(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
第2のマスクにおけるトレンチ(25a)の形成は、ブロックコポリマー層(46)を介した窒化物層(42)の異方性エッチング工程、窒化物層(42)の等方性エッチング工程、窒化物層(42)を介した酸化物層(41)の異方性エッチング工程、および酸化物層(41)の等方性エッチング工程を連続的に含む請求項3に記載の方法。
ブロックコポリマー層(46)の孔(24’)を拡大することは、窒化物層(42)および酸化物層(41)の等方性エッチング工程の間に起こる請求項4に記載の方法。
アセンブリガイド(23a)は直線的であり、2つの接点領域(22a、22c)がアセンブリガイド(23a)によって画定される表面の端部を占めるように配置される請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
アセンブリガイド(23a)がグラフォエピタキシーによって形成され、方法は、アセンブリガイドの側壁および底部にグラフト層を堆積させる工程をさらに含む請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
再組織化されたブロックコポリマー層(46)の相の1つが除去された直後に、酸素を含むプラズマによってグラフト層をエッチングする工程を含む請求項8に記載の方法。
【背景技術】
【0002】
近年、電子部品の小型化の傾向により、ナノメートル寸法のパターンを作成する方法の必要性が急激に増加している。
【0003】
最初、パターンは光学投影リソグラフィによって作成された。この製造方法では、感光層を基板上に堆積させた後、パターンを画定するマスクを通して紫外線に暴露する。作ることができる最小のパターンのサイズ(クリティカルディメンション「CD」とも呼ばれる)は、使用されるビームの波長に密接に関連しており、即ち、波長が短い程、製造されるパターンが細かくなり、集積回路におけるこれらのパターンの集積密度が高くなる。
【0004】
フォトリソグラフィに使用される紫外線ビームは、伝統的に193nmまたは248nmの波長を有する。パターンを画定するこの方法は、他の方法、特に電子リソグラフィ方法よりも十分に制御され、安価であるという利点を有する。それにもかかわらず、このような波長では、露光手段の解像度は制限される。
【0005】
より微細でより良好な解像パターンを作り、それにより集積密度をさらに高めるために、二重パターニングフォトリソグラフィ、極紫外線リソグラフィ(EUV)および電子ビーム(e−ビーム)リソグラフィのような新しい方法が開発された。
【0006】
新たに出現したリソグラフィ技術の中で、ブロックコポリマーの指向性自己組織化(DSA)技術を挙げることも可能である。ブロックコポリマーは、モノマーAおよびモノマーBの2つの繰り返し単位が、共有結合によって互いに結合した鎖を形成するポリマーである。例えば、ブロックコポリマーを加熱することにより、鎖に十分な移動性が与えられると、鎖Aおよび鎖Bは、相またはブロックに分離し、それらを特定の立体配座に再組織化する傾向を有し、立体配座はモノマーAとモノマーBとの間の比に特に依存する。この比の関数として、例えば、モノマーBのマトリックス中にモノマーAの球体を有するか、または代わりにBのマトリックス中にAの円柱を有するか、または代わりにインターカレートされたラメラAおよびラメラBを有することが可能である。従って、ブロックコポリマーは、モノマーの比を使用して制御することができるパターンを形成する特性を有する。次いで、コポリマーの2つの相のうちの1つ(例えば、Aの円柱)を選択的に除去することによって、モノマーのこれらのパターンを空洞に変換することができる。
【0007】
ブロックコポリマーの自己組織化の既知の技術は、2つのカテゴリー、即ち、グラフォエピタキシーとケミエピタキシーとに分類することができ、いずれも、論文[「Guided self−assembly of block−copolymer for CMOS technology: a comparative study between grapho−epitaxy and surface chemical modification」、L. Oriaら、SPIE 2011、7970−24巻]に詳細に記載されている。
【0008】
グラフォエピタキシーは、基板の表面上にガイドと呼ばれる主パターンを形成することにあり、前記ガイドはブロックコポリマー層が内部に堆積される領域を画定する。これらのガイドにより、コポリマーのブロックの組織を制御して、これらの領域内により高い解像度の二次パターンを形成することが可能になる。あるいは、ケミエピタキシーは、基板の特定の部分の化学的性質を改変して、これらの部分の間にコポリマーのブロックの組織を押し出すことにある。グラフォエピタキシーによって形成されたガイドと同様に、基板のこれらの化学的に改質された部分は、従来のフォトリソグラフィ工程によって画定される。
【0009】
その高解像度により、最近、集積回路の接点の穴を形成するためにDSA技術が使用されている。ビアとも呼ばれるこれらの接点は、集積回路内の2つの重なり合った相互接続平面を電気的に接続することを可能にする。しかし、部品の小型化に伴い、ビアはますます多くなり、接近している。
【0010】
文献US2014/091476号は、下部相互接続線を含む誘電体層にコンタクトホールを形成するためのブロックコポリマーの自己組織化の方法を開示している。これらのコンタクトホールは、上部相互接続線を画定する働きをするハードマスクもブロックコポリマーのアセンブリガイドを構成するという事実のために、上部相互接続線と「自己整合」される。コンタクトホールは、マスク内に堆積されたブロックコポリマーを組織化し、次に感光性樹脂から製造されたマスクを介してコポリマーの特定のブロックをエッチングすることによって得られる。
【0011】
同様に、「Contact Hole Patterning for Random Logic Circuits using Block Copolymer Directed Self−Assembly” (Alternative Lithography Technologies IV、 Proc. of SPIE、8323巻、2012)」と題された論文では、グラフォエピタキシー法を用いてビアを印刷する。フォトリソグラフィを適用して、ブロックコポリマーのアセンブリガイドを画定する。このガイドは、ブロックコポリマーによって形成された空洞がビアのレイアウトに対応するように精巧に作られる。
【0012】
図1Aは、形成されるいくつかの接点10および対応するアセンブリガイド11の例を示す。この例では、コポリマーの組織化から生じる空洞12は、形成される接点10のレイアウトと比較的よく一致することに留意されたい。他方、同じ方法を用いて得られたが、パラメータの僅かなシフト(方法の自然変動に関連する)、この例では60nmのピンボケを有する
図1Bでは、得られた空洞12はもはや期待された接点には対応しない。これは、形成されたガイドを有するフォトリソグラフィ手段の解像度が十分でないため、ガイド11が十分に規定されていないという事実に起因する。
【0013】
この問題を回避するために、前述の文献は、1つのガイドにつき最大3つの空洞12を有する直線的なトレンチタイプの単純化されたガイド形状を使用することを提案している。従って、集積回路の2つの金属平面の間のグラフォエピタキシーによるビアの全てを印刷するためには、自己組織化による印刷のいくつかの工程が必要である。例えば、
図1Cでは、ガイド11A、11B、11Cは、(フォトリソグラフィ工程中に合体しないように、それらは互いに十分に離れているため)第1のパス中に形成され、残りのガイド11Dは第2のパスの間に(換言すれば、追加の平面によって)形成される。
【0014】
このような方法は長くてコストがかかるという事実に加えて、異なる露光から生じるパターン間に位置合わせの問題が存在する。実際に接点のいくつかの統計的母集団が得られている。
【発明を実施するための形態】
【0027】
ブロックポリマーの指向性自己組織化(DSA)法を以下に記載する。この方法は、基板の表面上に高密度のパターンを単一の工程で印刷することを可能にする。この方法は、有利には、円柱状ブロックコポリマーから集積回路のコンタクトホールを形成するために使用される。
【0028】
この方法は、より詳細には、フォトリソグラフィによる最小解像度ピッチよりも小さい距離だけ互いに分離された接点に適用される。例えば、193nmに等しい波長の浸漬フォトリソグラフィ手段では、2つのパターン間の最小ピッチは約88nmである。結果として、88nm未満の距離を隔てた近隣を有する全ての接点は、同じガイド内に印刷されるために一緒にグループ化されることになる。
【0029】
この方法は、隣接物を有さないコンタクトホールにも適用することができるが、その寸法がフォトリソグラフィでは解決できないようなものであるか、またはむしろこれらの孔の寸法制御を改善するためである。
【0030】
図2は、これらの状況の一方または他方において、どのようにして基板に良好な数および正しい場所にコンタクトホールを形成することが可能であるかを説明する方法の原理図である。平面図で表されたこの例では、3つの金属トラックを含む相互接続平面、および金属トラックを下部金属平面(図示せず)に接続する、即ち、金属トラックの下に位置する3つの垂直接点または「ビア」を形成することを目的としている。
【0031】
この方法では、金属トラックおよびビアは、マスク20を使用して画定される。マスク20は、将来の金属トラックに対応する凹部21aから21cを含む。換言すれば、マスクは、トラックを形成するために金属化されるべき基板の領域21aからcを画定する。金属化すべき領域21aからcの内部には、実線の四角で示す接点領域22aから22cが存在する。それらはビアを形成するためのコンタクトホールの場所を規定する。
【0032】
図2の左側に位置し、金属化される領域21aおよび21cにそれぞれ属する2つの接点領域22aおよび22cは、フォトリソグラフィによって伝統的な方法で印刷することができないほど近すぎる。右側に位置し、金属化されるべき領域21bに属する第3の接点領域22bは、正確に寸法を制御することが望まれる孤立した接点の場合に対応する。従って、これらの接点領域22aから22cを規定するために、ブロックコポリマーが使用されることになる。
【0033】
ブロックコポリマーのアセンブリガイドは、まずマスク20上に、好ましくはグラフォエピタキシーにより形成される。接点領域22aおよび22cは、同じアセンブリガイド23a内で一緒にグループ化される。従って、ガイド23aは、接点領域22aおよび22cを覆う表面だけでなく、これら2つの領域の間に配置されたマスク20の一部をも画定する。接点領域22bはそれ自身のガイド23bを有する。
【0034】
ガイド23aおよび23bは、それらがフォトリソグラフィによって達成され得るクリティカルディメンション(即ち、小さなパターンの寸法)よりも大きい寸法を有する場合、フォトリソグラフィ(例えば、193nmで)によって形成され得る。
【0035】
次いで、ブロックコポリマー、例えば、ポリスチレン−b−ポリメチルメタクリレート(PS−b−PMMA)の層がガイド23aおよび23b内に堆積される。次いで、ポリスチレンのブロックおよびPMMAのブロックが再組織化される。
図2の例では、これにより、ガイド23a内にPMMAの4つの円柱24が形成され、ガイド23b内にPMMAの単一の円柱24が形成され、各ガイドの円柱はポリスチレンマトリックスで取り囲まれる。
【0036】
直線的ガイド23aでは、PMMAの円柱24は、ガイドの中心に位置する線A−Aに沿って分布され、ガイドの長さ方向に向けられている。正方形のガイド23bでは、PMMAの単一の円柱24が正方形の中央領域を占める。
【0037】
この方法は、再組織化されたブロックコポリマー層の相の1つ、前の例ではPMMA相を除去する工程を含む。このようにして、PMMAの円柱24がエッチングされて、ガイド23a内に複数の穴(
図2の例では4つの穴)およびガイド23b内に単一の穴が形成される。
【0038】
図2に見られるように、PMMAのエッチングによって形成された円柱状の孔24は、接点領域22aからcよりも、即ち、形成したいビアよりもはるかに小さい寸法を有する。これは、それらがその後ポリスチレンマトリックスのエッチングによって拡大される限り、問題ではない。実際に、ブロックコポリマーの使用により得られるクリティカルディメンションは、193nm
【0039】
【数1】
でのフォトリソグラフィによって達成できるものだけでなく、ビア
【0040】
【数2】
に望まれるものより確かにはるかに小さい。換言すれば、ブロックコポリマーは、所望のクリティカルディメンションに達するようにPMMAのエッチングによって形成された孔を拡大する必要がある程に解像する。
【0041】
ガイド23aでは、孔24は、孔が準全体として接点領域22a、22cおよび接点領域22aおよび22cの間に配置されたマスク20の部分を覆う連続トレンチ25aに合体するまで、ポリスチレンのブロックをエッチングすることによって拡大される。同様に、ガイド23bの孔24は、ポリスチレンのエッチング後(拡張孔25b)、ビア(接点領域22b)のレイアウトによって提供されるのと実質的に同じ表面積を占める。
【0042】
最後に、方法の最終工程の間に、トレンチ25aは、その上にマスク20を置く基板に、より詳細には、連続する2つの相互接続平面を分離することを意図する誘電体層に転写される。ここでは、金属化された領域21aおよび21cを覆うトレンチ25aの部分のみが誘電体層に転写される。何故なら、これらの領域の外側では、マスク20が誘電体層のエッチングをブロックするからである。より詳細には、2つの接点領域22aと22cとの間に配置されたマスク20の部分の下では、下にある誘電体層はエッチングされず、誘電体層に2つの分離したコンタクトホールが得られる。それによって形成されたコンタクトホールは、接点領域22aおよび22cのレイアウトによって提供される場所および寸法にある。次いで、これらのコンタクトホールを金属で充填してビアを形成し、2つの相互接続平面を接続することができる。
【0043】
このように、基板の表面上のコンタクトホールは、金属トラックを画定するマスク20の重ね合わせ、およびトレンチ25aを画定するコポリマーの組織化から生じる。接点領域22aおよび22cは、マスク20の一部がそれらを分離する限り、互いに非常に接近していてもよい。その結果、印刷されるパターンのピッチは、金属トラックのマスク20によって制御される。
【0044】
この方法のおかげで、ガイド23aの端部に位置するPMMAの円柱24は、接点領域22aおよび22cに対して少なくとも一方向において完全にセンタリングされる必要はない。具体的には、円柱状の孔の拡大および合体がこのオフセットを補うものであれば、接点領域21aおよび21c(
図2参照)の中央線に対してわずかにずれていてもよい。これにより、アセンブリガイドの配置に関する制約を部分的に(一方向においてのみ)緩和させることができ、特にフォトリソグラフィ装置の解像度に適合するアセンブリガイドを形成することができる。他方、垂直方向(直線的ガイド23aの軸内)では、円柱24は、有利には、接点領域22aおよび22bの中心を結ぶ直線A−Aに位置合わせされる。しかし、この制御は、ガイドの直線的形状および2つの連続するガイド間のかなりの横方向の間隔(フォトリソグラフィによる最小解像度ピッチよりも大きい)のために達成するのが容易である。
【0045】
さらに、従来技術に比べて露光を少なくすることができるという事実、または単一の露光でさえも、ビアの統計的母集団の数を減らすことを可能にし、それにより、位置合わせのより良好な制御を可能にする。
【0046】
中央の円柱の位置、即ち、マスク20の上方の位置は、この方法ではほとんど重要でないことにも留意されたい。トレンチ25aの対応する部分は、誘電体に転写されないので、任意の形状を有することができる。
【0047】
逆に、接点領域22aおよび22cの上方のPMMAの円柱の位置は、上述したように、より繊細である。アセンブリガイド23aは、好ましくは、接点領域22aおよび22cがガイドの端部を占めるように配置される。従って、ガイドの端部におけるPMMAの円柱24は、接点領域22aおよび22cと実質的に一致する(端部の円柱は、一般的に、ガイドの中央の円柱よりも位置決めのばらつきが少ない)。
【0048】
同様に、ガイド23bの拡大された孔25bは、マスク20の金属化されるべき領域21bを介して誘電体層に転写され、それにより完全に位置決めされたコンタクトホールを形成し、接点領域22bに対して正しい寸法を有する。
【0049】
ブロックコポリマーの使用は、従来のフォトリソグラフィ技術によって達成され得るものよりも小さいクリティカルディメンションCD
viaを得ることを可能にする。また、フォトリソグラフィ工程中に2つの隣接するアセンブリガイドが合体するであろうという仮説において、合体されたガイドの内側の円柱の位置は、ガイドが分離されている場合の位置に対して実質的に変化しないであろう。従って、2つのガイドの接合領域には、望ましくないPMMAの円柱は存在しないであろう。
【0050】
2つのガイドの間にPMMAの円柱を形成するという事実は、それが同じ場所で金属トラックを形成するためにも設けられていれば、問題となる可能性がある。実際、この場合、円柱はマスク20の凹部に張り出し、誘電体層に転写され、(金属トラックを受けるための単純なトレンチではなく)下部相互接続層までのコンタクトホールを形成する。結果として、ブロックコポリマーの使用は、望ましくないコンタクトホールを形成することを回避しながら、ガイドの配置に関する制約を緩和することも可能にする(一方向において、ガイドは互いに近接し得る)。
【0051】
それらの寸法は(特に、フォトリソグラフィ法のパラメータの変動、即ち、露光量、マスクの寸法、焦点距離等に起因して)変動し得るので、2つのアセンブリガイドが合体する可能性がある(例えば、
図2の直線的ガイド23a、およびガイド23aの延長部に位置する同じ向きの別の直線的ガイド)。従って、ブロックコポリマーは、ガイドの寸法変動を補償する特殊性を有する。
【0052】
一例として、45nmと55nmとの間に含まれる「目標」(即ち、所望の)クリティカルディメンションのガイドについて、(フォトリソグラフィ法のばらつきのために)この寸法に対して行われる最大誤差は約10nmであり、一方、これらのガイドに形成されたPMMAの円柱のクリティカルディメンションの最大誤差はわずか2nmである。従って、ブロックコポリマーを使用することにより、パターンの寸法制御が改善される(ここでは5倍)。
【0053】
この範囲では、ガイド内の円柱の充填率が最大である(換言すれば、PMMAの円柱が全て形成されている)ため、アセンブリガイド23aおよび23bは、好ましくは、45nmから55nmの間に含まれるクリティカルディメンションを有する。
【0054】
先に示したように、マスク20の一部によって分離された2つの隣接する接点は、このDSA法によって、同じガイド内で一緒にグループ化され、一緒に印刷される。接点のレイアウトの観点から、これは、これら接点の中心を結ぶセグメントが金属トラックの2つのエッジを正確に横切る場合に、2つの接点を一緒にグループ化することを意味する(例えば、
図2では、領域22aおよび22cの中心を結ぶセグメントは領域/トラック21aの上端および領域/トラック21cの下端を遮る)。
【0055】
あるいは、2つの接点は、将来のコンタクトホールが下部相互接続平面の金属の同じ線上で合体するならば、それらが金属化されるべき同じ領域に属していても(従ってマスク20の一部によって分離されていなくても)一緒にグループ化されてもよい。さもなければ、2つの接点を接続するトレンチ全体がこの場合にはマスク20を介して転写されるので、下部平面の金属の2つ線の短絡が生じるであろう。
【0056】
本発明によるパターンを作成するための方法の好ましい実施形態を、
図3Aから3Kに関連して詳細に説明する。これらの図は、A−A(
図2)に沿った断面図において、集積回路内の2つの相互接続平面間にコンタクトホールを形成するため工程F1からF11を表す。
図4C、4Fから4Kは、それぞれ
図3C、3Fから3Kの工程中に取られた基板の平面図である。
【0057】
工程F1からF3(
図3Aから3Cおよび4C)は、基板30の表面上にマスク20を形成することを可能にする。基板30は、例えば、酸化ケイ素でできた誘電体層32で覆われた第1の電気相互接続平面31を含む。
【0058】
図3Aの工程F1では、マスク20を形成することを意図した2層スタック33が基板30の表面上に堆積される。スタック33は、有利には、誘電体層32と接触する酸化物層34(例えば、40nmの厚さの酸化ケイ素)、および酸化物層34上に配置された、厚さ15nmの、例えば、窒化チタンTiNでできた窒化物層35を含む。次に、スタック33は、有機材料でできた平坦化層36(OPL、「有機平坦化層」)および反射防止コーティング(ARC)37で覆われる。
【0059】
次いで、反射防止コーティング層37上に樹脂層38を堆積させ、好ましくはダブルパターニングフォトリソグラフィによって構造化する。層36および37は、露光工程中に基板によって反射された光波を吸収し、定常波の生成を回避し、それによって寸法制御を改善することを可能にする。樹脂に形成されたパターンは、上部相互接続平面を形成するために金属化されるべき領域21aから21cのレイアウトに対応する。
【0060】
F2(
図3B)では、樹脂パターンが、反射防止コーティング層37、平坦化層36、および窒化物層35に転写される。この転写は、プラズマタイプの連続的なエッチング工程によって達成することができる。ARC層37は、樹脂38を介して選択的にエッチングされ、次いで、同様にTiN層35をエッチングするためのマスクとしての役割を果たすOPL層36のエッチングのためのハードマスクの役割を果たす。酸化物層34は、有利にはTiNのエッチングのための停止層として役立つ。
【0061】
図3Cおよび4Cの工程F3で層36から38を除去した後、マスク20およびその凹部21aから21c(即ち、金属化される領域21aから21c)が得られる。それらは金属トラックを形成するために役立つであろう。
【0062】
工程F4(
図3D)では、
図2のアセンブリガイド23aおよび23bを形成するのに役立つ層が、マスク20で覆われた基板30上に堆積される。このようにして、好ましくは、有機材料からできた別の平坦化層39は第1のマスク20上に堆積され、次に第2のマスキング平面40が平坦化層39上に形成される。第1のマスク20と同様に、第2のマスキング平面40は、有利には、酸化物層41(例えば、TEOS酸化物)および窒化物層42(例えば、TiN)を含む。最後に、第2のマスキング平面40は、OPL層43、ARC層44、および樹脂層45で連続的に覆われる。
【0063】
この優先的な実施形態では、アセンブリガイドは、第2のマスキング平面40上に堆積された平坦化層43の光フォトリソグラフィおよびエッチングによって形成される。樹脂45は、除去可能なマスク(図示せず)を介して露光され、次いで現像され(
図3D)、F5(
図3E)では、ARC層44およびOPL43層は、現像された樹脂層45を介して異方性(例えば、プラズマによる)でエッチングされる。
【0064】
前述のように、OPL層43およびARC層44の厚さおよび光学指数は、フォトリソグラフィ手段の露光波長における光の反射を最小にするように選択される。そのため、アセンブリガイドは、より良好な解像度を有する。
【0065】
図3F(A−Aに沿った断面図)および4F(平面図)の工程F6では、樹脂層45が除去され(剥離工程)、例えば、フッ化物エッチングを用いてARC層44が除去される。フッ化物エッチングは、ガイドの表面上にコポリマーの層が付着することを防止するフッ素基をガイドの表面上に形成することによって、OPL層43に形成されたガイド23a、23bの表面状態を改質させる。これを改善するために、グラフト層をガイド23aおよび23bの側壁および底部に堆積させることができる。これは、フッ素基を中和することを可能にする。
【0066】
図2に関連して先に説明したように、ガイド23aは、それがマスクの凹部21aおよび21bの一部に張り出すように配置される(
図3F、4F)。
図4Fの平面図でのみ見ることができるガイド23bは、マスク20の別の凹部の一部に張り出し、金属化される領域21bに対応する。
【0067】
工程F7(
図3Gおよび4G)では、ブロックコポリマー層46が、グラフト層で覆われた表面上のガイド23aおよび23bの内部に堆積される。コポリマーは、好ましくは、スピンコーティングによって基板の表面全体に広げられる。次に、例えば、コポリマー層46を加熱することによって、コポリマーが組織化される。
【0068】
ブロックコポリマーは、好ましくは、ポリスチレン(PS)およびポリメチルメタクリレート(PMMA)を含む2ブロックコポリマーである。PSおよびPMMAの異なる割合が想定され得る。一例として、30重量%のPMMAおよび70重量%のPSを用いて、PMMAのブロックは、組織化後、PSのマトリックスに含まれる円柱24の形態である。
【0069】
PS−b−PMMブロックコポリマーの場合、グラフト層は、例えば、ホモポリスチレンに基づく。ホモポリスチレンは、ここで提案された組込み例において、ガイド23aおよび23bの壁とのPS−b−PMMAブロックコポリマーの良好な親和性を保証する。
【0070】
有利には、ランダムPS−r−PMMAコポリマーの層をガイド23aおよび23bの底部に堆積させることもできる。この層は、ガイドの底部とのコポリマーの親和性をさらに改善し、それにより、PMMAの円柱24がガイドの底部に向けて降下することを可能にする。
【0071】
図3Hおよび4Hの工程F8において、PMMAの円柱は、例えば、99%濃酢酸中に10分間基板を浸漬することによって、ポリスチレンのマトリックスに対して選択的にエッチングされる。次いで、ポリスチレンで特異的に構成された残留層46’に、複数の円柱状の孔24’が得られる。
【0072】
この優先的な実施形態では、円柱状の穴24’の拡大および合体は、好ましくはRIEプラズマタイプのいくつかの連続するエッチング工程によって得られる。
【0073】
第1に、ホモポリスチレンでできたグラフト層がアセンブリガイドの底部に堆積された場合、これは好ましくは酸素(O
2)を含むプラズマを用いてRIEによってエッチングされる。HBr/O
2、Cl
2/O
2、CO/O
2、SO
2/O
2、N
2/O
2、He/O
2およびC
xH
y/O
2等のO
2に基づく気体混合物を使用することができる。一例として、プラズマはAr/O
2ガスの混合物から、圧力10mTorr、電力220W、分極電圧200Vで生成される。このプラズマのエッチング速度は約779オングストローム/分である。
【0074】
このように中和層をエッチングすることにより、ポリスチレン層46’の円柱状の孔24’が僅かに拡大される。好ましくは、ガス混合物中の酸素の量は混合物の9%から100%の間に含まれ、エッチング時間は5秒から30秒の間に含まれる。これらの条件では、層46’のポリスチレンの一部のみがエッチングされる(PSの層46’の厚さは、エッチング後、10nm以上である)。従って、層46’の孔24’を区別することは依然として可能である。
【0075】
次に、
図3Hおよび
図4Hに示すように、孔24’は第2のマスキング平面40の窒化チタン層42に転写される。この転写は、好ましくは、ポリスチレン層46’を介して異方性プラズマエッチング(例えば、RIEタイプのもの)を用いて行われ、第2のマスキング平面40の酸化物層41上で停止させる。層42がTiNでできている場合、プラズマは、好ましくは、塩素(Cl
2):Cl
2/Ar、Cl
2/He、Cl
2/C
xH
y、Cl
2/Ar/C
xH
y、Cl
2/C
xF
y、Cl
2/Ar/C
xF
y、Cl
2/BCL
3・・・を含む気体混合物を用いて生成される。それがSiNでできた窒化物層42である場合、適切な化学物質、例えば、フッ素化化学物質が選択される。
【0076】
一例として、厚さが10nmから30nmの間に含まれるTiN層42は、15mTorrの圧力下、500Wの電力および200Vの分極電圧で、RF磁場によって生成されたCl
2/Ar/C
xH
yプラズマによってエッチングされる。このプラズマによるTiNのエッチング速度は約1280オングストローム/分である。
【0077】
方法の工程F8(
図3H、4H)の後、ポリスチレン層46’およびTiN層42の穴24’はまだ合体されておらず、接点領域のクリティカルディメンションCD
viaは達成されていない。従って、穴の拡大は継続されなければならない。
【0078】
そのために、TiN層42は、酸化物41およびポリスチレン46’に対して等方的かつ選択的にエッチングされる。これは、窒化物層42に転写されたばかりの孔24’を拡大する効果を有する。「オーバーエッチング」とも呼ばれるTiNの等方性エッチングのこの工程は、好ましくはCl
2のみまたはBCl
3/Cl
2のプラズマを用いて衝撃なしで行われる(例えば、8mTorrの圧力下で、400Wの電力およびゼロ分極電圧に対し、TiNのエッチング速度は約800オングストローム/分である)。
【0079】
これらの新しいより幅の広いパターンは、次に層42および46’を介した異方性エッチングによって酸化ケイ素層41に転写され、次いで酸化物層41の等方性エッチング(OPL層39に対して選択的)によって再び拡大される。酸化物のこれらの異方性エッチングおよび等方性エッチングは、好ましくは、フッ素化化学物質(例えば、CF
4、C
xF
y、CH
xF
y、SF
6、NF
3、C
xF
y/O
2、C
xF
y/CH
xF
y、C
xF
y/Ar/CH
xF
y、C
xF
y/He/CH
xF
y・・・)を使用して実施される。
【0080】
一例として、厚さが10nmから30nmの間に含まれる酸化物層41は、CF
4/O
2プラズマ(7mTorr、900W、200V、約1384オングストローム/分のエッチング速度)によって異方性でエッチングされ、その後、衝撃なしでCF
4プラズマ(5mTorr、800W、0V、約256オングストローム/分のエッチング速度)によって等方性でエッチングされる。
【0081】
酸化物41の等方性エッチングの間(およびより少ない程度でTiNの等方性エッチングの間)、ポリスチレンが消費される。何故ならば、酸化物41のオーバーエッチングは、層46’のポリスチレンに対して完全には選択的ではないからである。
【0082】
このように、この優先的な実施形態では、所望のクリティカルディメンションCD
via(
図2参照)に等しい幅を有する連続トレンチ25が(層46’および第2のマスキング平面40内に)得られるまで、第2のマスキング平面40、より具体的にはその酸化物層41における孔の拡大と同時に、層46’における孔の拡大が起こる。
【0083】
これによりエッチングされた窒化物層42および酸化物層41は、第2のハードマスクを形成し、
図3Jおよび4Jに示す方法の後の工程中に、OPL層39の一部をエッチングすることを可能にするであろう。
【0084】
第2のマスク40を使用するという事実により、孔の拡大および連続トレンチへの合体をより容易に制御することが可能になる。一方ではTiNとコポリマーとの間の良好な選択性、および他方ではエッチングされるべきTiNの薄い厚さのおかげで、コポリマー厚さが薄くても、コポリマーのパターンをTiNに容易に転写することが可能である。孔がTiN層42に転写されると、この孔は下にある酸化物41をエッチングするのに十分である。このためコポリマーの厚さにもはや制約はない。次いで、TiN/酸化物マスクは、OPL層39をエッチングするのに十分である。
【0085】
コポリマー層46’の厚さ、マスク40の厚さおよびエッチング化学物質の選択性に依存して、好ましくはTEOS酸化物でできた単一層41を有するマスク40を使用することが想定できる。
【0086】
図3Iおよび4Iの工程F9において、OPL層43およびポリスチレン46’の残りの層が、酸化物41および窒化物42に対して選択的に基板から除去される。図示のように、窒化チタン層42も除去される。この後者の除去は、例えば、塩素(Cl
2)を含む気体混合物を用いたプラズマエッチングによって、酸化物マスク41、および酸化物マスク41の下に位置するOPL層39に対して選択的に行われる。
【0087】
別の一連の工程に従って、酸化物41をエッチングする前(しかし、窒化物層42へのパターンの転写後)に、OPL層43およびコポリマー層46’を除去することも可能である。その結果、TiN層42は、酸化物41をエッチングするために使用される唯一のマスクである。
【0088】
図3J(A−Aに沿った断面図)および
図4J(平面図)に示される工程F10は、酸化ケイ素でできたハードマスク41を介する平坦化層39のエッチングに対応する。このエッチングは、例えば、プラズマタイプのドライエッチングである。エッチングは、第1のマスク20上に現れ、凹部21aおよび21cの一部を露出させる。エッチングは、窒化チタンおよび酸化ケイ素に対して選択的であるので、層34および35のいずれも、有機材料のエッチングの影響を受けない。
【0089】
潜在的に、工程F10は、上部マスクのTiN層42および酸化物層41の例に続いて、2つのエッチング工程、即ち、第1の異方性および第2の等方性エッチングを含むことができる。OPL層39の材料は炭素を含むので、これらのエッチングは、ポリスチレンのエッチングに関して、O
2に基づく化学を用いることによって有利に達成される。この任意の等方性エッチングにより、必要ならば、それが接点領域を完全に包囲するようにOPL層39内のトレンチ25aをさらに拡大することができる。この追加のエッチングは、TiNおよび酸化物のエッチング中に所望の拡大が達成される場合には必要ではない。
【0090】
一例として、その厚さが50nmから300nmの間に含まれる平坦化層39は、HBr/O
2プラズマ(5mTorr、533W、450V、約3000オングストローム/分のOPLのエッチング速度)により異方性および等方性でエッチングされる。
【0091】
最後に、F11(
図3K、4K)において、酸化物層34の露出部分、即ち、有機材料39のエッチングによって解放された凹部21aおよび21cの部分は、窒化物層35に対して選択的にエッチングされる。これにより、酸化物層34の開口部は、一方では凹部21aおよび21cならびに他方ではトレンチ25aの重ね合わせから生じる領域に限定される。
【0092】
このエッチングは、OPL層39上に位置する酸化物層41を除去することも可能にする。それは、好ましくは、フッ素化化学物質(C
xF
y、CH
xF
y、SF
6、NF
3等)を用いた異方性エッチングを含む。
【0093】
次に、酸化物層34を開口した後、マスク20を介して(即ち、窒化物および酸化物に対して選択的に)下層相互接続層31まで誘電体層32をエッチングすることによって、コンタクトホール47が得られる。OPL層39は、有利には、工程F11のこの第2のエッチングの過程で除去される。
【0094】
図3Kの断面A−Aの平面において、誘電体層32のコンタクトホール47はスルーホールである。それらは、下部相互接続層31の金属トラック上に現れる。次いで、コンタクトホールを金属(例えば、銅)で充填し、次いで、孔から溢れる余分な金属を除去することによって(例えば、化学的機械的平坦化、CMP)、ビアを形成することができる。有利には、層32の誘電材料への金属の拡散を制限するバリア層が、金属で充填される前にコンタクトホール47内に堆積される。
【0095】
上述のパターンを作成する方法はまた、上部相互接続平面の金属トラックを受けるトレンチの形成につながる可能性がある。金属線のインプリントは、
図3Cおよび4Cの工程においてマスク20内に実際に画定されている。それらは、金属化されるべき領域21aから21cである。
【0096】
図5Hから5Lは、方法のいくつかの工程(それぞれF8、F9、F10およびF11、後者は2つの副工程F11−1およびF11−2で表される)を再現し、どのようにしてより浅いトレンチ(金属トラック)の形成からコンタクトホール(ビア)の形成を差別化することができるかを示す。
図3Aから3Kは隣接する2つのコンタクトホール(ビア)を形成する工程の軸A−Aに沿った断面図を表す一方、
図5Hから5Lは、それぞれ工程F8、F9、F10およびF11の間に、
図2の軸B−Bに沿った基板の断面図である。それらは、孤立したコンタクトホール(接点領域22b)、および金属化されるべき領域21a(
図2)に対応するトレンチの一部の形成を示す。
【0097】
軸B−Bに沿った断面図を参照すると、ガイド23bの形成、ガイド23b(
図5H)内のブロックコポリマーの組織化および現像の工程は、金属化されるべき領域21b(即ち、
図2の接点領域22b)の一部のみに張り出した基板の領域に限定される。前の場合と異なり、アセンブリガイド23bは、この場所にビアが設けられないので、金属化されるべき領域21aの上方には延びていない(
図2参照)。
【0098】
工程F8およびF9(
図5Hから5I)では、
図3Hおよび3Iに関連して先に説明したように、PMMA相の除去から生じるポリスチレン層46’中の単一の孔24'が第2の2層マスク41から42内に転写され、次いで拡大される。金属化される領域21aの反対側では、酸化物層41は完全なままである。
【0099】
拡大された孔25bは、F10(
図5J)において第2のマスクの酸化物層41を介して平坦化層39内に伝播され、次に、F11−1(
図5K)において酸化物層34を開口した後、第1のマスクの窒化物層35を介して誘電体層32内に伝播される。
【0100】
工程F11−1で上部酸化物マスク41、OPL層39の除去を同時に可能にした拡大された孔25b内の酸化物層34の開口が誘電体層32と同時に露出され、エッチングされる。
【0101】
窒化物マスク35が解放された瞬間には、コンタクトホール47が部分的にのみ形成される。次いで、層32のエッチングは、スルーホール47を完成させるために金属化されるべき領域21b内だけでなく、より浅いトレンチ48を形成するための金属化されるべき領域21a内でも続けられる。誘電体層32のエッチングの第2段階F11−2は、
図5Lに(B−Bに沿った断面において)表される。孔47が下部相互接続平面の金属トラックに達するとエッチングが停止される。トレンチ48のエッチングは、コンタクトホール47のエッチングに対して遅く開始し、トレンチ48は、層32を完全には横断しない。異なる材料間のエッチング選択性を利用して、このより浅いトレンチを形成することも可能である。
【0102】
当然のことながら、本発明によるパターンを作成する方法は、
図3から5を参照して説明した実施形態に限定されず、多数の変形が想定できる。
【0103】
例えば、ブロックコポリマー層(例えば、PS−b−PDMS、PS−b−PMMA−b−PEO、PS−b−P2VP)、平坦化層(特に炭素含有材料に基づく)および異なる平面のマスク(例えば、BN、Si
xN
y)に対し先に挙げられた材料以外の材料を使用することができる。これらの平面の数はまた、層の性質および使用されるエッチング技術に依存して変化する可能性がある。
【0104】
アセンブリガイドは、領域に依存して異なる化学的性質を有する層を基板の表面上にグラフトすることによって、グラフォエピタキシーによってではなくケミエピタキシーによって画定することができる。
【0105】
最後に、別の実施形態では、有機平坦化層ではなく、第2のマスキング平面上に堆積された樹脂の層の中に直接グラフォエピタキシーによってアセンブリガイドを形成することができる。次に、この樹脂をNTD(ネガティブトーン現像)法を用いて構造化する。それは、ブロックコポリマーを堆積させるために使用される溶媒には溶解しない。