KR20190098704A - 에칭 마스크 및 핀 구조 형성을 위한 방법들 - Google Patents

에칭 마스크 및 핀 구조 형성을 위한 방법들 Download PDF

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Abstract

본원에 설명되는 실시예들은 기판 프로세싱 방법들에 관한 것이다. 방법들은, 기판 상에, 패터닝된 하드마스크 재료를 형성하는 단계; 기판의 노출된 구역들 상에 제1 맨드릴 구조들을 형성하는 단계; 및 하드마스크 재료 및 제1 맨드릴 구조들 위로 기판 상에 갭 충전 재료를 증착하는 단계를 포함한다. 제1 맨드릴 구조들은 하드마스크 재료 및 갭 충전 재료를 포함하는 제2 맨드릴 구조들을 형성하기 위해 제거되고, 기판은 핀 구조들을 형성하기 위해 제2 맨드릴 구조들을 마스크로서 사용하여 에칭된다.

Description

에칭 마스크 및 핀 구조 형성을 위한 방법들{METHODS FOR ETCH MASK AND FIN STRUCTURE FORMATION}
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 에칭 마스크 및 핀(fin) 구조 형성을 위한 방법들에 관한 것이다.
[0002] FinFET(fin field effect transistor)들은 반도체 디바이스들의 제조에서 일반적으로 활용되는 구조들이다. 현재의 기술 노드(technology node)들에서의 종래의 FinFET들은 종래의 에칭 기법들을 이용하여 제조된다. 그러나, 임계 치수들이 감소되고 종횡비들이 증가된 진보된 기술 노드들에서, 종래의 에칭 기법들은 무결함 FinFET 디바이스들을 제조하기에 불충분하다.
[0003] 예컨대, 다양한 반도체 디바이스들에서 활용하기 위한 충분한 수직성(verticality)을 갖는 FinFET 디바이스들을 제조하기 위해, 두꺼운 스페이서(spacer)들이 활용되어 하부 하드마스크(underlying hardmask)를 패터닝한다. 두꺼운 스페이서 높이는, 패터닝된 스페이서의 굽힘 또는 기울어짐(leaning)을 감소시키기 위해 활용된다. 그러나, 스페이서 패턴이 하드마스크에 전사(transfer)될 때, 하드마스크의 바람직한 수직성에 미치지 못하는 수직성이 지속될 수 있는데, 이는, 인접한 FinFET 구조들 사이에 경사진 측벽들 또는 폐색된 트렌치(occluded trench)들을 갖는 FinFET 디바이스들을 초래한다.
[0004] 따라서, 마스크와 핀 구조 제조 및 에칭을 위한 개선된 방법들이 당업계에 필요하다.
[0005] 일 실시예에서, 기판 프로세싱 방법이 제공된다. 방법은, 기판 상에, 패터닝된 하드마스크 재료를 형성하는 단계; 패터닝된 하드마스크 재료 사이에 노출된, 기판의 구역들 상에, 제1 맨드릴(mandrel) 구조들을 형성하는 단계; 및 하드마스크 재료 및 제1 맨드릴 구조들 위로, 기판 상에 갭 충전(fill) 재료를 증착하는 단계를 포함한다. 방법은 또한, 하드마스크 재료 및 갭 충전 재료를 포함하는 제2 맨드릴 구조들을 형성하기 위해 제1 맨드릴 구조를 제거하는 단계; 및 핀 구조들을 형성하기 위해 제2 맨드릴 구조들을 마스크로서 사용하여 기판을 에칭하는 단계를 포함한다.
[0006] 다른 실시예에서, 기판 프로세싱 방법이 제공된다. 방법은, 기판 상에 하드마스크 재료를 형성하는 단계; 하드마스크 재료 상에 스페이서 재료를 증착하는 단계; 스페이서 재료를 패터닝하는 단계; 및 기판의 구역들을 노출시키도록 하드마스크 재료를 에칭함으로써, 스페이서 재료의 패턴을 하드마스크 재료에 전사하는 단계를 포함한다. 제1 맨드릴 구조들은, 기판의 노출된 구역들 상에 형성된다. 갭 충전 재료는, 하드마스크 재료 및 제1 맨드릴 구조들 위로, 기판 상에 증착된다. 제1 맨드릴 구조들이 제거되어, 하드마스크 재료 및 갭 충전 재료를 포함하는 제2 맨드릴 구조들이 형성된다. 기판은, 핀 구조들을 형성하기 위해 제2 맨드릴 구조들을 마스크로서 사용하여 에칭된다.
[0007] 또 다른 실시예에서, 기판 프로세싱 방법이 제공된다. 방법은, 기판 상에 패터닝된 하드마스크 재료를 형성하는 단계; 및 기판의 노출된 구역 상에 III-V 재료 제1 맨드릴 구조들을 형성하는 단계를 포함한다. III-V 재료 제1 맨드릴 구조들은, 기판의 최상부 표면 위로 약 80 nm보다 큰 제1 거리만큼 연장된다. 유동성 산화물 갭 충전 재료가 하드마스크 재료 및 III-V 재료 제1 맨드릴 구조들 위로, 기판 상에 증착된다. III-V 재료 제1 맨드릴 구조들이 제거되어, 하드마스크 재료 및 유동성 산화물 갭 충전 재료를 포함하는 제2 맨드릴 구조들이 형성된다. 제2 맨드릴 구조들은, 기판의 최상부 표면 위로 제1 거리와 대략적으로 동일한 제2 거리만큼 연장된다. 기판은, 실리콘 함유 핀 구조들을 형성하기 위해 제2 맨드릴 구조들을 마스크로서 사용하여 에칭되고, 후속하여, 제2 맨드릴 구조들이 제거된다.
[0008] 본 개시내용의 상기 언급된 특징들이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이러한 실시예들 중 일부가 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 하지만, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 유의되어야 하는데, 이는 본 개시내용이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0009] 도 1은 본원에 설명되는 실시예에 따른, 패터닝된 스페이서 재료 및 하드마스크 재료가 상부에 형성된 기판의 부분 단면도를 예시한다.
[0010] 도 2는 본원에 설명되는 실시예에 따른, 스페이서 재료가 제거되고 제1 맨드릴 구조들이 기판 상에 형성된 도 1의 기판의 부분 단면도를 예시한다.
[0011] 도 3은 본원에 설명되는 실시예에 따른, 갭 충전 재료가 하드마스크 재료 및 제1 맨드릴 구조들 위로 기판 상에 형성된 도 2의 기판의 부분 단면도를 예시한다.
[0012] 도 4는 본원에 설명되는 실시예에 따른, 갭 충전 재료의 평탄화 이후의 도 3의 기판의 부분 단면도를 예시한다.
[0013] 도 5는 본원에 설명되는 실시예에 따른, 제1 맨드릴 구조들이 제거되어 제2 맨드릴 구조들이 형성된 도 4의 기판의 부분 단면도를 예시한다.
[0014] 도 6은 본원에 설명되는 실시예에 따른, 기판의 에칭 이후의 도 5의 기판의 부분 단면도를 예시한다.
[0015] 도 7은 본원에 설명되는 실시예에 따른, 기판을 패터닝 및 에칭하기 위한 방법의 동작들을 예시한다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 공통된 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피쳐(feature)들은, 추가의 언급 없이 다른 실시예들에 유리하게 포함될 수 있음이 고려된다.
[0017] 본원에 설명되는 실시예들은, 핀 구조들을 형성하는 데 특히 적절한 기판 프로세싱 방법들에 관한 것이다. 방법들은, 기판 상에, 패터닝된 하드마스크 재료를 형성하는 단계; 기판의 노출된 구역들 상에 제1 맨드릴 구조들을 형성하는 단계; 및 하드마스크 재료 및 제1 맨드릴 구조들 위로, 기판 상에 갭 충전 재료를 증착하는 단계를 포함한다. 제1 맨드릴 구조들은 하드마스크 재료 및 갭 충전 재료를 포함하는 제2 맨드릴 구조들을 형성하기 위해 제거되고, 기판은 핀 구조들을 형성하기 위해 제2 맨드릴 구조들을 마스크로서 사용하여 에칭된다. 본원에 설명되는 실시예들의 활용은, 진보된 노드 핀 구조들을 후속하여 형성하는 데 활용되는, 두께들 및 수직성 프로파일들이 개선된 에칭 마스크들의 효율적인 제조를 가능하게 한다.
[0018] 도 7은 본원에 설명되는 실시예에 따른, 기판을 패터닝 및 에칭하기 위한 방법(700)의 동작들을 예시한다. 방법(700)은, 도 1 내지 도 6에 도시된 예시들과 동시에 논의된다. 동작(710)에서, 스페이서 재료가 패터닝되고, 패턴이 하부 하드마스크 재료에 전사된다.
[0019] 도 1은 본원에 설명되는 실시예에 따른, 패터닝된 스페이서 재료(106) 및 하드마스크 재료(104)가 상부에 형성된 기판(102)의 부분 단면도를 예시한다. 일 실시예에서, 기판(102)은 반도체 재료, 이를테면 실리콘으로 제조된다. 예컨대, 기판(102)은, 진성 (도핑되지 않은) 실리콘 재료 또는 외인성 (도핑된) 실리콘 재료인 단결정질 실리콘 재료이다. 외인성 실리콘 재료가 활용되는 경우, 도펀트(dopant)는, 붕소와 같은 p-타입 도펀트일 수 있다. 다른 실시예에서, 기판(102)은 실리콘-온-인슐레이터(silicon-on-insulator) 기판이다.
[0020] 도 1은, 동작(710)에서의 패터닝 이후의 스페이서 재료(106) 및 하드마스크 재료(104)를 예시한다. 패터닝 전에, 하드마스크 재료(104)는 블랭킷(blanket) 타입 층으로 기판(102) 상에 증착되어 기판(102)과 접촉한다. 이어서, 스페이서 재료(106)가 하드마스크 재료(104) 상에 증착되어 하드마스크 재료(104)와 접촉한다. 스페이서 재료(106)의 패터닝은, 진보된 기술 노드들, 이를테면, 10 nm 노드, 7 nm 노드, 5 nm 노드 및 그 이상의 노드에 적절한 다양한 프로세스들에 의해 수행된다. 적절한 패터닝 프로세스들의 예들은, 원하는 구현에 따라 액침 리소그래피(immersion lithography) 또는 극자외선(EUV) 리소그래피 프로세스들인 자기-정렬(self-aligned) 이중 패터닝 및 자기-정렬 사중 패터닝을 포함한다. 다른 적절한 패터닝 프로세스들은, 다른 것들 중에서도, 방향성 자기-조립(directed self-assembly), 193 nm 액침 LELE(litho-etch-litho-etch), 및 EUV LELE를 포함한다.
[0021] 패터닝된 스페이서 재료(106)는, 하부 하드마스크 재료(104)의 후속 에칭을 위한 마스크를 생성한다. 일 실시예에서, 스페이서 재료(106)는, 실리콘 산화물 재료, 실리콘 질화물 재료, 또는 티타늄 산화물 재료이다. 일 실시예에서, 패터닝된 스페이서 재료(106)의 두께는 대략적으로 핀 피치(pitch)의 절반과 동일하다. 예컨대, 패터닝된 스페이서 재료의 두께는 약 15 nm 내지 약 20 nm이다. 일 실시예에서, 하드마스크 재료(104)의 두께는 약 30 nm 내지 약 50 nm, 이를테면 약 40 nm이다. 하드마스크 재료(104)는, 일 실시예에서는 실리콘 산화물 재료로 그리고 다른 실시예에서는 실리콘 질화물 재료로 제조된다.
[0022] 에칭 프로세스, 이를테면, 습식 에칭 프로세스 또는 건식 에칭 프로세스가 하드마스크 재료(104)를 에칭하는 데 활용되며, 그에 따라, 스페이서 재료(106)로부터 하드마스크 재료로 패턴이 전사된다. 일 실시예에서, 불소계 에천트(etchant)가 활용되어 스페이서 재료(106) 및/또는 하드마스크 재료(104) 중 하나 또는 둘 모두를 에칭한다. 예컨대, 하드마스크 재료(104)는, 용량성으로 커플링된 불소 함유 플라즈마에 의해 에칭된다. 다른 예에서, 하드마스크 재료(104)는, 유도성으로 커플링된 불소 함유 플라즈마에 의해 에칭된다. 적절한 플라즈마 전구체들의 예들은, 플루오로카본 또는 하이드로플루오로카본 재료들, 이를테면, C4F6, C4F8, CF4, CH2F2, 및 CH3F를 포함한다. 플라즈마를 생성하는 데 활용되는 소스 전력은 약 300 W 내지 약 1500 W이고, 플라즈마를 바이어싱하는 데 활용되는 바이어스 전력은 약 50 W 내지 약 700 W이고, 에칭 프로세스를 수행하기 위한 프로세스 환경의 압력은 약 5 mTorr 내지 약 20 mTorr로 유지되고, 그리고 에칭 프로세스 동안의 기판(102)의 온도는 약 10 ℃ 내지 약 80 ℃로 유지된다. 하드마스크 재료(104)의 에칭 이후, 기판(102)의 구역들(114)이 하드마스크 재료(104)의 인접한 부분들 사이에서 노출된다.
[0023] 패터닝된 하드마스크(106)의 피치(108)는 약 40 nm 미만, 이를테면 약 30 nm 또는 그 미만이다. 이러한 실시예에서, 패터닝된 하드마스크 재료 부분들의 폭(110)은 약 20 nm 또는 미만, 이를테면 약 15 nm 또는 그 미만이다. 유사하게, 노출된 구역들(114)의 폭(112)은 약 20 nm 또는 그 미만, 이를테면 약 15 nm 또는 그 미만이다.
[0024] 도 2는 본원에 설명되는 실시예에 따른, 스페이서 재료(106)가 제거되고 제1 맨드릴 구조들(202)이 기판(102) 상에 형성된 도 1의 기판의 부분 단면도를 예시한다. 동작(720)에서, 제1 맨드릴 구조들(202)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 하드마스크 재료(104)에 의해 패터닝된 기판 상에 형성된다. 스페이서 재료(106)는 적절한 선택적 에칭 프로세스들, 이를테면, 습식 에칭 프로세스 또는 건식 에칭 프로세스들에 의해 제거된다.
[0025] 스페이서 재료(106)가 실리콘 산화물 재료인 실시예들에서, 플라즈마는, 다음의 전구체들: C4F6, O2, Ar, 및 He 중 하나 이상으로부터 생성된다. 이러한 실시예에서, 플라즈마를 생성하는 데 활용되는 소스 전력은 약 300 W 내지 약 900 W이고, 플라즈마를 바이어싱하는 데 활용되는 바이어스 전력은 약 300 W 내지 약 700 W이고, 그리고 에칭 프로세스를 수행하기 위한 프로세스 환경의 압력은 약 5 mTorr 내지 약 15 mTorr로 유지된다. 스페이서 재료(106)가 실리콘 질화물 재료인 실시예들에서, 플라즈마는, 다음의 전구체들: CH3F, CH4, O2, H2, N2, 및 He 중 하나 이상으로부터 생성된다. 이러한 실시예에서, 플라즈마를 생성하는 데 활용되는 소스 전력은 약 400 W 내지 약 800 W이고, 플라즈마를 바이어싱하는 데 활용되는 바이어스 전력은 약 30 W 내지 약 100 W이다. 스페이서 재료(106)가 실리콘 산화물 재료인 다른 실시예들에서, 희석 HF 습식 에칭 프로세스가 활용된다.
[0026] 일 실시예에서, 에칭 프로세스를 수행하기 위한 적절한 장치는, 캘리포니아 주 Santa Clara의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 CENTRIS™ SYM3™ 에칭 장치이다. 다른 제조자들로부터의 다른 적절하게 구성된 장치가 또한 본원에 설명되는 실시예들에 따라 활용될 수 있다는 것이 고려된다. 스페이서 제거 프로세스는, 하드마스크 재료(104) 및 기판(102)에 대해 선택적으로 스페이서 재료(106)를 제거하여, 기판(102) 상에 하드마스크 재료(104)를 남긴다.
[0027] 제1 맨드릴 구조들(202)은 도 1에 도시된 노출된 구역들(114)에 형성된다. 제1 맨드릴 구조들(202)은 기판(102)의 표면(206) 상에 증착되고, 제1 맨드릴 구조들(202)은 기판(102)의 표면(206)으로부터 성장된다. 일 실시예에서, 제1 맨드릴 구조 증착을 수행하기 위한 적절한 장치는, 캘리포니아 주 Santa Clara의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 CENTURA® RP EPI 장치이다. 다른 제조자들로부터의 다른 적절하게 구성된 장치가 또한 본원에 설명되는 실시예들에 따라 활용될 수 있다는 것이 고려된다. 제1 맨드릴 구조들(202) 각각은, 패터닝된 하드마스크 재료(104) 및 공극(void)들(210)에 의해, 인접한 제1 맨드릴 구조들(202)로부터 분리된다. 제1 맨드릴 구조들(202)은, 제1 맨드릴 구조들(202)의 최상부 표면(208)이 기판(102)의 표면(206) 위로 약 80 nm보다 큰 거리(204)에 있도록 성장된다. 일 실시예에서, 거리(204)는 약 100 nm 내지 약 200 nm이다.
[0028] 일 실시예에서, 제1 맨드릴 구조들(202)은, 에피택셜(epitaxial) 증착 프로세스를 사용하여 기판(102) 상에 형성된다. 일 실시예에서, 갈륨 함유 전구체 및 비소 함유 전구체가 교대로(alternating matter) 펄싱되어 제1 맨드릴 구조들(202)을 증착한다. 이러한 실시예에서, 갈륨 함유 전구체는 트리메틸갈륨이고, 비소 함유 전구체는 AsH3이다. 이러한 실시예에서, 제1 맨드릴 구조들(202)은, 약 1 Torr 내지 약 10 Torr의 압력 및 약 450 ℃ 내지 약 800 ℃의 온도로 유지되는 환경에서 제조된다. 에피택셜 증착 프로세스는, 제1 맨드릴 구조들(202)이 표면(206)으로부터 그리고 하드마스크 재료(104) 위로 계속 성장할 때 제1 맨드릴 구조들(202)의 실질적으로 수직 배향을 유지하는 것으로 여겨지는 층별 증착 기법을 활용한다.
[0029] 일 실시예에서, 제1 맨드릴 구조들(202)은 III-V 재료로 형성된다. 예컨대, 제1 맨드릴 구조들(202)은, 다른 것들 중에서도, 알루미늄 안티몬화물, 알루미늄 비화물, 알루미늄 갈륨 비화물, 알루미늄 갈륨 인듐 인화물, 알루미늄 갈륨 질화물, 알루미늄 갈륨 인화물, 알루미늄 인듐 비화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 인화물, 붕소 비화물, 붕소 질화물, 붕소 인화물, 갈륨 안티몬화물, 갈륨 비화물, 갈륨 비화물 인화물, 갈륨 인화물, 인듐 안티몬화물, 인듐 비화물, 인듐 갈륨 비화물, 인듐 갈륨 질화물, 인듐 갈륨 인화물, 인듐 질화물, 및 인듐 인화물 중 하나 이상으로 형성된다.
[0030] 동작(730)에서, 갭 충전 재료(302)는, 하드마스크 재료(104) 및 제1 맨드릴 구조들(202) 위로, 기판(102) 상에 증착된다. 도 3은 본원에 설명되는 실시예에 따른, 갭 충전 재료(302)가 하드마스크 재료(104) 및 제1 맨드릴 구조들(202) 위로 기판(102) 상에 형성된 도 2의 기판(102)의 부분 단면도를 예시한다. 갭 충전 재료(302)는, 갭 충전 재료가 공극들(210)을 충전하고 제1 맨드릴 구조들(202)의 최상부 표면(208)을 넘는 두께로 증착되도록 증착된다. 일 실시예에서, 갭 충전 증착 프로세스를 수행하기 위한 적절한 장치는, 캘리포니아 주 Santa Clara의 Applied Materials, Inc.로부터 입수가능한 PRODUCER® ETERNA™ FCVD™ 장치이다. 다른 제조자들로부터의 적절하게 구성된 장치가 또한 본원에 설명되는 실시예들에 따라 활용될 수 있다는 것이 고려된다.
[0031] 일 실시예에서, 갭 충전 재료는 유동성 재료이다. 유동성 재료는 고체 재료의 특성들을 갖지만 "유동" 능력을 또한 가지며, 그에 따라, 실질적으로 무-공극(void-free) 바텀 업(bottom up) 재료 증착을 가능하게 한다. 일 실시예에서, 갭 충전 재료(302)는 유동성 화학 기상 증착(CVD) 프로세스에 의해 증착된다. 일 예에서, CVD 프로세스는, 유동성 실리콘 산화물 함유 갭 충전 재료(302)를 증착하는 데 활용된다. 이러한 실시예에서, 실리콘 산화물 재료는 순차적으로, 증착되고, 경화되고, 그리고 어닐링된다. 다른 예에서, CVD 프로세스는, 실리콘 질화물 갭 충전 재료(302)를 증착하는 데 활용된다. 이러한 실시예에서, 실리콘 질화물 재료는 순차적으로, 증착되고 그리고 질화 플라즈마 처리를 받는다. 다른 실시예에서, 갭 충전 재료(302)는 SOG(spin on glass) 프로세스에 의해 형성된다. 이러한 실시예에서, 갭 충전 재료(302)는 산화물 함유 재료, 이를테면, 실리콘 이산화물 등이다.
[0032] 동작(740)에서, 갭 충전 재료가 평탄화된다. 도 4는 본원에 설명되는 실시예에 따른, 갭 충전 재료(302)의 평탄화 이후의 도 3의 기판(102)의 부분 단면도를 예시한다. 일 실시예에서, 갭 충전 재료(302)의 평탄화는, 산화물 또는 질화물 화학적 기계적 연마 프로세스에 의해 수행된다. 다른 실시예에서, 갭 충전 재료(302)의 평탄화는, 산화물 또는 질화물 건식 에칭 프로세스 또는 습식 에칭 프로세스에 의해 수행된다.
[0033] 갭 충전 재료(302)는, 갭 충전 재료(302)의 최상부 표면(402)이 제1 맨드릴 구조들(202)의 최상부 표면(208)과 실질적으로 평탄한 지점까지 제거된다. 일 실시예에서, 제1 맨드릴 구조들(202)은 제거 지점으로서 활용되는 것으로 고려된다. 다른 실시예에서, 갭 충전 재료(302)는, 표면들(402, 208)을 평탄화하기 위해 시간 기반 프로세스를 받는다.
[0034] 동작(750)에서, 하드마스크 재료(104) 및 갭 충전 재료(302)를 포함하는 제2 맨드릴 구조들(500)을 형성하기 위해 제1 맨드릴 구조들(202)이 제거된다. 도 5는 본원에 설명되는 실시예에 따른, 제1 맨드릴 구조들(202)이 제거되어 제2 맨드릴 구조들(500)이 형성된 도 4의 기판(102)의 부분 단면도를 예시한다. 제1 맨드릴 구조들(202)을 제거하기 위해 선택적 에칭 프로세스가 활용된다. 예컨대, 산화물 및/또는 질화물 함유 갭 충전 재료(302) 및 하드마스크 재료(104)에 대해 우선적으로 제1 맨드릴 구조들(202)을 제거하기 위해 III-V 재료들에 대해 선택적인 에칭 화학물들이 활용된다.
[0035] 일 실시예에서, HCl과 같은 염소 함유 전구체가 H2와 같은 수소 함유 전구체를 갖는 프로세스 환경으로 전달된다. 전구체들은, N2 또는 Ar과 같은 불활성 캐리어 가스와 함께 프로세스 환경에 전달된다. 일 예에서, HCl은, 약 1 sccm 내지 약 500 sccm의 유량으로 프로세스 환경에 전달된다. 프로세스 환경의 온도는 약 300 ℃ 내지 약 700 ℃로 유지되고, 프로세스 환경의 압력은 약 0 Torr 내지 약 100 Torr로 유지된다.
[0036] 제1 맨드릴 구조들(202)의 제거는, 인접한 제2 맨드릴 구조들(500) 사이에 형성되는 공간들(502)을 초래한다. 공간들(502)은 또한 기판(102)의 최상부 표면(206)을 노출시키며, 이는 후속 프로세스들에서 에칭된다. 제2 맨드릴 구조들(500)의 높이는 거리(204)와 유사하다. 충분히 두꺼운 맨드릴 구조들을 마스크들로서 활용함으로써 후속 에칭 프로세스들이 개선된 수직성을 나타내는 것으로 여겨진다.
[0037] 동작(760)에서, 기판(102)은, 핀 구조들(602)을 형성하기 위해 제2 맨드릴 구조들(500)을 마스크로서 사용하여 에칭된다. 도 6은 본원에 설명되는 실시예에 따른, 기판(102)의 에칭 이후의 도 5의 기판(102)의 부분 단면도를 예시한다. 에칭 프로세스는 실리콘 재료들에 대해 선택적이며, 갭 충전 재료(302) 및 하드마스크 재료(104)의 산화물 및 질화물 재료들에 대하여 기판(102)을 우선적으로 에칭한다.
[0038] 일 실시예에서, 할로겐 함유 전구체, 이를테면 HBr 또는 Cl2가 플라즈마로 활성화되어 불활성 캐리어 가스, 이를테면 Ar과 함께 프로세스 환경에 전달된다. 특정 실시예들에서, 산소 및/또는 질소 함유 전구체들, 이를테면 O2 또는 N2가 또한 프로세스 환경에 전달된다. 이러한 실시예에서, 전구체들은, 약 500 W 내지 약 2000 W의 소스 전력 및 약 50 W 내지 약 500 W의 바이어스 전력을 이용하는 유도성으로 결합된 플라즈마 프로세스에 의해 활성화된다. 플라즈마 형성 및 기판(102)의 에칭 동안의 프로세스 환경의 압력은 약 5 mTorr 내지 약 15 mTorr이다.
[0039] 일 실시예에서, 기판(102)을 에칭하는 것은, 핀 구조들(602)의 실질적으로 수직인 측벽들을 획득하기 위해 이방성 에칭 프로세스를 활용한다. 에칭 프로세스는 또한, 인접한 핀 구조들(602) 사이에 트렌치들(604)을 형성한다. 기판(102)이 원하는 깊이로 에칭된 후에, 결과적인 핀 구조들(602)의 높이(606)는 약 80 nm 초과, 이를테면 약 100 nm 내지 약 200 nm이다. 핀 구조 형성에 후속하여, 제2 맨드릴 구조들(500)이 제거될 수 있고, 후속하는 반도체 제조 동작들이 기판(102) 상에 수행될 수 있다.
[0040] 요약하면, 개선된 마스크 형성 및 에칭 프로세스 흐름들은 진보된 반도체 디바이스들의 제조를 가능하게 한다. 스페이서 재료 높이를 감소시키고 마스크 높이(즉, 제1 및 제2 맨드릴 구조들)를 증가시킴으로써, 개선된 에칭 수직성이 달성된다. 또한, 본원에 설명되는 프로세스 흐름들을 활용하여, 마스크들(제1 및 제2 맨드릴 구조들)의 측벽 수직성이 개선되며, 이는 바람직한 에칭 수직성 특성들을 초래하는 것으로 여겨진다. 따라서, 측벽(측방향 성장)이 더 효율적으로 제어되고 에지 조도(edge roughness)가 또한 감소된다.
[0041] 전술한 내용들이 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 개시내용의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 하기의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 핀(fin) 구조 프로세싱 방법으로서,
    기판 상에, 패터닝된 하드마스크 재료를 형성하는 단계;
    상기 패터닝된 하드마스크 재료 사이에 노출된, 상기 기판의 구역들 상에, 제1 맨드릴(mandrel) 구조들을 형성하는 단계;
    상기 하드마스크 재료 및 상기 제1 맨드릴 구조들 위로, 상기 기판 상에 갭 충전(fill) 재료를 증착하는 단계;
    상기 하드마스크 재료 및 상기 갭 충전 재료를 포함하는 제2 맨드릴 구조들을 형성하기 위해 상기 제1 맨드릴 구조들을 제거하는 단계; 및
    핀 구조들을 형성하기 위해 상기 제2 맨드릴 구조들을 마스크로서 사용하여, 트렌치(trench)들을 형성하도록 상기 기판을 에칭하는 단계를 포함하며,
    상기 핀 구조들은 인접한 트렌치들 사이에 형성되는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하드마스크 재료 상에 스페이서(spacer) 재료를 증착하고 상기 스페이서 재료를 패터닝하는 단계를 더 포함하는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하드마스크 재료는 실리콘 산화물 재료 또는 실리콘 질화물 재료인, 핀 구조 프로세싱 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 맨드릴 구조들을 형성하는 단계는, 상기 기판의 노출된 구역들 상에 III-V 재료를 에피택셜하게(epitaxially) 증착하는 단계를 포함하는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 맨드릴 구조들은 GaAs 재료로 형성되는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 갭 충전 재료를 증착하는 단계는, 유동성 실리콘 산화물 재료 또는 유동성 실리콘 질화물 재료를 증착하기 위해 화학 기상 증착 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 갭 충전 재료를 증착하는 단계는, 산화물 함유 재료를 스핀 온(spin on)하는 단계를 포함하는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 맨드릴 구조들은, 80 nm보다 큰 제1 거리만큼 상기 기판의 최상부 표면 위로 연장되는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 거리는 100 nm 내지 200 nm인, 핀 구조 프로세싱 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 맨드릴 구조들은, 상기 제1 거리와 동일한 제2 거리만큼 상기 기판의 최상부 표면 위로 연장되는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  11. 핀 구조 프로세싱 방법으로서,
    기판 상에 하드마스크 재료를 형성하는 단계;
    상기 하드마스크 재료 상에 스페이서 재료를 증착하는 단계;
    상기 스페이서 재료를 패터닝하는 단계;
    상기 기판의 구역들을 노출시키도록, 상기 하드마스크 재료를 에칭함으로써 상기 스페이서 재료의 패턴을 상기 하드마스크 재료에 전사(transfer)하는 단계;
    상기 기판의 노출된 구역들 상에 제1 맨드릴 구조들을 형성하는 단계;
    상기 하드마스크 재료 및 상기 제1 맨드릴 구조들 위로, 상기 기판 상에 갭 충전 재료를 증착하는 단계;
    상기 하드마스크 재료 및 상기 갭 충전 재료를 포함하는 제2 맨드릴 구조들을 형성하기 위해 상기 제1 맨드릴 구조들을 제거하는 단계; 및
    핀 구조들을 형성하기 위해 상기 제2 맨드릴 구조들을 마스크로서 사용하여, 트렌치들을 형성하도록 상기 기판을 에칭하는 단계를 포함하며,
    상기 핀 구조들은 인접한 트렌치들 사이에 형성되는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스페이서 재료를 패터닝하는 단계는, 자기-정렬(self-aligned) 이중 패터닝 프로세스, 자기-정렬 사중 패터닝 프로세스, 또는 방향성 자기-조립(directed self-assembly) 프로세스에 의해 수행되는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 맨드릴 구조들은, III-V 재료를 포함하고 그리고 약 80 nm보다 큰 제1 거리만큼 상기 기판의 최상부 표면 위로 연장되는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    제2 맨드릴 구조는, 상기 제1 거리와 동일한 제2 거리만큼 상기 기판의 최상부 표면 위로 연장되는, 핀 구조 프로세싱 방법.
  15. 핀 구조 프로세싱 방법으로서,
    기판 상에, 패터닝된 하드마스크 재료를 형성하는 단계;
    상기 기판의 노출된 구역들 상에 III-V 재료 제1 맨드릴 구조들을 형성하는 단계 ― 상기 III-V 재료 제1 맨드릴 구조들은 80 nm 초과의 제1 거리만큼 상기 기판의 최상부 표면 위로 연장됨 ―;
    상기 하드마스크 재료 및 상기 III-V 재료 제1 맨드릴 구조들 위로, 상기 기판 상에 유동성 산화물 갭 충전 재료를 증착하는 단계;
    상기 하드마스크 재료 및 상기 유동성 산화물 갭 충전 재료를 포함하는 제2 맨드릴 구조들을 형성하기 위해 상기 III-V 재료 제1 맨드릴 구조들을 제거하는 단계 ― 상기 제2 맨드릴 구조들은, 상기 제1 거리와 대략적으로 동일한 제2 거리만큼 상기 기판의 최상부 표면 위로 연장됨 ―;
    실리콘 함유 핀 구조들을 형성하기 위해 상기 제2 맨드릴 구조들을 마스크로서 사용하여, 트렌치들을 형성하도록 상기 기판을 에칭하는 단계 ― 상기 실리콘 함유 핀 구조들은 인접한 트렌치들 사이에 형성됨 ―; 및
    상기 제2 맨드릴 구조들을 제거하는 단계를 포함하는, 핀 구조 프로세싱 방법.
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