JP2018531506A6 - サブ解像度基板パターニングのためのエッチングマスクを形成する方法 - Google Patents

Abstract

本明細書において開示される技術は、高解像度フィーチャを作成するため、及び、サブ解像度フィーチャのピッチをカットするためのピッチ縮小のための方法及び加工構造を提供する。技術は、異なるエッチング特性を有する複数の材料を使用して、フィーチャを選択的にエッチングし、指定された場所にカット又はブロックを作成することを含む。交互する材料のパターンが下地層上に形成される。エッチングマスクは、交互する材料のパターン上に配置される。交互する材料のうちの１つ以上は、他の材料に対して優先的に除去されることができ、下地層の一部を覆わないようにする。エッチマスク及び交互する材料の残りのラインは共に、サブ解像度フィーチャを規定する複合エッチングマスクを形成する。

Description

本出願は、２０１５年１１月２０日に出願された「Methods of Forming Etch Masks for Sub-Resolution Substrate Patterning」と題する米国仮特許出願第６２／２５８，１１９号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。本出願は、２０１５年９月２４日に出願された「Methods of Forming Etch Masks for Sub-Resolution Substrate Patterning」と題する米国仮特許出願第６２／２３２，００５号の利益も主張し、その全体が参照により本明細書に援用される。

本開示は、基板処理に関連し、より詳細には、半導体ウェハをパターニングすることを含む、基板をパターニングするための技術に関連する。

リソグラフィプロセスにおける線幅を縮小する方法は、歴史的には、より大きなＮＡ光学（開口数）、より短い露光波長、又は空気以外の界面媒体（例えば、水浸漬）を使用することを伴ってきた。従来のリソグラフィプロセスの解像度が理論上の限界に近づいてきたため、製造者は光学的限界を克服するためにダブルパターニング（ＤＰ）方法に取り掛かり始めた。

（フォトリソグラフィのような）材料処理方法では、パターニングされた層を作成することは、フォトレジストのような放射線感受性材料の薄層を基板の上面に塗布することを含む。この放射線感受性材料は、パターンを基板上の下地層に転写するためのエッチングマスクとして使用され得るレリーフパターンに変換される。放射線感受性材料のパターニングは、一般的に、例えばフォトリソグラフィシステムを使用して、放射線感受性材料上へのレチクル（及び関連する光学系）を通した化学線への暴露を伴う。この暴露の後に、現像溶媒を使用した（ポジティブフォトレジストの場合のように）放射線感受性材料の照射領域又は（ネガティブレジストの場合のように）非照射領域の除去が続く。このマスク層は、複数のサブ層を含むことができる。

放射線又は光のパターンを基板上に暴露するための従来のリソグラフィ技術は、暴露されるフィーチャのサイズを制限し、暴露されるフィーチャ間のピッチ又は間隔を制限する様々な課題を有する。暴露限界を緩和する１つの従来技術は、ダブルパターニング手法を使用するものであり、従来のリソグラフィ技術で現在可能なものよりもより小さいピッチでのより小さいフィーチャのパターニングを可能にしている。

半導体技術は、１４ナノメートル、７ナノメートル、５ナノメートル、及びそれ未満のフィーチャサイズを含む、より小さいフィーチャサイズ又はノードに継続的に進歩している。様々な要素が加工されるフィーチャのサイズがこのように連続的に小さくなることにより、フィーチャを形成するために使用される技術に対する要求がますます高まっている。「ピッチ」の概念は、これらのフィーチャのサイジングを説明するために使用され得る。ピッチは、２つの隣接する繰り返しフィーチャにおける２つの同一点間の距離である。ハーフピッチは隣接フィーチャの同一フィーチャ間の距離の半分である。

ピッチ縮小技術は、「ピッチ倍化（pitch doubling）」などによって例示されるように（しばしば、やや間違っていながらも日常的に）「ピッチ増倍（pitch multiplication）」と呼ばれる。ピッチ縮小技術は、フォトリソグラフィの能力をフィーチャサイズの限界（光学解像度の限界）を超えて拡張することができる。すなわち、所定のファクタによる従来のピッチの増倍（より正確には、ピッチの縮小又はピッチ密度の増倍）は、特定のファクタによるターゲットピッチの縮小を伴う。１９３ｎｍの液浸リソグラフィで使用されるダブルパターニング技術が２２ｎｍ以下のパターニングをする最も有望な技術の１つとして従来考えられてきた。注目すべきなのは、自己整合型スペーサダブルパターニング（ＳＡＤＰ）が既にピッチ密度倍化プロセスとして確立されており、ＮＡＮＤフラッシュメモリーデバイスの大量生産に順応していることである。さらに、ピッチクワドープルとしてＳＡＤＰステップを２回繰り返して超精細解像度が得られる。

パターン密度又はピッチ密度を増加させるためのいくつかのパターニング技術が存在するが、従来のパターニング技術は、低い解像度又はエッチングされた粗いフィーチャに悩まされている。従って、従来の技術では、非常に小さい寸法（２０ｎｍ以下）に対して所望されるレベルでの均一性及び忠実度を提供することができない。信頼性のあるリソグラフィ技術では約８０ｎｍのピッチを有するフィーチャを生成することはできる。しかし、従来及び新興の設計仕様は、約２０ｎｍ又は１０ｎｍ未満の限界寸法を有するフィーチャを加工することを望んでいる。さらに、ピッチ密度二倍化及び四倍化技術により、サブ解像度ラインが作成され得るが、これらのライン間にカット又は接続を作ることは困難である。これは、特に、そのようなカットに必要なピッチ及び寸法が従来のフォトリソグラフィシステムの能力よりはるかに小さいためである。

本明細書で開示される技術は、高解像度フィーチャを作成するため、そして、サブ解像度フィーチャのピッチ上でカットするためのピッチ縮小（ピッチ／フィーチャ密度の増加）のための方法を提供する。本明細書における技術は、基板上に異なるエッチング特性を有する材料（複数の隣接する材料）の複数のラインを配置することを含む。次いで、エッチングマスクが複数の材料のライン上に形成され、これらの材料の一部を分離し、フィーチャを選択的にエッチングし、望まれる箇所にカット及びブロックを作成する。複数の材料は、交互するサブ解像度ラインのパターンとすることができ、各ラインは、他のラインに対して優先的にエッチングされることができる。エッチングマスクは１つ以上のエッチングラインと組み合わせられて、サブ解像度フィーチャを規定する複合エッチングマスクを提供する。したがって、本明細書における方法は、ブロッキング又はカッティングなどのために選択的自己整合を提供する材料シーケンスを提供する。下地の転写層又は記憶層と組み合わせられて、多くの異なるエッチング選択性にアクセスすることができる。

一実施形態は、基板をパターニングする方法を含む。マルチライン層の層は、下地層の上方又は上に形成される。マルチライン層は、２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンを有する領域を含む。各ラインは、横方向の厚さ、縦方向の高さを有し、下地層を横切って延びる。交互するラインのパターンの各ラインは、マルチライン層の上面では覆われず、マルチライン層の底面まで縦方向に延びる。２つ以上の異なる材料のうちの少なくとも２つは、互いに対して異なるエッチング耐性を有することによって、互いに化学的に異なる。パターニングされたマスク層が、マルチライン層上に形成される。パターニングされたマスク層は、マルチライン層の一部をマスクするマスク材料を含む。２つ以上の異なる材料のうちの少なくとも１つが選択的に除去されて、下地層の一部が覆われていないことをもたらす。

もちろん、本明細書において説明される異なるステップの説明の順序は、明瞭にするために提示されている。一般に、これらのステップは、任意の適切な順序で実行され得る。追加的に、本明細書における異なる特徴、技術、構成などの各々は、この開示の異なる箇所で論じられ得るが、概念の各々は互いに独立して、又は互いに組み合わさって実行され得ることを意図している。したがって、本発明は多くの異なるやり方で具現化及び捉えられ得る。

この概要のセクションは、本開示又は特許請求の範囲に記載された発明のすべての実施形態及び／又は段階的に新規な態様を特定するものではないことに留意されたい。その代わりに、この概要は、異なる実施形態及び従来の技術に対する新規な対応する点の予備的な議論のみを提供する。本発明及び実施形態の追加的な詳細及び／又は可能な視点については、読者は、以下でさらに論じるように、本開示の詳細な説明のセクション及び対応する図面に指向される。

本発明の様々な実施形態のより完全な理解及びそれらに付随する利点の多くは、添付の図面と併せて考慮される以下の詳細な説明を参照すれば容易に明らかとなるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに特徴、原理及び概念を示すことに重点が置かれている。
本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの上面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。 本明細書で開示される実施形態による例示的な基板セグメントの断面側面図である。

本明細書において開示される技術は、高解像度フィーチャを作成するため、また、サブ解像度フィーチャのピッチをカットするためのピッチ縮小（ピッチ／フィーチャ密度の増加）のための方法及び製造構造を提供する。技術は、異なるエッチング特性を有する複数の材料を使用して、フィーチャを選択的にエッチングし、指定された箇所にカット又はブロックを作成することを含む。交互する材料のパターンが下地層上に形成される。エッチングマスクは、交互する材料のパターン上に配置される。交互する材料の１つ以上は、他の材料よりも優先的に除去されて、下地層の一部を覆わないようにすることができる。エッチングマスク及び交互する材料の残りのラインが、まとまってサブ解像度フィーチャを規定する複合エッチングマスクを形成する。材料の様々なパターンが下地層上に形成されることができ、パターンは２、３、４、５又はそれ以上の異なる材料を含むことができる。パターンは、４０ナノメートル以下、さらには１２ナノメートル以下、そしてさらに小さいハーフピッチを有することを含むことができる。材料の限界寸法は、リソグラフィシステムの光学的解像度のみに頼るのではなく、付着のタイプ（原子層堆積など）によって制御され得る。

一実施形態は、基板をパターニングする方法を含む。そのような方法は、半導体デバイス及び集積回路の微細加工に有用である。ここで、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、マルチライン層が、下地層１３５の上方又は上に形成される。マルチライン層は、下地層上に直接的に、又は、反射防止コーティング（ＡＲＣ）層上など、任意の介在層若しくは、の平坦化層上に形成され得る。マルチライン層は、２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンを有する領域を含む。いくつかの実施形態では、交互するラインは、基板の表面全体を本質的に覆うことができるが、他の代替の実施形態では、特定の領域のみが交互するラインのパターンを有する。各ラインは、横方向の厚さ、縦方向の高さを有し、下地層を横切って延びる。交互するラインは、直線、曲線、レーストラック経路等を含むことができることに留意されたい。交互するラインの別の例は、各リングが曲線である同心円のセットである。交互するラインのパターンの各ラインは、マルチライン層の上面で覆われず、マルチライン層の底面まで縦方向に延びる。言い換えると、特定の材料の各ラインがマルチライン層の底面にまで異方性エッチングされることにより、下地層を覆わないようにする。これは、材料の縦方向のスタックとは対照的に、基板表面を横切るようにして材料のラインが横方向に交互しているためである。２つ以上の異なる材料の少なくとも２つは、互いに対して異なるエッチング耐性を有することによって、互いに化学的に異なる。

本明細書において使用される場合、互いに異なるエッチング耐性を有するとは、所与の１つの材料を他の材料よりも速くエッチングする少なくとも１つのエッチャント（又はエッチャントの組み合わせ）が存在することを意味する。２つ以上の所与の材料を同じ速度でエッチングする特定のエッチャントが存在し得るが、含まれている材料を他の材料よりも速くエッチングする少なくとも１つのエッチャントが存在し得ることに留意されたい。１つの材料を別の材料よりもエッチングすることとは、別の材料を実質的にエッチングすることなく１つの材料をエッチングすること、又は別の材料と比較して、３：１、４：１、１０：１等のエッチング速度比を有するように、実質的により速い速度で１つの材料をエッチングすることを含むことができる。２つの材料が異なるエッチング耐性を有する場合、これは、代表的には、含まれる特定の原子要素又は原子要素の配置などによって２つの材料が互いに化学的に異なることを意味する。２つの材料のうちの１つがドーパントを含むことを除いて、ほとんど同じ２つの材料は、それにもかかわらず、異なるエッチング耐性を有する可能性がある。さらに、同じ原子要素を有するが、異なる分子又は結晶構造を有する材料も、エッチング耐性の違いを提供する可能性がある。

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ及び図１Ｄは、特定のマルチラインの層を形成する例示的な結果を示す。例えば、図１Ａ及び１Ｂは、その上に形成された３つのラインの材料を有する側断面基板セグメントを示す。異なる材料は、Ａ、Ｂ、及びＣとラベル付けされている。ブラケット１５１は、交互するラインの特定のパターンセグメントを示すことに留意されたい。このパターンはＡ−Ｂ−Ｃ−Ｂが反復されるシーケンスに従う。したがって、このパターンは、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｂ−Ａのシーケンス等で継続することができる。この特定のマルチライン層では、材料Ａは、材料Ａの両側に材料Ｂのラインを有することによって、材料Ｃとは接触しないように隔てられ得ることに留意されたい。他の実施形態では、所与の材料のハーフピッチは、材料Ｃが、いくつかの領域では存在しない、又は他の領域ではより大きくすることができるように変更され得る。また、図２Ａ及び図２Ｂは、この基板セグメントの上面図を示す。上面図から、マルチライン層１５０からの異なる材料のそれぞれが覆われていないか又はアクセス可能であることに留意されたい。

図１Ｃは、ブラケット１５２によって示されるように、互いに交互する２つの材料（Ａ及びＢ）のみが存在する、交互する異なるパターンを有するマルチライン層１５０を示す。図１Ｄは、４つの材料を有する交互するラインの異なるパターンを有するマルチライン層１５０を示す。ブラケット１５３は、反復され得るこの例示的なパターンのセグメントを印す。例えば、反復ラインの交互するパターンは、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｃ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｃ−Ｂ−Ａのシーケンスを有することができ、それがそのまま継続する、又はピッチ変化を有するいくつかの領域を有することができる。異なる材料の２つ以上のラインの交互するラインのパターンのこれらのマルチラインの層のいずれかにより、この後説明するように、これらの材料の１つ以上の選択的な除去のためにマルチライン層の特定の領域を隔てて、複合エッチングマスクを修正する（集合的なエッチングマスクとして、エッチングマスクに加えるか、又はエッチングマスクから差し引く）ことができる。

ここで、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、パターニングされたマスク層１４０が基板１０５上に形成される。パターニングされたマスク層は、マルチライン層１５０の一部をマスクするマスク材料１４１を含む。任意の従来のマスク材料及びパターン形成プロセスがパターニングされたマスク層１４０を形成するために使用され得る。例えば、パターニングされたマスク層１４０は、リソグラフィック的にパターニングされ得る、又は所定のピッチ倍化プロセスの結果とすることができる。マスク材料１４１は、有機材料及びフォトレジスト、無機材料並びに金属含有材料、有機金属等を含むことができる。一例では、スピンオン付着、化学気相付着などによって、マスク層材料がマルチライン層１５０上に付着される。次いで、マスク材料がパターニングされて、マスク材料の一部を除去するようにエッチングされて、基板１０５上にマスク材料のレリーフパターンをもたらす。

所与のマスク材料は、相対的に薄い層又は相対的に厚い層として付着され得る。図３Ａは、図４Ａの中央部分を通る側断面図である。対応する図３Ｂ及び図４Ｂは、パターニングされたマスク層１４０の異なるパターン／構成を示し、ここでは、マスク材料１４１が開口を規定するメサ（mesa）、すなわちメサを取り囲む領域が開口である。以下で明らかになるように、両方のタイプのレリーフパターンが図面に示され、材料の異なる配置に由来する異なる結果パターンを示す。

いくつかの実施形態では、パターニングされたマスク層１４０は、別々にパターニングされた層を含む複数の個別のマスク層を含むことができる。例えば、マスク層形成中に、少数のリソグラフィエッチング動作が実行され得る。したがって、マスク層自体は、複数のマスクパターン又は膜を含むことができ、又は分解パターン形成技術の結果として生成され得る。

マルチライン層上にパターニングされたマスク層を形成した後、２つ以上の異なる材料のうちの少なくとも１つが選択的に除去されて、下地層１３５の一部が覆われていないことをもたらすことができる。選択的な除去は、ウェットエッチング、ドライ（プラズマ）エッチング、アッシング等の任意の様々な材料除去プロセスによって実行され得る。図５Ａは、そのような選択的な除去を示す。図５では、材料Ｂが指向性エッチングなどによって、パターニングされたマスク層１４０の開口を通して除去されている。材料Ｃ及び材料Ａは、パターニングされたマスク層１４０の一部として残っている。図６Ａでは、上面図から、下地層１３５の一部が覆われていない。図６Ａでは、マルチライン層１５０がパターニングされたマスク層１４０と組み合わさって複合エッチングマスクを形成すると、パターニングされたマスク層１４０における開口が、材料Ａ及びＣのラインによって狭められ又は制限され、２つの相対的により小さい開口を残すことに留意されたい。

図５Ｂ及び図６Ｂは異なる例を示す。図５Ｂでは、材料Ａ及び材料Ｂは、指向性エッチングなどによって除去されている。いくつかの実施形態では、材料Ａ及びＢは、異なるエッチング化学を使用することなどによって次々に除去され得る。他の実施形態では、（パターニングされたエッチングマスクによってブロックされない）材料Ａのラインを残しながら、材料Ａ及び材料Ｂが同時に除去され得る。本明細書における材料のラインは、同じ速度で２つの材料をエッチングするように構成されたエッチャント（プロセスガス混合物）で同時に除去され得る。いくつかの実施形態においては、除去された２つの材料は、同時に除去することを容易にするために同じ組成を有することができる。図５Ｂ及び６Ｂでは、材料Ｃのみが残っていることにより、材料Ｃがマスク材料１４１に加わって、この複合パターンは、この特定の基板セグメントの例では、本質的に「Ｈ」形状を有するエッチングマスクを形成する。理解され得るように、材料のライン上に配置された所与のパターニングされたマスク層とで複合エッチングマスクを形成するために材料を追加又は除去するための複数の異なる選択肢が存在する。

例えば、他の実施形態では、２つ以上の異なる材料は、３つ以上の異なる材料を含む。そして、２つ以上の異なる材料のうちの少なくとも１つを選択的に除去することは、３つ以上の異なる材料のうちの２つを選択的に除去して、パターニングされたマスク層の対応する部分が覆われないことをもたらす。別の実施形態では、２つ以上の異なる材料は、４つ以上の異なる材料を含む。そして、２つ以上の異なる材料のうちの少なくとも１つを選択的に除去することは、４つ以上の異なる材料のうちの２つを選択的に除去することを含み、パターニングされたマスク層の対応する部分が覆われないことをもたらす。

いくつかの実施形態では、２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンは、材料Ａ及び材料Ｂが互いに対して異なるエッチング耐性を有するＡ−Ｂ−Ａ−Ｂの反復シーケンスを含む。他の実施形態では、２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンは、材料Ａ及び材料Ｂが互いに対して異なるエッチング耐性を有するＡ−Ｂ−Ｃ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｂの反復シーケンスを含む。例えば、材料Ｃは、材料Ａ及び材料Ｂに対して異なるエッチング耐性を有することができる。別の実施形態では、２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンは、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｃ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｃ−Ｂの反復シーケンスを含み、材料Ａ、材料Ｂ、材料Ｃ及び材料Ｄのうちの２つは、互いに対して異なるエッチング耐性を有する。

様々な異なる加工技術が使用されて、マルチライン層を形成することができる。例えば、下地層上に配置されたマンドレルを有する基板が提供されることができ、マンドレルは第１の材料で構成される。次いで、第１の側壁スペーサがマンドレルの露出した側壁に形成される。第１の側壁スペーサは第２の材料で構成される。第２の側壁スペーサは、第１の側壁スペーサの露出した側壁に形成される。第２の側壁スペーサは第３の材料で構成される。次いで、互いに対向する第２の側壁スペーサの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する充填構造が形成される。充填構造は第４の材料で構成される。マンドレルの上面、第１の側壁スペーサの上面、第２の側壁スペーサの上面、及び充填構造の上面は、すべて覆われていない（露出している）。第１の材料、第２の材料、第３の材料及び第４の材料のうちの少なくとも２つの材料は、互いに化学的に異なる。

別の実施形態では、下地層上に配置されたマンドレルを有する基板が提供されることができ、マンドレルは第１の材料で構成される。次いで、第１の側壁スペーサは、マンドレルの露出した側壁に形成される。第１の側壁スペーサは第２の材料で構成される。次いで、互いに対向する第１側壁スペーサの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する充填構造が形成される。充填構造は第４の材料で構成される。マンドレルの上面、第１の側壁スペーサの上面、及び充填構造の上面は、すべて覆われていない（露出している）。第１の材料、第２の材料、及び第４の材料のうちの少なくとも２つの材料は、互いに化学的に異なる。

別の実施形態では、下地層上に配置されたマンドレルを有する基板が提供されることができ、マンドレルは第１の材料で構成される。次いで、マンドレルの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する充填構造が形成される。充填構造は第４の材料で構成される。マンドレルの上面及び充填構造の上面はすべて覆われていない（露出している）。第１の材料及び第４の材料のうちの少なくとも２つの材料は、互いに化学的に異なる。交互する材料の２本又は３本のラインを形成するための別の方法は、ブロックコポリマーの指向性自己組織化動作（directed self-assembly operation）を実行して、異なる材料の交互するラインを形成する。極紫外リソグラフィ、直接描画プリントパターン、自己整合型クワッドパターニング、自己整合型ダブルパターニング等を含む多くの他の技術が、マルチライン層の全部又は一部を形成するために使用され得る。

ここで、図７Ａ、図８Ａ、図７Ｂ及び図８Ｂを参照すると、本明細書における技術は、複合パターン１６０を下地層１３５に転写することを含むことができる。複合パターン１６０は、マスク材料及びマルチライン層の残りの材料によって規定される。いくつかの実施形態では、マルチライン層と下地層との中間の追加層は、マルチライン層の他の材料と比較して異なるエッチング耐性を有することができ、それゆえ、パターン転写を制御するための別のエッチング選択性の選択肢を提供することができる。代替的には、下地層は、この追加のエッチング選択性材料を提供することができ、次いで、下地層より下のターゲット層をパターン転写のためのターゲットとすることができる。いくつかの実施形態では、下地層は、複合パターンの転写中に複合パターンを受ける記憶層とすることができる。この記憶層は、マルチライン層の材料に対して異なるエッチング耐性を有する材料で構成され得る。そのような構成によれば、所与の複合パターンを記憶層に転写することができ、次いで、マルチライン層内の現在の既存のラインが除去されることができ、複合パターン転写が再度実行され得る。

図９Ａ、図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｂは、下地層１３５への複合パターンの転写後であり、パターニングされたマスク層及びマルチライン層が除去された後の例示的なパターニングされた基板セグメントを示す。先の図面と同様に、図９Ａは、上面図１０Ａに対応する側断面図であり、図９Ｂは、上面図１０Ｂに対応する側断面図である。

他の実施形態では、複合パターンを下地層に転写することは、下地層内に１つ以上の埋め込み構造をカットすることを含むことができる。下地層は、埋め込みフィン構造又は複合パターン転写を用いてカット又は追加され得る他のフィーチャを有することを含むことができる。認識され得るように、２つ以上のラインにおける材料の所与のラインのピッチは、所定のフォトリソグラフィシステムの光学的解像度よりも小さくすることができる。これは、マンドレルがダブル又はマルチプルパターニング縮小技術によって形成され、次いで、原子層堆積又は他の高度に制御可能な付着技術によって付着され得るため、実現することができる。このように形成された材料のラインは、１６ナノメートル未満のハーフピッチ間隔を有することができる。

図１１〜図１８は、特定のマルチライン層を形成するための１つの例示的な技術についての詳細を提供する。これらの図では、４つの異なる材料のマルチライン層が形成されている。図１１では、下地層１３５上に配置されたマンドレル１１１を有する基板が提供される。マンドレル１１１は、第１の材料で構成される。基板は、シリコンウェハを含むことができる。所与の加工フロー内の所与の基板の加工ステップに応じて、１つ以上の追加の下地層及び／又は埋め込み構造が含められ得る。マンドレルを構成することができる多くの異なる材料が存在する。材料は、様々な窒化物、酸化物、有機物、金属、及び他の従来から利用可能な材料を含むことができる。マンドレル１１１は、従来のパターニング技術を使用して形成され得る。例えば、マンドレル１１１は、自己整合型ダブルパターニング又は自己整合型クアッドパターニング技術の結果とすることができ、それゆえ、サブ解像度ハーフピッチを有することができる。

第１の側壁スペーサ１１２は、図１３に示すように、マンドレル１１１の露出した側壁に形成される。第１の側壁スペーサ１１２は、第２の材料で構成される。図１３がマンドレル１１１の縦方向側壁に形成されたスペーサを示すことに留意されたい。第１の側壁スペーサ１１２を形成することは、第２の材料を基板上にコンフォーマルに付着させることを含むことができる。図１２は、基板１０５上に付着したコンフォーマル膜１２２を示す。そのようなスペーサの形成は従来から知られている。例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）などの高度にコンフォーマルな付着技術が、マンドレル１１１及び下地層１３５をほぼ均一に覆うスペーサ材料を付着させるために選択され得る。スペーサ・オープン・エッチング（spacer open etch）が、次いで実行されて、側壁スペーサの形成を完了することができる。そのようなスペーサ・オープン・エッチングは、代表的には、第２の材料をマンドレル１１１の上面から、及びマンドレル１１１の側壁に付着した第２の材料の間における下地層１３５（マンドレルの側壁上の材料が下地層１３５を覆う場所を除く）から除去する指向性エッチングである。

第２の側壁スペーサ１１３は、図１５に示すように、第１の側壁スペーサ１１２の露出した側壁に形成される。第２の側壁スペーサ１１３は、第３の材料で構成される。図１５が第１の側壁スペーサ１１２の縦方向側壁に形成されたスペーサを示すことに留意されたい。第２の側壁スペーサ１１３を形成することは、第３の材料を基板上にコンフォーマルに付着させることを含むことができる。図１４は、基板１０５上に付着した第２のコンフォーマル膜１２３を示す。そのようなスペーサの形成は従来から知られている。例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）などの高度にコンフォーマルな付着技術が、マンドレル１１１、第１の側壁スペーサ１１２、及びパターニングされたマスク層１４０を含み得る、基板上の既存の構造をほぼ均一に覆うスペーサ材料を付着させるために選択され得る。スペーサ・オープン・エッチングが、次いでを実行されて、側壁スペーサの形成を完了することができる。そのようなスペーサ・オープン・エッチングは、代表的には、第３の材料をマンドレル１１１の上面から、第１の側壁スペーサ１１２の上面から、及び第１の側壁スペーサ１１２の側壁に付着した第３の材料の間における（構造の縦方向側壁にある材料がパターニングされたマスク層１４０を覆う場所を除く）パターニングされたマスク層１４０から除去する指向性エッチングである。少なくとも一部の第１の側壁スペーサ１１２は、第２の側壁スペーサを形成する前に、互いの間に開スペースを規定する。いくつかの場所では、マンドレルのハーフピッチを短くすることができ、第１の側壁スペーサを形成することにより、選択されたマンドレル対の間のスペースを完全に充填して、そのような場所に第２の側壁スペーサが形成されないようにする。言い換えると、マンドレルのピッチを変化させると、第１の側壁スペーサ又は第２の側壁スペーサのいずれかによる合体したスペーサを生じさせる可能性がある。そのような加工技術は、例えば、集積回路のための電力レールを形成する際に有益であり得る。

ここで図１７を参照すると、充填構造１１４が次いで基板１０５上に形成される。充填構造１１４は、（充填構造１１４を形成する前に）互いに向き合った第２の側壁スペーサ１１３の露出した側壁間に規定された開スペースを充填する。充填構造１１４は、第４の材料で構成される。充填構造１１４は、マンドレル１１１の上面、第１の側壁スペーサ１１２の上面、第２の側壁スペーサ１１３の上面、及び充填構造１１４の上面がすべて覆われないように形成される。形成中の材料選択は、第１の材料、第２の材料、第３の材料、及び第４の材料がすべて互いに化学的に異なるようにする。充填構造１１４を形成することは、第４の材料の過剰材料１２４を基板上に付着させることを含むことができる。図１６は、基板１０５上に付着した過剰材料１２４を示し、それは既存の構造を完全に覆うことができる。過剰材料１２４を付着させるために、スピンオン付着を含め、様々な付着技術が使用され得る。付着後、第４の材料が第２の側壁スペーサ１１３の上面よりも下に窪むまで、過剰材料１２４がエッチバックされ得る。第４の材料は、また、第１の側壁スペーサ１１２の上面及びマンドレル１１１の上面よりも下に窪む。このマルチライン層が形成された後、フォトレジスト又はハードマスク材料のレリーフパターン等のパターニングされたマスク層１４０をその上に形成することができる。

他の実施形態は、充填構造を排除することができ、その代わりに、マルチライン層の１つ以上のラインとして機能するトレンチ（未充填ライン）を有することができる。例えば、マルチライン層は、下地層の上方に形成される。パターニングされたマスクがマルチライン層上に形成される。マルチライン層は、２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンを有する領域を含む。この領域では、各ラインは、横方向の厚さ、縦方向の高さを有し、パターニングされたマスク層を横切って延び、交互するラインのパターンの各ラインは、マルチライン層の上面において覆われておらず、マルチライン層の底面にまで縦方向に延びる。２つ以上の異なる材料の少なくとも２つは、互いに異なるエッチング耐性を有することにより互いに化学的に異なる。マルチライン層は、２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンの一部としてトレンチも規定する。したがって、規定されたトレンチは、材料のラインと平行に延び、パターニングされたマスク層の一部を覆わないようにする。

そのようなマルチライン層の一例が、パターン転写の準備ができている、又はその上にエッチングマスクを位置決めした後のマルチライン層として、図１５に示されている。したがって、この特定の例示的な実施形態では、過剰材料を付着させ、過剰材料をプルダウンすることが省略される。所定の充填材料は他のものよりもトレンチを充填しプルダウンすることがより難しいことがあるため、これはいくつかの用途において有益であり得る。所与の設計は、マルチライン層内に残っているトレンチのパターンが存在することを考慮し、第１のパターン転写位置としてこれらの開口を使用することができる。したがって、複合パターンが下地層内に転写され得る。次いで、複合パターンは、マスク材料及びパターニングされたマスク層を覆うマルチライン層の材料によって規定される。したがって、１つのラインが材料を有さないことにより、最初にラインのうちの１つを選択的に除去することを必要とせずに、最初のパターン転写が実行され得る。図１Ｂに別の例を見ることができる。図１Ｂにおけるパターンは、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｂであり、これが反復する。このマルチライン層では、材料Ｃの形成を省略することができ、そのため、材料Ｃが示されている場所に代わりにトレンチが存在することが示している。この構成は、材料Ａをマンドレルとして形成し、材料Ｂをコンフォーマルに付着させ、次いで、材料Ｂについてスペーサ・オープン・エッチングを実行して、材料Ｂを下層から除去した状態で材料Ａ上に側壁スペーサを生じさせることによって生成され得る。

したがって、マルチライン層１５０は、下地層１３５上に形成される。マルチライン層１５０からの任意のライン又はライン組み合わせが選択的に除去され、残りのラインとパターニングされたマスク層１４０の組み合わせパターンが下地層１３５に転写され得る。

理解され得るように、選択可能な材料及び材料組み合わせのマトリクスが作成されて、従来のフォトリソグラフィシステムの解像度能力よりも小さい所望の位置及び長さでフィーチャを作成することができる。エッチングされたフィーチャそのものは、記憶層及び／又はターゲット層に転写されることができ、パターンを反転するためにも使用され得ることに留意されたい。したがって、選択的なエッチングのために２つ、３つ、４つ、５つ、又はそれ以上の異なる材料にアクセスすることができる。自己整合が、パターニングされたマスク及び異なる材料の異なるエッチング選択性を使用して、基板上の様々な場所で選択され得る。言い換えると、既知の寸法の異なる材料により、設計者はエッチングを実行する場所を選択し、そのエッチングがサブ解像度の寸法で自己整合するようにすることができる。例えば、フォトレジスト材料による所与のコンタクトパターンが比較的大きく、複数の材料にまたがる場合、コンタクトは、その特定のコンタクトパターン開口内の材料のうちの１つでのみエッチングされる。

本明細書における技術は、ペデスタル化された（pedestalized）カラースキーム、すなわち、異なるエッチング選択性を有する材料を提供するために使用され得る。さらに、材料の交互するラインのパターンは、設計関心に応じた異なるピッチを有するように加工され得る。従来は、ピッチをカットすることは非常に難しかった。従来のフォトリソグラフィシステムは、約４２ナノメートルのカットを行うことができる。しかし、本明細書における技術により、コンタクトは基板上の思いのままに任意の場所に置くことができる。このパターニング技術は、色をまたいだピッチ分割も可能にする。いくつかの領域では、マンドレル間のように、材料間に完全なハーフピッチが存在し、他の領域には比較的大きな量の自己整合が存在する。さらに、材料のうちの２つが互いに隣接する利用可能な材料のうちの２つ以上を選択することによって、オフピッチ又は混合サイズのエッチングが実行され得る。したがって、本明細書における技術により、様々なピッチ倍数をカット又はブロックとして行うことができる。

そのような構造又はパターンが形成されることにより、パターン転写のための多くの選択肢が利用可能である。例えば、１つの選択肢は、転写から所与のマスクパターンを加える又は減らすことである。非限定的な例によれば、ブロックが２つのラインに加えられたために、ブロックを加えることは「Ｈ」形状をもたらすことができる。ブロックを減らすことにより、所与のブロックマスクの自己整合カットを提供することができる。任意のクリアフィールド又はダークフィールドが（選択的エッチング後の）複数の重なる材料のいずれか（選択エッチング後）に加えて又はそこから減らして、複合エッチングマスクを形成することができる。言い換えると、任意の２次元マルチ材料層が基板上に形成されることができ、次いで、任意の２次元マスクパターンがマルチ材料層上に形成されることができる。たとえマスク層がリソグラフィパターニングによって最初に形成（記録）され得るとしても、また、マルチ材料層もリソグラフィで最初に記録され得るとしても、２つの層の交差する点がサブ解像度のパターニングを提供する。なぜなら、２つの層の組み合わせ及び複数の覆われていない材料のうちの１つ以上を選択的にエッチングする能力が、自己整合ゲート及び自己整合ブロックエッチングを含む多くの正確なエッチング動作及び選択肢を提供するリソグラフィレジストレーションを増強するためである。

前述の説明では、処理システムの特定のジオメトリ、及びそこで使用される様々な構成要素及びプロセスの説明等、特定の詳細が明示されている。しかし、本明細書における技術は、これらの特定の詳細から逸脱する他の実施形態において実施されることができ、そのような詳細は、説明を目的とし、限定ではないと理解されるべきである。本明細書において開示された実施形態は、添付の図面を参照して説明されている。同様に、説明を目的として、徹底的な理解を提供するために、特定の数、材料、及び構成が明示されている。それでも、そのような具体的な詳細なしに実施形態を実施することができる。実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、類似の符号により示され、任意の冗長説明は省略され得る。

様々な技術を、様々な実施形態の理解を助けるために複数の離散的な動作として説明した。説明の順序は、これらの操作が必然的に順序に依存することを意味するものとして解釈されるべきではない。実際に、これらの操作は、提示順に実行される必要がない。説明された動作が、説明された実施形態と異なる順序で実行され得る。様々な追加の動作が実行されてもよく、及び／又は説明された動作が追加の実施形態において省略されてもよい。

本明細書で使用される「基板」又は「ターゲット基板」は、一般に、本発明に従って処理される物体を指す。基板は、デバイス、特に半導体又は他の電子工学デバイスの任意の材料部分又は構造を含むことができ、例えば、半導体ウェハ、レチクル、又はベース基板構造の上又は上に横たわる薄膜のような層とすることができる。したがって、基板は、いかなる特定のベース構造であること、下地層又は上層であること、及びパターン形成されていること又はパターン形成されていないことには限定されず、むしろそのような層又はベース構造、及び層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むと考えられる。この説明は、特定のタイプの基板を参照することができるが、これは例示的な目的のみのためである。

当業者であれば、本発明の同じ目的を依然として達成しつつ、上述した技術の動作に対してなされる多くのバリエーションが存在し得るとも理解するだろう。そのようなバリエーションが本開示の範囲によって網羅されることを意図している。このように、本発明の実施形態の前述の説明が限定することを意図していない。むしろ、本発明の実施形態に対する任意の制限は、以下の特許請求の範囲において提示される。

Claims (20)

1. 基板をパターニングする方法であって、
   基板の下地層上にマルチライン層を形成するステップであって、該マルチライン層は、２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンを有する領域を含み、各ラインは、横方向の厚さ、縦方向の高さを有し、該下地層を横切って延び、該交互するラインのパターンの各ラインは、該マルチライン層の上面で覆われないようにし、該マルチライン層の底面まで縦方向に延び、該２つ以上の異なる材料のうちの少なくとも２つは、互いに対して異なるエッチング耐性を有することによって互いに化学的に異なる、形成するステップと、
   パターニングされたマスク層を前記マルチライン層上に形成するステップであって、前記パターニングされたマスク層は、前記マルチライン層の一部をマスクするマスク材料を含む、形成するステップと、
   前記２つ以上の異なる材料の少なくとも１つを選択的に除去して、前記下地層の一部が覆われないことをもたらすステップと、を含む方法。
2. 前記２つ以上の異なる材料は、３つ以上の異なる材料を含み、前記２つ以上の異なる材料のうちの少なくとも１つを選択的に除去することは、前記３つ以上の異なる材料のうちの２つを選択的に除去して、前記下地層の対応する部分が覆われないことをもたらす、請求項１に記載の方法。
3. 前記２つ以上の異なる材料は、４つ以上の異なる材料を含み、前記２つ以上の異なる材料のうちの少なくとも１つを選択的に除去することは、前記４つ以上の異なる材料のうちの２つを選択的に除去して、前記下地層の対応する部分が覆われないことをもたらす、請求項１に記載の方法。
4. 前記２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンは、材料Ａ及び材料Ｂが互い対して異なるエッチング耐性を有するＡ−Ｂ−Ａ−Ｂの反復シーケンスを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンは、材料Ａ及び材料Ｂが互いに対して異なるエッチング耐性を有するＡ−Ｂ−Ｃ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｂの反復シーケンスを含む、請求項１に記載の方法。
6. 材料Ｃは、前記材料Ａ及び前記材料Ｂに対して異なるエッチング耐性を有する、請求項５に記載の方法。
7. 前記２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンは、材料Ａ、材料Ｂ、材料Ｃ、及び材料Ｄのうちの少なくとも２つが互いに対して異なるエッチング耐性を有するＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｃ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｃ−Ｂの反復シーケンスを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記パターニングされたマスクを形成するステップは、マスク材料のレリーフパターンを形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記マスク材料は金属を含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記マルチライン層を形成するステップは、
    前記下地層上に配置されたマンドレルを有する基板を提供するステップであって、該マンドレルは第１の材料で構成される、提供するステップと、
    前記マンドレルの露出した側壁に第１の側壁スペーサを形成するステップであって、該第１の側壁スペーサは第２の材料で構成される、形成するステップと、
    前記第１の側壁スペーサの露出した側壁に第２の側壁スペーサを形成するステップであって、該第２の側壁スペーサは第３の材料で構成される、形成するステップと、
    互いに対向する前記第２の側壁スペーサの露出した側壁の間に形成された開スペースを充填する充填構造を形成するステップであって、該充填構造は第４の材料で構成され、前記マンドレルの上面、前記第１の側壁スペーサの上面、前記第２の側壁スペーサの上面、及び該充填構造の上面は、すべて覆われず、前記第１の材料、前記第２の材料、前記第３の材料及び該第４の材料のうちの少なくとも２つの材料は互いに化学的に異なる、形成するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記マルチライン層を形成するステップは、
    前記下地層上に配置されたマンドレルを有する基板を提供するステップであって、該マンドレルは第１の材料で構成される、提供するステップと、
    前記マンドレルの露出した側壁に第１の側壁スペーサを形成するステップであって、該第１の側壁スペーサは第２の材料で構成される、形成するステップと、
    互いに対向する前記第１の側壁スペーサの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する充填構造を形成するステップであって、該充填構造は第４の材料で構成され、前記マンドレルの上面、前記第１の側壁スペーサの上面及び該充填構造の上面はすべて覆われず、前記第１の材料、前記第２の材料及び該第４の材料のうちの少なくとも２つの材料は互いに化学的に異なる、形成するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記マルチライン層を形成するステップは、
    前記下地層上に配置されたマンドレルを有する基板を提供するステップであって、該マンドレルは第１の材料で構成される、提供するステップと、
    前記マンドレルの露出した側壁の間に規定された開スペースを充填する充填構造を形成するステップであって、該充填構造は第４の材料で構成され、前記マンドレルの上面及び該充填構造の上面はすべて覆われず、前記第１の材料及び該第４の材料は互いに化学的に異なる、形成ステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
13. 複合パターンを前記下地層に転写するステップであって、該複合パターンは前記マスク層及び前記マルチライン層の残った材料によって規定される、転写するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記下地層は、前記複合パターンの転写中に前記複合パターンを受ける記憶層である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記記憶層は、前記マルチライン層内の材料に対して異なるエッチング耐性を有する材料で構成される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記複合パターンを前記下地層に転写するステップは、前下地層内の１つ以上の埋め込み構造をカットするステップを含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記２つ以上のラインにおける材料の所定のラインのピッチは、所与のフォトリソグラフィシステムの光学的解像度よりも小さい、請求項１に記載の方法。
18. 前記マルチライン層を形成するステップは、ブロックコポリマーの指向性自己組織化動作を実行して、異なる材料の交互するラインを形成するステップを含む、請求項１に記載の方法。
19. それぞれの材料のラインが、１６ナノメートル未満のハーフピッチ間隔を有する、請求項１に記載の方法。
20. 基板をパターニングする方法であって、
    基板の下地層上にマルチライン層を形成するステップであって、該マルチライン層は、２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンを有する領域を含み、各ラインは、横方向の厚さ、縦方向の高さを有し、該下地層を横切って延び、該交互するラインのパターンの各ラインは、該マルチライン層の上面で覆われないようにし、前記マルチライン層の底面まで縦方向に延び、該２つ以上の異なる材料のうちの少なくとも２つは、互いに対して異なるエッチング耐性を有することによって互いに化学的に異なり、該マルチライン層は、２つ以上の異なる材料の交互するラインのパターンの一部としてトレンチも規定し、規定されたトレンチは、材料のラインと平行に延び、前記パターニングされたマスク層の一部を覆わないようにする、形成するステップと、
    前記パターニングされたマスク層を前記マルチライン層上に形成するステップであって、前記パターニングされたマスク層は、前記マルチライン層の一部をマスクするマスク材料を含む、形成するステップと、
    複合パターンを前記下地層に転写するステップであって、前記複合パターンは、マスク材料及び前記下地層を覆う前記マルチライン層の材料によって規定される、転写するステップと、を含む方法。

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