特許 7083415 エッチング及び選択的除去の向上のためのハードマスク膜の化学的修飾

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-02

(45)【発行日】2022-06-10

(54)【発明の名称】エッチング及び選択的除去の向上のためのハードマスク膜の化学的修飾

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20220603BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

【請求項の数】 20

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021027068

(22)【出願日】2021-02-24

(62)【分割の表示】P 2019517258の分割

【原出願日】2017-01-26

(65)【公開番号】P2021101470

(43)【公開日】2021-07-08

【審査請求日】2021-03-26

(31)【優先権主張番号】15/283,400

(32)【優先日】2016-10-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】クナップ， デーヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】ファン， シモン

(72)【発明者】

【氏名】アンティス， ジェフリー ダブリュ．

(72)【発明者】

【氏名】クラウス， フィリップ アラン

(72)【発明者】

【氏名】トンプソン， デーヴィッド

【審査官】加藤 芳健

(56)【参考文献】

【文献】特表２００８－５３９５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０２９７７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭素ベースのハードマスク層であって、
基板と、
前記基板の上のアモルファスカーボン層と
を備え、前記アモルファスカーボン層は炭素及び水素を含み、前記アモルファスカーボン層は前記炭素に結合された金属充填剤を含み、前記アモルファスカーボン層中の前記水素の合計原子濃度は５％と５０％の間であり、前記アモルファスカーボン層中の前記金属充填剤の合計原子濃度は５％と９０％の間である、炭素ベースのハードマスク層。

【請求項2】

前記金属充填剤がさらに前記水素に結合される、請求項１に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項3】

前記金属充填剤がさらに金属－金属間結合を含む、請求項１に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項4】

前記金属充填剤がさらに前記水素に結合され、且つ前記金属充填剤がさらに金属－金属間結合を含む、請求項１に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項5】

前記金属充填剤が、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びＡｌからなる群から選択される金属成分である、請求項１に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項6】

前記金属充填剤がホウ素である、請求項１に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項7】

前記アモルファスカーボン層がＢ_４Ｃを含む、請求項６に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項8】

炭素ベースのハードマスク層であって、
基板と、
前記基板の上のアモルファス炭化物層と
を備え、前記アモルファス炭化物層は炭素及び水素を含み、前記アモルファス炭化物層は前記炭素に結合された金属充填剤を含み、前記アモルファス炭化物層中の前記水素の合計原子濃度は５％と５０％の間であり、前記アモルファス炭化物層中の前記金属充填剤の合計原子濃度は５％と９０％の間である、炭素ベースのハードマスク層。

【請求項9】

前記金属充填剤がさらに前記水素に結合される、請求項８に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項10】

前記金属充填剤がさらに金属－金属間結合を含む、請求項８に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項11】

前記金属充填剤がさらに前記水素に結合され、且つ前記金属充填剤がさらに金属－金属間結合を含む、請求項８に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項12】

前記金属充填剤が、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びＡｌからなる群から選択される金属成分である、請求項８に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項13】

前記金属充填剤がホウ素である、請求項８に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項14】

前記アモルファス炭化物層がＢ_４Ｃを含む、請求項１３に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項15】

炭素ベースのハードマスク層であって、
基板と、
前記基板の上のアモルファスカーボン及び炭化物層と
を備え、前記アモルファスカーボン及び炭化物層は炭素及び水素を含み、前記アモルファスカーボン及び炭化物層は前記炭素に結合された金属充填剤を含み、前記アモルファスカーボン及び炭化物層中の前記水素の合計原子濃度は５％と５０％の間であり、前記アモルファスカーボン及び炭化物層中の前記金属充填剤の合計原子濃度は５％と９０％の間である、炭素ベースのハードマスク層。

【請求項16】

前記金属充填剤がさらに前記水素に結合される、請求項１５に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項17】

前記金属充填剤がさらに金属－金属間結合を含む、請求項１５に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項18】

前記金属充填剤がさらに前記水素に結合され、且つ前記金属充填剤がさらに金属－金属間結合を含む、請求項１５に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項19】

前記金属充填剤が、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びＡｌからなる群から選択される金属成分である、請求項１５に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【請求項20】

前記金属充填剤がホウ素であり、前記アモルファスカーボン及び炭化物層がＢ_４Ｃを含む、請求項１５に記載の炭素ベースのハードマスク層。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本願は、「ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＭＯＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＨＡＲＤＭＡＳＫ ＦＩＬＭＳ ＦＯＲ ＥＮＨＡＮＣＥＤ ＥＴＣＨＩＮＧ ＡＮＤ ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ ＲＥＭＯＶＡＬ」と題する２０１６年１０月１日出願の米国非仮特許出願第１５／２８３，４００号の利点を主張するものである。この特許の開示内容は全て、参照することによって本願に組み込まれるものとする。

【0002】

［０００１］実施形態は、半導体用途におけるリソグラフィ処理の分野に関し、特に、高度なエッチング選択性、及びハードマスクの簡単な除去を可能にする化学的修飾が可能なハードマスク膜に関する。

【背景技術】

【0003】

［０００２］ハードマスクは、半導体デバイスの製造における多数のパターニング工程において使用される。高品質のハードマスクにより、厳格な寸法制御で下位層にパターンを転写することが可能である。厳格な寸法制御を達成するために、ハードマスク膜はエッチング処理中、下位層への高度なエッチング選択性を有する。ハードマスクとして使用されてきた１つの材料は、炭素層である。本書で使用する「炭素層」または「炭素ハードマスク」は、一又は複数のアモルファスカーボンまたは炭化物から成る層を指し示しうる。上記炭素ベースのハードマスクは、シリコン含有材料に対する高度なエッチング選択性のために、半導体デバイスの製造において特に有用である。例えば、炭素ベースのハードマスクは、ポリシリコン、ＳｉＯ_２、及びＳｉ_３Ｎ_４に対して高度なエッチング選択性を有する。高度なパターニング処理において、ハードマスクのエッチング選択性を更に向上させるために、炭素層が合金化されうる。例えば、下位層に対するエッチング選択性を高めるために、炭素ハードマスクに金属成分を加えることができる。

【0004】

［０００３］通常、ハードマスクは、ハードマスクがもはや必要でなくなった後に、酸素プラズマ（例：アッシング処理）を用いて除去される。しかしながら、炭素ハードマスクを合金化すると、上記処理を用いてハードマスクを除去することがますます困難になる。したがって、エッチング選択性が高まると、ハードマスクを除去することがもっと困難になるという不利点がもたらされる。

【発明の概要】

【0005】

［０００４］実施形態は、下位層の上に合金炭素ハードマスクを形成することを含む、ハードマスクを処理する方法を含む。一実施形態では、金属炭素充填剤を用いて合金炭素ハードマスクが合金化される。実施形態は更に、合金炭素ハードマスクをパターニングすることと、合金炭素ハードマスクのパターンを下位層に転写することとを含む。一実施形態によれば、本方法は更に、多孔性炭素ハードマスクを形成するために、合金炭素ハードマスクから金属炭素充填剤の金属成分を除去することを含みうる。その後、多孔性ハードマスクが除去されうる。一実施形態では、金属炭素充填剤の金属成分は、金属炭素充填剤の金属成分を揮発させる処理ガスをチャンバの中へ流入させることを含む。

【0006】

［０００５］付加的な実施形態は、炭化ホウ素充填剤である金属炭素充填剤を用いて合金化された合金炭素層を形成することを含む、合金炭素層を処理する方法を含みうる。実施形態はまた、多孔性炭素層を形成するために、炭素層から炭化ホウ素充填剤のホウ素成分を除去することも含みうる。一実施形態では、炭化ホウ素充填剤は、処理ガスをチャンバの中へ流入させることによって除去される。一実施形態では、処理ガスにより炭化ホウ素充填剤のホウ素成分を揮発させる。一実施形態では、処理ガスは、塩素、臭素、ヨウ素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、塩化チオニル、臭化チオニル、一臭化ヨウ素、または塩化スルフリルである。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】一実施形態に係る合金炭素層の断面図である。

【図1B】一実施形態に係る、多孔性炭素層を形成するために合金成分が除去された後の合金炭素層の断面図である。

【図1C】一実施形態に係る、強化炭素層を形成するために多孔性炭素層の中へ第２の合金成分が導入された後の多孔性炭素層の断面図である。

【図2】一実施形態に係る、合金炭素層を処理するのに使用される処理のフロー図である。

【図3A】一実施形態に係る、下位層の上に形成された合金炭素ハードマスクの断面図である。

【図3B】一実施形態に係る、合金炭素ハードマスクがパターニングされた後の合金炭素ハードマスクの断面図である。

【図3C】一実施形態に係る、ハードマスクのパターンが下位層に転写された後の合金炭素ハードマスクの断面図である。

【図3D】一実施形態に係る、多孔性炭素ハードマスクを形成するために合金成分が除去された後の合金炭素ハードマスクの断面図である。

【図3E】一実施形態に係る、多孔性炭素ハードマスクが除去された後のパターニングされた基板の断面図である。

【図4】一実施形態に係る、下位層をパターニングするために合金炭素ハードマスクを使用する処理のフロー図である。

【図5A】一実施形態に係る、下位層の上に形成された合金炭素ハードマスクの断面図である。

【図5B】一実施形態に係る、合金炭素ハードマスクの上に第２のマスク層が形成された後の合金炭素ハードマスクの断面図である。

【図5C】一実施形態に係る、炭素ハードマスクの多孔性部分を形成するために、合金炭素ハードマスクの、第２のマスク層によって覆われていない部分から合金成分が除去された後の合金炭素ハードマスクの断面図である。

【図5D】一実施形態に係る、炭素ハードマスクの多孔性部分が除去された後の合金炭素ハードマスクの断面図である。

【図6】一実施形態に係る、化学的装飾が可能な合金炭素層を用いるための処理と合わせて使用されうる例示的なコンピュータシステムを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［００２１］様々な実施形態に係る合金炭素ハードマスクを使用する方法が記載される。以下の説明において、実施形態を完全に理解することができるように、多数の具体的な詳細が記載される。当業者には、これらの具体的な詳細なく実施形態を実行することが可能であることが明らかとなろう。他の例において、実施形態を不必要にわかりにくいものにしないために、既知の態様を詳細には説明しない。更に、添付の図面に示す様々な実施形態は単なる例示的な提示であり、必ずしも正確な縮尺率ではないことを理解すべきである。

【0009】

［００２２］上述したように、合金炭素ハードマスクは、非合金炭素ハードマスクよりも向上したエッチング選択性を提供する。しかしながら、現在は、ハードマスクがもはや必要でなくなった後にハードマスクを除去することが更に困難であるために、半導体デバイスの製造において合金炭素ハードマスク層を使用することには限界がある。このため、実施形態は、ハードマスクがもはや必要でなくなった後にハードマスク材料を簡単に除去することを可能するのと同時に、エッチング選択性を改善することを可能にする、合金炭素ハードマスク及びパターニング処理を含む。

【0010】

［００２３］一実施形態によれば、合金炭素ハードマスクは、化学的修飾が可能なハードマスクのマスク材料である。合金炭素ハードマスクは、当技術分野において既知のように、後に下位層に転写されるパターンでパターニングされうる。実施形態では次に、ハードマスクの除去を簡単にするために、ハードマスク材料の化学的修飾を行う処理を実行しうる。具体的には、実施形態は、合金炭素ハードマスクから合金成分を実質的に除去する化学的修飾を含む。合金成分が除去されると、酸素プラズマエッチング等の現在利用可能な処理技法を使用して簡単にハードマスクを除去することができる。したがって、実施形態により、もはや必要でなくなった後にハードマスクを簡単に除去する能力をいまだ保ちながらも、合金炭素ハードマスクによって提供される高度なパターニング処理において必要とされるエッチング耐性を改善することが可能になる。

【0011】

［００２４］付加的な実施形態はまた、合金炭素ハードマスクの選択的な修飾を行うために、第２のマスク層も用いうる。例えば、合金炭素ハードマスクの上に第２のマスクが形成されうる。第２のマスクは、合金炭素ハードマスクの一部を化学的修飾処理から保護しうる。このため、後のプラズマエッチングにより、合金炭素ハードマスクの化学的に修飾された部分のみが除去されうる。

【0012】

［００２５］別の実施形態は、多孔性炭素層を形成するために第１の合金成分が除去された後に、化学的に修飾された炭素層を再合金化することを含みうる。例えば、再合金化することにより、炭素層が多孔性炭素層に変わった後に、炭素層に所望の特性を提供する第２の合金成分が得られうる。したがって、実施形態により、多孔性炭素層を、半導体の製造用途以外の用途に使用することを可能にしうる所望の材料特性を提供するように適合させることが可能になる。

【0013】

［００２６］ここで、一実施形態に係る、合金炭素層の化学的な修飾を行う処理が示され記載される図１Ａ～１Ｃ及び図２を参照する。ここで、図２を参照する。処理２６０は、金属炭素充填剤１１０を用いて合金化された炭素層１０５を含む合金炭素層１２０を形成することを含む工程２６２をもって開始しうる。一実施形態に係る上記合金炭素層１２０を図１Ａに示す。

【0014】

［００２７］一実施形態では、炭素層１０５は一又は複数のアモルファスカーボン又は炭化物からなっていてよい。一実施形態では、炭素層１０５は炭素及び水素を含みうる。例えば、水素の原子濃度は炭素層１０５の５％と５０％の間でありうる。更に、合金炭素層１２０内の金属炭素充填剤（すなわち、合金成分）１１０の原子濃度は、約５％と９０％の間でありうる。一実施形態では、金属炭素充填剤１１０は、炭素層１０５全体に均一に分散されうる。図示した実施形態では、金属炭素充填剤１１０は実質的に個別の粒子として示されている。しかしながら、いくつかの実施形態では、金属炭素充填剤１１０は重なり合っている場合がある、及び／または金属炭素充填剤１１０の接続網が形成されうることに注意すべきである。例えば、金属炭素充填剤１１０の金属部分は、炭素との結合、水素との結合、及び／又は隣接する金属炭素充填剤１１０の他の金属部分との結合を形成しうる。

【0015】

［００２８］一実施形態によれば、金属炭素充填剤１１０は、以下に更に詳細に説明する化学的修飾処理を用いて除去可能な材料であってよい。金属炭素充填剤１１０の金属成分は、いずれかの好適な金属であってよい。特定の実施形態では、金属成分は、炭化ホウ素（例：Ｂ_４Ｃ）を形成するホウ素でありうる。付加的な実施形態は、例えば非限定的に、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及びＡｌ等の金属成分を含みうる。

【0016】

［００２９］合金炭素層１２０が形成された後に、これを使用して下位層をパターニングすることができる。上記実施形態では、合金炭素層は合金炭素ハードマスクと称されうる。パターニング処理を、以下に更に詳細に説明する。パターニングが完了し、合金炭素層１２０がもはや必要でなくなった後に、実施形態は、図２の工程２６４に示すように、多孔性炭素層１２２を形成するために金属炭素充填剤１１０の金属部分を除去するために、合金炭素層１２０の化学的修飾を行うことを含む。一実施形態に係る、上記多孔性炭素層１２２を図１Ｂに示す。図示したように、炭素層１０５内にボイド１１２を形成するために、金属炭素充填剤１１０が除去される。付加的な実施形態は、互いに接続して多孔性炭素層１２２全体にボイド網を形成するボイド１１２を含みうる。ボイド網により、炭素層１０５全体に拡散経路が形成され、金属炭素充填剤の金属成分の除去を支援しうる、及び／または以下に更に詳細を説明する、後の再合金化処理を支援しうる。更に、金属炭素充填剤１１０の金属部分の除去により、合金炭素層１２０の厚さと比べて多孔性炭素層１２２の厚さが実質的に縮小されることはない。金属炭素充填剤１１０の金属部分が除去されると、多孔性炭素ハードマスク１２２は（例えば、アッシング処理を用いて）より簡単に除去される。

【0017】

［００３０］一実施形態によれば、化学的修飾処理を用いて金属炭素充填剤１１０の金属部分が除去されうる。化学的修飾処理は、金属炭素充填剤１１０の金属部分を揮発させる気相エッチング液及びハロゲン化剤に合金炭素ハードマスク１２０を暴露することを含みうる。一実施形態では、化学的修飾処理は、金属炭素充填剤１１０の金属成分を揮発させる。付加的な実施形態では、化学的修飾処理は、金属炭素充填剤１１０の金属成分と炭素成分を揮発させうる。一実施形態では、ハロゲン化剤は、塩素、臭素、ヨウ素、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、塩化チオニル、臭化チオニル、一臭化ヨウ素、または塩化スルフリルを含む。炭化ホウ素充填剤１１０の特定の実施形態では、塩化チオニルを使用して、炭化ホウ素充填剤１１０のホウ素成分を揮発させうる。付加的な実施形態では、塩素を使用して、炭化ホウ素充填剤１１０のホウ素成分を揮発させうる。

【0018】

［００３１］一実施形態では、合金炭素層１２０は、処理チャンバ内で化学的修飾処理に暴露されうる。処理チャンバは、処理ガスを流入させることができるいずれかの好適なチャンバであってよい。例えば、処理チャンバは、プラズマ処理チャンバ等の真空チャンバであってよい。一実施形態では、化学的修飾処理は、気圧未満の圧力で実行されうる。例えば、処理圧力は、約７００トール以下で実行されうる。一実施形態では、処理圧力は約２５０トール以下であってよい。一実施形態では、処理圧力は約２５トール以下であってよい。特定の実施形態では、処理圧力は約１０トール以下であってよい。一実施形態では、化学的修飾処理は気圧で実行することができ、ハロゲン化剤は窒素又はアルゴン等の不活性ガスによりパージされたチャンバの中へ導入される。

【0019】

［００３２］特定の実施形態では、化学的装飾処理に使用される処理ガスを、チャンバの中へパルス流入させることができる。例えば、処理ガスをチャンバの中へパルス流入させ、その後にパージを行うことができる。処理ガスのパージ時間とパージ時間との比は、おおよそ１：１００以下であってよい。一実施形態では、処理ガスのパルスは１秒未満、その後のパージは複数秒であってよい。特定の実施形態では、処理ガスの各パルスは約０．２５秒未満であってよく、パージは約５秒以上であってよい。炭素層１２０から金属炭素充填剤１１０の金属部分を実質的に除去するのに必要なパルスサイクル数は、合金炭素層１２０の厚さによって変化しうる。一実施形態では、合金炭素層１２０から金属炭素充填剤１１０の金属部分を除去するのに必要なサイクル数は、合金炭素層１２０の厚さの増加とともに線形的に増加しうる。例えば、約１００オングストロームと２０００オングストロームの間の合金炭素層１２０から金属炭素充填剤１１０の金属部分を除去するには、５０～１０００パルスサイクルが使われうる。本書で使用する「除去」及び「実質的に除去」という語は、層内の金属炭素充填剤１１０の金属部分を全て完全に除去することを必ずしも指すものではない。その代わり、「除去」及び「実質的に除去」という表現の使用は、化学的に修飾された層を除去するのに使用されるエッチング処理に対する化学的に修飾された層のエッチング耐性が変わるほど、十分な割合の金属充填剤１１０の金属成分が除去されたことを意味する。例えば、合金炭素層は、金属炭素充填剤１１０の金属成分の少なくとも５０％以上が除去されたときに、多孔性炭素層１２２と見なされうる。一実施形態では、合金炭素層は、金属炭素充填剤１１０の金属成分の少なくとも９５％が除去されたときに、多孔性炭素層と見なされうる。特定の実施形態では、合金炭素層は、金属炭素充填剤１１０の金属成分の少なくとも９９％が除去されたときに、多孔性炭素層と見なされうる。

【0020】

［００３３］一実施形態では、金属炭素充填剤１１０の金属成分の除去速度は、合金炭素層１２０の温度を上げることによって速めることが可能である。ある実施形態では、合金炭素層１２０の温度を上げれば、金属炭素充填剤１１０の金属成分の除去速度を指数関数的に速めることができる。除去速度を速めることにより、所定の厚さの合金炭素層から多孔性炭素層を形成するのに使用されるパルスサイクルを減らす、あるいは処理時間を短縮することが可能になりうる。一実施形態では、処理温度は約４００℃と６５０℃の間であってよい。

【0021】

［００３４］多孔性炭素層１２２を形成するために金属炭素充填剤１１０の金属成分が除去された後に、アッシングなどの標準の炭素除去技法を用いて多孔性炭素層１２２を除去することができ、これを以下に更に詳細に説明する。しかしながら、ある実施形態では、多孔性炭素ハードマスク１２２は、オプションの工程２６６において示すように、第２の充填剤を用いて強化（すなわち再合金化）されうる。一実施形態に係る、上記のような強化炭素層１２４を図１Ｃに示す。

【0022】

［００３５］図１Ｃに示すように、第２の充填剤１１４は、金属炭素充填剤１１０の金属部分を除去することによって形成された空洞１１２内の炭素層１０５に取り込まれうる。一実施形態では、第２の充填剤１１４は、拡散処理によって強化炭素層１２４に取り込まれうる。例えば、多孔性炭素層１２２を、第２の充填剤１１４を含むガスに暴露することが可能である。一実施形態では、第２の充填剤１１４により空洞１１２が完全に充填される。一実施形態では、第２の充填剤１１４により空洞１１２が部分的に充填される。一実施形態では、空洞１１２を囲む炭素層の表面をコーティングすることによって、第２の充填剤１１４により空洞１１２が部分的に充填される。一実施形態では、第２の充填剤１１４は、強化炭素層１２４に所望の特性を提供する材料を含みうる。一実施形態では、第２の充填剤１１４は、金属、半導体、または金属酸化物であってよい。

【0023】

［００３６］ここで、一実施形態に係る、図３Ａ～３Ｅの断面図と、下位層をパターニングするために合金炭素ハードマスクを使用する処理４７０の説明が記載される図４の処理フロー図を参照する。合金炭素層はハードマスクとして本書に記載し使用しているが、図１Ａ～１Ｃに関して上述したものと類似の合金炭素層を、半導体デバイスの製造用ハードマスクとしての使用以外の多数の異なる用途に使用することも可能である。

【0024】

［００３７］実施形態は、下位層の上に、金属炭素充填剤で合金化された炭素ハードマスクを形成することを含む工程４７２で開始する。合金炭素ハードマスク３２０を含む層のスタック３００を、図３Ａに示す。図示したように、合金炭素ハードマスク３２０は、パターニングが所望される下位層３０４の上に形成される。下位層３０４は、基板３０３の上に形成されうる。一実施形態では、下位層３０４は、合金炭素ハードマスク３２０の支援でパターニングされることになるいずれかの材料層または材料層のスタックであってよい。したがって、下位層３０４は、合金炭素ハードマスク３２０に対して選択的にエッチングされた材料を含みうる。例えば、下位層３０４は、ポリシリコン、ＳｉＯ_２、ＳｂＮ_４、ＴｉＮ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＮ、ＳｉＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣＮ、及びＳｉＯＣのうちの一又は複数を含みうる。一実施形態では、基板３０３は、下位層がパターニングされうるいずれかの材料層であってよい。一実施形態では、基板３０３は、シリコン、ＩＩＩ－Ｖ半導体材料、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）等の半導体材料であってよい。付加的な実施形態は、基板３０３と下位層３０４との間にエッチング停止層（図示せず）を含みうる。

【0025】

［００３８］一実施形態では、合金炭素ハードマスク３２０は、上述した合金炭素層１２０と実質的に類似しうる。具体的には、合金炭素ハードマスク３２０は、金属炭素充填剤を含む炭素材料を含みうる。例えば、金属炭素充填剤は炭化ホウ素であってよく、合金炭素ハードマスク３２０は１０％と９０％の間の原子濃度の金属炭素充填剤を有しうる。他の図面においては、単純化のために充填剤（及び後に形成されるボイド）は省略されており、合金炭素ハードマスクと多孔性炭素ハードマスクとの違いは、異なる陰影によって表される。

【0026】

［００３９］ここで、一実施形態に係る合金炭素ハードマスク３２０をパターニングしうる工程４７４を参照する。一実施形態に係るパターニングされた合金炭素ハードマスク３２０を図３Ｂに示す。図３Ｂでは、合金炭素ハードマスク３２０を貫通する複数の開口部３３５を形成するためにパターニングされた合金炭素ハードマスク３２０が示される。複数の開口部３３５により、下位層３０４の上面が露出しうる。図示した実施形態では、複数の開口部３３５は、複数の等間隔に配置されたフィン部が形成されるようにパターニングされているが、実施形態は上記構成に限定されず、いずれかの所望されるパターンを合金炭素ハードマスク３２０に形成することが可能である。

【0027】

［００４０］一実施形態では、合金炭素ハードマスク３２０をいずれかの好適なパターニング処理を用いてパターニングすることができる。例えば、合金炭素ハードマスク３２０の上に感光レジスト（図示せず）を堆積させ、暴露し現像することができる。現像した感光レジストを次にエッチングマスクとして使用して、露出パターンを合金炭素ハードマスク３２０に転写することができる。合金炭素ハードマスク３２０にパターンを転写した後に、感光レジストを取り除くことができる。

【0028】

［００４１］ここで、合金炭素ハードマスク３２０内に形成されたパターンを下位層３０４に転写しうる工程４７６を参照する。一実施形態に係る、上記のパターニングされた下位層３０４を有するスタック３００を図３Ｃに示す。下位層３０４に対する合金炭素ハードマスク３２０の高度なエッチング選択性のために、小さい限界寸法を有する高アスペクト比の特徴を下位層３０４にパターニングすることが可能である。図示したように、合金炭素ハードマスク３２０内に形成された開口部３３５に実質的にアライメントされた開口部３３７を下位層３０４に形成することが可能である。一実施形態によれば、下位層３０４はプラズマエッチング処理を用いてパターニングされうる。

【0029】

［００４２］下位層３０４をパターニングした後で、合金炭素ハードマスク３２０を除去する必要がありうる。しかしながら、上記したように、金属炭素合金成分により、当技術分野で既知の単純なハードマスク除去処理の使用が妨げられる。このため、実施形態は、合金炭素ハードマスク３２０の化学的装飾を含みうる。したがって、工程４７８は、合金炭素ハードマスク３２０から金属炭素充填剤を除去することを含みうる。一実施形態に係る化学的に装飾されたハードマスク３２２を有するスタック３００を図３Ｄに示す。

【0030】

［００４３］一実施形態によれば、化学的に修飾されたハードマスク３２２は、上述した多孔性炭素ハードマスク１２２と実質的に類似しうる。例えば、多孔性炭素ハードマスク３２２は、金属炭素充填剤の金属部分が前に位置していたところにボイド又はボイドネットワーク（図３Ｄでは見えていない）を含む炭素層を含みうる。一実施形態では、金属炭素充填剤の金属部分は、図１Ｂに関して上述した処理と実質的に類似する処理を用いて除去されうる。例えば、スタック３００を、金属炭素充填剤の金属部分を揮発させる気相エッチング液とハロゲン化剤に暴露することができる。炭化ホウ素充填剤の特定の実施形態では、炭化ホウ素充填剤のホウ素成分を揮発させるために塩化チオニル又は塩素を使用することができる。

【0031】

［００４４］一実施形態では、多孔性炭素ハードマスク３２２を形成するために合金炭素ハードマスク３２０から金属炭素充填剤の金属部分を除去するのに使用される処理条件（例：温度、圧力、パルス数等）は、上述したものと実質的に類似しうる。一実施形態では、合金炭素ハードマスク３２０の化学的修飾は、下位層３０４をパターニングするのに使用されるのと同じ処理チャンバ内で実行されうる（すなわち、合金炭素ハードマスク３２０から金属炭素充填剤を除去するために、スタック３００を異なる処理チャンバへ移動させる必要はない場合がある）。付加的な実施形態では、合金炭素ハードマスク３２０から金属炭素充填剤を除去するために、スタック３００が異なるチャンバへ移送されうる。

【0032】

［００４５］多孔性炭素ハードマスク３２２を形成するために合金炭素ハードマスク３２０から金属炭素充填剤が除去された後に、スタック３００の処理を、工程４８０を用いて続けることができ、工程４８０は、下位層３０４から多孔性炭素ハードマスク３２２を除去することを含む。一実施形態に係る、多孔性炭素ハードマスク３２２が除去されたスタック３００を、図３Ｅに示す。

【0033】

［００４６］一実施形態によれば、多孔性炭素ハードマスク３２２は、標準のハードマスク除去技法を用いて除去されうる。例えば、多孔性炭素ハードマスク３２２は、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、Ｏ_３、ＣＯ_２、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ等のガスに暴露することによって、あるいは、Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、Ｏ_３、ＣＯ_２、Ｏ_２、Ｈ_２Ｏ等のガスから形成されたプラズマに暴露することによって除去されうる。一実施形態では、処理チャンバ内にプラズマが存在していてもよく、あるいは遠隔プラズマであってもよい。一実施形態では、スタック３００が合金炭素ハードマスク３２０から金属炭素充填剤の金属部分を除去するのに使用されるのと同じ処理チャンバ内にある間に、多孔性炭素ハードマスク３２２を除去することができる、または多孔性炭素ハードマスク３２２を異なる処理チャンバ内で除去することができる。

【0034】

［００４７］図示した実施形態では、多孔性炭素ハードマスク３２２を形成するための金属炭素充填剤の金属部分の除去、及びスタック３００からの多孔性炭素ハードマスク３２２の最終的な除去は、２つのまったく別の処理工程として示されている。しかしながら、実施形態は上記構成に限定されない。例えば、金属炭素充填剤の除去と、ハードマスクの多孔性部分の除去とを交互にするパルス処理が使用されうる。上記実施形態では、処理ガスの一又は複数のパルスを使用して、合金炭素ハードマスク３２０の露出した上部から金属炭素充填剤の金属成分を除去することができる（すなわち、ハードマスク全体が多孔性にならない場合がある）。その後、ハードマスク除去処理ガスの一又は複数のパルスを使用して、ハードマスクの多孔性部分のみを除去することができる。この処理は、ハードマスク全体が除去されるまで、任意の回数だけ繰り返されうる。更に別の実施形態では、金属炭素充填剤の金属成分を揮発させるのに使用される処理ガスが、多孔性炭素ハードマスク３２２を除去するのに使用される処理ガスと同時にチャンバの中へ流入されうる。

【0035】

［００４８］ここで、一実施形態に係る、合金炭素ハードマスクの局所部の化学的修飾を行う処理フローを示す断面図である図５Ａ～５Ｄを参照する。上記実施形態は、ハードマスクの幾つかの領域のみを除去する必要があるときに有用でありうる。

【0036】

［００４９］ここで、一実施形態に係る合金炭素ハードマスク５２０、下位層５０４、及び基板５０３を含むスタック５００を示す図５Ａを参照する。スタック５００は、上述したスタック３００と実質的に類似したものであってよく、したがって、本書では更に詳細には説明していない。

【0037】

［００５０］スタック５００が形成された後、実施形態は、図５Ｂに示すように、合金炭素ハードマスク５２０の上に第２のマスク層５５２を形成することを含む。一実施形態では、第２のマスク層５５２は、感光材料又は追加の炭素ハードマスクであってよい。第２のマスク層５５２は、合金炭素ハードマスク５２０の一部５２８を露出させるようにパターニングされうる。

【0038】

［００５１］ここで、図５Ｃを参照する。合金炭素ハードマスク５２０の露出部５２８の金属炭素充填剤の金属部分を除去するために、合金炭素ハードマスク５２０が化学的に修飾されうる。上記実施形態では、ハードマスクは、したがって、多孔性炭素ハードマスク材料５２２と合金炭素ハードマスク材料５２０の一部を含みうる。図示したように、露出部５２８は、多孔性炭素ハードマスク材料５２２に変換される。第２のマスク層５５２によって覆われた合金炭素ハードマスク材料の一部は、揮発ガスから保護され、化学的に修飾されない。しかしながら、拡散を通して、第２のマスク層５５２の下の幾つかの部分５５３（例：アンダーカット）が化学的に修飾されうることを理解すべきである。したがって、多孔性部分５２２は、図５Ｄに示すように、上述した処理と実質的に類似するハードマスク除去処理を用いて、化学的に装飾されていない部分５２０を残して簡単に除去することができる。

【0039】

［００５２］図示し上述した処理工程において、処理チャンバ内で単一のスタック３００又は５００が処理される。しかしながら、いかなる数のスタックも同時に処理できることを理解すべきである。例えば、各々が化学的修飾可能な合金炭素ハードマスクを含むそれ自体の層の一又は複数のスタックを有する複数のウエハを、単一のチャンバ内で処理することが可能である。代替実施形態では、１回に１つのウエハを処理することが含まれる。

【0040】

［００５３］一実施形態に係る処理ツールの例示的なコンピュータシステム６６０を示すブロック図である図６をここで参照する。一実施形態では、コンピュータシステム６６０は、処理ツールに結合され、処理ツール内の処理を制御する。コンピュータシステム６６０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、またはインターネット内の他のマシンに接続（例：ネットワーク化）されていてよい。コンピュータシステム６６０は、クライアントサーバネットワーク環境のサーバまたはクライアントマシンの容量内で動作しうる、あるいは、ピアツーピア（または分散）ネットワーク環境のピアマシンとして動作しうる。コンピュータシステム６６０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話機、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチまたはブリッジ、あるいはそのマシンによって実行されるべき動作を特定する（連続的なあるいはその逆の）命令セットを実行することができるいずれかのマシンであってよい。更に、コンピュータシステム６６０に対して単一のマシンのみを示したが、「マシン」という語はまた、本書に記載の方法の一又は複数のいずれかを実施するために命令セット（または複数の命令セット）を個別に又は共同で実行するマシン（例：コンピュータ）の全ての集合体も含むと解釈されるだろう。

【0041】

［００５４］コンピュータシステム６６０は、実施形態に係る処理を実施するためにコンピュータシステム６６０（または他の電子デバイス）をプログラミングするのに使用されうる、記憶された命令を有する固定マシン可読媒体を有するコンピュータプログラム製品、またはソフトウェア６２２を含みうる。マシン可読媒体は、マシン（例：コンピュータ）によって読み取り可能な形態の情報を記憶するまたは送信するためのいずれかの機構を含む。例えば、マシン可読（例：コンピュータ可読）媒体は、マシン（例：コンピュータ）可読記憶媒体（例：読み取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイスなど）、マシン（例：コンピュータ）可読送信媒体（電気、光、音響または他の形態の伝播信号（例：赤外線信号、デジタル信号等））を含む。

【0042】

［００５５］一実施形態では、コンピュータシステム６６０は、バス６３０を介して互いに通信するシステムプロセッサ６０２、メインメモリ６０４（例：読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はランバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）などの動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ））、スタティックメモリ６０６（例：フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）及び補助メモリ６１８（例：データストレージデバイス）を含む。

【0043】

［００５６］システムプロセッサ６０２は、マイクロシステムプロセッサ、中央処理ユニットなどの一又は複数の汎用処理デバイスを表す。より具体的には、システムプロセッサは、複合命令セットコンピュータ（ＣＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロシステムプロセッサ、他の命令セットを実行するシステムプロセッサ、または命令セットの組み合わせを実行するシステムプロセッサであってよい。システムプロセッサ６０２はまた、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号システムプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークシステムプロセッサなどの一又は複数の専用処理デバイスであってもよい。システムプロセッサ６０２は、本書に記載の実施形態に係る工程を実施するための処理論理回路６２６を実行するように構成される。

【0044】

［００５７］コンピュータシステム６６０は更に、他のデバイス又はマシンと通信するためのシステムネットワークインターフェースデバイス６０８を含みうる。コンピュータシステム６６０はまた、ビデオディスプレイユニット６１０（例：液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ）、またはブラウン管（ＣＲＴ））、英数字入力デバイス６１２（例：キーボード）、カーソル制御デバイス６１４（例：マウス）、及び信号生成デバイス６１６（例：スピーカー）も含みうる。

【0045】

［００５８］補助メモリ６１８は、本書に記載の方法又は機能の一又は複数のいずれかを実施する一又は複数の命令セット（例：ソフトウェア６２２）が記憶されたマシンによってアクセス可能な記憶媒体６３１（または具体的にはコンピュータ可読記憶媒体）を含みうる。ソフトウェア６２２はまた、コンピュータシステム６６０によってそれらを実行中に、メインメモリ６０４内部及び／またはシステムプロセッサ６０２内部に完全にあるいは少なくとも部分的に常駐することができ、メインメモリ６０４及びシステムプロセッサ６０２はまた、マシン可読記憶媒体も構成している。ソフトウェア６２２は更に、システムネットワークインターフェースデバイス６０８を介してネットワーク６２０を通して送信されあるいは受信されうる。

【0046】

［００５９］例示的な実施形態ではマシンによってアクセス可能な記憶媒体６３１を単一の媒体として示したが、「マシン可読記憶媒体」という語は、一又は複数の命令セットを記憶する単一の媒体または複数の媒体（例：中央データベース、分散データベース、及び／または関連キャッシュ及びサーバ）を含むものと解釈されるべきである。「マシン可読記憶媒体」という語はまた、マシンによって実行され、マシンに一又は複数の方法のいずれかを実施させる命令セットを記憶する又は符号化することができるいずれかの媒体を含むとも解釈されるだろう。「マシン可読記憶媒体」という語は、したがって、非限定的に、固体メモリ、並びに光及び磁気媒体を含むと解釈されるだろう。

【0047】

［００６０］上記の明細書において、具体的な例示的実施形態を記載した。以下の特許請求の範囲の範囲内から逸脱せずに、これらに様々な変更を行いうることは明らかである。本明細書及び図面は、したがって、限定するものではなく例示的なものとみなすべきである。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】