JP2000305273A

JP2000305273A - 遠紫外線ドライフォトリソグラフィー

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Publication number: JP2000305273A
Application number: JP33002299A
Authority: JP
Inventors: Sugiaato Diane; スギアートダイアン; Mui David; ムイデイヴィッド
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【解決手段】有機シランプラズマ重合体のドライフォ
トリソグラフィープロセス。トリメチルシランやその他
の有機シラン前駆体により、密度の高い遠紫外線フォト
レジスト層を形成すること、また上記フォトレジスト層
のコントラストは、現像プラズマの酸素含有率により選
択されること、さらにまた上記トリメチルシランのプラ
ズマ重合体層は、フォトリソグラフィーの露光の前後に
おいて、空気中で安定であることを特徴とする遠紫外線
ドライフォトリソグラフィープロセス。【効果】良好なエッジ出し性と、ライン間隔０．１３ミ
クロン以下に画する場合に高いコントラストを備えたド
ライフォトリソグラフィープロセスの実現。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フォトリソグラフ
ィーによる半導体処理技術に関し、更に具体的には、フ
ォトレジスト膜を堆積し現像するための方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】フォトリソグラフィー技術を用いていろ
いろな層にパターニングを施す工程は、今日では集積回
路や電子デバイスの形成において共通の工程である。様
々なフォトリソグラフィーの技術が開発されてきた。通
常のフォトリソグラフィープロセスの多くでは、スピン
オンレジスト層が用いられる。液状のレジスト材料をウ
エハに塗布し、次いで制御環境下でウエハをスピンさ
せ、ウエハ上にレジスト材の薄い膜が残るようにする。
このスピンオンレジスト材は、光感応性の材料であり、
このためフォトレジストと呼ばれている。スピンのプロ
セス及び、ソフトベーキング等その他のプロセスを行っ
た後、所望のパターンで透過部分と不透過部分を有する
フォトマスク（単にマスクとして知られている）を通し
てフォトレジストの層を光に曝露する。マスクを光（例
えば紫外線（ＵＶ））に露光した場合、透過性の部分は
フォトレジストの対応する領域を露光させるが、マスク
が不透過の部分の領域を露光しない。光により、フォト
レジストの露光部分で化学反応が生じる。そして、適当
な化学溶液、化学気相やプラズマプロセスを用いて、フ
ォトレジストの反応部分か未反応部分のいずれかを選択
的に攻撃するが、このいずれとなるかは、フォトレジス
トプロセスのタイプによって決まり、即ち用いようとす
るものがポジティブがネガティブがによって決まる。フ
ォトレジスト層を部分的に選択して除去し基板上に或る
パターンのフォトレジスト層を残すこのようなプロセス
は、「現像（デベロッピング）」として知られている。
フォトレジストの残りの部分は、その下の層を更に処理
するためのパターンとして機能する。例えば、フォト
レジストの上に材料を堆積しこれを次いでリフトオフし
てもよく、あるいは、この下の層にエッチングやその他
の処理を施してもよい。パターン形成したフォトレジス
トに従って基板を処理することは、「パターン転写」と
して知られている。

【０００３】スピンオンレジスト層は、用途によって不
要な結果となったり不適当であるという制限がある。特
に、製造の対象であるデバイスのクリティカルディメン
ジョン（ＣＤ）が小さくなれば、表面形状のサイズをよ
り小さくするための新たなプロセスや技術が用いられ
る。例えば、パターン転写プロセスで通常用いられるプ
ラズマ処理に耐えうるに十分な厚さのスピンオンフォト
レジスト層では、所望のＣＤを得るために必要な波長を
用いて適正に露光を行うには、厚すぎるだろう。従来の
フォトリソグラフィープロセスで用いる長めの波長で適
切に露光（変化）するフォトレジスト材は、サブミクロ
ンのフォトリソグラフィーで予定する遠紫外線（ＤＵ
Ｖ）のような短めの波長では、適切に露光しないだろ
う。従来のフォトレジスト材の多くはＤＵＶ領域で光を
吸収してしまうので、レジスト層の下側の部分まで露光
する光を遮断してしまう。更に、単一の薄い有機物フォ
トレジスト層を基板上にスピンオンした場合、ピンホー
ル欠陥が発生することがあり、また、液体レジストのパ
ドリングと表面張力により液体レジストが基板のトポグ
ラフィーに共形となる能力を妨げ、その結果、局所的に
薄くなったり厚くなったりするようになり、露光と現像
のプロセスに影響を与える。

【０００４】全て有機物の単一層によるレジストに対し
ての別のアプローチが幾つか開発されている。これらア
プローチの１つは、シリル化として知られているもので
あるが、特別のフォトレジストを必要とし、また比較的
複雑で長期のプロセスである。２つめのアプローチは、
バイレベル（２レベル）アプローチの例であるが、従来
のフォトレジストその他のポリマーを比較的厚い層にス
ピンオンし、次いで、シリコン−シリコンバックボンド
構造を有する特別なフォトレジストを比較的薄い層にス
ピンオンする。レジストの薄い方の層を露光し現像し、
次いでプロセスし、厚い方の層の上にシリコンリッチな
キャップを形成する。この上側層は、比較的無機物リッ
チであり、キャップ層のパターンをその下の厚い層に転
写するために用いることができるプラズマエッチングプ
ロセスに対しての耐性が高い。そして、従来の処理技術
を用いて、この多層レジストのパターンを基板に転写す
ることができる。

【０００５】液体の有機物のスピンオンレジストに対す
る別のアプローチでは、化学気相堆積（ＣＶＤ）技術を
用いて、光感応性の物質の層を基板上に堆積する。特
に、メチルシラン（（ＣＨ₃）ＳｉＨ₃）をプラズマ中で
重合し、ＤＵＶ領域で光り感応性を有するメチルシラン
のプラズマ重合体（ＰＰＭＳ）を生成する。ＰＰＭＳ堆
積の技術は、Weidmanらの論文 "New Photodefinable Gl
ass Etch Masks for Entirely Dry Photolithography:
Plasma Deposited Organosilicon Hydride Polymers",
Applied Physics Letters, Vol. 62, No. 4, January 2
5, 1993, p372-374、Joshiらの米国特許第５，４３９，
７８０号、Weidmanらの論文 "All Dry Litography: App
lications of Plasma Polymerized Methylsilane as a
Single Layer Resist and Silico Dioxide Precursor",
Journal of Photopolymer Scienceand Technology, vo
l. 8, No. 4 (1995), p679-686 に記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの文献に記載さ
れるように、メチルシランを含む前駆体ガスのプラズマ
重合により、有機珪素水素化物ネットワーク構造を有す
るＰＰＭＳ膜を堆積する。大気中等、酸化剤の存在下
で、ＰＰＭＳ膜をＤＵＶの放射に露光した場合、ＰＰＭ
Ｓ膜の露出部分は光酸化を受けて、ガラス状のシロキサ
ンネットワーク物質を形成し、これはメチルシリコン酸
化物のプラズマ重合体（ＰＰＭＳＯ）として知られてい
る。得られたパターンを現像して、ネガティブトーンパ
ターン又はポジティブトーンパターンのいずれかが与え
られる。ネガティブトーンパターンは一般に、塩素ベ
ースのプラズマエッチングを用いて形成される。ポジテ
ィブトーンパターンは、ＨＦ気相又はバッファの酸化物
エッチングにより形成することができる。いずれの場合
も、現像したパターンを随意、更に酸化しあるいはアニ
ールして、残っている物質を酸化ハードマスクに変え
る。このようなＰＰＭＳフォトリソグラフィー技術は、
堆積、現像、パターニング及びエッチングの各ステップ
が全て気相で行われる場合に有効であり、即ちドライプ
ラズマ処理技術を用いて非常に高い解像度を与えるもの
である。

【０００７】しかし、ＰＰＭＳ層は、安定性等の欠点が
あり、即ち露光の前と後の双方において空気中で通常は
酸化されてしまい、露光プロセスと現像プロセスに影響
する場合がある。従来のプロセスの中には、ＰＰＭＳ層
の光感応性と引き替えに膜の安定性を高めているものも
ある。従って、光感応性が高くまた安定性の高い膜を作
るドライフォトリソグラフィーが望まれる。更に、この
ような膜が、露光後にサブミクロンの表面形状を形成す
るように現像される性能を有することが望まれる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、トリメチルシ
ランや、その他の炭素：珪素の比の高い化合物（とりわ
けトリエチルシランやジエチルシラン等）を前駆体とし
て用いることにより、安定した有機シランのプラズマ重
合体の層を実現する、向上したフォトリソグラフィープ
ロセスを提供する。これらの前駆体から、炭素対珪素の
比が約０．４〜０．６の層を形成することが可能であ
り、また係る層は安定性と光感応性の両方を有するよう
になる。このトリメチルシランのプラズマ重合体の層
は、空気中等の酸素含有雰囲気下で遠紫外線に露光され
れば、酸化される。係る層の露光に適した特有の遠紫外
線の例としては、１５７ｎｍ、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ
の放射光が挙げられる。露光済みの層は、ハロゲンと酸
素を含んだプラズマ中で現像される。露光層と未露光層
のコントラストは、現像用プラズマの酸素含有率により
選択的に制御され、現像エッチングパラメータにより
１：１〜１：１０００の間で変化する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、半導体基板上にパター
ン形成された少なくとも一部が無機物である層を形成す
るためのプロセスを提供する。このプロセスは、概略的
には、トリメチルシラン（「３ＭＳ」）ソースより有機
珪素のプラズマ重合体の膜を堆積するステップと、この
膜を光によりパターニングして酸化層を形成するステッ
プと、この光パターニングされた膜の酸化されていない
領域をプラズマにより選択的にエッチングすることによ
り、パターニング膜を現像するステップとを有してい
る。現像酸化膜は、バイア、トレンチ、あるいは基板上
にデバイスを構築するためのアパーチャや１つ以上の小
層をエッチングするためのハードマスクとして用いるた
めのアパーチャを含んでいてもよい。更なる具体例で
は、空気に対する安定性の高いプラズマ重合体膜より形
成された酸化領域のエッチング選択性が、現像プラズマ
の酸素濃度を選択することにより調節される。

【００１０】ここでは、従来技術で知られるＰＰＭＳ膜
からの膜と区別するため、３ＭＳより形成された膜を
「ＰＰ３ＭＳ」膜と称することにする。本発明のＰＰ３
ＭＳの堆積及びその後の現像プロセスは、２４８ｎｍと
１９３ｎｍの双方のＤＵＶ露光に適合するものであり、
また、市場より入手可能な基板処理装置を用いて行うこ
とが可能である。例えば、ＰＰ３ＭＳ層は、米国加州サ
ンタクララのアプライドマテリアルズ社製造のプレシジ
ョン５０００堆積システムやセンチュラ堆積システム
に、抵抗加熱ＤｘＺチャンバ（これもアプライドマテリ
アルズ社より入手可能）を組み合わせたもの等のクラス
タツールで堆積が可能である。パターニングの露光は、
２４８ｎｍの露光についてはオランダ Veldhoven のＡ
ＳＭリソグラフィーホールディング社製造のＡＳＭＬ
／３００ＤＵＶシステムで、また１９３ｎｍの露光に
ついてはインテグレーテッドソリューションズ社製のＩ
ＳＩステッパにより、またその他の適当な露光装置によ
り行うことが可能であり、そしてパターニングした層の
現像は、アプライドマテリアルズ社製のＤＰＳチャンバ
等のプラズマエッチングチャンバで行うことができる。
本発明のプロセスは、０．２５μｍよりも小さなデザイ
ンルールで製造するデバイスの表面形状サイズのパター
ニングに有用であり、また、ここに開示するＰＰ３ＭＳ
プロセスは、解像度向上技術を用いて１９３ｎｍＤＵＶ
ツールでパターニングする場合、０．１０μｍ以下の表
面形状サイズのプリントに用いることが可能であると考
えられる。

【００１１】本発明によれば、現像−エッチングの選択
率を選んで酸化物の重合物を与えることに加えて、ライ
ン粗さを改善し、酸化物の重合体の層を厚くし、空気中
での安定性を高くし、光感応性を高くし、酸化物の重合
体を現像−エッチングの選択率を大きくする。このよう
に向上した重合酸化物層によれば、既知のＰＰＭＳフォ
トリソグラフィー技術と比較して優れた限界寸法均一性
及び制御性を与える。更に、この酸化物重合体層で厚め
でエッジがスムーズなものは、優れたプロセスマスクと
して機能し、これは例えばエッチングプロセスのパター
ン転写用の単層レジストマスクや、２レベルプロセスの
上層マスク等である。

【００１２】Ｉ．典型的な単層ドライフォトリソグラフ
ィープロセス本発明を更に理解するために、図１Ａ〜１Ｅを参照する
ことにするが、これらの図は、ポリシリコンゲートを形
成するための単層ＰＰ３ＭＳのネガティブトーン現像に
適用した例の各ステップを例示する。このプロセスシー
ケンスは単なる一例であり、限定の目的ではないことは
理解されよう。例えば、ＰＰ３ＭＳ層の下には、別の物
質が配置されてもよく、この別の物質は例えば、メタル
ゲート用や相互接続部用のメタル層、インターメタル層
や、「低−ｋ」（低誘電定数）物質等の誘電層等であ
る。図１Ａでは、ゲート酸化物層１０がシリコン基板の
上に形成されており、このゲート酸化物層の上にはポリ
シリコン層１４が形成されている。図１Ｂには、プラズ
マ励起プロセスにおいてポリシリコン層の上に形成した
ＰＰ３ＭＳ層１６が示されており、ここではＤｘＺチャ
ンバであるが、欄ぷぁねつチャンバや、アプライドマテ
リアルズ社より入手可能なプロデューサーチャンバ等他
のタイプのチャンバを用いてもよい。

【００１３】ここでは、ＲＦ電力が約１００〜５００ワ
ット、チャンバ圧力が約．．５〜５トールで、ＤｘＺチ
ャンバで適切なＰＰ３ＭＳ層を８インチシリコンウエハ
に形成する場合を説明する。ここで８インチウエハを用
いるのは、一例としてであり、６インチ、１２インチ、
その他のタイプのウエハを代わりに用いてもよい。ウエ
ハは約５０〜１５０℃の温度に加熱され、ガス散布マニ
ホールドより約２００〜６００ mil の距離をおいて配
置される。流量約０〜１０００ｓｃｃｍのヘリウムに加
えて。３ＭＳを流量約１０〜５００ｓｃｃｍで供給す
る。このヘリウムに代えて、あるいはヘリウムに加え
て、アルゴンやその他の不活性ガスや水素を用いてもよ
い。驚くべきことに、堆積プロセス中に水素ガスをチャ
ンバ内に流入させた場合、或る環境下ではＰＰ３ＭＳ層
に取り込まれる水素の量が実際に減少しうることが見出
された。得られたＰＰ３ＭＳ層の屈折率は、約１．５８
〜１．６６であった。

【００１４】図１Ｃは、ＤＵＶ光に露光されるＰＰ３Ｍ
Ｓ層１６を例示し、このＤＵＶは、矢印１８で示され、
空気や酸素含有混合ガス等の酸化剤の存在下でパターニ
ングマスクを透過する。マスクの不透過の領域２２、２
４が、ＰＰ３ＭＳ層の所定の領域２６、２８に対してＤ
ＵＶを遮蔽し、他方でＰＰ３ＭＳ層の露光部分はトリメ
チルシリコン酸化物のプラズマ重合体（以後ＰＰ３ＭＳ
Ｏと称する）に変化する。ＰＰ３ＭＳＯは露光酸化ＰＰ
３ＭＳと一般によばれ、酸化の程度と得られる物質構造
の一方又は双方が、（特に層の断面に沿って）変化しう
るため、特定の物質構造やストイキオメトリーに限定さ
れないものであることが理解されている。

【００１５】図１Ｄは、現像−エッチングプロセスを例
示するものであり、ここでは、プラズマを用いて非露光
ＰＰ３ＭＳを優先的にエッチングしてＰＰ３ＭＳＯの残
留層３１を残す。塩素含有プラズマは、ＰＰ３ＭＳとＰ
Ｐ３ＭＳＯに対して選択性を有しており、即ち、このプ
ラズマは、ＰＰ３ＭＳ材をＰＰ３ＭＳＯとは異なる速度
で（ここではＰＰ３ＭＳＯよりも高速で）エッチングす
る。エッチレイトの差はエッチング選択率として知られ
ている。弗素や臭素等の他のハロゲンを塩素に代わりや
塩素に加えて用いてもよい。この手法で、露光したＰＰ
３ＭＳ層を現像して、ネガティブトーンのパターン層を
作る。

【００１６】概略的には、エッチング選択率（ネガティ
ブトーンに対しては塩素含有プラズマプロセス））が高
くなれば、ＰＰ３ＭＳ層が全て除去されたときに残るＰ
Ｐ３ＭＳＯが多くなるだろう。下で更に詳細に説明する
が、現像エッチングプラズマに酸素を加えてエッチング
選択率を高めてもよい。「ハイコントラスト」マスク層
では、現像前のエッチング層のもともとの厚さのうち現
像後に残る量が比較的多くなる。十分な厚さ及び密度を
有するパターニングされた（露光及び現像の済んだ）マ
スク層をプロセスマスクとして用いることができ、この
場合はポリシリコンゲート領域を画するエッチングマス
クとして用いることができる。

【００１７】随意的な酸化のプロセス、例えば酸素プラ
ズマストリッピングプロセスやＵＶキュア等を、現像エ
ッチングの後に行って、残った物質をＳｉＯ₂に変化さ
せてもよい。下で更に詳細に説明するが、現像工程の
間、露光したＰＰ３ＭＳＯと未露光のＰＰ３ＭＳでの現
像エッチングの選択率を選んで制御することが可能であ
る。概略的には、現像プラズマの酸素濃度を高くし、Ｈ
Ｂｒ：Ｃｌ₂の比を高くし、チャンバ圧力を高くし、Ｒ
Ｆバイアス電力を高くすれば、選択率も高くなる。通常
は、選択率が高く酸化の度合いが高いＰＰ３ＭＳＯであ
ることが望まれるが、正と負の表面形状の両方が非常に
近接して配置されている場合のように、状況によって
は、エッチングプロセスの間に選択率を制限することが
望ましく、何故なら、露光領域と未露光領域の間では酸
化の度合いの傾斜的な移り変わりがあり、これが、未露
光のフォトマスク材を除去する性能の妨げになりうるか
らである。更に、現像のステップに続き、酸素プラズマ
ストリッピングプロセスやＵＶキュアを用いて酸化工程
を行い、残りの材を二酸化珪素に変化させてもよい。こ
のプロセスは、例えばリモートマイクロ波プラズマジェ
ネレータを用いて基板に対するイオンダメージを防止す
るＡＳＰチャンバで行ってもよく、あるいはＤｘＺチャ
ンバで行ってもよく（この２つはアプライドマテリアル
ズ社より入手可能）、又はその他のシステムと共に用い
るその他のチャンバで行ってもよい。

【００１８】図１Ｅは、ポリシリコンゲート３２をエッ
チングするためのプロセスマスクとして、重合体酸化物
３ＭＳ層３１を用いた場合を例示する。従来技術におい
て知られるように、従来技術によるＣｌ₂／ＨＢｒ／Ｏ₂
ベースのプラズマが、このプロセスに用いられる。この
断面では、縮尺を適正にとっておらず、各層の厚さは例
示目的のためだけのものである。このプロセスであ、ゲ
ート誘電層１０はパターン転写プロセス中にエッチング
されなかった。

【００１９】図１Ｆは、パターン形成されたＰＰ３ＭＳ
層を形成するためのプロセス３００の簡略フローチャー
トである。基板を内包するチャンバに、トリエチルシラ
ンを供給する（ステップ３０２）。３ＭＳよりプラズマ
を生成し（ステップ３０４）、ＰＰ３ＭＳ層を基板上に
形成する（ステップ３０６）。ＰＰ３ＭＳ層の一部を選
択し、そこを露光し（ステップ３０８）、ＰＰ３ＭＳ層
を少なくとも部分的に酸化する。露光したＰＰ３ＭＳ層
をプラズマエッチングプロセスで現像し（ステップ３１
０）、ＰＰ３ＭＳ層の一部を選択的に除去する。

【００２０】II．例示的な２層（バイレイヤー）フォト
リソグラフィープロセス図２Ａ〜２Ｆは、基板の一部の断面図であり、ＰＰ３Ｍ
Ｓ前駆体を用いた２層レジストプロセスの各ステップを
例示するものである。酸化物層２００を基板２０２の上
に形成しておいた。この酸化物層はシリコン酸化物層で
あり、熱による成長や堆積により形成してもよく、ある
いは他のタイプの層、例えばオキシナイトライドやその
他の誘電体の層や、メタル層や、インターメタル層や、
ポリシリコン等の半導体層等であってもよい。従来技術
に従い、従来の有機物液状フォトレジストやその他の有
機物をスピニングすることにより、フォトレジストの層
２０４を形成した。次いで、有機物の下層をハードベー
クしたが、これは有機物下層の光感応性がこの場合は関
係ないからであり、むしろハードベーク後の有機物下層
について知られている物性やプロセス整合性が望ましい
からである。

【００２１】図２Ｂは、上述のようにフォトレジスト層
２０４の上にＰＰ３ＭＳ層を堆積する様子が示される。
図２Ｃは、ＤＵＶに露光後のＰＰ３ＭＳ層を示し、これ
は、少なくとも一部が酸化されてＰＰ３ＭＳＯとなって
いる露光部分２０８と、未露光部分２１０とを有してい
る。図２Ｄは、現像エッチング及び酸素プラズマストリ
ッピング後のＰＰ３ＭＳ層の露光部分を示す。

【００２２】図２Ｅは、異方性プラズマエッチングを用
いてＰＰ３ＭＳＯ層２１２のパターンをハードベーク後
の有機物下層に転写した後の、パターンつきハードベー
ク済みフォトレジスト層２１４を示す。このパターン転
写エッチングの選択率は、有機物下層対ＰＰ３ＭＳＯで
＞１００：１である。図２Ｆは、第２のパターン転写エ
ッチング工程後のパターン付き酸化物層２１６を示す
が、この第２の工程はこの場合、ハードベーク済みフォ
トレジストや有機物下層マスクと共に用いるための従来
の酸化物エッチングである。この第２のパターン転写エ
ッチングでは、ハードベーク済みフォトレジストより
も、このハードベーク済みフォトレジストの下層の方を
選択してエッチングする。下層とＰＰ３ＭＳＯの間の選
択率が低い場合は、下層と同時にＰＰ３ＭＳＯもエッチ
ングされてしまうだろう。この場合、図２ＦではＰＰ３
ＭＳＯがないように描かれ、酸化物層が基板からエッチ
ングにより取り去られる前にＰＰ３ＭＳＯ層がエッチン
グにより取り去られていることが示されるが、ＰＰ３Ｍ
ＳＯ層が完全に除去されたか否かは、第２のパターン転
写エッチング工程の選択率と、ＰＰ３ＭＳＯ及び下層の
相対的な厚みに、とりわけ依存している。所望により、
従来の方法を用いてハードベーク後の有機物下層をスト
リッピングしてもよく、また基板に対して更なる処理を
施してもよい。

【００２３】図２Ｇは、２レベル（バイレベル）レジス
トプロセスについてのプロセス２２０の簡略フローチャ
ートである。基板上にプロセス層を形成する（ステップ
２２２）。このプロセス層は、酸化物層、誘電層、メタ
ル層、半導体層や、その他のタイプの層や、これらの層
や物質の組み合わせであってもよい。フォトレジストや
その他の有機物を、例えばスピン、スプレー、ディップ
等によりこのプロセス層やハードベーク層に塗布する
（ステップ２２４）。ハードベーク済みフォトレジスト
層の上に、ＰＰ３ＭＳの層を堆積し（ステップ２２
６）、フォトマスクを介してこれをＤＵＶで露光し（ス
テップ２２８）、上述のように現像エッチングプロセス
により現像する（ステップ２３０）。

【００２４】第１のパターン転写エッチングの工程を用
いて、現像後のＰＰ３ＭＳ層のパターンを、ハードベー
ク済みフォトレジスト層に転写する（ステップ２３
２）。次いで、第２のパターン転写エッチング工程を用
いて、ハードベーク済みフォトレジスト層のパターン
を、プロセス層に転写する（ステップ２３４）。状況に
よっては、ある特定の物質とエッチング化学系を用いる
場合は第１のパターン転写と第２のパターン転写を一緒
に行ってもよい。ハードベーク済みフォトレジストと、
現像済みＰＰ３ＭＳ層の残りを、所望により、従来の方
法を用いてストリッピングしてもよい。

【００２５】III．例示的なＰＰ３ＭＳ堆積システム図３Ａは、基板上にＰＰ３ＭＳ層を形成するために適し
たＣＶＤシステム３６の簡略図である。このシステムは
処理チャンバ４０を有しており、この処理チャンバはチ
ャンバ壁４０ａとチャンバリッド組立体４０ｂを有して
いる。ＣＶＤシステムは、基板にプロセスガスを散布す
るためのガス散布マニホールド４２を有しており、基板
はプロセスチャンバ内の加熱ペデスタル４４の表面上に
置かれている。このペデスタルは、ポート４３を介して
ウエハを出し入れできる下側の搬入出のポジション（図
示せず）と、ガス散布フェースプレート４６と接近して
いる上側の処理のポジション（点線４５で示す）の間
で、制御下で可動である。センターボード（図示せず）
は、ウエハのポジションの情報を伝えるためのセンサを
有している。

【００２６】ガス散布板にたくさん開いた穴より、堆積
ガスとキャリアガスがチャンバ内に導入される。更に具
体的には、堆積プロセスガスは、インレットマニホール
ド４２を通り、たくさん穴の開いたブロッカプレート４
８を通り、そしてガス散布フェースプレート４６の中を
通って、チャンバに流入する。

【００２７】図３Ｂは、ＣＶＤシステム３６の追加的な
特徴を示す簡略図である。マニホールド４２に到達する
前に、堆積ガス及びキャリアガスは、ガスソースからガ
ス供給ライン５２を通り、混合システム５４へと流入
し、ここでこれらが混合されてマニホールド４２へと送
られる。概略的には、各プロセスガスの供給ラインは、
(i)自動又は手動によりプロセスガスのチャンバ流入を
遮断するために使用可能な数個の安全遮断弁（図示せ
ず）と、(ii)供給ライン内のガス流量を測定するマスフ
ローコントローラ（図示せず）を有している。プロセス
で毒性のあるガスを用いる場合は、従来の構成におい
て、各ガス供給ライン毎に数個の安全遮断弁を設置す
る。

【００２８】このＣＶＤシステムを用いて行う堆積プロ
セスは、熱プロセスであってもよく、あるいはプラズマ
励起プロセスであってもよい。プラズマ励起プロセスで
は、ＲＦ電力供給器５６により、ガス散布フェースプレ
ート４６とペデスタル４８の間に電力を供給することに
より、混合プロセスガスを励起して、フェースプレート
とペデスタルの間にプラズマを生成するようにする（こ
こではこの領域を「反応領域」と称する）。プラズマの
構成成分が反応して、ペデスタル４４上に指示された半
導体ウエハの表面上に所望の膜を堆積させる。ＲＦ電力
供給器５６は、１３．５６ＭＨｚの高周波数（ＲＦ１）
と３６０ｋＨｚの低周波数（ＲＦ２）で電力を供給する
混合周波数ＲＦ電源で動作してもよく、あるいは単一周
波数（この場合は１３．５６ＭＨｚ）で動作してもよ
い。根知プロセスでは、ＲＦ電力供給器を用いず、混合
プロセスガスを熱により反応させ、ペデスタル上に支持
された半導体ウエハの表面上に所望の膜を堆積させる
が、このペデスタルは抵抗加熱され、反応に必要な熱エ
ネルギーを与える。

【００２９】プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）
プロセス中は、排気通路小５８と遮断弁６０を取り囲む
チャンバ本体４０ａを含むプロセスチャンバ全体を、プ
ラズマが加熱する。例えば熱堆積プロセス中に、プロセ
スチャンバの壁の中で高温の液体を循環させることによ
り、チャンバの温度を高温に維持することが可能であ
る。チャンバ壁を加熱するために用いられる流体には、
水ベースのエチレングリコールやオイルベースの熱移動
流体等、典型的なタイプの流体が含まれる。この加熱に
より、不要な反応生成物の凝縮ないし液化を低減あるい
は防止することができる有利な効果があり、冷たい真空
通路の壁上に凝縮したりガスの流入がない間に処理チャ
ンバに戻った場合にプロセスを汚染するような、プロセ
スガスの揮発性生成物やその他の汚染物の除去性能を向
上する。

【００３０】層に堆積しなかった、反応生成物を含む残
りの混合ガスは、真空ポンプ（図示せず）によりチャン
バより排出される。具体的には、ガスは、反応領域を取
り囲む環状でスロット状のオリフィス６２を通って、環
状の排気プレナム６４に排気される。環状スロット及び
プレナムは、チャンバの円筒側壁の頂部と円形チャンバ
リッド６６の底部の間で画される。ウエハ上に均一な膜
を堆積するためにウエハの上方に均一なプロセスガス流
れを実現するためには、スロットオリフィスとプレナム
が３６０°の円の対象性と均一性を有していることが重
要である。

【００３１】ガスは、排気プレナム６４から、排気プレ
ナム６４の横方向延長部分的に形成された６８の下側を
流れ、覗きポート（図示せず）を通過し、真空遮断弁６
０（この本体はチャンバ壁の下側と一体である）を通過
し、排気出口７０に流入するが、この排気出口は、フォ
アライン（図示せず）を介して外部の真空ポンプ（図示
せず）に接続されている。

【００３２】典型的には、チャンバライニング、ガスイ
ンレットマニホールドフェースプレートやその他のリア
クタハードウェアのどれか又は全てが、アルミニウム、
陽極酸化アルミニウムやセラミック等の材料で作られて
いる。このようなＣＶＤ装置の例としては、アプライド
マテリアルズ社に譲渡済みの Zhao らの米国特許第５５
５８７１７号、標題 "CVD Processing Camber"に記載さ
れている。

【００３３】ＣＶＤシステム３６の様々な部品、例えば
遮断弁、流量コントローラ、スロットルバルブ、ＲＦ電
力供給器やチャンバ等や、基板加熱システムは全て、制
御ライン７４上のシステムコントローラ７２（一部のみ
図示）により制御される。コントローラは、光センサか
らのフィードバックにより、可動な機械組立体のポジシ
ョンを決定するが、この機械組立体には、コントローラ
の制御の下で適当なモータにより運動するスロットルバ
ルブやサセプタが含まれる。好ましい具体例では、コン
トローラは、ハードディスクドライブ、フロッピー（登
録商標）ディスクドライブやＲＯＭカード等のメモリ７
６と、プロセッサ７８を有している。メモリには、独自
の方法でＣＶＤシステムのコンフィグレーションを決め
るソフトウェアプログラムや、独自のプロセスを行うこ
とができるソフトウェアプログラムをロードすることが
できる。

【００３４】上記のリアクタの説明は主に例示目的であ
り、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ
装置や、誘導結合ＲＦ高密度プラズマＣＶＤデバイス
や、その他のプラズマＣＶＤ装置を用いてもよい。更
に、上述のシステムの変形例、例えばペデスタルのデザ
イン、ヒーターのデザイン、ＲＦ電力の周波数、ＲＦ電
力の接続やその他の変形は可能である。例えば、ウエハ
をサセプタで保持しクオーツランプで加熱することも可
能である。本発明の層及びこの層を形成するための方法
は、特定の装置や特定のプラズマ励起方法に限定されな
い。

【００３５】IV．例示的な現像エッチングシステム図４は、ドライフォトリソグラフィープロセスでの現像
エッチングのステップを行うために適したエッチングシ
ステム８０の簡略図であり、これはパターン転写エッチ
ング等の他のエッチングステップにも同様に適してい
る。このシステムは、アーチ状の非伝導ないし誘電性を
有する天井部８４を有するプロセスチャンバ８２を有し
ており、この天井部はドームであってもよく、好ましく
は多半径のドームで、ウエハペデスタルに対して対面し
空間的にオーバーラップするような関係で支持される。
天井部の中央部は、コイル９０に対して中心合わせがな
され、またウエハペデスタル８６に対しても中心合わせ
がされているが、このウエハペデスタルは、半導体ウエ
ハやその他の基板９２を支持するような構成が与えられ
ている。処理ガスソース９４は、ガスインレット９６を
介してチャンバにガスを供給する。ポンプ９８が、処理
ガスソースに関する圧力を制御し、そしてチャンバをお
おまかに排気し、所定の圧力とする。更に、ポンプとガ
スソースを調節して、固定ないし可変の所定のチャンバ
圧力を選び、チャンバ内の所定の流量を選んで与えても
よい。

【００３６】プラズマソース電力供給器１００は、ＲＦ
整合回路網１０２を介してＲＦエネルギーをコイル９０
に供給する。ＲＦ電力は、「ホット」タップ１０４でコ
イルに供給され、このコイルは接地タップ（単数）又は
複数の接地タップ１０６、１０８を介して接地され、こ
れで、接地１１０のあるプラズマソース電力供給器と回
路を形成する。ホットタップと接地タップの配置は、例
示としてのみ与えられているのであり、この配置や極性
は、チャンバ内のプラズマ密度分布をどのように所望す
るかに従って変えることが可能である。このコイル部分
を、接地シールドが取り囲んでいる。

【００３７】ペデスタル８６は、内部の導電部１１４を
有しており、この導電部は、チャンバのチャンバベース
１２０及びペデスタルの外部接地部１１６より電気的に
絶縁されている。ＲＦバイアス供給器１１８が、ペデス
タルの内部導電部１１４にＲＦエネルギーを供給する。

【００３８】コイル９０に供給されるＲＦソース電力の
一部は、非導電性のチャンバ天井部８４に結合し、比較
的高密度のプラズマをコイルの近隣に生成する。この高
密度のプラズマにより、コイルの近隣には、比較的高い
プラズマ密度勾配が生じるが、基板９２の近隣のプラズ
マは、イオン拡散及びその他の要因により、密度の均一
性が更に高くなっている。更に、プラズマの生成は通
常、熱や、高エネルギー線の放射や、反応性の高いプラ
ズマ種や、その他のプロセスウエハにダメージを与える
不要な生じうる生成物を伴う。このチャンバ内では、プ
ラズマの生成は基板から離れるように生成し、このため
このプラズマはウエハに対し、プラズマ生成環境からの
必要不可欠的なバッファとなる。この種類のプラズマ
は、非結合プラズマないし分離プラズマ（デカップルド
プラズマ）と呼ばれる。

【００３９】ＲＦバイアスソース１１８は、基板９２の
表面に対してほぼ直交する交流電界を形成する。この電
界は、イオン等の、ウエハ表面へ出入りするプラズマ種
を加速する。このような移動性のイオンは、基板表面を
物理的にスパッタし、あるいは基板表面と反応し、異方
性のプロセスを実現する。例えば、エッチング種を選択
してバイアスを与えることにより、ＲＦバイアスなしで
得られるよりも高いアスペクト比のトレンチをエッチン
グにより形成することができる。

【００４０】コイル９０は、多半径形状で巻かれること
が好ましいが、他の形状に加えて、直円錐〜平面形状の
間の範囲にあってもよい。多半径コイルは、天井部８４
の多半径曲率に対して共形であることが好ましいが、コ
イルは共形でなくてもよい。好ましい具体例では、コイ
ルの中央部１２２は非常に平坦に近く、また天井部の中
心に非常に近接している。

【００４１】現像エッチングとパターン転写の一方又は
双方に適したチャンバの更に詳細な説明は、アプライド
マテリアルズ社に譲渡されている Hanawa らの１９９８
年５月１９日の米国特許第５７５３０４４号にある。無
論、容量結合エッチングシステムや、リモートプラズマ
エッチングシステムで、バイアスありやバイアスなしの
ものや、ウェットエッチングシステムに至るまでの他の
タイプのエッチングシステムやプロセスを用いてもよ
い。

【００４２】V．ＰＰＭＳとＰＰ３ＭＳの実験結果の比
較図５は、基板上の酸化物層１２６の上にあり、露光及び
現像を行った後のＰＰＭＳライン１３０の走査電子顕微
鏡写真（ＳＥＭ）である。これらラインは、０．１５μ
ｍの線間隔で形成されたものである。ＤｘＺチャンバに
よりＰＰＭＳ層を厚さ約２０００Åで堆積し、次いで現
像プロセスでは、４０％オーバーエッチ時間でなされ、
即ち現像エッチング時間（ｔ）の間に未露光領域からＰ
ＰＭＳを通常通り除去した後、更に現像エッチングを
「オーバーエッチ」時間（０．４＊ｔ）継続し、未露光
領域の残りのＰＰＭＳを取り去る。上述のように、露光
領域と未露光領域の間には通常、露光勾配が形成され、
このオーバーエッチ技術を用いることにより、所期のパ
ターンをある程度復元する。しかし、ＳＥＭ写真で明ら
かなように、残ったＰＰＭＳＯ層の厚さは薄い。この原
因の一部はオーバーエッチによるものと思われるが、露
光やＰＰＭＳ／ＰＰＭＳＯ現像の選択率の低さも原因の
一部であると思われる。また、このＳＥＭ写真では、Ｐ
ＰＭＳＯライン１３０のエッジ１２８が一様ではなく粒
状であることを示している。

【００４３】プラズマ重合堆積プロセスにおいてＭＳの
水素含有率がＰＰＭＳ膜の安定性に影響するという仮定
を置き、また、水素含有率を低くすることができるので
あれば安定性の高くなった膜を得ることができると仮定
した。第１の実験では、プラズマを水素ガスで希釈する
ことにより、ＰＰＭＳ膜中に取り込まれる水素を低減す
ることにより、重合プロセス中に、反応性の高い種であ
る水素を、ＭＳから放たれた水素と結合させることをね
らった。実験の第２ラウンドでは、水素を根本的に追い
払い重合を促進させるよう、堆積温度を上昇させた。両
方の実験では、ＰＰＭＳ層の上に表面皮膜が形成された
が、材料は依然空気中で酸化されている。

【００４４】そして、珪素ポリマーが水素原子ではなく
メチル基で停止するよう、ＭＳよりもメチル基が相対的
に多い前駆体を試験し、これにより、メチル基は末端の
水素よりも酸素に対する反応性が低いと考えられるので
空気中での安定性が更に高くなることを企図した。トリ
メチルシランを前駆体として選び、ＰＰ３ＭＳ層を堆積
し安定性を測定した。しかし、トリエチルシラン等、他
の炭素の多いシラン前駆体を用いてもよいと思われる。

【００４５】安定性測定の方法の１つに、珪素重合体の
屈折率（ＲＩ）を測定することが挙げられる。安定した
物質のＲＩは、ほぼ一定になるだろうが、不安定な物質
のＲＩは、層が酸化されるにつれ低下するだろう。図６
は、ＰＰＭＳプロセス層１３２のＲＩをＰＰ３ＭＳプロ
セス層１３４のＲＩに対して比較したものである。

【００４６】層の安定性は、ステップ露光プロセスやス
テップアンドスキャン露光プロセスで特に重要である。
ステップ露光プロセスでは、一時にウエハの一部だけを
露光し、ウエハの端から端までのマスクをステップ的に
移動させ、これをウエハ全体が露光されるまで行う。８
インチウエハの端から端までのステップ的で走査的な露
光は、ダイのサイズと各ダイに対して必要なドーズ量に
もよるが、１〜２分間かかる。これは、従来のスピンオ
ンフォトレジストでは、問題は生じない。しかし、ＰＰ
ＭＳでは、前のステップで露光されたＰＰＭＳＯは通
常、以後のステップでの各露光においても酸化が継続さ
れるが、これは、ステップ露光プロセス全体を行ってい
る間はウエハ全体が空気に曝露されているからである。
従って、最終のステップが露光される前に、第１の露光
ステップでは１５分、あるいはそれ以上長く酸化がされ
るであろう。例示的なＰＰＭＳ層に対しては、この空気
酸化の時間は、露光ドーズ量約２０ｍＪ／ｃｍ²に換算
したと等価である。換言すれば、直近のステップの露光
までの各ステップで６０ｍＪ／ｃｍ²のＤＵＶに曝露さ
れた場合、第１のステップでの露光の程度は、８０ｍＪ
／ｃｍ²の露光に等しくなるだろう。同時に、未露光の
ＰＰＭＳが、典型的に露光ＰＰＭＳよりも高い速度で酸
化され、ＰＰＭＳ層の露光部分と未露光部分の間の最終
的なコントラストが小さくなってしまう。この有効露光
における差の少なくとも一部は、ウエハのステップに対
して露光ドーズ量を変えることにより埋め合わされる。
酸化の最終的な程度ないし所望の程度は、様々な因子に
より決まり、これには、標準露光ドーズ量、ＰＰＭＳ層
の重合の程度、ＰＰＭＳ堆積プロセスの温度、雰囲気へ
の曝露、露光波長、ステップ露光の全時間、ＰＰＭＳ層
の厚さが含まれ、とりわけ、用途により露光ドーズ量の
調節が代わることが認識されるだろう。

【００４７】図６は、層を空気中に曝露した場合に、Ｐ
Ｐ３ＭＳ層１３４のＲＩが安定であり、他方でＰＰＭＳ
層１３２のＲＩは経時的に低下することを示している。
特定の理論に限定されるわけではないのであるが、ＰＰ
３ＭＳ層のメチル基末端は空気雰囲気内で酸化されるだ
けではなく、ＰＰ３ＭＳ及びＰＰ３ＭＳＯの両方の構造
が、ポリマー層への酸素の拡散の程度が低いと考えられ
る。対照的に、ＰＰＭＳの空気中での酸化はＰＰＭＳ層
への酸素の拡散をブロックせず、露光未露光を問わずＰ
ＰＭＳ層全体に対して、酸化を継続せしめ、ポリマー層
の露光部分と未露光部分の間の選択率を低くする。

【００４８】図７は、ＰＰ３ＭＳ層が空気中で安定であ
るだけでなく、特定の露光波長に対して光感応性が高い
ことを示す。安定性が高いということは、即ち酸化され
やすいと捉えるかもしれないが、層は露光プロセス中は
酸化されにくく、図７は、このことが、３ＭＳより形成
された膜にはあてはまらないことを示す。図７は、１９
３ｎｍのドーズ量（１３８）に対しての、露光レジスト
の厚さ（％、露光により変化した後の厚さが、as-depo.
（堆積直後）の何％か）（１３６）を、３ＭＳより形成
した膜の一連の露光（１４０）と、ＭＳより形成した膜
の一連の露光（１４２）について示すが、これら両方の
膜は初期の厚さが約２０００Åで堆積したものである。
ＰＰ３ＭＳカーブ１４４の傾斜が急であることから、３
ＭＳ前駆体より形成した膜は、露光ドーズ量に対しての
感度が大変高く、その結果、ＰＰＭＳカーブ１４６の低
い傾斜に比べて、コントラストが高いことが示される。
ＰＰＭＳカーブの脚の部分１４８は原点と交差していな
い。これは、ＰＰＭＳ膜の所望の露光を得るために必要
なドーズ量は比較的高いことによるのだろう。

【００４９】図７に例示されるＰＰ３ＭＳ膜の別の特徴
は、露光レジストの厚さを所与の程度とするために要す
る露光は、ＰＰ３ＭＳ膜では大変小さくてよいというこ
とである。例えば、ＰＰ３ＭＳ膜の露光レジストの厚さ
を約４０％とするためには、約２０ｍＪ／ｃｍ²を要す
るだけある。これに比べ、同じ露光レジストの厚さをを
得るためには約６４ｍＪ／ｃｍ²の露光がかかる。ＤＵ
Ｖソース、特にレンズは、エネルギーレベルが高い状況
で用いれば早く損なわれるため、必要な露光は小さくで
きる方が望ましい。また、露光の時間を短くすることに
より、プロセス時間を短くすることができ、とりわけ８
インチ、１２インチといった大型ウエハにしばしば用い
るステップ露光に対して重要である。この場合、ＰＰ３
ＭＳ膜は安定性と光感応性が高いのみならず、ＰＰ３Ｍ
Ｓ膜はプロセス時間を低減し、また露光装置の寿命（故
障までのウエハ数）を向上させる。

【００５０】VI．フーリエ変換赤外線分析３ＭＳより形成した層のメチル基が、ＭＳより形成した
層のメチル基と比べて相対的に増加することが、図８及
び図９に例示される。図８及び図９は、各種の処理ステ
ップ後の、３ＭＳより堆積した層とＭＳより堆積した層
に対して行ったフーリエ変換赤外線（ＦＴＩＲ）分析の
グラフである。グラフのｘ軸は波数であり、これは被分
析物中に存在する化学結合の結合強度を主に関連し、ｙ
軸は比強度であり、この最も高いピークは特定のタイプ
の結合がかなり含まれていることを示す。

【００５１】図８は、３つのカーブ１５１、１５３及び
１５５を示す。第１のカーブ１５１はas-depo.（堆積直
後）のＰＰ３ＭＳ層を表し、高い炭素−水素ピーク１５
２を示しており、これはメチル基の存在示すものであ
り、また高い珪素−炭素ピーク１５４は、層中にメチル
基が多数含まれることと一致する。第２のカーブ１５３
は、ＤＵＶ露光後のＰＰ３ＭＳ層を表す。炭素−水素ピ
ーク１５７と珪素−水素ピーク１５９は、as-depo.膜の
カーブ１５１と比べて低くなっている。更に、珪素−酸
素ピーク１６１の大きさが大きくなっている。これは、
膜の構造が、ＰＰ３ＭＳで与えられる構造１６３から、
ＰＰ３ＭＳＯで与えられる構造１６５へと変化している
ことによると考えられる。第３のカーブ１５５は、ＡＳ
Ｐチャンバ内で酸素プラズマストリッピングプロセスを
行った後のＰＰ３ＭＳＯ膜を表す。Ｏ−Ｈピーク１６７
で示されるように、末端の一部はヒドロキシ基であると
考えられる。Ｃ−Ｈピークが顕著でないことから、末端
のメチル基のほとんどが、低密度酸化物１６９に対して
与えられる構造により示されるように、変化してしまっ
たと考えられる。この特定の例は３ＭＳ前駆体から生成
したものであるが、他の前駆体を用いても、安定で光感
応性の高い膜を形成することができ、この膜は現像エッ
チング条件に応じてコントラストを選択することが示さ
れるだろう。具体的には、as-depo.シラン重合体膜は珪
素−炭素比が約０．４〜０．６であり、好ましくは約
０．５であると考えられる。珪素の比が高い膜は、空気
中での安定性が低く、珪素の比が低い膜は、選択率が低
いという傾向がある。よって、上記の範囲は、ＤＵＶ露
光を用いたフォトリソグラフィープロセスで有機シラン
重合体層を用いるに特に望ましく、また、堆積プロセス
条件に応じて、各前駆体や絶前駆体同士、希釈物同士又
は前駆体と希釈物の組み合わせに対して個別に得られる
ものである。

【００５２】図９は、図８で与えられたと同様の処理を
行った後の、ＭＳから形成された層を表す、３つのカー
ブ１７２、１７４及び１７６を示す。第１のカーブ１７
２は、as-depo.膜を例示するが、低い炭素−水素ピーク
１５６を有しており、これは、膜中のメチル基の濃度が
低いことを示しており（図８の１５２と比較）、他方、
珪素−水素ピークは高くなっている。次のカーブ１７３
は、同じ膜を空気中で２４８ｎｍで５０ｍＪ／ｃｍ²で
露光したものを示す。珪素−酸素結合を示すピーク１６
４は大きくなっており、珪素−水素ピーク１６６は小さ
くなっており、これは広いピーク１６８で示される酸素
又はヒドロキシル基が末端の水素原子に置換されたため
である。第３のカーブ１７４は、酸素プラズマストリッ
ピングプロセスを９０秒間行った後の層を示す。このカ
ーブ１７４を図８の同様のカーブ１５５と比べるため、
図１０には、基板の酸化物層１７８上の、露光及び現像
後のＰＰ３ＭＳのライン１７６のＳＥＭを示す。これら
ラインは、ライン間隔が０．１８μｍで形成されてお
り、これは図５で示されるＰＰＭＳＯと比較のためにほ
ぼ同じにしたものである。ＰＰ３ＭＳ層をＤｘＺチャン
バ内で厚さ約２０００Åで堆積し、次いで、ＤＰＳチャ
ンバ内で４０％オーバーエッチ時間で現像した。図１０
と図５を比較すれば、２つの驚くべき特徴がわかった。
第１に、現像後のＰＰ３ＭＳラインがスムーズなエッジ
を有するのに対し、現像後のＰＰＭＳラインは粒子度が
高いことである。第２に、現像後のＰＰＭＳラインの厚
さ（高さ）と比べたＰＰ３ＭＳラインの厚さである。

【００５３】この結果を特定の理論に限定するものでは
ないが、ＰＰＭＳが、現像後の層の粒子度が高くなる結
果となったのは、ＭＳは重合により、Ｓｉ−Ｓｉ鎖がよ
り長くなりやすく、これはその後酸化されてクラスタに
なると考えられる。これに対して、３ＭＳでは、形成さ
れる珪素−珪素結合の鎖が短くなり、現像及び酸化中に
おいてアモルファスの部分がより多く残っていると考え
られる。この場合、シラン重合体の露光部分と未露光部
分のコントラストを与えるためには或る程度の重合が望
ましいのであるが、驚くべきことは、３ＭＳを用いれ
ば、Ｓｉ−Ｓｉ鎖が長くなるように重合しないと考えら
れるので、より良好なフォトリソグラフィー性が得られ
る。ＰＰ３ＭＳのラインの厚さがより多く残っているの
は、コントラストの高い材料により選択率が高くなった
ためであると考えられる。

【００５４】VII．メチルシラン重合体のための現像プ
ロセス堆積のステップと露光のステップに加え、現像エッチン
グプロセスもドライフォトリソグラフィープロセスに対
して適正化することができる。特に、３ＭＳより形成し
たシラン重合体層の露光部分と未露光部分の現像エッチ
ング選択率は、現像エッチングプラズマ中の酸素の存在
量を調節することにより、約１：１〜約１：１０００の
間で変えることができることがわかった。チャンバ圧
力、プラズマソース電力、プラズマバイアス電力や、プ
ラズマ中の他の種の濃度といった、その他のパラメータ
も選択することができることが理解されるだろう。しか
し、選択率は、酸素ガス（Ｏ₂）や、オゾン、水蒸気、
不活性ガス（ＨｅやＡｒ等）で希釈した酸素等その他の
酸素ソースガスのプラズマエッチングチャンバへの全流
量によって敏感に影響を受ける。酸素ガスの場合、或る
エッチング条件下で現像エッチングプラズマ中に酸素が
ない場合に選択率が１：１で得られることが見出され
た。

【００５５】現像エッチングガスが、ＨＢｒが約０〜２
００ｓｃｃｍ、Ｃｌ₂が約０〜２００ｓｃｃｍ、Ｏ₂が約
２〜２０％でチャンバ内に流入することが特に望ましい
ことが見出された。具体例の１つでは、エッチングガス
の流れは、ＨＢｒが１５０ｓｃｃｍ、Ｃｌ₂が３０ｓｃ
ｃｍ、Ｏ₂が８ｓｃｃｍを含んでおり、これによりコン
トラストが約１００を得る。チャンバ圧力が約４〜１５
ｍＴｏｒｒ、８インチウエハに対するＲＦソース電力が
約１００〜１０００ワット、ＲＦバイアス電力が約５〜
１００ワット、ＤＰＳチャンバ内でウエハが温度約５
〜５０℃に加熱されていることが好ましい。このエッチ
ングプラズマは、３ＭＳ重合体層においてネガティブト
ーンプリントに現像するだけでなく、図１Ａ〜１Ｅのシ
ーケンスで例示されるような下層ポリシリコン層をも有
効にエッチングする。

【００５６】他の具体例では、Ｃｌ₂とＯ₂の混合物を用
いて、露光ＰＰ３ＭＳ層エッチングする。Ｏ₂含有率
は、全流量の約０〜５０％の間で変えることが可能であ
る。約２０％のＯ₂を流入させれば、コントラストは約
１：１００となることが予想される。上述のように、２
分子酸素ガス以外の酸素ソースプラズマ前駆体、例えば
オゾンや水蒸気を用いて、現像プラズマの酸素濃度を高
めることができるが、これは、ＨＣｌやＦ₂等の他のハ
ロゲンソースを他のエッチングプロセスに用いることが
できることと同様である。

【００５７】VIII．トリメチルシランポリマー２レベル
パターン転写層図１１は、２レベルパターン転写プロセスにおいて現像
後のＰＰ３ＭＳ層を使用した場合を例示する。ＰＰ３Ｍ
ＳＯ層１８０は、有機材料１８２の層の上で現像された
ものである。この場合、有機材料は、厚さ約５０００Å
のハードベーク済みフォトレジストであるが、ポリイミ
ド、ポリアクリルエーテル（ＰＡＥ）、ＦＬＡＲＥやＳ
ＬＩＫといった他の低誘電定数材料を用いてもよい。塩
素−臭素−酸素−含有プラズマ中でＰＰ３ＭＳＯを現像
し、次いでこのプラズマを、有機物を基板までエッチン
グするために用いる。このパターンは、０．３２０μｍ
ピッチの間隔の０．１０μｍラインである。ＰＰ３ＭＳ
層の露光は、１９３ｎｍで約２８ｍＪ／ｃｍ²で行われ
る。同じプロセスシーケンスで作った絶縁ラインは、３
シグマラインエッジ粗さ（ＬＥＲ）で約６ｎｍであっ
た。

【００５８】図１２は、ハードベーク済みフォトレジス
ト層１８８の上のＰＰ３ＭＳＯ層１８６のＳＥＭ写真で
あり、これは０．３２μｍピッチの間隔の０．１６μｍ
ラインである。この場合では、ＰＰ３ＭＳ層は、約３２
ｍＪ／ｃｍ²のドーズ量で露光された。この間隔の近い
ラインは、３シグマＬＥＲで６ｎｍであった。ＰＰ３Ｍ
Ｓ層から有機物層、特にフォトレジスト層へ、パターン
を転写することにより、ＤＵＶ露光技術を用いて、ウエ
ハにパターンを有する標準的なフォトレジスト層を形成
することが可能になる。高い露光波長でパターニングし
たフォトレジスト層を用い、この後に行うべき製造プロ
セスが数多く開発され、この場合、パターニングしたＰ
Ｐ３ＭＳＯ層を用いて行う他のプロセスを開発すること
ができるにもかかわらず、上記のパターニング層を形成
することが好ましい場合もある。

【００５９】図１３は、ハードベーク済みフォトレジス
ト層１９２の上の、パターン形成したＰＰ３ＭＳＯ層の
ＳＥＭである。上述の方法に従い、ＰＰ３ＭＳＯを露光
して現像し、パターンをフォトレジストに転写する。続
いて、従来のドライエッチングプロセスを用いて、ＰＰ
３ＭＳＯとフォトレジストのパターンをポリシリコン層
１９４に転写する。このポリシリコンエッチングのプロ
セスは、酸化物層１９６のところで停止するが、この酸
化物層は、製造プロセスでゲート誘電層になる。酸化物
層は、基板１９８の上に形成されているが、この基板は
本例ではシリコンウエハである。

【００６０】上記では本発明の代替可能な具体例や好ま
しい具体例を提供してきたが、該分野の通常の知識を有
する者には、本発明から離れることなく様々な変形をな
すことができよう。例えば、ここでの実施例は共通して
２つのＤＵＶ波長について与えられているが、他の波長
を用いてもよい。同様に、ＰＰ３ＭＳ層は、シリコンそ
の他の半導体ウエハ以外の基板上に塗布されてもよい。
よって、上述の説明は例示的であり、限定するものでは
ない。上記の各プロセスで挙げられたパラメータは、こ
の特許請求の範囲の解釈を限定するものではなく、何故
なら多くの場合パラメータの選択はどのような結果を望
むのかによるからであり、また場合によっては各パラメ
ータが相互に関連するからである。従って、本発明の範
囲は請求の範囲を参照し、これと等価な全範囲について
求められるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１Ａ〜１Ｅは、被処理基板の一部の断面図で
あり、本発明の特徴の１つに従って或るパターンが形成
される様子である。図１Ｆは、トリメチルシラン重合体
層よりパターンを形成するプロセスを纏めたフローチャ
ートである。

【図２】図２Ａ〜２Ｆは、被処理基板の一部の断面図で
あり、２レベルレジストプロセスを用いて或るパターン
が転写される様子である。図２Ｇは、パターン転写プロ
セスにおいてトリメチルシラン重合体層を用いた２レベ
ルレジストを用いるためのプロセスを纏めたフローチャ
ートである。

【図３】図３Ａと図３Ｂは、プラズマ重合有機シラン層
の生成に用いることができる１つのタイプの堆積システ
ムの簡略図である。

【図４】重合ウエハ有機シラン層の現像に用いることが
できる１つのタイプのプラズマエッチングシステムの簡
略図である。

【図５】メチルシランを用いて基板上に形成したライン
の走査電子顕微鏡写真である。

【図６】メチルシランより形成した層とトリメチルシラ
ンより形成した層で安定性を比較したグラフである。

【図７】メチルシランより形成した層とトリメチルシラ
ンより形成した層で、露光ドーズ量に対するコントラス
トを比較したグラフである。

【図８】as-depo. （堆積直後の）のプラズマ重合トリ
メチルシランのフーリエ変換赤外赤外分析のグラフであ
る。

【図９】各種の処理ステージ後のプラズマ重合トリメチ
ルシランのフーリエ変換赤外赤外分析のグラフである。

【図１０】ＰＰ３ＭＳ層より形成した現像ラインのＳＥ
Ｍである。

【図１１】ライン間隔よりも小さなライン幅でパターニ
ングしたＰＰ３ＭＳＯキャップ層を用いた２レベルレジ
ストのＳＥＭである。

【図１２】２レベルでパターニングしたレジストのＳＥ
Ｍである。

【図１３】パターンが下層に転写した後の２レベルレジ
ストのＳＥＭである。

【符号の説明】

１０…ゲート酸化物層、１４…ポリシリコン層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６９Ｈ 21/302 Ｊ (72)発明者ダイアンスギアートアメリカ合衆国，カリフォルニア州，ユニオンシティ，ピッカレルドライヴ 4230 (72)発明者デイヴィッドムイアメリカ合衆国，カリフォルニア州サンノゼ，シェリアンサークル 1848

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターンを有するレジスト層を基板上に
形成するプロセスであって、ａ）基板を内包する処理チャンバの中に、トリメチルシ
ランを流入させ、ｂ）トリメチルシランよりプラズマを生成し、トリメチ
ルシランのプラズマ重合体を基板上に形成し、ｃ）トリメチルシランプラズマ重合体層の一部を選択し
酸化雰囲気下で露光して該層の当該選択部分の少なくと
も一部を酸化し、該層の露光部分と該層の未露光部分と
を形成し、ｄ）エッチングプロセスを用いて該層を現像し、該露光
部分又は該未露光部分を選択的に除去する各工程を有す
るプロセス。
【請求項２】該酸化雰囲気が空気である請求項１に記
載のプロセス。
【請求項３】該露光の光が約２４８ｎｍ以下の波長を
有する請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】該エッチングプロセスがプラズマエッチ
ングプロセスである請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】該プラズマエッチングプロセスが、酸素
及びハロゲンを有するプラズマを用いる請求項４に記載
のプロセス。
【請求項６】該ハロゲンが塩素である請求項５に記載
のプロセス。
【請求項７】該プラズマエッチングプロセスがデカッ
プルドプラズマプロセスである請求項４に記載のプロセ
ス。
【請求項８】トリメチルシランが約１０〜５００ｓｃ
ｃｍの流量で処理チャンバ内に流入し、工程ｂ）のプラ
ズマが約２〜１０ワット／平方インチの電力で生成し、
工程ｂ）で処理チャンバの圧力が約０．５〜５トールに
維持され、工程ｂ）中に基板が温度約５０〜１５０℃に
維持される請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】パターンを有するレジスト層を基板上に
形成するプロセスであって、ａ）基板を内包する処理チャンバの中に、トリメチルシ
ランを流量約１０〜５００ｓｃｃｍで流入させ、ｂ）ＲＦ電力レベル約２〜１０ワット／平方インチでト
リメチルシランよりプラズマを生成し、温度約５０〜１
５０℃に維持した基板上に、トリメチルシランのプラズ
マ重合体を形成し、ｃ）該基板を上記の第１の処理チャンバから取り出し、ｄ）トリメチルシランプラズマ重合体層の一部を選択し
て、これを酸化雰囲気下で約２４８ｎｍ以下の光に露光
し、ｅ）該基板を第２の処理チャンバに配し、ｆ）塩素プラズマ種と酸素プラズマ種を有する、基板と
非結合のプラズマを、該第２の処理チャンバ内に生成
し、ｇ）該層の未露光部分を該プラズマでエッチングし、基
板上の該層の露光部分の少なくとも一部を残す各工程を
有するプロセス。
【請求項１０】デバイス構造体の中間体であって、基板と、該基板上に配置された、珪素対炭素の原子比率が約０．
４〜０．６である有機シランのプラズマ重合体の層とを
有するデバイス構造体の中間体。
【請求項１１】珪素対炭素の該比率が約０．５である
請求項１０に記載のデバイス構造体の中間体。
【請求項１２】基板上の有機シランのプラズマ重合体
の層の露光部分と未露光部分のコントラストを選択する
方法であって、ａ）プラズマ処理チャンバ内に基板を配し、ｂ）第１の選択流量で、塩素含有プラズマ前駆体をチャ
ンバ内に流入し、ｃ）有機シランのプラズマ重合体の層の露光部分と未露
光部分のコントラストを所望にするように選んだ第２の
選択流量で、酸素含有プラズマ前駆体をチャンバ内に流
入し、ｄ）該塩素含有前駆体及び該酸素含有前駆体よりプラズ
マを生成し、ｅ）該プラズマで該有機シランプラズマ重合体層をエッ
チングする各工程を有する方法。
【請求項１３】該有機シランプラズマ重合体の珪素対
炭素の原子比率が約０．４〜０．６である請求項１２に
記載の方法。
【請求項１４】該有機シランプラズマ重合体が、トリ
メチルシランのプラズマ重合体である請求項１２に記載
の方法。
【請求項１５】該第２の選択流量が、チャンバへの全
流量の約０〜５０％である請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】臭化水素の流入を更に有し、該第２の
選択流量約０〜１２ｓｃｃｍ、該第１の選択流量が０〜
２００ｓｃｃｍ、臭化水素の約０〜２００ｓｃｃｍであ
る請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】該所望のコントラストが約１：１〜約
１：１００である請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】エッチングを行う該工程ｅ）が、圧力
約２mTorr〜７０mTorrで行われる請求項１に記載の方
法。
【請求項１９】該プラズマ処理チャンバが、ＲＦ電力
供給器とバイアス電力供給器を有し、エッチングを行う
該工程ｅ）が、ソースＲＦ電力が約２〜２０ワット／平
方インチ、バイアスＲＦ電力が約０．１〜２ワット／平
方インチで行われる請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】基板上の有機シランのプラズマ重合体
の層の露光部分と未露光部分のコントラストを選択する
方法であって、ａ）プラズマ処理チャンバ内に基板を配し、ｂ）約０〜２００ｓｃｃｍの第１の選択流量で、塩素含
有プラズマ前駆体をチャンバ内に流入し、ｃ）有機シランのプラズマ重合体の層の露光部分と未露
光部分のコントラストを所望にするように選んだ、約０
〜１２ｓｃｃｍの第２の選択流量で、酸素ガスをチャン
バ内に流入し、ｄ）約０〜２００ｓｃｃｍの第３の選択流量で、臭化水
素をチャンバ内に流入し、ｅ）基板を約５〜５０℃に加熱し、ｆ）圧力が約２mTorr〜７０mTorr、ソースＲＦ電力が約
２〜２０ワット／平方インチ、バイアスＲＦ電力が約
０．１〜２ワット／平方インチで、チャンバ内にプラズ
マを生成し、ｇ）該プラズマで該有機シランプラズマ重合体層をエッ
チングする各工程を有する方法。
【請求項２１】基板上のメチルシランのプラズマ重合
体の層を露光する方法であって、ａ）酸素含有雰囲気下で、フォトマスクを介し、メチル
シランプラズマ重合体層の第１の部分を、第１の選択ド
ーズ量で遠紫外線に露光しｂ）フォトマスクを該メチルシランプラズマ重合体層の
第２の部分にステップ移動させ、ｃ）酸素含有雰囲気下でのメチルシランプラズマ重合体
層の安定性により選択した第２の選択ドーズ量で、該第
２の部分を遠紫外線に露光する各工程を有する方法。