JP2002524873A - 非反射物質層の形成及びこれを利用した半導体製造方法、及びトランジスタゲートスタックの形成方法 - Google Patents
非反射物質層の形成及びこれを利用した半導体製造方法、及びトランジスタゲートスタックの形成方法Info
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Abstract
Description
タックの形成方法に関する。
の後、フォトレジスト層の一部分は、マスクされた光源を介して露光される。マ
スクは、フォトレジスト層内に作られるパターンを画定するための、透明及び不
透明領域を含む。露光されるフォトレジスト層の領域は、溶媒に可溶性又は不溶
性のいずれかであるようにされる。もし露光された領域が可溶性であれば、マス
クの陽画像がフォトレジストに作られる。従って、フォトレジストは陽フォトレ
ジストと呼ばれる。他方、もし露光されなかった領域が溶媒で溶解されなければ
、陰画像が生ずる。従って、フォトレジストは、陰フォトレジストと呼ばれる。
ジストを介してフォトレジストの下の層に伝わり、そして次に、フォトレジスト
を介して上に戻って反射し、その結果、フォトレジストを介して伝わってくる他
の光波と相互に影響し合うことである。反射光波は、フォトレジストの中で光強
度の周期的な変動が生ずるように、フォトレジストを介して伝わる他の光波と、
強め合って及び/又は弱め合って干渉する。このような光強度の変動は、フォト
レジストにその厚み全体に不均一なエネルギ量を与える結果となる。不均一な量
は、フォトレジストに転写されるマスクされたパターンの精度を悪くする。従っ
て、フォトレジスト層の下の層によって反射される照射光波を抑制する方法を開
発することが望まれる。
、フォトレジスト層の下に非反射物質を形成するものである。非反射物質は、通
常、照射光を吸収する物質であり、従って、そのため照射光の反射を抑える。非
反射物質は、照射光の種々の波長を変動する効率をもって吸収する。非反射物質
として使用するのに利用可能な材料の数は限定されている。従って、非反射物質
に代わるものとして、吸収される波長、及び波長が吸収される効率を変化させる
代替方法を開発することが望まれる。
ィング(DARC)がある。例示的なDARCは、SixOyNzであり、xは
約40から約60で、yは約29から約45で、zは約10から約16である。
DARCは、例えば、Si50O37N13からなる。DARCは、例えば、4
00℃、約4Torrから約6.5Torrの圧力下で、SiH4及びN2Oを
前駆物質として化学気相堆積により基板上に形成される。DARC物質は、堆積
の間、反応室内でプラズマを与えた状態又は与えない状態で堆積される。DAR
C膜を利用することの典型的な目的は、フォトレジストの上に重なる層に達する
反射される照射光量を、DARC膜内への入射照射光量の10%以下に減らすこ
とである。
照して説明する。ウェーハ片10は基板12を含む。基板12は、例えば、バッ
クグランドp型ドーパントが低濃度にドープされた単結晶シリコンからなる。請
求の範囲の解釈を補助するために、用語「半導体基板」は、半導体ウェーハ(単
独物質又はその上に他の物質を含む集合物質)や、半導体物質層(単独物質又は
他の物質を含む集合物質)等のバルク半導体物質を含むがこれに限定されない半
導体物質からなるあらゆる構造を意味するように定義される。用語「基板」は、
上述の半導体基板を含むがこれに限定されないあらゆる支持構造体を言う。
の上に形成される。ゲート絶縁層14は、例えば二酸化シリコンからなり、ポリ
シリコン層16は、例えば導電性ドープトポリシリコンからなり、シリサイド層
18は、例えばケイ化タングステン又はケイ化チタンからなる。層14,16,
18は、最終的にはトランジスタゲート構造体へパターンニングされる。
スト層22は、非反射コーティング層20の上に設けられる。非反射コーティン
グ層20は、例えば、SixOyNz等の無機質層からなる。実際上は、層は実
質的に無機質であれば良く、用語「実質的に無機質」とは、層がカーボンを少量
(1%以下)含むものであって良いことを意味している。
立って、結晶構造及びシリサイド層の導電率の向上のためにアニール化されるこ
とが好ましい。シリサイド層18のアニール化は、例えば850℃の温度、1気
圧の圧力で30分間行われる。
ら保護するために、アニール化の前にシリサイド層18の上に設けられる。もし
ガス状の酸素がアニール化の間、層18に影響すると、酸素は層18の一部を酸
化させ、層18の導電性に良くない影響を与える。残念ながら、アニール化条件
はDARC物質20の光学特性に悪い影響を及ぼす。特に、DARC物質20は
、反射率係数(n)及び吸光係数(エネルギ吸収係数)(k)で表される光学特
性を有する。シリサイド層18の導電性を向上するアニール化条件は、層20の
「n」及び「k」のどちらか一方又は両方を変える。層20の物質の化学量論は
、物質の「n」及び「k」を、反射光がフォトレジスト層22に達する前に実質
的に抑えるような適当なパラメータとなるように、典型的には慎重に選択される
。アニール化条件の「n」及び「k」の影響は、最適に調整されたそのようなパ
ラメータを範囲外に押しやるものである。従って、物質の「n」及び「k」が、
アニール化条件が引き起こす変化にも耐え得るような、DARC物質の形成方法
を開発することが望まれる。
び酸素の堆積の間に、ガス状のシリコン、窒素及び酸素が高密度プラズマに晒さ
れるような半導体製造方法に関する。
法に関する。金属シリサイド層が基板の上に形成される。非反射物質層が、高密
度プラズマを利用して金属シリサイドの上に堆積される。フォトレジストの層が
非反射物質層の上に形成される。フォトレジストの層は、フォトリソグラフ法に
よりパターンニングされる。
する。ポリシリコン層が基板の上に形成される。金属シリサイド層がポリシリコ
ン層の上に形成される。非反射物質層が、高密度プラズマを利用して金属シリサ
イドの上に堆積される。フォトレジストの層は非反射物質層の上に形成される。
フォトレジストの層が、フォトレジストの層からパターンニングされたマスキン
グ層を形成するために、フォトリソグラフ法によりパターンニングされる。非反
射物質層、金属シリサイド層及びポリシリコン層をトランジスタゲートスタック
へパターンニングするために、パターンが、パターンニングされたマスキング層
から非反射物質層、金属シリサイド層及びポリシリコン層に転写される。
ている。ウェーハ片50は、基板52、ゲート絶縁層54、ポリシリコン層56
、及びシリサイド層58からなる。基板52、ゲート絶縁層54、ポリシリコン
層56、及びシリサイド層58の物質は、図2の従来例の構造において、基板1
2、ゲート絶縁層14、ポリシリコン層16、及びシリサイド層18のそれぞれ
に対して利用したものと同一の物質とすることができる。
は対照的に、DARC物質60は、高密度プラズマ堆積法を用いて形成される。
このような堆積は、反応室内で起こる。請求の範囲の解釈を補助するために、「
高密度プラズマ」は、1010イオン/cm3と同じかそれより高い密度を有す
るプラズマと定義される。上に層60が堆積されたウェーハ片50の一部分は、
堆積中、好ましくは約300℃から約800℃、一つの好ましい例としては約6
00℃の温度に維持される。ウェーハ片50の温度は、堆積中、ウェーハを冷却
するためにウェーハの裏面に対してヘリウムを流入することで制御される。温度
が高ければ高い程、より高濃密な層60を形成することができる。このようなよ
り高濃密な層60は、アニール化条件に対して高濃密ではない層60よりもより
安定する。層60の堆積の間の反応室内の好ましい圧力範囲は、約1mTorr
から100mTorrまでの範囲である。高密度プラズマ堆積に利用される供給
ガスは、SiH4,N2,O2及びアルゴンからなる。
6に概略的に示される。反応装置100は、電源104に接続されたコイル10
2を含む。コイル102は、反応室106を取り巻き、反応室106内にプラズ
マが発生するように構成されている。ウェーハホルダ(チャック)108が室1
06内に設けられ、半導体ウェーハ110を保持する。ウェーハホルダ108は
、電源112と電気的に結合されている。電源104及び112は別個の電源で
あるか、又は単一の電源から別個の供給装置を介して供給する構成とすることも
できる。電源104からの電力は、例えば約2000ワットであり、約13.6
メガヘルツの周波数からなる。電源112からウェーハ110への電力は、好ま
しくは約200ワットと同じかそれよりも低くバイアスされ、より好ましくは、
約100ワットにバイアスされる。実際上は、バイアス電力は、ウェーハ110
自身のところではなくて、ウェーハ110を保持するチャック108のところで
典型的には計測される。
ンチメートル/分(sccm)),N2(150sccm),及びアルゴン(2
00sccm)である。
ハ上への堆積の間は、堆積及びエッチング作用の両方が同時に起こり、堆積対エ
ッチング比をもたらす。堆積速度がエッチング速度を上回るため、実際にはウェ
ーハ上へ物質が堆積することになる。堆積速度は、堆積中に基板のところでバイ
アスを与えないことで計算され、他方、エッチング速度は、反応装置106内へ
堆積前駆物質が供給されないときのエッチング速度を決定することで計算される
。例えば基板110へのバイアス電力を調整することによる堆積対エッチング比
の調節は、堆積された層60(図2参照)の「n」及び「k」の値に影響を及ぼ
すように利用することができる。
ール化される。本発明の高圧力プラズマ堆積法は、シリサイド層58のアニール
化の間の物質60の光学的特性(例えば「n」及び「k」の値)の変動を減らす
ことが可能である。例えば、本明細書の「従来の技術」の欄で説明した条件を利
用したアニール化により引き起こされる「n」及び「k」の値の変動は、10%
よりも少ない変動に制限することが可能である。
る。そしてフォトレジスト層62は、該層62の一部を除去し、そして図4に示
す構造を形成するために、マスクされた光源と溶剤に晒される。
ある層54,56,58,60へパターンが転写される。本発明はまた、ゲート
スタックが層60,58,56を含むもの、及び層54がパターンニングされて
いないような実施例にも関連するものである。フォトレジスト層62から下にあ
る層54,56,58,60へのパターンの転写の方法は、プラズマエッチング
である。ゲートスタック70の形成後、フォトレジスト層62は除去される。ま
た、ゲートスタックからトランジスタゲート構造を形成するために、ソース及び
ドレイン領域がゲートスタック70の近傍に埋め込まれ、側壁スペーサがゲート
スタック70の側壁に沿って形成される。
である。
図である。
図である。
図である。
ィング(DARC)がある。例示的なDARCは、SixOyNzであり、xは
約40から約60で、yは約29から約45で、zは約10から約16である。
DARCは、例えば、Si50O37N13からなる。DARCは、例えば、4
00℃、約4Torrから約6.5Torrの圧力下で、SiH4及びN2Oを
前駆物質として化学気相堆積により基板上に形成される。DARC物質は、堆積
の間、反応室内でプラズマを与えた状態又は与えない状態で堆積される。DAR
C膜を利用することの典型的な目的は、フォトレジストの上に重なる層に達する
反射される照射光量を、DARC膜内への入射照射光量の10%以下に減らすこ
とである。
スト層22は、非反射コーティング層20の上に設けられる。非反射コーティン
グ層20は、例えば、SixOyNz等の無機質層からなる。実際上は、層は実
質的に無機質であれば良く、用語「実質的に無機質」とは、層がカーボンを少量
(1%以下)含むものであって良いことを意味している。
は対照的に、DARC物質60は、高密度プラズマ堆積法を用いて形成される。
このような堆積は、反応室内で起こる。請求の範囲の解釈を補助するために、「
高密度プラズマ」は、1010イオン/cm3と同じかそれより高い密度を有す
るプラズマと定義される。上に層60が堆積されたウェーハ片50の一部分は、
堆積中、好ましくは約300℃から約800℃、一つの好ましい例としては約6
00℃の温度に維持される。ウェーハ片50の温度は、堆積中、ウェーハを冷却
するためにウェーハの裏面に対してヘリウムを流入することで制御される。温度
が高ければ高い程、より高濃密な層60を形成することができる。このようなよ
り高濃密な層60は、アニール化条件に対して高濃密ではない層60よりもより
安定する。層60の堆積の間の反応室内の好ましい圧力範囲は、約1mTorr
から100mTorrまでの範囲である。高密度プラズマ堆積に利用される供給
ガスは、SiH4,N2,O2及びアルゴンからなる。
ンチメートル/分(sccm)),N2(150sccm),及びアルゴン(2
00sccm)である。
Claims (28)
- 【請求項1】 半導体製造方法であって、該方法は、 基板の上にシリコン、窒素及び酸素からなる層を堆積し、該層の堆積の間、シ
リコン、窒素及び酸素を高密度プラズマに晒し、堆積された層は「n」値及び「
k」値により特徴付けられ、 堆積された層を、少なくとも約850℃の温度を含むアニール化条件に晒し、 「n」及び「k」値は、アニール化条件に晒される間、10%よりも少なく変
化する、 ことを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の半導体製造方法であって、前記アニール化
条件は、更に、少なくとも約1気圧の圧力を含むことを特徴とする半導体製造方
法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の半導体製造方法であって、前記アニール化
条件は、更に、少なくとも約1気圧の圧力、及び少なくとも約30分の露出時間
を含むことを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項4】 半導体製造方法であって、基板の上の固体層を含むシリコン
、窒素及び酸素の堆積の間、ガス状のシリコン、窒素及び酸素を高密度プラズマ
に晒すことを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項5】 請求項4に記載の半導体製造方法であって、更に、 固体層を含むシリコン、窒素及び酸素の堆積の前に、基板の上に金属シリサイ
ド層を形成し、 固体層を含むシリコン、窒素及び酸素、並びに金属シリサイド層を、金属シリ
サイドがアニール化される条件に付する、 ことを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項6】 請求項5に記載の半導体製造方法であって、前記固体層を含
むシリコン、窒素及び酸素は、金属シリサイド層と物理的に接触していることを
特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項7】 半導体製造方法であって、該方法は、 基板の上に金属シリサイド層を形成し、 金属シリサイドの上に非反射物質層を堆積し、 堆積の間、非反射物質層を高密度プラズマに晒し、 非反射物質層の上にフォトレジストの層を形成し、 フォトレジストの層をフォトリソグラフ法によりにパターンニングする、 ことを特徴とする半導体製造方法。
- 【請求項8】 請求項7に記載の半導体製造方法であって、前記堆積は、S
iH4,N2及びO2からなる供給ガスを利用することを特徴とする半導体製造
方法。 - 【請求項9】 請求項8に記載の半導体製造方法であって、前記供給ガスは
、更に、Arを含むことを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項10】 請求項7に記載の半導体製造方法であって、該方法は、更
に、堆積の間、基板の少なくとも一部を、約300℃から約800℃の温度に維
持することを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項11】 請求項7に記載の半導体製造方法であって、前記堆積は反
応装置内で起き、堆積の間の反応装置内の温度は約300℃から約800℃であ
ることを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項12】 請求項7に記載の半導体製造方法であって、前記堆積は反
応装置内で起き、堆積の間の反応装置内の圧力は、約1mTorrから約100
mTorrであることを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項13】 請求項7に記載の半導体製造方法であって、前記堆積は反
応装置内で起き、堆積の間、基板は約100ワットの電力にバイアスされ、プラ
ズマは約2000ワットの電力で誘起されることを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項14】 請求項7に記載の半導体製造方法であって、前記堆積は反
応装置内で起き、堆積の間の反応装置内の温度は、約300℃から約800℃で
あり、堆積の間の反応装置内の圧力は、約1mTorrから約100mTorr
であることを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項15】 請求項7に記載の半導体製造方法であって、前記堆積は反
応装置内で起き、堆積の間、基板は約100ワットの電力にバイアスされ、プラ
ズマは約2000ワットの電力で誘起されることを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項16】 請求項7に記載の半導体製造方法は、更に、 非反射物質層が金属シリサイド層の上にある間に、金属シリサイド層をアニー
ル化する、 ことを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項17】 請求項7に記載の半導体製造方法であって、前記堆積され
た非反射物質層は、シリコン、窒素及び酸素からなることを特徴とする半導体製
造方法。 - 【請求項18】 請求項7に記載の半導体製造方法であって、前記堆積され
た非反射物質層は、金属シリサイド層と物理的に接触していることを特徴とする
半導体製造方法。 - 【請求項19】 トランジスタゲートスタック形成方法であって、該方法は
、 基板の上にポリシリコン層を形成し、 ポリシリコン層の上に金属シリサイド層を形成し、 金属シリサイドの上に非反射物質層を堆積し、 堆積の間、高密度プラズマに非反射物質層を晒し、 非反射物質層の上にフォトレジストの層を形成し、 フォトレジストの層からパターンニングされたマスキング層を形成するように
フォトレジストの層をフォトリソグラフ法によりパターンニングし、 非反射物質層、金属シリサイド層及びポリシリコン層をトランジスタゲートス
タックへパターンニングするために、パターンニングされたマスク層から非反射
物質層、金属シリサイド層及びポリシリコン層にパターンが転写される、 ことを特徴とするトランジスタゲートスタック形成方法。 - 【請求項20】 請求項19に記載のトランジスタゲートスタック形成方法
であって、前記堆積は、約300℃から約800℃の温度で非反射物質層を堆積
することを特徴とするトランジスタゲートスタック形成方法。 - 【請求項21】 請求項19に記載のトランジスタゲートスタック形成方法
であって、前記堆積は、反応装置内で起き、堆積の間の反応装置内の温度は、約
300℃から約800℃であることを特徴とするトランジスタゲートスタック形
成方法。 - 【請求項22】 請求項19に記載のトランジスタゲートスタック形成方法
であって、前記堆積は、反応装置内で起き、堆積の間の反応装置内の圧力は約1
mTorrから約100mTorrであることを特徴とするトランジスタゲート
スタック形成方法。 - 【請求項23】 請求項19に記載のトランジスタゲートスタック形成方法
であって、前記堆積は、反応装置内で起き、堆積の間、基板は約100ワットの
電力にバイアスされ、プラズマは約2000ワットの電力で誘起されることを特
徴とするトランジスタゲートスタック形成方法。 - 【請求項24】 請求項19に記載のトランジスタゲートスタック形成方法
であって、前記堆積は、反応装置内で起き、堆積の間の反応装置内の温度は約3
00℃から約800℃であり、堆積の間の反応装置内の圧力は約1mTorrか
ら約100mTorrであることを特徴とするトランジスタゲートスタック形成
方法。 - 【請求項25】 請求項19に記載のトランジスタゲートスタック形成方法
であって、前記堆積は、反応装置内で起き、堆積の間、基板は約100ワットの
電力にバイアスされ、プラズマは約2000ワットの電力で誘起されることを特
徴とするトランジスタゲートスタック形成方法。 - 【請求項26】 請求項19に記載のトランジスタゲートスタック形成方法
は、更に、 非反射物質層が金属シリサイド層の上にある間に、金属シリサイド層をアニー
ル化することを特徴とするトランジスタゲートスタック形成方法。 - 【請求項27】 請求項19に記載のトランジスタゲートスタック形成方法
であって、前記堆積された非反射物質層は、シリコン、窒素及び酸素からなるこ
とを特徴とするトランジスタゲートスタック形成方法。 - 【請求項28】 請求項19に記載のトランジスタゲートスタック形成方法
であって、前記堆積された非反射物質層は、金属シリサイド層と物理的に接触し
ていることを特徴とするトランジスタゲートスタック形成方法。
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