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特表2024-540802ピッチラインをパターニングするための構造および方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】2024-11-06

(54)【発明の名称】ピッチラインをパターニングするための構造および方法

(51)【国際特許分類】

H01L 21/3065 20060101AFI20241029BHJP

【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 2024516587

(86)(22)【出願日】2022-10-11

(85)【翻訳文提出日】2024-03-14

(86)【国際出願番号】 EP2022078303

(87)【国際公開番号】W WO2023072588

(87)【国際公開日】2023-05-04

(31)【優先権主張番号】17/453,010

(32)【優先日】2021-11-01

(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】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】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＢＵＳＩＮＥＳＳＭＡＣＨＩＮＥＳＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

【住所又は居所原語表記】ＮｅｗＯｒｃｈａｒｄＲｏａｄ，Ａｒｍｏｎｋ，ＮｅｗＹｏｒｋ１０５０４，ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐種一

(74)【代理人】

【識別番号】100120710

【弁理士】

【氏名又は名称】片岡忠彦

(74)【復代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】パク、チャンロ

(72)【発明者】

【氏名】リウ、チ－チュン

(72)【発明者】

【氏名】ジーグ、スチュワート

(72)【発明者】

【氏名】ミニョット、ヤン

(72)【発明者】

【氏名】本山幸一

(72)【発明者】

【氏名】チェン、シュエ－チュン

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004AA09

5F004DB08

5F004EA03

5F004EA05

5F004EA27

5F004EB02

(57)【要約】

ピッチラインをパターニングするための構造および方法
半導体製造の方法が以下の段階を備える。多層ハードマスクの最上層として複数の第１のマンドレルを形成する段階、および複数の第１のマンドレルのそれぞれを囲むように第１のスペーサを形成する段階。複数の第１のマンドレルを除去する段階、および第１のスペーサをカットして複数の第２のマンドレルを形成する段階。複数の第２のマンドレルのそれぞれを囲むように第２のスペーサを形成する段階、および複数の第３のマンドレルを含む第１の自己整合パターンを形成する段階。複数の第２のマンドレルおよび第２のスペーサを除去する段階、および多層ハードマスクをエッチングして第１の自己整合パターンを多層ハードマスクの下層に転写する段階。第２の自己整合パターンを形成する段階、ここで第２の自己整合パターンが第１の自己整合パターンと混在している、および第１の自己整合パターンおよび第２の自己整合パターンを導電性金属層にエッチングする段階。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の導電性金属マンドレル、ここで前記複数の導電性金属マンドレルが１５ｎｍ未満のピッチを有し、前記複数の導電性金属マンドレルには一定幅を有する複数のマンドレルおよび変動幅を有する複数のマンドレルが含まれる
を備える半導体デバイス。

【請求項2】

変動幅を有する前記複数のマンドレルの各マンドレルが、第１の幅を有する第１の部分、および第２の幅を有する第２の部分を有しており、前記第１の幅および前記第２の幅が異なり、前記第１の部分を前記第２の部分に隣接して横方向または縦方向に配置することが可能である、請求項１に記載の半導体デバイス。

【請求項3】

前記第２の幅が前記第１の幅の２倍の大きさである、請求項２に記載の半導体デバイス。

【請求項4】

前記第２の幅が前記第１の幅の２倍～５倍の大きさの範囲内にある、請求項２に記載の半導体デバイス。

【請求項5】

複数の導電性金属マンドレルを形成する段階、ここで前記複数の導電性金属マンドレルが１５ｎｍ未満のピッチを有し、前記複数の導電性金属マンドレルには一定幅を有する複数のマンドレルおよび変動幅を有する複数のマンドレルが含まれる
を備える方法。

【請求項6】

変動幅を有する前記複数のマンドレルの各マンドレルが、第１の幅を有する第１の部分、および第２の幅を有する第２の部分を有し、前記第１の幅および前記第２の幅が異なり、前記第１の部分を前記第２の部分に隣接して横方向または縦方向に配置することが可能である、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第２の幅が前記第１の幅の２倍の大きさである、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第２の幅が前記第１の幅の２倍～５倍の大きさの範囲内にある、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

導電性金属層の上に多層ハードマスクを形成する段階；
前記多層ハードマスクの最上層として複数の第１のマンドレルを形成する段階；
前記複数の第１のマンドレルのそれぞれを囲むように第１のスペーサを形成する段階；
前記複数の第１のマンドレルを除去する段階；
前記複数の第１のマンドレルのそれぞれを囲むように配置された前記第１のスペーサをカットして、複数の第２のマンドレルを形成する段階；
前記複数の第２のマンドレルのそれぞれを囲むように第２のスペーサを形成する段階；
複数の第３のマンドレルを含む第１の自己整合パターンを形成する段階、ここで前記第１の自己整合パターンには一定幅を有する複数の第３のマンドレルおよび変動幅を有する複数の第３のマンドレルが含まれる；
前記複数の第２のマンドレルおよび前記第２のスペーサを除去する段階；
前記多層ハードマスクをエッチングして前記第１の自己整合パターンを前記多層ハードマスクの下層に転写する段階；
第２の自己整合パターンを形成する段階、ここで前記第２の自己整合パターンが前記第１の自己整合パターンと混在している；および
前記第１の自己整合パターンおよび前記第２の自己整合パターンを前記導電性金属層にエッチングする段階
を備える、請求項５に記載の方法。

【請求項10】

変動幅を有する前記複数の第３のマンドレルの各第３のマンドレルが、第１の幅を有する第１の部分、および第２の幅を有する第２の部分を有し、前記第１の幅および前記第２の幅が異なり、前記第１の部分を前記第２の部分に隣接して横方向または縦方向に配置することが可能である、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記第２の幅が前記第１の幅の２倍の大きさである、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第２の幅が前記第１の幅の２倍～５倍の大きさの範囲内にある、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記多層ハードマスクをエッチングして前記第１の自己整合パターンを前記多層ハードマスクの下層に転写する前記段階により、前記第１の自己整合パターンのパターンで前記下層に形成されるべき複数の第４のマンドレルの形成が引き起こされる、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

前記複数の第４のマンドレルを囲むように第３のスペーサを形成する段階
をさらに備える、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第２の自己整合パターンを形成する前記段階が、
前記第３のスペーサに隣接して複数の第５のマンドレルを形成する段階、ここで前記複数の第５のマンドレルが前記複数の第４のマンドレルと混在しており、前記複数の第５のマンドレルには一定幅を有する複数の第５のマンドレルおよび変動幅を有する複数の第５のマンドレルが含まれる
を有する、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

変動幅を有する前記複数の第５のマンドレルの各第５のマンドレルが、第１の幅を有する第１の部分、および第２の幅を有する第２の部分を有し、前記第１の幅および前記第２の幅が異なる、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記第２の幅が前記第１の幅の２倍の大きさである、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記第２の幅が前記第１の幅の２倍～５倍の大きさの範囲内にある、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記第３のスペーサを除去する段階
をさらに備える、請求項１６に記載の方法。

【請求項20】

前記第１の自己整合パターンおよび前記第２の自己整合パターンを前記導電性金属層にエッチングすることにより、複数の導電性マンドレルの形成が生じ、前記複数の導電性マンドレルが１５ｎｍ未満のピッチを有する、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は概してピッチラインの分野に関するものであり、より詳細には３０ｎｍに等しいまたはこれより狭いピッチを有するピッチラインの形成に関するものである。

【背景技術】

【0002】

サブ１５ｎｍピッチの配線形成工程（ＢＥＯＬ）における自己整合リソ・エッチ・リソ・エッチ（ＳＡＬＥＬＥ）では、まだ利用できないサブ３０ｎｍピッチの確実なマンドレルパターニングプロセスが必要である。ＢＥＯＬピッチが１３ｎｍ未満になると、ＳＡＬＥＬＥが非常に難しくなる。縮尺が小さくなるとマンドレルに発生する欠陥の数が増える、したがって３０ｎｍに等しいまたはこれより狭いピッチのマンドレルを確実に提供することは、まだ実現されていない。

【発明の概要】

【0003】

さらなる態様および／または利点が、一部は以下の説明に記載され、一部はその説明から明らかになり、または本発明を実施することで分かる可能性がある。

【0004】

半導体デバイスが複数の導電性金属マンドレルを備え、これらのマンドレルが１５ｎｍ未満のピッチを有し、この複数の導電性マンドレルには一定幅を有する複数のマンドレルおよび変動幅を有する複数のマンドレルが含まれる。

【0005】

方法が複数の導電性金属マンドレルを形成する段階を備え、これらのマンドレルが１５ｎｍ未満のピッチを有し、この複数の導電性マンドレルには一定幅を有する複数のマンドレルおよび変動幅を有する複数のマンドレルが含まれる。

【0006】

半導体製造の方法が以下の段階を備える。導電性金属層の上に多層ハードマスクを形成する段階。多層ハードマスクの最上層として複数の第１のマンドレルを形成する段階、および複数の第１のマンドレルのそれぞれを囲むように第１のスペーサを形成する段階。複数の第１のマンドレルを除去する段階、および複数の第１のマンドレルのそれぞれを囲むように配置された第１のスペーサをカットして、複数の第２のマンドレルを形成する段階。複数の第２のマンドレルのそれぞれを囲むように第２のスペーサを形成する段階、および複数の第３のマンドレルを含む第１の自己整合パターンを形成する段階、ここで第１の自己整合パターンには一定幅を有する複数の第３のマンドレルおよび変動幅を有する複数の第３のマンドレルが含まれる。複数の第２のマンドレルおよび第２のスペーサを除去する段階、および多層ハードマスクをエッチングして第１の自己整合パターンを多層ハードマスクの下層に転写する段階。第２の自己整合パターンを形成する段階、ここで第２の自己整合パターンが第１の自己整合パターンと混在している、および第１の自己整合パターンおよび第２の自己整合パターンを導電性金属層にエッチングする段階。

【図面の簡単な説明】

【0007】

本発明の特定の例示的な実施形態の上記および他の態様、特徴、および利点は、添付図面と併せて以下の説明からより明らかになるであろう。

【0008】

【図1】本発明の一実施形態による、多層デバイスの上面図を示した図である。

【0009】

【図2】本発明の本実施形態による、多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0010】

【図3】本発明の一実施形態による、第１のマンドレルを囲むようにスペーサを形成した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0011】

【図4】本発明の本実施形態による、第１のマンドレルを囲むようにスペーサを形成した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0012】

【図5】本発明の一実施形態による、第１のマンドレルを除去した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0013】

【図6】本発明の本実施形態による、第１のマンドレルを除去した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0014】

【図7】本発明の一実施形態による、スペーサの一部を除去した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0015】

【図8】本発明の本実施形態による、スペーサの一部を除去した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0016】

【図9】本発明の一実施形態による、第２のスペーサを形成した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0017】

【図10】本発明の本実施形態による、スペーサを形成した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0018】

【図11】本発明の一実施形態による、第１のパターンを形成した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0019】

【図12】本発明の本実施形態による、第１のパターンを形成した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0020】

【図13】本発明の一実施形態による、第２のマンドレルおよび第２のスペーサを除去した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0021】

【図14】本発明の本実施形態による、第２のマンドレルおよび第２のスペーサを除去した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0022】

【図15】本発明の一実施形態による、第１のパターンを第４の層に転写した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0023】

【図16】本発明の本実施形態による、第１のパターンを第４の層に転写した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0024】

【図17】本発明の一実施形態による、第３のスペーサを形成した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0025】

【図18】本発明の本実施形態による、第３のスペーサを形成した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0026】

【図19】本発明の一実施形態による、第２のパターンを形成した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0027】

【図20】本発明の本実施形態による、第２のパターンを形成した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0028】

【図21】本発明の一実施形態による、第３のスペーサを除去した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0029】

【図22】本発明の本実施形態による、第３のスペーサを除去した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【0030】

【図23】本発明の一実施形態による、パターンを第１の層に転写した後の多層デバイスの上面図を示した図である。

【0031】

【図24】本発明の本実施形態による、パターンを第１の層に転写した後の多層デバイスの断面Ａを示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

添付図面を参照した以下の説明は、特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定められる本発明の例示的な実施形態の包括的な理解に役立つように提供されている。その理解に役立つ様々な具体的な詳細が説明に含まれているが、これらは単なる例示と見なされるべきである。したがって、当業者は、本明細書に記載された実施形態の様々な改良および変更が本発明の範囲から逸脱することなく行われ得ると認識するであろう。さらに、明確かつ簡潔にするために、よく知られている機能および構成物の説明は省略されることがある。

【0033】

以下の説明および特許請求の範囲に用いられている用語および表現は、文献的な意味に限定されるものではなく、単に本発明の明確かつ矛盾のない理解を可能にするために用いられているに過ぎない。したがって、本発明の例示的な実施形態についての以下の説明は例示を目的として提供されているに過ぎず、添付した特許請求の範囲およびそれらの均等物によって定められる本発明の限定を目的としているわけではないことが当業者には明らかなはずである。

【0034】

単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈からそうでないことが明らかでない限り、複数の指示物を含むものと理解されている。したがって、例えば「ある構成要素表面」への言及には、文脈からそうでないことが明らかでない限り、複数のそのような表面のうちの１つまたは複数への言及が含まれている。

【0035】

特許請求された構造および方法の詳細な実施形態が本明細書に開示されている。しかしながら、開示された実施形態は、様々な形態で具現化が可能な特許請求された構造および方法の単なる例示に過ぎないことが分かる。しかしながら、本発明は、多くの異なる形式で具現化されてよく、本明細書に記載された例示的な実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの例示的な実施形態は、本開示が詳細かつ完全になり、本開示によって本発明の範囲が当業者に十分に伝わるように提供されている。本説明では、本実施形態を不必要に曖昧にすることを回避するために、よく知られている特徴および技法の詳細を省略することがある。

【0036】

本明細書における「１つの実施形態（ｏｎｅｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「一実施形態（ａｎｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」、「例示的な実施形態（ａｎｅｘａｍｐｌｅｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」などへの言及が示しているのは、記載された実施形態に特定の特徴、構造、または特性が含まれる場合があるが、全ての実施形態にその特定の特徴、構造、または特性が含まれていなくてもよいということである。さらに、そのような語句は、必ずしも同じ実施形態を指しているとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性が一実施形態に関連して記載されている場合、明示的に記載されているかどうかに関係なく、他の実施形態に関連してそのような特徴、構造、または特性に影響を及ぼすことは当業者の知識の範囲内であると考えられる。

【0037】

説明を目的として以下では、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「右側（ｒｉｇｈｔ）」、「左側（ｌｅｆｔ）」、「縦方向（ｖｅｒｔｉｃａｌ）」、「横方向（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）」、「最上部（ｔｏｐ）」、「最下部（ｂｏｔｔｏｍ）」という用語およびその派生語が、描かれている図に方向付けられている通り、開示された構造および方法に関するものとする。「上を覆う（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）」、「上に（ａｔｏｐ）」、「上に（ｏｎｔｏｐ）」、「上に配置（ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄｏｎ）」、または「上に配置（ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｄａｔｏｐ）」という用語は、第１の構造体などの第１の要素が、第２の構造体などの第２の要素上に存在していることを意味しており、境界構造体などの介在要素が第１の要素および第２の要素の間に存在してもよい。「直接的接触」という用語は、第１の構造体などの第１の要素および第２の構造体などの第２の要素が、２つの要素の境界面にいかなる中間的な導電層、絶縁層、または半導体層もなく接続されていることを意味している。

【0038】

本発明の実施形態の説明を曖昧にしないために、以下の詳細な説明では、当技術分野で知られているいくつかの処理段階またはオペレーションは、説明および例示を目的として一緒に組み合わされていることがあり、場合によっては詳細に説明されていないことがある。他の例では、当技術分野で知られているいくつかの処理段階またはオペレーションが、全く説明されていないことがある。以下の説明では、むしろ、本発明の様々な実施形態の独特の特徴または要素に重点を置いていることを理解されたい。

【0039】

本発明の様々な実施形態が、関連する図面を参照して本明細書に記載されている。本発明の範囲から逸脱することなく、代替実施形態の考案が可能である。以下の説明および図面では、様々な接続および位置関係（例えば、上に、下に、隣接してなど）が要素間に記載されていることに留意されたい。これらの接続および／または位置関係は、特に明記しない限り直接的でも間接的でもよく、本発明はこれに関して限定しようという意図はない。したがって、エンティティの結合は直接的結合または間接的結合のいずれかを指すことができ、エンティティ間の位置関係は直接的位置関係または間接的位置関係とすることができる。間接的位置関係の一例として、層「Ａ」を層「Ｂ」の上に形成することへの本明細書での言及には、層「Ａ」および層「Ｂ」の該当する特性および機能が中間的な層によって実質的に変更されない限り、１つまたは複数の中間的な層（例えば、層「Ｃ」）が層「Ａ」および層「Ｂ」の間にある状況が含まれている。

【0040】

以下の定義および略語は、特許請求の範囲および本明細書の解釈に用いられることになる。本明細書で用いられる場合、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ）」、または「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」という用語またはそのあらゆる他の変化形は、非排他的包含に適用されることが意図されている。例えば、要素リストを含む構成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置が、必ずしもそれらの要素のみに限定されることはなく、明確に列挙されているわけでも、そのような構成物、混合物、プロセス、方法、物品、または装置に固有でもない他の要素を含むことができる。

【0041】

さらに、「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という用語は、本明細書において「例、実例、または例証としての役目を果たすこと」を意味するのに用いられている。本明細書で「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」と説明された実施形態または設計例はいずれも、必ずしも他の実施形態または設計例よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。「少なくとも１つ（ａｔｌｅａｓｔｏｎｅ）」および「１つまたは複数（ｏｎｅｏｒｍｏｒｅ）」という用語は、１より大きいまたは１に等しい任意の整数、すなわち１、２、３、４などを含むと理解することが可能である。「複数（ａｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」という用語は、２より大きいまたは２に等しい任意の整数、すなわち２、３、４、５などを含むと理解することが可能である。「接続（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）」という用語には、間接的「接続」および直接的「接続」が両方とも含まれてよい。

【0042】

本明細書で用いられる場合、本発明で利用される材料、構成要素、または反応物の量を調節する「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、例えば、濃度または溶液を作るのに用いられる典型的な測定手順および液体処理手順によって生じ得る数量の変動を指す。さらに、測定手順の不注意な誤り、構成物を作るためにまたは方法を実行するために利用される材料の製造、原料、または純度の違いなどからも変動が生じ得る。「約（ａｂｏｕｔ）」または「実質的（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」という用語は、本願出願時に利用可能な装置に基づいて、特定の量の測定に関連する誤差の程度を含むことが意図されている。例えば、約には、所与の値の±８％または５％または２％の範囲を含むことがある。別の態様では、「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、報告された数値の５％以内を意味する。別の態様では、「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、報告された数値の１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、または１％以内を意味する。

【0043】

集積回路（ＩＣ）にパッケージ化されるマイクロチップを形成するのに用いられる様々なプロセスは、４つの一般的な種類、すなわち、膜堆積、除去／エッチング、半導体ドーピング、およびパターニング／リソグラフィに分類される。堆積とは、ウェーハ上に材料を成長させる、コーティングする、またはその他の方法で転写する任意のプロセスである。利用可能な技術としては、とりわけ、物理気相堆積法（ＰＶＤ）、化学気相堆積法（ＣＶＤ）、電気化学堆積法（ＥＣＤ）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）、および最近では原子層堆積法（ＡＬＤ）が挙げられる。除去／エッチングとは、ウェーハから材料を除去する任意のプロセスである。例としては、エッチングプロセス（湿式または乾式）、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、および化学機械平坦化（ＣＭＰ）などが挙げられる。半導体ドーピングとは、一般には拡散および／またはイオン注入により、例えば、トランジスタのソースおよびドレインをドーピングすることによる電気特性の調節である。これらのドーピングプロセスに続いて、炉アニーリングまたは急速熱アニーリング（ＲＴＡ）が行われる。アニーリングは、注入ドーパントの活性化に役立つ。導体（例えば、アルミニウム、銅など）および絶縁体（例えば、様々な形態の二酸化シリコン、窒化シリコンなど）の両方の膜が、電気コンポーネントの接続および分離に用いられる。半導体基板の様々な領域を選択的にドーピングすると、電圧の印加によって基板の導電率を変化させることが可能になる。

【0044】

次に、本発明の実施形態について詳細に言及する。その例が添付図面に示されており、ここでは、一貫して同様の参照番号が同様の要素を指している。自己整合ダブルパターニング（ＳＡＤＰ）とは、ダブルパターニングの一形態である。これは、ピッチ分割ダブルパターニング、スペーサまたは側壁を利用したダブルパターニングと呼ばれることがある。ＳＡＤＰプロセスは、１回のリソグラフィ工程、および、追加の堆積およびエッチングの工程を用いて、スペーサ状のフィーチャを画定する。ＳＡＤＰプロセスでは、最初の工程で基板上にマンドレルを形成し、次いでそのパターンを堆積層で覆う。次いで堆積層をエッチングすると、今度はスペーサが形成される。ＳＡＤＰでは、金属フィーチャの代わりにスペーサを用いて金属間誘電体を直接的にパターニングする場合、密集したパッチにおいてカット／ブロックのマスクの数を減らすか、または削除することもできる。その理由は、コア／マンドレルフィーチャのカット／ブロックの位置がすでに最初のマスクにパターニングされているからである。さらなるパターニング後には、スペーサ間の間隙から現れる副次的なフィーチャがある。副次的なフィーチャおよびスペーサの間のエッジは、隣接したコアフィーチャと自己整合される。

【0045】

ＢＥＯＬピッチが１３ｎｍ未満になると、自己整合リソ・エッチ・リソ・エッチ（ＳＡＬＥＬＥ）が非常に難しくなる。縮尺が小さくなるとマンドレルに発生する欠陥の数が増え、したがって３０ｎｍに等しいまたはこれより狭いピッチのマンドレルを確実に提供することは、まだ実現されていない。

【0046】

本発明では、ＳＡＤＰ－ＳＡＬＥでマンドレルを形成することにより、サブ１５ｎｍピッチＢＥＯＬのＳＡＬＥＬＥをもたらす方法を提供する。本発明は、サブ３０ｎｍピッチのマンドレルパターニングを必要とすることなく、ＳＡＬＥＬＥでサブ８ｎｍラインをパターニングする構造および方法を提供する。本発明では、サブ１５ｎｍのＳＡＬＥＬＥ向けの中間的なプロセスとしてＳＡＤＰ工程を利用する。中間的なＳＡＤＰパターンは、ＳＡＬＥＬＥの実行を可能にする第１のリソ・エッチ（ＬＥ）後に除去される。本発明では、ＳＡＤＰプロセスの厳格な限界寸法（ＣＤ）制御およびＳＡＬＥＬＥの設計柔軟性を利用している。本発明では、複数のカット工程を必要とするＳＡＱＰに比べて、必要なＥＵＶ工程が少なくなる。

【0047】

自己整合リソ・エッチ（ＳＡＬＥ）プロセスを行う方法が、犠牲的なＳＡＤＰパターンに沿って自己整合方式で第１のライン一式を形成する段階、および前記第１のライン一式に沿って自己整合方式で第２のライン一式を形成する段階を備える。別の実施形態では、ＳＡＤＰで第１のライン一式を形成し、前記第１のライン一式に沿って自己整合方式で第２のライン一式を形成する。

【0048】

図１は、本発明の一実施形態による、多層デバイス１００の上面図を示している。図２は、本発明の本実施形態による、多層デバイス１００の断面Ａを示している。多層デバイス１００は、第１の層１０５およびハードマスク１０７を含む。第１の層１０５は、例えば、Ｒｕ、Ｃｕ、または別の導電性金属で構成されてよい。ハードマスク１０７は、ハードマスク１０７が第２の層１１０、第３の層１１５、第４の層１２０、第５の層１２５、複数の第１のマンドレル１３０を含むように複数の層で構成されている。第２の層１１０は、例えば、ＴｉＮで構成されてよい。第３の層１１５は、例えば、非晶質Ｓｉで構成されてよい。第４の層１２０は、例えば、ＳｉＮで構成されてよい。第５の層１２５は、例えば、非晶質Ｓｉで構成されてよい。複数の第１のマンドレル１３０は、例えば、ＳｉＮで構成されてよい。複数の第１のマンドレル１３０は、４×Ｐのピッチ（すなわち、ある第１のマンドレルの左側から、その隣接した第１のマンドレルの左側までの距離）を有する。ここで、Ｐはこのデバイスの最終設計に対する所望のピッチである。複数の第１のマンドレル１３０のそれぞれは、１．５×Ｐの幅を有する。多層ハードマスク１０７を利用することで、この設計を第１の層１０５に転写する前にハードマスク１０７に徐々に形成することが可能になる。

【0049】

図３は、本発明の一実施形態による、第１のマンドレル１３０を囲むように第１のスペーサ１３５を形成した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図４は、本発明の本実施形態による、第１のマンドレル１３０を囲むように第１のスペーサ１３５を形成した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。第５の層１２５の最上面および第１のマンドレル１３０の露出面に、第１のスペーサ１３５が形成される。第１のスペーサ１３５は、第１のスペーサ１３５が複数の第１のマンドレル１３０の側壁に配置されるようにエッチバックされる。第１のスペーサ１３５は、例えば、ＴｉＮで構成されてよい。

【0050】

図５は、本発明の一実施形態による、第１のマンドレル１３０を除去した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図６は、本発明の本実施形態による、第１のマンドレル１３０を除去した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。第１のマンドレル１３０は、第１のスペーサ１３５を除去することなく除去される。複数の第１のマンドレル１３０を除去することで生じたトレンチが、複数の第１のマンドレル１３０の位置に形成される。

【0051】

図７は、本発明の一実施形態による、第１のスペーサ１３５の一部を除去した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図８は、本発明の本実施形態による、第１のスペーサ１３５の一部を除去した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。第１のスペーサ１３５は、複数の第１のマンドレル１３０のそれぞれを囲むように、１つの連続した要素として形成される。第１のスペーサ１３５のそれぞれがただ１つの要素ではなくなるように、第１のスペーサ１３５のそれぞれの一部が除去されてよい。図５に示すように、第１のスペーサ１３５の各端部が、破線ボックス１３６で示すように除去されて、複数の第２のマンドレル１４０の形成が生じる。複数の第２のマンドレル１４０の数は、複数の第１のマンドレル１３０の数の２倍になる。

【0052】

図９は、本発明の一実施形態による、第２のスペーサ１４５を形成した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図１０は、本発明の本実施形態による、スペーサ１４５を形成した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。第５の層１２５の最上面および複数の第２のマンドレル１４０のそれぞれの露出面に、第２のスペーサ１４５が形成される。第２のスペーサ１４５は、第２のスペーサ１４５が複数の第２のマンドレル１４０のそれぞれの側壁のみに配置されるようにエッチバックされる。第２のスペーサ１４５は、例えば、ＴｉＯ_ｘで構成されてよい。第１のスペーサ／第２のマンドレル１３５、１４０に用いる材料は、第２のスペーサ１４５に用いる材料と異なる必要がある。

【0053】

図１１は、本発明の一実施形態による、第１のパターンを形成した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図１２は、本発明の本実施形態による、第１のパターンを形成した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。ある材料を堆積し、その材料を所望のパターンになるまでエッチバックすることで、第５の層１２５の上に第３のマンドレル１５０の第１のパターンが形成されて、第２のスペーサ１４５を囲むように配置される。第３のマンドレル１５０は、例えば、ＳＯＧで構成されてよい。第３のマンドレル１５０は、設計柔軟性を可能にする様々な設計構成を有してよい。例えば、第３のマンドレル１５０は（破線ボックス１５０Ａで示すように）一定幅の直線状マンドレルとすることができ、第３のマンドレル１５０は（破線ボックス１５０Ｂで示すように）第３のマンドレルの別々の部分で幅が変化するマンドレルとすることもできる。変動幅を有する第３のマンドレル１５０は、第１の幅Ｗ_１を有する第１の部分、および幅Ｗ_２を有する第２の部分を有してよく、ここでＷ_２はＷ_１より大きい。例えば、Ｗ_２はＷ_１の２倍の大きさとしてよい。Ｗ_２は、Ｗ_１の約２倍～約５倍の大きさの範囲内とすることができる。

【0054】

図１３は、本発明の一実施形態による、第２のマンドレル１４０および第２のスペーサ１４５を除去した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図１４は、本発明の本実施形態による、第２のマンドレル１４０および第２のスペーサ１４５を除去した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。第２のマンドレル１４０および第２のスペーサ１４５は除去され、第３のマンドレル１５０は第５の層１２５の上に位置したままである。

【0055】

図１５は、本発明の一実施形態による、第１のパターンを第４の層１２０に転写した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図１６は、本発明の本実施形態による、第１のパターンを第４の層１２０に転写した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。第３のマンドレル１５０のパターンが、そのパターンを転写するために第５の層１２５および第４の層１２０をそれぞれエッチングすることで、第４の層１２０に転写される。第４の層１２０におけるパターンが第４のマンドレル１５５を形成する。ここで、第４のマンドレル１５５のパターンは第３のマンドレル１５０のパターンと合致する。

【0056】

図１７は、本発明の一実施形態による、第３のスペーサ１６０を形成した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図１８は、本発明の本実施形態による、第３のスペーサ１６０を形成した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。第３の層１１５の最上面および第４のマンドレル１５５の露出面に、第３のスペーサ１６０が形成される。第３のスペーサ１６０は、第３のスペーサ１６０が第４のマンドレル１５５の側壁に配置されるようにエッチバックされる。第３のスペーサ１６０は、例えば、ＴｉＮで構成されてよい。

【0057】

図１９は、本発明の一実施形態による、第２のパターンを形成した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図２０は、本発明の本実施形態による、第２のパターンを形成した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。ある材料を堆積し、その材料を所望のパターンになるまでエッチバックすることで、第３の層１１５の上に第５のマンドレル１６５の第２のパターンが形成されて、第３のスペーサ１６０を囲むように配置される。第５のマンドレル１６５の第２のパターンは、第４のマンドレル１５５のパターンに隣接して、またはこれと混在して形成されてよい。第５のマンドレル１６５は、例えば、ＳＯＧで構成されてよい。第５のマンドレル１６５は、設計柔軟性を可能にする様々な設計構成を有してよい。例えば、第５のマンドレル１６５は一定幅の直線状マンドレル（不図示）とすることができ、第５のマンドレル１６５は（破線ボックス１６５Ａで示すように）第５のマンドレルの別々の部分で幅が変化するマンドレルとすることができる。変動幅を有する第５のマンドレル１６５は、第１の幅Ｗ_３を有する第１の部分、および幅Ｗ_４を有する第２の部分を有してよく、ここでＷ_４はＷ_３より大きい。例えば、Ｗ_４はＷ_３の２倍の大きさとしてよい。Ｗ_４は、Ｗ_３の約２倍～約５倍の大きさの範囲内とすることができる。第５のマンドレル１６５および第４のマンドレル１５５の組み合わせパターンが、第１の層１０５に転写される最終設計の最終設計パターンになる。

【0058】

図２１は、本発明の一実施形態による、第３のスペーサ１６０を除去した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図２２は、本発明の本実施形態による、第３のスペーサ１６０を除去した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。第３のスペーサ１６０は除去され、第４のマンドレル１５５および第５のマンドレル１６５は残っている。第３のスペーサ１６０を除去することで、第５のマンドレル１６５および第４のマンドレル１５５の間に間隔を形成することが可能になる。

【0059】

図２３は、本発明の一実施形態による、パターンを第１の層１０５に転写した後の多層デバイス１００の上面図を示している。図２４は、本発明の本実施形態による、パターンを第１の層１０５に転写した後の多層デバイス１００の断面Ａを示している。第４のマンドレル１５５のパターンおよび第５のマンドレル１６５のパターンが、そのパターンを転写するために第３の層１１５、第２の層１１０、および第１の層１０５をそれぞれエッチングすることで、第１の層１０５に転写される。第１の層１０５におけるパターンが第６のマンドレル１７０を形成する。ここで、第６のマンドレル１７０のパターンは第４のマンドレル１５５および第５のマンドレル１６５と合致する。例えば、第６のマンドレル１７０は（破線ボックス１７０Ａで示すように）一定幅の直線状マンドレルとすることができ、第６のマンドレル１７０は（破線ボックス１７０Ｂおよび１７０Ｃで示すように）第６のマンドレル１７０の別々の部分で幅が変化するマンドレルとすることもできる。破線ボックス１７０Ｂに位置する第６のマンドレル１７０は、第３のマンドレル１５０の設計に対応する。破線ボックス１７０Ｃに位置する第６のマンドレル１７０は、第５のマンドレル１６５の設計に対応する。第６のマンドレル１７０の全体としてのパターンは、第３のマンドレル１５０および第５のマンドレル１６５の組み合わせパターンである。提案する本発明により、１５ｎｍ未満のピッチを有する第６のマンドレル１７０の形成が可能になる。

【0060】

本発明がその特定の例示的な実施形態を参照して示され且つ説明されてきたが、添付した特許請求の範囲およびその均等物により定められた本発明の範囲から逸脱することなく、形態と細部の様々な改良が行われ得ることが当業者によって理解されるであろう。

【0061】

本発明の様々な実施形態の説明は、例示を目的として提示されているが、この説明は網羅的であることも、または開示された実施形態に限定されることも意図してはいない。当業者には、説明された実施形態の範囲から逸脱していない多くの変更および変形が明らかとなるであろう。本明細書で用いる用語は、１つまたは複数の実施形態の原理、実際の適用、または市場で見られる技術に勝る技術的改善を最適に説明するために、または他の当業者が本明細書に開示された実施形態を理解できるようにするために選択されたものである。

【図1】