JP2019530222A5

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Publication number: JP2019530222A5
Application number: JP2019513013A
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Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2020-05-28
Anticipated expiration: 2037-09-11

Description

基板およびその上に配置された層のパターニング方法、ならびにデバイス構造の形成方法

［関連出願］
本出願は、「方向性イオンを使用したパターンフィーチャの形成技法」と題する、２０１６年９月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／３９８０３２号に対する優先権を主張し、これは参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本実施形態は、デバイス処理技術に関し、より詳細には、デバイスの製造中に層に複雑な形状を形成することに関する。

半導体デバイスの寸法が小さくなるにつれ、フィーチャのパターニングがますます困難になっている。今日のフォトリソグラフィツールは、１９３ｎｍの波長の光を使用して、１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の小さい寸法を有し得る半導体デバイスにパターニングすることができる。

例えば、線、長方形パッド、円などの比較的小さい形状をパターニングするための課題に加えて、複雑な構造をパターニングする能力にはより多くの課題がある。回折などの光学的制限のために、明確に定義された縁部、特に角を有するフィーチャのパターニングは困難である。この理由から、今日の技術における最小パターンの多くは１次元であり、すなわち線と空間に制限されており、そのようなフィーチャは一方向にだけ沿って延びている。これらのフィーチャは、第１の層の上に配置される、該第１の層とは異なる方向に延びる線と空間を有し得る追加の層を使用して設計通りに接続され得る。このアプローチによれば、より小さなパターンが可能になる一方で、回路設計の柔軟性が制限される。

他の例では、単一のデバイス層内の２つのオフセット領域間に電気的接続を形成するための既知のフィーチャは、「Ｌ」字型、または千鳥形状、または他の二次元形状を含む。従来のリソグラフィ技術を使用してそのような形状をプリントする能力には限りがあり、光学リソグラフィのための高度な光近接効果補正（ＯＰＣ）技術でさえ、そのような形状を適切にプリントできない場合がある。一例では、直線状の端縁を有するように設計された千鳥構造は、リソグラフィ処理後は丸みを帯びた形状を有し得る。この丸みにより、その上に乗る他のフィーチャに対する面積が元の設計よりも小さくなる可能性があり、さらには、金属フィーチャなどのその後に堆積される材料が他の金属フィーチャと望ましくない方法で重なり合うオーバーレイマージンエラーが生じる可能性がある。この丸みは、パターンの寸法が約２０ｎｍ以下である場合に特に一般的である。

しがたって、小さな２次元パターンを生成する能力によって設計の柔軟性は増す一方で、このパターニングを達成するためのプロセスは、特に、５０ｎｍ未満のサイズのパターンフィーチャを画定するためには不十分である。

これらおよび他の考慮事項に関して、本開示を提供する。

一実施形態において、基板のパターニング方法は、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャを、基板上に配置された層内に千鳥配置で設けるステップを含むことができる。この方法はまた、反応種を含む反応性雰囲気の存在下で、第１の露光において第１のイオンを第１の表面フィーチャの第１の面および第２の表面フィーチャの第１の面に向けるステップを含み、第１の露光は、第１の表面フィーチャの第１の面および第２の表面フィーチャの第１の面をエッチングする。イオンを向けた後、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャは併合して第３の表面フィーチャを形成することができる。

他の実施形態において、基板上に配置された層のパターニング方法は、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャを層内に千鳥配置で設けるステップを含むことができる。この方法は、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャを露光にさらすステップをさらに含むことができる。露光は、反応種を含む反応性雰囲気の存在下で、第１のイオンを第１の表面フィーチャの第１の面および第２の表面フィーチャの第１の面に向けることと；同時に、第２のイオンを第１の表面フィーチャの第２の面および第２の表面フィーチャの第２の面に向けることと、を含むことができる。露光は、第１の表面フィーチャの第１の面および第２の表面フィーチャの第１の面をエッチングし、かつ第１の表面フィーチャの第２の面および第２の表面フィーチャの第２の面をエッチングすることができる。イオンを向けた後、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャは併合して第３の表面フィーチャを形成することができる。

さらに他の実施形態におい、デバイス構造の形成方法は、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャを、基板上に配置された第１の層内に千鳥配置で設けるステップを含むことができる。この方法はまた、反応種を含む反応性雰囲気の存在下で、露光において第１のイオンを第１の表面フィーチャの第１の面および第２の表面フィーチャの第１の面に向けるステップを含むことができる。露光は、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャの第１の面をエッチングし、イオンを向けた後、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャは併合して、凹部を含む第３の表面フィーチャを形成することができる。この方法は、第３の表面フィーチャを導電性材料で充填するステップをさらに含むことができる。

図１Ａ〜１Ｃは、本開示の様々な実施形態に従う、表面フィーチャの形成に必要とされる様々な動作の平面図である。図１Ｄ〜１Ｅは、図１Ｂ〜１Ｃの動作の側面図である。図１Ｆは、本開示の実施形態に従う、抽出アセンブリの平面図である。図１Ｇは、本開示の実施形態に従って形成されたデバイス構造の平面図である。図１Ｈは、本開示の実施形態に従って形成された他のデバイス構造の平面図である。本開示の様々な追加の実施形態に従う、表面フィーチャの形成に必要とされる様々な動作の平面図である。本開示の様々な追加の実施形態に従う、表面フィーチャの形成に必要とされる様々な動作の平面図である。本開示の様々な追加の実施形態に従う、表面フィーチャの形成に必要とされる様々な動作の平面図である。図２Ｂの動作の側面図である。本開示の他の実施形態に従う、抽出アセンブリの平面図である。図３Ａ〜３Ｂは、本開示の他の実施形態に従う、デバイス構造の処理のための様々な動作の平面図である。本開示の他の実施形態に従う、複雑な表面フィーチャを生成するための一例を示す図である。本開示の他の実施形態に従う、プロセスフローを示す図である。

ここで、いくつかの実施形態が示されている添付の図面を参照して、本実施形態を以下により完全に説明する。本開示の主題は、多くの異なる形態で具現化することができるものであり、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。これらの実施形態は、この開示が徹底的かつ完全なものとなり、そして主題の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。図中、同様の符号は、全体を通して同様の要素を示している。

本実施形態は、基板をパターニングするための新規な技術を提供し、特には、表面フィーチャなどの、基板上に配置されたフィーチャを形成するための新規な技術を提供する。本明細書で使用されるとき、「基板」という用語は、半導体ウェハ、絶縁ウェハ、セラミック、およびその上に配置された任意の層または構造などの実体を指し得る。したがって、表面フィーチャ、層、一連の層、または他の実体が基板上に配置されているとみなすことができ、ここで、基板は、シリコンウェハ、酸化物層などのような構造の組合せを表し得る。さらに、「基板をパターニングする」という用語は、基板上に配置された層内に表面フィーチャをパターニングすることを含み、基板上に配置された１つの層または複数の層をパターニングすることを含むと理解され得る。

様々な実施形態において、表面フィーチャは、他のフィーチャとの間の接続を提供する目的、表面フィーチャの下に配置された層をパターニングする目的、または他の目的を含む、任意の目的で使用することができる。表面フィーチャの例には、本明細書で複雑な２次元フィーチャ、または「複雑な２Ｄフィーチャ」と呼ばれるものが含まれる。様々な実施形態において、複雑な２Ｄフィーチャは、後述するように複雑な２Ｄ形状を有することができ、複雑な２Ｄフィーチャの最小寸法は、１００ｎｍ未満、場合によっては３０ｎｍ未満である。様々な実施形態において、複雑な２Ｄフィーチャは、基板内に形成された凹部、または基板内の他の層上に配置された層内に形成された凹部であり得る。複雑な２Ｄフィーチャの形状の例には、Ｌ字型、大文字のＴ字型、小文字のｔ字型、ジグザグ形状、または図に関して本明細書に開示される形状などの他の形状が含まれる。単純な形状の例には、線、円、正方形、長方形または他の単純な形状が含まれる。様々な実施形態では、他の特徴の中でもとりわけ、明確に画定された角を有する複雑な２Ｄ形状を有する凹部を生成するための技術および装置が提供される。

ここで、図面を参照すると、図１Ａ〜１Ｃは、本開示の様々な実施形態に従う、表面フィーチャを形成するために含まれる様々な動作の平面図を示している。図１Ｄ〜１Ｅは、図１ＡのＡ−Ａ断面に沿って示す、図１Ｂ〜１Ｃの動作の側断面図を示している。デバイス構造（明示的には示されていない）は、基板１００内に形成することができ、基板１００は、任意の数の層および他のフィーチャを表し得るものである。デバイス構造は、ここでは層１０１として示される、基板１００のある層内に形成されるべき表面フィーチャから形成され得る。例えば、本実施形態によれば、図１Ｃに示されるように、表面フィーチャ１２０として示される凹部構造が層１０１内に形成され得る。表面フィーチャ１２０は、共通の端縁の一部に沿って互いに隣接し、かつ一方向に沿って互いにオフセットしている２つの長方形からなる、ジグザグ形状を有するものとして特徴付けられ得る。このような表面フィーチャは、例えば、該表面フィーチャ１２０を導電性材料で充填することによって、複雑な電気的相互接続として使用することができる。

図１Ｇは、本開示の実施形態に従って形成されたデバイス構造１５０の平面図を示す。この例において、表面フィーチャ１２０は、材料１２７として示されるような導電性材料で充填されて、該表面フィーチャ１２０の複雑な２Ｄ形状を有する相互接続部１２６を形成することができる。図示するように、相互接続部１２６は、金属線１３０Ａを他の金属線１３０Ｄに電気的に接続するように機能することができ、金属線１３０Ａおよび金属線１３０Ｄは、当該技術分野において既知のように、デバイス構造１５０の異なる層またはレベルに形成され得る。特に、図示するように、デカルト座標系のＺ軸に沿って導電性ビア１４０Ａおよび導電性ビア１４０Ｂを形成して、相互接続部１２６の異なる部分をそれぞれ金属線１３０Ａおよび金属線１３０Ｄに接合することができる。同時に、鋭角を有する明確な形状を形成することによって、導電性材料が金属線１３０Ｃまたは金属線１３０Ｂと重ならないように相互接続部１２６を配置することができる。この配置は、金属線が相互接続部１２６と同じレベルに形成されている場合や、相互接続部１２６のレベルと金属線を含むレベルとの間の間隔が小さい場合に有利であり得る。重なりを回避することによって、層を通る潜在的な短絡経路または望ましくない電界または他の望ましくない影響を回避することができる。

図１Ａに戻って、図を参照すると、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂが層１０１に形成された第１の例が示されている。上述のように、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂは、図１Ｄにも示されるように、層１０１内に形成された陥凹フィーチャであり得る。表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂは、例えば、既知のリソグラフィおよびエッチング技術に従って形成することができる。表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂは、単純な矩形形状を有し、該単純な矩形形状は、適切なリソグラフィック媒体に印刷され、場合によっては層１０１などの他の層に転写され得る。限定的ではないが、様々な実施形態において、層１０１は、既知のＳｉＯＣ（シリコン−酸素−炭素）材料または既知のＳｉＯＮ（シリコン−酸素−窒素）材料、アモルファスシリコンを含むシリコン材料、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）酸化物などの既知の酸化物、または他の材料とすることができる。さらに、層１０６として示される基板１００の下層の第１の材料は、層１０１の第２の材料とは異なる材料とすることができる。例えば、層１０６は、既知の酸化シリコン、窒化シリコン、窒化チタン、シリコン、または他の材料とすることができる。実施形態は、これに限定されない。

表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂは単純な形状を有しているので、これらのフィーチャは、設計された形状に従って既知のリソグラフィ技術を用いて忠実に形成され得る。このような単純な形状は、Ｙ軸に沿ってなど、最小寸法の方向に１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の小さい寸法でさえも忠実に形成され得る単純な矩形を含む。

図１Ａに示すように、第１の表面フィーチャである表面フィーチャ１０２Ａ、および第２の表面フィーチャである表面フィーチャ１０２Ｂは、以下にさらに詳細に説明するように、千鳥配置を形成する。簡潔に言えば、千鳥配置とは、第１の表面フィーチャの少なくとも一端が、第２の表面フィーチャの少なくとも一端に対して第１の軸に沿ってオフセットしている状態をいう。この状態は、表面フィーチャ１０２Ａの上端１６０が、表面フィーチャ１０２Ｂの上端１６２に対してＸ軸に沿ってオフセットしているように特に描かれている。さらに、図１Ａの特定の例では、表面フィーチャ１０２Ａの下端１６４が、表面フィーチャ１０２Ｂの下端１６６に対してオフセットしている。この異なる表面フィーチャの千鳥配置は、以下に詳述するように、新規なエッチングプロセスを使用して複雑な２Ｄフィーチャを形成するために利用することができる。２つの異なる表面フィーチャの両端が所与の軸に沿って互いに整列している配置は、本明細書で使用される「千鳥配置」を構成しない。例えば、上端１６０が上端１６２とＸ軸に沿って整列し、下端１６４が下端１６６とＸ軸に沿って整列している場合、結果として得られる構成は千鳥配置ではない。特に、表面フィーチャ１０２Ｂが表面フィーチャ１０２Ａよりも短く、上端１６０が上端１６２と整列しておらず、下端１６４が下端１６６Ａと整列している実施形態では、この後者の構成もまた千鳥配置と見なされ得る。

図１Ａにさらに示すように、第２の表面フィーチャである表面フィーチャ１０２Ｂは、基板平面（Ｘ−Ｙ平面）内で、Ｙ軸によって表される第２の軸に沿って、第１の表面フィーチャである表面フィーチャ１０２Ａからオフセットしている。特に、表面フィーチャ１０２Ａの表面フィーチャ１０２Ｂからのオフセットは、以下のように説明することができる。第１の表面フィーチャである表面フィーチャ１０２Ａは、Ｘ軸として示される第１の軸に沿って、第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２まで延在し得る。様々な実施形態によれば、Ｐ１およびＰ２間の距離は、図１Ｃに示すように、表面フィーチャ１２０を形成するための処理が完了した後に結果として生じる表面フィーチャの少なくとも一部において保たれ得る。図１Ａにさらに示すように、第２の表面フィーチャである表面フィーチャ１０２Ｂは、Ｘ軸として示される第１の軸に沿って、第３の位置Ｐ３から第４の位置Ｐ４まで延在し得る。様々な実施形態によれば、第３の位置Ｐ３および第４の位置Ｐ４間の距離もまた、図１Ｃに示すように、表面フィーチャ１２０を形成するための処理が完了した後に結果として生じる表面フィーチャの少なくとも一部において保たれ得る。さらに、表面フィーチャ１０２ＡのＸ軸に沿う反対側の端を表す少なくとも一方の第１の位置Ｐ１または第２の位置Ｐ２は、表面フィーチャ１０２Ｂにおける対応する第３の位置Ｐ３または第４の位置Ｐ４からオフセットしていてもよい。このように、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂの少なくとも一方の端縁間に、Ｘ軸に沿うオフセットが設けられている。以下に詳述するように、このオフセットは、上述のように、本実施形態の新規な技術を使用して複雑な２Ｄ形状を製造するために利用することができる。

特に、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂは互いに分離されているが、これは、表面フィーチャ１０２Ａと表面フィーチャ１０２Ｂとの間に配置された層１０１の材料が存在していることを意味する。特に、表面フィーチャ１０２Ａはまた、Ｙ軸に沿って表面フィーチャ１０２Ｂから変位しているか、オフセットしている。例えば、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ａは、線分として印刷されていてもよく、Ｙ軸に沿った線分間の空間は、Ｙ軸に沿った線分の幅に等しい。実施形態は、これに限定されない。そのような線／空間パターンの形成は、１０ｎｍ〜３０ｎｍの範囲の寸法について、既知のリソグラフィ技術を使用した製造能力の範囲内である。

ここで、図１Ｂ〜１Ｄを参照すると、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂを第１の露光にさらし、第１の露光が層１０１の材料をエッチングする後続の動作が示されている。特に、図１Ｂおよび図１Ｄを参照すると、第１の露光は、イオン１１２として示される第１のイオンを、方向性イオンとして表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂに、特に、一方向に向けることを含み、幾何学形状の詳細は以下に記載する。特に、図１Ｂおよび図１Ｄを参照すると、第１の露光は、イオン１１２として示される第１のイオンを、方向性イオンとして、特に一方向に、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂに向けることを含み、幾何学的形状の詳細は以下に記載する。要するに、反応種１２２として示される反応性雰囲気の存在下で、イオン１１２を一方向イオンとして供給することにより、第１の露光は、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂをエッチングしてそれらを併合し、第３の表面フィーチャを形成する効果を有する。この場合、第３の表面フィーチャの目標形状または設計形状は、図１Ｂに設計形状１０４として示され、また図１Ｃに最終的な処理済みのフィーチャである表面フィーチャ１２０によって表される、複雑な形状を有する複雑な２Ｄフィーチャである。特に、イオン１１２は、側面１１４によって表される、表面フィーチャ１０２Ａの第１の面に向けられる一方で、イオン１１２は、同様に側面１１４として示される、表面フィーチャ１０２Ｂの第１の面にも向けられる。

詳細には、イオン１１２のイオン軌道は、概して、図中の一方向矢印の向きによって表される。図１Ａの平面図に見られるように、イオン１１２のイオン軌道は、基板平面（Ｘ−Ｙ平面）内におけるイオン１１２のイオン軌道の投影がＹ軸に平行である、第１の方向に沿って延びることができる。したがって、平面視におけるイオン１１２は、Ｙ軸に平行に移動するように見える。図１Ｄに示すように、イオン１１２のイオン軌道は、基板平面（Ｘ−Ｙ平面）の垂直線１２１（この場合には、Ｚ軸に沿って延びている）に対してθとして示される、ゼロではない入射角を形成することができる。特に、θの値は、０度超かつ９０度未満であり得る。特定の実施形態では、表面フィーチャ１２０のＹ軸に沿った幅および表面フィーチャ１２０のＺ軸に沿った高さに応じて、ゼロではない入射角を１５度〜７５度とすることができる。

さらに図１Ａに示すように、平面図におけるイオン１１２の軌道は側面１１５と平行に延び、ここで、側面１１５は、Ｘ軸に沿って表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂの端縁を形成している。したがって、イオン１１２は、側面１１５に衝突せずに済む。このようにして、この一方向性プロセスは、側面１１５をエッチングせずに側面１１４を選択的にエッチングすることができる。この選択的エッチングは、最終的な構造体である表面フィーチャ１２０を生成することができる。表面フィーチャ１２０では、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂの寸法および位置がＸ軸に沿って維持され、同時に、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂが図示するように１つの複雑なフィーチャに併合される。本発明者らは、平面内の第１の方向に２０ｎｍ〜１００ｎｍの初期寸法を有する表面フィーチャの一方向エッチングに成功した。特に、そのようなフィーチャについては、第１の方向に沿った材料のエッチングが、表面フィーチャの寸法を第１の方向に沿って１ｎｍ〜４０ｎｍだけ増加させるように達成されたが、その一方で、第１の方向に垂直である第２の方向には、顕著な物質は観察されなかった。したがって、再び図１Ｃを参照すると、Ｘ軸に沿ったエッチングが回避されて、Ｙ軸にだけ沿ったエッチングにより表面フィーチャ１２０が形成されるため、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂの端縁のＸ軸に沿った位置（第１の位置Ｐ１，第２の位置Ｐ２，第３の位置Ｐ３および第４の位置Ｐ４）が維持される。換言すれば、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャをエッチングして第３の表面フィーチャを形成する場合、第３の表面フィーチャは、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャの特定の端縁の位置を維持することができる。特に、複雑な２Ｄフィーチャである表面フィーチャ１２０は、表面フィーチャ１２０を形成するために使用された表面フィーチャの同じ位置、第１の位置Ｐ１，第２の位置Ｐ２，第３の位置Ｐ３，および第４の位置Ｐ４にＸ軸に沿って配置された一組の端縁を有する。

図１Ｇおよび１Ｈを参照すると、ここには、本開示の実施形態に従って形成された、他のデバイス構造であるデバイス構造１８０の平面図が示されている。この幾何学的形状は、金属線１３０Ｂおよび１３０Ｃが存在しない場合、一般に図１Ｈに示す配置に反映される。図１Ｈの幾何学的形状では、デバイス構造を形成するための様々な追加の実施形態と同様に、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャをエッチングして第１の層内に第３の表面フィーチャを形成した後に、第２の層を形成することができる。第２の層は、第１の層の上に配置することができ、少なくとも２つの導電線を含むことができる。ある特定の実施形態では、金属線１３０Ａのような第１の金属線および金属線１３０Ｂのような第２の金属線は、図１Ｈに示すように、第３の表面フィーチャが第１の金属線および第２の金属線と重なるように第２の層内に形成され得る。したがって、これらの実施形態は、第１の層に配置された複雑な２Ｄフィーチャと、第２の層に千鳥状に配置された複数の線と、の正確な位置合わせを提供することができる。

図１Ｄに示すように、また様々な実施形態によれば、反応種１２２として黒点で図示される反応種の存在下で、イオン１１２を表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂに向けることができる。イオン１１２および反応種１２２は、反応種およびイオンビームを基板に同時に提供することができる適切な装置によって提供され得る。そのような装置の例には、抽出開口部を通してイオンを抽出してそのイオンを基板に向ける、抽出システムを有するプラズマベースの装置が含まれる。図１Ｄおよび図１Ｆは、プラズマ１３４からイオン１１２を抽出するための抽出開口部１３２を含む、抽出アセンブリ１３３の一例を示す。プラズマ１３４は、抽出アセンブリ１３３に隣接するプラズマチャンバ内で、任意の既知の技術によって形成することができる。

垂直線１２１に対するイオン１１２のゼロでない入射角であるθは、知られているように、他の要因の中でも特に、プラズマ出力、ガス圧力、開口サイズ、および抽出プレートの異なる部分間の変位を含む、プラズマシステムのパラメータを制御することによって制御され得る。いくつかの例において、イオンは、互いに平行な軌道を有するように、あるいはそれらの間で＋／−５度だけ異なる軌道を有するように抽出され得る。この幾何学的形状により、イオン１１２を、目標の方向に沿う平行なイオンビームとして向けることが可能となる。図１Ａの例において、抽出アセンブリは、プレート１３０およびプレート１３１を含むことができ、ここで、プレート１３０およびプレート１３１は、Ｚ軸に沿って互いにオフセットしている。この幾何学的形状は、イオン１１２を生成するように配向されたプラズマメニスカスを形成する傾向があり、ここで、プラズマ１３４を出るときのイオン１１２は、矢印で示される軌道に沿って向けられる。プレート１３０および１３１は、図１Ｆの平面図に示されるように、互いに接合して抽出開口部１３２を画定していてもよい。他の実施形態では、概して示されるように、単一のプレートがイオン１１２を基板１００に向ける開口部を含み得る。

図１Ｆは、特に、抽出アセンブリ１３３の変形例を示す。この変形例における抽出開口部１３２は、Ｘ軸に平行な第２の方向に沿って細長い。すなわち、抽出開口部１３２のＸ軸に沿った寸法が抽出開口部１３２のＹ軸に沿った寸法よりも大きいことを意味している。いくつかの例において、抽出開口部１３２のＸ軸に沿った寸法は、１００ｍｍよりも大きいが、抽出開口部１３２のＹ軸に沿った寸法は、３０ｍｍ未満であり、１ｍｍ〜３ｍｍ程度に狭くてもよい。実施形態は、これに限定されない。したがって、イオン１１２は、Ｘ軸に沿って高度の均一性を有するリボンビームを形成することができ、イオン１１２の軌道は、図示するように、Ｙ軸に沿って高度に整列したものとなる。換言すれば、イオン１１２は、第１の軸（Ｘ軸）に平行な長軸１１７と、第１の軸に対して垂直である第２の軸（Ｙ軸）に平行な短軸と、を有するリボンビームを形成することができる。抽出開口部１３２に対して、基板１００を方向１４０に沿ってスキャンすることによって、基板１００の大部分または全体をリボンビーム、すなわちイオン１１２にさらすことができる。

したがって、反応種１２２は、中性物質、イオン、ラジカル、または中性物質、イオン、ラジカルの組合せとして、基板１００に直接あるいは抽出開口部１３２を介して提供され得る。イオン１１２それ自体は、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの不活性イオンであってもよく、あるいは反応種を含んでいてもよい。イオン１１２と反応種１２２の組合せには、酸化シリコン層、ＳｉＯＮ層、ＳｉＯＣ層、窒化シリコン層、シリコン層、炭素層、および他の材料系を含む、材料の反応性イオンエッチングを実行するための既知のレシピが含まれ得る。実施形態はこれに限定されない。

イオン１１２が反応種１２２とともに使用されて、反応種が反応性イオンエッチングを促進するように設計されている場合、この構成によって新規の「一次元反応性イオンエッチング」プロセスが可能になる。一次元の反応性イオンエッチングプロセスは、反応性イオンエッチングを基板表面上の標的のフィーチャに限定して、他のフィーチャには影響を与えない。一次元の反応性イオンエッチングは、垂直方向および垂直方向に垂直である基板平面内の２つ以上の方向に沿って材料をエッチングすることができる従来の反応性イオンエッチングとは異なり得る。例えば、層内に形成されたビア構造のアッシングなどの従来の反応性イオンエッチングでは、ビア構造の直径がＸ方向およびＹ方向に沿って非選択的に増大する場合がある。

図１Ｂおよび図１Ｄの例では、上述したように、エッチングは、層１０１内に設けられた表面フィーチャの選択された表面上で実行され得る。さらに、イオン１１２および反応種１２２は、反応性イオンエッチングのための雰囲気を形成するので、図１Ｂおよび１Ｄに示されるエッチングは、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂの異なる面について選択的であるだけでなく、他の材料の表面についても選択的である。特に、反応種１２２の少なくともいくつかは中性であり得る。このように、反応種は、特定の方向性を有することなく抽出開口部１３２を通過することができ、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂ内の層１０６の露出面１２５と同様に層１０１の様々な表面に衝突することができる。上述したように、そして様々な実施形態によれば、イオン１１２は、側面１１５に衝突しないが側面１１４に衝突するように制限され得る。さらに、イオン１１２は、層１０１の上面１２４に衝突する場合がある。露出面１２５に関して、イオン１１２および反応種１２２は、層１０６の材料に対して層１０１の材料を選択的にエッチングするように設計されていてもよく、これは、層１０１の材料のエッチング速度が層１０６のエッチング速度よりも大きいことを意味する。ある特定の例では、層１０６を酸化シリコンとし、層１０１を窒化シリコンとすることができる。したがって、イオン１１２および反応種１２２は露出面１２５に衝突する場合があるが、図１Ｂおよび図１Ｄのシナリオでは、表面フィーチャ１０２Ａまたは表面フィーチャ１０２Ｂ内の層１０６のエッチングは、ほとんど生じないか、あるいは全く生じない。したがって、図１Ｂおよび１Ｄに示すように、イオン１１２に最初にさらされた後、層１０１の材料は表面フィーチャ１２０を生成するようにエッチングされるが、露出面１２５はエッチングされないままである。特に、イオン１２２と反応種１２２の組合せが層１０１の材料を選択的にエッチングするように設計されているため、層１０１の上面１２４は、イオン１１２および反応種１２２の影響を受けるので、層１０１の厚さもまた減少し得る。Ｙ軸に沿ったエッチング速度に対する、Ｚ軸に平行な層１０１の相対的なエッチング速度は、例えば、θの値を調整することによって制御することができる。さらには、図１Ｅに示すように、表面フィーチャ１２０を形成するためのエッチングプロセスの終了後に層１０１の材料が残るように、層１０１に、Ｚ軸に沿って適切な初期厚さを提供することができる。したがって、表面フィーチャ１２０内に構造を形成し、あるいは後続の処理において層１０６などの下層をパターニングするのに適切な厚さが残る限り、イオン１１２への暴露中における層１０１の厚さの損失は、場合によっては許容することができる。さらに、層１０１の材料は反応性イオンエッチングプロセスによって除去されるので、一度エッチングされた層１０１の材料は揮発したままであり、デバイス構造１５０の他の表面に再堆積することはなく、図１Ｇに示すように、デバイス構造１５０のためのきれいで正確な形状が与えられる。

図２Ａ〜２Ｃは、本開示の様々な追加の実施形態に従って表面フィーチャを形成するために含まれる様々な動作の平面図を示す。図２Ｄは、図２ＡのＡ−Ａ断面に沿って示す、図２Ｂの操作の側面図である。図２Ｄおよび図２Ｅはまた、本開示の他の実施形態に従う抽出アセンブリの断面視および平面視をそれぞれ示している。図２Ａを参照すると、表面フィーチャの初期構成は、図１Ａに関して上述したように、基板１００内に設けることができる。図２Ｂおよび図２Ｄを参照すると、イオン２０２およびイオン２０４を表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂの側面１１４および１１６に向ける、後続の処理動作または一連の処理動作が示されている。同時に、イオン２０２およびイオン２０４の軌道は、図示するように、側面１１５に衝突しないように配置することができる。このようにして、表面フィーチャ１０２Ａおよび表面フィーチャ１０２Ｂのエッチングは、概して、図１Ｂおよび図１Ｄに関して上述したように進行することができるが、その違いは、Ｙ軸に沿ったエッチング場所の幾何学的形状にあり、この例では、右方向と左方向に向かってエッチングしている。

特に、図２Ｄに示すように、抽出アセンブリ２２０を使用して図２Ｂの動作を実行することができ、抽出アセンブリ２２０は、抽出プレート２２２として示される平坦な抽出プレートを含み、抽出開口部２２４として示される平面状の開口部を含む。抽出アセンブリ２２０は、ビーム遮断器２０６をさらに含むことができ、ビーム遮断器２０６は、抽出開口部２２４内に配置されており、図２Ｅに示すように細長い形状を有することができる。このようにして、ビーム遮断器２０６および抽出開口部２２４は、メニスカス２３２およびメニスカス２３４として示される一対のプラズマメニスカスを発生させることができ、次に、これらのメニスカスはそれぞれ、一対のリボンイオンビームとして、イオン２０２およびイオン２０４を発生させる。特に、イオン２０２および２０４は同時に発生するので、基板１００はイオン２０２およびイオン２０４によって同時にエッチングされる。

このようにして、一次元の反応性イオンエッチングは、Ｘ−Ｙ平面内におけるイオン軌道の投影がＹ軸などの共通軸に平行である、一対の同時のイオンビームを使用して行われる。さらに図２Ｄに示すように、イオン２０２およびイオン２０４によって表される第１のイオンビームおよび第２のイオンビームは、Ｘ−Ｚ平面の周りに鏡像を形成することができ、それによってイオン２０２およびイオン２０４は対向面である側面１１４および側面１１６に同時に衝突することができる。

特に、イオン１１２に関して上述したように、イオン２０２、は第１の方向に沿って延びる性質および軌道を有することができ、第２のイオンであるイオン２０４は、第２のイオン軌道を有することができる。この場合、第２のイオン軌道は、図２Ｂおよび図２Ｄに矢印で示される第２の方向に延びる。第２のイオン軌道の、基板平面（Ｘ−Ｙ平面）内における第２の方向の投影はまた、図２Ｂに示すようにＹ軸に平行であり得る。イオン２０４の第２のイオン軌道はまた、−θとして示されるように、垂直線１２１に対してゼロではない入射角を形成することができる。イオン２０４の第２の方向は、イオン２０２の第１の方向と反対であるとみなすことができる。これは、例えば、図２Ｂに示すように、Ｘ−Ｙ平面におけるイオン２０４の軌道の投影が、Ｘ−Ｙ平面におけるイオン２０２の軌道の投影と反対である、ということを意味する。いくつかの実施形態によれば、θの値は、−θの値と等しくてもよい。

図２Ｂおよび図２Ｄの操作によって生成された最終構造は、図１Ｃの構造と同様または同一であり得るものであり、この場合、同様に表面フィーチャ１２０として示される。図２Ｄに特に示される実施形態では、イオン２０２およびイオン２０４は、１回の露光において基板１００に同時に向けられているが、他の実施形態では、イオン２０２およびイオン２０４は、別々の動作で基板１００に連続的に向けられてもよい。様々な実施形態において、第１の露光において、第１のイオンを第１の表面フィーチャの第１の面および第２の表面フィーチャの第１の面に向け、第１の露光後に、基板を基板平面に対して垂直に回転させることができる。続いて、第２の露光では、反応種を含む反応性雰囲気の存在下で、第２のイオンを第１の表面フィーチャの第２の面および第２の表面フィーチャの第２の面に向けることができる。このようにして、第１の露光と第２の露光の組合せを用いて、表面フィーチャ１２０によって表されるような第３の表面フィーチャを形成することができる。例えば、第１の露光では、抽出アセンブリ１３３を用いて、第１の側面である基板１００の側面１１４にイオン２０２を向けることができる。続いて、第１の露光と第２の露光との間に、Ｘ−Ｙ平面内で基板を１８０度回転させることによって、第２の露光では、抽出アセンブリ１３３を用いて、第２の側面である側面１１６にイオン２０４を向けることができる。

上述の実施形態は、最終的に千鳥形状またはジグザグ形状を有する２次元の表面フィーチャの形成を例示しているが、本実施形態は、多くの他の種類の形状を有する表面フィーチャを形成するために使用することができる。図３Ａ〜３Ｂは、本開示の他の実施形態に従う、デバイス構造を処理するための様々な操作の平面図を示し、ここでは、設計形状３０２が示されている。この２次元の設計形状を生成するために、正方形形状の表面フィーチャ３０４および矩形形状の表面フィーチャ３０６が、千鳥状に配置されている。この例において、表面フィーチャ３０４および表面フィーチャ３０６の上端は、Ｘ軸に沿って点Ｐ５に位置合わせされていてもよい。表面フィーチャは、先に一般的に説明した技法に従って反応性雰囲気内でイオン１１２を使用して処理することができ、その結果、設計形状３０２の形状を有する最終的な表面フィーチャ３１０が得られる。

さらに別の実施形態では、上述した技法に従って３つ以上の孤立した表面フィーチャを処理して、最終的な複雑な２Ｄ構造を生成することができる。図４は、表面フィーチャ１０２Ａ、表面フィーチャ１０２Ｂ、および表面フィーチャ１０２Ｃとして示される、Ｘ軸に沿って互いにオフセットした３つの孤立した表面フィーチャを生成し、イオン１１２を使用してこれらをＹ軸に沿ってエッチングして、表面フィーチャ４０２として示される階段形状を生成する例を示す。

図５は、本開示の追加の実施形態に従うプロセスフロー５００を示す。ブロック５０２では、基板上に層を設ける。いくつかの実施形態において、層は、既知のＳｉＯＣ（シリコン−酸素−炭素）材料あるいは既知のＳｉＯＮ（シリコン−酸素−窒素）材料、アモルファスシリコンを含むシリコン材料、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）酸化物などの既知の酸化物、または他の材料とすることができる。さらに、基板の下層の第１の材料は、当該層の第２の材料とは異なる材料であってもよい。非限定的な例において、基板の材料は、既知の酸化シリコン、窒化シリコン、窒化チタン、シリコン、または他の材料とすることができる。

ブロック５０４では、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャを層内に千鳥配置で設ける。千鳥配置の一例は、第１の表面フィーチャの少なくとも一端が、第２の表面フィーチャの少なくとも一端に対して、第１の軸に沿ってオフセットしている場合である。ブロック５０６では、反応種を含む雰囲気の存在下で、露光において第１のイオンを第１の表面フィーチャの第１の側面および第２の表面フィーチャの第１の側面に向ける。露光は、該露光によって第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャの第１の側面をエッチングすることにより、第１の表面フィーチャおよび第２の表面フィーチャを併合して第３の表面フィーチャを形成するのに適切な継続時間を有し得る。

本実施形態は、基板内に複雑な２次元フィーチャを画定するための従来の処理を超える様々な利点を提供する。１つの利点は、複数の陥凹フィーチャの長さを増すことなく、該陥凹フィーチャの幅を広げることができることにある。この利点は、フィーチャのサイズを一方向にのみ沿って選択的に増大させる方向性エッチングプロセスを使用して、もともと分離されていた２つのフィーチャを併合すことによって複雑なフィーチャを形成することができる、という関連する利点をもたらす。他の利点は、基板層内に複雑な２次元形状を形成することができ、これによって複雑な相互接続構造のような構造の目標形状を５０ｎｍ以下の寸法で忠実に生成することが可能になることである。

本開示は、本明細書に記載される特定の実施形態によって範囲が限定されるべきではない。実際に、本明細書に記載されたものに加えて、本開示の他の様々な実施形態および本開示に対する修正が、上述の説明および添付の図面から当業者には明らかであろう。したがって、そのような他の実施形態および修正は、本開示の範囲内に含まれる傾向にある。さらに、本開示は、特定の目的のために、特定の環境における、特定の実装の文脈で本明細書に説明されているが、有用性はそれらに限定されず、本開示が、様々な目的のために、様々な環境で、有益に実装され得ることを当業者は認識するであろう。したがって、以下に記載する特許請求の範囲は、本明細書に記載されるような本開示の全範囲および精神を考慮して解釈されるべきである。