JP2000315684A - エッチング方法 - Google Patents
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Abstract
地層を使用して面にイメージを転写する方法を提供する
こと。 【解決手段】 面のエッチング方法において、面上に下
地層を、下地層上に表層を形成し、表層をパターニング
して下地層を部分的に露出させ、シリコンを含む層を下
地層の露出部分上に形成し、表層を除去して、シリコン
層で被覆された部分以外の下地層を露出させ、シリコン
層を有する部分以外の下地層をエッチングして、面を露
出させるようにする。
Description
より詳細にはシリコンを下地層に導入してイメージ品質
を改善した表層イメージングリソグラフィに関する。
ソグラフィプロセスを含み、半導体デバイス面の所定エ
リアをパターニングして、そのエリア上に保護層を形成
する。これには有利にはレジスト材料を使用する。保護
されたエリアは後続のエッチングの際に残るが、保護さ
れないエリアは必要に応じてエッチング除去される。表
層イメージングに対しては、イメージング薄膜を露光お
よび現像することによりイメージが形成される。イメー
ジング薄膜は半導体デバイスの面上に設けられている。
イメージはイメージング薄膜を露光および現像すること
により形成され、このイメージが下地層に転写される。
これはエッチングプロセスにより行われ、表層はエッチ
ングマスクとして機能する。面上に残る表層またはマス
ク層はエッチングプロセスに対する耐性を有し、保護エ
リアがエッチングされないようにする。
たはイメージング薄膜は除去される。次に下地層の残り
部分をマスクとして使用して下地層の下のスタックまた
は基板をエッチングする。後続のエッチングステップに
より下地層のパターンを、スタックまたは基板に転写す
る。下地層のエッチングプロセスの際、表層は残ってい
るため、この上に「草状形成物」が生じる。草状形成物
は、下地層をエッチングした結果、表層上に再堆積する
シリコン副生成物である。典型的には草状形成物は、表
層から下地層へのイメージ転写を劣化させる原因とな
る。
メージング薄膜のコーティング品質が乏しいことにも影
響を受ける。従来の製造プロセスにおいては、表層には
2つの機能がある。第1に転写すべきイメージを形成
し、第2にエッチング耐性を提供して、下地層の所定エ
リアを保護し、下地層の露出エリアはエッチングする。
これらの表層の機能はイメージ品質とエッチング耐性と
の間でバランスがとられる。
メージングリソグラフィにおいて、上述のような従来方
式の欠点に鑑み、これを解消すべく改善を行うことであ
る。
は、面のエッチング方法において、面上に下地層を、下
地層上に表層を形成し、表層をパターニングして下地層
を部分的に露出させ、シリコンを含む層を下地層の露出
部分上に形成し、表層を除去して、シリコン層で被覆さ
れた部分以外の下地層を露出させ、シリコン層を有する
部分以外の下地層をエッチングして、面を露出させるよ
うにして解決される。
地層を、下地層上に表層を形成し、表層をパターニング
して下地層を部分的に露出させ、シリコンを含む層を下
地層の露出部分上に形成し、表層を除去して、シリコン
層で被覆された部分以外の下地層を露出させ、シリコン
層を有する部分以外の下地層をエッチングして、面を露
出させる。
は、基板上に下地層を、下地層上に表層を形成し、表層
をパターニングして下地層を部分的に露出させ、シリコ
ンを含む層を下地層の露出部分上に形成し、表層を除去
して、シリコン層で被覆された部分以外の下地層を露出
させ、下地層にマスクオープンエッチングを実行して、
シリコン層により画定されているパターンを基板に転写
し、下地層のパターンに従って基板をエッチングする。
地層を使用してイメージを転写する方法を提供すること
である。この課題は、半導体デバイス用基板の別のエッ
チング方法により解決される。すなわち、基板上に反射
防止レジスト材料からなる下地層を、該下地層上に表層
を形成し、前記表層はレジスト材料を含み、表層のレジ
スト材料を露光および現像することにより、表層をパタ
ーニングして下地層を部分的に露出させ、下地層の露出
部分にシリコンイオンを打ち込むことにより、下地の露
出部分をシリル化して下地層上にシリル化層を形成し、
表層を除去して、シリル化層を有する部分以外の下地層
を露出させ、エッチングガスにより下地層にマスクオー
プンエッチングを実行してシリル化層により画定されて
いるパターンを基板に転写し、下地層のパターンに従っ
て基板をエッチングする。この方法により下地層のシリ
ル化部分を表層の代わりにエッチングマスクとして用い
ることで、高性能フォトレジストを表層として使用す
る、品質の改善されたコーティングを得ることができ
る。
を含み、前記パターニングは、フォトレジストを露光
し、レジストを部分的に現像除去して下地層を部分的に
露出させることを含む。前記パターニングは有利には、
約1000Åと約3000Åとの間の厚みを有する表層
を堆積させることを含む。シリコンを含む層の形成は、
下地層の露出部分上にシリコンを含む材料をイオン打ち
込みすることを含む。前記イオン打ち込みは、イオンの
侵入深さを表層の厚みよりも浅くなるように調整するこ
とを含む。前記イオン打ち込みは、下地層の露出部分を
シリル化する( silyate )ためのイオン入射角を調整
することを含む。シリコンを含む層の形成は、シリコン
を含む層の平行スパッタリングに対してシリコンターゲ
ットを用いることを含む。または、下地層の露出部分に
シリコンを含む反応物を化学的に結合することを含む。
シリコンイオンの打ち込みは、イオンの侵入深さを表層
の厚みよりも浅くなるように調整することを含む、およ
び/または下地層の露出部分をシリル化するためのイオ
ン入射角を調整することを含む。シリコンを含む層の形
成は、シリコンを含む層の平行スパッタリングに対して
シリコンターゲットを用いることを含む。または、下地
層の露出部分にシリコンを含む反応物を化学的に結合す
ることを含む。
シリコンを下地層に導入してイメージ品質を改善した表
層イメージングリソグラフィに関する。本発明は、半導
体イメージングを改善する方法を含む。表層またはイメ
ージング層は有利には高性能フォトレジストを含む。表
層は露光され、現像される。表層の現像されたフォトレ
ジストの面にシリコンを加えることにより、保護的なエ
ッチング遮断層が、表層の下にある下地層に直接転写さ
れる。様々な手法によりシリコンを下地層に加えること
ができ、これについては本明細書において詳細に説明す
る。次に表層を剥離して、下地層を介してスタックまた
は基板層をエッチングするためのマスクとして使用する
イメージすなわちパターンを残す。
タック/基板層12を含む。スタック/基板層12はシ
リコン基板、SOI基板、ガリウム砒素基板等を含み、
ドーピングまたはエッチングプロセスに対してマスクを
供給する必要がある。本明細書においては以降、簡単の
ためにスタック/基板層12をスタック層12と称す
る。スタック層12は誘電体スタックを含んでもよく、
この誘電体スタックは半導体メモリチップ用のディープ
トレンチの形成に対するマスクとして用いられるハード
マスク層を含む。半導体メモリチップは例えば、ダイナ
ミックランダムアクセスメモリ(DRAM)チップや埋
設DRAMチップ( embedded DRAM chip )等である。
スタック層12は、他のプロセスでも使用される。下地
層14がスタック層12上に堆積される。有利には下地
層14は反射防止膜( anti-reflection coating =A
RC)材料、例えばBARL、AR3、DUV30(す
べて Shipley, Inc. より販売)またはMUVレジスト
材料を含む。他の材料を下地層に使用することもでき
る。
上に堆積される。イメージング層16の厚みは約100
0Åと約3000Åの間である。有利にはイメージング
層16の厚みは従来のイメージング層よりも薄くなって
おり、プロセスウィンドウの点から見てイメージング品
質が改善されている。言い換えると、イメージング薄膜
16を薄くするほど、イメージは精密になる。従来のレ
ジスト材料、例えばDUVをイメージング層16に用い
てもよいが、イメージング層に使用される材料は有利に
は高いイメージングおよびコーティング品質を提供する
ように最適化される。イメージング層16に対する化学
的改質の必要はないが、化学的改質を実行してイメージ
ングおよびコーティング品質が高くなるように最適化し
てもよい。イメージング層16はネガ型レジストまたは
ポジ型レジストを含む。有利には、イメージング層16
はイメージング性能が最適であるように設計する。ここ
でエッチング耐性は重要ではない。なぜならば本明細書
において説明するように、本発明ではイメージング層1
6をエッチングマスクとして使用しないからである。
層16に転写されている。イメージングは、イメージン
グ層16の面18のエリアを光、例えば紫外線(例えば
DUV)でフォトリソグラフィマスク(図示せず)を介
して露光することにより提供される。露光後、イメージ
ング層16を現像液、例えばアルカリ性水溶液を使用し
て現像する。現像液はイメージング層16の部分を除去
して、下地層14まで貫通する孔20をイメージング層
16に形成する。以降のプロセスに対して、下地層14
は孔20を介して露出している。
ング層16が現像除去された下地層14の露出領域がシ
リコンに晒される。すなわちシリル化される( silyate
d )。シリル化( silyation )はいくつかの手法で達
成される。下地層14の露出部分をシリル化する手法の
1つは、シリコン材料を使用してイオン打ち込みを行う
ことである。有利な実施例では、例えば約10keVと
約100keVとの間のエネルギーのような低エネルギ
ー、および1cm3あたりシリコンイオン約1×1015
と約1×1017との間といった大用量のイオン打ち込み
を行う。有利には打ち込みを、シリル化層22がイメー
ジング層16の厚みよりも浅い侵入深さを有するよう調
整する。このようにすると、下地層14は孔20を介し
てのみシリル化される。シリル化層22を形成するため
に、イオン打ち込みに対して急勾配な入射角αが有利で
ある。αとして約0度と約30度との間の角度をとるの
が有利である。イオン打ち込みを使用する場合は、より
深くシリル化することが可能である。これにより下地層
14をスタック層12に近づけることができ、それによ
ってスタック層12上に形成すべき構造体の臨界寸法
( critical dimensions =CD)からの横方向の損失
を低減できる。下地層14は本明細書中で、後続のステ
ップにおいてマスクとして使用される。
用する平行スパッタリングを用いて下地層14の露出部
分をシリル化する。さらに別の実施例では、シリコンを
含む反応物を下地層14に化学的に結合する。有利に
は、本発明はシリル化領域22をイメージング層16の
トレンチまたは孔の底部に形成する。こうすることによ
り、イメージング層16上のシリル化領域22を、トレ
ンチの底部の領域22に対して選択的に除去することが
できる。さらに、上で説明した従来の表面イメージング
( top surface imaging =TSI)では、レジストの
面上に下の層のエッチングの結果としてシリコンが形成
してしまう(いわゆる「草状形成物( grass formation
)」である)。このイメージング層上のシリコン形成
物はイメージング品質を劣化させてしまう。本発明はシ
リコンの「草状形成物」のせいで生じるいかなる劣化も
防ぐが、これは下地層14のエッチングをイメージング
層16が除去されるまで行わないからである。
離除去され下地層が残るが、その表面24上にはパター
ン形成されたシリル化層22が設けられている。イメー
ジング層16は紫外線で投光露光( flood exposure )
し、残りの部分をアルカリ性水溶液をもって現像するこ
とにより除去される。イメージング層16を除去する他
の方法は、化学的機械的研磨(CMP)、プラズマエッ
チング、または同等のエッチングプロセスを含む。イメ
ージング層16は有利にはフォトレジスト材料を含む
が、有利にはこの層は下地層14のエッチングに先行し
て除去される。こうすると、当分野で「草状形成物」と
して知られるシリコン堆積物が、下地層14のエッチン
グプロセスの結果として、イメージング層上に形成する
ことはない。「草状形成物」が生じるフォトレジストを
マスクとして使用してその下の下地層をエッチングする
と、従来の表面イメージング(TSI)上の「草状形成
物」はイメージング性能を劣化させる。しかし本発明で
は、有利にはフォトレジスト材料であるイメージング層
16は、有利には下地層14をエッチングするためのエ
ッチングマスクとしては使用されず、イメージング層は
下地層14をエッチングする前に除去される。従って本
発明によれば、「草状形成物」を除去することができ
る。
グ( mask open etching )を実行して、シリル化層2
2のパターンを下地層14にエッチングする。マスクオ
ープンエッチングは、面24をエッチングガスに晒すこ
とを含む。エッチングガスは酸素および/またはアルゴ
ン等を含む。下地層14の面24のシリル化層22は、
エッチング環境に対する耐性を有する。シリル化層22
により保護されないエリアにある下地層14は除去され
る。それによりシリル化層22により画定されるパター
ンは、下地層14に転写される。シリル化層22の厚み
は有利には約4000Åと約10000Åとの間で調整
される。有利には、シリル化層22が厚いほど、スタッ
ク層12のエッチングに対してイメージングを改善でき
る。
グの後、スタック層12をエッチングしてパターンを形
成する。下地層14の残り部分26がマスクとして機能
するので、スタック層12の露出エリアのエッチングが
できる。下地層14は有利にはARCまたはMUVを含
むため、非常に良好なエッチング耐性が下地層14によ
り提供されて、スタック層12の非露出エリアが保護さ
れる。選択性エッチングプロセスまたは他の手法を用い
て下地層14の残り部分を除去してもよい。
ングリソグラフィの改善に対する有利な実施例について
説明したが(例示的なものであり限定するものではな
い)、当業者ならば上述した教示の範囲内で変形および
変更が容易であることを言及しておく。従って、本発明
はここで示した特殊な例とは別に実施されることがある
が、それも本発明の本質と範囲を逸脱しないものであ
る。
メージング層すなわち表層、および下地層を有する基板
/スタック層を示す図である。
ニングされたのを示す断面図である。
ル化されたのを示す断面図である。
除去された後の、下地層上のシリル化部分を示す断面図
である。
スクとして使用される下地層のシリル化部分を示す断面
図である。
ッチングされたのを示す断面図である。
Claims (22)
- 【請求項1】 面のエッチング方法において、 面上に下地層を、下地層上に表層を形成し、 表層をパターニングして下地層を部分的に露出させ、 シリコンを含む層を下地層の露出部分上に形成し、 表層を除去して、シリコン層で被覆された部分以外の下
地層を露出させ、 シリコン層を有する部分以外の下地層をエッチングし
て、面を露出させる、ことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記表層はフォトレジストを含み、 前記パターニングは、フォトレジストを露光し、レジス
トを部分的に現像除去して下地層を部分的に露出させる
ことを含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 前記パターニングは、約1000Åと約
3000Åとの間の厚みを有する表層を堆積させること
を含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 シリコンを含む層の形成は、下地層の露
出部分上にシリコンを含む材料をイオン打ち込みするこ
とを含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 前記イオン打ち込みは、イオンの侵入深
さを表層の厚みよりも浅くなるように調整することを含
む、請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 前記イオン打ち込みは、下地層の露出部
分をシリル化する(silyate )ためのイオン入射角を調
整することを含む、請求項4記載の方法。 - 【請求項7】 シリコンを含む層の形成は、シリコンを
含む層の平行スパッタリングに対してシリコンターゲッ
トを用いることを含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項8】 シリコンを含む層の形成は、下地層の露
出部分にシリコンを含む反応物を化学的に結合すること
を含む、請求項1記載の方法。 - 【請求項9】 半導体デバイス用基板のエッチング方法
において、 基板上に下地層を、下地層上に表層を形成し、 表層をパターニングして下地層を部分的に露出させ、 シリコンを含む層を下地層の露出部分上に形成し、 表層を除去して、シリコン層で被覆された部分以外の下
地層を露出させ、 下地層にマスクオープンエッチングを実行して、シリコ
ン層により画定されているパターンを基板に転写し、 下地層のパターンに従って基板をエッチングする、こと
を特徴とする方法。 - 【請求項10】 前記表層はフォトレジストを含み、 前記パターニングは、フォトレジストを露光し、レジス
トを部分的に現像除去して下地層を部分的に露出させる
ことを含む、請求項9記載の方法。 - 【請求項11】 前記パターニングは、約1000Åと
約3000Åとの間の厚みを有する表層を堆積させるこ
とを含む、請求項9記載の方法。 - 【請求項12】 シリコンを含む層の形成は、下地層の
露出部分上にシリコンを含む材料をイオン打ち込みする
ことを含む、請求項9記載の方法。 - 【請求項13】 前記イオン打ち込みは、イオンの侵入
深さを表層の厚みよりも浅くなるように調整することを
含む、請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 前記イオン打ち込みは、下地層の露出
部分をシリル化するためのイオン入射角を調整すること
を含む、請求項12記載の方法。 - 【請求項15】 シリコンを含む層の形成は、シリコン
を含む層の平行スパッタリングに対してシリコンターゲ
ットを用いることを含む、請求項9記載の方法。 - 【請求項16】 シリコンを含む層の形成は、下地層の
露出部分にシリコンを含む反応物を化学的に結合するこ
とを含む、請求項9記載の方法。 - 【請求項17】 半導体デバイス用基板のエッチング方
法において、 基板上に反射防止レジスト材料からなる下地層を、該下
地層上に表層を形成し、 前記表層はレジスト材料を含み、 表層のレジスト材料を露光および現像することにより、
表層をパターニングして下地層を部分的に露出させ、 下地層の露出部分にシリコンイオンを打ち込むことによ
り、下地の露出部分をシリル化して下地層上にシリル化
層を形成し、 表層を除去して、シリル化層を有する部分以外の下地層
を露出させ、 エッチングガスにより下地層にマスクオープンエッチン
グを実行してシリル化層により画定されているパターン
を基板に転写し、 下地層のパターンに従って基板をエッチングする、こと
を特徴とする方法。 - 【請求項18】 前記パターニングは、約1000Åと
約3000Åとの間の厚みを有する表層を堆積させるこ
とを含む、請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 前記イオン打ち込みは、イオンの侵入
深さを表層の厚みよりも浅くなるように調整することを
含む、請求項17記載の方法。 - 【請求項20】 下地層の露出部分をシリル化するため
のイオン入射角を調整することをさらに含む、請求項1
9記載の方法。 - 【請求項21】 シリル化は、シリコンを含む層の平行
スパッタリングに対してシリコンターゲットを用いるこ
とを含む、請求項17記載の方法。 - 【請求項22】 シリコンを含む層の形成は、下地層の
露出部分にシリコンを含む反応物を化学的に結合するこ
とを含む、請求項17記載の方法。
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