JP3813128B2 - 微細構造の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細構造（micro-structure）の製造に関し、特に、精確なパターニングと、重ね合わせ誤差（overlay error）の低減と、極端なトポグラフィ（extreme topography）の上への精確なリソグラフィとをもたらす方法を用いる微細構造の製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細電気機械的構造（ＭＥＭＳ）または光学装置（例、送受信装置）のような微細構造の製造は、部品の精密な配置を必要とする。光学装置の場合には、例えば、これらの部品は、典型的にレーザ・ダイオード，モニタ・フォトダイオード，レンズ，ミラー，アイソレータ，および光ファイバ等である。部品の精確な位置決めは、オプティカル・ベンチ（optical bench）と呼ばれる他の微細構造の使用によって行うことができる。オプティカル・ベンチは、光学部品が置かれるエッチングされたくぼみ，ソケット，溝等から構成される。くぼみは、部品を収容し、３軸全てにおいて部品の精確な位置決めを与える。
【０００３】
一般的に、エッチングされるくぼみ領域は、リソグラフィによって個別に、最初にパターニングされる。リソグラフィは、シリコン等の基板上に一定のくぼみ領域を記録する（register）ためのフォトグラフィ手法の使用を含む。一般的に、マスクを通して光が放射されて、シリコン基板等の基板の上にある膜の上へくぼみ領域のパターンを描く。このようにして、エッチングされるくぼみ領域のパターンを膜の上へ転写して基板上にハード・マスクを作成する。
【０００４】
エッチングされるくぼみの様々な物理的特徴は、典型的に、様々な製造手法を要求する。これは、一般的に、くぼみのそれぞれが、後続のリソグラフィ工程を用いて個別に処理されることを意味する。
【０００５】
例えば、垂直側壁を有することが求められるくぼみ領域は、典型的には反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）によってエッチングされる。一方、傾斜した側壁を有するくぼみは、異方性ウェット・エッチングによって実現できる。加えて、全てのくぼみは、一般的には同じ深さではなく、したがって単一のエッチング工程においてエッチングすることができない。また、くぼみの開口部（ｘ，ｙ寸法）がエッチング速度に影響を与え、したがってくぼみの深さ（ｚ寸法）に影響を与える。この影響は、ドライエッチングに対して特に顕著である。全てのくぼみが同じ開口部を有するわけではない一方で、同じ深さを要求することもあるので、それぞれのエッチングは、個別の工程において実行される。
【０００６】
複数のリソグラフィ工程の使用は、問題を引き起こすことがある。例えば、それぞれのリソグラフィ工程が、前のマスクに対するマスクのミスアライメントによる重ね合わせ誤差を導入する可能性がある。ミスアラインされたくぼみは、光学部品を光軸から外れて位置決めすることとなる。ミスアライメントの主な原因は、複数のリソグラフィ工程に付随する重ね合わせ誤差である。
【０００７】
また、くぼみの第一組のエッチングの後、ベンチ表面はもはや平坦ではなく、典型的に極端なトポグラフィを示す。極端なトポグラフィは、後続のマスク露光において均一なフォトレジスト・カバレッジを得る点で問題を生じさせる。さらに、焦点深度がトポグラフィによって変化し、得られる解像度が劣化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、重ね合わせ誤差と極端なトポグラフィの上への精確なリソグラフィの必要性とを含む従来の方法の陥穽を回避する微細構造の改良された製造方法に対する必要性が存在する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＭＥＭＳまたはシリコン・オプティカル・ベンチのような微細構造の製造方法を提供する。本発明の一態様において、この方法は、単一マスクを用いて、異なるエッチング工程で基板にエッチングされる２以上のくぼみ領域をパターニングし、エッチングのためのくぼみ領域を選択的に選択する工程を含む。
【００１０】
好適な実施形態において、この方法は、基板をパターニングして、基板にエッチングされる複数のくぼみ領域を識別し、少なくとも１つのくぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程を含む。充填材料は、それを他の充填材料に対して選択的にエッチングできるという点で化学的に弁別的である。弁別的充填材料を含む少なくとも１つのくぼみ領域を、弁別的充填材料に少なくとも部分的に基づいて選択する。選択したくぼみ領域をエッチングする。
【００１１】
好適な実施の形態において、くぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、（ａ）複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つのくぼみ領域の第一の充填材料を保護されていない状態にして、少なくとも第一の充填材料を含むくぼみ領域を保護材料で保護する工程と、（ｃ）前記保護されていない第一の充填材料を除去して露出したくぼみ領域を形成する工程と、（ｄ）保護材料を除去する工程と、（ｅ）弁別的充填材料を前記露出したくぼみ領域へ付加する工程とを含む。
【００１２】
他の好適な実施形態において、２つの異なる弁別的充填材料を交互の順序でくぼみ領域に与える。くぼみがエッチングされる順序と逆の順序でくぼみを充填材料によって充填することが好ましい。このようにして、くぼみ領域は、個別にエッチングされる他のくぼみ領域に影響を与えることなく選択的にエッチング可能である。好ましくは、この方法は、さらに、（ａ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と前記保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は、前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｃ）第一の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｄ）工程（ｂ）において付着した前記保護材料を除去する工程と、（ｅ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第二の充填材料で充填する工程と、（ｆ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と前に保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は、前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｇ）第二の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｈ）工程（ｆ）において付着した前記保護材料を除去する工程と、（ｉ）前記エッチングの順序でエッチングされる最初のくぼみ領域以外の全てのくぼみ領域に対して工程（ａ）〜（ｈ）をくり返し、工程（ｃ）において前記第一の充填材料を除去するかまたは、工程（ｇ）において前記第二の充填材料を除去することにより、前記エッチングされる最初のくぼみ領域内の基板を露出させる工程とを含む。
【００１３】
本発明の方法は、重ね合わせ誤差を最小化し、極端なトポグラフィの上への精確なリソグラフィの必要性を回避する。ここで与えられる方法は、また、このような極端なトポグラフィの存在状態での精確な寸法制御をも可能にする。全てのくぼみの相互に関する正確な記録を与える最初のマスクの後に精密なリソグラフィは必要とされない。全てのリソグラフィ工程は、平坦な表面上で実行される。加えて、本発明の方法は、平坦でない部分を有する表面の上へ金属トレース（trace）および金属パターンを組み込むことを可能にする。
【００１４】
本発明の他の態様においては、新規な微細構造を提供する。上述したように、本発明の方法によって与えられる微細構造は、従来の方法によって製造される微細構造と比較してより精密に定められたくぼみ領域を有する。精度の増大は、重ね合わせ誤差を回避し、極端なトポグラフィの上への精確なリソグラフィの必要性を回避することによって少なくとも部分的に達成される。微細構造は、上記に略述した、そして以下にさらに述べる方法に従って形成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
シリコン・オプティカル・ベンチを製造する代表的な方法との関連において本発明を説明する。一方、ここに述べる手法は、様々な用途を有する広範囲の種類の微細構造の製造に広く適用できることを理解されたい。このような用途は、例えば、電子，機械，光学，または生物学的用途を含む。概して言えば、本発明の方法は、相互に近接してアラインされ、シリコン等の基板に形成された小型のくぼみを有するあらゆる微細構造の製造に適用できる。
【００１６】
上述したように、シリコン基板に溝をエッチングする手法を多くの場合用いて部品の精密な配置を容易にする。一般的に、このような構造において部品の配置のために用いられるくぼみは、サイズが約１ミクロンから数百ミクロンまで様々である。一方、エッチングされるくぼみの長さは、例えば、光ファイバを保持するためのＶ字溝は、長さがミリメートルのことがある。所望の特性を有する構造を作成するためには、このような部品の配置のためにサブミクロンの精度が多くの場合要求される。一方、本発明は、どのような特定のくぼみサイズにも限定されるものではない。
【００１７】
図１は、Ｖ字溝Ｃ４，浅いトレンチＣ１，ソケットＣ３，平坦な底部を有するくぼみＣ２，およびバイアＣ５すなわちウェハの一方の面から他方の面までエッチングされた孔の平面および断面を示す図であり、これらの全ては、一般的に従来のオプティカル・ベンチの製造の際にシリコン基板へ形成される。くぼみは、寸法およびそれぞれの物理的特徴が異なるので、このようなベンチを作成するためのプロセスは、典型的にそれぞれ異なる５つのマスクを必要とすることとなる。
【００１８】
くぼみＣ３およびＣ４のエッチングは自己終了（self-terminating）なので、マスクの数を４つへ減らすことができる。くぼみＣ３およびＣ４が自己終了であるというのは、これらのくぼみが一組の＜１１１＞平面によって専ら定められるからである。多くの異方性ウェット・エッチング液が＜１１１＞平面に対して有するエッチング速度はごくわずかであるので、単一のエッチング工程によって異なるサイズの一定のくぼみをエッチングすることが可能である。いったんくぼみＣ４＜１１１＞平面が露出すると、エッチング・プロセスはそのくぼみ内で実質的に停止する。一方では、エッチングは、より大きいくぼみＣ３において継続し、Ｃ３の＜１１１＞平面が完全に露出した時に停止することとなる。
【００１９】
異方性エッチング液の自己終了エッチング特性を利用することにより、エッチング工程を節約し、リソグラフィ工程の数を減らすことができる。さらに、図１に示すように、くぼみＣ２は＜１００＞平面を含み、したがって自己終了ではない。また、くぼみＣ５のエッチングは、エッチングの際に方向性を得ることができる反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）のようなエッチング手法の使用を必要とする。このように、図１に示されるくぼみは、従来の製造方法において、複数個のリソグラフィ工程およびエッチング工程が必要とされる理由を説明する。
【００２０】
図２（ａ）〜２７（ｃ）に本発明の方法を説明し、図１におけるくぼみと同種のものを引用して従来の方法と比較した本発明の新規な特徴を説明する。上述したように、本発明の方法は、複数工程のリソグラフィに付随する重ね合わせ誤差を最小化し、極端なトポグラフィの上へのリソグラフィ（またはパターン転写）の実行を回避する。
【００２１】
一般的には、本方法は、基板をパターニングして、エッチングされる複数のくぼみ領域を識別する工程と、少なくとも１つのくぼみ領域を弁別的充填材料で充填して充填プラグを形成する工程と、当該弁別的充填材料に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つのエッチングされるくぼみ領域を選択的に選択する工程と、選択されたくぼみ領域をエッチングする工程とを含む。弁別的充填材料は、他の識別されたくぼみ領域とは対照的に特定のくぼみ領域を選択的に選択してエッチングすることを可能にする全ての充填材料を意味する。
【００２２】
図２（ａ）〜７（ｃ）は、本発明の第一の好適な実施の形態を説明する。図２（ａ）において、薄膜２０１を基板２００の上に付着する。基板２００は、例えばシリコン・ウェハのような微細構造の製造に適したあらゆる基板とすることができる。薄膜２０１は、例えば窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）のように微細構造をパターニングするために適したあらゆる膜とすることができる。薄膜２０１は、従来の方法、例えばリソグラフィおよび反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）を用いてパターニングされる。薄膜２０１内の開口部は、シリコン基板２００へエッチングされることとなるくぼみ領域（Ｃ１〜Ｃ５）を定める。図２（ａ）は、薄膜２０１のパターニング後の構造を示す。パターニングの後、膜２０１はハード・マスクと称される。
【００２３】
図２（ｂ）において、第一の充填層２０３を構造の上に付着する。好適な実施の形態において、この構造は、充填材料の付着の後に、従来の方法例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化される。平坦化は、ハード・マスク２０１の上部表面を超えて付着した全ての充填材料２０３を除去し、ハード・マスク２０１によって定められたくぼみ領域に充填材料２０３を残す。平坦化された構造を図２（ｃ）に示す。一方、図８（ａ）〜１０に関連して後述するように、平坦化は常に必要というわけではない。
【００２４】
図３（ａ）において、構造の表面を保護材料２０４で覆う。このような保護材料は当業者に周知である。このような保護材料の一例は、フォトレジストであり、代表例および図面に引用される。
【００２５】
フォトレジスト２０４をパターニングしてくぼみ領域Ｃ２によって定められる領域を露出させる。充填材料２０３を、従来の方法、例えばエッチング・プロセスによってくぼみ領域Ｃ２から除去し、フォトレジスト２０４を取り除く。Ｃ２開口部がゼロ・レベル・マスクを用いてハード・マスク２０１へ事前に記録されているので、充填材料２０３を除去するためのリソグラフィは、精確なアライメントを必要としない。リソグラフィがＣ２領域を露出させ、その他のくぼみ、すなわちＣ１およびＣ３〜Ｃ５を覆われたままに保つという条件ならば十分である。
【００２６】
図３（ｂ）において、第二の充填材料２０５を表面の上に付着し、この構造を平坦化する。平坦化プロセスは、ハード・マスク２０１ラインより上の充填材料２０５を除去し、くぼみ領域Ｃ２を弁別する充填材料２０５のプラグを残す。第二の平坦化工程後の平坦化された構造を図３（ｂ）に示す。
【００２７】
好適な実施の形態において、第一の充填材料２０３を除去し、これを異なる充填材料で置換するプロセスは、個別のくぼみエッチング工程でエッチングされるくぼみのそれぞれに対してくり返されるが、１回少ない。上述したように、くぼみＣ３およびＣ４のエッチングは自己終了なので、くぼみＣ３およびＣ４は、単一のエッチング工程でエッチング可能である。図３（ｃ）に示すように、フォトレジスト２０４による表面の塗布に続いて、くぼみＣ３およびＣ４を露出する。図３（ｄ）に示すように、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４において充填材料２０３を除去し、弁別的充填材料２０６によって置換する。
【００２８】
充填材料は、微細構造の製造に適したあらゆる充填材料を含むことができる。例えば、充填材料は、酸化アルミニウム，酸化ハフニウム，酸化ジルコニウム，または酸化イットリウムのような酸化物を含むことができる。酸化物は、また、ホウケイ酸ガラス（borosilicate glass）またはホスホシリケートガラス（phosphosilicate glass）のようなドープトオキシドを含んでもよい。他の充填材料は、ドープトＰ型シリコンもしくはドープトＰ型ポリシリコンを含む。さらに、半導体材料を充填材料として用いることもできる。半導体材料の例は、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＣａＮ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＡｓおよびＩｎＳｂを含む。
【００２９】
図４（ａ）および４（ｂ）は、リフトオフ・プロセスを用いて付着される充填材料２０７を説明する。リフトオフ・プロセスにおいては、充填材料は構造の全表面を覆うわけではなく、図４（ｂ）に示すキノコ状の構造を形成する。このような構造を平坦化することは、連続的な膜の除去よりもはるかに効率的である。一方、当業者に周知のように、充填材料の一部の付着手法は、リフトオフ・プロセスと両立できない。
【００３０】
第一の充填材料を除去し、それを弁別的充填材料で置換する上述のプロセスは、Ｎ−１回くり返され、Ｎは、個別のエッチング工程でエッチングされるくぼみの個数と等しい。Ｎを算出する他の方法は、単に、それぞれ異なるくぼみ領域において所望のくぼみをエッチングするために必要な個別のエッチング工程の数である。図４（ｃ）は、弁別的充填材料で充填されたくぼみ領域Ｃ１〜Ｃ５に対応する開口部を有する構造を示す。第一の充填材料を含むそれぞれのくぼみ領域内の充填材料は、充填材料のそれぞれを用いて、エッチングされるべき特定のくぼみ領域を選択できるという点において弁別的である。くぼみ領域Ｃ３とＣ４は、それらが同じエッチング工程の際にエッチングされるので、同じ充填材料を有する。より具体的には、くぼみ領域Ｃ１は充填材料２０３で充填され、くぼみ領域Ｃ２は、充填材料２０５で充填され、同時にエッチングされるくぼみ領域Ｃ３とＣ４は、双方とも充填材料２０６で充填され、くぼみ領域Ｃ５は充填材料２０７で充填される。
【００３１】
次の工程はくぼみのエッチングである。溝またはカットを基板材料に形成するこの工程は、エッチング工程によってもたらされる。エッチングされるくぼみ領域の選択は、そのくぼみ領域を定めるハード・マスク２０１内の開口部の中から充填材料を選択的に除去することによって行われる。このようにして、平坦でない表面の存在状態でのリソグラフィが回避される。
【００３２】
図５（ａ）〜（ｃ）は、くぼみＣ３およびＣ４の同時エッチングを説明する。図５（ａ）に示すように、充填材料２０６を開口部から選択的に除去する。充填材料２０６の選択的除去に続いて、くぼみを従来の方法によってエッチングする。例えば、ＫＯＨのような異方性エッチング液を用いて図５（ｂ）に示すようにくぼみＣ３およびＣ４をエッチングできる。
【００３３】
好適な実施の形態においては、エッチングが完了する際、くぼみをパシベーションによって安定させる。パシベーションは、他のくぼみのエッチングの際にこれらのくぼみがさらにエッチングされるのを阻止する。パシベーションは、エッチングされた表面２０８の酸化のような周知の方法によって行うことができる。くぼみＣ３およびＣ４のパシベーションを図５（ｃ）に示す。代わりのパシベーション方法は、表面２０８へのホウ素またはインジウムのようなＰ型ドーパントの混入である。例えば、イオン注入または気相拡散（gaseous phase diffusion）によってドーパントを混入する。気相拡散は、垂直壁と負（negative）の傾斜壁とをパシベートできるという利点を有する。
【００３４】
それぞれのくぼみのエッチングは、くぼみ領域内部の充填材料を除去することによって開始する。図６および７は、くぼみＣ１，Ｃ２，およびＣ５のエッチングについて、上述した手順を説明する。くぼみＣ２のエッチングは、くぼみＣ３およびＣ４のエッチングと同様である。くぼみＣ１およびＣ５のエッチングは、ＲＩＥのような方向性エッチング手法を必要とする。酸化によるくぼみのパシベーションは、シリコンのＲＩＥエッチングに対して効果的に機能する。例えば、シリコン・エッチングのためのＨＢｒベースの方法は、酸化物に関して１００：１を超える選択性を示す。
【００３５】
図６（ａ）は、くぼみ領域Ｃ１からの充填材料２０３の除去を示す。図６（ｂ）は、くぼみＣ１のエッチングを示し、くぼみのパシベーションを図６（ｃ）に示す。図７（ａ）は、くぼみ領域Ｃ２からの充填材料２０５の除去を示す。図７（ｂ）は、くぼみＣ２のエッチングを示し、くぼみのパシベーションを図７（ｃ）に示す。図７（ｃ）はまた、エッチングされたくぼみＣ５を示す。
【００３６】
図２（ａ）〜７（ｃ）との関連において説明した方法は、充填材料のそれぞれの付着に続く構造の平坦化を含む。完全な平坦化の要件が緩和されており、かつ、くぼみ領域の充填によるわずかな程度のトポグラフィが許容される場合には、これらの平坦化工程を省くことができる。図８（ａ）〜１０は、充填材料の付着に続く平坦化工程を省く上述の好適な実施の形態の変形例を示す。
【００３７】
トポグラフィをハード・マスク内の浅い開口部によって生じるトポグラフィに限定されるようにするために、充填材料をパターニングして、充填材料が充填プラグを形成する開口部の領域に充填材料を限定する。充填材料のプラグへのパターニングは、リフトオフ・プロセスか、または、くぼみ領域をフォトレジストで保護し、付着した充填材料をマスクされてない領域から除去することによって行うことができる。どちらの場合においても、“キノコ状”のプラグがくぼみ領域に残される。
【００３８】
図８（ａ）〜８（ｃ）は、充填材料を付着するためにリフトオフが用いられ、平坦化工程が省かれる場合の上述したプロセスを説明する。図８（ａ）は、上述の基板４００の上にハード・マスク４０１を有する構造を説明する。図８（ｂ）において、充填材料を付着すべきくぼみ領域を除く全てのくぼみ領域の上にフォトレジスト４０３を与える。負の傾斜の開口部４０２、すなわち、ハード・マスクと隣接する底部よりもくぼみ領域の上部において狭い開口部を備えるフォトレジストを付着することが好ましい。図８（ｃ）に示すように、負の傾斜の開口部４０２を用いることにより、充填材料４０５のくぼみ領域Ｃ５に挿入される部分が、除去される残りの充填層からはずれる。
【００３９】
図９（ａ）〜９（ｃ）は、フォトレジストによる一定のくぼみ領域の保護と、上述した充填材料の付着／除去とによるが、平坦化を用いない充填材料４０６の付着を説明する。図９（ａ）は、フォトレジスト４０３の除去後の、図８（ａ）〜８（ｃ）と関連して述べたリフトオフ手順に基づくくぼみ領域Ｃ５における充填材料４０５のキノコ形キャップを示す。残りのくぼみ領域は充填材料を有さない。図９（ｂ）において、第二の充填層４０６を付着する。図９（ｃ）においてフォトレジスト４０８をくぼみ領域Ｃ２の上に付着する。
【００４０】
図１０によって示すように、いったん、全てのプラグが配置されると、追加のリソグラフィなしに、くぼみ領域内の弁別的充填材料に基づいて、くぼみのエッチングを選択的に実行することができる。くぼみ領域Ｃ３およびＣ４は、エッチング順序において最初にエッチングされるくぼみなので、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４は、充填材料を含まない。
【００４１】
図１１（ａ）〜１７（ｂ）は、本発明の方法の他の好適な実施の形態を説明する。この方法は、２つの充填材料だけを必要とし、くぼみの個数に依存しない。以下に説明するように、充填材料によるそれぞれのくぼみ領域の充填の後に、完全に平坦化された表面を有するという要件を緩和することにより、それぞれ異なる充填材料の数を２つへ減少させることが可能になる。以下に与えられる例のために、くぼみがエッチングされる順序は、Ｃ３およびＣ４が最初，Ｃ１が２番目，Ｃ２が３番目，そしてＣ５が最後と仮定する。一般的に、どのような他のエッチング順序も実行可能である。
【００４２】
図１１（ａ）において、薄膜層３０１を基板３００の上に付着する。全てのくぼみＣ１〜Ｃ５を定めるマスクを用いて薄膜層３０１をパターニングする。ハード・マスクとして機能する薄膜層３０１のパターニング後の構造を図１１（ａ）に示す。図１１（ｂ）において、第一の充填材料３０３を構造の上に付着する。
【００４３】
図１１（ｃ）に示すように、最後にエッチングされるくぼみ領域Ｃ５を保護材料例えばフォトレジスト３０４によって保護する。上述したように、くぼみ領域の輪郭（definition）はハード・マスク３０１へ記録されているので、フォトレジスト３０４は精確なリソグラフィを必要としない。フォトレジスト３０４が、当該くぼみ領域を定めるハード・マスク３０１内の開口領域を少なくとも覆い、他のくぼみ領域を定めるハード・マスク３０１内の他の開口部を覆わないことが必要とされる。
【００４４】
図１２（ａ）において、一般的にはエッチング・プロセスによって第一の充填材料３０３を除去し、フォトレジスト３０４によって保護されたくぼみ領域Ｃ５内の充填材料３０５を残す。図１２（ｂ）において、フォトレジスト３０４の除去に続いて、第二の充填材料３０６を構造の上に付着する。図１２（ｃ）において、くぼみ領域Ｃ５とくぼみ領域Ｃ２とをフォトレジスト３０７によって保護する。保護材料を付着する順序は、図２（ａ）〜７（ｃ）と関連して説明した第一の実施の形態のように任意ではないことに留意されたい。保護材料の付着によって保護されるべき第一のくぼみは、最後にエッチングされるくぼみである。この例においては、くぼみ領域Ｃ５を最後にエッチングし、くぼみ領域Ｃ２を、くぼみ領域Ｃ５のエッチング工程の前に行われるエッチング工程においてエッチングする。
【００４５】
図１３（ａ）において、第二の充填材料３０６を、フォトレジスト３０７によって保護された領域Ｃ２およびＣ５以外の全ての場所から除去する。図１３（ｂ）において、フォトレジスト３０７を除去し、第一の充填材料３０８の層を構造の上に付着する。図１３（ｃ）において、くぼみ領域Ｃ５，Ｃ２およびＣ１をフォトレジスト３０９によって保護する。図１４（ａ）に示すように、フォトレジスト３０９によって保護されない領域から充填材料３０８を除去する。次にフォトレジスト３０９を除去する。
【００４６】
次に、くぼみのエッチングが開始可能となる。この時点の後に、いかなる追加のリソグラフィも必要とされない。したがって、極端なトポグラフィの存在状態でのリソグラフィが回避される。くぼみの順次的なパターニングを、くぼみ領域内の充填材料の選択的な除去によって行う。それぞれのくぼみ領域内の交互に重なる充填層の数は、くぼみ領域が開口されエッチングされる順序を決定する。
【００４７】
図１４（ａ）に示すように、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４を最初にエッチングし、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４を定めるハード・マスク３０１内の開口部が基板３００を露出させる。くぼみ領域Ｃ１を第二番目にエッチングし、したがって、くぼみＣ１は、１つの充填材料層３０８より成る充填プラグを含む。充填プラグは、特定のくぼみ領域内の充填材料である。くぼみ領域Ｃ２を第三番目にエッチングする。くぼみ領域Ｃ２の充填プラグは、２つの充填材料層３０８および３０６より成る。Ｃ１くぼみ領域内の充填プラグを除去してくぼみ領域Ｃ１のエッチングが可能となる時、くぼみ領域Ｃ２内の充填プラグの外側の層３０８もまた除去されることとなる。さらに、第二の充填層３０６は、Ｃ１がエッチングされる間Ｃ２をエッチングから保護することとなる。くぼみＣ５は、最後にエッチングされる（第四番目のエッチング工程）。そのプラグは、３つの充填層３０８，３０６および３０５より成る。くぼみＣ１をエッチングのために開口するとき、外側の層３０８がエッチングされる。くぼみＣ２をエッチングのために開口するとき、次の層３０６がエッチングされる。最後に、くぼみＣ５をエッチングのために開口するとき、最も内側の膜３０５が除去される。図１４（ｂ）において、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４を上述したようにエッチングしパシベートする。
【００４８】
図１５（ａ）において、充填材料３０８を全てのくぼみ領域から除去し、くぼみ領域Ｃ１内の基板３００を露出した状態にする。図１５（ｂ）に示すように、くぼみ領域Ｃ１をエッチングしてパシベートする。
【００４９】
図１６（ａ）において、充填材料３０６を全てのくぼみ領域から除去し、基板３００をＣ２内で露出した状態にする。図１６（ｂ）において、くぼみ領域Ｃ２をエッチングしてパシベートする。図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、くぼみ領域Ｃ５のエッチングのために、プロセスをくり返す。
【００５０】
本発明の他の実施の形態を図１８（ａ）〜２１（ｂ）に示す。従来の方法と異なり、本発明の方法は、エッチングされるくぼみの全てを、１つのリソグラフィ工程において単一マスクを用いて記録することにより、重ね合わせ誤差を最小化する。
【００５１】
図１８（ａ）において、エッチングされるくぼみ領域内に充填材料５０３を付着することによってくぼみ領域を充填する。好適な実施の形態において、充填材料の付着の後、構造を従来の方法例えばＣＭＰによって平坦化し、ハード・マスク５０１の上部表面より上に位置する充填材料を除去する。図１８（ａ）はまた、フォトレジスト５０４を構造の上に付着して、まだエッチングされるべきでない開口部、すなわちくぼみ領域Ｃ１，Ｃ２，およびＣ５内の充填材料を保護することを示す。フォトレジスト５０４は、次の工程でエッチングされるくぼみ領域すなわちくぼみＣ３およびＣ４を覆わない。
【００５２】
図１８（ｂ）において、露出したくぼみ領域すなわち、Ｃ３およびＣ４の充填材料５０３を従来の方法例えばエッチングによって除去する。フォトレジスト５０４によって保護されるくぼみ、すなわちくぼみ領域Ｃ１，Ｃ２，およびＣ５内の充填材料は、それらのくぼみ内に残留する。図１８（ｃ）において、フォトレジスト５０４を除去し、くぼみＣ３およびＣ４をエッチングしてパシベートする。
【００５３】
図１９（ａ）は、くぼみＣ３およびＣ４をエッチングした後、ウェハは平坦でなく、極端なトポグラフィを示すということを説明する。図１９（ａ）に示すように、付着され現像されてくぼみ領域Ｃ１を露出させるフォトレジスト膜５０５は、エッチングされたくぼみＣ３およびＣ４の領域に完全なカバレッジを与えることができないことがある。一方、ウェハの平坦化された領域内に配置されたその他のプラグは、フォトレジスト５０５で完全かつ均一に覆われる。くぼみ領域内の充填材料がエッチングされたくぼみに極近接している場合において、フォトレジスト５０５は完全なカバレッジを与えることができないことがある。完全なフォトレジスト・カバレッジが望まれる場合には、極端なトポグラフィの存在状態でのリソグラフィを回避する上述した先の実施の形態のうちの１つを用いることができる。
【００５４】
図１９（ｂ）において、くぼみ領域Ｃ１内に露出した基板５００をエッチングしパシベートする。くぼみＣ３およびＣ４内のフォトレジスト・カバレッジの欠如は重大ではない。というのは、これらのくぼみはパシベーションによって既に安定しており、したがってくぼみ領域Ｃ１のエッチングから保護されているからである。図２０および図２１にそれぞれ示すように、くぼみ領域Ｃ２のエッチングと次のくぼみ領域Ｃ５のエッチングとのために、同じプロセス工程をくり返す。
【００５５】
多くの場合において、パターニングされた基板は部品で占められることが予定されており、これらの部品の一部はアクティブであり給電を必要とする。したがって、一部の微細構造例えばオプティカル・ベンチが、金属のトレースを含むことが予定される。金属は、例えば電源およびＡＣ信号のために使用することができる。アクティブ部品に電流を流すというその第一の目標に加えて、金属フィーチャは、また、オプティカル・ベンチに対する部分的な配置のためのアライメント・パターンとしても機能する。一般的に用いられる金属の例としては、Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｌ，およびＣｏ，もしくはこれらの組合せ等である。
【００５６】
金属トレースの製造は、典型的に、金属膜の付着とリソグラフィおよびエッチングによるパターニングとによって行われる。また、リフトオフが、金属トレースを形成するために一般的に用いられる手法である。上述したように、極端なトポグラフィの上にリソグラフィを実行することは困難である。したがって、くぼみのエッチングより前に金属トレースを製造することが望ましい。くぼみ領域の充填プラグが配置された後に金属トレースを製造することもまた好ましい。
【００５７】
金属トレースを製造するとき、くぼみ領域をエッチングするために用いられる一部の化学物質は金属トレースと両立しない可能性があることに留意する必要がある。また、金属トレースの一部は数ミクロンの厚さを必要とすることがあり、この場合には、表面はもはや平坦とみなすことができない。
【００５８】
金属トレースの製造を、上述した手法を用いて本発明の方法に組み込むことができる。例えば、図２（ａ）〜７（ｃ）と関連して説明した第一の好適な実施の形態を引用すると、金属トレース・フィーチャをゼロ・レベル・マスクの上へ付加し、ハード・マスク２０１へエッチングすることができる。金属トレースを定めるハード・マスク内のくぼみ領域を金属で充填する。例えば、金属のブランケット（blanket）付着またはリフトオフ・プロセスを用いることができる。次にウェハを例えばＣＭＰによって平坦化してハード・マスク２０１の上の金属を除去し、くぼみ領域内に金属プラグを残す。充填材料が犠牲的であるということを除いて、プロセスの順序は充填材料のために用いられるものと基本的に同一であり、したがって金属トレースが保持される。プロセスは単一種の金属トレースに限定されず、様々な金属を様々なトレンチに用いることができる。くぼみのエッチングのために用いられる化学物質と反応し得る、トレースに用いられる金属は、金属トレンチ領域の上への薄い分離層の付着によって保護できる。代わりに、くぼみを上述のようにエッチングした後に、金属をくぼみへ付加してもよい。
【００５９】
本発明のプロセスは、ハード・マスク２０１の厚さとおよそ同一の厚さを有する薄い金属トレースを提供する。くぼみのエッチングに続いて、メッキを用いて厚いトレースを作成してもよい。メッキは、例えば電気メッキまたは無電解メッキとすることができる。薄いトレースをメッキのためのシード（seed）層として用いて、既存のトレースの上にのみ金属を付加することができる。
【００６０】
【実施例】
この実施例は、微細構造を製造する本発明の方法を説明する。この例は、上述した手法のいくつかを合体させるものであり、図２２（ａ）〜２７（ｃ）に示される。
【００６１】
図２２（ａ）において、シリコン・ウェハ６００に３層誘電体スタック６１２を塗布する。３層誘電体スタック６１２は、シリコンの上に塗布された２０００Åの窒化シリコン６０１，次に５０００Åの二酸化シリコン６０２，そして、上部層に１０００Åの窒化シリコン６０３を含む。上述したように、全てのくぼみ領域を１つのリソグラフィ工程において誘電体スタック６１２へパターニングすることにより、重ね合わせ誤差を最小化する。ＣＦ４のような反応性イオン・エッチング，あるいはホットリン酸もしくはフッ化水素酸のような化学エッチングを用いて、このイメージを２つの上部層６０３および６０２を貫いて転写し、底部窒化シリコン層６０１上で停止する。
【００６２】
図２２（ｂ）において、次に、パターンを厚い液体状フォトレジストもしくはドライ・フィルム・レジスト６０４で上塗りする。誘電体スタック６１２の厚さに依存して、この第一のリソグラフィ層だけのための厚いフォトレジストを使用することは必須でなくてもよい。Ｃ３およびＣ４の窒化物層６０１とおよそ整合しＣ３およびＣ４の窒化物層６０１を露出させるマスクを用いて、くぼみ領域Ｃ１，Ｃ２およびＣ５を保護するようにフォトレジスト６０４をパターニングする。次に、図２２（ｃ）に示すように、反応性イオン・エッチング工程を用いて窒化物層６０１を開口し、バルク・シリコン６００を露出させる。
【００６３】
図２３（ａ）において、微細構造をエチレンジアミン，ピロカテコール，もしくは水のような異方性エッチング液に浸漬し、この異方性エッチング液は、二酸化シリコン６０２または窒化シリコン６０１および６０３をエッチングすることなしに、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４においてシリコンを選択的にエッチングし、安定な＜１１１＞面上で停止する。次に、図２３（ｂ）に示すように、ウェハを酸化させてエッチングされたくぼみを保護する。
【００６４】
同様に、Ｃ２を次にパターニングし、この時、図２３（ｃ）に示すように、極端なトポグラフィの存在状態において厚いフォトレジストかまたはドライ・フィルム・フォトレジスト６０５を必要とする。次に、くぼみ領域Ｃ２をエッチングして図２４（ａ）においてバルク・シリコン６００を露出させる。次に、図２４（ｂ）に示すようにくぼみ領域Ｃ２をエッチングし、図２４（ｃ）に示すようにパシベートする。Ｃ２はくぼみの底面に＜１００＞平面を有するので、くぼみＣ２は、適切な深さを得るための時限エッチングを必要とする。
【００６５】
この例において、次の工程はくぼみ領域Ｃ１における金属パターンの付着である。さらに、図２５（ａ）に示すように、厚いフォトレジストもしくはドライ・フィルム・フォトレジスト６０６を与えてパターンをイメージし、くぼみ領域Ｃ１の上に大まかな開口部を作成する。図２５（ｂ）において、フッ化水素酸の化学エッチングを用いて、２つの窒化物層６０１と６０３の間の二酸化シリコン６０２をアンダーカットし、上部窒化物層６０１の上にオーバーハング６０７を残す。図２５（ｃ）において、真空蒸着のような方向性付着手法を用いて例えば４０００Åの金の金属トレース６０８を付着する。次に、図２６（ａ）に示すように、フォトレジスト６０６を除去するケミカル・フォトレジスト・ストリッパ（chemical photoresist stripper）において余分な金のバルクをリフトオフする。図２６（ａ）に示すように、これは、くぼみ領域Ｃ１内の金属トレース６０９を残し、そして、厚いフォトレジストが、ゼロ・パターニングの際に作られた最初の開口部を越えて重なった金属のリム６１０を残す。短時間のホットリン酸エッチングでこの金属の残存リム６１０を再びリフトオフし、これは、図２６（ｂ）に示すように、金のリム６１０の下方から窒化シリコン６０３をアンダーカットし、くぼみ領域Ｃ１内に金のトレース６０９を残す。
【００６６】
図２６（ｃ）に示すように、Ｃ５にくぼみを作成する最後の工程において、厚いフォトレジストもしくはドライ・フィルム・フォトレジスト６１３を与えて開口し、Ｃ５の上に大まかに整合したイメージを定める。図２７（ａ）において、フォトレジストを用いて窒化物６０１をエッチングし、最初の二酸化シリコン６０２開口部を用いて最適な記録（registration）と寸法制御とを得る。次に、図２７（ｂ）において、ディープ反応性イオン・エッチング手法を用いてシリコン６００を貫いてパターンを転写する。得られた構造を図２７（ｃ）に示す。
【００６７】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
（１）微細構造を製造する方法であって、単一マスクを用いて基板をパターニングし、異なるエッチング工程でエッチングされる２以上のくぼみ領域を識別する工程と、エッチングのためのくぼみ領域を選択的に選択する工程とを含む方法。
（２）微細構造を製造する方法であって、基板をパターニングして、エッチングされる２以上のくぼみ領域を識別する工程と、前記くぼみ領域のうちの少なくとも１つを弁別的充填材料で充填する工程と、前記弁別的充填材料を含む少なくとも１つのくぼみ領域をエッチング対象に選択的に選択する工程であって、前記選択は、前記弁別的充填材料に少なくとも部分的に基づく工程と、前記選択されたくぼみ領域をエッチングしてエッチングされたくぼみを形成する工程とを含む方法。
（３）前記パターニングする工程は、基板の上に膜を付着してハード・マスクを形成する工程を含む、上記（２）に記載の方法。
（４）前記膜は、窒化シリコンを含む上記（３）に記載の方法。
（５）前記基板はシリコンを含む上記（２）に記載の方法。
（６）前記パターニングする工程は、フォトリソグラフィを含む上記（２）に記載の方法。
（７）前記少なくとも１つのくぼみ領域をエッチング対象に選択的に選択する工程は、前記弁別的充填材料を選択的に除去する工程を含む上記（２）に記載の方法。
（８）前記くぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、ブランケット膜である充填材料を付着する工程を含む上記（２）に記載の方法。
（９）前記くぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、前記くぼみ領域のほぼ上の領域に充填材料を付着する工程を含む、上記（２）に記載の方法。
（１０）前記少なくとも１つのくぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、（ａ）複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つのくぼみ領域の前記第一の充填材料を保護されていない状態にして、少なくとも前記第一の充填材料を含むくぼみ領域を保護材料で保護する工程と、（ｃ）前記保護されていない第一の充填材料を除去して少なくとも１つの露出したくぼみ領域を形成する工程と、（ｄ）前記保護材料を除去する工程と、（ｅ）弁別的充填材料を前記少なくとも１つの露出したくぼみ領域へ付加する工程とを含む上記（２）に記載の方法。
（１１）前記工程（ｂ）〜（ｅ）をＮ−１回くり返し、Ｎはくぼみのエッチング工程の数に等しい上記（１０）に記載の方法。
（１２）前記保護材料はフォトレジストである上記（１０）に記載の方法。
（１３）それぞれのくぼみ領域を第一の充填材料で充填した後に前記構造を平坦化する工程をさらに含む上記（１０）に記載の方法。
（１４）前記平坦化する工程は、化学機械研磨を含む上記（１３）に記載の方法。
（１５）弁別的充填材料を前記露出したくぼみ領域へ付加した後に前記構造を平坦化する工程をさらに含む上記（１０）に記載の方法。
（１６）前記平坦化する工程は、化学機械研磨を含む上記（１５）に記載の方法。
（１７）前記エッチングする工程は、前記選択されたくぼみ領域を化学物質に接触させる工程を含む上記（２）に記載の方法。
（１８）前記化学物質はＫＯＨを含む上記（１７）に記載の方法。
（１９）前記エッチングされたくぼみをパシベートする工程をさらに含む上記（２）に記載の方法。
（２０）前記パシベートする工程は、前記エッチングされたくぼみを酸化させる工程を含む上記（１９）に載の方法。
（２１）前記パシベートする工程は、Ｐ型ドーパントを前記エッチングされたくぼみへ与える工程を含む上記（１９）に記載の方法。
（２２）イオン注入もしくは気相拡散のうちの少なくとも１つにより、前記Ｐ型ドーパントを前記エッチングされたくぼみへ与える上記（２１）に記載の方法。
（２３）前記くぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、２つの充填材料のうちの１つを交互の順序で用いて、前記エッチングされる複数のくぼみ領域を充填する工程を含む上記（２）に記載の方法。
（２４）前記２つの充填材料のうちの１つを交互の順序で用いて、前記エッチングされる複数のくぼみ領域を充填する工程は、（ａ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と、前に保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は、前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｃ）前記第一の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｄ）前記工程（ｂ）において付着した前記保護材料を除去する工程と、（ｅ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第二の充填材料で充填する工程と、（ｆ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と前に保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は、前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｇ）前記第二の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｈ）前記工程（ｆ）において付着した前記保護材料を除去する工程と、（ｉ）前記エッチングの順序でエッチングされる最初のくぼみ領域以外の全てのくぼみ領域に対して工程（ａ）〜（ｈ）をくり返し、前記工程（ｃ）において前記第一の充填材料を除去するかまたは前記工程（ｇ）において前記第二の充填材料を除去することにより、前記エッチングされる最初のくぼみ領域内の基板を露出させる工程と、を含む上記（２３）に記載の方法。
（２５）前記保護材料はフォトレジストである、上記（２４）に記載の方法。
（２６）前記くぼみ領域をエッチングした後に前記くぼみ領域をパシベートする工程をさらに含む上記（２４）に記載の方法。
（２７）追加のくぼみ領域をパターニングし、前記追加のくぼみ領域に金属を付着する工程をさらに含む上記（２）に記載の方法。
（２８）前記金属は、Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｌ，およびＣｏのうちの少なくとも１つを含む上記（２７）に記載の方法。
（２９）前記金属は金属トレースである上記（２７）に記載の方法。
（３０）メッキによって前記金属トレースを厚くする工程をさらに含む上記（２９）に記載の方法。
（３１）前記弁別的充填材料は、酸化物を含む上記（２）に記載の方法。
（３２）前記酸化物は、酸化アルミニウム，酸化ハフニウム，酸化ジルコニウム，および酸化イットリウムのうちの少なくとも１つを含む上記（３１）に記載の方法。
（３３）前記酸化物は、ドープトオキシドを含む上記（３１）に記載の方法。
（３４）前記ドープトオキシドは、ホウケイ酸ガラスおよびホスホシリケートガラスのうちの少なくとも１つを含む上記（３３）に記載の方法。
（３５）前記充填材料は、オキシ窒化物を含む上記（２）に記載の方法。
（３６）前記充填材料は、ドープトＰ型シリコンまたはドープトＰ型ポリシリコンのうちの少なくとも１つを含む上記（２）に記載の方法。
（３７）前記充填材料は半導体材料を含む上記（２）に記載の方法。
（３８）前記充填材料は、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＡｓおよびＩｎＳｂのうちの少なくとも１つを含む上記（３７）に記載の方法。
（３９）単一マスクを用いて基板をパターニングし、異なるエッチング工程でエッチングされる２以上のくぼみ領域を識別する工程と、エッチングのためのくぼみ領域を選択的に選択する工程とを含むプロセスにしたがって形成された微細構造。
（４０）基板をパターニングして、エッチングされる２以上のくぼみ領域を識別する工程と、前記くぼみ領域のうちの少なくとも１つを弁別的充填材料で充填する工程と、前記弁別的充填材料を含む少なくとも１つのくぼみ領域をエッチング対象に選択的に選択する工程であって、前記選択は前記弁別的充填材料に少なくとも部分的に基づく工程と、前記選択されたくぼみ領域をエッチングしてエッチングされたくぼみを形成する工程とを含むプロセスにしたがって形成された微細構造。
（４１）前記少なくとも１つのくぼみ領域をエッチング対象に選択的に選択する工程は、前記弁別的充填材料を選択的に除去する工程を含む上記（４０）に記載の微細構造。
（４２）前記少なくとも１つのくぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、（ａ）複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つのくぼみ領域の前記第一の充填材料を保護されていない状態にして、少なくとも前記第一の充填材料を含むくぼみ領域を保護材料で保護する工程と、（ｃ）前記保護されていない第一の充填材料を除去して少なくとも１つの露出したくぼみ領域を形成する工程と、（ｄ）前記保護材料を除去する工程と、（ｅ）弁別的充填材料を前記少なくとも１つの露出したくぼみ領域へ付加する工程とを含む上記（４０）に記載の微細構造。
（４３）前記工程（ｂ）〜（ｅ）をＮ−１回くり返し、Ｎはくぼみのエッチング工程の数に等しい上記（４２）に記載の微細構造。
（４４）前記エッチングされたくぼみをパシベートする工程をさらに含む上記（４０）に記載の微細構造。
（４５）前記くぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、２つの充填材料のうちの１つを交互の順序で用いて、前記エッチングされる複数のくぼみ領域を充填する工程を含む上記（４０）に記載の微細構造。
（４６）前記２つの充填材料のうちの１つを交互の順序で用いて、前記エッチングされる複数のくぼみ領域を充填する工程は、（ａ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と前に保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｃ）前記第一の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｄ）前記工程（ｂ）において付着した保護材料を除去する工程と、（ｅ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第二の充填材料で充填する工程と、（ｆ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と前に保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｇ）前記第二の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｈ）前記工程（ｆ）において付着した前記保護材料を除去する工程と、（ｉ）前記エッチングの順序でエッチングされる最初のくぼみ領域以外の全てのくぼみ領域に対して工程（ａ）〜（ｈ）をくり返し、前記工程（ｃ）において前記第一の充填材料を除去するかまたは前記工程（ｇ）において前記第二の充填材料を除去することにより、前記エッチングされる最初のくぼみ領域内の基板を露出させる工程と、を含む上記（４５）に記載の微細構造。
（４７）追加のくぼみ領域をパターニングし、前記追加のくぼみ領域に金属を付着する工程をさらに含む上記（４０）に記載の微細構造。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチングされたそれぞれ異なる５つのタイプのくぼみを有する従来のシリコン・ベンチを説明する図である。
【図２】本発明に係る方法の一部として、基板のパターニング，第一の充填層の付着，および第一の充填層の平坦化を説明する図である。
【図３】本発明に係る弁別的充填層の付着を説明する図である。
【図４】本発明に係るリフトオフ・プロセスを用いた充填材料の付着を説明する図である。
【図５】本発明に係るくぼみＣ３とＣ４との選択的同時エッチングと、エッチングされたくぼみのパシベーションとを説明する図である。
【図６】本発明に係るくぼみＣ１の選択的エッチングを説明する図である。
【図７】本発明に係るくぼみＣ２とＣ５との選択的エッチングを説明する図である。
【図８】充填材料を付着するためにリフトオフ・プロセスを利用するが、平坦化を用いない本発明の方法を説明する図である。
【図９】マスキングおよびエッチングを用いて充填材料を付着するが、平坦化を用いない本発明の方法を説明する図である。
【図１０】平坦化なしで領域Ｃ１，Ｃ２，およびＣ５に付着された充填材料を説明する図である。
【図１１】本発明に係るハード・マスクの付着，第一の充填材料の付着，およびくぼみ領域Ｃ５の上へのフォトレジストの付着を説明する図である。
【図１２】第一の充填材料の除去，フォトレジストの除去，第二の充填材料の付加，くぼみ領域Ｃ５およびＣ２の上へのフォトレジストの付加を説明する図である。
【図１３】第二の充填材料の除去，フォトレジストの除去，第一の充填材料の付加，くぼみ領域Ｃ５，Ｃ２，およびＣ１の上へのフォトレジストの付加を説明する図である。
【図１４】本発明に係るくぼみ領域Ｃ３およびＣ４のエッチングと、エッチングされたくぼみのパシベーションとを説明する図である。
【図１５】本発明に係る第一の充填材料の除去と、くぼみＣ１のエッチングおよびパシベーションとを説明する図である。
【図１６】本発明に係る第二の充填材料の除去と、くぼみＣ２のエッチングおよびパシベーションとを説明する図である。
【図１７】本発明に係る第一の充填材料の除去と、くぼみＣ５のエッチングおよびパシベーションとを説明する図である。
【図１８】本発明に係るハード・マスクの作成と、平坦化される充填材料の付着と、くぼみＣ３およびＣ４以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付着と、くぼみＣ３およびＣ４のエッチングおよびパシベートとを説明する図である。
【図１９】本発明に係るくぼみＣ１以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付着と、くぼみＣ１のエッチングおよびパシベートとを説明する図である。
【図２０】本発明に係るくぼみＣ２以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付着と、くぼみＣ２のエッチングおよびパシベートとを説明する図である。
【図２１】本発明に係るくぼみＣ５以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付着と、くぼみＣ５のエッチングおよびパシベートとを説明する図である。
【図２２】本発明に係る、３層誘電体スタックが塗布され、くぼみＣ１，Ｃ２，およびＣ５の上へのフォトレジストの塗布を有するシリコン・ウェハを説明する図である。
【図２３】本発明に係るくぼみＣ３およびＣ４のエッチングおよびパシベートと、くぼみ領域Ｃ２以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付加とを説明する図である。
【図２４】本発明に係るくぼみＣ２のエッチングおよびパシベートを説明する図である。
【図２５】本発明に係る、くぼみ領域Ｃ１以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付着と、くぼみＣ１のエッチングおよびパシベートと、くぼみＣ１内の金属の付着とを説明する図である。
【図２６】本発明に係る、くぼみ領域Ｃ１からの余分な金属の除去と、くぼみ領域Ｃ５以外の全てのくぼみ領域上へのフォトレジストの付着とを説明する図である。
【図２７】基板を貫くくぼみＣ５のエッチングと、フォトレジストの除去とを説明する図である。
【符号の説明】
２００，３００，４００，５００ 基板
２０１，３０１，４０１，５０１，６０１ ハード・マスク
２０３，３０３，３０５，３０８ 第一充填材料
２０４，３０４，３０７，３０９，４０３，４０８，５０４，５０５，６０４，６０５，６０６，６１３ フォトレジスト
２０５，３０６，４０６ 第二充填材料
２０６，２０７，４０５，５０３ 充填材料
２０８ エッチングされた表面
４０２ 開口部
６００ シリコン・ウェハ
６０１，６０３ 窒化シリコン
６０２ 二酸化シリコン
６０７ オーバーハング
６０８，６０９ 金属トレース
６１０ リム
６１２ ３層誘電体スタック
【発明の属する技術分野】
本発明は、微細構造（micro-structure）の製造に関し、特に、精確なパターニングと、重ね合わせ誤差（overlay error）の低減と、極端なトポグラフィ（extreme topography）の上への精確なリソグラフィとをもたらす方法を用いる微細構造の製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細電気機械的構造（ＭＥＭＳ）または光学装置（例、送受信装置）のような微細構造の製造は、部品の精密な配置を必要とする。光学装置の場合には、例えば、これらの部品は、典型的にレーザ・ダイオード，モニタ・フォトダイオード，レンズ，ミラー，アイソレータ，および光ファイバ等である。部品の精確な位置決めは、オプティカル・ベンチ（optical bench）と呼ばれる他の微細構造の使用によって行うことができる。オプティカル・ベンチは、光学部品が置かれるエッチングされたくぼみ，ソケット，溝等から構成される。くぼみは、部品を収容し、３軸全てにおいて部品の精確な位置決めを与える。
【０００３】
一般的に、エッチングされるくぼみ領域は、リソグラフィによって個別に、最初にパターニングされる。リソグラフィは、シリコン等の基板上に一定のくぼみ領域を記録する（register）ためのフォトグラフィ手法の使用を含む。一般的に、マスクを通して光が放射されて、シリコン基板等の基板の上にある膜の上へくぼみ領域のパターンを描く。このようにして、エッチングされるくぼみ領域のパターンを膜の上へ転写して基板上にハード・マスクを作成する。
【０００４】
エッチングされるくぼみの様々な物理的特徴は、典型的に、様々な製造手法を要求する。これは、一般的に、くぼみのそれぞれが、後続のリソグラフィ工程を用いて個別に処理されることを意味する。
【０００５】
例えば、垂直側壁を有することが求められるくぼみ領域は、典型的には反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）によってエッチングされる。一方、傾斜した側壁を有するくぼみは、異方性ウェット・エッチングによって実現できる。加えて、全てのくぼみは、一般的には同じ深さではなく、したがって単一のエッチング工程においてエッチングすることができない。また、くぼみの開口部（ｘ，ｙ寸法）がエッチング速度に影響を与え、したがってくぼみの深さ（ｚ寸法）に影響を与える。この影響は、ドライエッチングに対して特に顕著である。全てのくぼみが同じ開口部を有するわけではない一方で、同じ深さを要求することもあるので、それぞれのエッチングは、個別の工程において実行される。
【０００６】
複数のリソグラフィ工程の使用は、問題を引き起こすことがある。例えば、それぞれのリソグラフィ工程が、前のマスクに対するマスクのミスアライメントによる重ね合わせ誤差を導入する可能性がある。ミスアラインされたくぼみは、光学部品を光軸から外れて位置決めすることとなる。ミスアライメントの主な原因は、複数のリソグラフィ工程に付随する重ね合わせ誤差である。
【０００７】
また、くぼみの第一組のエッチングの後、ベンチ表面はもはや平坦ではなく、典型的に極端なトポグラフィを示す。極端なトポグラフィは、後続のマスク露光において均一なフォトレジスト・カバレッジを得る点で問題を生じさせる。さらに、焦点深度がトポグラフィによって変化し、得られる解像度が劣化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、重ね合わせ誤差と極端なトポグラフィの上への精確なリソグラフィの必要性とを含む従来の方法の陥穽を回避する微細構造の改良された製造方法に対する必要性が存在する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＭＥＭＳまたはシリコン・オプティカル・ベンチのような微細構造の製造方法を提供する。本発明の一態様において、この方法は、単一マスクを用いて、異なるエッチング工程で基板にエッチングされる２以上のくぼみ領域をパターニングし、エッチングのためのくぼみ領域を選択的に選択する工程を含む。
【００１０】
好適な実施形態において、この方法は、基板をパターニングして、基板にエッチングされる複数のくぼみ領域を識別し、少なくとも１つのくぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程を含む。充填材料は、それを他の充填材料に対して選択的にエッチングできるという点で化学的に弁別的である。弁別的充填材料を含む少なくとも１つのくぼみ領域を、弁別的充填材料に少なくとも部分的に基づいて選択する。選択したくぼみ領域をエッチングする。
【００１１】
好適な実施の形態において、くぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、（ａ）複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つのくぼみ領域の第一の充填材料を保護されていない状態にして、少なくとも第一の充填材料を含むくぼみ領域を保護材料で保護する工程と、（ｃ）前記保護されていない第一の充填材料を除去して露出したくぼみ領域を形成する工程と、（ｄ）保護材料を除去する工程と、（ｅ）弁別的充填材料を前記露出したくぼみ領域へ付加する工程とを含む。
【００１２】
他の好適な実施形態において、２つの異なる弁別的充填材料を交互の順序でくぼみ領域に与える。くぼみがエッチングされる順序と逆の順序でくぼみを充填材料によって充填することが好ましい。このようにして、くぼみ領域は、個別にエッチングされる他のくぼみ領域に影響を与えることなく選択的にエッチング可能である。好ましくは、この方法は、さらに、（ａ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と前記保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は、前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｃ）第一の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｄ）工程（ｂ）において付着した前記保護材料を除去する工程と、（ｅ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第二の充填材料で充填する工程と、（ｆ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と前に保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は、前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｇ）第二の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｈ）工程（ｆ）において付着した前記保護材料を除去する工程と、（ｉ）前記エッチングの順序でエッチングされる最初のくぼみ領域以外の全てのくぼみ領域に対して工程（ａ）〜（ｈ）をくり返し、工程（ｃ）において前記第一の充填材料を除去するかまたは、工程（ｇ）において前記第二の充填材料を除去することにより、前記エッチングされる最初のくぼみ領域内の基板を露出させる工程とを含む。
【００１３】
本発明の方法は、重ね合わせ誤差を最小化し、極端なトポグラフィの上への精確なリソグラフィの必要性を回避する。ここで与えられる方法は、また、このような極端なトポグラフィの存在状態での精確な寸法制御をも可能にする。全てのくぼみの相互に関する正確な記録を与える最初のマスクの後に精密なリソグラフィは必要とされない。全てのリソグラフィ工程は、平坦な表面上で実行される。加えて、本発明の方法は、平坦でない部分を有する表面の上へ金属トレース（trace）および金属パターンを組み込むことを可能にする。
【００１４】
本発明の他の態様においては、新規な微細構造を提供する。上述したように、本発明の方法によって与えられる微細構造は、従来の方法によって製造される微細構造と比較してより精密に定められたくぼみ領域を有する。精度の増大は、重ね合わせ誤差を回避し、極端なトポグラフィの上への精確なリソグラフィの必要性を回避することによって少なくとも部分的に達成される。微細構造は、上記に略述した、そして以下にさらに述べる方法に従って形成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
シリコン・オプティカル・ベンチを製造する代表的な方法との関連において本発明を説明する。一方、ここに述べる手法は、様々な用途を有する広範囲の種類の微細構造の製造に広く適用できることを理解されたい。このような用途は、例えば、電子，機械，光学，または生物学的用途を含む。概して言えば、本発明の方法は、相互に近接してアラインされ、シリコン等の基板に形成された小型のくぼみを有するあらゆる微細構造の製造に適用できる。
【００１６】
上述したように、シリコン基板に溝をエッチングする手法を多くの場合用いて部品の精密な配置を容易にする。一般的に、このような構造において部品の配置のために用いられるくぼみは、サイズが約１ミクロンから数百ミクロンまで様々である。一方、エッチングされるくぼみの長さは、例えば、光ファイバを保持するためのＶ字溝は、長さがミリメートルのことがある。所望の特性を有する構造を作成するためには、このような部品の配置のためにサブミクロンの精度が多くの場合要求される。一方、本発明は、どのような特定のくぼみサイズにも限定されるものではない。
【００１７】
図１は、Ｖ字溝Ｃ４，浅いトレンチＣ１，ソケットＣ３，平坦な底部を有するくぼみＣ２，およびバイアＣ５すなわちウェハの一方の面から他方の面までエッチングされた孔の平面および断面を示す図であり、これらの全ては、一般的に従来のオプティカル・ベンチの製造の際にシリコン基板へ形成される。くぼみは、寸法およびそれぞれの物理的特徴が異なるので、このようなベンチを作成するためのプロセスは、典型的にそれぞれ異なる５つのマスクを必要とすることとなる。
【００１８】
くぼみＣ３およびＣ４のエッチングは自己終了（self-terminating）なので、マスクの数を４つへ減らすことができる。くぼみＣ３およびＣ４が自己終了であるというのは、これらのくぼみが一組の＜１１１＞平面によって専ら定められるからである。多くの異方性ウェット・エッチング液が＜１１１＞平面に対して有するエッチング速度はごくわずかであるので、単一のエッチング工程によって異なるサイズの一定のくぼみをエッチングすることが可能である。いったんくぼみＣ４＜１１１＞平面が露出すると、エッチング・プロセスはそのくぼみ内で実質的に停止する。一方では、エッチングは、より大きいくぼみＣ３において継続し、Ｃ３の＜１１１＞平面が完全に露出した時に停止することとなる。
【００１９】
異方性エッチング液の自己終了エッチング特性を利用することにより、エッチング工程を節約し、リソグラフィ工程の数を減らすことができる。さらに、図１に示すように、くぼみＣ２は＜１００＞平面を含み、したがって自己終了ではない。また、くぼみＣ５のエッチングは、エッチングの際に方向性を得ることができる反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）のようなエッチング手法の使用を必要とする。このように、図１に示されるくぼみは、従来の製造方法において、複数個のリソグラフィ工程およびエッチング工程が必要とされる理由を説明する。
【００２０】
図２（ａ）〜２７（ｃ）に本発明の方法を説明し、図１におけるくぼみと同種のものを引用して従来の方法と比較した本発明の新規な特徴を説明する。上述したように、本発明の方法は、複数工程のリソグラフィに付随する重ね合わせ誤差を最小化し、極端なトポグラフィの上へのリソグラフィ（またはパターン転写）の実行を回避する。
【００２１】
一般的には、本方法は、基板をパターニングして、エッチングされる複数のくぼみ領域を識別する工程と、少なくとも１つのくぼみ領域を弁別的充填材料で充填して充填プラグを形成する工程と、当該弁別的充填材料に少なくとも部分的に基づいて少なくとも１つのエッチングされるくぼみ領域を選択的に選択する工程と、選択されたくぼみ領域をエッチングする工程とを含む。弁別的充填材料は、他の識別されたくぼみ領域とは対照的に特定のくぼみ領域を選択的に選択してエッチングすることを可能にする全ての充填材料を意味する。
【００２２】
図２（ａ）〜７（ｃ）は、本発明の第一の好適な実施の形態を説明する。図２（ａ）において、薄膜２０１を基板２００の上に付着する。基板２００は、例えばシリコン・ウェハのような微細構造の製造に適したあらゆる基板とすることができる。薄膜２０１は、例えば窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）のように微細構造をパターニングするために適したあらゆる膜とすることができる。薄膜２０１は、従来の方法、例えばリソグラフィおよび反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）を用いてパターニングされる。薄膜２０１内の開口部は、シリコン基板２００へエッチングされることとなるくぼみ領域（Ｃ１〜Ｃ５）を定める。図２（ａ）は、薄膜２０１のパターニング後の構造を示す。パターニングの後、膜２０１はハード・マスクと称される。
【００２３】
図２（ｂ）において、第一の充填層２０３を構造の上に付着する。好適な実施の形態において、この構造は、充填材料の付着の後に、従来の方法例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化される。平坦化は、ハード・マスク２０１の上部表面を超えて付着した全ての充填材料２０３を除去し、ハード・マスク２０１によって定められたくぼみ領域に充填材料２０３を残す。平坦化された構造を図２（ｃ）に示す。一方、図８（ａ）〜１０に関連して後述するように、平坦化は常に必要というわけではない。
【００２４】
図３（ａ）において、構造の表面を保護材料２０４で覆う。このような保護材料は当業者に周知である。このような保護材料の一例は、フォトレジストであり、代表例および図面に引用される。
【００２５】
フォトレジスト２０４をパターニングしてくぼみ領域Ｃ２によって定められる領域を露出させる。充填材料２０３を、従来の方法、例えばエッチング・プロセスによってくぼみ領域Ｃ２から除去し、フォトレジスト２０４を取り除く。Ｃ２開口部がゼロ・レベル・マスクを用いてハード・マスク２０１へ事前に記録されているので、充填材料２０３を除去するためのリソグラフィは、精確なアライメントを必要としない。リソグラフィがＣ２領域を露出させ、その他のくぼみ、すなわちＣ１およびＣ３〜Ｃ５を覆われたままに保つという条件ならば十分である。
【００２６】
図３（ｂ）において、第二の充填材料２０５を表面の上に付着し、この構造を平坦化する。平坦化プロセスは、ハード・マスク２０１ラインより上の充填材料２０５を除去し、くぼみ領域Ｃ２を弁別する充填材料２０５のプラグを残す。第二の平坦化工程後の平坦化された構造を図３（ｂ）に示す。
【００２７】
好適な実施の形態において、第一の充填材料２０３を除去し、これを異なる充填材料で置換するプロセスは、個別のくぼみエッチング工程でエッチングされるくぼみのそれぞれに対してくり返されるが、１回少ない。上述したように、くぼみＣ３およびＣ４のエッチングは自己終了なので、くぼみＣ３およびＣ４は、単一のエッチング工程でエッチング可能である。図３（ｃ）に示すように、フォトレジスト２０４による表面の塗布に続いて、くぼみＣ３およびＣ４を露出する。図３（ｄ）に示すように、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４において充填材料２０３を除去し、弁別的充填材料２０６によって置換する。
【００２８】
充填材料は、微細構造の製造に適したあらゆる充填材料を含むことができる。例えば、充填材料は、酸化アルミニウム，酸化ハフニウム，酸化ジルコニウム，または酸化イットリウムのような酸化物を含むことができる。酸化物は、また、ホウケイ酸ガラス（borosilicate glass）またはホスホシリケートガラス（phosphosilicate glass）のようなドープトオキシドを含んでもよい。他の充填材料は、ドープトＰ型シリコンもしくはドープトＰ型ポリシリコンを含む。さらに、半導体材料を充填材料として用いることもできる。半導体材料の例は、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＣａＮ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＡｓおよびＩｎＳｂを含む。
【００２９】
図４（ａ）および４（ｂ）は、リフトオフ・プロセスを用いて付着される充填材料２０７を説明する。リフトオフ・プロセスにおいては、充填材料は構造の全表面を覆うわけではなく、図４（ｂ）に示すキノコ状の構造を形成する。このような構造を平坦化することは、連続的な膜の除去よりもはるかに効率的である。一方、当業者に周知のように、充填材料の一部の付着手法は、リフトオフ・プロセスと両立できない。
【００３０】
第一の充填材料を除去し、それを弁別的充填材料で置換する上述のプロセスは、Ｎ−１回くり返され、Ｎは、個別のエッチング工程でエッチングされるくぼみの個数と等しい。Ｎを算出する他の方法は、単に、それぞれ異なるくぼみ領域において所望のくぼみをエッチングするために必要な個別のエッチング工程の数である。図４（ｃ）は、弁別的充填材料で充填されたくぼみ領域Ｃ１〜Ｃ５に対応する開口部を有する構造を示す。第一の充填材料を含むそれぞれのくぼみ領域内の充填材料は、充填材料のそれぞれを用いて、エッチングされるべき特定のくぼみ領域を選択できるという点において弁別的である。くぼみ領域Ｃ３とＣ４は、それらが同じエッチング工程の際にエッチングされるので、同じ充填材料を有する。より具体的には、くぼみ領域Ｃ１は充填材料２０３で充填され、くぼみ領域Ｃ２は、充填材料２０５で充填され、同時にエッチングされるくぼみ領域Ｃ３とＣ４は、双方とも充填材料２０６で充填され、くぼみ領域Ｃ５は充填材料２０７で充填される。
【００３１】
次の工程はくぼみのエッチングである。溝またはカットを基板材料に形成するこの工程は、エッチング工程によってもたらされる。エッチングされるくぼみ領域の選択は、そのくぼみ領域を定めるハード・マスク２０１内の開口部の中から充填材料を選択的に除去することによって行われる。このようにして、平坦でない表面の存在状態でのリソグラフィが回避される。
【００３２】
図５（ａ）〜（ｃ）は、くぼみＣ３およびＣ４の同時エッチングを説明する。図５（ａ）に示すように、充填材料２０６を開口部から選択的に除去する。充填材料２０６の選択的除去に続いて、くぼみを従来の方法によってエッチングする。例えば、ＫＯＨのような異方性エッチング液を用いて図５（ｂ）に示すようにくぼみＣ３およびＣ４をエッチングできる。
【００３３】
好適な実施の形態においては、エッチングが完了する際、くぼみをパシベーションによって安定させる。パシベーションは、他のくぼみのエッチングの際にこれらのくぼみがさらにエッチングされるのを阻止する。パシベーションは、エッチングされた表面２０８の酸化のような周知の方法によって行うことができる。くぼみＣ３およびＣ４のパシベーションを図５（ｃ）に示す。代わりのパシベーション方法は、表面２０８へのホウ素またはインジウムのようなＰ型ドーパントの混入である。例えば、イオン注入または気相拡散（gaseous phase diffusion）によってドーパントを混入する。気相拡散は、垂直壁と負（negative）の傾斜壁とをパシベートできるという利点を有する。
【００３４】
それぞれのくぼみのエッチングは、くぼみ領域内部の充填材料を除去することによって開始する。図６および７は、くぼみＣ１，Ｃ２，およびＣ５のエッチングについて、上述した手順を説明する。くぼみＣ２のエッチングは、くぼみＣ３およびＣ４のエッチングと同様である。くぼみＣ１およびＣ５のエッチングは、ＲＩＥのような方向性エッチング手法を必要とする。酸化によるくぼみのパシベーションは、シリコンのＲＩＥエッチングに対して効果的に機能する。例えば、シリコン・エッチングのためのＨＢｒベースの方法は、酸化物に関して１００：１を超える選択性を示す。
【００３５】
図６（ａ）は、くぼみ領域Ｃ１からの充填材料２０３の除去を示す。図６（ｂ）は、くぼみＣ１のエッチングを示し、くぼみのパシベーションを図６（ｃ）に示す。図７（ａ）は、くぼみ領域Ｃ２からの充填材料２０５の除去を示す。図７（ｂ）は、くぼみＣ２のエッチングを示し、くぼみのパシベーションを図７（ｃ）に示す。図７（ｃ）はまた、エッチングされたくぼみＣ５を示す。
【００３６】
図２（ａ）〜７（ｃ）との関連において説明した方法は、充填材料のそれぞれの付着に続く構造の平坦化を含む。完全な平坦化の要件が緩和されており、かつ、くぼみ領域の充填によるわずかな程度のトポグラフィが許容される場合には、これらの平坦化工程を省くことができる。図８（ａ）〜１０は、充填材料の付着に続く平坦化工程を省く上述の好適な実施の形態の変形例を示す。
【００３７】
トポグラフィをハード・マスク内の浅い開口部によって生じるトポグラフィに限定されるようにするために、充填材料をパターニングして、充填材料が充填プラグを形成する開口部の領域に充填材料を限定する。充填材料のプラグへのパターニングは、リフトオフ・プロセスか、または、くぼみ領域をフォトレジストで保護し、付着した充填材料をマスクされてない領域から除去することによって行うことができる。どちらの場合においても、“キノコ状”のプラグがくぼみ領域に残される。
【００３８】
図８（ａ）〜８（ｃ）は、充填材料を付着するためにリフトオフが用いられ、平坦化工程が省かれる場合の上述したプロセスを説明する。図８（ａ）は、上述の基板４００の上にハード・マスク４０１を有する構造を説明する。図８（ｂ）において、充填材料を付着すべきくぼみ領域を除く全てのくぼみ領域の上にフォトレジスト４０３を与える。負の傾斜の開口部４０２、すなわち、ハード・マスクと隣接する底部よりもくぼみ領域の上部において狭い開口部を備えるフォトレジストを付着することが好ましい。図８（ｃ）に示すように、負の傾斜の開口部４０２を用いることにより、充填材料４０５のくぼみ領域Ｃ５に挿入される部分が、除去される残りの充填層からはずれる。
【００３９】
図９（ａ）〜９（ｃ）は、フォトレジストによる一定のくぼみ領域の保護と、上述した充填材料の付着／除去とによるが、平坦化を用いない充填材料４０６の付着を説明する。図９（ａ）は、フォトレジスト４０３の除去後の、図８（ａ）〜８（ｃ）と関連して述べたリフトオフ手順に基づくくぼみ領域Ｃ５における充填材料４０５のキノコ形キャップを示す。残りのくぼみ領域は充填材料を有さない。図９（ｂ）において、第二の充填層４０６を付着する。図９（ｃ）においてフォトレジスト４０８をくぼみ領域Ｃ２の上に付着する。
【００４０】
図１０によって示すように、いったん、全てのプラグが配置されると、追加のリソグラフィなしに、くぼみ領域内の弁別的充填材料に基づいて、くぼみのエッチングを選択的に実行することができる。くぼみ領域Ｃ３およびＣ４は、エッチング順序において最初にエッチングされるくぼみなので、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４は、充填材料を含まない。
【００４１】
図１１（ａ）〜１７（ｂ）は、本発明の方法の他の好適な実施の形態を説明する。この方法は、２つの充填材料だけを必要とし、くぼみの個数に依存しない。以下に説明するように、充填材料によるそれぞれのくぼみ領域の充填の後に、完全に平坦化された表面を有するという要件を緩和することにより、それぞれ異なる充填材料の数を２つへ減少させることが可能になる。以下に与えられる例のために、くぼみがエッチングされる順序は、Ｃ３およびＣ４が最初，Ｃ１が２番目，Ｃ２が３番目，そしてＣ５が最後と仮定する。一般的に、どのような他のエッチング順序も実行可能である。
【００４２】
図１１（ａ）において、薄膜層３０１を基板３００の上に付着する。全てのくぼみＣ１〜Ｃ５を定めるマスクを用いて薄膜層３０１をパターニングする。ハード・マスクとして機能する薄膜層３０１のパターニング後の構造を図１１（ａ）に示す。図１１（ｂ）において、第一の充填材料３０３を構造の上に付着する。
【００４３】
図１１（ｃ）に示すように、最後にエッチングされるくぼみ領域Ｃ５を保護材料例えばフォトレジスト３０４によって保護する。上述したように、くぼみ領域の輪郭（definition）はハード・マスク３０１へ記録されているので、フォトレジスト３０４は精確なリソグラフィを必要としない。フォトレジスト３０４が、当該くぼみ領域を定めるハード・マスク３０１内の開口領域を少なくとも覆い、他のくぼみ領域を定めるハード・マスク３０１内の他の開口部を覆わないことが必要とされる。
【００４４】
図１２（ａ）において、一般的にはエッチング・プロセスによって第一の充填材料３０３を除去し、フォトレジスト３０４によって保護されたくぼみ領域Ｃ５内の充填材料３０５を残す。図１２（ｂ）において、フォトレジスト３０４の除去に続いて、第二の充填材料３０６を構造の上に付着する。図１２（ｃ）において、くぼみ領域Ｃ５とくぼみ領域Ｃ２とをフォトレジスト３０７によって保護する。保護材料を付着する順序は、図２（ａ）〜７（ｃ）と関連して説明した第一の実施の形態のように任意ではないことに留意されたい。保護材料の付着によって保護されるべき第一のくぼみは、最後にエッチングされるくぼみである。この例においては、くぼみ領域Ｃ５を最後にエッチングし、くぼみ領域Ｃ２を、くぼみ領域Ｃ５のエッチング工程の前に行われるエッチング工程においてエッチングする。
【００４５】
図１３（ａ）において、第二の充填材料３０６を、フォトレジスト３０７によって保護された領域Ｃ２およびＣ５以外の全ての場所から除去する。図１３（ｂ）において、フォトレジスト３０７を除去し、第一の充填材料３０８の層を構造の上に付着する。図１３（ｃ）において、くぼみ領域Ｃ５，Ｃ２およびＣ１をフォトレジスト３０９によって保護する。図１４（ａ）に示すように、フォトレジスト３０９によって保護されない領域から充填材料３０８を除去する。次にフォトレジスト３０９を除去する。
【００４６】
次に、くぼみのエッチングが開始可能となる。この時点の後に、いかなる追加のリソグラフィも必要とされない。したがって、極端なトポグラフィの存在状態でのリソグラフィが回避される。くぼみの順次的なパターニングを、くぼみ領域内の充填材料の選択的な除去によって行う。それぞれのくぼみ領域内の交互に重なる充填層の数は、くぼみ領域が開口されエッチングされる順序を決定する。
【００４７】
図１４（ａ）に示すように、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４を最初にエッチングし、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４を定めるハード・マスク３０１内の開口部が基板３００を露出させる。くぼみ領域Ｃ１を第二番目にエッチングし、したがって、くぼみＣ１は、１つの充填材料層３０８より成る充填プラグを含む。充填プラグは、特定のくぼみ領域内の充填材料である。くぼみ領域Ｃ２を第三番目にエッチングする。くぼみ領域Ｃ２の充填プラグは、２つの充填材料層３０８および３０６より成る。Ｃ１くぼみ領域内の充填プラグを除去してくぼみ領域Ｃ１のエッチングが可能となる時、くぼみ領域Ｃ２内の充填プラグの外側の層３０８もまた除去されることとなる。さらに、第二の充填層３０６は、Ｃ１がエッチングされる間Ｃ２をエッチングから保護することとなる。くぼみＣ５は、最後にエッチングされる（第四番目のエッチング工程）。そのプラグは、３つの充填層３０８，３０６および３０５より成る。くぼみＣ１をエッチングのために開口するとき、外側の層３０８がエッチングされる。くぼみＣ２をエッチングのために開口するとき、次の層３０６がエッチングされる。最後に、くぼみＣ５をエッチングのために開口するとき、最も内側の膜３０５が除去される。図１４（ｂ）において、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４を上述したようにエッチングしパシベートする。
【００４８】
図１５（ａ）において、充填材料３０８を全てのくぼみ領域から除去し、くぼみ領域Ｃ１内の基板３００を露出した状態にする。図１５（ｂ）に示すように、くぼみ領域Ｃ１をエッチングしてパシベートする。
【００４９】
図１６（ａ）において、充填材料３０６を全てのくぼみ領域から除去し、基板３００をＣ２内で露出した状態にする。図１６（ｂ）において、くぼみ領域Ｃ２をエッチングしてパシベートする。図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、くぼみ領域Ｃ５のエッチングのために、プロセスをくり返す。
【００５０】
本発明の他の実施の形態を図１８（ａ）〜２１（ｂ）に示す。従来の方法と異なり、本発明の方法は、エッチングされるくぼみの全てを、１つのリソグラフィ工程において単一マスクを用いて記録することにより、重ね合わせ誤差を最小化する。
【００５１】
図１８（ａ）において、エッチングされるくぼみ領域内に充填材料５０３を付着することによってくぼみ領域を充填する。好適な実施の形態において、充填材料の付着の後、構造を従来の方法例えばＣＭＰによって平坦化し、ハード・マスク５０１の上部表面より上に位置する充填材料を除去する。図１８（ａ）はまた、フォトレジスト５０４を構造の上に付着して、まだエッチングされるべきでない開口部、すなわちくぼみ領域Ｃ１，Ｃ２，およびＣ５内の充填材料を保護することを示す。フォトレジスト５０４は、次の工程でエッチングされるくぼみ領域すなわちくぼみＣ３およびＣ４を覆わない。
【００５２】
図１８（ｂ）において、露出したくぼみ領域すなわち、Ｃ３およびＣ４の充填材料５０３を従来の方法例えばエッチングによって除去する。フォトレジスト５０４によって保護されるくぼみ、すなわちくぼみ領域Ｃ１，Ｃ２，およびＣ５内の充填材料は、それらのくぼみ内に残留する。図１８（ｃ）において、フォトレジスト５０４を除去し、くぼみＣ３およびＣ４をエッチングしてパシベートする。
【００５３】
図１９（ａ）は、くぼみＣ３およびＣ４をエッチングした後、ウェハは平坦でなく、極端なトポグラフィを示すということを説明する。図１９（ａ）に示すように、付着され現像されてくぼみ領域Ｃ１を露出させるフォトレジスト膜５０５は、エッチングされたくぼみＣ３およびＣ４の領域に完全なカバレッジを与えることができないことがある。一方、ウェハの平坦化された領域内に配置されたその他のプラグは、フォトレジスト５０５で完全かつ均一に覆われる。くぼみ領域内の充填材料がエッチングされたくぼみに極近接している場合において、フォトレジスト５０５は完全なカバレッジを与えることができないことがある。完全なフォトレジスト・カバレッジが望まれる場合には、極端なトポグラフィの存在状態でのリソグラフィを回避する上述した先の実施の形態のうちの１つを用いることができる。
【００５４】
図１９（ｂ）において、くぼみ領域Ｃ１内に露出した基板５００をエッチングしパシベートする。くぼみＣ３およびＣ４内のフォトレジスト・カバレッジの欠如は重大ではない。というのは、これらのくぼみはパシベーションによって既に安定しており、したがってくぼみ領域Ｃ１のエッチングから保護されているからである。図２０および図２１にそれぞれ示すように、くぼみ領域Ｃ２のエッチングと次のくぼみ領域Ｃ５のエッチングとのために、同じプロセス工程をくり返す。
【００５５】
多くの場合において、パターニングされた基板は部品で占められることが予定されており、これらの部品の一部はアクティブであり給電を必要とする。したがって、一部の微細構造例えばオプティカル・ベンチが、金属のトレースを含むことが予定される。金属は、例えば電源およびＡＣ信号のために使用することができる。アクティブ部品に電流を流すというその第一の目標に加えて、金属フィーチャは、また、オプティカル・ベンチに対する部分的な配置のためのアライメント・パターンとしても機能する。一般的に用いられる金属の例としては、Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｌ，およびＣｏ，もしくはこれらの組合せ等である。
【００５６】
金属トレースの製造は、典型的に、金属膜の付着とリソグラフィおよびエッチングによるパターニングとによって行われる。また、リフトオフが、金属トレースを形成するために一般的に用いられる手法である。上述したように、極端なトポグラフィの上にリソグラフィを実行することは困難である。したがって、くぼみのエッチングより前に金属トレースを製造することが望ましい。くぼみ領域の充填プラグが配置された後に金属トレースを製造することもまた好ましい。
【００５７】
金属トレースを製造するとき、くぼみ領域をエッチングするために用いられる一部の化学物質は金属トレースと両立しない可能性があることに留意する必要がある。また、金属トレースの一部は数ミクロンの厚さを必要とすることがあり、この場合には、表面はもはや平坦とみなすことができない。
【００５８】
金属トレースの製造を、上述した手法を用いて本発明の方法に組み込むことができる。例えば、図２（ａ）〜７（ｃ）と関連して説明した第一の好適な実施の形態を引用すると、金属トレース・フィーチャをゼロ・レベル・マスクの上へ付加し、ハード・マスク２０１へエッチングすることができる。金属トレースを定めるハード・マスク内のくぼみ領域を金属で充填する。例えば、金属のブランケット（blanket）付着またはリフトオフ・プロセスを用いることができる。次にウェハを例えばＣＭＰによって平坦化してハード・マスク２０１の上の金属を除去し、くぼみ領域内に金属プラグを残す。充填材料が犠牲的であるということを除いて、プロセスの順序は充填材料のために用いられるものと基本的に同一であり、したがって金属トレースが保持される。プロセスは単一種の金属トレースに限定されず、様々な金属を様々なトレンチに用いることができる。くぼみのエッチングのために用いられる化学物質と反応し得る、トレースに用いられる金属は、金属トレンチ領域の上への薄い分離層の付着によって保護できる。代わりに、くぼみを上述のようにエッチングした後に、金属をくぼみへ付加してもよい。
【００５９】
本発明のプロセスは、ハード・マスク２０１の厚さとおよそ同一の厚さを有する薄い金属トレースを提供する。くぼみのエッチングに続いて、メッキを用いて厚いトレースを作成してもよい。メッキは、例えば電気メッキまたは無電解メッキとすることができる。薄いトレースをメッキのためのシード（seed）層として用いて、既存のトレースの上にのみ金属を付加することができる。
【００６０】
【実施例】
この実施例は、微細構造を製造する本発明の方法を説明する。この例は、上述した手法のいくつかを合体させるものであり、図２２（ａ）〜２７（ｃ）に示される。
【００６１】
図２２（ａ）において、シリコン・ウェハ６００に３層誘電体スタック６１２を塗布する。３層誘電体スタック６１２は、シリコンの上に塗布された２０００Åの窒化シリコン６０１，次に５０００Åの二酸化シリコン６０２，そして、上部層に１０００Åの窒化シリコン６０３を含む。上述したように、全てのくぼみ領域を１つのリソグラフィ工程において誘電体スタック６１２へパターニングすることにより、重ね合わせ誤差を最小化する。ＣＦ４のような反応性イオン・エッチング，あるいはホットリン酸もしくはフッ化水素酸のような化学エッチングを用いて、このイメージを２つの上部層６０３および６０２を貫いて転写し、底部窒化シリコン層６０１上で停止する。
【００６２】
図２２（ｂ）において、次に、パターンを厚い液体状フォトレジストもしくはドライ・フィルム・レジスト６０４で上塗りする。誘電体スタック６１２の厚さに依存して、この第一のリソグラフィ層だけのための厚いフォトレジストを使用することは必須でなくてもよい。Ｃ３およびＣ４の窒化物層６０１とおよそ整合しＣ３およびＣ４の窒化物層６０１を露出させるマスクを用いて、くぼみ領域Ｃ１，Ｃ２およびＣ５を保護するようにフォトレジスト６０４をパターニングする。次に、図２２（ｃ）に示すように、反応性イオン・エッチング工程を用いて窒化物層６０１を開口し、バルク・シリコン６００を露出させる。
【００６３】
図２３（ａ）において、微細構造をエチレンジアミン，ピロカテコール，もしくは水のような異方性エッチング液に浸漬し、この異方性エッチング液は、二酸化シリコン６０２または窒化シリコン６０１および６０３をエッチングすることなしに、くぼみ領域Ｃ３およびＣ４においてシリコンを選択的にエッチングし、安定な＜１１１＞面上で停止する。次に、図２３（ｂ）に示すように、ウェハを酸化させてエッチングされたくぼみを保護する。
【００６４】
同様に、Ｃ２を次にパターニングし、この時、図２３（ｃ）に示すように、極端なトポグラフィの存在状態において厚いフォトレジストかまたはドライ・フィルム・フォトレジスト６０５を必要とする。次に、くぼみ領域Ｃ２をエッチングして図２４（ａ）においてバルク・シリコン６００を露出させる。次に、図２４（ｂ）に示すようにくぼみ領域Ｃ２をエッチングし、図２４（ｃ）に示すようにパシベートする。Ｃ２はくぼみの底面に＜１００＞平面を有するので、くぼみＣ２は、適切な深さを得るための時限エッチングを必要とする。
【００６５】
この例において、次の工程はくぼみ領域Ｃ１における金属パターンの付着である。さらに、図２５（ａ）に示すように、厚いフォトレジストもしくはドライ・フィルム・フォトレジスト６０６を与えてパターンをイメージし、くぼみ領域Ｃ１の上に大まかな開口部を作成する。図２５（ｂ）において、フッ化水素酸の化学エッチングを用いて、２つの窒化物層６０１と６０３の間の二酸化シリコン６０２をアンダーカットし、上部窒化物層６０１の上にオーバーハング６０７を残す。図２５（ｃ）において、真空蒸着のような方向性付着手法を用いて例えば４０００Åの金の金属トレース６０８を付着する。次に、図２６（ａ）に示すように、フォトレジスト６０６を除去するケミカル・フォトレジスト・ストリッパ（chemical photoresist stripper）において余分な金のバルクをリフトオフする。図２６（ａ）に示すように、これは、くぼみ領域Ｃ１内の金属トレース６０９を残し、そして、厚いフォトレジストが、ゼロ・パターニングの際に作られた最初の開口部を越えて重なった金属のリム６１０を残す。短時間のホットリン酸エッチングでこの金属の残存リム６１０を再びリフトオフし、これは、図２６（ｂ）に示すように、金のリム６１０の下方から窒化シリコン６０３をアンダーカットし、くぼみ領域Ｃ１内に金のトレース６０９を残す。
【００６６】
図２６（ｃ）に示すように、Ｃ５にくぼみを作成する最後の工程において、厚いフォトレジストもしくはドライ・フィルム・フォトレジスト６１３を与えて開口し、Ｃ５の上に大まかに整合したイメージを定める。図２７（ａ）において、フォトレジストを用いて窒化物６０１をエッチングし、最初の二酸化シリコン６０２開口部を用いて最適な記録（registration）と寸法制御とを得る。次に、図２７（ｂ）において、ディープ反応性イオン・エッチング手法を用いてシリコン６００を貫いてパターンを転写する。得られた構造を図２７（ｃ）に示す。
【００６７】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
（１）微細構造を製造する方法であって、単一マスクを用いて基板をパターニングし、異なるエッチング工程でエッチングされる２以上のくぼみ領域を識別する工程と、エッチングのためのくぼみ領域を選択的に選択する工程とを含む方法。
（２）微細構造を製造する方法であって、基板をパターニングして、エッチングされる２以上のくぼみ領域を識別する工程と、前記くぼみ領域のうちの少なくとも１つを弁別的充填材料で充填する工程と、前記弁別的充填材料を含む少なくとも１つのくぼみ領域をエッチング対象に選択的に選択する工程であって、前記選択は、前記弁別的充填材料に少なくとも部分的に基づく工程と、前記選択されたくぼみ領域をエッチングしてエッチングされたくぼみを形成する工程とを含む方法。
（３）前記パターニングする工程は、基板の上に膜を付着してハード・マスクを形成する工程を含む、上記（２）に記載の方法。
（４）前記膜は、窒化シリコンを含む上記（３）に記載の方法。
（５）前記基板はシリコンを含む上記（２）に記載の方法。
（６）前記パターニングする工程は、フォトリソグラフィを含む上記（２）に記載の方法。
（７）前記少なくとも１つのくぼみ領域をエッチング対象に選択的に選択する工程は、前記弁別的充填材料を選択的に除去する工程を含む上記（２）に記載の方法。
（８）前記くぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、ブランケット膜である充填材料を付着する工程を含む上記（２）に記載の方法。
（９）前記くぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、前記くぼみ領域のほぼ上の領域に充填材料を付着する工程を含む、上記（２）に記載の方法。
（１０）前記少なくとも１つのくぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、（ａ）複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つのくぼみ領域の前記第一の充填材料を保護されていない状態にして、少なくとも前記第一の充填材料を含むくぼみ領域を保護材料で保護する工程と、（ｃ）前記保護されていない第一の充填材料を除去して少なくとも１つの露出したくぼみ領域を形成する工程と、（ｄ）前記保護材料を除去する工程と、（ｅ）弁別的充填材料を前記少なくとも１つの露出したくぼみ領域へ付加する工程とを含む上記（２）に記載の方法。
（１１）前記工程（ｂ）〜（ｅ）をＮ−１回くり返し、Ｎはくぼみのエッチング工程の数に等しい上記（１０）に記載の方法。
（１２）前記保護材料はフォトレジストである上記（１０）に記載の方法。
（１３）それぞれのくぼみ領域を第一の充填材料で充填した後に前記構造を平坦化する工程をさらに含む上記（１０）に記載の方法。
（１４）前記平坦化する工程は、化学機械研磨を含む上記（１３）に記載の方法。
（１５）弁別的充填材料を前記露出したくぼみ領域へ付加した後に前記構造を平坦化する工程をさらに含む上記（１０）に記載の方法。
（１６）前記平坦化する工程は、化学機械研磨を含む上記（１５）に記載の方法。
（１７）前記エッチングする工程は、前記選択されたくぼみ領域を化学物質に接触させる工程を含む上記（２）に記載の方法。
（１８）前記化学物質はＫＯＨを含む上記（１７）に記載の方法。
（１９）前記エッチングされたくぼみをパシベートする工程をさらに含む上記（２）に記載の方法。
（２０）前記パシベートする工程は、前記エッチングされたくぼみを酸化させる工程を含む上記（１９）に載の方法。
（２１）前記パシベートする工程は、Ｐ型ドーパントを前記エッチングされたくぼみへ与える工程を含む上記（１９）に記載の方法。
（２２）イオン注入もしくは気相拡散のうちの少なくとも１つにより、前記Ｐ型ドーパントを前記エッチングされたくぼみへ与える上記（２１）に記載の方法。
（２３）前記くぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、２つの充填材料のうちの１つを交互の順序で用いて、前記エッチングされる複数のくぼみ領域を充填する工程を含む上記（２）に記載の方法。
（２４）前記２つの充填材料のうちの１つを交互の順序で用いて、前記エッチングされる複数のくぼみ領域を充填する工程は、（ａ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と、前に保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は、前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｃ）前記第一の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｄ）前記工程（ｂ）において付着した前記保護材料を除去する工程と、（ｅ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第二の充填材料で充填する工程と、（ｆ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と前に保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は、前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｇ）前記第二の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｈ）前記工程（ｆ）において付着した前記保護材料を除去する工程と、（ｉ）前記エッチングの順序でエッチングされる最初のくぼみ領域以外の全てのくぼみ領域に対して工程（ａ）〜（ｈ）をくり返し、前記工程（ｃ）において前記第一の充填材料を除去するかまたは前記工程（ｇ）において前記第二の充填材料を除去することにより、前記エッチングされる最初のくぼみ領域内の基板を露出させる工程と、を含む上記（２３）に記載の方法。
（２５）前記保護材料はフォトレジストである、上記（２４）に記載の方法。
（２６）前記くぼみ領域をエッチングした後に前記くぼみ領域をパシベートする工程をさらに含む上記（２４）に記載の方法。
（２７）追加のくぼみ領域をパターニングし、前記追加のくぼみ領域に金属を付着する工程をさらに含む上記（２）に記載の方法。
（２８）前記金属は、Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｌ，およびＣｏのうちの少なくとも１つを含む上記（２７）に記載の方法。
（２９）前記金属は金属トレースである上記（２７）に記載の方法。
（３０）メッキによって前記金属トレースを厚くする工程をさらに含む上記（２９）に記載の方法。
（３１）前記弁別的充填材料は、酸化物を含む上記（２）に記載の方法。
（３２）前記酸化物は、酸化アルミニウム，酸化ハフニウム，酸化ジルコニウム，および酸化イットリウムのうちの少なくとも１つを含む上記（３１）に記載の方法。
（３３）前記酸化物は、ドープトオキシドを含む上記（３１）に記載の方法。
（３４）前記ドープトオキシドは、ホウケイ酸ガラスおよびホスホシリケートガラスのうちの少なくとも１つを含む上記（３３）に記載の方法。
（３５）前記充填材料は、オキシ窒化物を含む上記（２）に記載の方法。
（３６）前記充填材料は、ドープトＰ型シリコンまたはドープトＰ型ポリシリコンのうちの少なくとも１つを含む上記（２）に記載の方法。
（３７）前記充填材料は半導体材料を含む上記（２）に記載の方法。
（３８）前記充填材料は、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＡｓおよびＩｎＳｂのうちの少なくとも１つを含む上記（３７）に記載の方法。
（３９）単一マスクを用いて基板をパターニングし、異なるエッチング工程でエッチングされる２以上のくぼみ領域を識別する工程と、エッチングのためのくぼみ領域を選択的に選択する工程とを含むプロセスにしたがって形成された微細構造。
（４０）基板をパターニングして、エッチングされる２以上のくぼみ領域を識別する工程と、前記くぼみ領域のうちの少なくとも１つを弁別的充填材料で充填する工程と、前記弁別的充填材料を含む少なくとも１つのくぼみ領域をエッチング対象に選択的に選択する工程であって、前記選択は前記弁別的充填材料に少なくとも部分的に基づく工程と、前記選択されたくぼみ領域をエッチングしてエッチングされたくぼみを形成する工程とを含むプロセスにしたがって形成された微細構造。
（４１）前記少なくとも１つのくぼみ領域をエッチング対象に選択的に選択する工程は、前記弁別的充填材料を選択的に除去する工程を含む上記（４０）に記載の微細構造。
（４２）前記少なくとも１つのくぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、（ａ）複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つのくぼみ領域の前記第一の充填材料を保護されていない状態にして、少なくとも前記第一の充填材料を含むくぼみ領域を保護材料で保護する工程と、（ｃ）前記保護されていない第一の充填材料を除去して少なくとも１つの露出したくぼみ領域を形成する工程と、（ｄ）前記保護材料を除去する工程と、（ｅ）弁別的充填材料を前記少なくとも１つの露出したくぼみ領域へ付加する工程とを含む上記（４０）に記載の微細構造。
（４３）前記工程（ｂ）〜（ｅ）をＮ−１回くり返し、Ｎはくぼみのエッチング工程の数に等しい上記（４２）に記載の微細構造。
（４４）前記エッチングされたくぼみをパシベートする工程をさらに含む上記（４０）に記載の微細構造。
（４５）前記くぼみ領域を弁別的充填材料で充填する工程は、２つの充填材料のうちの１つを交互の順序で用いて、前記エッチングされる複数のくぼみ領域を充填する工程を含む上記（４０）に記載の微細構造。
（４６）前記２つの充填材料のうちの１つを交互の順序で用いて、前記エッチングされる複数のくぼみ領域を充填する工程は、（ａ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第一の充填材料で充填する工程と、（ｂ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と前に保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｃ）前記第一の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｄ）前記工程（ｂ）において付着した保護材料を除去する工程と、（ｅ）エッチングの順序でエッチングされる前記複数のくぼみ領域を第二の充填材料で充填する工程と、（ｆ）少なくとも１つの保護されていないくぼみ領域と前に保護された全てのくぼみ領域とを保護材料で保護する工程であって、前記保護は前記エッチングの順序と逆の順序で行われる工程と、（ｇ）前記第二の充填材料を残りの保護されていないくぼみ領域から除去する工程と、（ｈ）前記工程（ｆ）において付着した前記保護材料を除去する工程と、（ｉ）前記エッチングの順序でエッチングされる最初のくぼみ領域以外の全てのくぼみ領域に対して工程（ａ）〜（ｈ）をくり返し、前記工程（ｃ）において前記第一の充填材料を除去するかまたは前記工程（ｇ）において前記第二の充填材料を除去することにより、前記エッチングされる最初のくぼみ領域内の基板を露出させる工程と、を含む上記（４５）に記載の微細構造。
（４７）追加のくぼみ領域をパターニングし、前記追加のくぼみ領域に金属を付着する工程をさらに含む上記（４０）に記載の微細構造。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチングされたそれぞれ異なる５つのタイプのくぼみを有する従来のシリコン・ベンチを説明する図である。
【図２】本発明に係る方法の一部として、基板のパターニング，第一の充填層の付着，および第一の充填層の平坦化を説明する図である。
【図３】本発明に係る弁別的充填層の付着を説明する図である。
【図４】本発明に係るリフトオフ・プロセスを用いた充填材料の付着を説明する図である。
【図５】本発明に係るくぼみＣ３とＣ４との選択的同時エッチングと、エッチングされたくぼみのパシベーションとを説明する図である。
【図６】本発明に係るくぼみＣ１の選択的エッチングを説明する図である。
【図７】本発明に係るくぼみＣ２とＣ５との選択的エッチングを説明する図である。
【図８】充填材料を付着するためにリフトオフ・プロセスを利用するが、平坦化を用いない本発明の方法を説明する図である。
【図９】マスキングおよびエッチングを用いて充填材料を付着するが、平坦化を用いない本発明の方法を説明する図である。
【図１０】平坦化なしで領域Ｃ１，Ｃ２，およびＣ５に付着された充填材料を説明する図である。
【図１１】本発明に係るハード・マスクの付着，第一の充填材料の付着，およびくぼみ領域Ｃ５の上へのフォトレジストの付着を説明する図である。
【図１２】第一の充填材料の除去，フォトレジストの除去，第二の充填材料の付加，くぼみ領域Ｃ５およびＣ２の上へのフォトレジストの付加を説明する図である。
【図１３】第二の充填材料の除去，フォトレジストの除去，第一の充填材料の付加，くぼみ領域Ｃ５，Ｃ２，およびＣ１の上へのフォトレジストの付加を説明する図である。
【図１４】本発明に係るくぼみ領域Ｃ３およびＣ４のエッチングと、エッチングされたくぼみのパシベーションとを説明する図である。
【図１５】本発明に係る第一の充填材料の除去と、くぼみＣ１のエッチングおよびパシベーションとを説明する図である。
【図１６】本発明に係る第二の充填材料の除去と、くぼみＣ２のエッチングおよびパシベーションとを説明する図である。
【図１７】本発明に係る第一の充填材料の除去と、くぼみＣ５のエッチングおよびパシベーションとを説明する図である。
【図１８】本発明に係るハード・マスクの作成と、平坦化される充填材料の付着と、くぼみＣ３およびＣ４以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付着と、くぼみＣ３およびＣ４のエッチングおよびパシベートとを説明する図である。
【図１９】本発明に係るくぼみＣ１以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付着と、くぼみＣ１のエッチングおよびパシベートとを説明する図である。
【図２０】本発明に係るくぼみＣ２以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付着と、くぼみＣ２のエッチングおよびパシベートとを説明する図である。
【図２１】本発明に係るくぼみＣ５以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付着と、くぼみＣ５のエッチングおよびパシベートとを説明する図である。
【図２２】本発明に係る、３層誘電体スタックが塗布され、くぼみＣ１，Ｃ２，およびＣ５の上へのフォトレジストの塗布を有するシリコン・ウェハを説明する図である。
【図２３】本発明に係るくぼみＣ３およびＣ４のエッチングおよびパシベートと、くぼみ領域Ｃ２以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付加とを説明する図である。
【図２４】本発明に係るくぼみＣ２のエッチングおよびパシベートを説明する図である。
【図２５】本発明に係る、くぼみ領域Ｃ１以外の全てのくぼみ上へのフォトレジストの付着と、くぼみＣ１のエッチングおよびパシベートと、くぼみＣ１内の金属の付着とを説明する図である。
【図２６】本発明に係る、くぼみ領域Ｃ１からの余分な金属の除去と、くぼみ領域Ｃ５以外の全てのくぼみ領域上へのフォトレジストの付着とを説明する図である。
【図２７】基板を貫くくぼみＣ５のエッチングと、フォトレジストの除去とを説明する図である。
【符号の説明】
２００，３００，４００，５００ 基板
２０１，３０１，４０１，５０１，６０１ ハード・マスク
２０３，３０３，３０５，３０８ 第一充填材料
２０４，３０４，３０７，３０９，４０３，４０８，５０４，５０５，６０４，６０５，６０６，６１３ フォトレジスト
２０５，３０６，４０６ 第二充填材料
２０６，２０７，４０５，５０３ 充填材料
２０８ エッチングされた表面
４０２ 開口部
６００ シリコン・ウェハ
６０１，６０３ 窒化シリコン
６０２ 二酸化シリコン
６０７ オーバーハング
６０８，６０９ 金属トレース
６１０ リム
６１２ ３層誘電体スタック
Claims (32)
- 複数のくぼみを有する微細構造を製造する方法であって、
複数の開口部を有するマスクを基板に設ける工程と、
前記複数の開口部のうち、１つの開口部に第一の充填材料を充填し、他の開口部に前記第一の充填材料に対して互いに弁別的な第二の充填材料を充填する工程と、
前記前記第一の充填材料及び前記第二の充填材料のいずれか一方を選択的に除去して、逐次前記基板の表面領域を露出し、該基板の表面領域を逐次エッチングすることにより、複数のくぼみを形成する工程と、
を含む方法。 - 複数のくぼみを有する微細構造を製造する方法であって、
複数の開口部を有するマスクを基板に設ける工程と、
前記複数の開口部に第一の充填材料を充填する工程と、
前記複数の開口部のうちの所定の開口部の前記第一の充填材料を前記第一の充填材料に対して互いに弁別的な第二の充填材料で置換する工程と、
前記第一の充填材料及び前記第二の充填材料のいずれかを選択的に除去して、逐次前記基板の表面領域を露出し、該基板の表面領域を逐次エッチングすることにより、複数のくぼみを形成する工程と、
を含む方法。 - 前記第一の充填材料を前記第二の充填材料で置換する工程は、
（ａ）前記第一の充填材料で充填された複数の開口部のうちの所定の開口部以外の開口部に保護材料を付着する工程と、
（ｂ）前記保護材料が付着されていない前記所定の開口部の前記第一の充填材料を除去して前記所定の開口部の前記基板の表面領域を露出する工程と、
（ｃ）前記保護材料を除去する工程と、
（ｄ）前記第二の充填材料を前記露出した基板の表面領域へ付着する工程と、
を含む、請求項２に記載の方法。 - 前記工程（ｄ）の前記第二の充填材料の代えて複数の互いに弁別的な充填材料を用いて前記工程（ａ）〜（ｄ）をＮ−１回くり返して、前記第一の充填材料を複数の互いに弁別的な充填材料で置換する工程であって、Ｎはくぼみのエッチング工程の数に等しい請求項３に記載の方法。
- 複数のくぼみを有する微細構造を製造する方法であって、
複数の開口部を有するマスクを基板に設ける工程と、
前記複数の開口部のうち第一の開口部に第一の充填材料を充填し、前記複数の開口部のうち第二の開口部に前記第一の充填材料に対して互いに弁別的な第二の充填材料を充填し、該第二の充填材料の上に前記第一の充填材料を設ける工程と、
前記複数の開口部のうち前記第一もしくは第二の充填材料の充填されていない第三の開口部の基板表面領域をエッチングすることにより、くぼみを形成する工程と、
前記第一の充填材料を除去することにより露出された第一の開口部の基板表面領域をエッチングすることにより、くぼみを形成する工程と、
前記第二の充填材料を除去することにより露出された第二の開口部の基板表面領域をエッチングすることにより、くぼみを形成する工程と、
を含む方法。 - 複数のくぼみを有する微細構造を製造する方法であって、
開口部を有するマスクを基板に設ける工程と、
前記開口部のうち２つ以上の開口部に、第一の充填材料と前記第一の充填材料に対して互いに弁別的な第二の充填材料を交互に付着して積層された充填材料層を形成する工程であって、前記２つ以上の開口部のそれぞれに積層された充填材料層の積層数は互いに異なる工程と、
前記積層された充填材料層の最上層から前記第一の充填材料もしくは前記第二の充填材料を逐次選択的に除去することにより、前記２つ以上の開口部の基板表面領域を逐次露出する工程と、
前記逐次露出された基板表面領域を逐次エッチングすることにより、複数のくぼみを形成する工程と、
を含む方法。 - 複数のくぼみを有する微細構造を製造する方法であって、
（ア）複数の開口部を有するマスクを基板に設ける工程と、
（イ）前記複数の開口部のうち２つ以上の開口部に、第一の充填材料と前記第一の充填材料に対して互いに弁別的な第二の充填材料を交互に付着して積層された充填材料層を形成する工程であって、
（ａ）前記複数の開口部を覆って第一の充填材料で付着する工程と、
（ｂ）前記第一の充填材料で付着された複数の開口部のうち、所定の開口部に第一の保護材料を付着する工程と、
（ｃ）前記第一の充填材料を前記第一の保護材料が付着されていない開口部から除去する工程と、
（ｄ）前記第一の保護材料を除去する工程と、
（ｅ）前記複数の開口部を覆って第二の充填材料を付着する工程と、
（ｆ）前記第一の保護材料を付着されたことのない少なくとも１つの開口部と、前記第一の保護材料を付着されたことのある所定の開口部とに、第二の保護材料を付着する工程と、
（ｇ）前記第二の充填材料を前記第二の保護材料が付着されていない開口部から除去する工程と、
（ｈ）前記第二の保護材料を除去する工程と、
（ｉ）前記複数の開口部を覆って第一の充填材料で付着する工程と、
（ｊ）前記第一の保護材料及び第二の保護材料を付着されたことのない少なくとも１つの開口部と、前記第一の保護材料もしくは第二の保護材料を付着されたことのある開口部とに、前記第一の保護材料を付着する工程と、
（ｋ）前記第一の充填材料を前記第一の保護材料が付着されていない開口部から除去する工程と、
（ｌ）前記第一の保護材料を除去する工程と、
を含み、前記２つ以上の開口部に積層された充填材料層の積層数は互いに異なる工程と、
（ウ）前記積層された充填材料層の最上層から前記第一の充填材料もしくは前記第二の充填材料を逐次選択的に除去することにより、前記２つ以上の開口部の基板表面領域を逐次露出する工程と、
（エ）前記逐次露出された基板表面領域を逐次エッチングすることにより、複数のくぼみを形成する工程と、
を含む方法。 - 前記第一の充填材料及び前記第二の充填材料は互いに選択的にエッチング可能である、請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記マスクを基板に設ける工程は、基板の上に膜を付着してハード・マスクを形成する工程を含む、請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、もしくは請求項７に記載の方法 。
- 前記膜は、窒化シリコンを含む請求項９に記載の方法。
- 前記基板はシリコンを含む、請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記第二の充填材料で置換する工程は、ブランケット膜である充填材料を付着する工程を含む請求項２に記載の方法。
- 前記保護材料はフォトレジストである、請求項３もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記複数の開口部を第一の充填材料で充填した後に平坦化する工程をさらに含む請求項２もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記平坦化する工程は、化学機械研磨を含む請求項１４に記載の方法。
- 前記第二の充填材料を前記露出された開口部の基板表面領域へ付着した後平坦化する工程をさらに含む請求項２もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記エッチングは、前記露出された開口部の基板表面領域を化学物質に接触させる工程を含む、請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記化学物質はＫＯＨを含む請求項１７に記載の方法。
- 前記エッチングにより形成されたくぼみをパシベートする工程をさらに含む、請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記パシベートする工程は、前記くぼみを酸化させる工程を含む請求項１９に載の方法。
- 前記パシベートする工程は、Ｐ型ドーパントを前記くぼみへ与える工程を含む請求項１９に記載の方法。
- イオン注入もしくは気相拡散のうちの少なくとも１つにより、前記Ｐ型ドーパントを前記くぼみへ与える請求項２１に記載の方法。
- ００５８
前記複数の開口部を有するマスクを基板に設ける工程において、追加の開口部を設け、前記追加の開口部に金属を付着する工程をさらに含む請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、もしくは請求項７に記載の方法。 - 前記金属は、Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｗ，Ｓｎ，Ｐｄ，Ｐｂ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ａｌ，およびＣｏのうちの少なくとも１つを含む請求項２３に記載の方法。
- 前記第一もしくは第二の充填材料は、酸化物を含む請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記酸化物は、酸化アルミニウム，酸化ハフニウム，酸化ジルコニウム，および酸化イットリウムのうちの少なくとも１つを含む請求項２５に記載の方法。
- 前記酸化物は、ドープトオキシドを含む請求項２５に記載の方法。
- 前記ドープトオキシドは、ホウケイ酸ガラスおよびホスホシリケートガラスのうちの少なくとも１つを含む請求項２７に記載の方法。
- 前記第一もしくは第二の充填材料は、オキシ窒化物を含む請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記第一もしくは第二の充填材料は、ドープトＰ型シリコンまたはドープトＰ型ポリシリコンのうちの少なくとも１つを含む請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記第一もしくは第二の充填材料は半導体材料を含む請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、もしくは請求項７に記載の方法。
- 前記第一もしくは第二の充填材料は、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＧａＰ，ＩｎＡｓおよびＩｎＳｂのうちの少なくとも１つを含む請求項３１に記載の方法。
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