JP2002510142A - 臨界寸法増大抑制のためにハードマスクを使用する方法 - Google Patents
臨界寸法増大抑制のためにハードマスクを使用する方法Info
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Abstract
(57)【要約】
半導体基板（５６）上の構造物の臨界寸法増大を抑制する方法は、反応性金属または酸化された反応性金属を含むハードマスク（５２）を備えた基板をチャンバー内に配置することと、該ウエハーをエッチングすることとを含む。この方法は、低スパッタ収率を有し且つ該プロセスのエッチング化学に対して低い反応性を有するハードマスクを使用することを含む。
Description
【０００１】
本発明は、半導体ウエハーおよび何れか他の製品（例えばディスクドライブ用
磁気ヘッドおよび平坦パネルディスプレー）上の、半導体プロセス技術を使用し
て構築できる構造物の臨界寸法増大を最小限にし且つ抑制する方法に向けられて
いる。
磁気ヘッドおよび平坦パネルディスプレー）上の、半導体プロセス技術を使用し
て構築できる構造物の臨界寸法増大を最小限にし且つ抑制する方法に向けられて
いる。
半導体ウエハーまたは半導体プロセス技術を使用して製造される何れかの製品
上の構造物における臨界寸法（CD）は、当該構造物の幅である。そのピッチは、
一般には臨界寸法および次の構造物までの距離の和として定義される。 エッチング技術を使用する半導体処理方法のために、エッチングすべき材料の
頂面にリソグラフィーマスク層（例えばフォトレジスト層）を形成することがで
きる。フォトレジスト層は、所望の構造物を定義し、エッチングすべきでない下
地層部分をマスクし、エッチングすべき部分を露出させる。エッチングプロセス
の際に、エッチングされる層の一部からの材料、並びにエッチャントガス、リソ
グラフィーマスクおよびエッチングすべき層の材料の種々の組合せにより形成さ
れる化合物が、所望の構造物およびリソグラフィーマスクの側壁を被覆し、これ
によりリソグラフィーマスクの直下に定義された部分を越えて、当該構造物の臨
界寸法を増大させ易い可能性がある。臨界寸法のこのような増大は、当該構造物
の間の空間を不都合に狭めることにより、当該構造物の機能に悪影響を及ぼす可
能性がある。 当該技術において公知のように、リソグラフィーマスクには、例としてだけで
あるが、（ｉ）フォトレジスト、ｅ線レジストマスク、ｘ線レジストマスク、シ
ンコトロン(syncotron)粒子加速レジストマスクのような軟質マスク、（ｉｉ） 金属および金属酸化膜（例えば二酸化シリコン（SiO2））のような硬質マスクが
含まれる。しかし、このような種類の硬質マスクは、臨界寸法増大の制御におい
て特に有用であることが見出されていない。 従って、望ましい構造物が、エッチングプロセスの際に該構造物の臨界寸法増
大を生じることなく、適切にエッチングされることを可能にする半導体プロセス
法を提供することの必要性が存在している。
上の構造物における臨界寸法（CD）は、当該構造物の幅である。そのピッチは、
一般には臨界寸法および次の構造物までの距離の和として定義される。 エッチング技術を使用する半導体処理方法のために、エッチングすべき材料の
頂面にリソグラフィーマスク層（例えばフォトレジスト層）を形成することがで
きる。フォトレジスト層は、所望の構造物を定義し、エッチングすべきでない下
地層部分をマスクし、エッチングすべき部分を露出させる。エッチングプロセス
の際に、エッチングされる層の一部からの材料、並びにエッチャントガス、リソ
グラフィーマスクおよびエッチングすべき層の材料の種々の組合せにより形成さ
れる化合物が、所望の構造物およびリソグラフィーマスクの側壁を被覆し、これ
によりリソグラフィーマスクの直下に定義された部分を越えて、当該構造物の臨
界寸法を増大させ易い可能性がある。臨界寸法のこのような増大は、当該構造物
の間の空間を不都合に狭めることにより、当該構造物の機能に悪影響を及ぼす可
能性がある。 当該技術において公知のように、リソグラフィーマスクには、例としてだけで
あるが、（ｉ）フォトレジスト、ｅ線レジストマスク、ｘ線レジストマスク、シ
ンコトロン(syncotron)粒子加速レジストマスクのような軟質マスク、（ｉｉ） 金属および金属酸化膜（例えば二酸化シリコン（SiO2））のような硬質マスクが
含まれる。しかし、このような種類の硬質マスクは、臨界寸法増大の制御におい
て特に有用であることが見出されていない。 従って、望ましい構造物が、エッチングプロセスの際に該構造物の臨界寸法増
大を生じることなく、適切にエッチングされることを可能にする半導体プロセス
法を提供することの必要性が存在している。
【０００２】
本発明は、エッチングプロセスの際に構造物の臨界寸法の増大を抑制または最
小限にしながら、当該構造異物のエッチングを可能にする方法を提供する。例と
してだけであるが、この方法はチップ製品、ディスクドライブ用磁気ヘッド、お
よび平坦パネルディスプレーを製造するために有用である。 この臨界寸法増大抑制のための方法は、エッチングすべき層を覆って堆積され
た反応性金属を含むハードマスクを備えたウエハーをリアクターの中に配置する
ことと、該ウエハーを該リアクターの中でエッチングすることとを具備する。こ
の配置するステップは更に、反応性金属、または該反応性金属の酸化物、窒化物
、フッ化物、炭化物、ホウ素化物、または酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物お
よび／またはホウ素化物の或る組合せからなるハードマスクを配置することを含
む。このような組合せは、例としてだけであるが、反応性金属のオキシ窒化物、
オキシホウ素化物、オキシフッ化物、もしくはオキシ炭化物、或いは、反応性金
属を酸素、窒素、フッ素、ホウ素および／または炭素の何れかの組合せのイオン
またはラジカルに露出することにより形成される化合物の他の何れかの組合せが
含まれる。 この配置する工程は、チタン、アルミニウム、タンタル、タングステン、コバ
ルトもしくはモリブデン、または前記反応性金属の酸化物、窒化物、フッ化物、
炭化物もしくはホウ素化物のうちの一つを含むハードマスクを有するウエハーを
配置することを含む。 このハードマスクは、銅、鉄およびニッケル並びにそれらの化合物のような他
の反応性金属を含んでもよいであろう。 当該方法はまた、反応性金属との化合物を形成するために、エッチング工程の
前または最中に、ハードマスクを、リアクター中において酸素、窒素、フッ素、
ホウ素または炭素のような酸化性ガスに露出することを含む。
小限にしながら、当該構造異物のエッチングを可能にする方法を提供する。例と
してだけであるが、この方法はチップ製品、ディスクドライブ用磁気ヘッド、お
よび平坦パネルディスプレーを製造するために有用である。 この臨界寸法増大抑制のための方法は、エッチングすべき層を覆って堆積され
た反応性金属を含むハードマスクを備えたウエハーをリアクターの中に配置する
ことと、該ウエハーを該リアクターの中でエッチングすることとを具備する。こ
の配置するステップは更に、反応性金属、または該反応性金属の酸化物、窒化物
、フッ化物、炭化物、ホウ素化物、または酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物お
よび／またはホウ素化物の或る組合せからなるハードマスクを配置することを含
む。このような組合せは、例としてだけであるが、反応性金属のオキシ窒化物、
オキシホウ素化物、オキシフッ化物、もしくはオキシ炭化物、或いは、反応性金
属を酸素、窒素、フッ素、ホウ素および／または炭素の何れかの組合せのイオン
またはラジカルに露出することにより形成される化合物の他の何れかの組合せが
含まれる。 この配置する工程は、チタン、アルミニウム、タンタル、タングステン、コバ
ルトもしくはモリブデン、または前記反応性金属の酸化物、窒化物、フッ化物、
炭化物もしくはホウ素化物のうちの一つを含むハードマスクを有するウエハーを
配置することを含む。 このハードマスクは、銅、鉄およびニッケル並びにそれらの化合物のような他
の反応性金属を含んでもよいであろう。 当該方法はまた、反応性金属との化合物を形成するために、エッチング工程の
前または最中に、ハードマスクを、リアクター中において酸素、窒素、フッ素、
ホウ素または炭素のような酸化性ガスに露出することを含む。
【０００３】 当該方法はまた、反応性金属の上に酸化物、窒化物、フッ化物、ホウ素化物も
しくは炭化物、またはこれらの幾つかの組合せを形成するために、エッチング工
程の前または最中に、ハードマスクをリアクター中で酸素、窒素、フッ素、ホウ
素もしくは炭素のイオンまたはラジカルに露出させることを含む。 当該ハードマスクはまた、半導体製造プロセス、並びにここに記載する特徴を
持った半導体製造器具および設備に適合する何れかの材料を含んでいてもよい。 本発明は更に、酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物もしくはホウ素化物、また
は反応性材料の或る組合せを有するか、またはこれを発生させ得るハードマスク
を選択することを含む。 本発明のもう一つの側面において、当該方法は、ハードマスクの腐蝕速度を遅
延させるために、ハードマスク上の酸化物、窒化物、フッ化物、ホウ素化物また
は炭化物の形態の割合を増大させることを含む。 本発明は更に、低スパッタ収率を有する金属からなるハードマスクを選択する
ことを含む。 本発明の更なる側面は、エッチングプロセスの際に臨界寸法増大を抑制する方
法であって、例えば半導体製品、磁気ヘッドもしくは平坦パネルディスプレーを
製造するために、ウエハーまたは他の基板を、ハードマスクがエッチングすべき
層を覆って配置された状態でリアクターの中に配置する工程を含み、該ハードマ
スクは、低スパッタ収率およびエッチングプロセスのエッチング化学に対する低
反応性の少なくとも一方を有する方法を提供することである。 本発明の更なる目的は、エッチングプロセスの際に、該プロセスが低圧（大気
圧未満）、大気圧、または高圧（大気圧を越える）の何れで行われる場合にも、
構造物の臨界寸法増大を抑制および最小限にする方法を実行することである。 本発明の他の目的、利点および特徴をここに記載し、また請求の範囲および図
面において明らかにする。
しくは炭化物、またはこれらの幾つかの組合せを形成するために、エッチング工
程の前または最中に、ハードマスクをリアクター中で酸素、窒素、フッ素、ホウ
素もしくは炭素のイオンまたはラジカルに露出させることを含む。 当該ハードマスクはまた、半導体製造プロセス、並びにここに記載する特徴を
持った半導体製造器具および設備に適合する何れかの材料を含んでいてもよい。 本発明は更に、酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物もしくはホウ素化物、また
は反応性材料の或る組合せを有するか、またはこれを発生させ得るハードマスク
を選択することを含む。 本発明のもう一つの側面において、当該方法は、ハードマスクの腐蝕速度を遅
延させるために、ハードマスク上の酸化物、窒化物、フッ化物、ホウ素化物また
は炭化物の形態の割合を増大させることを含む。 本発明は更に、低スパッタ収率を有する金属からなるハードマスクを選択する
ことを含む。 本発明の更なる側面は、エッチングプロセスの際に臨界寸法増大を抑制する方
法であって、例えば半導体製品、磁気ヘッドもしくは平坦パネルディスプレーを
製造するために、ウエハーまたは他の基板を、ハードマスクがエッチングすべき
層を覆って配置された状態でリアクターの中に配置する工程を含み、該ハードマ
スクは、低スパッタ収率およびエッチングプロセスのエッチング化学に対する低
反応性の少なくとも一方を有する方法を提供することである。 本発明の更なる目的は、エッチングプロセスの際に、該プロセスが低圧（大気
圧未満）、大気圧、または高圧（大気圧を越える）の何れで行われる場合にも、
構造物の臨界寸法増大を抑制および最小限にする方法を実行することである。 本発明の他の目的、利点および特徴をここに記載し、また請求の範囲および図
面において明らかにする。
【０００４】
本発明の方法は、図４に示すようなエッチングリアクター内で行うことができ
る。他のエッチングリアクター（これに限定されない）を含む他のリアクターを
使用することができ、また本発明の精神および範囲内であると理解されべきであ
る。 図４のエッチングリアクターは番号20によって識別され、多重周波数の三電極
リアクターとして構成される。このエッチング装置20は、ハウジング22およびエ
ッチングチャンバー24を含んでいる。ウエハー26は、底部電極28の中に組み込ま
れたチャック上に配置される。チャンバー24は、更に、側部周縁電極30および上
部電極32を含んでいる。好ましい実施例において、側部周縁電極30は接地されて
もよく、またはチャンバー24内に発生したプラズマの結果として浮遊電位の樹立
を可能にしてもよい。上部電極32は一般には接地されるが、浮遊電位を有するよ
うに設計することも可能であろう。典型的な動作においては、側部周縁電極30お
よび上部電極32は、図4に示すように接地される。 好ましくは、二つのＡＣ電源、即ち、第一の電源34および第二の電源36は、適
切な回路38（例としてだけであるが、マッチングネットワークおよびコンバイナ
ー）を介して底部電極28に接続される。更に、コントローラ40が第一および第二
のＡＣ電源34，36を制御する。典型的には、この特定の例では、第一の電源34は
キロヘルツ領域で動作し、最適には450 KHz、典型的には500 KHz未満が与えられ
る。第二の電源36はメガヘルツ領域で動作し、典型的には約13.56 MHzで動作す るが、本発明では約1 MHz以上および13.56 MHzの数倍の他の周波数もまた使用す
ることができる。この例では、電源34は200ワットの電力を供給され、また第二 の電源36は500ワットの電力を供給される。イオンエネルギーはキロヘルツ領域 に向かって増大するのに対して、イオン密度はメガヘルツ領域に向かって増大す
る。 加えて、リアクター20はガス入口ヘッド42およびガス出口ポート44を含んでい
る。更に、チャック28は、好ましくはその上に配置されるウエハーが約80℃〜約
300℃の範囲に加熱されるように加熱される。
る。他のエッチングリアクター（これに限定されない）を含む他のリアクターを
使用することができ、また本発明の精神および範囲内であると理解されべきであ
る。 図４のエッチングリアクターは番号20によって識別され、多重周波数の三電極
リアクターとして構成される。このエッチング装置20は、ハウジング22およびエ
ッチングチャンバー24を含んでいる。ウエハー26は、底部電極28の中に組み込ま
れたチャック上に配置される。チャンバー24は、更に、側部周縁電極30および上
部電極32を含んでいる。好ましい実施例において、側部周縁電極30は接地されて
もよく、またはチャンバー24内に発生したプラズマの結果として浮遊電位の樹立
を可能にしてもよい。上部電極32は一般には接地されるが、浮遊電位を有するよ
うに設計することも可能であろう。典型的な動作においては、側部周縁電極30お
よび上部電極32は、図4に示すように接地される。 好ましくは、二つのＡＣ電源、即ち、第一の電源34および第二の電源36は、適
切な回路38（例としてだけであるが、マッチングネットワークおよびコンバイナ
ー）を介して底部電極28に接続される。更に、コントローラ40が第一および第二
のＡＣ電源34，36を制御する。典型的には、この特定の例では、第一の電源34は
キロヘルツ領域で動作し、最適には450 KHz、典型的には500 KHz未満が与えられ
る。第二の電源36はメガヘルツ領域で動作し、典型的には約13.56 MHzで動作す るが、本発明では約1 MHz以上および13.56 MHzの数倍の他の周波数もまた使用す
ることができる。この例では、電源34は200ワットの電力を供給され、また第二 の電源36は500ワットの電力を供給される。イオンエネルギーはキロヘルツ領域 に向かって増大するのに対して、イオン密度はメガヘルツ領域に向かって増大す
る。 加えて、リアクター20はガス入口ヘッド42およびガス出口ポート44を含んでい
る。更に、チャック28は、好ましくはその上に配置されるウエハーが約80℃〜約
300℃の範囲に加熱されるように加熱される。
【０００５】 臨界寸法の増大は、エッチングされる構造物の側壁、ならびにソフトマスクお
よびハードマスク上への、エッチングされた材料やマスク材料の堆積、および／
またはエッチングされた材料、マスク材料および／またはプロセスガスの化合物
の堆積に起因するものである。例示だけであるが、塩素ガスで白金をエッチング
するためのリアクター内において側壁に固着する材料は、一般には二塩化白金（
PtCl2）、三塩化白金（PtCl3）および／または他の化合物を含んでいる。本発明
のプロセスは、白金（Pt）、銅（Cu）、イリジウム（Ir）、二酸化イリジウム（
IrO2）、チタン酸バリウムストロンチウム（BST）、およびチタン酸ビスマスス トロンチウム（Y-1またはSBT）からなる膜をエッチングするために、より有利に
使用できることが理解されるべきである。エッチングされるこれらの材料は、金
属または低揮発性の化合物である。更に他の膜、並びに他の半導体および非半導
体プロセスも、この方法による利益を得ることができる。 図１〜図３は、図４のリアクターを用いた本発明のエッチング方法の種々の段
階を示している。図１は、走査型電子顕微鏡写真（SEM）の概略図を示している 。図１において、離間した垂直な構造は、リソグラフィーによるマスク（軟質マ
スク、この例では特にフォトレジストマスク）50を表しており、これは未だエッ
チングされていないハードマスク52の上にパターンニングされている。層または
膜54は、基板56の上に堆積される。
よびハードマスク上への、エッチングされた材料やマスク材料の堆積、および／
またはエッチングされた材料、マスク材料および／またはプロセスガスの化合物
の堆積に起因するものである。例示だけであるが、塩素ガスで白金をエッチング
するためのリアクター内において側壁に固着する材料は、一般には二塩化白金（
PtCl2）、三塩化白金（PtCl3）および／または他の化合物を含んでいる。本発明
のプロセスは、白金（Pt）、銅（Cu）、イリジウム（Ir）、二酸化イリジウム（
IrO2）、チタン酸バリウムストロンチウム（BST）、およびチタン酸ビスマスス トロンチウム（Y-1またはSBT）からなる膜をエッチングするために、より有利に
使用できることが理解されるべきである。エッチングされるこれらの材料は、金
属または低揮発性の化合物である。更に他の膜、並びに他の半導体および非半導
体プロセスも、この方法による利益を得ることができる。 図１〜図３は、図４のリアクターを用いた本発明のエッチング方法の種々の段
階を示している。図１は、走査型電子顕微鏡写真（SEM）の概略図を示している 。図１において、離間した垂直な構造は、リソグラフィーによるマスク（軟質マ
スク、この例では特にフォトレジストマスク）50を表しており、これは未だエッ
チングされていないハードマスク52の上にパターンニングされている。層または
膜54は、基板56の上に堆積される。
【０００６】 図１の実施例において、リソグラフィーマスク（軟質マスク）50はハードマス
ク52の上に配置され、該ハードマスクは窒化チタン（TiN）からなっている。ハ ードマスク52は、エッチングすべき層（この例では白金（Pt））54の上に堆積さ
れる。層54は、例えばシリコンが含まれ得る基板56を覆って堆積される。当該プ
ロセスの第一の工程は、ハードマスクを、フォトレジストマスク50で表された所
望のパターンにエッチングすることである。このプロセスの結果は図２に見るこ
とができる。図３は、白金層がオーバーエッチされた表現を描写している。上記
四つの図について、プロファイル、ピッチ、構造物および間隔の寸法の変化を下
記の表１に記載する。ここで、ピッチは構造物の寸法および間隔の寸法の和に等
しい。変化の値は、図１の構造物の寸法に対して測定する。
ク52の上に配置され、該ハードマスクは窒化チタン（TiN）からなっている。ハ ードマスク52は、エッチングすべき層（この例では白金（Pt））54の上に堆積さ
れる。層54は、例えばシリコンが含まれ得る基板56を覆って堆積される。当該プ
ロセスの第一の工程は、ハードマスクを、フォトレジストマスク50で表された所
望のパターンにエッチングすることである。このプロセスの結果は図２に見るこ
とができる。図３は、白金層がオーバーエッチされた表現を描写している。上記
四つの図について、プロファイル、ピッチ、構造物および間隔の寸法の変化を下
記の表１に記載する。ここで、ピッチは構造物の寸法および間隔の寸法の和に等
しい。変化の値は、図１の構造物の寸法に対して測定する。
【０００７】
【表１】 表 １ オーバーエッチを用いたPtエッチングプロセス 79°のプロファイル（CD）を伴う0.025μのCDゲイン
【０００８】 図４のリアクターを用いた表１についての運転パラメータは次の通りである。 圧力 １〜50 ミリトル MHz電源 110〜1500 ワット KHz電源 0〜500 ワット 全流速 10〜500 SCCM HBR流速 0〜200 SCCM CL2流速 0〜200 SCCM O2流速 0〜200 SCCM 同様の白金プロセスはCDゲインを生じず、また84°のプロファイルを生じた。
ハードマスクのための出発材料はチタンであった。このエッチングプロセスのた
めの寸法的特徴は、下記の表2に示してある。エッチングはオーバーエッチする ように進行させた。この特別のプロセスのための運転パラメータは、表１につい
てのパラメータと同じである。表２は、本発明はエッチングプロセスの際に如何
なる実質的増大をも伴うことなく、臨界寸法を一定に保持することを示している
。
ハードマスクのための出発材料はチタンであった。このエッチングプロセスのた
めの寸法的特徴は、下記の表2に示してある。エッチングはオーバーエッチする ように進行させた。この特別のプロセスのための運転パラメータは、表１につい
てのパラメータと同じである。表２は、本発明はエッチングプロセスの際に如何
なる実質的増大をも伴うことなく、臨界寸法を一定に保持することを示している
。
【０００９】
【表２】 表 ２ オーバーエッチを用いたPtエッチングプロセス 84°のプロファイルを伴う0.00μのCDゲイン
【００１０】 上記から一般化することにより、本発明は、エッチングプロセスの際にウエハ
ー上に配置された構造物の臨界寸法増大を抑制する方法であって、前記ウエハー
は、エッチングすべき層を覆って堆積された反応性金属、またはその酸化物、窒
化物、フッ化物、ホウ素化物もしくは炭化物、および／またはそれらの組合せか
らなるハードマスクを含む方法を包含するものである。この酸化物、窒化物、フ
ッ化物、ホウ素化物もしくは炭化物またはそれらの組合せは、（ｉ）層として堆
積されてもよく、或いは（ｉｉ）エッチングプロセスの前または最中に、反応性
金属を酸素、窒素、フッ素、ホウ素もしくは炭素、および／またはこれらのイオ
ンまたはラジカルの流れに露出させることによってインサイチューで形成しても
よい。こうして、このハードマスク層は自己パッシベーション層として作用する
。一般に、本発明に最も適切な反応性金属の種類には、チタン（Ti）、アルミニ
ウム（Al）およびタンタル（Ta）が含まれる。他の反応性金属には、銅（Cu）、
タングステン（W）、鉄（Fe）、ニッケル（Ni）、コバルト（Co）およびモリブ デン（Mo）が含まれる。最も適切な酸化物および窒化物は、酸化チタン（TiO2）
、酸化アルミニウム（Al2O3）、窒化チタン（TiN）、五酸化タンタル（Ta2O5） および窒化タンタル（TaN）である。また、フッ化物、ホウ素化物および炭化物 の金属類縁体も適切である。 反応性で且つ容易に酸化物、窒化物、フッ化物ホウ素化物または炭化物を形成
する他の金属は、本発明の精神および範囲内に入るものである。更に、これらの
金属は、好ましくは電子での低スパッタ収率を有し、これによって臨界寸法増大
の抑制は更に向上する。下記の表３は、600電子ボルト（eV）のアルゴンイオン 衝突について、これらの金属のスパッタ収率を白金および二酸化シリコンと比較
している。
ー上に配置された構造物の臨界寸法増大を抑制する方法であって、前記ウエハー
は、エッチングすべき層を覆って堆積された反応性金属、またはその酸化物、窒
化物、フッ化物、ホウ素化物もしくは炭化物、および／またはそれらの組合せか
らなるハードマスクを含む方法を包含するものである。この酸化物、窒化物、フ
ッ化物、ホウ素化物もしくは炭化物またはそれらの組合せは、（ｉ）層として堆
積されてもよく、或いは（ｉｉ）エッチングプロセスの前または最中に、反応性
金属を酸素、窒素、フッ素、ホウ素もしくは炭素、および／またはこれらのイオ
ンまたはラジカルの流れに露出させることによってインサイチューで形成しても
よい。こうして、このハードマスク層は自己パッシベーション層として作用する
。一般に、本発明に最も適切な反応性金属の種類には、チタン（Ti）、アルミニ
ウム（Al）およびタンタル（Ta）が含まれる。他の反応性金属には、銅（Cu）、
タングステン（W）、鉄（Fe）、ニッケル（Ni）、コバルト（Co）およびモリブ デン（Mo）が含まれる。最も適切な酸化物および窒化物は、酸化チタン（TiO2）
、酸化アルミニウム（Al2O3）、窒化チタン（TiN）、五酸化タンタル（Ta2O5） および窒化タンタル（TaN）である。また、フッ化物、ホウ素化物および炭化物 の金属類縁体も適切である。 反応性で且つ容易に酸化物、窒化物、フッ化物ホウ素化物または炭化物を形成
する他の金属は、本発明の精神および範囲内に入るものである。更に、これらの
金属は、好ましくは電子での低スパッタ収率を有し、これによって臨界寸法増大
の抑制は更に向上する。下記の表３は、600電子ボルト（eV）のアルゴンイオン 衝突について、これらの金属のスパッタ収率を白金および二酸化シリコンと比較
している。
【００１１】
【表３】 表 ３
【００１２】 特にチタンまたはアルミニウムからなるハードマスクに関して、プロセスガス
に酸素のような酸化剤を添加するとハードマスク上に酸化物が形成され、該ハー
ドマスクの低腐蝕性をもたらし、臨界寸法の増大を最小限にする。該金属の酸化
はスパッタリングを更に少なくし、これはハードマスク自身をより薄くできるこ
とを意味する。反応性金属の窒化物、炭化物および／またはホウ素化物、および
／またはこれらの幾つかの組合せについても同様の利点が生じる。 従って、酸化物、窒化物、フッ化物、ホウ素化物および／または炭化物を形成
する反応性金属は、本発明の方法にとって有利であることが分かる。更に、ウエ
ハーの表面での温度を、好ましくは80℃〜300°の範囲で増大させると酸化速度 が増大し、これはハードマスクの腐蝕速度を遅くする。ここでも、反応性金属の
酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物および／またはホウ素化物、および／または
それらの組合せについて同様の結果が観察される。 従って、上記のことから、反応性金属、或いは反応性金属の適切な酸化物、窒
化物、フッ化物、炭化物、ホウ素化物、またはそれらの或る組合せ（これらの材
料は低スパッタ収率を有するのが有利である）から選択されたハードマスクは、
本発明のハードマスクのための適切な材料であることが分かる。このような方法
は、サブミクロンの構造物、特に0.5ミクロン未満のピッチを有する構造物につ いて、臨界寸法の増大を抑制するために特に重要である。 更に、上記の好ましいハードマスクについては、低スパッタ収率、および該マ
スクのプロセスガスとの化学的反応性が低いことが考慮すべき要件であることを
理解すべきである。例えば、表３から手短かに検討すれば、スパッタ収率0.58の
チタンは、スパッタ収率0.96の酸化チタンよりも更に適したハードマスクであろ
うことが示唆されるであろう。しかし、塩素のエッチングガスに対しては、チタ
ンは酸化チタンよりも反応性であり、従って、酸化チタンはスパッタ収率が高く
ても、より良好な臨界寸法増大の抑制を提供できるであろう。
に酸素のような酸化剤を添加するとハードマスク上に酸化物が形成され、該ハー
ドマスクの低腐蝕性をもたらし、臨界寸法の増大を最小限にする。該金属の酸化
はスパッタリングを更に少なくし、これはハードマスク自身をより薄くできるこ
とを意味する。反応性金属の窒化物、炭化物および／またはホウ素化物、および
／またはこれらの幾つかの組合せについても同様の利点が生じる。 従って、酸化物、窒化物、フッ化物、ホウ素化物および／または炭化物を形成
する反応性金属は、本発明の方法にとって有利であることが分かる。更に、ウエ
ハーの表面での温度を、好ましくは80℃〜300°の範囲で増大させると酸化速度 が増大し、これはハードマスクの腐蝕速度を遅くする。ここでも、反応性金属の
酸化物、窒化物、フッ化物、炭化物および／またはホウ素化物、および／または
それらの組合せについて同様の結果が観察される。 従って、上記のことから、反応性金属、或いは反応性金属の適切な酸化物、窒
化物、フッ化物、炭化物、ホウ素化物、またはそれらの或る組合せ（これらの材
料は低スパッタ収率を有するのが有利である）から選択されたハードマスクは、
本発明のハードマスクのための適切な材料であることが分かる。このような方法
は、サブミクロンの構造物、特に0.5ミクロン未満のピッチを有する構造物につ いて、臨界寸法の増大を抑制するために特に重要である。 更に、上記の好ましいハードマスクについては、低スパッタ収率、および該マ
スクのプロセスガスとの化学的反応性が低いことが考慮すべき要件であることを
理解すべきである。例えば、表３から手短かに検討すれば、スパッタ収率0.58の
チタンは、スパッタ収率0.96の酸化チタンよりも更に適したハードマスクであろ
うことが示唆されるであろう。しかし、塩素のエッチングガスに対しては、チタ
ンは酸化チタンよりも反応性であり、従って、酸化チタンはスパッタ収率が高く
ても、より良好な臨界寸法増大の抑制を提供できるであろう。
【００１３】
上述したところから、本発明の方法は、サブミクロン寸法の製品について構造
を形成するために、臨界寸法の増大を抑制しながら、エッチング構成または他の
半導体プロセス工程を実施するために有用である。 本発明の他の特徴、側面および目的は、図面および特許請求の範囲を検討する
ことによって得られる。 本発明の他の実施例を開発することができ、これらは特許請求の範囲に記載し
た発明の精神および範囲内に含まれるものである。
を形成するために、臨界寸法の増大を抑制しながら、エッチング構成または他の
半導体プロセス工程を実施するために有用である。 本発明の他の特徴、側面および目的は、図面および特許請求の範囲を検討する
ことによって得られる。 本発明の他の実施例を開発することができ、これらは特許請求の範囲に記載し
た発明の精神および範囲内に含まれるものである。
【図１】 図１は、出発フォトレジストパターンがハードマスク上に配置され、該ハード
マスクがエッチングすべき材料の上に配置されているウエハーの側面図を、概略
的な表現で示している。
マスクがエッチングすべき材料の上に配置されているウエハーの側面図を、概略
的な表現で示している。
【図２】 図２は、ハードマスク層を定義するためにエッチングされた、図１と同様の概
略的表現を示している。
略的表現を示している。
【図３】 図３は、ハードマスクの下地材料におけるパターンを定義するためにエッチン
グされた、図２と同様の構造を示している。
グされた、図２と同様の構造を示している。
【図４】 図４は、本発明の方法を実施できるエッチングリアクターの概略的表現を示し
ている。
ている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コファー アルフレッド アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94954 ペタルーマ レイナー 1869 Ｆターム(参考） 5F004 AA04 BA04 BB11 BB26 DA00 DA04 DA25 DA26 DB08 EA03 EA04 EA05 FA08 5F046 HA07 JA22
Claims (41)
- 【請求項１】 基板上に配置される構造物の臨界寸法増大を抑制する方法で
あって： エッチングすべき層を覆って堆積された反応性金属を含有してなるハードマス
クを備えた基板を選択する工程と； リアクターの中で前記層を処理する工程とを具備した方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の方法であって： 前記選択する工程が、チタン、アルミニウムおよびタンタルのうちの一つを含
んでなるハードマスクを有する基板を選択することを含む方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の方法であって： 前記ハードマスクを、前記エッチング工程の前または最中に、前記リアクター
の中で酸化性ガス流に露出させる工程を含む方法。 - 【請求項４】 請求項１に記載の方法であって： 前記ハードマスクを、前記エッチング工程の前または最中に、前記リアクター
の中で酸素ガス、窒素ガス、フッ素ガス、ホウ素ガスおよび炭素ガス、並びに酸
素ガス、窒素ガス、フッ素ガス、ホウ素ガスおよび炭素ガスの何れかの組合せの
うちの一つを含む酸化性ガス流に露出させる工程を含む方法。 - 【請求項５】 請求項１に記載の方法であって： 前記選択する工程が、前記リアクターの中に、前記ハードマスクを覆うリソグ
ラフィー層を備えた基板を選択することを含む方法。 - 【請求項６】 請求項１に記載の方法であって： 前記選択する工程が、容易に酸化可能なハードマスクを有する基板を選択する
ことを含む方法。 - 【請求項７】 請求項１に記載の方法であって： 前記選択する工程が、低スパッタ収率の金属からなるハードマスクを備えた基
板を選択することを含む方法。 - 【請求項８】 請求項１に記載の方法であって： 前記ハードマスクの表面を酸化して、前記ハードマスクのエッチング速度を遅
くするために、前記エッチング工程の前または最中に、前記ハードマスクを前記
リアクター中において酸化性ガス流に露出させる工程を含む方法。 - 【請求項９】 請求項１に記載の方法であって： 前記選択する工程が、その上に（１）酸化物、フッ化物、ホウ素化物および炭
化物の少なくとも一つが形成されているか、或いは（２）これを形成することが
できるハードマスクを選択することを含む方法。 - 【請求項１０】 請求項１に記載の方法であって： ハードマスクの酸化速度を増大して該ハードマスクの腐蝕速度を遅くするため
に、前記リアクターにエネルギーを与える工程を含む方法。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の方法であって： 前記エネルギーを与える工程が、前記リアクターの中の基板を約80℃〜約300 ℃に加熱させる方法。
- 【請求項１２】 請求項１に記載の方法であって： 前記処理工程の前または最中に、前記ハードマスクを酸化する工程を含む方法
。 - 【請求項１３】 基板上に配置される構造物の臨界寸法増大を抑制する方法
であって： エッチングすべき層を覆って堆積された、低スパッタ収率を有し且つ前記エッ
チングプロセスのエッチング化学に対する反応性が低いハードマスクを備えた基
板を選択する工程と； リアクターの中で、前記エッチング化学を使用して前記層を処理する工程とを
具備した方法。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載の方法であって： 前記選択する工程が、前記ハードマスクが反応性金属からなる基板を選択する
ことを含む方法。 - 【請求項１５】 請求項１３に記載の方法であって： 前記選択する工程が、チタン、アルミニウム、タンタルタングステン、コバル
トおよびモリブデンのうちの少なくとも一つを含んでなるハードマスクを有する
基板を選択することを含む方法。 - 【請求項１６】 請求項１３に記載の方法であって： 前記ハードマスクを、前記エッチング工程の前または最中に、前記リアクター
の中で酸化性ガス流に露出させる工程を含む方法。 - 【請求項１７】 請求項１３に記載の方法であって： 前記ハードマスクを、酸素、窒素、フッ素、ホウ素および炭素、並びに酸素、
窒素、フッ素、ホウ素および炭素の何れかの組合せのうちの一つからなる流れに
露出させる工程を含む方法。 - 【請求項１８】 請求項１３に記載の方法であって： 前記選択する工程が、前記ハードマスクを覆うリソグラフィー層を備えた基板
を選択することを含む方法。 - 【請求項１９】 請求項１３に記載の方法であって： 前記選択する工程が、容易に酸化可能なハードマスクを有する基板を選択する
ことを含む方法。 - 【請求項２０】 請求項１に記載の方法であって： 前記ハードマスクの表面を酸化して、前記ハードマスクのエッチング速度を遅
くするために、前記エッチング工程の前または最中に、前記ハードマスクを前記
リアクター中で酸化性ガス流に露出させる工程を含む方法。 - 【請求項２１】 請求項１３に記載の方法であって： 前記選択する工程が、（１）既に酸化されているか、或いは（２）酸化され得
るハードマスクを配置することを含む方法。 - 【請求項２２】 請求項１３に記載の方法であって： ハードマスクの酸化速度を増大して該ハードマスクの腐蝕速度を遅くするため
に、前記リアクターにエネルギーを与える工程を含む方法。 - 【請求項２３】 請求項１０に記載の方法であって： 前記エネルギーを与える工程が、前記リアクターの中の基板を約80℃〜約300 ℃に加熱させる方法。
- 【請求項２４】 請求項１３に記載の方法であって： 前記処理工程の前または最中に、前記ハードマスクを酸化する工程を含む方法
。 - 【請求項２５】 基板上に配置される構造物の臨界寸法増大を抑制する方法
であって： チタン、チタン化合物、アルミニウム、アルミニウム化合物、タンタル、タン
タル化合物、タングステン、タングステン化合物、コバルト、コバルト化合物、
モリブデンおよびモリブデン化合物のうちの少なくとも一つを含んでなり、且つ
エッチングすべき層を覆うハードマスクを備えた基板を、リアクターの中に選択
する工程と； 前記リアクターの中で、前記層を処理する工程とを具備した方法。 - 【請求項２６】 基板上に配置される構造物の臨界寸法増大を抑制する方法
であって： 基板上にエッチングすべき層を覆って、反応性金属、反応性金属の酸化物、反
応性金属の窒化物、反応性金属のフッ化物、反応性金属のホウ素化物および反応
性金属の炭化物のうちの少なくとも一つを含有するハードマスクを堆積する工程
と； リアクターの中で、前記層を処理する工程とを具備した方法。 - 【請求項２７】 請求項２６に記載の方法であって： 前記ハードマスクが低スパッタ収率を有する材料から選択される方法。
- 【請求項２８】 基板上に配置される構造物の臨界寸法増大を抑制する方法
であって： 基板上のエッチングすべき層を覆って、低スパッタ収率およびエッチングプロ
セスのエッチングに対する低い反応性のうちの少なくとも一方を有するハードマ
スクを堆積する工程と； リアクターの中で、前記エッチング化学を用いて前記層を処理する工程とを具
備した方法。 - 【請求項２９】 基板上に配置される構造物の臨界寸法増大を抑制する方法
であって： 基板上のエッチングすべき層を覆って、チタン、チタン化合物、アルミニウム
、アルミニウム化合物、タンタル、タンタル化合物、タングステン、タングステ
ン化合物、コバルト、コバルト化合物、モリブデンおよびモリブデン化合物のう
ちの少なくとも一つを含有するハードマスクを堆積する工程と； リアクターの中で、前記層を処理する工程とを具備した方法。 - 【請求項３０】 基板上に配置される構造物の臨界寸法増大を抑制する方法
であって： 反応性金属、反応性金属の酸化物、反応性金属の窒化物、反応性金属のフッ化
物、反応性金属のホウ素化物および反応性金属の炭化物、並びに反応性金属の酸
化物、フッ化物、窒化物、炭化物およびホウ素化物の何れかの組合せを含む化合
物のうちの少なくとも一つからなり、且つエッチングすべき層を覆って堆積され
たハードマスクを備えた基板を選択する工程と； リアクターの中で、前記層を処理する工程とを具備した方法 - 【請求項３１】 請求項３０に記載の方法であって： 前記選択する工程が、チタン、チタン化合物、アルミニウム、アルミニウム化
合物、タンタル、タンタル化合物、タングステン、タングステン化合物、コバル
ト、コバルト化合物、モリブデンおよびモリブデン化合物のうちの一つからなる
ハードマスクを有する基板を選択することを含む方法。 - 【請求項３２】 請求項３０に記載の方法であって： 反応性金属からなるハードマスクを選択する工程と； 該ハードマスクを、前記エッチング工程の前または最中に、前記リアクターの
中で酸素、窒素、フッ素、ホウ素、炭素、並びに酸素のイオンもしくはラジカル
、窒素のイオンもしくはラジカル、フッ素のイオンもしくはラジカル、ホウ素の
イオンもしくはラジカル、および炭素のイオンもしくはラジカルのうちの少なく
とも一つを含有する流れに露出する工程とを含む方法。 - 【請求項３３】 請求項３０に記載の方法であって： 前記選択する工程が、低スパッタ収率の金属からなるハードマスクを備えた基
板を選択することを含む方法。 - 【請求項３４】 請求項３０に記載の方法であって： ハードマスクの酸化速度を増大して該ハードマスクの腐蝕速度を遅くするため
に、前記リアクターにエネルギーを与える工程を含む方法。 - 【請求項３５】 請求項１３に記載の方法であって： 前記選択する工程が、前記ハードマスクが反応性金属、反応性金属の酸化物、
反応性金属の窒化物、反応性金属のフッ化物、反応性金属の炭化物、反応性金属
のホウ素化物、または反応性金属の或る組合せのうちの少なくとも一つを含んで
なる基板を選択することを含む方法。 - 【請求項３６】 請求項１に記載の方法であって： 半導体チップ、磁気ヘッドおよび平面パネルディスプレーのうちの一つを製造
するために、前記エッチングされた基板を使用する工程を含む方法。 - 【請求項３７】 請求項１に記載の方法であって： 前記選択する工程は、ハードマスク反応性金属および反応性金属の化合物の少
なくとも一つを含んでなるハードマスクを含み； 前記選択する工程が更に、チタン、アルミニウム、タンタル、タングステン、
コバルト、モリブデン、銅、ニッケル、鉄、並びにチタン、アルミニウム、タン
タル、タングステン、コバルト、モリブデン、銅、ニッケルおよび鉄のうちの少
なくとも一つの化合物を含んでなるハードマスクを選択することを含む方法。 - 【請求項３８】 請求項１に記載の方法であって： 前記選択する工程が、反応性金属および反応性金属の化合物のうちの少なくと
も一つからなるハードマスクを含み、また前記化合物は、反応性金属の酸化物、
窒化物、フッ化物、ホウ素化物、および炭化物、並びに反応性金属の酸化物、窒
化物、フッ化物、ホウ素化物および炭化物の何れかの組合せのうちの少なくとも
一つを含んでなる方法。 - 【請求項３９】 請求項１に記載の方法であって： 前記選択する工程が、反応性金属および反応性金属の化合物の少なくとも一つ
からなるハードマスクを含み、また前記化合物は、反応性金属を、酸素、窒素、
フッ素、ホウ素、炭素、およびこれらガスの何れかの組合せのうち少なくとも一
つのイオンまたはラジカルに露出することにより形成された何れかの化合物から
なる方法。 - 【請求項４０】 請求項１に記載の方法であって： 前記選択する工程は反応性金属および反応性金属の化合物の少なくとも一つか
らなるハードマスクを含み； 前記選択する工程が、チタン、アルミニウム、タンタル、タングステン、コバ
ルト、モリブデン、銅、鉄、ニッケル、並びにチタン、アルミニウム、タンタル
、タングステン、コバルト、モリブデン、銅、鉄およびニッケルの一つの化合物
を含んでなるハードマスクを選択することを含む方法。 - 【請求項４１】 請求項３８に記載の方法であって、前記処理工程は大気圧
未満、大気圧、大気圧を越える圧力のうちの一つで運転される方法。
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