JP2011521452A - コンフォーマルｐｅｃｖｄ膜を使用するクリティカルディメンジョンシュリンクのための方法 - Google Patents

Abstract

基板中に狭いビアを形成するための方法および装置を提供する。従来型のリソグラフィによって、パターンリセスを基板中にエッチングする。パターンリセスの側壁および底部を含んでいる基板の表面の上方に薄いコンフォーマル層を形成する。コンフォーマル層の厚さは、パターンリセスの実効的な幅を縮小する。下方にある基板を暴露させるために、異方性エッチングによってパターンリセスの底からコンフォーマル層を除去する。次に、マスクとしてパターンリセスの側壁を覆っているコンフォーマル層を使用して基板をエッチングする。次に、ウェットエッチャントを使用してコンフォーマル層を除去する。

Description

本発明の実施形態は、半導体製造の方法に関する。より具体的には、本発明の実施形態は、半導体デバイスにおいてクリティカルディメンジョンを縮小する方法に関する。

半世紀以上にわたって、半導体産業は、１個の集積回路上のトランジスタの密度が約２年毎に２倍になるというムーアの法則に従ってきている。この道筋に沿った産業の継続的な発展は、基板上へとパターニングするより小さなフィーチャを要求するであろう。現在生産しているスタックトランジスタは、５０から１００ナノメートル（ｎｍ）の寸法を有する。４５ｎｍの寸法を有するデバイスが現在生産されており、設計の取り組みは、２０ｎｍ以下の寸法のデバイスに向けられようとしている。

デバイスがそのように小さな寸法にシュリンクするので、現在のリソグラフィプロセスは、要求されるクリティカルディメンジョン（ＣＤ）であるパターンを作ることに挑戦している。１００ｎｍ以上の幅のビアを作るように設計されているパターニング機器は、一般にもっと小さなビアを作ることができない。

現在のリソグラフィ機器を再設計する必要性を回避するために、基板中にエッチングするビアのクリティカルディメンジョンをシュリンクするための方法が必要である。

本発明の実施形態は、フィールド領域を有する基板中に形成した側壁および底部を有するリセスのクリティカルディメンジョンを縮小する方法を提供し、フィールド領域、側壁、および底部の上方にコンフォーマル層を適用することと、基板を暴露させるために、指向性エッチングプロセスによって底部からコンフォーマル層を除去することと、底部において暴露した基板をエッチングすることと、ウェットエッチングプロセスによってコンフォーマル層を除去することとを含む。コンフォーマル層は、良いステップカバレッジを有し、コンフォーマル層の下方の層をエッチングするために使用するエッチャントに対して高い選択性を有するコンフォーマル層を堆積することに適合する任意の手段によって堆積することができる。

別の実施形態は、基板のフィールド領域内にビアを形成する方法を提供し、この方法は、側壁および底部を有するリセスを形成するために、基板の表面上に形成した層をパターニングすることと、層の上方にコンフォーマル膜を適用することによってリセスの幅を縮小することと、基板の一部を暴露させるために、リセスの底部からコンフォーマル膜を除去することによって縮小したクリティカルディメンジョン域を形成することと、ビアを形成するために、縮小クリティカルディメンジョン域をエッチングすることとを含む。

別の実施形態は、基板上に形成した誘電体層をパターニングする方法を提供し、この方法は、誘電体層の上方にパターン転写層を形成することと、フォトレジストを適用することによってパターン転写層をパターニングし、フォトレジストをパターニングし、パターン転写層にパターンをエッチングして底部を有するリセスを形成することと、パターン転写層の上方に第１のコンフォーマル層を堆積することと、誘電体層を暴露させるために、リセスの底部から第１のコンフォーマル層を除去することと、狭いリセスを形成するために、誘電体層の暴露した部分をエッチングすることと、パターン転写層およびコンフォーマル層を除去することと、基板の上方に第２のコンフォーマル層を堆積することと、狭いリセスの底部から第２のコンフォーマル層を除去することとを含む。ある実施形態は、パターン形成中にＣＤの二重の縮小を提供する。

従って、本発明の上に記述した特徴を詳細に理解することが可能な方式で、上記に簡潔に要約されている本発明のより明細な説明を、その一部が添付した図面に図示されている実施形態を参照することによって知ることができる。しかしながら、添付した図面が本発明の典型的な実施形態だけを図示し、それゆえ、本発明に関して他の同様に有効な実施形態を許容することができる本発明の範囲を限定するようには見なされないことに、留意すべきである。

Ａは、本発明の一実施形態によるプロセスを図示する流れ図であり、Ｂ−Ｆは、Ａのプロセスの様々なステージにおける基板の模式図である。 Ａは、本発明の別の一実施形態によるプロセスを図示する流れ図であり、Ｂ−Ｈは、Ａのプロセスの様々なステージにおける基板の模式図である。 Ａは、本発明の別の一実施形態によるプロセスを図示する流れ図であり、Ｂ−３は、Ａのプロセスの様々なステージにおける基板の模式図である。 Ａは、本発明の別の一実施形態によるプロセスを図示する流れ図であり、Ｂ−Ｇは、Ａのプロセスの様々なステージにおける基板の模式図である。 Ａは、本発明の別の一実施形態によるプロセスを図示する流れ図であり、Ｂ−Ｈは、Ａのプロセスの様々なステージにおける基板の模式図である。

理解を容易にするために、可能である場合には、複数の図に共通な同一の要素を示すために、同一の参照番号を使用している。一実施形態において開示した要素を、具体的な記述がなくとも別の実施形態において利益をもたらすように利用することができることが予想される。

本発明は、一般に基板を処理する方法に関する。本発明の実施形態は、基板中にリセスまたはビアを形成する方法を提供し、そのリセスまたはビアは、従来型のリソグラフィプロセスを介しては得られるはずのものよりも小さなクリティカルディメンジョンを有する。

図１Ａは、本発明の一実施形態による方法１００を説明する流れ図である。図１Ｂ〜図１Ｆは、方法１００の様々なステージにおける基板１５０の模式図である。その中に形成したリセスを有する基板１５０などの基板を、プロセシングチャンバに設置する。図１Ｂは、エッチングすべきフィーチャ層１５２およびフィーチャ層１５２の上に重なるパターン転写層１５４中に形成したリセスまたは開口部１５６のある基板１５０を図示する。フィーチャ層１５２を、任意の種類のエッチングしようとする誘電体層または半導体層とすることができる。パターン転写層１５４を、ハードマスク層か、反射防止層か、誘電体層か、またはこれらの任意の組み合わせとすることができる。リセス１５６は、側壁およびフィーチャ層１５２を暴露させる底部を有し、引き続くパターニングステージのためのエッチングパターンとして使用することができる。

方法１００のボックス１０２では、コンフォーマル層を基板表面の上方に適用する。図１Ｃは、パターン転写層１５４のフィールド領域ならびにリセス１５６の側壁および底部を覆うように付けられたコンフォーマル層１５８を図示する。コンフォーマル層１５８を、好ましくは、フィーチャ層１５２をエッチングするために使用するいずれのエッチャント中でも低エッチング速度である物質から形成する。例えば、フィーチャ層１５２がフッ素の化学的性質を使用してエッチングすべき酸化物層である実施形態では、コンフォーマル層１５８を、窒化物層などの窒素含有層とすることができる。ある実施形態では、コンフォーマル層１５８を、シリコンナイトライド層か、ボロンナイトライド層か、シリコンボロナイトライド層か、シリコンドープのボロンナイトライド層か、ボロンドープのシリコンナイトライド層とすることができる。それに加えて、コンフォーマル層１５８は、好ましくは、アッシングまたはウェットエッチングなどによって基板から除去することが容易である。

ある実施形態では、コンフォーマル層は、処理中の後の時点において除去される犠牲層である。下記に説明するように、別の実施形態では、コンフォーマル層は、構造の一部として残り、その最終特性に寄与するように意図した誘電体層であってもよい。ある実施形態では、コンフォーマル層は、ハーメティック層であってもよい。別の実施形態では、コンフォーマル層は、バリア層または反射防止層であってもよい。コンフォーマル層は、好ましくは、約８０％と約１２０％との間のステップカバレッジを有する。

後述するように、ボックス１０２において付けたコンフォーマル層１５８は、エッチングマスクとして働き、コンフォーマル層１５８の厚さは、層１５２中にエッチングするパターンのクリティカルディメンジョンを画定する。例えば、リセス１５６が５００Å幅である場合には、５０Å幅のコンフォーマル層は、４００Åにリセス１５６の幅を縮小する。引き続くエッチングシーケンスは、順に、フィーチャ層１５２中に４００Å幅のパターンを生成する。かかるプロセスは、特定のリソグラフィ装置の能力よりも小さなクリティカルディメンジョンを有するパターンを発生する際に有用でありうる。

コンフォーマル層１５８などのコンフォーマル層を、基板上にコンフォーマル層を堆積するための公知の方法のいずれかによって堆積することができる。かかる方法の例は、化学気相堆積（ＣＶＤ）や、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）や、原子層エピタキシ（ＡＬＥ）や、原子層堆積（ＡＬＤ）や、プラズマＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）を含むが、これらに限定されない。シリコンナイトライドコンフォーマル層を、ＡＬＤプロセスまたはＰＥＡＬＤプロセスを使用することによって堆積することができ、シランもしくはジシランか、メチルシランもしくはジメチルシランなどの低アルキルシランか、または低級アルコキシシランか、シラノールか、シラザンなどのいずれかのシランオリゴマでありうる前駆物質のパルスを、窒素ガス（Ｎ_２）か、アンモニア（ＮＨ_３）か、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）か、またはヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_２）などの窒素含有化合物と交互に、基板を含有しているリアクタに供給する。前駆物質を供給し、リアクタをパージすることを容易にするために、キャリアガスを多くの場合に使用する。適した条件で、前駆物質は基板表面と反応して、基板の表面の上方に一様に成長する堆積生成物の層を生成する。必要に応じてプロセスを繰り返すことによって、所望の厚さが得られる。同様に、ボランまたはジボランなどのボランオリゴマと、交互のＮ_２か、ＮＨ_３か、Ｎ_２Ｏか、またはＮ_２Ｈ_２などの窒素含有前駆物質を使用して、ＡＬＤプロセスまたはＰＥＡＬＤプロセスにおいて、ボロンナイトライド層を生成することができる。所望のドーピングレベルにほぼ比例したボロン前駆物質とシリコン前駆物質の混合ガスを使用することによって、ドーピングを実施することができる。

方法１００のボックス１０４では、リセスの底部を覆っているコンフォーマル層の一部を、下にあるフィーチャ層１５２の一部を暴露させるためにエッチングして除去する。図１Ｄは、リセス１５６の底部１６０から除去されているコンフォーマル層１５８を有する基板を図示する。コンフォーマル層１５８を、選択エッチングプロセスを介してリセス１５６の底部１６０から除去することができる。ある実施形態では、選択エッチングプロセスを、基板の水平面からだけ物質をエッチングするように設計された指向性エッチングプロセスまたは異方性エッチングプロセスとすることができる。基板表面に向けて加速するようにプラズマ中のイオンを仕向けるために、かかるプロセスは、基板に印加した電気的なバイアスによりプラズマエッチャントを扱うことができる。かかるプロセスでは、加速されたイオンは、一般に、側壁に向かって曲がる前にリセス１５６中へと深く進み、反応種の極めて大部分がリセス１５６の底部１６０に衝突するという結果をもたらす。同時に、かかるプロセスは、また、パターン転写層１５４のフィールド領域からコンフォーマル層１５８の実質的な除去を結果としてもたらすことができる。フッ素イオンおよび酸素イオンを使用する反応性イオンエッチングは、本発明の実施形態を実行するために有用な選択エッチングプロセスの一例である。非反応性イオンによるエッチングなどの他のエッチング方法も、やはり、使用することができる。

コンフォーマル層１５８の下にあるフィーチャ層１５２の一部を暴露させた後で、フィーチャ層１５２をボックス１０６においてエッチングすることができる。図１Ｅは、方法１００のこのステージにおける基板を図示する。リセス１５６の側壁上に残っているコンフォーマル層１５８の部分は、リセス１５６の幅およびエッチャントに曝されるフィーチャ層１５２の部分を縮小させる。コンフォーマル層１５８が、フィーチャ層１５２をエッチングするために使用するエッチャントに対して高いエッチング選択性を有する物質から形成されている場合には、ボックス１０６の間にコンフォーマル層１５８はゆっくりとエッチングされるまたはまったくエッチングされず、フィーチャ層１５２中にエッチングされた縮小ＣＤビア１６２を残す。フィーチャ層１５２のエッチングを、フィーチャ層１５２を形成する物質をエッチングするために公知の任意の方法によって実行することができるが、好ましくは、コンフォーマル層１５８をエッチングしないプロセスによって実行する。パターン転写層１５４を、やはり、同時に部分的にエッチングして除去することができ、減少した厚さの層１５４を残す。本明細書中のどこかで説明するような反応性イオンまたは非反応性イオンを使用するバイアス下でのエッチングなどの指向性エッチングは、誘電体層１５２をエッチングしつつ、コンフォーマル層１５８の残膜を確保するために有利でありうる。

図１Ｆに示したように、引き続く処理のための準備が整った縮小ＣＤビアを有する基板を残すために、コンフォーマル層１５８を、ボックス１０８において除去することができる。パターン転写層１５４もまた、エッチングまたは酸化による手段によって一般に除去される。縮小ＣＤビア１６２は、従来型のリソグラフィを介して得られるはずのものよりも狭い。

本発明の別の実施形態は、基板のフィールド領域内にビアを形成する方法を提供する。図２Ａは、本発明の一実施形態による方法２００を説明する流れ図である。エッチングすべき基板がプロセスチャンバ内に置かれる。図２Ｂは、方法２００に従って処理される基板２５０の模式図である。基板２５０などの例示的な基板は、下部層２５２や、スタック構造２５４や、保護層２５６や、絶縁層または誘電体層２５８を有することができる。

ボックス２０２では、パターン転写層を基板に適用する。パターン転写層は、引き続くエッチングシーケンスの間エッチングマスクとして働く。パターン転写層は、誘電体層か、反射防止層か、またはバリア層であってよく、１つより多くのかかる特性を保有することができる。炭化水素前駆物質を使用するＣＶＤプロセスから形成される、ｓｐ^３（ダイアモンド状）炭素原子や、ｓｐ^２（グラファイト状）−混成炭素原子や、ｓｐ^１（熱分解）−混成炭素原子の混合物を含む、アモルファスカーボン層は、パターン転写層として有用でありうる。例示的なアモルファスカーボン層は、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．から入手可能なＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）ＳＥおよびＧＴ ＰＥＣＶＤプラットフォームによって生成されるＡＰＦ（登録商標）Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ Ｆｉｌｍである。エッチングすべき基板を、一般に、パターン転写層を形成するためにプロセシングチャンバ内に配置する。基板を、基板支持部上に配置することができ、基板支持部は、容量カップリングによるプラズマを発生させるための電極として働くことができ、基板の温度を制御するように適合させることができる。代替の実施形態では、基板支持部は、プラズマの指向性堆積のために基板に電気的なバイアスを印加するように働くことができる。容量カップリングによるプラズマを、やはり、サイドプレートや、シャワーヘッド電極や、拡散プレートや、その他などの、基板支持部以外の電極を設置することによってプロセスチャンバの内部で発生させることができる。チャンバの側壁は、プラズマ発生電極として働くことができる。さらに別の実施形態では、誘導コイルに合い、かつチャンバの上部に配置されたリエントラント管を介した誘導カップリングによって、プラズマを発生させることができる。最後に、ある実施形態では、プラズマを遠くで発生させ、チャンバに供給することができる。パターン転写層を形成するための例示的なプラズマチャンバの詳細を、米国特許第５，８５５，６８１号および第６，４９５，２３３号中に見出すことができる。

アモルファスカーボンは、例示的なパターン転写層である。下記にさらに説明するように、パターンを画定するために一般に使用する「ソフト」フォトレジストと区別するために「ハードマスク」としても知られるアモルファスカーボンパターン転写層を、その中に基板を配置しているプロセシングチャンバへ炭素原料を供給することによって形成することができる。炭素原料を、ある実施形態ではプロピレンまたはアセチレンとすることができるが、好ましくは、適した蒸気圧および活性化を容易にするためのイオン化電位を有する前駆物質である。反応性プラズマへと炭素前駆物質をイオン化させるために、ＲＦパワーを一般に印加する。ある実施形態では、基板の表面へ向けて反応性イオンを加速するために、基板に電圧を印加することができ、基板上への堆積を促進させる。

フォトレジスト層を、ボックス２０４においてパターン転写層上に形成する。フォトレジストは、一般にある波長の電磁放射に感度があるポリマ材料であり、スピンコーティングプロセスまたはＣＶＤプロセスを介して適用することができる。ある実施形態では、フォトレジストは、フェノール樹脂か、エポキシ樹脂か、またはアゾナフテン樹脂などの紫外線に感度がある炭素ベースのポリマである。フォトレジスト層は、ポジ型フォトレジストであってもネガ型フォトレジストであってもよい。好ましいポジ型フォトレジストを、２４８ｎｍレジストや、１９３ｎｍレジストや、１５７ｎｍレジストや、ジアゾナフトキノン増感剤入りのフェノール樹脂母材からなるグループから選択することができる。好ましいネガ型フォトレジストを、ポリ−シス−イソプレンおよびポリ−ビニルシナメイトからなるグループから選択することができる。ある実施形態では、フォトレジスト層は、下部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）層をさらに包含することができ、ＢＡＲＣ層およびフォトレジスト層を、スピン−オンプロセスによって堆積することができる。

フォトレジスト層は、ボックス２０４においてパターニングされ、パターンが現像される。図２Ｃは、プロセスのこのステージにおける基板２５０を図示する。パターン転写層２６０が、誘電体層２５８の上方に形成されている。フォトレジスト層２６２は、パターン転写層２６０の上に重なり、下にあるパターン転写層２６０を暴露するパターン開口部２６４を明示している。

図２Ｂ〜図２Ｈの実施形態では、フォトレジストをエッチングすることによって与えられるパターンは、複数の開口部２６４を明示している。デバイス２５４のゲートスタックおよびソース接合やドレイン接合のためのコンタクトビアを形成するために、開口部２６４を最終的には使用する。コンタクトビアを形成するために縮小ＣＤパターンを使用することは、コンタクト間の容量相互作用、またはクロス−トークを低減するために有利である。ビアのＣＤを縮小させることは、それらの間の距離を増加させ、ビア中に形成したコンタクトの容量カップリングを低減する。

パターンを、ボックス２０８においてパターン転写層中へと転写する。パターンを、いずれかの適したプロセスによってパターン転写層中へエッチングすることができる。パターン転写層がアモルファスカーボンである例示的な実施形態では、Ｏ_２およびＮ_２の組み合わせまたはＣＨ_４、Ｎ_２およびＯ_２の組み合わせを組み入れたプラズマエッチングプロセスを使用して、パターンをエッチングすることができる。図２Ｄは、方法２００のこのステージにおける基板２５０を示す。パターン転写層２６０は、開口部すなわちリセス２６６を形成するためにエッチングされている。開口部２６６の幅は、フォトレジスト層２６２中に刻まれたパターン開口部２６４の幅によって決められている。フォトレジスト層も、また、このステージにおいて除去されている。ある実施形態では、炭素原子が、フォトレジストおよびパターン転写層の両者において支配的であり、その結果、実質的に同じエッチング化学作用を、フォトレジストを除去し、エッチングパターンを転写するために使用することができる。

コンフォーマル層を、ボックス２１０において基板の上方に形成する。図２Ｅは、プロセスのこのステージにおける基板２５０を図示する。コンフォーマル層２６８は、基板の上に重ねられて示され、縮小した幅のリセス２７０を形成する。コンフォーマル膜を形成するために適した任意のプロセスによって、コンフォーマル膜を形成することができる。コンフォーマル膜は、開口部２６６の幅を一様に縮小する。コンフォーマル膜は、好ましくは約８０％と約１２０％との間のステップカバレッジを有し、下地の誘電体層２５８をエッチングするために使用するエッチャントに対して低いエッチング速度を有する物質から形成される。誘電体層２５８が多孔質シリコンオキシカーバイドｌｏｗ−ｋまたは超ｌｏｗ−ｋ誘電体層などの酸化物層である例示的な実施形態では、コンフォーマル膜を、窒素含有膜とすることができる。シリコンナイトライドや、ボロンナイトライドや、シリコンボロナイトライドは、この方法に適した例示的な膜である。コンフォーマル膜を、原子層エピタキシ（ＡＬＥ）や、原子層堆積（ＡＬＤ）や、化学気相堆積（ＣＶＤ）などのプロセスによって堆積することができる。これらのプロセスを、プラズマ支援型とすることができる。

一般に、シリコンナイトライドが、経験的化学式、ＳｉＮ_ｘである層または膜として堆積される。完全に窒化されたシリコンナイトライドは、Ｎ：Ｓｉの（原子）比が約１．３３であるように、化学式Ｓｉ_３Ｎ_４を有することができる。しかしながら、不十分に窒化されたシリコンナイトライド材料を、約０．７程度まで低いＮ：Ｓｉ比で形成することができる。それゆえ、シリコンナイトライド材料は、約０．７から約１．３３まで、好ましくは約０．８から約１．３までのＮ：Ｓｉ比を有する。シリコンナイトライド材料は、シリコンおよび窒素以外に、水素や、炭素や、酸素および／またはボロンなどの他の元素を含有することができる。ある実施形態では、シリコンナイトライド材料中の水素濃度は、約８重量パーセント（ｗｔ％）以上である。シリコンナイトライド材料中の炭素濃度を、約３原子パーセント（ａｔ％）から約１５ａｔ％とすることができる。シリコンナイトライド材料は、シリコンナイトライド（ＳｉＮ_ｘ）や、シリコンオキシナイトライド（ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ）や、シリコンカーボンナイトライド（ＳｉＣ_ｘＮ_ｙ）や、シリコンカーボンオキシナイトライド（ＳｉＣ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）を含む。シリコンナイトライド材料を、プロセス条件を制御することによって、化学量論組成および組成を変化させて形成することができる。

化学量論組成を１：１の比の付近で変化させて、ボロンナイトライド膜を、やはり、形成することができる。約０．９と約１．１との間で変化するｘ：ｙの比で、本明細書中で説明したプロセスによって、組成Ｂ_ｘＮ_ｙを有する膜を形成することができる。プロセス条件を制御することによって、ボロンナイトライド膜の組成を調節することができる。

ある膜は、シリコンや、ボロンや、窒素を含有することができる。ある実施形態では、ボロンドープのシリコンナイトライド膜を形成することができる。別の実施形態では、シリコンドープのボロンナイトライド膜を形成することができる。さらに別の実施形態では、シリコン、ボロン、および窒素がほぼ化学量論比（すなわち、１：１：１）であるシリコンボロナイトライド膜を形成することができる。別の実施形態では、上記の膜のいずれかを、やはり、水素か、炭素か、塩素またはフッ素などのハロゲンか、酸素か、または別のドーパントでドープする、または含有させることができる。

ＡＬＥプロセスまたはＡＬＤプロセスでは、化学的な前駆物質が逐次的にプロセスチャンバに供給され、チャンバがステップ間でパージされる。ボロンナイトライドコンフォーマル層を堆積する例示的なプロセスでは、ボラン（ＢＨ_３）か、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）などのもう１つのボランオリゴマか、ボラジン（Ｂ_３Ｎ_３Ｈ_６）か、アルキルボラジンか、トリメチルボリン（Ｂ（ＣＨ_３）_３）か、またはＢＣｌ_３などのボロン前駆物質を、プロセスチャンバに供給することができる。プロセスチャンバに前駆物質をパルス的に送ることを容易にするために、キャリアガスを使用することができる。キャリアガスを、ヘリウム（Ｈｅ）か、アルゴン（Ａｒ）か、窒素（Ｎ_２）か、またはキセノン（Ｘｅ）などの非反応性ガスとすることができる。キャリアガス流中へとパルス的に送られる前駆物質のあるキャリアガスを、連続的に流すことができる、またはパルス的に送られる前駆物質とともに間欠的に流すことができる。ボロン前駆物質の堆積に続いて、パージガスのパルスまたは非反応性キャリアガスの連続的な流れのいずれかによって、チャンバをパージする。窒素ガス（Ｎ_２）か、アンモニア（ＮＨ_３）か、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）か、またはヒドラジン（Ｈ_２Ｎ_２）などの第２の前駆物質含有窒素が、次にチャンバ中へとパルス的に送られ、反応することを可能にする。パージステップが、窒素ステップの後に続く。このサイクルを、堆積した膜が所望の厚さになるまで繰り返すことができる。シリコンナイトライド膜を堆積するために、ボロン前駆物質の代わりに、低級シランか、シロキサンか、シラノールか、もしくはシラザンなどのシリコン前駆物質、またはアルキルや、フェニルや、それらのアミノ誘導体を、使用することができる。シラン（ＳｉＨ_４）およびメチルシラン（ＭｅＳｉＨ_３）が例である。それに加えて、置換型シクロシロキサン類およびシクロシラザン類などの環式誘導体、ならびにハロゲン誘導体を、やはり、使用することができる。ある実施形態では、コンフォーマル層を、Ｃや、Ｆや、Ｎや、Ｏや、Ｓｉや、Ｃｌや、Ｈからなるグループから選択した原子によりさらにドープすることができる。

ある実施形態では、２以上の前駆物質を使用することができる。例示的なシリコンボロナイトライドコンフォーマル層を堆積させるために、例えば、上記に列挙したもののようなシリコン含有前駆物質を、シリコン含有種を堆積させるためにプロセスチャンバへ供給することができる。パージステップの後で、上記のようなボロン前駆物質を、層にボロンを付加するために供給することができ、次に、上記のような窒素前駆物質を層に窒素を付加するために供給することができる。所望の化学的性質および厚さを有するコンフォーマル層を作るために、３−ステージサイクルを必要なだけ繰り返すことができる。

本明細書中で説明したもののようなコンフォーマル膜を堆積するためのＡＬＤプロセスでは、ＡＬＤプロセスの開始の前に、プレクリーニングプロセスおよび表面準備処理を基板に受けさせることができる。これらの準備処理は、基板の上側表面からすべての自然酸化膜を除去し、ＡＬＤプロセスを容易にするように意図された官能基により表面をターミネートする。基板の表面上に付着させたまたは形成した官能基は、水酸基（ＯＨ）や、アルコキシ基（ＯＲ、ここでＲ＝Ｍｅ、Ｅｔ、ＰｒまたはＢｕ）や、ハロキシル基（ＯＸ、ここでＸ＝Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ）や、ハロゲン化物（Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ）や、酸素ラジカルや、アミド基（ＮＲまたはＮＲ_２、ここでＲ＝Ｈ、Ｍｅ、Ｅｔ、ＰｒまたはＢｕ）を含む。プレクリーニングプロセスは、ＮＨ_３か、Ｂ_２Ｈ_６か、ＳｉＨ_４か、Ｓｉ_２Ｈ_６か、Ｈ_２Ｏか、ＨＦか、ＨＣｌか、Ｏ_２か、Ｏ_３か、Ｈ_２Ｏ_２か、Ｈ_２か、原子状のＨか、原子状のＮか、原子状のＯか、アルコール類か、アミン類か、これらのプラズマか、これらの誘導体か、またはこれらの組み合わせなどの薬品に基板を暴露させることができる。官能基は、基板の上側表面上に付着させるために入ってくる化学的前駆物質に関する基剤を与えることができる。ある種の実施形態では、プレクリーニングプロセスは、約１秒から約２分までの期間にわたり薬品に基板の上側表面を曝すことができる。ある種の実施形態では、曝す期間を、約５秒から約６０秒とすることができる。プレクリーニングプロセスは、また、ＲＣＡ溶液（ＳＣ１／ＳＣ２）か、ＨＦ仕上げ溶液か、過酸化水素水溶液か、酸性溶液か、アルカリ性溶液か、これらのプラズマか、これらの誘導体か、またはこれらの組み合わせに基板の表面を曝すことを含む。ある実施形態では、基板を、約２分から約１５分の間フッ化水素酸槽中に浸漬させることができる。例示的な一実施形態では、基板を、約２分間２％フッ化水素酸槽中に浸漬させることができる。ある実施形態では、プレクリーニングを、バッチ洗浄システム中でまたは枚葉洗浄システム中で実施することができる。枚葉洗浄システムの一例は、Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＯＡＳＩＳ ＣＬＥＡＮ（登録商標）システムである。

ウェット洗浄プロセスが基板表面を洗浄するために実行されるある種の実施形態では、ウェット洗浄プロセスを、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＭＡＲＩＮＥＲ（商標）ウェット洗浄システムまたはＴＥＭＰＥＳＴ（登録商標）ウェット洗浄システム中で実行することができる。あるいは、基板を約１５秒間ＷＶＧシステムから得られる水蒸気に曝すことができる。

プラズマを形成するためにＲＦパワーの印加によって、ＡＬＥプロセスまたはＡＬＤプロセスを支援することができる。パルス的に送るステップおよびパージステップ中ずっと、ＲＦパワーを継続することができる、またはＲＦパワーを選択的に印加することができる。一般に、強い指向性堆積を避けるために、誘導カップリングプラズマまたは弱い容量カップリングプラズマが好まれる。

ボロンナイトライド膜を堆積させるための熱ＣＶＤプロセスでは、ボロン前駆物質および窒素前駆物質を、約１０ｓｃｃｍと約１ｓｌｍとの間などの約５ｓｃｃｍと約５０ｓｌｍとの間の流量でプロセシングチャンバへそれぞれ供給することができる。一実施形態では、キャリアガスなどの非反応性ガスを、約１０ｓｃｃｍと約１ｓｌｍとの間などの約５ｓｃｃｍと約５０ｓｌｍとの間の流量で、やはり供給することができる。チャンバを、約２トールと約２０トールとの間などの約１０ｍトールと約７６０トールとの間の圧力で維持することができ、および基板を、約３００℃と約５００℃との間などの約１００℃と約１０００℃との間の温度で維持することができる。

ボロンナイトライド膜を堆積させるためのＰＥＣＶＤプロセスでは、前駆物質を活性化させるために、ＲＦパワーを印加することができる。約３０Ｗと約１０００Ｗとの間などの約２Ｗと約５０００Ｗとの間のパワーレベルで、約１００ｋＨｚから約１ＭＨｚまでの間の、例えば、約３００ｋＨｚから約４００ｋＨｚまでの単一低周波数で、または、約３０Ｗと約１０００Ｗとの間などの約２Ｗと約５０００Ｗとの間のパワーレベルで、約１ＭＨｚよりも高く約６０ＭＨｚまでの、例えば、１３．６ＭＨｚなどの約１ＭＨｚよりも高い単一高周波数で、ＲＦパワーを供給することができる。あるいは、約３０Ｗと約１０００Ｗとの間などの約２Ｗと約５０００Ｗとの間のパワーレベルで、約１００ｋＨｚから約１ＭＨｚまでの間の、例えば、約３００ｋＨｚから約４００ｋＨｚの第１の周波数および、約３０Ｗと約１０００Ｗとの間などの約２Ｗと約５０００Ｗとの間のパワーレベルで、約１ＭＨｚよりも高く約６０ＭＨｚまでの、例えば、１３．６ＭＨｚなどの約１ＭＨｚよりも高い第２の周波数、を含む混合周波数で、ＲＦパワーを供給することができる。

ボロン含有前駆物質および窒素含有前駆物質が同時に導入されるさらなる実施形態では、ＳｉＢＮ層を形成するために、シリコン含有前駆物質もまた、ボロン含有前駆物質および窒素含有前駆物質とともにチャンバ内へと導入することができる。ＳｉＢＮ層を堆積するための例示的なプロセス条件は、６０ｓｃｃｍＳｉＨ_４、６００ｓｃｃｍＮＨ_３、１０００ｓｃｃｍＮ_２、１００〜１０００ｓｃｃｍＢ_２Ｈ_６で前駆物質を導入すること、６トールのチャンバ圧力でチャンバ条件を維持しつつ、１３．６ＭＨｚで１００ＷのＲＦパワーでプラズマを発生させること、および４８０ミルの間隔を含む。選択肢として、ＳｉＢＮ層を、４００℃で１０分間ＵＶ硬化させることができる。

ボロンナイトライド層を堆積させるためのＡＬＤプロセスでは、約５：１などの約４：１と約６：１との間の比で前駆物質としてジボランおよび窒素を使用して、層をサイクル当たり２０Åの速度で堆積させることができる。例えば、４００ｓｃｃｍのジボランおよび２０００ｓｃｃｍの窒素を、６トールのチャンバ圧力および４８０ミルの間隔で５秒／サイクルの間供給することができ、結果として得られた層を、層中へと窒素を取込み、ボロンナイトライド層を形成するために、プラズマプロセスにより処理する、ここで、プラズマプロセスは、１３．６ＭＨｚでの３００ＷのＲＦパワーにより１０秒／サイクルの間１００ｓｃｃｍのアンモニアおよび２０００ｓｃｃｍの窒素を使用することを包含する。

シリコンおよび窒素含有層のコンフォーマル堆積を、様々なプロセスに従って行うことができる。あるプロセスでは、基板表面を、シリコン前駆物質およびアンモニアを含まない反応物質に曝すことができる。シリコン前駆物質は、ビス（第三級アミノ）シラン（ＢＴＢＡＳ）などのアルキルアミノシラン類を含むことができ、アンモニアを含まない反応物質を、水素か、シラン類か、ボラン類か、ゲルマン類か、アルキル類か、アミン類か、またはヒドラジン類などの化合物とすることができる。反応物質に曝すことは、熱ＣＶＤプロセスか、パルスＣＶＤプロセスか、ＡＬＤプロセス中であってもよく、プラズマへと活性化させることができる。

一プロセスでは、シリコン前駆物質および反応物質は、ＡＬＤプロセスを実施するためにその中に配置した基板を有するプロセスチャンバ内へと逐次パルス的に送られる。シリコン前駆物質を、約１ｓｃｃｍから約３００ｓｃｃｍの流量で、好ましくは約１０ｓｃｃｍから約１００ｓｃｃｍの流量でプロセスチャンバ内へと投与する。例えば、ＢＴＢＡＳは、約１３ｓｃｃｍから約１３０ｓｃｃｍの流量を有することができ、それはＢＴＢＡＳの分圧および暴露した表面積に応じて、約０．１ｇ／分から約１．０ｇ／分の速度と同等である。反応物質を、約１００ｓｃｃｍから約３，０００ｓｃｃｍ以上の流量で、好ましくは、約５００ｓｃｃｍから約３，０００ｓｃｃｍなどの約５００ｓｃｃｍより多くの流量で、より好ましくは、約１，０００ｓｃｃｍから約２，０００ｓｃｃｍの流量でプロセスチャンバ内へと投与する。シリコン前駆物質か、反応物質か、またはパージガスのパルスは、他とは無関係に、約０．０５秒から約１０秒までの持続時間、好ましくは約０．１秒から約１秒まで、例えば、約０．５秒の持続時間を有する。各パルスは、パルス的に送った前駆物質が基板に付着することを可能にするために、通常遅延時間が後に続き、窒素またはアルゴンなどのパージガスが反応ゾーンを継続的にまたは遅延時間の後でパルス的に流れ抜けることをともなう。

コンフォーマルシリコンナイトライド層を形成するために有用なシリコン前駆物質は、アミノシランなどの窒素を一般に含有する。有用なシリコン前駆物質である具体的なアミノシラン類は、（ＲＲ’Ｎ）．ｓｕｂ．４−ｎＳｉＨ．ｓｕｂ．ｎの化学式を有するアルキルアミノシラン類であり、ここで、ＲおよびＲ’は、他とは無関係に、水素か、メチルか、エチルか、プロピルか、ブチルか、ペンチルか、またはアリルであり、ｎ＝０、１、２または３である。一実施形態では、Ｒは水素であり、Ｒ’は、メチルか、エチルか、プロピルか、ブチルか、またはペンチルなどのアルキル基であり、例えば、Ｒ’は、第三級ブチルなどのブチル基であり、ｎは２である。別の一実施形態では、ＲおよびＲ’は、他とは無関係に、メチルや、エチルや、プロピルや、ブチルや、ペンチルなどのアルキル基、またはアリル基である。本明細書中で説明した堆積プロセスのために有用なシリコン前駆物質は、（．ｓｕｐ．ｔＢｕ（Ｈ）Ｎ）．ｓｕｂ．３ＳｉＨや、（．ｓｕｐ．ｔＢｕ（Ｈ）Ｎ）．ｓｕｂ．２ＳｉＨ．ｓｕｂ．２や、（．ｓｕｐ．ｔＢｕ（Ｈ）Ｎ）ＳｉＨ．ｓｕｂ．３や、（．ｓｕｐ．ｉＰｒ（Ｈ）Ｎ）．ｓｕｂ．３ＳｉＨや、（．ｓｕｐ．ｉＰｒ（Ｈ）Ｎ）．ｓｕｂ．２ＳｉＨ．ｓｕｂ．２や、（．ｓｕｐ．ｉＰｒ（Ｈ）Ｎ）ＳｉＨ．ｓｕｂ．３およびこれらの誘導体を含む。好ましくは、シリコン前駆物質は、ビス（第三級ブチルアミノ）シラン（（．ｓｕｐ．ｔＢｕ（Ｈ）Ｎ）．ｓｕｂ．２ＳｉＨ．ｓｕｂ．２、すなわちＢＴＢＡＳ）である。別の実施形態では、シリコン前駆物質は、（ＲＲ’Ｎ）．ｓｕｂ．４−ｎＳｉＲ”．ｓｕｂ．ｎの化学式を有するアルキルアミノシランであってもよく、ここで、ＲおよびＲ’は、他とは無関係に、水素か、メチルか、エチルか、プロピルか、ブチルか、ペンチルか、またはアリルであり、Ｒ”は、他とは無関係に、水素か、アルキル（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはペンチル）か、アリルか、またはハロゲン（例えば、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ）であり、ｎ＝０、１、２または３である。

シリコン前駆物質としてＢＴＢＡＳを使用して単一ウエハプロセシングチャンバ内でコンフォーマルなシリコンおよび窒素含有層を形成するためのプロセスでは、反応物質に対するＢＴＢＡＳの比率は、一般に少なくとも１０であり、好ましくは約１０と約１００との間、例えば、約３０と約５０との間である。比率は、バッチプロセシングチャンバに対してはより低いことがある。基板を、約５００℃と約８００℃との間の温度に維持することができ、チャンバを、約１０トールと約７６０トールとの間の圧力、例えば、約２５０トールの圧力で維持する。代替の実施形態では、ＡＬＤプロセスを実施するために、シリコン前駆物質および反応物質を、チャンバ内へと逐次パルス的に送ることができる。

ある実施形態では、前処理プロセス中にＵＶ光源から得られるエネルギービームに基板を曝し、堆積プロセス中にアミノシランを含有する堆積ガスおよびエネルギービームに基板を曝すことによって、シリコンおよび窒素を含有するコンフォーマル層の堆積を促進することができる。Ｘｅエキシマレーザなどのエキシマレーザを使用して、エネルギービームを発生させることができる。有用なＸｅエキシマレーザの一例は、Ｄａｎｖｅｒｓ、ＭＡに所在のＯｓｒａｍ Ｓｙｌｖａｎｉａから入手可能な、ＸＥＲＡＤＥＸ（登録商標）２０である。

基板の表面から自然酸化膜を除去するために、前処理プロセス中にエネルギービームに基板を曝すことができる。シリコンナイトライド材料を堆積する前に基板表面から自然酸化膜を除去するために、直接光励起システムによって発生したエネルギービームにより、基板を前処理することができる。前処理プロセス中に、プロセスガスを基板に暴露させることができる。プロセスガスは、アルゴンか、窒素か、ヘリウムか、水素か、フォーミングガスか、またはこれらの組み合わせを含有することができる。前処理プロセスは、光励起プロセス中に自然酸化膜除去を促進させるために、約２分から約１０分の範囲内の時間の期間にわたり続けることができる。やはり、プロセス１００中に自然酸化膜除去を促進させるために、光励起中に、約１００℃から約８００℃の範囲内、好ましくは約２００℃から約６００℃、より好ましくは約３００℃から約５００℃の範囲内の温度に、基板を加熱することができる。エネルギービームを、約２ｅＶから約１０ｅＶの範囲内のフォトンエネルギーを有するフォトンビームとすることができ、約１２６ｎｍから約３５１ｎｍの範囲内の波長を有するＵＶ照射を生成することができる。

ある実施形態では、光励起プロセス中に、エネルギー送達ガスを供給することができる。エネルギー送達ガスを、ネオンか、アルゴンか、クリプトンか、キセノンか、臭化アルゴンか、塩化アルゴンか、臭化クリプトンか、塩化クリプトンか、フッ化クリプトンか、フッ化キセノン類（例えば、ＸｅＦ_２）か、塩化キセノン類か、臭化キセノン類か、フッ素か、塩素か、臭素か、これらのエキシマか、これらのラジカルか、これらの誘導体か、またはこれらの組み合わせとすることができる。ある実施形態では、少なくとも１つのエネルギー送達ガスの他に、プロセスガスは、やはり、窒素ガス（Ｎ_２）、水素ガス（Ｈ_２）、フォーミングガス（例えば、Ｎ_２／Ｈ_２またはＡｒ／Ｈ_２）を含有することができる。別の実施形態では、プロセスガスは、環式芳香族炭化水素を含むことができる。前処理プロセス中に有用である単環式芳香族炭化水素類および多環式芳香族炭化水素類は、キノンか、ヒドロキシキノン（ヒドロキノン）か、アントラセンか、ナフタレンか、フェナントラセンか、これらの誘導体か、またはこれらの組み合わせを含む。別の一実施形態では、エチレンか、アセチレン（エチン）か、プロピレンか、アルキル誘導体か、ハロゲン化物誘導体か、またはこれらの組み合わせなどの不飽和炭化水素類などの、他の炭化水素類を含有するプロセスガスに、基板を曝すことができる。別の一実施形態では、有機物の蒸気は、前処理プロセス中にアルカン化合物類を含有することができる。

十分に速い堆積速度であるが低温でＵＶ支援化学気相堆積によってシリコンナイトライド材料を生成するために使用することができるシリコン前駆物質は、ビス（第三級ブチルアミノ）シラン（ＢＴＢＡＳすなわち（^ｔＢｕ（Ｈ）Ｎ）_２ＳｉＨ_２）またはヘキサクロロジシラン（ＨＣＤすなわちＳｉ_２Ｃｌ_６）などの１つまたは複数のＳｉ−Ｎ結合またはＳｉ−Ｃｌ結合を有する化合物を含む。好ましい結合構造を有するシリコン前駆物質は、化学式：Ｒ_２ＮＳｉ（Ｒ’_２）Ｓｉ（Ｒ’_２）ＮＲ_２（アミノジシラン類）、（Ｉ）Ｒ_３ＳｉＮ_３（シリルアジド類）、または（ＩＩ）Ｒ’_３ＳｉＮＲＮＲ_２（シリルヒドラジン類）を有する。（ＩＩＩ）ＲおよびＲ’を、ハロゲンか、１つまたは複数の二重結合を有する有機基か、１つまたは複数の三重結合を有する有機基か、脂肪族アルキル基か、環式アルキル基か、芳香族基か、有機シリル基か、アルキルアミノ基か、ＮもしくはＳｉを含有する環式基か、またはこれらの組み合わせのグループから他とは無関係に選択される１つまたは複数の官能基とすることができる。シリコン前駆物質についての適した官能基の例は、クロロ（−Ｃｌ）か、メチル（−ＣＨ_３）か、エチル（−ＣＨ_２ＣＨ_３）か、イソプロピル（−ＣＨ（ＣＨ_３）_２）か、第三ブチル（−Ｃ（ＣＨ_３）_３）か、トリメチルシリル（−Ｓｉ（ＣＨ_３）_３）か、ピロリジンか、またはこれらの組み合わせを含む。本明細書中で説明したシリコン前駆物質または窒素前駆物質の多くが約５５０℃以下などの低温で分解するまたは解離することができることが、考えられている。

ＵＶ励起堆積プロセス用に適したシリコン前駆物質の別の例は、シリルアジド類Ｒ_３−ＳｉＮ_３および前駆物質のシリルヒドラジン群Ｒ_３ＳｉＮＲＮＲ_２、Ｒ基の任意の組み合わせの付いた直鎖状化合物および環式化合物を含む。Ｒ基を、Ｈまたはメチルや、エチルや、プロピルや、ブチルや、その他（Ｃ_ｘＨ_ｙ）などのいずれかの有機官能基とすることができる。Ｓｉに結合したＲ基を、選択肢として別の１つのアミノ基ＮＨ_２またはＮＲ_２とすることができる。シリコン−窒素前駆物質を使用することの１つの利点は、Ｓｉ−Ｎ膜前駆物質の他の集合に対して問題になる望ましくない塩化アンモニウム粒子を形成せずに良いステップカバレッジおよび最小のパターン依存性（いわゆるパターンローディング）で膜を生じさせるために、シリコンおよび窒素を、同時に送達し、一方で塩素の存在を回避することである。具体的なシリルアジド化合物の例は、（Ｂｒｉｓｔｏｌ、Ｐａに所在するＵｎｉｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから入手可能な）トリメチルシリルアジド（（ＣＨ_３）_３ＳｉＮ_３）およびトリス（ジメチルアミン）シリルアジド（（（ＣＨ_３）_２Ｎ）_３ＳｉＮ_３）を含む。具体的なシリルヒドラジン化合物の一例は、１，１−ジメチル−２−ジメチルシリルヒドラジン（（ＣＨ_３）_２ＨＳｉＮＨＮ（ＣＨ_３）_２）である。別の一実施形態では、シリコン−窒素前駆物質を、（Ｒ_３Ｓｉ）_３Ｎや、（Ｒ_３Ｓｉ）_２ＮＮ（ＳｉＲ_３）_２および（Ｒ_３Ｓｉ）ＮＮ（ＳｉＲ_３）のうちの少なくとも１つとすることができ、ここで、各Ｒは、他とは無関係に、水素またはメチルか、エチルか、プロピルか、ブチルか、フェニルか、またはこれらの組み合わせである。適したシリコン−窒素前駆物質の例は、トリシリルアミン（（Ｈ_３Ｓｉ）_３Ｎ）、（Ｈ_３Ｓｉ）_２ＮＮ（ＳｉＨ_３）_２、（Ｈ_３Ｓｉ）ＮＮ（ＳｉＨ_３）またはこれらの誘導体を含む。

やはりコンフォーマル膜でありうるコンフォーマル層２６８は、膜の厚さだけ開口部２６６の幅を縮小する。従って、コンフォーマル層２６８の厚さを、所望の幅の縮小から導くことができる。例えば、開口部２６６が５００Å（５０ｎｍ）の幅である場合には、５０Å（５ｎｍ）厚のコンフォーマル層の形成によって、幅４００Å（４０ｎｍ）のリセスに縮小することができる。この幅の縮小は、現在のリソグラフィ機器の能力よりも小さなフィーチャを製造するために有用である。

コンフォーマル層の一部をボックス２１２において除去し、図２Ａの方法２００を続ける。コンフォーマル層の除去は、エッチングプロセスによることができ、縮小した幅のリセスの側壁から膜をエッチングすることを避けるために好ましくは異方性である。かかる状況における異方性エッチングのために有用な例示的なプロセスは、反応性イオンエッチングである。エッチャントを、プロセスチャンバ内へ供給し、プロセスチャンバは、コンフォーマル層を作るために使用したものと同じチャンバであってよく、または別のチャンバであってもよい。反応性イオンを包含する混合ガスを形成するために、ＲＦパワーを印加することによってエッチャントを活性化する。基板表面に向けて反応性イオンを加速するために、電気的バイアスを基板に印加することができる。縮小した幅のリセスに侵入するこれらのイオンは、側壁に向けて曲がる前にリセス中へと深く進む。かかるイオンの大部分は、リセス２７０の底部に衝突し、従ってリセス２７０の底部からコンフォーマル層をエッチングする。リセス２７０に侵入しないイオンは、基板のフィールド領域に衝突し、フィールド領域からコンフォーマル層２６８をエッチングして取り去る。図２Ｆは、方法２００のこのステージにおける基板を図示する。

コンフォーマル層がシリコンナイトライド層か、ボロンナイトライド層か、またはシリコンボロナイトライド層である実施形態に関して、基板を含有しているプロセスチャンバ内にハロゲンを含有する前駆物質を供給することによって、反応性イオンを形成することができる。炭素や、イオウや、窒素の様々なハロゲン化物を、これらの物質をエッチングするために使用することができる。例は、ＣＦ_４や、ＳＦ_６や、ＮＦ_３や、ＣＨＦ_３を含む。塩素含有類似体は、やはり、幾分か遅い速度でこれらの層をエッチングする。

一実施形態では、例えば、エッチャントＳＦ_６を、その中に配置した基板を有するプロセシングチャンバに供給することができる。エッチャントを、約１００ｓｃｃｍと５００ｓｃｃｍとの間の、例えば、約３００ｓｃｃｍなどの、約２０ｓｃｃｍと約１０００ｓｃｃｍとの間の流量で供給することができる。ヘリウムか、アルゴンか、ネオンか、またはキセノンなどの非反応性キャリアガスを供給することができる。約２００℃と約４００℃との間の、例えば、約３００℃などの、約５０℃と約５００℃との間の温度で、基板を維持することができる。約１トールと約５トールとの間の、例えば、約２トールなどの、約１ｍトールと約１０トールとの間の圧力で、チャンバを維持することができる。約２００Ｗと約５０００Ｗとの間のＲＦパワーを、１３．５６ＭＨｚの高単一周波数で、または約４００ｋＨｚなどの約１００ｋＨｚと約６００ｋＨｚとの間の低単一周波数で、または約４００ｋＨｚの第１の周波数および約１３．５６ＭＨｚの第２の周波数を有する混合周波数で、印加することができる。ＲＦパワーは、容量カップリングまたは誘導カップリングでありうる。約５００Ｗなどの、約１００Ｗと約１０００Ｗとの間のパワー範囲で基板支持部またはガス分配プレートに電圧を印加することによって、電気的バイアスを基板に印加することができる。ＲＦパワーは、ＳＦ_６分子からフッ素イオンＦ⁻を解離させ、電気的バイアスは、基板表面に向けてイオンを加速する。イオンは、フィールド領域へ向けておよびリセス中へと加速する。リセスへ侵入するイオンは、一般に底へ進み、リセスの底のところのコンフォーマル層をエッチングする。

代替の実施形態では、非反応性イオンを使用してリセス２７０の底部をエッチングすることができる。アルゴンか、ヘリウムか、ネオンか、またはキセノンなどの希ガスをプラズマへとイオン化し、基板に印加した電圧バイアスによって基板の表面に向けて加速することができる。そのように作られエネルギーを与えられたイオンは、次に基板のフィールド領域および縮小した幅のリセスの底部に衝突し、高エネルギー衝突によって基板からコンフォーマル層を侵食する。

ボックス２１４では、エッチングマスクとして縮小した幅のリセスを使用して、下地の誘電体層２５８を公知のプロセスによってエッチングする。図２Ｇは、方法２００のこのステージにおける基板を示す。コンフォーマル層２６８の残りの部分は、誘電体層２５８をエッチングするために使用したエッチング化学作用によってゆっくりとエッチングされる、またはまったくエッチングされない。従って、コンフォーマル層２６８は、エッチングした開口部の幅を画定する。幅で５０ｎｍ未満などの、現在のリソグラフィ機器の能力よりもはるかに小さな開口部を形成するため、この方法を使用することができる。電気的なバイアス下での反応性イオンまたは非反応性イオンを組み入れた指向性エッチング法は、コンフォーマル層２６８の残りの部分を元のままに残しながら誘電体層２５８をエッチングするために有用でありうる。

パターン転写層２６０を、ボックス２１６において除去する。層２６０の組成を有する層を除去することに適合した任意のプロセスを介して、これを実施することができる。パターン転写層２６０がアモルファスカーボン層などの炭素含有層である例示的な実施形態では、パターン転写層２６０を酸化によって除去することができる。好ましい酸化方法は、酸素プラズマを使用して層をアタックすることである。この方法が炭素層を速い速度で除去するために好ましい。しかしながら、熱酸化などの別の酸化方法を使用することができる。

パターン転写層２６０の除去に続いて、コンフォーマル層２６８のすべての残っている残留物を、ボックス２１８において除去する。図２Ｈは、方法２００のこのステージにおける基板を示す。コンフォーマル層２６８の組成を有する層を除去することに適合した任意のプロセスを使用して、コンフォーマル層２６８の除去を実施することができる。コンフォーマル層２６８がボロンおよび窒素含有層である例示的な実施形態では、本技術において公知の硫酸過酸化水素水混合液（ＳＰＭ）などの酸化性溶液でありうる水溶液を使用して、コンフォーマル層２６８をうまい具合に除去することができる。この性質のリンスは、一般に酸化物系の誘電体をエッチングしない。フッ化水素酸溶液またはリン酸溶液などの酸性溶液を使用して、シリコンおよび窒素含有層を除去することができる。

本発明の実施形態は、また、基板のフィールド領域内に縮小したＣＤを有するビアを形成する方法を提供する。図３Ａは、本発明の別の一実施形態によるプロセスを図示する流れ図である。図３Ｂ〜図３Ｄは、図３Ａのプロセスの様々なステージにおける基板の模式図である。ボックス３０２では、ビアを基板の層中にエッチングする。層を、酸化物層または窒化物層などの誘電体層とすることができる。基板中にビアをエッチングするためのいくつかの公知のプロセスのいずれかによってビアをエッチングする。正確なプロセスは、エッチングすべき層の組成に依存する。図３Ｂは、そのようにエッチングした基板３５０を示す。下地層３５２は、その上に付けた誘電体層３５４を有し、ビア３５６が層３５４中にエッチングされている。

ボックス３０４において基板の上方にコンフォーマル層を形成する。図１Ａから図２Ｈに関連して上に説明しものと同様なプロセスでは、コンフォーマル層は、約８０％と約１２０％との間のステップカバレッジで、フィールド領域や、側壁や、ビア底を覆う。コンフォーマル層を堆積するために、前述のプロセスのうちのいずれかを使用することができる。この実施形態では、コンフォーマル層は、エッチングした誘電体層の組成と同様な組成を有する。図３Ａ〜図３Ｄによって説明される実施形態は、最終デバイスの一部に残っているコンフォーマル層を想定している。従って、ある実施形態では、コンフォーマル層は、一般に誘電体層の誘電率と同様な誘電率を有する。

図３Ｃは、その上に形成したコンフォーマル層３５８が付いた基板を図示する。コンフォーマル層３５８は、縮小ＣＤビア３６０を形成するためにビア３５６の幅を縮小する。図１Ａから図２Ｈに関連して上に説明したように、ビア３５６の幅を、コンフォーマル層３５８の厚さの２倍だけ縮小する。

一実施形態では、コンフォーマル層を、酸化物層とすることができる。ｌｏｗ−ｋ炭素含有誘電体層などの酸化物誘電体層の上方に、プラズマ有りまたは無で、ＣＶＤプロセスまたはＡＬＤプロセスによって、シリコン酸化物のコンフォーマル層を形成することができる。誘電体層を、さらに多孔質とすることができる。デバイスの電気的特性に悪影響を及ぼさずにデバイス構造の一部に残るように、コンフォーマル酸化物層は、十分に低い誘電率および厚さを有する。ある実施形態では、コンフォーマル層は、シリコンに対する酸素の化学量論比よりも大きいことも小さいこともありうる。コンフォーマル層は、従って、約１．８から約２．２の範囲であるシリコンに対する酸素の比を有することができる。

別の実施形態では、コンフォーマル層を、窒素含有層とすることができる。シリコン膜中へ窒素を含ませることが、それ自体の堅さを増加させ、バリア特性を授けることがあるために、ある実施形態では、窒素を含ませることは有用でありうる。コンフォーマル層を、従って、ある実施形態ではシリコンナイトライド層またはシリコンオキシナイトライド層とすることができる。その上に、ある実施形態では、コンフォーマル層を、完全に窒化したシリコンナイトライド層とすることができる、または化学量論比よりも少ない窒素濃度を有することができる。例えば、方法３００において使用したシリコンナイトライドコンフォーマル層中のシリコンに対する窒素の比を、約０．７から約１．５にすることができる。

誘電体層３５４の暴露したフィールド領域や、縮小ＣＤビア３６０の暴露した底部や、縮小ＣＤビア３６０の側壁を覆っているコンフォーマル層３５８の残りの部分を残すために、コンフォーマル層の一部をボックス３０６において除去する。コンフォーマル層の所望の部分の除去を、コンフォーマル層の組成に合わせた異方性エッチングプロセスを介して実施することができる。コンフォーマル層が酸化物層または窒化物層である一実施形態では、電気的バイアス下でのフッ素イオン指向性エッチングは、本明細書中で上に説明したように、基板３５０の水平な表面を覆っているコンフォーマル層の一部を選択的にエッチングする。

本発明の実施形態は、基板のフィールド領域内にビアを形成するための別の一方法を提供する。図４Ａは、本発明の別の一実施形態による方法４００を図示する流れ図である。図４Ｂ〜図４Ｇは、図４Ａのプロセスの様々なステージにおける基板の模式図である。エッチングすべき層を有する基板を、プロセシングチャンバに設置する。ボックス４０２では、パターン転写層を、基板の上側表面に適用する。図４Ｂは、下部層４５２や、エッチング層４５４や、パターン転写層４５６が付いた基板４５０を示す。パターン転写層を、層４５４をエッチングするために使用するエッチング化学作用に耐性のある任意の組成のものとすることができる。図２Ａ〜図２Ｈに関連して上に説明したように、通常使用するパターン転写層は、炭化水素前駆物質からＰＥＣＶＤによって形成したアモルファスカーボンである。

本明細書中で上に説明したものと実質的に同じフォトレジストを、ボックス４０４において基板の上方に付け、ボックス４０６においてパターニングする。図４Ｃは、方法４００のこのステージにおける基板４５０を図示する。パターン転写層４５６をパターニングしたフォトレジスト４５８によって覆い、フォトレジスト４５８中に形成したビア４６０は、下のパターン転写層４５６を暴露させる。

パターン転写層４５６中へと延びているビア４６０を示す図４Ｄに図示したように、パターンを、ボックス４０８においてパターン転写層中へと転写する。パターンをそれにより転写するプロセスを、アモルファスカーボンパターン転写層のケースにおけるアッシングまたは酸化性エッチングなどの本明細書中で上に説明したいずれかのものとすることができる。

図４Ｅによって図示したように、次にボックス４１０において、パターンを基板中へと転写する。エッチング層４５４中へとビア４６０を延ばすために、パターン転写層４５６をエッチングマスクとして使用する。炭素層は、本明細書中で上に説明したプロセスによって除去されている。

本明細書中で説明したものと実質的に同じ方式で、ボックス４１２においてコンフォーマル層を基板４５０に適用する。図４Ｆは、そこに付けたコンフォーマル層４６２のある基板４５０を示す。コンフォーマル層４６２は、縮小ＣＤビア４６４を形成するために、ビア４６０の幅を縮小する。この実施形態では、ギャップを埋める前にコンフォーマル層をビア４６０から除去する必要がないように、コンフォーマル層は、好ましくはエッチング層４５４に相応するものである。コンフォーマル層は、従って酸化物材料または窒化物材料などに相応する誘電体であり、本明細書中で説明した方法によって堆積することができる。

ボックス４１４において、指向性エッチングまたは異方性エッチングによって、コンフォーマル層４６２の一部を除去する。図４Ｇは、コンフォーマル層４６２を縮小ＣＤビア４６４の底部から除去するが、縮小幅を確保するために側壁に沿って残してある結果の構造を示す。

ある実施形態では、パターン転写層を金属層または金属窒化物層とすることができる。金属層または金属窒化物層を、エッチングしたフィーチャの非常に正確なアライメントを必要とするダマシン集積化プロセスにおいてエッチングマスクとしてしばしば使用する。本明細書中で説明したもののような酸化物または窒化物を包含するコンフォーマル層は、かかる実施形態においてＣＤを縮小するために有用である。パターンを形成するために金属ハードマスクをエッチングし、本明細書中で上に説明したようにコンフォーマル酸化物層または窒化物層をその上に形成し、パターンリセスの底を覆っている部分を除去し、縮小ＣＤエッチングを終わる。ハードマスク層の除去と同じステージにおいてまたは別のステージにおいてコンフォーマル層を除去し、その後でギャップ埋め込みを行うことができる。

本発明のある実施形態は、基板上に形成した誘電体層をパターニングする方法を提供する。図５Ａは、本発明の別の一実施形態による方法５００を図示する流れ図である。図５Ｂ〜図５Ｈは、図５Ａの方法の様々なステージにおける基板の模式図である。エッチングすべき基板をプロセシングチャンバ内に配置し、ステップ５０２では、その中に形成したパターンを有するパターン転写層が基板上に堆積されている。上記のように、フォトレジスト層を堆積し、パターニングし、パターン転写層にパターンを転写することによって、これを実施することができる。図５Ｂは、下部層５５２や、エッチングすべき誘電体層５５４や、その中に形成したパターンリセス５５８を有するパターン転写層５５６を付けた状態の、プロセスのこのステージにおける基板５５０を図示する。

コンフォーマル層を、ボックス５０４において基板の上方に形成する。コンフォーマル層を、本明細書中で説明した方法のうちのいずれかを使用して形成することができ、本明細書中で上に説明したコンフォーマル層と同様な組成を有することができる。パターンリセス５５８の幅を縮小するために選択した厚さにコンフォーマル層を形成する。図５Ｃは、その上に形成したコンフォーマル層５６０を有する基板５５０を図示し、第１の縮小ＣＤパターンリセス５６２を結果としてもたらす。

コンフォーマル層を、ボックス５０６において縮小ＣＤパターンリセスの底部から除去する。図５Ｄは、縮小ＣＤパターンリセス５６２の底部から除去したコンフォーマル層５６０が付いた基板５５０を図示する。本明細書中で上に説明したように、エッチングのために下にある誘電体層５５４を暴露させるように、バイアス下での反応性イオンエッチングまたは非反応性イオンエッチングなどのいずれかの異方性手段によって、コンフォーマル層を除去することができる。

公知のエッチングプロセスを介して、ボックス５０８において誘電体層中へと縮小ＣＤパターンを転写する。図５Ｅは、誘電体層５５４中へと延びる縮小ＣＤパターンリセス５６２が付いた基板を図示する。図５Ｆに示したように、パターニングした誘電体層５５４を残すために、ボックス５１０において、パターン転写層５５６およびコンフォーマル層５６０を次に除去する。誘電体層５５４中に形成した縮小ＣＤパターンリセス５６２を、狭いリセスとすることができる。

ボックス５１２において基板に第２のコンフォーマル層を適用することによって、ＣＤのさらなる縮小を実現する。上に説明し、図５Ｇに図示したように、第２のコンフォーマル層５６４は、誘電体層５５４のフィールド領域ならびに縮小ＣＤパターンリセス５６２の側壁および底部を覆う。ＣＤは、コンフォーマル層の厚さだけ縮小され、縮小ＣＤビア５６６を結果としてもたらす。上に説明したように、エッチングの後でＣＤを縮小するために使用されるコンフォーマル層は、誘電体層５５４に相応する材料から好ましくは形成することになり、また、低誘電率を有する酸化物層または窒化物層とすることができる。

図５Ｈに図示したように、ボックス５１４において、第２のコンフォーマル層５６４を縮小ＣＤビア５６６の底部から除去する。図３Ａ〜図３Ｄに関連して上に説明したように、縮小ＣＤビア５６６の側壁上に堆積した第２のコンフォーマル層が、完成したデバイス中に誘電体層５５４の一部として残るであろうことが、予想される。第２のコンフォーマル層５６４が誘電体層５５４に相応するために、デバイス内での適正な機能に一般に適合する電気的特性を有する。従って、コンフォーマル層を適用することによるＣＤ縮小を、エッチングの前および後の両者に適用することができる。

上記は本発明の実施形態に向けられているが、本発明の別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乖離せずに考案することができ、本発明の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決められる。

Claims (15)

1. フィールド領域を有する基板中に形成された側壁および底部を有するリセスのクリティカルディメンジョンを縮小する方法であって、
   前記フィールド領域、前記側壁、および前記底部の上方にコンフォーマル層を適用する工程と、
   前記基板を暴露させるために、指向性エッチングプロセスによって前記底部から前記コンフォーマル層を除去する工程と、
   前記底部において前記暴露した基板をエッチングする工程と、
   ウェットエッチングプロセスによって前記コンフォーマル層を除去する工程と
   を含む方法。
2. 前記コンフォーマル層がバリア層である、請求項１に記載の方法。
3. 前記リセスが前記基板のパターン転写層をパターニングすることによって形成される、請求項１に記載の方法。
4. 前記指向性エッチングプロセスが、前記フィールド領域からも前記コンフォーマル層を除去する、請求項１に記載の方法。
5. 前記コンフォーマル層が窒化物層である、請求項１に記載の方法。
6. 前記コンフォーマル層がＰＥＣＶＤプロセスによって堆積される、請求項１に記載の方法。
7. 前記コンフォーマル層が、前記基板をエッチングするために選択されたエッチャントに曝されたときのエッチング速度が低い物質を包含する、請求項１に記載の方法。
8. ウェットエッチングプロセスによって前記コンフォーマル層を除去する工程が、水溶液に前記コンフォーマル層を曝す工程を含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記指向性エッチングプロセスが、エッチャントガスからプラズマを形成し、前記基板に電気的バイアスを印加する工程を含む、請求項１に記載の方法。
10. 基板のフィールド領域内にビアを形成する方法であって、
    側壁および底部を有するリセスを形成するために、前記基板の表面上に形成された層をパターニングする工程と、
    前記層の上方にコンフォーマル膜を適用することによって前記リセスの幅を縮小する工程と、
    前記基板の一部を暴露させるために、前記リセスの前記底部から前記コンフォーマル膜を除去することにより、縮小されたクリティカルディメンジョン域を形成する工程と、
    前記ビアを形成するために、前記縮小されたクリティカルディメンジョン域をエッチングする工程と
    を含む方法。
11. 前記コンフォーマル膜を除去する工程が、エッチャントガスのプラズマに前記コンフォーマル膜を曝し、前記基板に電気的バイアスを印加する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記コンフォーマル膜を除去する工程が、水溶液に前記コンフォーマル膜を曝す工程を含む、請求項１０に記載の方法。
13. 基板上に形成された誘電体層をパターニングする方法であって、
    前記誘電体層の上方にパターン転写層を形成する工程と、
    フォトレジストを適用することによって前記パターン転写層をパターニングし、前記フォトレジストをパターニングし、前記パターン転写層に前記パターンをエッチングして底部を有するリセスを形成する工程と、
    前記パターン転写層の上方に第１のコンフォーマル層を堆積する工程と、
    前記誘電体層を暴露させるために、前記リセスの前記底部から前記第１のコンフォーマル層を除去する工程と、
    狭いリセスを形成するために、前記誘電体層の前記暴露された部分をエッチングする工程と、
    前記パターン転写層および前記コンフォーマル層を除去する工程と、
    前記基板の上方に第２のコンフォーマル層を堆積させる工程と、
    前記狭いリセスの底部から前記第２のコンフォーマル層を除去する工程と
    を含む方法。
14. 前記第１のコンフォーマル層が窒素含有層である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第２のコンフォーマル層が酸素含有層である、請求項１４に記載の方法。

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