１及び方形の中心近くの付加的キャビティ３３５−２を有するスペーサ層３３１が残される。コア材料を除去するのに使用されるこのエッチングステップは、スペーサ（スペーサ材料）のコンフォーマル材料に比較してコア材料をエッチングする方向の選択性を発揮するものであってよい。キャビティ（３３５−１、３３５−２）の２次元密度は、図３Ａのコア３１１−１の密度の２倍である。
【００１９】
[0023]この点で、図２から図３の処理シーケンスを停止して、スペーサ層３３１を、その２倍密度パターンを、下にある基板までエッチングするためのハードマスクとして使用することもできる。別の仕方として、これらキャビティは、ビアを形成するため、金属（例えば、タングステン）のような材料で充填される。これらのオプションは、このような密度倍化処理を任意数だけ繰り返した後に行ってもよい。
【００２０】
[0024]このような処理は、パターンの密度を更に増やすため、図２から図３に示されるように続けてもよい。引き続いて、ステップ２６８において、キャビティは、コア材料の層を堆積し、部分エッチバックを行うことにより、コア材料で充填される。図３Ｃは、スペーサ層３３１のキャビティにおけるコア（３１１−１、３１１−２）を示している。スペーサ材料が取り除かれ（ステップ２７０）、図３Ｄに示されるように、基板３００上にコア（３１１−１、３１１−２）が残される。これらのコアは、図３Ａにおけるコア３１１−１の元のパターンの２倍の密度を与えるマスクとして、基板をパターン形成するために使用される。これらコア（３１１−１、３１１−２）のパターンは、コア３１１−１の元のパターンから４５度方向転換されたより小さな方形を形成している。これらの新しい方形の側部は、元のピッチ３０５を２の平方根で除算したものに等しい。
【００２１】
[0025]コア（３１１−１、３１１−２）の２倍密度分布においてこのような方形があるため、ステップ２６２からステップ２７０の処理を再度繰り返す（ステップ２７２−２８０）ことにより、元のコア密度の４倍のコア密度とすることが可能とされる。スペーサ材料の第２のコンフォーマル層が、ステップ２７２においてコア（３１１−１、３１１−２）上に堆積されるとき、それは、それらコアの上方にスペーサ材料のマウンドを形成し、且つより小さな方形の中心近くでスペーサ材料にディンプルを形成する。このスペーサ材料の第２のコンフォーマル層は、元のピッチ３０５の約２０％と約３０％との間又は約２２％と約２８％との間の側壁厚さ３１９を有することができる。ステップ２７４においてスペーサ材料の第２のコンフォーマル層を異方性エッチングする際、各々の方形の中心近くの基板の領域３３５−３は、コア（３１１−１、３１１−２）のように、露出させられる。図３Ｅは、コア（３１１−１、３１１−２）がステップ２７６のコアエッチングステップにおいて除去され、空所（３３５−１、３３５−２）が生成された後のコンフォーマル層を示している。これら全ての空所（３３５−１、３３５−２及び３３５−３）の密度は、コア３１１−１の元の密度の４倍である。これら空所（３３５−１、３３５−２及び３３５−３）は、図３Ａにおける元のピッチ３０５のサイズの半分の側部を有する方形を形成している。前のように、図３Ｅにおけるパターン形成コンフォーマル層３３１は、マスクとして使用され、金属で充填され、又は、コア材料で充填されてもよい。コア材料で充填され、部分的にエッチングバックされる時には（ステップ２７８）、スペーサ取除き（ステップ２８０）の後に、図３Ｆに示されるように、コアが形成される。この点で、それらのコアは、図３Ａの元のコアパターン３１１−１の密度の４倍の密度で基板をパターン形成するためのエッチングマスクとして使用することができる。
【００２２】
[0026]ある幾つかの実施形態では、これらコアの密度を更に増やすため、このような処理を繰り返すこともできる。処理ステップ２６２から２８０を再度繰り返すことにより、コアの密度を１６倍に増やすことができる。これらのコアのサイズは、処理の最終密度に応じて調整する必要がある。密度を１６倍に増やす場合には、それらのコアは、図２から図３に示した実施例における直径の約半分とされ、又は、元のピッチ３０５の約８分の１とされる。こうするためには、４つのコンフォーマル層の各々の厚さを、最後のステップにおいて生成されるビア又はコアの所望の直径に基づいて計算しなければならない。
【００２３】
[0027]一般的に言って、最後のステップにおけるコア又はビアの直径は、それらの間隔に等しくなる。このような設計基準でもって、コンフォーマル層の厚さは、ここで説明した密度倍化処理の１―４の繰り返しに対して計算することができる。その適当な厚さを、表１に示している。
【００２４】
【表１】
【００２５】
表１における百分率（％）は、単純な幾何学形状を考慮することに基づいて算出されている。コアの直径は、最終ピッチに基づいて決定されている。最終ピッチは、繰り返し１―４のそれぞれについて、その初期ピッチの７０．７％、５０．０％、３５．４％及び２５．０％である。ビア又はコアの直径は、前に概要を述べた設計基準に対する最終ピッチの半分、又は、繰り返し１−４のそれぞれについて、その初期ピッチの３５．４％、２５．０％、１７．７％及び１２．５％であろう。所定のステップでのコンフォーマル層の厚さは、単に、そのステップでのピッチからその処理のためのビア又はコアの直径を差し引いたものである。
【００２６】
[0028]第１の繰り返し中のコンフォーマル層の厚さは、種々な実施形態において、初期ピッチの約３０％と約４０％との間、初期ピッチの約４０％と約５０％との間、初期ピッチの約５０％と約５６％との間、又は初期ピッチの約５６％と約６０％との間である。第２の繰り返し中のコンフォーマル層の厚さは、種々な実施形態において、初期ピッチの約２０％と約３０％との間、初期ピッチの約２８％と約３６％との間、又は初期ピッチの約３５％と約４０％との間である。第３の繰り返し中のコンフォーマル層の厚さは、種々な実施形態において、初期ピッチの約１５％と約２１％との間、又は初期ピッチの約２０％と約２６％との間である。最後に、第４の繰り返し中のコンフォーマル層の厚さは、一実施形態において、初期ピッチの約１０％と約１５％との間である。ここで使用される同じ方法でもって、より多くの繰り返しを使用することもでき、また、目標百分率並びに範囲を決定することができる。
【００２７】
[0029]前述したように、ここに説明した密度倍化処理は、２つの直交するピッチの間の小さな相違を許容するものである。図２から図３に関して説明した各々の方形は、ある実施形態では、若干長方形となる。長さと幅との間の差が約２０％までであれば、長方形でも許容される。この方法によれば、その差がより大きくなると、より小さなピッチの特徴部の相当な変形が各長方形の中心に生じてしまう。
【００２８】
[0030]ここで使用する用語「基板」は、層が上に形成されている支持基板であっても、又は、層が上に形成されていない支持基板であってもよい。この支持基板は、絶縁体であっても、又は、様々なドーピング濃度及びプロファイルを有する半導体であってもよく、例えば、集積回路の製造に使用されるタイプの半導体基板であってよい。また、コア及びスペーサ層に使用される材料の選択についても相当の融通性がある。ここに開示された実施形態による２次元自己整合二重パターン形成処理の更なる詳細について説明する上で、典型的な材料系を示すことは有用であろう。ある実施形態では、コア層及びコンフォーマル層は、それぞれ、水素化アモルファス炭素及び窒化シリコンで形成される。アモルファス炭素膜は、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によって製造されている「アドバンスドパターニングフィルム」（商標名）（ＡＰＦ）であってよい。ＡＰＦについては、２００３年６月３日に発行された米国特許第６，５７３，０３０号明細書に開示されており、その明細書の記載は、あらゆる目的のため、ここにそのまま援用される。水素化アモルファス炭素は、約１０パーセントの水素と約６０パーセントの水素との間の原子組成を有する。
【００２９】
[0031]コアエッチングは、図３Ｂ及び図３Ｅの構成を達成するためアモルファス炭素コアをアッシングすることを含むことができる。アッシングは、水素化アモルファス炭素を酸化するため基板上方のプラズマの中へＯ２又はＯ３を導入し、その副生物を排出させること（pumping）により行われることが多い。このアッシング処理は、ハロゲン含有ガスを含むこともできる。図３Ａの初期パターンを形成するための水素化アモルファス炭素のアッシング中に、フォトレジストと水素化アモルファス炭素との間にハードマスク層を置くのが望ましい。何故ならば、それらは、同様のアッシングレートを有することができるからである。別の材料で形成されたコア層の場合には、このようなハードマスク層が必要とされないこともある。
【００３０】
[0032]スペーサ材料は、ある程度、水素化アモルファス炭素よりもアッシング処理に耐えるようなものを選択することにより、パターン形成スペーサ層を維持することができる。スペーサ層は、ある幾つかの実施形態では、窒化シリコンで形成される。別の仕方として、スペーサ層は、酸化シリコンで形成することもできるが、コア材料との界面近くのスペーサ層の酸素含量によりアッシングが生ぜしめられることがある。アッシングは、コアの完全性と、後に続くスペーサ堆積を支援し又はエッチングステップに耐えるそれらの能力との妥協点を見つけ出すことができる。アッシングを避けるため、酸化シリコンスペーサ層の堆積を変更することができる。酸化シリコン堆積は、シリコンリッチの界面で始まり、その後、酸化シリコンの通常のモル比へと遷移する。シリコンリッチ界面は、酸素含有量がより少なく、コアのアッシングを抑制する。酸化シリコンを形成するための代表的な堆積方法は、ＳＡＣＶＤ及びＰＥＣＶＤを含み、しばしば、プラズマにおける酸素含有ガスを励起することにより生成されるオゾン又は酸素含有プラズマ流出物を含む。シリコン含有濃度に対してオゾン又は酸素含有プラズマ流出物の濃度を減少させることにより、シリコンリッチ酸化シリコンを生成することができ、これにより、アモルファス炭素がこれら２つの材料の間の界面近く又はその界面に生成されるとき、そのアモルファス炭素に対する損傷を減少させることができる。
【００３１】
[0033]スペーサ材料のコンフォーマル層内にキャビティを形成する処理により、必ずしも、単純な円筒形状となるものではない。図４は、図２から図３に示された自己整合二重パターン形成（ＳＡＤＰ）処理の中間ステップでの斜視図である。この処理の中間構成は、ステップ２７６においてコアを除去する前の状態が示されている。この図では、キャビティ４３５は、円筒外形とは異なるように示されている。各キャビティの上部４３６の近くにおいて、その直径は、スペーサ材料４３１の層のコンフォーマル成長パターンのため、また、多分、それらキャビティ４３５を生成するエッチング処理のため、その底部４３７での直径より大きくなる場合がある。それらキャビティ４３５の上部近くの開口４３９の形状は、円形ではない場合がある。その形状は、ここでは、多角形として示されており、これは、隣接するコア４１１から成長していく時にスペーサ材料の発達が中断してしまうことから生ずる結果である。開口４３９の形状は、多分複雑なものとなるのであるが、異なる実施形態において、４辺形又は８辺形でもよい。これらのキャビティは、例えば、基板温度又はエッチングを増大することを含む処理ステップ中に、より円筒形なものとしてもよい。ここでは、ディンプル及びキャビティについては、それらが不規則な形状である時でも、それらの直径を基準とすることができる。このような基準とする直径は、単に、スペーサ層のコンフォーマル成長に関連したフレアリングによる影響の少ない基板に近い領域での不規則形状を近似する円筒形の直径を意味している。
【００３２】
[0034]前述の説明は、本発明の原理を例示するためのものであり、如何様にも本発明の範囲を限定しようとしているものではない。本発明の範囲内に包含される非常に多くの種々な変形例があることは明らかである。また、本発明を詳細に且つそれらの特定の実施例について説明してきたのであるが、当業者には、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、それらの種々な変形及び変更がなされうるものであることは明らかであろう。従って、本発明の範囲内に、これらの均等物及び代替物を含めんとするものである。
【符号の説明】
【００３３】
１００…基板、１１１…パターン形成特徴部、１３０…ハードマスク材料のコンフォーマル層、１３１…ハードマスクスペーサ又はリブ、１４０…充填材料、１４１…エッチングバックされた充填材料（マスク）、３００…基板、３０５…元のピッチ、３１１−１…コア、３１１−２…コア、３１１−３…コア、３１２…４つの隣接コアの間の中心、３１９…側壁厚さ、３３１…スペーサ層（パターン形成コンフォーマル層）、３３５−１…キャビティ（空所）、３３５−２…キャビティ（空所）、３３５−３…各々の方形の中心近くの基板の領域（空所）、４００…基板、４１１…コア、４３１…スペーサ層、４３５…キャビティ、４３６…キャビティの上部、４３７…底部、４３９…開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にパターン形成特徴部を形成する方法において、
上記基板上にコア材料の第１の犠牲構造層を形成するステップと、
第１のピッチに等しい側部を有する方形の各角部にコアを形成するように上記第１の犠牲構造層をパターン形成するステップと、
上記方形の中心にディンプルを残して上記コア及び露出基板上にスペーサ材料のコンフォーマル層を形成するステップと、
上記コア及び上記方形の中心の上記基板の領域を露出させるように上記コンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、
上記コアを除去するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
第２の犠牲構造層を堆積するステップと、
上記第２の犠牲構造層を部分的にエッチングするステップと、
上記方形の各角部のコア及び上記方形の中心のコアを含む複数のコアを残して上記スペーサ材料をエッチングするステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記方形の角部のコアのうちの１つの直径は、上記第１のピッチの約４分の１である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記コンフォーマル層の厚さは、上記第１のピッチの約４０％と約５２％との間である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記コンフォーマル層の厚さは、上記第１のピッチの約４３％と約４９％との間である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記コア材料は、約１０パーセント水素と約６０パーセント水素との間の原子組成を有する水素化アモルファス炭素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記コア材料は、ＡＰＦである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記スペーサ材料は、窒化シリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
単一の高解像度フォトマスクを使用してコア材料の第１の犠牲構造層を有する基板をパターン形成する方法において、
上記第１の犠牲構造層上にフォトレジストの層を堆積するステップと、
各次元において第１のピッチをもって繰り返す２次元アレイを含むフォトレジスト特徴部の第１のパターンを形成するように、上記単一の高解像度フォトマスクを通して放射線に対して上記フォトレジストの層を露出させ且つ上記フォトレジストの層を現像することにより上記フォトレジストの層をパターン形成するステップと、
上記第１のピッチにほぼ等しい側部の長さを有する第１の方形の角部に４つのコアを含むコアの第１の２次元アレイを形成するように、上記第１の犠牲構造層へ上記第１のパターンを転写するステップと、
上記第１の方形の中心に第１のディンプルを残して上記４つのコア及び露出基板上にスペーサ材料の第１のコンフォーマル層を形成するステップと、
上記４つのコア及び上記第１の方形の中心の上記基板の領域を露出するように、上記第１のコンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、
上記コアの第１の２次元アレイを除去するステップと、
第２の犠牲構造層を堆積するステップと、
スペーサ材料をさらすように上記第２の犠牲構造層を部分的にエッチングするステップと、
上記コアの第１の２次元アレイの２倍の密度を有し且つ上記第１のピッチを２の平方根で除算したものにほぼ等しい第２の側部の長さを有する第２の方形の角部に、４つのコアを含むコアの第２の２次元アレイを残して、上記スペーサ材料をエッチングするステップと、
上記第２の方形の中心に第２のディンプルを残して、上記コアの第２の２次元アレイ及び露出基板上にスペーサ材料の第２のコンフォーマル層を形成するステップと、
上記４つのコア及び上記第２の方形の中心の上記基板の領域を露出するように上記第２のコンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、
上記コアの第２の２次元アレイを除去するステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
金属層を堆積するステップと、
上記コアの第１の２次元アレイの４倍の密度を有するビアの２次元アレイを形成するように、上記金属層を部分的に除去するステップと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記コアの第１の二次元アレイにおけるコアの１つの直径は、上記第１のピッチの約４分の１である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
上記第１のコンフォーマル層の厚さは、上記第１のピッチの約４０％と約５２％との間である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
上記第２のコンフォーマル層の厚さは、上記第１のピッチの約２０％と約３０％との間である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
上記コア材料は、約１０パーセント水素と約６０パーセント水素との間の原子組成を有する水素化アモルファス炭素を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
上記スペーサ材料は、シリコンと、酸素及び窒素のうちの少なくとも１つとを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１】
基板上にパターン形成特徴部を形成する方法において、
上記基板上にコア材料の第１の犠牲構造層を形成するステップと、
第１のピッチに等しい側部を有する方形の各角部にコアを形成するように上記第１の犠牲構造層をパターン形成するステップと、
上記方形の中心にディンプルを残して上記コア及び露出基板上にスペーサ材料のコンフォーマル層を形成するステップと、
上記コア及び上記方形の中心の上記基板の領域を露出させるように上記コンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、
上記コアを除去するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
第２の犠牲構造層を堆積するステップと、
上記第２の犠牲構造層を部分的にエッチングするステップと、
上記方形の各角部のコア及び上記方形の中心のコアを含む複数のコアを残して上記スペーサ材料をエッチングするステップと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記方形の角部のコアのうちの１つの直径は、上記第１のピッチの約４分の１である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記コンフォーマル層の厚さは、上記第１のピッチの約４０％と約５２％との間である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記コンフォーマル層の厚さは、上記第１のピッチの約４３％と約４９％との間である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記コア材料は、約１０パーセント水素と約６０パーセント水素との間の原子組成を有する水素化アモルファス炭素を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記コア材料は、ＡＰＦである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記スペーサ材料は、窒化シリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
単一の高解像度フォトマスクを使用してコア材料の第１の犠牲構造層を有する基板をパターン形成する方法において、
上記第１の犠牲構造層上にフォトレジストの層を堆積するステップと、
各次元において第１のピッチをもって繰り返す２次元アレイを含むフォトレジスト特徴部の第１のパターンを形成するように、上記単一の高解像度フォトマスクを通して放射線に対して上記フォトレジストの層を露出させ且つ上記フォトレジストの層を現像することにより上記フォトレジストの層をパターン形成するステップと、
上記第１のピッチにほぼ等しい側部の長さを有する第１の方形の角部に４つのコアを含むコアの第１の２次元アレイを形成するように、上記第１の犠牲構造層へ上記第１のパターンを転写するステップと、
上記第１の方形の中心に第１のディンプルを残して上記４つのコア及び露出基板上にスペーサ材料の第１のコンフォーマル層を形成するステップと、
上記４つのコア及び上記第１の方形の中心の上記基板の領域を露出するように、上記第１のコンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、
上記コアの第１の２次元アレイを除去するステップと、
第２の犠牲構造層を堆積するステップと、
スペーサ材料をさらすように上記第２の犠牲構造層を部分的にエッチングするステップと、
上記コアの第１の２次元アレイの２倍の密度を有し且つ上記第１のピッチを２の平方根で除算したものにほぼ等しい第２の側部の長さを有する第２の方形の角部に、４つのコアを含むコアの第２の２次元アレイを残して、上記スペーサ材料をエッチングするステップと、
上記第２の方形の中心に第２のディンプルを残して、上記コアの第２の２次元アレイ及び露出基板上にスペーサ材料の第２のコンフォーマル層を形成するステップと、
上記４つのコア及び上記第２の方形の中心の上記基板の領域を露出するように上記第２のコンフォーマル層を異方性エッチングするステップと、
上記コアの第２の２次元アレイを除去するステップと、
を含む方法。
【請求項１０】
金属層を堆積するステップと、
上記コアの第１の２次元アレイの４倍の密度を有するビアの２次元アレイを形成するように、上記金属層を部分的に除去するステップと、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
上記コアの第１の二次元アレイにおけるコアの１つの直径は、上記第１のピッチの約４分の１である、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
上記第１のコンフォーマル層の厚さは、上記第１のピッチの約４０％と約５２％との間である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
上記第２のコンフォーマル層の厚さは、上記第１のピッチの約２０％と約３０％との間である、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
上記コア材料は、約１０パーセント水素と約６０パーセント水素との間の原子組成を有する水素化アモルファス炭素を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
上記スペーサ材料は、シリコンと、酸素及び窒素のうちの少なくとも１つとを含む、請求項９に記載の方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図１Ｇ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１０３５３９（Ｐ２０１０−１０３５３９Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−２４３６１７（Ｐ２００９−２４３６１７）
【出願日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４３６１７（Ｐ２００９−２４３６１７）
【出願日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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