JP2011511476A - 乾式または液浸リソグラフィを用いる４５ｎｍフィーチャサイズでの、フォトレジスト材料の崩壊およびポイゾニングの解消 - Google Patents

Abstract

９０ｎｍ以下の範囲内のフィーチャサイズを有する半導体デバイスを製作するための方法および構造が提供される。本発明の一実施形態では、基板を処理する方法であって、基板の表面上に反射防止被覆層を堆積させること、反射防止被覆層上に接着促進層を堆積させること、および接着促進層上にレジスト材料を堆積させることを含む方法が提供される。本発明の別の実施形態では、誘電体基板と、誘電体層上に堆積された非晶質炭素層と、非晶質炭素層上に堆積された反射防止被覆層と、反射防止被覆層上に堆積された接着促進層と、接着促進層上に堆積されたレジスト材料とを含む、半導体基板構造が提供される。

Description

本発明の実施形態は一般に、半導体産業における基板の製作に関する。詳細には、本発明は、レジスト内のパターンの現像中に、表面に対するレジストの接着を維持する方法に関する。

レジスト材料は、基板およびその上に配設された材料が回路板、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、あるいは、集積回路の製作に使用されようと、基板上に堆積された材料内に構造を形成するためにパターニング技法およびエッチング技法とともに使用される。

具体的には、集積回路の幾何形状は、そのようなデバイスが数十年前に初めて導入されて以来、サイズが激的に縮小している。それ以来、一般的に、集積回路は、チップ上のデバイス数が２年ごとに倍になることを意味する２年／半サイズルール（ｔｗｏ ｙｅａｒ／ｈａｌｆ−ｓｉｚｅ ｒｕｌｅ）（しばしばムーアの法則と呼ばれる）に従っている。今日の製作施設は、９０ｎｍや、さらには６５ｎｍのフィーチャサイズを有するデバイスを日常的に生産しており、将来の施設はまもなく、４５ｎｍ以下などのさらに小さなフィーチャサイズを有するデバイスを生産することになる。

集積回路のフィーチャサイズが縮小するにつれて、フィーチャを集積回路内にパターニングするのに使用されるフォトレジスト材料のフィーチャも縮小している。フォトレジスト材料を堆積させ、露光し、次いで現像すると、フォトレジストパターンを形成することができる。現像が浸漬現像の場合、現像液を集積回路から脱イオン水で洗い流すことができる。より小さなフィーチャサイズの場合、反射防止被覆（ＡＲＣ）に対する、さらにはＡＲＣ層上に堆積された接着促進層に対するフォトレジスト材料の接着力は、乾燥用水（ｄｒｙｉｎｇ ｗａｔｅｒ）の毛管力がその接着力を超えるところまで達する可能性がある。毛管力が接着力を超えると、パターンが崩壊する恐れがある。パターンが崩壊すると、集積回路内へのフィーチャの効果的なエッチングが実施されなくなるため、集積回路が不良になる。

フォトレジストを現像する際の別の問題は、露光されたレジストのある特定部分が、要求どおりに完全に除去されない可能性があり、それによって、後続のエッチングプロセス中に、構造物が下にある材料内に正確に転写されない可能性がある場合に生じる。フォトレジストが不十分に露光および現像される影響は、レジストポイゾニング（ｒｅｇｉｓｔ ｐｏｉｓｏｎｉｇ）とも呼ばれる。レジスト感度の著しい変化が、材料スタック内に存在する窒素、ならびに窒素および／または窒素化合物からの窒素ラジカルと、レジスト層との相互作用によって生じ、それにより、レジストの露光および露光後ベーク中に、光酸発生剤の作用が局所的に阻害され、したがって、レジスト現像後にレジスト構造が局所的に変わる（フッティング）ことがあると考えられる。

したがって、集積回路に対するフォトレジストの接着を高め、集積回路内のパターン崩壊を低減させる方法が、当技術分野で必要とされている。

本発明は一般に、レジスト内のパターンの現像中に、表面に対するレジストの接着を維持することに関する。本発明の一実施形態では、基板を処理する方法であって、基板の表面上に反射防止被覆層を堆積させること、反射防止被覆層上に接着促進層を堆積させること、および接着促進層上にレジスト材料を堆積させることを含む方法が提供される。

本発明の別の実施形態では、誘電体基板と、誘電体層上に堆積された非晶質炭素層と、非晶質炭素層上に堆積された反射防止被覆層と、反射防止被覆層上に堆積された接着促進層と、接着促進層上に堆積されたレジスト材料とを含む、半導体基板構造が提供される。

本発明の上で列挙した特徴を詳細に理解することができるように、添付の図面に示す複数の実施形態を参照して上述の簡潔に要約した本発明をより詳細に説明する。しかし、添付の図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本発明の範囲を限定して考慮するものでなく、本発明が他の同様に効果的な実施形態を含み得ることに留意されたい。

本発明の実施形態を実施するために使用することのできる装置の概略図である。 Ａ〜Ｄは、本発明の一実施形態による、フォトレジスト材料が上に形成された集積回路２００のさまざまな処理段階での概略図である。

理解を容易にするため、これらの図に共通の同一要素を示すように、可能な限り同一の参照番号が使用されている。ある実施形態において開示された要素を、具体的な記述なく他の実施形態に対して有利に利用できることが企図される。

本発明は一般に、９０ｎｍ以下の範囲内のフィーチャサイズを有する半導体デバイスの製作に関する。本発明の一実施形態では、基板を処理する方法であって、基板の表面上に反射防止被覆（ＡＲＣ）層を堆積させること、ＡＲＣ層上に有機接着促進層を堆積させること、および接着促進層上にレジスト材料を堆積させることを含む方法が提供される。この方法を使用して、無機表面に対する有機膜の接着を向上させることができる。

以下では、フォトレジスト材料について説明しているが、電子ビームレジストなど、他のレジスト材料を、本明細書に記載する本発明と共に使用することができる。以下では、約４５ｎｍ以下のフィーチャサイズについても説明しているが、本発明は、さまざまなフィーチャに適用可能であり、４５ｎｍを上回るフィーチャサイズにも適用可能である。

図１は、窒素を含まないＡＲＣ層などのＡＲＣ層、および非晶質炭素層などの有機接着促進層を堆積させるために使用することのできる基板処理システム１０の概略図を示す。このシステムは一般に、プロセスチャンバ１００、ガスパネル１３０、制御ユニット１１０、および電源、真空ポンプなど、集積回路部品の製造に使用されることが当技術分野で知られている他のハードウェア構成部品を含む。システム１０の例には、ＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）システム、ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ５０００（登録商標）システム、およびＰＲＯＤＵＣＥＲ（商標）システムがあり、そのいずれも、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．から商業的に入手可能である。

プロセスチャンバ１００は一般に、半導体基板１９０などの基板を支持するのに使用される支持ペデスタル１５０を含む。このペデスタル１５０は、典型的には、チャンバ１００内部で、変位機構１６０を用いて垂直方向に移動させることができる。特定のプロセスに応じて、基板１９０を、ペデスタル１５０に埋め込んだ加熱要素１７０によって所望の温度に加熱することができる。例えば、ペデスタル１５０は、電源１０６から加熱要素１７０に電流を加えることによって抵抗加熱することができ、次いで加熱要素１７０が基板１９０を加熱する。ペデスタル１５０の温度を、プロセス制御システム（図示せず）との協調的相互作用によって監視するために、例えば熱電対などの温度センサ１７２を基板支持ペデスタル１５０に埋め込むことができる。熱電対によって読み取られた温度は、フィードバックループ内で、基板温度を特定のプロセスの適用に適した所望の温度に維持または制御することができるように加熱要素１７０用の電源１０６を制御するために使用することができる。あるいは、ペデスタル１５０は、プラズマ加熱構成および／または放射加熱構成、あるいは冷却チャネル（図示せず）など、当技術分野で既知の代替の加熱および／または冷却構成を利用することもできる。

プロセスチャンバ１００を真空排気し、またチャンバ１００内部の所望のガス流量および動圧を維持するために、真空ポンプ１０２を使用することができる。プロセスガスをその中を通ってチャンバ１００に導入することのできるシャワーヘッド１２０を、基板支持ペデスタル１５０の上方に配置することができる。シャワーヘッド１２０は一般に、プロセスシーケンスのさまざまなステップで使用される各種ガスを制御および供給するガスパネル１３０に接続することができる。

シャワーヘッド１２０および基板支持ペデスタル１５０は、１対の離隔した電極を形成することもできる。したがって、これらの電極間に電界が生成されると、離隔した電極間の電位がプラズマを開始し維持するのに十分であると仮定して、チャンバ１００内にシャワーヘッド１２０により導入されたプロセスガスに点火してプラズマにすることができる。典型的に、ＲＦ電源は主に、シャワーヘッド１２０に整合回路網（図示せず）を通じて結合され、または任意選択で、シャワーヘッド１２０と基板支持ペデスタル１５０の両方に、それぞれに対応する整合回路網を通じて結合される。あるいは、プラズマ用の駆動電界は、基板支持ペデスタル１５０を無線周波（ＲＦ）電源１０４に、整合回路網（図示せず）を通じて接続することによっても生成される。

プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）技法は一般に、基板表面付近の反応域に電界を印加することにより反応ガスの励起および／または解離を促進して、反応種のプラズマを基板表面の直上に形成するものである。プラズマ中の種の反応性が、化学反応が起こるのに必要なエネルギーを低減させ、実際に、そのようなＰＥＣＶＤプロセスに必要な温度を低下させる。

本発明の実施形態では、ＡＲＣ層および有機接着促進層を、プラズマ化学気相成長プロセスによって堆積させることができる。本明細書に記載する、堆積すべき層の堆積ガスを、ガスパネル１３０の制御下でプロセスチャンバ１００に導入することができる。堆積ガスは、シャワーヘッド１２０により流れが調節されたガスとして、プロセスチャンバに導入することができる。

ガスパネル１３０によるガス流量の適切な制御および調節は、１つまたは複数の質量流量コントローラ（図示せず）、およびコンピュータなどの制御ユニット１１０によって行うことができる。シャワーヘッド１２０が、ガスパネル１３０からのプロセスガスを均一に分配して、プロセスチャンバ１００内の基板１９０の表面のすぐ近くに導入することができる。例として、制御ユニット１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１２、支援回路１１４、ならびに関連する制御ソフトウェア１１６および／またはプロセス関連データを含んださまざまなメモリユニットを含むことができる。制御ユニット１１０は、基板処理に必要なさまざまなステップに対する、基板搬送、ガス流量制御、温度制御、チャンバ真空排気、および電子制御装置によって制御されることが当技術分野で知られている他のプロセスなどの自動制御を担うことができる。制御ユニット１１０と装置１０のさまざまな構成部品との間の双方向通信は、信号バス１１８と総称する、そのいくつかが図１に示されている多数の信号ケーブルを通じて対処することができる。

本発明で使用される被加熱ペデスタル１５０は、窒化アルミニウムまたはアルミニウムから製造することができ、ペデスタル１５０の基板支持表面１９２より下方のある距離のところに埋め込まれた加熱要素１７０を含むことができる。加熱要素１７０は、ニッケルクロム線をＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標）シース管内にカプセル封入したものから製造することができる。加熱要素１７０に供給される電流を適切に調整することにより、基板１９０およびペデスタル１５０を、基板準備プロセスおよび膜堆積プロセス中に比較的一定の温度に維持することができる。電流の適切な調整は、ペデスタル１５０の温度がペデスタル１５０に埋め込まれた温度センサ１７２によって絶えず監視されるフィードバック制御ループを通じて達成することができる。信号バス１１８を介して制御ユニット１１０に情報を伝達することができ、制御ユニット１１０は、必要な信号を電源１０６に送出することによって応答することができる。その後、電源１０６内で、ペデスタル１５０を所望の温度（すなわち特定のプロセスの適用に適した温度）に維持および制御するように調整を行うことができる。したがって、プロセスガス混合物が基板１９０の上方でシャワーヘッド１２０から出ると、炭化水素化合物のプラズマ化学気相成長が基板１９０の表面１９１で起こって、基板１９０上に非晶質炭素層が堆積される。あるいは、非晶質炭素材料を、熱化学気相成長法によって堆積させることもできる。

図２Ａ〜２Ｄは、本発明の一実施形態による、フォトレジスト材料が上に形成された集積回路２００のさまざまな処理段階での概略図である。図２Ａ〜２Ｄは、基板を処理する一実施形態であって、基板の表面上に反射防止被覆層を堆積させること、反射防止被覆層上に有機接着促進層を堆積させること、および接着促進層上にフォトレジスト材料を堆積させることを含む一実施形態を示す。

図２Ａに示すように、集積回路２００は、基板２０２を備えることができる。一般に、基板２０２は、処理が実施される任意のワークピースを指す。基板２０２は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造、トランジスタのゲートデバイス、ＤＲＡＭデバイス、またはデュアルダマシン構造などのより大きな構造（図示せず）の一部であってよい。特定の処理段階に応じて、基板２０２は、シリコン基板、または基板上に形成された他の材料層に対応し得る。図２Ａは、例えば、基板２０２上に材料層２０４が従来どおりに形成された集積回路２００の断面図を示す。材料層２０４は、酸化物（例えばＳｉＯ_２）とすることができる。一般に、基板２０２は、シリコン、シリサイド、金属、または他の材料の層を含むことができる。図２Ａは、基板２０２がシリコンであり、その上に二酸化珪素の材料層２０４が形成される一実施形態を示す。

材料層２０４上に、非晶質炭素層２０６を堆積させることができる。非晶質炭素層の一実施形態では、層２０６は、反応条件下で炭化水素化合物と不活性ガスのガス混合物から堆積させることができる。化学気相成長（ＣＶＤ）法またはプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法によって堆積された非晶質炭素層を使用することができる。使用することのできる非晶質炭素層の一例が、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｉｎｃ．から入手可能なＡＰＦ（商標）膜である。

非晶質炭素層堆積プロセスの一例では、炭化水素化合物が、ｘの範囲が１〜１０であり、ｙの範囲が２〜２２である一般式Ｃ_ｘＨ_ｙを有する。例えば、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、エテン（Ｃ_２Ｈ_４）、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）、プロピン（Ｃ_３Ｈ_４）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）、ブチレン（Ｃ_４Ｈ_８）、ブタジエン（Ｃ_４Ｈ_６）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、ペンタン、ペンテン、ペンタジエン、シクロペンタン、シクロペンタジエン、ベンゼン、トルエン、アルファテルピネン、フェノール、シメン、ノルボルナジエン、ならびにそれらの組合せを、炭化水素化合物として使用することができる。液体前駆体を使用して、非晶質炭素膜を堆積させることができる。非晶質炭素層の水素比を制御したい場合、とりわけ水素（Ｈ_２）およびアンモニア（ＮＨ_３）、またはそれらの組合せなどのさまざまなガスを、ガス混合物に添加することができる。適切な不活性ガスには、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、および窒素（Ｎ_２）があり、これらは、有機接着促進層の密度および堆積速度を制御するために使用することができる。

一般に、非晶質炭素層２０６を形成するために、次の堆積プロセスパラメータを使用することができる。プロセスパラメータの範囲は、基板温度が、摂氏約１００度〜摂氏約７００度、チャンバ圧力が、約０．５Ｔｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒ、炭化水素ガス（Ｃ_ｘＨ_ｙ）流量が、（例えば１２インチ基板につき）約５０ｓｃｃｍ〜約５０，０００ｓｃｃｍ、ＲＦ電力が、約０．５Ｗ／ｉｎ^２（０．０７Ｗ／ｃｍ^２）〜約１０Ｗ／ｉｎ^２（１．６Ｗ／ｃｍ^２）、プレート間隔が、約２００ミル〜約１，２００ミルである。非晶質炭素層２０６の厚さは、特定の処理段階に応じてさまざまである。非晶質炭素層２０６は、約４００オングストローム〜約１０，０００オングストロームなど、約１００オングストローム〜約２０，０００オングストロームの範囲内の厚さに堆積させることができる。上記のプロセスパラメータは、約１００オングストローム／分〜約２０，０００オングストローム／分の範囲内の、非晶質炭素層の典型的な堆積速度を可能にし、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な堆積チャンバ内で、３００ｍｍ基板に対して実施することができる。

非晶質炭素層は、同一出願人の米国特許第６，５７３，０３０号、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｌａｙｅｒ」という名称の、２００６年６月１３日出願の米国特許出願第１１／４５１，９１６号、および「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ ａｎ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｌｍ ｗｉｔｈ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ」という名称の、２００６年６月２８日出願の米国特許出願第１１／４２７，３２４号に記載の非晶質炭素堆積プロセスを含む、追加のプロセスによって堆積させることができる。これらの文献を参照により本明細書に組み込む。適切な非晶質炭素材料が、２００３年４月１日発行の米国特許第６，５４１，３９７号に記載されており、これを、本明細書における特許請求の範囲の態様および開示と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込む。

下にある層の反射を抑制して、フォトレジスト層の正確なパターン複製を可能にするために、非晶質炭素層２０６の上にＡＲＣ層２０８を堆積させることができる。ＡＲＣ層２０８は非晶質炭素層２０６上に、ＰＥＣＶＤなどのさまざまな化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを用いて従来どおりに形成することができる。一実施形態では、ＡＲＣ層２０８に傾斜をつけることができる。ＡＲＣ層２０８は、窒素を含まない無機反射防止被覆層とすることができる。ＡＲＣ層２０８は、炭化珪素、シリコンリッチ酸化物（Ｓｉ_ｘＯ_ｙ）、または酸炭化珪素ＳｉＯ_ｘＨ_ｙ：Ｃなどの、窒素を含まない材料とすることも、窒化珪素（Ｓｉ_ｘＮ_ｙ）、酸窒化珪素（ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ）、水素化酸窒化珪素、窒素ドープ炭化珪素、または窒素ドープ酸炭化珪素などの窒素含有材料とすることもできる。窒素を含まない材料と窒素含有材料の材料の組合せを、２層（ｂｉ−ｌａｙｅｒ）ＡＲＣ層を含むＡＲＣ層に使用してもよい。適切なＡＲＣ層２０８の材料の例は、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＤＡＲＣ（登録商標）およびＤＡＲＣ１９３（登録商標）、ならびにそれらの組合せである。

ＡＲＣ層２０８は、シリコン源と、炭素源、シリコン源、酸素源、窒素源、またはそれらの組合せのうち少なくとも１つと、任意選択で不活性ガスとのガス混合物のプラズマを生成することによって形成することができる。シリコン源は、シラン、ジシラン、クロロシラン、ジクロロシラン、トリメチルシラン、テトラメチルシラン、およびそれらの組合せを含むことができる。シリコン源は、また、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）、トリエトキシフルオロシラン（ＴＥＦＳ）、ジエトキシメチルシラン（ＤＥＭＳ）、１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、ジメチルジエトキシシラン（ＤＭＤＥ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、およびそれらの組合せなどの有機珪素化合物を含むこともできる。炭素源は、ｘの範囲が２〜１０であり、ｙの範囲が２〜２２である一般式Ｃ_ｘＨ_ｙを有する炭化水素化合物とすることができる。適切な炭化水素化合物は、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、エテン（Ｃ_２Ｈ_４）、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）、プロピン（Ｃ_３Ｈ_４）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）、ブチレン（Ｃ_４Ｈ_８）、ブタジエン（Ｃ_４Ｈ_６）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、ペンタン、ペンテン、ペンタジエン、シクロペンタン、シクロペンタジエン、ベンゼン、トルエン、アルファテルピネン、フェノール、シメン、ノルボルナジエン、およびそれらの組合せからなる群から選択することができる。あるいは、炭化水素化合物はメタンを含むこともでき、それを、本明細書に記載する炭化水素化合物の１つまたは複数と組み合わせて使用することもできる。窒素源は、アンモニア（ＮＨ_３）、窒素（Ｎ_２）、またはそれらの組合せとすることができる。堆積ガス中に亜酸化窒素を用いるときなどには、窒素源と酸素源を組み合わせることができる。不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、およびそれらの組合せからなる群から選択することができる。

一実施形態では、ガス混合物が、約１０ｓｃｃｍ〜約２，０００ｓｃｃｍの流量のシラン、約１００ｓｃｃｍ〜約３０，０００ｓｃｃｍの流量の二酸化炭素、および約１ｓｃｃｍ〜約１０，０００ｓｃｃｍの流量のヘリウムを含む。ＡＲＣ層２０８のさまざまな光学特性が、前述のガスの流量を変化させることによって達成される。ＡＲＣ層２０８は、約２５０ｎｍ未満の波長において約１．０〜２．２の範囲内の屈折率（ｎ）および約０〜約１．０の範囲内の吸収係数（ｋ）を有し、すなわちＤＵＶ波長でのＡＲＣとして使用するのに適したものになることができる。ＡＲＣ層２０８は、プラズマの生成に１３．５６の単周波ＲＦ電源、または約１３．５６ＭＨｚの高周波電力と、約３５０ｋＨｚなど、約２００ｋＨｚ〜約６００ｋＨｚの低周波電力とを用いる２周波ＲＦ電源を使用するプラズマ化学気相成長プロセスにおいて、堆積させることができる。

ＡＲＣ層２０８は、約５０オングストローム〜約８００オングストロームを含めて、約１オングストローム〜約３，０００オングストロームの厚さに堆積させることができ、例えば約２５０オングストロームの厚さに堆積させることができる。

一実施形態では、非晶質炭素層２０６およびＡＲＣ層２０８を、真空を破ることなく同じシステムまたはプロセスチャンバ内でインサイチュで形成することができる。インサイチュＡＲＣ層２０８は、トリメチルシランまたはシランなどのシリコン源が添加され、その後に酸素前駆体が続くことを除き、非晶質炭素層２０６と同じ条件下で堆積させることができる。チャンバ内のガスの流量を変調することにより、インサイチュ層の傾斜堆積が可能になる。

図示していないが、ＡＲＣ層２０８上に、接着促進層２１０を堆積させる前に、任意選択の酸化物キャップ層を堆積させることができる。酸化物キャップは、約１０オングストローム〜約１，０００オングストロームの間で堆積させ、例えば約５０オングストロームの厚さに堆積させることができる。酸化物キャップ材料は、酸化珪素とすることができ、これは例えば、シラン（ＳｉＨ_４）などのシリコン源、二酸化炭素（ＣＯ_２）または亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）などの酸素源、およびヘリウムなどの任意選択の不活性ガスからなるプロセスガスから、単周波プラズマ堆積プロセスにおいて生成することができる。

フォトレジスト材料のパターン崩壊を低減または防止するために、ＡＲＣ層２０８上に有機接着促進層（ＡＰＬ）２１０が堆積される。

有機接着促進層２１０は、約６０°など、約４５°〜約７０°などの４５°を上回る濡れ角を有する材料を含むことができる。有機接着促進材料の一実施形態は、フォトレジスト材料と同じ濡れ角、またはフォトレジスト材料と似た濡れ角、すなわち＋／−１０°の濡れ角を有することができる。濡れ角とは、表面と液滴との間の接触角であり、この液滴は、水平基板表面と液滴の縁部で液滴の曲率に沿って引かれた接線との間に位置するものである。

さらに、有機接着促進層２１０は、非極性材料とすることもでき、一実施形態では、フォトレジスト材料と同じまたは似た非極性特性を有することができる。さらに、有機接着促進層２１０は、疎水性材料とすることもでき、一実施形態では、フォトレジスト材料と同じまたは似た疎水特性を有することができる。さらに、有機接着促進層２１０は、窒素および窒素ラジカルが誘電体材料スタックを通って移動するのを低減または解消するためのバリア材料として機能し、それにより、フォトレジストを窒素および窒素ラジカルにさらすのを制限し、レジストポイゾニングを低減または解消することができる。

有機接着促進層２１０は、好ましくは、１つまたは複数の炭素単結合（Ｃ−Ｃ）、１つまたは複数の炭素二重結合（Ｃ＝Ｃ）、またはそれらの組合せを有する材料を含む。炭素単結合（Ｃ−Ｃ）、１つまたは複数の炭素二重結合（Ｃ−Ｃ）が、フォトレジスト材料と反応して、フォトレジスト材料と有機接着促進層材料との間に炭素−炭素化学結合を形成し、それにより、２つの材料間の接着が増大すると考えられる。この反応は、フォトレジスト現像液（ＣＨ_３）_４Ｎ^＋ＯＨ−からなどの塩基（ＯＨ−）触媒反応とすることができる。

一実施形態では、有機接着促進層２１０は、非晶質炭素を含むことができる。この有機接着促進層２１０は、非晶質炭素層２０６について上述した非晶質炭素堆積プロセスによって形成することができる。非晶質炭素堆積プロセスの一例では、有機接着促進層２１０を、炭化水素化合物および不活性ガスを処理チャンバに導入することにより形成することができる。炭化水素化合物は、ｘの範囲が２〜１０であり、ｙの範囲が２〜２２である一般式Ｃ_ｘＨ_ｙを有し、例えば、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、エテン（Ｃ_２Ｈ_４）、プロピレン（Ｃ_３Ｈ_６）、プロピン（Ｃ_３Ｈ_４）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）、ブチレン（Ｃ_４Ｈ_８）、ブタジエン（Ｃ_４Ｈ_６）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、ペンタン、ペンテン、ペンタジエン、シクロペンタン、シクロペンタジエン、ベンゼン、トルエン、アルファテルピネン、フェノール、シメン、ノルボルナジエン、およびそれらの組合せを含むことができ、不活性ガスは、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ_２）、およびそれらの組合せを含むことができる。あるいは、炭化水素化合物はメタンを含むこともでき、それを、本明細書に記載する炭化水素化合物の１つまたは複数と組み合わせて使用することもできる。炭化水素化合物は、約１００ｓｃｃｍ〜約５，０００ｓｃｃｍの速度で処理チャンバに導入することができ、不活性ガスは、約１００ｓｃｃｍ〜約１０，０００ｓｃｃｍの速度で処理チャンバに導入することができる。

有機接着促進層２１０は、シャワーヘッドに対する単周波ＲＦバイアス、またはシャワーヘッドと基板支持体の両方にバイアスがかけられる２周波バイアスを利用して、堆積させることができる。単周波プロセスでは、ＲＦ電流を約１３．５６ＭＨｚで約１００ワット〜約２，０００ワットの電力レベルにて流すことができる。有機接着促進層２１０は、約１０オングストローム〜約２０オングストロームの厚さなど、約５オングストローム〜約１００オングストロームを含めて、約１オングストローム〜約３，０００オングストロームの厚さに堆積させることができる。

有機接着促進層２１０は、ＡＲＣ層２０８、非晶質炭素層２０６、または両層２０６、２０８と同じチャンバまたは同じ処理システム内で、インサイチュで堆積させることができる。インサイチュ有機接着促進層２１０は、ＡＲＣ層２０８のシリコン源が有機接着促進層２１０の堆積プロセスのために終了した状態で、ＡＲＣ層２０８と同じ条件下で堆積させることができる。

さらに、有機接着促進層は、ポリマー材料、例えばフッ素化および非フッ素化ポリ（アリーレン）エーテル（Ａｌｌｉｅｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＦＬＡＲＥ１．０および２．０として商業的に知られている）、ポリ（アリーレン）エーテル（Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＰＡＥ２−３として商業的に知られている）、ジビニルシロキサンベンゾシクロブタン（ＤＶＳ−ＢＣＢ）または類似の製品、およびエアロゲル(aero-gel)などの、スピンオン有機誘電体材料を含むことができる。

本発明の一代替実施形態では、ＡＲＣ層２０８上に、有機接着促進層２１０の代わりに非晶質シリコン材料を堆積させることができる。非晶質シリコン層は、ＡＲＣ層２０８と共に同じチャンバ内でインサイチュで堆積させることができる。

有機接着促進層２１０の堆積後、有機接着促進層２１０にフォトレジスト材料２１２を結合させる働きをするヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などの任意選択の接着促進剤に、有機接着促進層２１０をさらすことができる。フォトレジスト材料２１２は、現像時に除去すべきフォトレジスト材料のパターン領域内に酸を発生させる、化学増幅ポジ型フォトレジスト材料とすることができる。フォトレジスト材料は、炭素−炭素結合を有するポリマーベース材料を含むことができ、スピンオンプロセスによって堆積させることができる。接着促進層は、フォトレジスト材料、電子ビームレジスト材料、または有機膜と無機材料もしくは表面との間の接着の向上を必要とする他の材料と共に使用することができる。

図２Ｂ〜２Ｃに示すように、フォトレジスト材料２１２をパターン露光して、図２Ｂに示すように、フォトレジスト材料２１２内に露光領域２１６および非露光領域２１４を形成することができ、露光領域２１６は、図２Ｃに示すように現像により除去される。図面中に例示したフォトレジストはポジ型フォトレジストであり、それにより露光部分が除去されるが、ネガ型フォトレジストを使用することができ、それにより、フォトレジストの非露光部分を現像中に除去できることを理解されたい。現像後、現像液を脱イオン水２２０により除去すると、図２Ｄに示す構造を形成することができる。その後、フィーチャ２１８によって画定されるパターンを、１つまたは複数のエッチングステップにおいて、有機接着促進層２１０、ＡＲＣ層２０８、および非晶質炭素層２０６の中に移転することができる。

インサイチュは、広義に解釈すべきであり、またそれらに限定されないが、プロセスステップ間またはツール内のチャンバ間で真空を破るなど、介在する汚染環境に材料をさらすことのない、プラズマチャンバ内などの所与のチャンバ内、または統合クラスタツール構成などのシステム内を含む。インサイチュプロセスは一般に、基板を他の処理チャンバまたは領域に移すのに比べて、プロセス時間および生じ得る汚染物質を最小限に抑える。

材料層、非晶質炭素層、およびＡＲＣ層からなる層スタックを有する基板の上に、非晶質炭素層接着促進層を堆積させた。接着促進層堆積プロセスの一実施形態は、約１００ｓｃｃｍの流量のプロピレン、および約２０００ｓｃｃｍの流量のヘリウムからなるプロセスガスを、約３５０℃〜４００℃の温度、および約５Ｔｏｒｒの圧力に維持された処理チャンバに導入し、１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数で約２５０ワットの電力レベルを、基板表面から約３８０ミルのところに配設されたシャワーヘッドに印加する（バイアスをかける）ことを含む。この非晶質炭素層接着促進層を、約１０〜約２０オングストロームの厚さに堆積させた。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (15)

1. 基板を処理する方法であって、
   前記基板の表面上に反射防止被覆層を堆積させること、
   前記反射防止被覆層上に有機接着促進層を堆積させること、および
   前記有機接着促進層上にレジスト材料を堆積させること
   を含む方法。
2. 前記反射防止被覆層が、シリコンリッチ酸化物、窒化珪素、酸窒化珪素、炭化珪素、酸炭化珪素、窒素ドープ炭化珪素、窒素ドープ酸炭化珪素、およびそれらの組合せからなる群から選択される誘電体反射防止材料を備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記有機接着促進層が非晶質炭素材料を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記基板表面が非晶質炭素層をさらに備え、前記反射防止被覆層が、前記非晶質炭素層上に堆積される、請求項１に記載の方法。
5. 前記反射防止被覆層上に、前記有機接着促進層を堆積させる前に、酸化物キャップ層を堆積させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記有機接着促進層が、炭化水素前駆体のプラズマ化学気相成長によって堆積される、請求項１に記載の方法。
7. 前記レジスト材料を堆積させる前に、前記有機接着促進層をヘキサメチルジシラザンに曝すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記有機接着促進層が、炭素−炭素単結合、炭素−炭素二重結合、またはそれらの組合せを有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記反射防止被覆層および前記有機接着促進層が、同じ処理チャンバまたは処理システム内でインサイチュで堆積される、請求項１に記載の方法。
10. 前記レジスト材料を堆積させる前に、前記有機接着促進層をヘキサメチルジシラザンに曝すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 誘電体基板と、
    前記誘電体層上に堆積された非晶質炭素層と、
    前記非晶質炭素層上に堆積された反射防止被覆層と、
    前記反射防止被覆層上に堆積された有機接着促進層と、
    前記有機接着促進層上に堆積されたレジスト材料と
    を備える、半導体基板構造。
12. 前記有機接着促進層と前記レジスト材料との間に形成されたヘキサメチルジシラザン材料をさらに備える、請求項１１に記載の半導体基板構造。
13. 前記有機接着促進層が非晶質炭素材料を含む、請求項１１に記載の半導体基板構造。
14. 前記反射防止被覆層と前記有機接着促進層との間に配設された酸化物キャップ層をさらに備える、請求項１１に記載の半導体基板構造。
15. 前記有機接着促進層が、炭素−炭素単結合、炭素−炭素二重結合、またはそれらの組合せを有する、請求項１１に記載の半導体基板構造。

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