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特表2022-536631パターニングにおける反応性イオンエッチングのための重合保護層
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-18
(54)【発明の名称】パターニングにおける反応性イオンエッチングのための重合保護層
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20220810BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 105A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021572385
(86)(22)【出願日】2020-06-03
(85)【翻訳文提出日】2022-02-01
(86)【国際出願番号】 US2020070118
(87)【国際公開番号】W WO2020247977
(87)【国際公開日】2020-12-10
(31)【優先権主張番号】62/857,190
(32)【優先日】2019-06-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】592010081
【氏名又は名称】ラム リサーチ コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＬＡＭ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
(71)【出願人】
【識別番号】390009531
【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000028
【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ナガビラヴァ・バスカー
(72)【発明者】
【氏名】フリドル・フィリップ
(72)【発明者】
【氏名】ゴス・マイケル
(72)【発明者】
【氏名】ミグノット・ヤン
(72)【発明者】
【氏名】メッツラー・ドミニク
【テーマコード（参考）】
5F004
【Ｆターム（参考）】
5F004AA09
5F004BB13
5F004BB18
5F004BB22
5F004BB26
5F004BB28
5F004BC05
5F004BC06
5F004BD04
5F004CA04
5F004CA06
5F004DA01
5F004DA04
5F004DA13
5F004DA15
5F004DA22
5F004DA23
5F004DA24
5F004DA25
5F004DA26
5F004EA02
5F004EA03
5F004EA04
5F004EA06
5F004EA37
(57)【要約】
【解決手段】
半導体基板上にトレンチをエッチングするために使用される下段のパターニングされたマスク層を形成した後、ビアをエッチングするために使用される上段のパターニングされたマスク層を形成する前に、重合保護層を使用してビアおよびトレンチをパターニングする方法を提供する。方法は、四塩化ケイ素およびメタン重合を使用して非コンフォーマルまたはコンフォーマルに重合保護層を形成することを含む。重合保護層は、犠牲的なものであってもよい。
【選択図】図８
半導体基板上にトレンチをエッチングするために使用される下段のパターニングされたマスク層を形成した後、ビアをエッチングするために使用される上段のパターニングされたマスク層を形成する前に、重合保護層を使用してビアおよびトレンチをパターニングする方法を提供する。方法は、四塩化ケイ素およびメタン重合を使用して非コンフォーマルまたはコンフォーマルに重合保護層を形成することを含む。重合保護層は、犠牲的なものであってもよい。
【選択図】図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板をチャンバに提供し、前記半導体基板は、厚さｔを有するターゲット層と、前記ターゲット層の下層にある金属を含む少なくとも１つの領域を備える金属層とを有し、下段のマスク層をエッチングすることによって、前記ターゲット層の上に下段のパターニングされたマスク層を形成し、
真空を破壊することなく前記下段のパターニングされたマスク層の上に重合保護層を形成すること
を備える、方法。
【請求項2】
請求項１に記載の方法であって、前記重合保護層の上に上段のマスク層を形成し、
金属を含む前記少なくとも１つの領域と整列する少なくとも１つのビアを形成するために、前記上段のマスク層を使用して前記半導体基板をパターニングし、
前記上段のマスク層を使用して前記半導体基板をパターニングした後、反応性イオンエッチングを使用して前記ターゲット層をパターニングすること
をさらに備える、方法。
【請求項3】
請求項１に記載の方法であって、前記下段のパターニングされたマスク層は、極端紫外線リソグラフィによって形成される、方法。
【請求項4】
厚さｔを有するターゲット層の上に下段のパターニングされたマスク層と、金属を含む少なくとも１つの領域を備える前記ターゲット層の下層にある金属層とを有する半導体基板を提供し、前記下段のパターニングされたマスク層の上に重合保護層を形成し、
前記重合保護層の上に上段のマスク層を形成し、
金属を含む前記少なくとも１つの領域と整列する少なくとも１つのビアを形成するために、前記上段のマスク層を使用して前記半導体基板をパターニングし、
前記上段のマスク層を使用して前記半導体基板をパターニングした後、反応性イオンエッチングを使用して前記ターゲット層をパターニングすること
を備える、方法。
【請求項5】
請求項１および４のいずれかに記載の方法であって、前記重合保護層は、犠牲膜である、方法。
【請求項6】
請求項４に記載の方法であって、前記重合保護層の形成および前記下段のパターニングされたマスク層または前記上段のマスク層のいずれかを使用する前記半導体基板のパターニングは、真空を破壊することなく実施される、方法。
【請求項7】
請求項５に記載の方法であって、前記重合保護層の形成および前記下段のパターニングされたマスク層のパターニングは、同一チャンバ内で実施される、方法。
【請求項8】
請求項１および４のいずれかに記載の方法であって、前記重合保護層は、非コンフォーマルに堆積され、かつ反応性イオンエッチングラグを少なくとも５から１０％低減する、方法。
【請求項9】
請求項１および４のいずれかに記載の方法であって、異なるサイズのフィーチャにおける前記重合保護層の厚さは、反応性イオンエッチング中に同じ速度でエッチングされる、方法。
【請求項10】
半導体基板を処理する装置であって、前記装置は、１つまたは複数のプロセスチャンバと、少なくとも１つの前記プロセスチャンバは、前記半導体基板を保持するための台座を含み、プラズマ発生器と、
前記プロセスチャンバへの１つまたは複数のガス入口および関連する流量制御ハードウェアと、
少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラと、を備え、前記少なくとも１つのプロセッサおよび前記メモリは、互いに通信可能に接続され、前記少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも前記流量制御ハードウェアと動作可能に接続され、前記メモリは、
（ｉ）前記半導体基板上の下段のマスク層をエッチングして、パターニングされた下段のマスク層を形成し、
（ｉｉ）前記下段のマスク層をエッチングした後、四塩化ケイ素およびメタンを導入して、前記パターニングされた下段のマスク層の上に重合保護層を形成することによって、少なくとも前記流量制御ハードウェアを制御する、前記少なくとも１つのプロセッサを制御するためのコンピュータ実行可能な命令を記憶する、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
［参照による援用］
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書にて明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
本出願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願願書が提出される。この同時出願されたＰＣＴ出願願書にて明記され、本出願が利益または優先権を主張する各出願は、参照によりその全体があらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【0002】
多くの半導体製造プロセスでは、ビアおよびトレンチのエッチングを含むパターニングスキームを必要とする。しかしながら、デバイスの微細化および選択した材料の変化に伴い、ビアおよびトレンチのエッチングには、パターニングの負荷および材料のアンダーカットを含む問題が生じる。
【0003】
本明細書にて提示された背景技術の説明は、本開示の内容を概ね提示することを目的とする。本背景技術のセクションにて説明される範囲内における、現時点で名前を挙げられている発明者らによる研究、ならびに出願の時点で先行技術として別途みなされ得ない説明の態様は、明示または暗示を問わず、本開示に対抗する先行技術として認められない。
【発明の概要】
【0004】
本明細書では、半導体基板を処理する方法および装置を提供する。一態様には、チャンバに半導体基板を提供し、半導体基板が、厚さｔを有するターゲット層と、ターゲット層の下層にある、金属を含む少なくとも１つの領域を備える金属層とを有し、下段のマスク層をエッチングすることによって、ターゲット層の上に下段のパターニングされたマスク層を形成することと、真空を破壊することなく下段のパターニングされたマスク層の上に重合保護層を形成することを含む方法が含まれる。本態様のいくつかの実施形態は、対応するコンピュータシステム、装置、および１つまたは複数のコンピュータ記憶装置に記録されたコンピュータプログラムを含み、各々が、前記方法の動作を実施するように構成される。
【0005】
実施態様は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記方法は、重合保護層の上に上段のマスク層を形成し、金属を含む少なくとも１つの領域と整列する少なくとも１つのビアを形成するために、上段のマスク層を使用して半導体基板をパターニングし、上段のマスク層を使用して半導体基板をパターニングした後、反応性イオンエッチングを使用してターゲット層をパターニングすることをさらに含む。
【0006】
いくつかの実施形態では、重合保護層は、非コンフォーマルに堆積され、かつ反応性イオンエッチングラグを少なくとも５から１０％低減する。いくつかの実施形態では、下段のパターニングされたマスク層は、上段のマスク層を使用して半導体基板をパターニングする間に曝露された１つまたは複数の角部を含み、少なくとも１つのビアを形成する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つのビアは、約１０ｎｍから約３０ｎｍの間の臨界寸法を有する。
【0007】
いくつかの実施形態では、上段のマスク層は、極端紫外線リソグラフィによって形成される。様々な実施形態では、下段のパターニングされたマスク層は、極端紫外線リソグラフィによって形成される。いくつかの実施形態では、重合保護層は、犠牲膜である。
【0008】
前記方法は、同一チャンバ内で実施される重合保護層の形成および下段のパターニングされたマスク層のパターニングを含んでもよい。いくつかの実施形態では、異なるサイズのフィーチャにおける重合保護層の厚さは、反応性イオンエッチング中に同じ速度でエッチングされる。いくつかの実施形態では、下段のパターニングされたマスク層上の重合保護層の結果として、上段のマスク層を使用した半導体基板のパターニング中に下段のパターニングされたマスク層の５Å未満がエッチングされる。
【0009】
いくつかの実施形態では、重合保護層は、四塩化ケイ素およびメタンを使用して堆積される。いくつかの実施形態では、下段のパターニングされたマスク層は、窒化チタン、酸化チタン、およびタングステン含有材料を含む群から選択される材料を含む。
【0010】
いくつかの実施形態では、下段のパターニングされたマスク層は、約１０ｎｍから約３０ｎｍの間の臨界寸法を有するネガティブ型フィーチャを含む。いくつかの実施形態では、下段のパターニングされたマスク層は、ポジティブ型フィーチャ間に幅広いネガティブ型フィーチャと幅の狭いネガティブ型フィーチャとを有する離間して配置されたポジティブ型フィーチャを含み、ここで、幅広いネガティブ型フィーチャの底部に堆積された重合保護層の厚さは、幅の狭いネガティブ型フィーチャの底部に堆積された重合保護層の厚さよりも大きくなる。いくつかの実施形態では、金属層は、銅を含む。いくつかの実施形態では、上段のパターニングされたマスク層を使用して半導体基板をパターニングすると、ターゲット層に２ｎｍ未満のアンダーカットが生じる。説明した技術の実施態様は、コンピュータアクセス可能媒体におけるハードウェア、方法またはプロセス、もしくはコンピュータソフトウェアを含んでもよい。
【0011】
一態様には、厚さｔを有するターゲット層の上に下段のパターニングされたマスク層と、金属を含む少なくとも１つの領域を備えるターゲット層の下層にある金属層とを有する半導体基板を提供し、下段のパターニングされたマスク層の上に重合保護層を形成することと、重合保護層の上に上段のマスク層を形成し、金属を含む少なくとも１つの領域と整列する少なくとも１つのビアを形成するために、上段のマスク層を使用して半導体基板をパターニングし、上段のマスク層を使用して半導体基板をパターニングした後、反応性イオンエッチングを使用してターゲット層をパターニングすることを含む方法が含まれる。本態様のいくつかの実施形態は、対応するコンピュータシステム、装置、および１つまたは複数のコンピュータ記憶装置に記録されたコンピュータプログラムを含み、各々が、前記方法の動作を実施するように構成される。
【0012】
実施態様は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含んでもよい。いくつかの実施形態では、重合保護層の形成および下段のパターニングされたマスク層または上段のマスク層のいずれかを使用する半導体基板のパターニングは、真空を破壊することなく実施される。いくつかの実施形態では、半導体基板は、ターゲット層の上層に下段のパターニングされたマスク層がないターゲット層の第２の領域をさらに含む。いくつかの実施形態では、ターゲット層をパターニングすることにより、第２の領域およびターゲット層を半導体基板上に残存する同じ厚さにエッチングする。いくつかの実施形態では、ターゲット層をパターニングした後、第２の領域と第２の領域にないターゲット層との厚さの差は、５ｎｍ未満である。いくつかの実施形態では、ターゲット層は、下層に下段のパターニングされたマスク層がないターゲット層の領域で、ターゲット層の厚さをｔより小さく、０より大きく保つようにパターニングされる。いくつかの実施形態では、ターゲット層は、超低誘電率誘電体材料を含む。説明した技術の実施態様は、コンピュータアクセス可能媒体におけるハードウェア、方法またはプロセス、もしくはコンピュータソフトウェアを含んでもよい。
【0013】
一態様には、半導体基板を処理する装置であって、前記装置は、１つまたは複数のプロセスチャンバと、少なくとも１つのプロセスチャンバは、半導体基板を保持するための台座を含み、プラズマ発生器と、プロセスチャンバへの１つまたは複数のガス入口および関連する流量制御ハードウェアと、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリを有するコントローラとを備え、少なくとも１つのプロセッサおよびメモリは、互いに通信可能に接続され、少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも流量制御ハードウェアと動作可能に接続され、メモリは、（ｉ）半導体基板上の下段のマスク層をエッチングして、パターニングされた下段のマスク層を形成し、（ｉｉ）下段のマスク層をエッチングした後、四塩化ケイ素およびメタンを導入して、パターニングされた下段のマスク層の上に重合保護層を形成することによって、少なくとも流量制御ハードウェアを制御する、少なくとも１つのプロセッサを制御するためのコンピュータ実行可能な命令を記憶する、装置が含まれる。本態様のいくつかの実施形態は、対応するコンピュータシステム、装置、および１つまたは複数のコンピュータ記憶装置に記録されたコンピュータプログラムを含み、各々が、前記方法の動作を実施するように構成される。
【0014】
実施態様は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含んでもよい。いくつかの実施形態では、プラズマ発生器は、誘導結合型である。説明した技術の実施態様は、コンピュータアクセス可能媒体におけるハードウェア、方法またはプロセス、もしくはコンピュータソフトウェアを含んでもよい。１つまたは複数のコンピュータのシステムは、そのシステム上にインストールされており、動作時にそのシステムに１つまたは複数の動作を実行させる、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはそれらを組み合わせることにより、特定の動作または動きを実行するように構成され得る。１つまたは複数のコンピュータプログラムは、データ処理装置によって実行されると、装置に動作を実行させる、命令を含むことによって、特定の動作または動きを実行するように構成され得る。
【0015】
これらおよび他の態様は、図面を参照して以下でさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下の説明では、提示した実施形態の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が示される。本開示の実施形態は、これらの具体的な詳細の一部または全部がなくても実施されてもよい。他の例では、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないために、周知のプロセス動作は、詳細には説明されていない。本開示の実施形態は、特定の実施形態に関連して説明されるが、特定の実施形態は、本開示の実施形態を限定することを意図されたものではないことが理解されるであろう。
【0022】
半導体製造には、様々な構造を形成するための様々なパターニングスキームを必要とする。いくつかのパターニングプロセスでは、後の金属被膜動作のためにビアを製造する必要があり、プロセスでは、ビアプロファイルの整合性を維持し、高性能な構造を形成しなければならない場合がある。
【0023】
このような構造は、所望の構造を形成するために、マスキングと選択性を使用して特定の化学エッチングに材料を曝露することによって形成される。しかしながら、基板の他の領域をエッチングするために使用される化学エッチングに曝されると、一部の露出した材料が先細りまたはアンダーカットの影響を受けやすい場合、曝露された材料と化学エッチングの組み合わせが課題となる可能性がある。この影響を軽減する技術の例としては、エッチングの影響を受けやすい材料またはエッチングされる材料のいずれかを変更すること、もしくはエッチング中に使用される化学エッチングを変更することが挙げられる。
【0024】
いくつかのパターニングプロセスは、異なるサイズのネガティブ型フィーチャを有するパターン基板上の誘電体材料の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を含む。ただし、「ＲＩＥラグ」と呼ばれる影響が生じる場合がある。すなわち、フィーチャのサイズに起因して、１つのフィーチャにおけるエッチングが、別のフィーチャにおけるエッチングよりも速い、もしくは遅い場合がある。これは、「パターンローディング」とも呼ばれる。
【0025】
また、いくつかのパターニングプロセスは、そのプロセスの中でエッチングされたフィーチャの臨界寸法に影響を与える可能性があり、これは、斜めのイオン衝撃に起因して、エッチング中にアンダーカットが生じることにより、所望されない領域をエッチングする場合がある。
【0026】
図１～６では、パターニングスキームの一例が提示されている。これらの図は、パターニングプロセス中に発生し得る問題の一例を示す。後述するように、これらの図は、ビアおよびトレンチをエッチングするための下段および上段のマスクを含むパターニングスキームを示す。
【0027】
図１は、様々な層を備える例示的な基板を示す。様々な実施形態では、基板は、半導体基板である。基板は、シリコンウエハ、例えば、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、または４５０ｍｍウエハであってもよく、その上に堆積された誘電性材料、導電性材料、または半導電性材料などの材料の１つまたは複数の層を有するウエハを含む。様々な実施形態では、基板は、パターニングされている。パターン基板は、ピラー、ポール、トレンチ、ビアホールまたはコンタクトホールなどの「フィーチャ」を有してもよく、フィーチャは、狭い開口部および／またはリエントラント型開口部、フィーチャ内の狭窄部、および高アスペクト比のうちの１つまたは複数によって特徴付けられてもよい。フィーチャ（複数を含む）は、上述の層の１つまたは複数に形成されてもよい。フィーチャの一例は、半導体基板または基板上の層におけるピラーまたはポールである。別の例は、基板または層におけるトレンチである。
【0028】
基板上には、図示されていない追加の層が存在してもよいことが理解されるであろう。基板は、金属接点１０２と誘電体材料１０４とを含む第１の層１０１を含み、誘電体材料１０４が金属接点１０２間にあり、金属接点１０２および誘電体材料１０４の厚さが同じであり、金属接点１０２および誘電体材料１０４の上面が同一平面であるようにする。いくつかの実施形態では、金属接点１０２は、銅を含む。第１のエッチングストップ層１０６は、第１の層１０１の真上にあるように示されている。第１のエッチングストップ層１０６の上部には、超低誘電率誘電体層１０８がある。超低誘電率誘電体層１０８のｋ値は、約２から約２．７の間であってもよい。超低誘電率誘電体層１０８は、約４０ｎｍから約１００ｎｍの間の厚さであり、金属接点１０２へのフューチャービアの側壁に対する材料として使用される。本明細書にて使用される「フューチャービア」とは、パターニング動作の後に基板上でエッチングされるビアを指す。様々な実施形態では、フューチャービアは、金属接点１０２のうちの１つの上に合致するように選択される。
【0029】
超低誘電率誘電体層１０８の上部には、第２のエッチングストップ層１１０がある。第２のエッチングストップ層１１０は、窒化ケイ素材料または酸化ケイ素材料またはその両方であってもよい。いくつかの実施形態では、第２のエッチングストップ層１１０は、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）を使用して堆積される。様々な実施形態では、第２のエッチングストップ層１１０は、約５Åから約２０Åの間の厚さを有するブランケット層である。この例では、下段のパターニングされたマスク１１３は、第２のエッチングストップ層１１０の真上にある。本明細書では、この下段のパターニングされたマスク１１３とは、マスクの位置を参照して、後述する「上段」のマスクに対して、「下段」のマスクを指す。
【0030】
下段のパターニングされたマスク１１３は、窒化チタンハードマスク層１１１、ならびにＴＥＯＳ層１１２の両方を含み、ＴＥＯＳ層１１２はエッチング中に窒化チタンハードマスク層１１１を保護するために使用される酸化ケイ素であってもよい。下段のパターニングされたマスク１１３は、窒化チタンハードマスク層１１１とＴＥＯＳ層１１２との両方を含むように、約２０ｎｍ～約５０ｎｍ、または約５０ｎｍの高さのフィーチャを有してもよい。図１に提示された基板は、窒化チタンハードマスク層１１１を「開放する」ように化学エッチングに予め曝露された基板であり、これによって窒化チタンハードマスク層１１１をパターニングする基板であってもよい。
【0031】
本明細書にて説明したように、パターニングにより、２つの材料を含む下段のパターニングされたマスク１１３が形成される（すなわち、各下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、および１１３ｄは、２つの材料（ＴＥＯＳ材料および窒化チタン材料）の積層体である）。場合によっては、下段のパターニングされたマスク１１３は、１つの材料のみまたは２つを超える材料を含んでもよいことが理解されるであろう。第１の下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ａは、第１の窒化チタンハードマスク１１１ａおよび第１のＴＥＯＳ材料１１２ａを含み、第２の下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ｂは、第２の窒化チタンハードマスク１１１ｂおよび第２のＴＥＯＳ材料１１２ｂを含み、第３の下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ｃは、第３の窒化チタンハードマスク１１１ｃおよび第３のＴＥＯＳ材料１１２ｃを含み、第４の下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ｄは、第４の窒化チタンハードマスク１１１ｄおよび第４のＴＥＯＳ材料１１２ｄを含む。
【0032】
下段マスクポジティブ型フィーチャ間には、下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｘ、１１３ｙ、および１１３ｚがある。下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｚは、約１００ｎｍから約１μｍの間の臨界寸法を有してもよい。この例では、４つのポジティブ型フィーチャと３つのネガティブ型フィーチャが示されているが、基板は、任意の数のポジティブ型およびネガティブ型フィーチャを含んでもよいことが理解されるであろう。各ポジティブ型フィーチャは、窒化チタンハードマスク層１１１およびＴＥＯＳ層１１２の特定の厚さを含み、フィーチャの側壁は、窒化チタンハードマスク層１１１およびＴＥＯＳ層１１２の表面が同一平面になるようにする。いくつかの実施形態では、各ポジティブ型フィーチャの幅は、同じであってもよい。いくつかの実施形態では、ポジティブ型フィーチャの幅は、異なる。
【0033】
第１の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｘは、第１の下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ａと第２の下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ｂとの間の空間にある。第２の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｙは、第２の下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ｂと第３の下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ｃとの間の空間にある。第３の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｚは、第３の下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ｃと第４の下段マスクポジティブ型フィーチャ１１３ｄとの間の空間にある。さらに、図１における４つのポジティブ型フィーチャ間の空間によって画定されるネガティブ型フィーチャは、異なるサイズを有する。また、ポジティブ型フィーチャ間の空間は、異なっていてもよく、すなわち、ポジティブ型フィーチャは、基板上に等間隔に配置されなくてもよい。したがって、第１の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｘ、第２の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｙ、および第３の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｚは、異なる臨界寸法を有してもよい。例えば、第１の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｘは、約１：１のアスペクト比を有し、第２の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｙは、約１：３のアスペクト比を有し、第３の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｚは、約１：１０のアスペクト比を有する。図面では、３つの異なるアスペクト比を示しているが、任意の適切な数のアスペクト比が存在し得ることが理解されるであろう。同様に、ポジティブ型フィーチャも異なるアスペクト比を有してもよい。
【0034】
ポジティブ型フィーチャ間の距離、および／またはポジティブ型フィーチャ間のネガティブ型フィーチャのアスペクト比は、基板の表面の上で変化してもよい。ポジティブ型フィーチャ間の距離の例示的な範囲は、約１０ｎｍから約３０ｎｍの間、または約２０ｎｍから約３０ｎｍの間である。下段のパターニングされたマスク１１３によって形成されたパターンは、後に形成されるビアを形成するために部分的に使用される。
【0035】
図２は、スピンオンカーボン層が堆積され、上段のマスクが形成された後の基板の例示的な模式図である。図１と同様に、図２は、金属接点１０２と誘電体材料１０４とを含む第１の層１０１と、第１のエッチングストップ層１０６と、超低誘電率誘電体層１０８と、第２のエッチングストップ層１１０と、窒化チタンハードマスク層１１１と、ＴＥＯＳ層１１２とを含む。スピンオンカーボン層１１４は、図１に示した下段のパターニングされたマスク１１３の第１の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｘ、第２の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｙ、および第３の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｚを充填して、パターン基板の上に形成される。スピンオンカーボン層１１４（有機重合層とも呼ばれる場合がある）の上に第３のエッチングストップ層１１６が堆積され、炭素含有フォトレジスト材料を堆積し、パターニングすることにより、上段のパターニングされたマスク１１８を形成する。第３のエッチングストップ層１１６は、反射防止層であってもよい。
【0036】
上段のパターニングされたマスク１１８のパターンは、下段のパターニングされたマスク１１３のパターンとは異なり、上段のパターニングされたマスク１１８はトレンチを形成するために使用でき、一方で、下段のパターニングされたマスク１１３は所望のビアを形成するために使用できるようにする。この例では、上段のパターニングされたマスク１１８は、離間して配置された、４つの上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ、１１８ｄと、それらの間に３つの上段のパターニングされたマスクネガティブ型フィーチャ１１８ｘ、１１８ｙ、１１８ｚとを含み、上段のパターニングされたマスク１１８の第１の上段のパターニングされたマスクのネガティブ型フィーチャ１１８ｘが、下段のパターニングされたマスク１１３の現在充填されている第１の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｘと部分的に重なり、上段のパターニングされたマスク１１８における第２の上段のパターニングされたマスクのネガティブ型フィーチャ１１８ｙおよび第３の上段のパターニングされたマスクのネガティブ型フィーチャ１１８ｚが、下段のパターニングされたマスク１１３の第２の下段のパターニングされたマスクのネガティブ型フィーチャ１１３ｙと重なり、下段のパターニングされたマスク１１３の第３の下段マスクネガティブ型フィーチャ１１３ｚが、上段のパターニングされたマスク１１８のいかなるネガティブ型フィーチャとも重ならない（したがって、ポジティブ型フィーチャの直下にある）ようにする。
【0037】
図３は、スピンオンカーボン層１１４のエッチング中に角部がエッチングされる可能性がある基板の一例を示す。この動作中、基板をフッ素含有プラズマに曝露することにより、第３のエッチングストップ層１１６をエッチングしてもよい。さらに、基板は、スピンオンカーボン層１１４をパターニングするために、窒素、水素、酸素、一酸化炭素、またはそれらの組み合わせを含む非フッ素含有ガスにさらに曝露されてもよい。
【0038】
図３に示すように、上段のパターニングされたマスク１１８を使用して、スピンオンカーボン層１１４をエッチングし、上段のパターニングされたマスク１１８のパターンがスピンオンカーボン層１１４に転写されるように、パターニングされたスピンオンカーボン層３１４を形成する。この動作中、第３のエッチングストップ層１１６をパターニングして、パターニングされた第３のエッチングストップ層３１６を形成する。パターニングされた第３のエッチングストップ層３１６は、第１のパターニングされた第３のエッチングストップ層３１６ａと、第２のパターニングされた第３のエッチングストップ層３１６ｂと、第３のパターニングされた第３のエッチングストップ層３１６ｃと、第４のパターニングされた第３のエッチングストップ層３１６ｄとを含む。エッチングは、第２のエッチングストップ層１１０に対して実施される。
【0039】
エッチング種は、図２に示すように、上段のパターニングされたマスクのネガティブ型フィーチャ１１８ｘ、１１８ｙ、および１１８ｚに移動して、第１のビア３１８ｘ、第２のビア３１８ｙ、および第３のビア３１８ｚを形成し、これらの各ビアが、金属接点１０２の各々のうちの１つと整列する。エッチング中、下段のパターニングされたマスク１１３の、それぞれ、第１のＴＥＯＳ材料３１２ａ、第２のＴＥＯＳ材料３１２ｂ、および第３のＴＥＯＳ材料３１３ｃの第１の劣化した角部３１３ｉ、第２の劣化した角部３１３ｊ、および第３の劣化した角部３１３ｊは、エッチングに曝露され、これによって、劣化した下段のパターニングされたマスクのポジティブ型フィーチャ３１３ａ、３１３ｂ、および３１３ｃが、それぞれ生じる。このような劣化は、下段のパターニングされたマスク３１３のプロファイルに影響を与える。エッチング前の角部の上面は、約２ｎｍから約５ｎｍの寸法を有してもよいが、このような曝露された角部は、図３に示すように、エッチングにより劣化する可能性がある。
【0040】
図４では、下段のパターニングされたマスク３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃおよび３１４ｄをマスクとして使用して超低誘電率誘電体層１０８をエッチングし、これによってビア４１８ｘ、４１８ｙおよび４１８ｚを形成する。この動作中、酸素、窒素、およびアルゴンのうちの１つまたは複数を含んでもよい第２のガスと共に、フルオロカーボンガスが導入されてもよい。
【0041】
エッチング種は、図３のビア３１８ｘ、３１８ｙ、および３１８ｚに流入し、第２のエッチングストップ層１１０を通ってエッチングし、パターニングされたエッチングストップ層４１０を形成する。パターニングされたエッチングストップ層４１０は、第１のパターニングされたエッチングストップ材料４１０ａ、第２のパターニングされたエッチングストップ材料４１０ｂ、第３のパターニングされたエッチングストップ材料４１０ｃ、および第４のパターニングされたエッチングストップ材料４１０ｄを含む。エッチング中、エッチング種は、図３のビア３１８ｘ、３１８ｙ、および３１８ｚに流入するが、その後、種は、劣化した角部３１３ｉ、３１３ｊ、および３１３ｋの凹凸のあるプロファイルに斜めに衝突し、その軌道により、エッチング種がパターニングされた超低誘電率誘電体層４０８の側壁をアンダーカットするようになる。アンダーカットとは、フィーチャの側壁が湾曲していることを指し、もしくは、ネガティブ型フィーチャが側壁に不均一なエッチングを有し、フィーチャの深さ全体にわたるフィーチャの臨界寸法が＋２から４ｎｍ変化する、フィーチャを指してもよい。
【0042】
例えば、第１の軌道４１８ｌは、エッチング種が第１の劣化した角部３１３ｉおよび第２のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｂの側壁に衝突するとき、エッチング種が辿る可能性のある経路の一例を示す。別の例の第２の軌道４１８ｍは、エッチング種が第２の劣化した角部３１３ｊに衝突し、これによって第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｃの側壁をエッチングするようなエッチング種の経路の一例を示す。第３の軌道４１８ｎは、エッチング種が第３の劣化した角部３１３ｋに衝突し、これによって第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｃの他方の側壁をエッチングするようなエッチング種のさらに別の例示的な経路である。場合によっては、本明細書に記載のこれらの軌道は、第１のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ａおよび第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｄの側壁など、パターニングされた超低誘電率誘電体層４０８の他の側壁にも影響を与える可能性がある。エッチング中、上段のパターニングされたマスク１１８は、劣化して厚さが減少し、上段のパターニングされたマスク４１８がエッチングされた状態のまま残る場合がある。
【0043】
図５では、パターニングされたスピンオンカーボン層３１４を剥離することにより、パターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８まで貫通する、ビア５１８ｘ、５１８ｙ、および５１８ｚが残る。ただし、ビア５１８ｘ、５１８ｙ、および５１８ｚは、事前のエッチングによって生じたアンダーカットにより劣化したプロファイルを有し、パターニングされたスピンオンカーボン層３１４の剥離中に、スピンオンカーボンをエッチングするために使用されるプラズマにより、さらなる劣化がもたらされることになる。しかしながら、劣化およびアンダーカットにより、結果として得られるビアは、望ましくないプロファイルを有する。また、パターニングされたスピンオンカーボン層３１４を除去すると、トレンチ５１３ｚが残る。
【0044】
図６では、ＴＥＯＳ材料は、基板からエッチングされる。この動作中、第１のＴＥＯＳ材料３１２ａおよび第２のＴＥＯＳ材料３１２ｂは、基板から選択的に除去され、それぞれ、下層に第１のパターニングされた第２のエッチングストップ材料６１０ａを備える露出した第１のチタンハードマスク１１１ａおよび下層に第２のパターニングされた第２のエッチングストップ材料６１０ｂを備える第２の窒化チタンハードマスク１１１ｂが残る。この例では、第２のエッチングストップ層６１０の材料は、ＴＥＯＳ層３１２と同じＴＥＯＳ材料であり、その結果、第３のパターニングされたエッチングストップ層４１０ｃは、第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｃの表面から除去される。また、第３のＴＥＯＳ材料３１２ｃおよび第４のＴＥＯＳ材料３１２ｄは、選択的に除去され、それぞれ、第３の窒化チタンハードマスク１１１ｃおよび第４の窒化チタンハードマスク１１１ｄが残る。第４のエッチングストップ材料４１０ｄがエッチング中に曝露されるので、第３の窒化チタンハードマスク１１１ｃおよび第４の窒化チタンハードマスク１１１ｄをマスクとして使用して第４のエッチングストップ材料４１０ｄがエッチングされ、第３の窒化チタンハードマスク１１１ｃの下層にある第３のパターニングされた第２のエッチングストップ材料６１０ｄを残し、第４の窒化チタンハードマスク１１１ｄの下層にある第４のパターニングされた第２のエッチングストップ材料６１０ｅを残す。
【0045】
様々な実施形態では、この構造のパターニングは、第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｃおよび第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｄをエッチングすることをさらに含み、これらの２つの領域の幅は異なるが、場合によっては、両方の領域がエッチングされて、基板上に同じ厚さの材料が残るようにエッチングすることが望ましく、同様に、第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｃおよび第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｄの上部から同じ厚さをエッチングする。ただし、パターンローディング効果により、この動作中に材料をエッチングするために使用される化学物質は、より幅の小さい、第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｃを第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｄよりも速くエッチングする。その結果、劣化した第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料６０８ｃと劣化した第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料６０８ｄとの残りの厚さが異なることになる。
【0046】
第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｄを十分な厚さにエッチングするために、曝露を延長すると、劣化した第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料６０８ｄの残りの厚さｔ3よりもはるかに小さい厚さｔ1を備える、劣化した角部６０８ｉおよび６０８ｊを有する劣化した第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料６０８ｃが得られる。例えば、ｔ1とｔ3との差は、約５ｎｍであってもよい。例えば、ｔ1は、約１０ｎｍであり、一方で、ｔ3は、約１５ｎｍであってもよい。さらに、第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料４０８ｄのエッチングにより、第３の窒化チタンハードマスク１１１ｃと第４の窒化チタンハードマスク１１１ｄとの間の表面上に不均一な厚さを有する劣化した第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料６０８ｄが生じ、劣化した第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料６０８ｄの残りの最小の厚さがｔ3であり、劣化した第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料６０８ｄの残りの最も厚い厚さがｔ4になるようにする。ここで、ｔ3とｔ4との間の差は、３ｎｍから１５ｎｍの範囲であってもよい。エッチング中、第１のパターニングされた超低誘電率誘電体材料６０８ａおよび第２のパターニングされた超低誘電率誘電体材料６０８ｂは、マスク６２３によって保護されているため、影響を受けない。図６に形成された劣化したプロファイルは、ＲＩＥラグおよびパターンローディング問題の結果である。エッチングにより、ビア６１８ｘ、６１８ｙ、および６１８ｚと、トレンチ６１３ｚと、パターニングされた超低誘電率誘電体層６０８とが生じる。
【0047】
図１～６にて提示したパターニングスキームにより、劣化したもしくはテーパー形状のプロファイルを有するフィーチャが生じ、いくつかの実施形態では、望ましくない場合がある。
【0048】
本明細書では、下段のマスクを形成した後、上段のマスクを形成する前に、重合保護層をその場に形成することによって、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）または同様のパターニングスキーム中にビアおよびフィールド領域の将来位置を保護する方法を提供する。多くの実施形態では、このようなパターニングスキームは、所望のパターンを実現するために、上階および下階という異なる階層で２つのマスク層を必要とする。開示された実施形態は、下層にある金属接点と整列するように最終的にエッチングされたビアに対する臨界寸法制御を維持しながら、ＲＩＥラグを低減する。
【0049】
特定の開示された実施形態では、下段のマスク層におけるハードマスクを開放した後、重合堆積層を堆積することを含む。重合堆積層は、超低誘電率誘電体層のエッチング中にフィールド領域を保護し、ＲＩＥラグを低減するためだけでなく、ビアのパターニング中に角部および側壁の整合性を保持するための保護層としても機能する。さらに、重合堆積層は、ビアの臨界寸法を犠牲にすることなく、必要に応じて角部、側壁、およびフィールド領域を保護するのに十分な薄い厚さに堆積可能であり、また、最終的に除去される犠牲層とすることも可能である。
【0050】
図７は、特定の開示された実施形態に従って実施可能な動作を示すプロセスフロー図である。動作７０２では、下段のパターニングされたマスク層を有するパターン基板を提供する。
【0051】
パターン基板は、下段のパターニングされたマスク層を含む。いくつかの実施形態では、マスク層は、誘電体層であってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、下段のパターニングされたマスク層は、酸化ケイ素などのシリコン含有層である。いくつかの実施形態では、下段のパターニングされたマスク層は、ＴＥＯＳを使用して堆積された層である。この文脈における用語「下段」は、動作７０６に関して後述する別のマスク層に対する位置を指す。動作７０２にて提供可能な基板の一例は、図１に関して上述されている。
【0052】
動作７０４では、重合保護層が、下段のパターニングされたマスク層の上に堆積される。
【0053】
図８は、図１に示す基板の上に堆積された重合保護層８９０を有する基板を示す。すなわち、重合保護層８９０は、第２のエッチングストップ層８１０の上のＴＥＯＳ層８１２および窒化チタンハードマスク８１１を含む、下段のパターニングされたマスク８１３の上面および側壁を含む露出面の上に堆積される。下段のパターニングされたマスク８１３における各下段マスクポジティブ型フィーチャ８１３ａ、８１３ｂ、８１３ｃ、８１３ｄは、２つの材料の積層体であり、それぞれ、ＴＥＯＳ材料８１２ａ、８１２ｂ、８１２ｃ、８１２ｄと、それぞれ、窒化チタン材料８１１ａ、８１１ｂ、８１１ｃ、８１１ｄである。また、重合保護層８９０は、第２のエッチングストップ層８１０の露出面の上に堆積する。下段マスクポジティブ型フィーチャ８１３ａ、８１３ｂ、８１３ｃ、および８１３ｄ間には、下段マスクネガティブ型フィーチャ８１３ｘ、８１３ｙ、および８１３ｚがある。第２のエッチングストップ層８１０の下層には、超低誘電率誘電体層８０８があり、これは、図１に関して上述した超低誘電率誘電体層１０８と同一であってもよい。超低誘電率誘電体層８０８の下層には、第１のエッチングストップ層８０６があり、これは図１の第１のエッチングストップ層１０６と同一であってもよい。第１のエッチングストップ層８０６の下層には、金属接点８０２および誘電体材料８０４を含む第１の層８０１があり、これは、図１に関して上述した、それぞれ、金属接点１０２および誘電体材料１０４を有する第１の層１０１と同一であってもよい。
【0054】
重合保護層８９０は、四塩化ケイ素およびメタンポリマー堆積を実装することによって形成されてもよい。様々な実施形態では、重合保護層は、その場で堆積される。すなわち、いくつかの実施形態では、重合保護層は、エッチング動作中に使用されるエッチングチャンバと同じチャンバ内で堆積される。このような材料はゲート制御および臨界寸法増加のためのラインプロセスのフロントエンドで使用される場合があるが、このような材料は、窒化チタンハードマスクの上のライン処理のバックエンドに適している場合がある。窒化チタンのハードマスクの開放動作の最後に、余分な重合を利用して、余分な層を追加できる。フィールド領域上に重合された量の厚さが、窒化チタンライン間に堆積された材料よりも大きい場合があるので、堆積は、必ずしも均一ではない可能性がある。ただし、このような堆積は、堆積の量を調整し、プロセス条件をトグルすることによって、角部を保ち続け、ＲＩＥラグを所望のように低減可能である。様々な実施形態では、重合保護層８９０は、非コンフォーマルであり、フィーチャが大きいほど、より厚い堆積を有し、フィーチャが小さいほど、より薄い堆積を有する。
【0055】
重合保護層８９０は、酸化ケイ素材料の重合層であってもよい。いくつかの実施形態では、重合保護層８９０は、ＴＥＯＳ層８１２または第２のエッチングストップ層８１０の構造とは異なる構造を有する酸化物である。いくつかの実施形態では、重合保護層８９０は、塩素不純物および／または他の不純物を有する低品質の酸化ケイ素であってもよい。様々な実施形態では、重合保護層８９０は、ＴＥＯＳ層８１２よりも密度が低い。いくつかの実施形態では、重合保護層８９０は、第２のエッチングストップ層８１０よりも密度が低い。いくつかの実施形態では、重合保護層８９０は、ＴＥＯＳ層８１２および第２のエッチングストップ層８１０の両方よりも密度が低い。様々な実施形態では、重合保護層８９０の厚さは、約１ｎｍから約４ｎｍの間である。いくつかの実施形態では、重合保護層８９０は、堆積され、その後アニールされず、これによって、より低品質の酸化ケイ素膜が生じる。これに対して、ＴＥＯＳ層８１２は、ＴＥＯＳを使用して堆積され、その後、約３００℃から約４００℃の間の温度でアニールされ、膜を高密度化してもよい。
【0056】
様々な実施形態では、重合保護層８９０は、コンフォーマルに堆積されなくてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第２のエッチングストップ層８１０の表面上に堆積される膜の厚さが他の領域における第２のエッチングストップ層８１０の露出面に堆積されている膜よりも一部の領域において厚くなるように、より多くの重合が、下段のパターニングされたマスク８１３の大きなフィーチャに起こる可能性がある。いくつかの実施形態では、アスペクト比依存の堆積が行われる。
【0057】
重合保護層８９０は、約５０から約５００ｎｍの間の大きなフィーチャ開口部を有するフィーチャにおいて、約３から約７ｎｍの間の厚さに堆積されてもよい。重合保護層８９０は、約１０から約４０ｎｍの間の小さなフィーチャ開口部を有するフィーチャにおいて、約１から約３ｎｍの間の厚さに堆積されてもよい。
【0058】
いくつかの実施形態では、堆積中に、チャンバの圧力を変化させることによって、堆積されている膜のコンフォーマル性は、調節可能である。いくつかの実施形態では、低圧は、約１ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒの間、または約８ｍＴｏｒｒ未満、または約５ｍＴｏｒｒから約８０ｍＴｏｒｒの間であってもよい。
【0059】
様々な実施形態では、重合保護層８９０は、気相重合堆積前駆体に基板を曝露することを含む重合によって堆積されてもよい。重合保護層８９０は、ケイ素含有前駆体または炭素含有前駆体を使用して堆積されてもよい。ケイ素含有前駆体の一例としては、塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）前駆体が挙げられる。炭素含有前駆体の一例としては、メタン（ＣＨ4）が挙げられる。ケイ素含有ガスと炭素含有ガスとのガス比率を変化させることによって、堆積されている膜のコンフォーマル性は、調節可能である。重合は、後続または先行するエッチング動作に使用される反応性イオンエッチングチャンバ内で実施されてもよい。
【0060】
代替実施形態では、重合保護層８９０は、原子層堆積（ＡＬＤ）および／またはプラズマ励起原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）などの堆積プロセスを使用して堆積される。いくつかの実施形態では、重合保護層８９０は、化学気相堆積（ＣＶＤ）および／またはプラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）を使用して堆積される。いくつかの実施形態では、プラズマを使用してもよい。プラズマを使用して、重合保護層８９０を堆積するいくつかの実施形態では、より低い電力を使用して、膜のコンフォーマル性を調節してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、単一のウエハに対して、約３００Ｗ未満、または約２５０Ｗ未満の電力を使用してプラズマを生成してもよい。
【0061】
いくつかの実施形態では、堆積中にバイアスが基板に印加されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、堆積中に約１４０Ｖのバイアス電圧が基板に印加されてもよい。
【0062】
重合中に、他の材料が不用意にエッチングされる可能性のあるような狭い隙間に重合保護層８９０を堆積することは、困難な場合がある。例えば、超低誘電率誘電体材料または窒化チタン材料は、この堆積プロセス中にエッチングの影響を受けやすい。その結果、特定の化学物質を選択して、重合保護層８９０を堆積してもよい。例えば、いくつかの例では、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）（約５から約４０ｓｃｃｍの流量を有する）、塩素（Ｃｌ2）（約５から約５０ｓｃｃｍの流量を有する）、臭化水素（ＨＢｒ）（約３０から約３００ｓｃｃｍの流量を有する）などのハロゲンと、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、およびヘリウム（Ｈｅ）などの希釈ガスが含まれる。様々な実施形態では、重合保護層８９０を堆積するために、ハロゲン含有堆積化学物質が使用される。
【0063】
重合保護層８９０は、保護される領域上にのみ堆積されるように調節されてもよい。例えば、さらに後述するように、角部を保護することが望まれる一実施形態では、重合保護層８９０を使用して、約５ｎｍから約７ｎｍのサイズを有する角部などの角部で重合可能である。このような堆積は、例えば、窒化チタンまたは酸化ケイ素材料上に堆積されてもよい。ＲＩＥラグを低減することが望ましい別の実施形態では、温度、プラズマ条件、プロセスガス、およびプロセスチャンバ圧力を含むが、これらに限定されないプロセス条件を調節することによって、側壁に堆積することなく、表面のフィールド領域上に重合保護層８９０が堆積されてもよい。
【0064】
いくつかの実施形態では、重合保護層８９０が堆積された後、基板は、酸素およびアルゴンプラズマへの曝露を含む短い「フラッシュ」洗浄を受けてもよい。例えば、これは、より大きなフィーチャに影響を与えないが、より小さなフィーチャにおいて洗浄が特に有用な場合がある。
【0065】
様々な実施形態では、重合保護層８９０は、より大きなフィーチャ（１：１０より大きいアスペクト比を有するフィーチャまたは５０ｎｍより大きいフィーチャ開口部を有するフィーチャなど）には、より厚い堆積が形成され、より小さいフィーチャ（１：４より小さいアスペクト比を有するフィーチャまたは３０ｎｍより小さいフィーチャ開口部を有するフィーチャなど）には、より薄い堆積が形成されるように、非コンフォーマルに堆積される。様々な実施形態では、側壁よりもフィーチャの底部で、より厚い重合が形成される。
【0066】
図７に戻ると、動作７０６では、重合保護層の上に上段のマスク層が形成される。動作７０６の前に、上段のマスクを形成する前に、重合保護層の上に炭素含有材料が堆積されてもよい。図９では、重合保護層の上に形成された上段のマスクを有する基板の一例が示されている。図９は、金属接点８０２と誘電体材料８０４とを含む、第１の層８０１を有する基板を示す。金属接点８０２は、第１の金属接点８０２aと、第２の金属接点８０２ｂと、第３の金属接点８０２ｃとを含む。第１の層８０１の上層には、第１のエッチングストップ層８０６があり、第１のエッチングストップ層８０６の上層には、超低誘電率誘電体層８０８がある。超低誘電率誘電体層８０８の上部には、第２のエッチングストップ層８１０があり、第２のエッチングストップ層８１０の上には、下段のパターニングされたマスク８１３があり、下段のパターニングされたマスク８１３は、窒化チタンハードマスク８１１とＴＥＯＳ層８１２とを含む。図９では、下段のパターニングされたマスク８１３の上に予め堆積された、重合保護層８９０が示される。さらに、スピンオンカーボン層９１４は、重合保護層８９０の上に形成され、続いて第３のエッチングストップ層９１６が堆積される。上段のパターニングされたマスク９１８が形成され、パターニングされ（またはリソグラフィによって画定される）、上段のパターンを形成する。上段のパターニングされたマスク９１８は、パターニング後、第１の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ａと、第２の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ｂと、第３の上段マスクポジティブ型フィーチャ９１８ｃと、第４の上段マスクポジティブ型フィーチャ９１８ｄとを含む。第１の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ａと第２の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ｂとの間には、第１の上段マスクネガティブ型フィーチャ９１８ｘがあり、第２の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ｂと第３の上段マスクポジティブ型フィーチャ９１８ｃとの間には、第２の上段のパターニングされたマスクネガティブ型フィーチャ９１８ｙがあり、第３の上段マスクポジティブ型フィーチャ９１８ｃと第４の上段マスクポジティブ型フィーチャ９１８ｄとの間には、第３の上段のパターニングされたマスクネガティブ型フィーチャ９１８ｚがある。第１の上段マスクネガティブ型フィーチャ９１８ｘは、第１の金属接点８０２ａと整列していてもよく、第２の上段のパターニングされたマスクネガティブ型フィーチャ９１８ｙは、第２の金属接点８０２ｂと整列していてもよく、第３の上段のパターニングされたマスクネガティブ型フィーチャ９１８ｚは、第３の金属接点８０２ｃと整列していてもよい。第１の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ａは、第１の下段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ８１３ａと大部分が重なっていてもよく、第２の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ｂは、第２の下段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ８１３ｂの少なくとも一部と重なっていてもよく、第３の上段マスクポジティブ型フィーチャ９１８ｃは、第２の下段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ８１３ｂと第３の下段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ８１３ｃとの間に配置されてもよく、第４の上段マスクポジティブ型フィーチャ９１８ｄは、第３の下段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ８１３ｃおよび第４の下段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ８１３ｄの少なくとも一部と重なっていてもよい。動作７０６における上段のマスク層の形成は、スピンオンカーボン層９１４を堆積することと、第３のエッチングストップ層９１６を堆積することと、上段のパターニングされたマスク９１８を堆積することと、上段のパターニングされたマスク９１８をパターニングすることを含んでもよい。
【0067】
いくつかの実施形態では、重合保護層を堆積した後、任意のプラズマフラッシュ動作を行い、いくつかの不均一に堆積された領域を除去し、それらを平滑化してもよい。プラズマフラッシュ動作は、四フッ化炭素を導入し、１３０Ｖで約１５０Ｗから約２５０Ｗの間の電力を使用して生成されたプラズマを使用して０Ｖから５０Ｖの間でパルス化された、低パルスバイアスを使用してプラズマを生成することを含んでもよい。
【0068】
図７に戻って、動作７０８では、上段のマスク層をマスクとして使用して、基板においてビアがエッチングされる。ビアは、約１０ｎｍから約３０ｎｍの間、または約２０ｎｍから約３０ｎｍの間の臨界寸法にエッチングされてもよい。
【0069】
図１０では、一例が提示されている。図１０は、図９の基板を示し、第１の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ａ、第２の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ｂ、第３の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ｃ、および第４の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ｄを有するマスクとして上段のパターニングされたマスク９１８および超低誘電率誘電体層８０８を使用して、第３のエッチングストップ層９１６およびスピンオンカーボン層９１４を通って垂直にエッチングすることによって、第１のビア１０１８ｘ、第２のビア１０１８ｙ、第３のビア１０１８ｚを形成する。これによって、第３のエッチングストップ層９１６をパターニングして、それぞれ、第１の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ａ、第２の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ｂ、第３の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ｃ、および第４の上段のパターニングされたマスクポジティブ型フィーチャ９１８ｄを有する上段のパターニングされたマスク９１８と一致する、第１のパターニングされた第３のエッチングストップ材料１０１６ａ、第２のパターニングされた第３のエッチングストップ材料１０１６ｂ、第３のパターニングされた第３のエッチングストップ材料１０１６ｃ、および第４のパターニングされた第３のエッチングストップ材料１０１６ｄを有するパターニングされた第３のエッチングストップ層１０１６を形成する。同様に、スピンオンカーボン層９１４をパターニングして、第１のパターニングされたスピンオンカーボン材料１０１４ａ、第２のパターニングされたスピンオンカーボン材料１０１４ｂ、第３のパターニングされたスピンオンカーボン材料１０１４ｃ、および第４のパターニングされたスピンオンカーボン材料１０１４ｄを形成する。重合保護層１０９０の存在により、第１の保存された角部１０１３ｉ、第２の保存された角部１０１３ｊ、および第３の保存された角部１０１３ｋが保護され、下層にある第１のＴＥＯＳ材料８１２ａ、第２のＴＥＯＳ材料８１２ｂ、および第３のＴＥＯＳ材料８１２ｃは、それぞれ、下段のマスク８１３の第１の下段マスクポジティブ型フィーチャ１０１３ａ、第２の下段マスクポジティブ型フィーチャ１０１３ｂ、および第３の下段マスクポジティブ型フィーチャ１０１３ｃを後続の動作においてマスクとして効果的に使用できるように、それらのプロファイルを維持する。
【0070】
図７の動作７０８は、一酸化炭素、窒素、酸素、水素、アルゴン、およびＣＦ4、Ｃ4Ｆ8、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ4Ｆ6などのフルオロカーボン、およびそれらの組み合わせのうちの１つまたは複数のエッチングガスを使用してエッチングすることを含んでもよい。さらに、いくつかの実施形態では、プラズマは、印加される場合、５０Ｖから約５００Ｖのバイアス電力で励起される可能性のある、任意のバイアスを含む約５０Ｗから約５００Ｗの間の電力を使用して生成されるように使用されてもよい。
【0071】
ビアは、上段のパターニングされたマスク層をマスクとして使用してエッチングされる。図１１では、一例が提示されており、それに従って第１のビア１１１８ｘ、第２のビア１１１８ｙ、および第３のビア１１１８ｚは、第１の下段マスクポジティブ型フィーチャ１０１３ａ、第２の下段マスクポジティブ型フィーチャ１０１３ｂ、および第３のパターニングされた下段マスクポジティブ型フィーチャ１０１３ｃをマスクとして使用して形成される。第１のビア１１１８ｘ、第２のビア１１１８ｙ、および第３のビア１１１８ｚは、第２のエッチングストップ層８１０をパターニングして、第１のパターニングされた第２のエッチングストップ材料１１１０ａ、第２のパターニングされた第２のエッチングストップ材料１１１０ｂ、第３のパターニングされた第２のエッチングストップ材料１１１０ｃ、および第４のパターニングされた第２のエッチングストップ材料１１１０ｄを有するパターニングされた第２のエッチングストップ層１１１０を形成するように形成される。同様に、超低誘電率誘電体層８０８をパターニングして、第１のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１１０８ａ、第２のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１１０８ｂ、第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１１０８ｃ、および第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１１０８ｄを含む、パターニングされた超低誘電率誘電体層１１０８を形成する。第１のエッチングストップ層８０６は、下層へのさらなるエッチングを防止する。重合保護層１０９０の結果として、第１の保存された角部１０１３ｉ、第２の保存された角部１０１３ｊ、および第３の保存された角部１０１３ｋが保護されるため、基板上にテーパー付角部は存在せず、したがって、パターニングされた超低誘電率誘電体層１１０８を形成するために使用されるエッチング種により、第１のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１１０８ａ、第２のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１１０８ｂ、第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１１０８ｃ、および第４のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１１０８ｄにおいてアンダーカットが生じない。
【0072】
動作７１０では、トレンチは、下段のパターニングされたマスク層をマスクとして使用してエッチングされる。図１２では、一例が提示されている。図示されるように、図１１にて提示した基板は、パターニングされたスピンオンカーボン層１０１４、パターニングされた第３のエッチングストップ層１０１６、および上段のパターニングされたマスク層９１８を除去するために、エッチングガスに曝露される。この動作中、重合保護層１０９０は、トレンチのエッチングに曝露される。この動作中に、１０９０のいくつかの露出した領域は、除去されるが、窒化チタンハードマスク８１１は、パターニングされた第２のエッチングストップ層１１１０において、それぞれ、第１、第２、第３、および第４のパターニングされた第２のエッチングストップ材料１３１０ａ、１３１０ｂ、１３１０ｃ、および１３１０ｄを含む、窒化チタンハードマスク８１１の下層にある領域においてエッチングを防止するためのハードマスクとして使用される。第１のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１３０８ａおよび第２のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１３０８ｂは、それぞれ、下層に第１のパターニングされた第２のエッチングストップ材料１３１０ａを有する露出した第１のチタンハードマスク８１１ａおよび下層に第２のパターニングされた第２のエッチングストップ材料１３１０ｂを有する第２の窒化チタンハードマスク８１１ｂによって保護される。第３のパターニングされた超低誘電率誘電体材料１３０８ｃおよび第４のパターニングされた超低誘電体材料１３０８ｄは、残りの厚さｔ4およびｔ5が互いに約３Å以内になるようにエッチングされ、これによってＲＩＥラグが低減される。すなわち、図１３における１１０８ｄは、１３０８ｄの表面から量ｄがエッチングされるように、エッチングされる。いくつかの実施形態では、ｄは、パターニングされた超低誘電率誘電体層１３０８の総厚さの少なくとも約３０％から約６０％の間である。重合保護層１０９０の存在により、第１の保存された角部１３０８ｉおよび第２の保存された角部１３０８ｊが形成される。エッチングにより、ビア１３１８ｘ、１３１８ｙ、および１３１８ｚ、ならびにトレンチ１３１３ｚ、ならびにパターニングされた超低誘電率誘電体層１３０８になる。
【0073】
本明細書では具体的な例が提示されているが、重合保護層が多くの適用性を有する可能性があることが理解されるであろう。層の堆積は、Ｃｌ2：ＨＢｒの上のＳｉＣｌ4比、および圧力および／または電力条件などを２つのノブを使用して調節可能であり、パターン基板の上に様々な厚さを得るために、厚さの大部分を調整し、パターニングスキーム中に容易に除去可能であるため、本明細書に記載の重合保護層を使用して、ＲＩＥラグを低減し、フィーチャプロファイルを保存し、アンダーカットを低減する、もしくは適切にかつ所望に応じて、その両方を行うことが可能である。
装置
装置
【0074】
開示された実施形態は、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能な、任意の適切な堆積および／またはエッチングチャンバまたは装置で実施されてもよい。
【0075】
本明細書に記載の重合保護層の堆積は、任意の適切な装置で実施されてもよい。様々な実施形態では、重合保護層は、反応性イオンエッチングに使用されるエッチングチャンバ内で実施される。
【0076】
本明細書に記載のエッチング動作には、任意の適切なエッチングチャンバが使用されてもよい。プラズマエッチングチャンバのさらなる説明は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第６，８４１，９４３号および第８，５５２，３３４号にて入手可能である。
【0077】
開示された実施形態は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）反応器で実施される。図１４では、一例が提示されている。また、このようなＩＣＰ反応器は、２０１３年１２月１０日付で出願され、２０１６年６月７日付で発行された、「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＦＯＲＭＩＮＧ Ａ ＭＡＳＫ ＢＹ ＥＴＣＨＩＮＧ ＣＯＮＦＯＲＭＡＬ ＦＩＬＭ ＯＮ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＡＳＨＡＢＬＥ ＨＡＲＤＭＡＳＫ」と題する米国特許第９，３６２，１３３号にも記載されており、本明細書に記載の技術の実施態様に適したＩＣＰ反応器を説明する目的で、参照により本明細書に組み込まれる。本明細書では、ＩＣＰ反応器が記載されているが、いくつかの実施形態では、容量結合プラズマ反応器も使用可能であることを理解されたい。例示的なチャンバまたは装置は、チャンバ壁を有するチャンバと、処理される基板またはウエハを保持するためのチャックであって、ウエハをチャックおよびデチャックするための静電電極を含んでもよく、無線周波数（ＲＦ）電源を使用して電気的に充電してもよい、チャックと、プラズマを生成するためのコイルに電力を供給するように構成されたＲＦ電源と、本明細書に記載のようなガスを流入させるためのガス流入口とを含んでもよい。いくつかの実施形態では、装置は、複数のチャンバを含んでもよく、チャンバの各々が、基板をエッチング、堆積、または処理するために使用されてもよい。チャンバまたは装置は、チャンバ圧力、不活性ガス流、プラズマ電力、プラズマ周波数、反応性ガス流（例えば、エッチングガスなど）、バイアス電力、温度、真空設定、および他のプロセス条件を調節するなど、チャンバまたは装置の動作の一部またはすべてを制御するためのシステムコントローラを含んでもよい。また、チャンバを使用して、炭素含有材料を基板上に堆積してもよい。
【0078】
図１４は、本明細書の特定の実施形態を実装するために適切な誘導結合プラズマ集積エッチングおよび堆積装置１４００の横断面図を模式的に示し、その一例は、カリフォルニア州フリーモントのＬａｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ社によって製造された誘導結合プラズマ反応器である。誘導結合プラズマ集積エッチングおよび堆積装置１４００は、チャンバ壁および窓１４１１によって構造的に画定される処理チャンバ１４０１を含む。チャンバ壁は、ステンレス鋼またはアルミニウムから製造されてもよい。窓１４１１は、石英または他の誘電体材料から製造されてもよい。任意の内部シャワーヘッド１４５０は、処理チャンバ１４０１を上部サブチャンバ１４０２と下部サブチャンバ１４０３とに分割する。シャワーヘッドは、１つの孔を含んでもよく、もしくはガスおよび／またはプラズマ種を下部サブチャンバ１４０３に供給および分配するための複数の孔を含んでもよい。ほとんどの実施形態では、シャワーヘッド１４５０は、取り外されてもよく、これによって上部サブチャンバ１４０２および１４０３からなるチャンバ空間を利用可能である。下部サブチャンバ１４０３内で、底部内面付近にチャック１４１７が配置されている。チャック１４１７は、エッチングおよび堆積プロセスが実施される半導体ウエハ１４１９を受け取り、保持するように構成される。チャック１４１７は、存在するとき、ウエハ１４１９を支持するための静電チャックとすることができる。いくつかの実施形態では、エッジリング（図示せず）は、チャック１４１７を取り囲み、チャック１４１７の上に存在するとき、ウエハ１４１９の上面とほぼ平面に位置する上面を有する。また、チャック１４１７は、ウエハをチャックおよびデチャックするための静電電極を含む。この目的のために、フィルタおよびＤＣクランプ電源（図示せず）が設けられてもよい。また、ウエハ１４１９をチャック１４１７から持ち上げるための他の制御システムを設けることも可能である。チャック１４１７は、チャンバの側壁に実質的に平行な軸に沿って移動可能であってもよく、これによってチャック１４１７の表面が地面に実質的に平行である。シャワーヘッドが使用される場合、ウエハ１４１９とシャワーヘッド（図示せず）との間の距離は、約０．５インチから約３．０インチの間であってもよい。チャック１４１７は、ＲＦ電源１４２３を使用して電気的に充電可能である。ＲＦ電源１４２３は、接続部１４２７を介して整合回路１４２１に接続される。整合回路１４２１は、接続部１４２５を介してチャック１４１７に接続される。このようにして、ＲＦ電源１４２３は、チャック１４１７に接続される。
【0079】
プラズマ生成のための要素は、窓１４１１の上方に配置されたコイル１４３３を含む。様々な実施形態では、コイルは、開示された実施形態に使用されない。コイル１４３３は、電気的に導電性の材料から製造され、少なくとも完全な１ターンを含む。図１４に示すコイル１４３３の例は、３ターンを含む。コイル１４３３の横断面は、記号で示されており、「Ｘ」を有するコイルは、ページ内で回転方向に延びており、「●」を有するコイルは、ページ外へ回転方向に延びている。また、プラズマ生成のための要素は、コイル１４３３にＲＦ電力を供給するように構成されたＲＦ電源１４４１を含む。概して、ＲＦ電源１４４１は、接続部１４４５を通って整合回路１４３９に接続される。整合回路１４３９は、接続部１４４３を通ってコイル１４３３に接続される。このようにして、ＲＦ電源１４４１は、コイル１４３３に接続される。任意のファラデーシールド１４４９は、コイル１４３３と窓１４１１との間に配置される。ファラデーシールド１４４９は、コイル１４３３に対して離間した関係に維持される。ファラデーシールド１４４９は、窓１４１１の直上に配置される。コイル１４３３、ファラデーシールド１４４９、および窓１４１１は各々、互いに実質的に平行になるように構成される。ファラデーシールドは、金属または他の種が処理チャンバ１４０１の誘電体窓上に堆積しないように防止してもよい。
【0080】
プロセスガス（例えば、酸素含有ガス、ハロゲン含有ガスなど）は、上部チャンバ１４０２に配置された１つまたは複数の主ガス流入口１４６０を介しておよび／または１つまたは複数の側部ガス流入口１４７０を通って、処理チャンバ１４０１に流されてもよい。同様に、明示されていないが、同様のガス流入口を使用して、容量結合プラズマ処理チャンバにプロセスガスを供給してもよい。真空ポンプ、例えば、１段または２段の機械式ドライポンプおよび／またはターボ分子ポンプ１４４０を使用して、処理チャンバ１４０１からプロセスガスを引き出し、処理チャンバ１４０１内圧を維持してもよい。真空ポンプによって提供される真空環境の適用を選択的に制御するように、バルブ制御された導管を使用して、真空ポンプを処理チャンバ１４０１に流体的に接続してもよい。これは、プラズマ処理の操作において、スロットルバルブ（図示せず）またはペンデュラムバルブ（図示せず）などの閉ループ制御された流量制限装置を採用して行われてもよい。同様に、真空ポンプおよびバルブ制御された容量結合プラズマ処理チャンバへの流体接続が採用されてもよい。
【0081】
装置の動作中、１つまたは複数のプロセスガスは、ガス流入口１４６０および／または１４７０を通って供給されてもよい。特定の実施形態では、プロセスガスは、主ガス流入口１４６０のみを通って、もしくは側部ガス流入口１４７０のみを通って供給されてもよい。場合によっては、図示されるガス流入口は、より複雑なガス流入口、例えば、１つまたは複数のシャワーヘッドに置き換えられてもよい。ファラデーシールド１４４９および／または任意のグリッドまたはシャワーヘッド１４５０は、処理チャンバ１４０１へのプロセスガスの供給を可能にする内部チャネルおよび孔を含んでもよい。ファラデーシールド１４４９および任意のグリッド１４５０のいずれかまたは両方が、プロセスガスの供給のためのシャワーヘッドとして機能してもよい。いくつかの実施形態では、液体反応剤または前駆体が気化されると、気化された反応剤または前駆体がガス流入口１４６０および／または１４７０を介して処理チャンバ１４０１に導入されるように、液体気化および供給システムは、処理チャンバ１４０１の上流に位置してもよい。
【0082】
ＲＦ電源１４４１からコイル１４３３に無線周波電力を供給して、コイル１４３３にＲＦ電流が流れるようにする。コイル１４３３を通って流れるＲＦ電流は、コイル１４３３の周囲に電磁場を生成する。この電磁場により、上部サブチャンバ１４０２内で誘導電流が発生する。生成された様々なイオンおよびラジカルと、ウエハ１４１９との物理的および化学的な相互作用により、ウエハのフィーチャを選択的にエッチングし、ウエハ上に層を堆積させる。
【0083】
上部サブチャンバ１４０２と下部サブチャンバ１４０３の両方が存在するようにプラズマグリッドが使用される場合、誘導電流は、上部サブチャンバ１４０２内に存在する１種または複数種のガスに作用して、上部サブチャンバ１４０２内にエレクトロンイオンプラズマを生成する。任意の内部プラズマグリッド１４５０は、下部サブチャンバ１４０３内のホットエレクトロンの量を制限する。いくつかの実施形態では、装置は、下部サブチャンバ１４０３内に存在するプラズマがイオン性プラズマであるように設計および動作される。
【0084】
上部エレクトロンイオンプラズマおよび下部イオン性プラズマの両方が、正イオンおよび負イオンを含んでもよいが、イオン性プラズマは、正イオンに対して負イオンにより大きな比率を有することになる。揮発性のエッチングおよび／または堆積の副産物は、ポート１４２２を通って下部サブチャンバ１４０３から除去されてもよい。本明細書に開示されるチャック１４１７は、約２００℃から約５００℃の間の範囲の高温で動作してもよい。温度は、プロセス動作および特定のレシピに依拠することになる。
【0085】
処理チャンバ１４０１は、クリーンルームまたは製造設備に設置されるとき、設備（図示せず）に結合されてもよい。設備は、処理ガス、真空、温度制御、および環境粒子制御を提供する配管を含む。これらの設備は、ターゲット製造施設に設置されるとき、処理チャンバ１４０１に結合される。さらに、処理チャンバ１４０１は、一般的な自動操作を使用してロボットによる処理チャンバ１４０１への半導体ウエハの搬入および搬出可能な搬送チャンバに結合されてもよい。
【0086】
いくつかの実施形態では、システムコントローラ１４３０（１つまたは複数の物理的または論理的コントローラを含んでもよい）は、処理チャンバの動作の一部または全部を制御する。システムコントローラ１４３０は、１つまたは複数のメモリデバイスおよび１つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。いくつかの実施形態では、装置は、開示された実施形態が実施されるとき、流量および持続時間を制御するための切り替えシステムを含む。いくつかの実施形態では、装置は、最大約５００ｍｓ、または最大約７５０ｍｓの切り替え時間を有してもよい。切り替え時間は、フローケミストリー、選択されたレシピ、リアクタアーキテクチャ、および他の要因に依拠してもよい。
【0087】
処理チャンバ１４０１または装置は、システムコントローラを含んでもよい。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ１４３０はシステムの一部であり、上述の例の一部であってもよい。このようなシステムは、１つまたは複数の処理ツール、１つまたは複数のチャンバ、処理のための１つまたは複数のプラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む、半導体処理装置を含むことができる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後の動作を制御するための電子機器と統合されてもよい。電子機器は、「コントローラ」と呼ばれる場合があり、１つまたは複数のシステムの様々な構成要素またはサブパーツを制御してもよい。コントローラ１４３０は、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書に開示されるプロセスのいずれかを制御するようにプログラムされてもよい。そのようなプロセスとして、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、無線周波数（ＲＦ）発生器設定、ＲＦ整合回路設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置および動作設定、ツールへのウエハの搬入および搬出、ならびに特定のシステムに接続または連動した他の搬送ツールおよび／またはロードロックが挙げられる。
【0088】
広義には、コントローラ１４３０は、命令を受け取り、命令を発し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、論理、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子機器として定義されてもよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェアの形態のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰｓ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）として定義されるチップ、および／もしくはプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１つもしくは複数のマイクロプロセッサ、またはマイクロコントローラを含んでもよい。プログラム命令は、様々な個別設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに伝達される命令であって、半導体ウエハ上またはシステムに対する特定のプロセスを実行するための動作パラメータを定義してもよい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、プロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であって、ウエハの１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／またはダイの製造中に１つまたは複数の処理ステップを達成してもよい。
【0089】
いくつかの実施態様では、コントローラ１４３０は、システムと一体化しているか、結合しているか、そうでない場合はシステムにネットワーク接続されているか、またはそれらの組み合わせであるコンピュータの一部であっても結合していてもよい。例えば、コントローラ１４３０は、「クラウド」内にあってもよく、ファブホストコンピュータシステムのすべてまたは一部であってもよい。これにより、ウエハ処理のリモートアクセスが可能となる。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にし、製造動作の現在の進捗状況を監視し、過去の製造動作の履歴を調査し、複数の製造動作から傾向または性能基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理ステップを設定する、もしくは新しいプロセスを開始してもよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供できる。そのようなネットワークは、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでもよい。リモートコンピュータは、パラメータおよび／もしくは設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでもよく、そのようなパラメータおよび／または設定は、その後リモートコンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、コントローラは、命令をデータの形式で受信する。そのようなデータは、１つまたは複数の動作中に実施される処理ステップの各々に対するパラメータを特定する。パラメータは、実施されるプロセスのタイプおよびコントローラが連動または制御するように構成されるツールのタイプに特有のものであってもよいことを理解されたい。したがって、上述のように、コントローラは、互いにネットワーク接続され、本明細書に記載のプロセスおよび制御などの共通の目的に向けて協働する１つまたは複数の個別のコントローラを含むことなどによって、分散されてもよい。このような目的のための分散型コントローラの一例としては、（プラットフォームレベルでもしくはリモートコンピュータの一部としてなど）遠隔配置され、チャンバ上のプロセスを制御するように結合する１つまたは複数の集積回路と通信する、チャンバ上の１つまたは複数の集積回路が挙げられるであろう。
【0090】
限定されるものではないが、例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、追跡チャンバまたはモジュール、ならびに半導体ウエハの製造および／または生産に関連するまたは使用される可能性のある任意の他の半導体処理システムを含んでもよい。
【0091】
上述のように、ツールによって実施される１つまたは複数のプロセスステップに応じて、コントローラ１４３０は、１つまたは複数の他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に位置するツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または半導体生産工場内のツール場所および／またはロードポートへウエハの容器を搬入および搬出する材料移送に使用されるツールと通信してもよい。
【0092】
処理チャンバ１４０１は、図１５に示すようなマルチステーションツールに統合されてもよい。各ステーションは、異なる動作を処理するために使用されてもよい。例えば、１つのステーションを使用して、予備酸化を実施してもよく、一方で別のステーションを使用して、金属ドープ炭素含有材料の選択的エッチングが実施される。開示された実施形態は、真空を破壊することなく実施されてもよく、同じ装置で実施されてもよい。
【0093】
図１５は、真空搬送モジュール（ＶＴＭ）１５３８と結合する様々なモジュールを備えた半導体プロセスクラスタアーキテクチャを示す。複数の保管設備および処理モジュールの間でウエハを「搬送」するための搬送モジュールの配置は、「クラスタツールアーキテクチャ」システムと呼ばれる場合がある。また、ロードロックまたは搬送モジュールとしても知られている、エアロックモジュール１５３０は、４つの処理モジュール１５２０ａ～１５２０ｄを備えるＶＴＭ１５３８に示され、これらのモジュールは、様々な製造プロセスを実施するために個別に最適化されてもよい。例として、処理モジュール１５２０ａ～１６２０ｄは、基板エッチング、堆積、イオン注入、ウエハ洗浄、スパッタリング、および／または他の半導体プロセスを実施するように実行されてもよい。基板エッチング処理モジュールの１つまたは複数（１５２０ａ～１６２０ｄのいずれか）は、本明細書に開示されるように、すなわち、重合保護層の堆積、ビアおよび／またはトレンチを形成するためのエッチング、ならびに開示された実施形態に従った他の適切な機能を実施するために実行されてもよい。エアロックモジュール１５３０およびプロセスモジュール１５２０は、「ステーション」と呼ばれる場合がある。各ステーションは、ステーションをＶＴＭ１５３８に結合するファセット１５３６を有する。各ファセットの内部において、ウエハ１５２６がそれぞれのステーション間を移動するとき、ウエハ１５２６の通過を検出するためにセンサ１～１８が使用される。
【0094】
ロボット１５２２は、ステーション間でウエハ１５２６を搬送する。一実施形態では、ロボット１５２２は、１つのアームを有し、別の実施形態では、ロボット１５２２は、２つのアームを有し、各アームが、移送のためにウエハ１５２６のようなウエハを拾い上げるエンドエフェクタ１５２４を有する。大気搬送モジュール（ＡＴＭ）１５４０内のフロントエンドロボット１５３２は、ロードポートモジュール（ＬＰＭ）１５４２内のカセットまたはフロントオープニングユニファイドポッド（ＦＯＵＰ）１５３４からエアロックモジュール１５３０にウエハ１５２６を搬送するために使用される。プロセスモジュール１５２０内部のモジュールセンター１５２８は、ウエハ１５２６を配置するための１つの場所である。ＡＴＭ１５４０内のアライナ１５４４は、ウエハを整列するために使用される。
【0095】
例示的な処理方法では、ウエハは、ＬＰＭ１５４２内のＦＯＵＰｓ１５３４の１つに配置される。フロントエンドロボット１５３２は、ウエハをＦＯＵＰ１５３４からアライナ１５４４に搬送することにより、ウエハ１５２６がエッチングまたは処理される前に、ウエハ１５２６を適切に中央に配置可能である。ウエハ１５２６は、整列した後、フロントエンドロボット１５３２によってエアロックモジュール１５３０に移動する。エアロックモジュールは、ＡＴＭとＶＴＭとの間の環境を一致させる機能を有しているので、ウエハ１５２６は、損傷を受けることなく２つの圧力環境間を移動可能である。エアロックモジュール１５３０から、ウエハ１５２６は、ロボット１５２２によってＶＴＭ１５３８を通って、プロセスモジュール１５２０ａ～１５２０ｄの１つに移動する。このウエハの移動を達成するために、ロボット１５２２は、そのアームの各々にエンドエフェクタ１５２４を使用する。ウエハ１５２６が処理されると、ロボット１５２２によってプロセスモジュール１５２０ａ～１６２０ｄからエアロックモジュール１５３０に移動する。ここから、ウエハ１５２６は、フロントエンドロボット１５３２によって、ＦＯＵＰｓ１５３４の１つに移動するか、もしくはアライナ１５４４に移動してもよい。
【0096】
ウエハの移動を制御するコンピュータは、クラスタアーキテクチャにローカルであり得るか、もしくは生産フロアのクラスタアーキテクチャの外部に配置可能であるか、もしくは遠隔地において、かつネットワークを介してクラスタアーキテクチャに接続可能である。図１４に関して上述したようなコントローラは、図１５におけるツールで実行されてもよい。
結論
結論
【0097】
前述の実施形態は、理解を明確にする目的で、ある程度詳細に説明してきたが、添付の特許請求の範囲内で特定の変更および修正が実施可能であることは明らかであろう。尚、本実施形態のプロセス、システム、および装置を実装する多くの代替方法が存在することに留意されたい。したがって、本実施形態は、例示的なものであって制限的なものではないと見なされるべきで、本実施形態は、本明細書にて与えられた詳細に限定されるものではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【国際調査報告】