JP5254351B2

JP5254351B2 - 酸化物スペーサを使用したピッチ低減

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Publication number: JP5254351B2
Application number: JP2010533307A
Authority: JP
Inventors: キム・ジソー; チャン・コナン; 淳品川; サドジャディ・エス．エム．・レザ
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2028-11-07
Also published as: WO2009062123A3; TW200939302A; US20120052683A1; KR101573949B1; WO2009062123A4; JP2011504295A; CN101855706A; TWI455178B; KR20100106347A; CN104037065A; US8592318B2; WO2009062123A2

Description

本発明は、半導体デバイスの形成に関する。特に、本発明は、酸化物スペーサを使用したピッチ低減を伴う半導体デバイスの形成に関する。

半導体デバイスの実装密度は、およそ１年半ごとに倍増すると考えられる。高い実装密度は、生産性及びデバイス速度を増大させ、消費電力も減少させる。しかしながら、実装密度の増大とともに、コストは増加し、歩留まりの低下も急増する。コスト及び歩留まり低下が急増する最大の原因は、リソグラフィ技術に関係すると考えられるので、光リソグラフィに代わる代替のマスクパターン化の方法が探求されてきた。このような技術の１つは、マスク層を二度にわたってパターン化してピッチを半分にする二重マスク方式である。しかしながら、二重マスク方法は、重ね合わせの正確性による制限を受ける。

総じて、スペーサリソグラフィは、犠牲層を提供し、次いで、犠牲層をエッチングして犠牲構造を形成する。次いで、犠牲構造の上及び周囲に共形層を形成するために、共形化学気相成長（ＣＶＤ）が使用される。共形層の水平層をエッチングするために、エッチバックが使用される。次いで、共形層のスペーサ又はフィン構造を形成するために、犠牲層が除去される。従来、スペーサの厚さは、１０ｎｍ又はそれ未満であると考えられ、従来のＣＶＤデポジションは、所望の共形層を提供するために、高温ＣＶＤを必要とすると考えられる。このような高温は、半導体デバイスに害を及ぼす恐れがある。高温は、デバイスの熱設計を超えてプロセスを進行させる恐れがある。また、もし事前にドーピングがなされていると、高温は、ドープ領域に害を及ぼす恐れがある。

また、このようなＣＶＤプロセスは、犠牲層及びスペーサに関して制限を受ける。通常、酸化シリコンの犠牲層は、窒化シリコンのスペーサを条件とするであろう。窒化シリコンの犠牲層は、酸化シリコンの犠牲層を条件とするであろう。

以上を実現するために、尚且つ本発明の目的にしたがって、基板の上側と反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間に配置されるエッチング層をエッチングするための方法が提供される。基板は、プロセスチャンバの中に載置される。ＡＲＣ層は、パターン化マスクのマスク特徴を介して開口される。酸化物スペーサ成長層が形成され、ここでは、酸化物スペーサ成長層は、上部と、側壁と、底部とを含み、上部は、有機マスクの上を覆い、側壁は、有機マスクの側壁を覆い、底部は、マスク特徴の底を覆う。有機マスク上の酸化物スペーサ成長層は、部分的に除去され、ここでは、少なくとも酸化物スペーサ成長層の上部が除去される。有機マスク及びＡＲＣ層は、エッチングによって除去される。エッチング層は、酸化物スペーサ成長層の側壁を介してエッチングされる。基板は、プロセスチャンバから取り出される。

本発明の別の一顕現において、基板の上側と反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間に配置されるエッチング層をエッチングするためコンピュータにより実行される方法が提供される。基板は、プロセスチャンバの中に載置される。ＡＲＣ層は、パターン化マスクのマスク特徴を介して開口される。酸化物スペーサ成長層が形成され、ここでは、酸化物スペーサ成長層は、上部と、側壁と、底部とを含み、上部は、有機マスク上を覆い、側壁は、有機マスクの側壁を覆い、底部は、マスク特徴の底を覆う。酸化物スペーサ成長層の形成は、１から２０サイクル実行され、各サイクルは、Ｓｉを含有する成長ガスの流れを提供すること、成長ガスからプラズマを形成すること、及び成長ガスの流れを停止することを含む成長段階と、Ｏ₂又はＮ₂の少なくとも一方を含有する処理ガスの流れを提供すること、処理ガスからプラズマを形成すること、及び処理ガスの流れを停止することを含む処理段階と、を含む。有機マスクの上の酸化物スペーサ成長層は、部分的に除去され、ここでは、少なくとも酸化物スペーサ成長層の上部が除去される。有機マスク及びＡＲＣ層は、エッチングによって除去される。エッチング層は、酸化物スペーサ成長層の側壁を介してエッチングされる。基板は、プロセスチャンバから取り出される。

本発明の別の一顕現において、基板の上側と反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間にあるエッチング層をエッチングするための装置が提供される。プラズマ処理チャンバが提供され、該プラズマ処理チャンバは、プラズマ処理チャンバ囲いを形成するチャンバ壁と、プラズマ処理チャンバ囲い内において基板を支えるための基板サポートと、プラズマ処理チャンバ囲い内における圧力を調整するための圧力調整器と、プラズマを維持するためにプラズマ処理チャンバ囲いに電力を提供するための少なくとも１つの電極と、プラズマ処理チャンバ囲い内にガスを提供するためのガス入口と、プラズマ処理チャンバ囲いからガスを排出させるためのガス出口とを含む。ガス入口には、ガス源が流体接続されており、該ガス源は、ＡＲＣ開口ガス源と、Ｓｉ含有成長ガス源と、Ｏ₂又はＮ₂含有処理ガス源と、酸化物スペーサ除去ガス源と、有機マスク及びＡＲＣ層除去ガス源と、エッチングガス源とを含む。ガス源及び少なくとも１つの電極には、コントローラが制御式に接続されており、このコントローラは、少なくとも１つのプロセッサと、コンピュータ読み取り可能媒体とを含む。コンピュータ読み取り可能媒体は、ＡＲＣ層をパターン化マスクのマスク特徴を通して開口するためのコンピュータ読み取り可能コードと、酸化物スペーサ成長層を形成するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、酸化物スペーサ成長層は、上部と、側壁と、底部とを含み、上部は、有機マスクの上を覆い、側壁は、有機マスクの側壁を覆い、底部は、マスク特徴の底を覆い、酸化物スペーサ成長層の形成は、１から２０サイクル実行され、各サイクルは、成長段階を提供するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、Ｓｉを含有する成長ガスの流れを提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、成長ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ読み取り可能コードと、成長ガスの流れを停止するためのコンピュータ読み取り可能コードと、を含むコンピュータ読み取り可能コードと、処理段階を提供するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、Ｏ₂又はＮ₂の少なくとも一方を含有する処理ガスの流れを提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、処理ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ読み取り可能コードと、処理ガスの流れを停止するためのコンピュータ読み取り可能コードと、を含むコンピュータ読み取り可能コードと、を含む、コンピュータ読み取り可能コードと、有機マスクの上の酸化物スペーサ成長層をエッチングによって部分的に除去するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、少なくとも酸化物スペーサ成長層の上部が除去される、コンピュータ読み取り可能コードと、有機マスク及びＡＲＣ層をエッチングによって除去するためのコンピュータ読み取り可能コードと、エッチング層を酸化物スペーサ成長層の側壁を介してエッチングするためのコンピュータ読み取り可能読コードと、を含む。

本発明のこれらの特徴及びその他の特徴は、本発明の詳細な説明において、添付の図面との関連のもとで、更に詳しく後述される。

本発明は、限定目的ではなく例示目的で添付の図面に示されている。図中、類似の参照符号は、類似の要素を示すものとする。

本発明の一実施形態に使用することができるプロセスのハイレベルフローチャートである。本発明の一実施形態にしたがって処理されるスタックの概略断面図である。本発明の一実施形態にしたがって処理されるスタックの概略断面図である。本発明の一実施形態にしたがって処理されるスタックの概略断面図である。本発明の一実施形態にしたがって処理されるスタックの概略断面図である。本発明の一実施形態にしたがって処理されるスタックの概略断面図である。本発明の一実施形態にしたがって処理されるスタックの概略断面図である。酸化物スペーサ成長層の形成の、より詳細なフローチャートである。本発明を実施するにあたって使用することができるプラズマ処理チャンバの概略図である。本発明の実施形態に使用されるコントローラを実装するのに適したコンピュータシステムを示している。本発明の実施形態に使用されるコントローラを実装するのに適したコンピュータシステムを示している。酸化物スペーサ成長段階の、より詳細なフローチャートである。酸化物スペーサ処理段階の、より詳細なフローチャートである。

本発明は、添付の図面に示されている幾つかの好ましい実施形態を参照にして詳細に説明される。以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細が特定されている。しかしながら、当業者に明らかなように、本発明は、これらの一部又は全部の詳細を特定しなくても実施することができる。また、本発明を不必要に不明瞭にするのを避けるために、周知のプロセス工程及び／又は構造の詳細な説明は省かれている。

理解を促進するために、図１は、本発明の一実施形態に使用することができるプロセスであって、基板の上側と反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間に配置されるエッチング層をエッチングするプロセスの、ハイレベルフローチャートである。基板が、プロセスチャンバの中に載置される（ステップ１０２）。図２Ａは、本発明の一実施形態に従う基板２０２の上に提供されたスタック２００の概略断面図である。図２Ａに示されるように、基板２０２の上側とＡＲＣ層２０６及びパターン化有機マスク２０８の下側との間に、エッチング層２０４が配置される。この例では、基板２０２は、シリコンウエハであってよい。パターン化有機マスク２０８は、マスク特徴２１０を有する。有機マスク２０８は、フォトレジスト（ＰＥ）マスク又は非晶質炭素マスクであってよい。非晶質炭素は、ポリマに類似しているが、ＣＶＤによって２００℃を上回る高温で成膜されるゆえに、水素がより少なく且つ炭素がより多く、したがって、ポリマよりもエッチング耐性に優れている。ＡＲＣ層２０６は、底部反射防止膜（ＢＡＲＣ）層及び／又は誘電体反射防止膜（ＤＡＲＣ）層を含んでよい。エッチング層２０４は、窒化シリコン（ＳｉＮ）又は酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を例とする、窒化物又は酸化物などの誘電体層であってよい。エッチング層は、ポリシリコン、非晶質炭素、又はその他のマスクであってもよい。

再び図１を参照すると、ＡＲＣ層２０６は、パターン化マスク２０８のマスク特徴２１０を介して開口される（ステップ１０４）。ＡＲＣの開口（ステップ１０４）は、ＡＲＣ層２０６を開口するために、任意の従来のエッチャントガスを使用してよい。図２Ｂは、ＡＲＣ層２０６を開口されたスタック２００の概略断面図である。次いで、酸化物スペーサ成長層が形成される（ステップ１０６）。図２Ｃは、酸化物スペーサ成長層２１２を基板２０２の上に形成されたスタック２００の概略断面図である。図２Ｃに示されるように、酸化物スペーサ成長層２１２は、上部２１４と、側壁２１６と、底部２１８とを含む。上部２１４は、有機マスク２０８の上を覆う。酸化物スペーサ成長層２１２の側壁２１６は、有機マスク２０８の対応する側壁を覆う。酸化物スペーサ成長層２１２の底部２１８は、マスク特徴のそれぞれの底を覆う。

有機マスク２０８の上の酸化物スペーサ成長層２１２は、エッチングによって部分的に除去される（ステップ１０８）。ステップ１０８では、有機マスクの上２２０が露出されるように、少なくとも酸化物スペーサ成長層２１２の上部２１４が除去される。図２Ｄは、酸化物スペーサ成長層２１２を部分的に除去された後のスタック２００の概略断面図である。図２Ｄに示されるように、特徴の底を取り除くために、ステップ１０８によって、酸化物スペーサ成長層２１２の底部２１８も除去されてよい。

有機マスク２０８及びＡＲＣ層２０６は、次いで、エッチングによって除去される（ステップ１１０）。図２Ｅは、有機マスク２０８及びＡＲＣ層２０６を除去されたスタック２００の概略断面図である。図２Ｅに示されるように、酸化物スペーサ成長層２０８の側壁２１６は、エッチング層の上に残っている。パターン化有機マスク２０８の両側に側壁２１６が形成され、次いで、側壁２１６間の有機マスク２０８が除去されるので、結果として得られる酸化物側壁２１６のパターンは、パターン化有機マスク２０８の約２倍のピッチを有する。例えば、図２Ａにおいて、パターン化有機マスク２０８の幅は、約４８ｎｍの微小寸法（ＣＤ）を有し、マスクパターン間の間隔は、約９５ｎｍであると考えられる。図２Ｆにおいて、エッチングされたパターンは、約２１ｎｍのＣＤと、約４８〜５０ｎｍの間隔とを有する。

エッチング層２０４は、酸化物スペーサ成長層の側壁２１６をエッチングマスクとして使用して、側壁２１６を介してエッチングされる（ステップ１１２）。図２Ｆは、エッチング層２０４をエッチングされたスタック２００の概略断面図である。なお、本発明の一実施形態にしたがうと、ステップ１０８及びステップ１１０は、同じ化学物質を使用して、１つのステップとして連続的に実施され得ることに留意されるべきである。

次いで、スタック２００（基板２０２）は、プロセスチャンバから取り出される（ステップ１１４）。したがって、ステップ１０４からステップ１１２は、同じチャンバ内において、すなわちin-situで実施される。また、本発明の一実施形態にしたがうと、全てのプロセスは、室温で実施され、したがって、従来のＣＶＤプロセスのような高温は、不要である。

図３は、パターン化有機マスク２０８、及びマスク特徴２１０の底を覆う、酸化物スペーサ成長層２１２の形成（ステップ１０６）についての、より詳細なフローチャートである。酸化物スペーサ成長層２１２を形成することは、１つ又は２つ以上のサイクルを、好ましくは複数のサイクルを含む。

図４は、エッチング特徴のピッチ低減を実現するようにエッチング層をエッチングするために使用することができる処理チャンバ４００の概略図である。エッチング層は、図２Ａに示されるように、基板の上側と反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間に配置される。プラズマ処理チャンバ４００は、閉じ込めリング４０２と、上部電極４０４と、下部電極４０８と、ガス源４１０と、排出ポンプ４２０とを含む。ガス源４１０は、ＡＲＣ開口ガス源４１２と、酸化物スペーサ成長ガス源４１４と、酸化物スペーサ処理ガス源４１６と、酸化物スペーサ／マスクエッチングガス源４１８と、エッチング層エッチングガス源４２２とを含む。ガス源４１０は、ＡＲＣ層の開口からエッチング層（例えば誘電体層）のエッチングまでを、同じチャンバ４００内において、in-situで行うことを可能にする。酸化物スペーサ／マスクエッチングガス源４１８は、１つのガス源であってよい、又は酸化物スペーサ成長層を部分的に除去するための第１のエッチングガス源（不図示）と、有機マスク及び残りのＡＲＣ層を除去するための第２のエッチングガス源（不図示）とを含んでよい。しかしながら、第１及び第２のエッチングガス源は、もし両者が同じ成分のガスを使用する場合は、組み合わせることが可能である。各成分ガスの流量は、酸化物スペーサ成長層の部分的除去と、有機マスク及びＡＲＣ層のエッチングとが、適切な流量比の成分ガスのセットをそれぞれ有するように、制御することが可能である。

プラズマ処理チャンバ４００内において、スタック２００を有する基板２０２は、下部電極４０８の上に置かれる。下部電極４０８は、基板２０２を保持するための適切な基板チャックメカニズム（例えば静電的クランプ、機械的クランプなど）を組み入れている。リアクタトップ４２８は、下部電極４０８の真反対に配置された上部電極４０４を組み入れている。上部電極４０４と、下部電極４０８と、閉じ込めリング４０２とは、閉じ込めプラズマ体積４４０を画定する。ガスが、ガス源４１０によって閉じ込めプラズマ体積４４０に供給され、閉じ込めリング４０２及び排出口を通して排出ポンプ４２０によって閉じ込めプラズマ体積４４０から排出される。上部電極４０４には、第１のＲＦ源４４４が電気的に接続される。下部電極４０８には、第２のＲＦ源４４８が電気的に接続される。チャンバ壁４５２は、閉じ込めリング４０２、上部電極４０４、及び下部電極４０８を取り囲む。第１のＲＦ源４４４および第２のＲＦ源４４８は、ともに、２７ＭＨｚ電源、２ＭＨｚ電源、及び６０ＭＨｚ電源を含むことができる。ＲＦ電力と電極との接続は、様々な組み合わせで可能である。本発明の好ましい実施形態に使用することができるカリフォルニア州フリーモント所在のLAM Research Corporation（商標）によるEXELAN（登録商標）シリーズなどのLam Research Corporation誘電体エッチングシステムの場合は、２７ＭＨｚ電源、２ＭＨｚ電源、及び６０ＭＨｚ電源は、下部電極４０８に接続される第２のＲＦ電源４４８を構成する。その他の実施形態では、ＲＦ電源は、最大３００ＭＨｚの周波数を有することができる。

ＲＦ源４４４，４４８、排出ポンプ４２０、及びガス源４１０には、コントローラ４３５が可制御式に接続される。誘電体エッチングシステムは、エッチング対象層２０４が酸化シリコン、窒化シリコン、又は有機ケイ酸塩ガラスなどの誘電体層である場合に使用されると考えられる。コントローラ４３５は、ＲＦ源４４４，４４８、排出ポンプ４２０、及びガス源４１０を制御する。コントローラは、また、複数のサイクルの各サイクルの２段階として、酸化物スペーサ成長段階及び酸化物スペーサ処理段階を交互に実施するために、酸化物スペーサ成長ガス源４１４及び酸化物スペーサ処理ガス源４１６を制御する。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の実施形態に使用されるコントローラ４３５を実装するのに適したコンピュータシステム１３００を示している。図５Ａは、コンピュータシステムとして可能な１つの物理的形態を示している。もちろん、コンピュータシステムは、集積回路、プリント回路基板、及び小型携帯端末から巨大スーパーコンピュータに到る多くの物理的形態をとることが可能である。コンピュータシステム１３００は、モニタ１３０２、ディスプレイ１３０４、筐体１３０６、ディスクドライブ１３０８、キーボード１３１０、及びマウス１３１２を含む。ディスク１３１４は、コンピュータシステム１３００との間でデータをやりとりするために使用されるコンピュータ可読媒体である。

図５Ｂは、コンピュータシステム１３００のブロック図の一例である。システムバス１３２０には、種々様々なサブシステムが取り付けられる。（１つ又は２つ以上の）プロセッサ１３２２（中央演算処理装置、すなわちＣＰＵとも称される）は、メモリ１３２４を含むストレージデバイスに接続される。メモリ１３２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。当該分野において周知のように、ＲＯＭは、ＣＰＵに対してデータ及び命令を単方向的に伝送する働きをし、ＲＡＭは、通常、データ及び命令を双方向的に伝送するために使用される。これらのメモリは、いずれのタイプも、後述される任意の適切なコンピュータ可読媒体を含むことが可能である。ＣＰＵ１３２２には、固定ディスク１３２６も双方向的に接続され、これは、追加のデータストレージ容量を提供し、やはり、後述される任意のコンピュータ可読媒体を含むことが可能である。固定ディスク１３２６は、プログラムやデータなどを格納するために使用されてよく、通常は、一次ストレージより低速な二次ストレージ媒体（ハードディスクなど）である。なお、固定ディスク１３２６内に保持される情報は、もし適切であれば、メモリ１３２４内の仮想メモリとして標準的な形で組み入れ可能であることがわかる。取り外し可能ディスク１３１４は、後述される任意のコンピュータ可読媒体の形態をとることが可能である。

ＣＰＵ１３２２は、ディスプレイ１３０４、キーボード１３１０、マウス１３１２、及びスピーカ１３３０などの様々な入出力デバイスにも接続される。総じて、入出力デバイスは、ビデオディスプレイ、トラックボール、マウス、キーボード、マイクロフォン、タッチセンサ式ディスプレイ、トランスデューサカード読み取り装置、磁気テープ若しくは紙テープ読み取り装置、タブレット、スタイラス、音声若しくは手書き文字認識装置、バイオメトリック読み取り装置、又はその他のコンピュータのうちの、任意であってよい。ＣＰＵ１３２２は、ネットワークインターフェース１３４０を使用して、別のコンピュータまたは通信ネットワークに随意に接続されてよい。このようなネットワークインターフェースがあれば、ＣＰＵは、上述された方法のステップを実施する過程において、ネットワークから情報を受信可能である、又はネットワークに情報を出力可能であると考えられる。更に、本発明の方法の実施形態は、ＣＰＵ１３２２上のみで実行されてもよく、あるいは処理の一部を共有するリモートＣＰＵと連携してインターネットなどのネットワークを通じて実行されてもよい。

また、本発明の実施形態は、更に、様々なコンピュータ実施動作を実行させるためのコンピュータコードが記録されたコンピュータ読み取り可能媒体を伴うコンピュータストレージ製品に関する。媒体及びコンピュータコードは、本発明の目的のために特別に設計及び構成されたものか、又はコンピュータソフトウェア分野の当業者にとって周知で且つ利用可能なものであってよい。コンピュータ読み取り可能媒体の例は、ハードディスク、フロッピィディスク、及び磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ及びホログラフィックデバイスなどの光媒体、フロプティカルディスクなどの光磁気媒体、並びに特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理デバイス（ＰＬＤ）、ＲＯＭデバイス、及びＲＡＭデバイスなどプログラムコードの格納及び実行のために特別に構成されたハードウェアデバイスを含むが、これらに限定されない。コンピュータコードの例は、コンパイラによって生成されるなどのマシンコード、及びインタープリタを使用してコンピュータによって実行される高水準コードを含むファイルを含む。コンピュータ可読媒体は、搬送波に組み込まれたコンピュータデータ信号によって伝送され且つプロセッサによって実行可能な一連の命令を表すコンピュータコードであってもよい。

再び図３を参照すると、上述のように、酸化物スペーサ成長層２１２を形成すること（ステップ１０６）は、１つ又は２つ以上のサイクルを含み、各サイクルは、成長段階１２０と、処理段階１３０とを含む。例えば、酸化物スペーサ成長層の形成は、１から２０サイクル、好ましくは３から１５サイクル、より好ましくは約１０サイクル実行される。成長段階１２０では、Ｓｉを含有する成長ガスが使用されてよい。本発明の一実施形態にしたがうと、成長ガスは、シラン及び炭化水素を含む。本明細書及び特許請求の範囲において、「炭化水素」は、ヒドロカーボン及びヒドロフルオロカーボンの両方を含む。例えば、成長ガスは、ＳｉＨ₄及びＣＨ₃Ｆを、そしてキャリアガスとして更にＡｒを含む。Ｃ_xＨ_yＦ_z又はＣ_xＨ_yなどのその他のヒドロカーボンが使用されてもよい。キャリアガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅなどの１つ又は２つ以上であってよい。本発明の一実施形態にしたがうと、成長ガスは、実質的に酸素フリーである。処理段階１３０では、Ｏ₂又はＮ₂の少なくとも一つを含有する処理ガスが使用されてよい。

図６は、酸化物スペーサ成長段階１２０の、より詳細なフローチャートである。酸化物スペーサ成長段階（ステップ１２０）の一例は、１０ｓｃｃｍのＣＨ₃Ｆ、５ｓｃｃｍのＳｉＨ₄、及び９９５ｓｃｃｍのＡｒの流れを提供する。圧力は、２８０ミリトールに設定される。基板は、例えば約２０℃の室温に維持される。第２のＲＦ源４４８は、６０ＭＨｚの周波数で６００ワットを提供する。好ましくは、成長ガスは、実質的に酸素フリーである。成長段階時には、図６に示されるように、Ｓｉを含有する成長ガスが提供され（ステップ６１０）、成長ガスからプラズマが形成され（ステップ６１２）、次いで、Ｓｉ含有ガスの流れが停止される（ステップ６１４）。

図７は、酸化物スペーサ処理段階１３０の、より詳細なフローチャートである。酸化物スペーサ処理段階（ステップ１３０）の一例は、４５０ｓｃｃｍのＯ₂の流れを提供する。圧力は、１８０ミリトールに設定される。基板は、例えば約２０℃の室温に維持される。第２のＲＦ源４４８は、６０ＭＨｚの周波数で４００ワットを提供する。処理段階時には、図７に示されるように、処理ガスが提供され（ステップ７１０）、処理ガスからプラズマが形成され（ステップ７１２）、次いで、処理ガスの流れが停止される（ステップ７１４）。

酸化物スペーサ成長段階及び酸化物スペーサ処理段階の電力及び圧力は、有機マスクパターンのあらゆるストリエーション及びウィグリングを低減させるように注意深く選択される。酸化物スペーサ成長段階について、好ましい圧力範囲の一例は、４０〜８００ミリトールであり、好ましい電力範囲の一例は、６０ＭＨｚの周波数で２００〜１０００ワット、２７ＭＨｚの周波数で２００〜１０００ワット、及び／又は２ＭＨｚの周波数で２００〜１０００ワットであると考えられる。

２段階サイクルの期間及び数、並びに成長／処理ガスの成分及び流量比を制御することによって、例えばＳｉ含有フッ化炭素ポリマなどの酸化物スペーサ成長層の組成が制御される。例えば、ＣＨ₃Ｆ、ＳｉＨ₄、及びＡｒを含有する酸化物スペーサ成長ガスを使用した６秒間に及ぶ酸化物スペーサ成長段階と、Ｏ₂処理ガスを使用した２秒間に及ぶ酸化物スペーサ処理段階とを１５サイクル繰り返すと、約１１．１％のＣ、約１．８％のＦ、約４６．１％のＳｉ、及び約４１％のＯを含有するポリマを生じる。別の例では、ＣＨ₃Ｆ、ＳｉＨ₄、及びＡｒを含有する酸化物スペーサ成長ガスを使用した６秒間に及ぶ酸化物スペーサ成長段階と、Ｏ₂処理ガスを使用した６秒間に及ぶ酸化物スペーサ処理段階とを１５サイクル繰り返すと、約０％のＣ、約１．１％のＦ、約５２．５％のＳｉ、及び約４６．３％のＯを含有するポリマを生じる。別の例では、ＣＨ₃Ｆ、ＳｉＨ₄、及びＡｒを含有する酸化物スペーサ成長ガスを使用した６秒間に及ぶ酸化物スペーサ成長段階と、Ｏ₂及びＮ₂処理ガスを使用した２秒間に及ぶ酸化物スペーサ処理段階とを１５サイクル繰り返すと、約５．４％のＣ、約２．２％のＦ、約４７．７％のＳｉ、及び約４４．６％のＯを含有するポリマを生じる。更に別の例では、ＣＨ₃Ｆ、ＳｉＨ₄、及びＡｒを含有する酸化物スペーサ成長ガスを使用した６秒間に及ぶ酸化物スペーサ成長段階と、Ｏ₂及びＮ₂処理ガスを使用した６秒間に及ぶ酸化物スペーサ処理段階とを１５サイクル繰り返すと、約０％のＣ、約０．８％のＦ、約５２％のＳｉ、及び約４７．１％のＯを含有するポリマを生じる。

酸化物スペーサ成長層内における炭素の割合を変化させることによって、有機マスク及び／又は下位のエッチング層に対するエッチング選択性を制御することができる。例えば、もし有機マスク及び／又は下位のエッチング層が炭素をベースとしている場合は、酸化物スペーサ成長層は、その炭素含有量が少ないほど、有機マスクエッチングプロセス（ステップ１１０）及び／又はエッチング層エッチングプロセス（ステップ１１２）の際のエッチング耐性が大きくなる。

薄い酸化物スペーサ成長層の成長及び酸化物スペーサ層の処理を複数サイクルにわたって繰り返すことによって、結果得られる成長層は、より均一な品質及び組成を有する。もし、より厚い酸化物スペーサ成長層を１回の酸化物スペーサ成長段階で成長させる場合は、続く酸化物スペーサ処理段階（Ｏ₂及び／又はＮ₂プラズマ処理）は、厚いスペーサ成長層の内側をあまり上手く処理できないと考えられる。

一部の例における酸化物スペーサ処理段階では、４５０ｓｃｃｍのＯ₂を、４５０ｓｃｃｍのＮ₂、又は２２５ｓｃｃｍのＯ₂と２２５ｓｃｃｍのＮ₂とに変更することができる。好ましい圧力範囲の例は、１００ミリトールから８００ミリトールまでであってよい。好ましい電力範囲の例は、６０ＭＨｚの周波数で２００〜１０００ワット、２７ＭＨｚの周波数で２００〜１０００ワット、及び／又は２ＭＨｚの周波数で１００〜２０００ワットであると考えられる。

酸化物スペーサ成長層の部分的除去（ステップ１０８）は、フッ素を含有するエッチングガスを使用してよく、例えば、ＣＦ₄、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆、ＣＨＦ₃、及びＣＨ₃Ｆを、Ｏ₂、Ａｒ、Ｎ₂、Ｈ₂、及びＨｅと組み合わせることが可能である。有機マスク及びＡＲＣ層に対する後続のエッチングステップも、やはりフッ素を含有するエッチングガスを使用してよく、例えば、酸化物スペーサ成長層の部分的除去について上述されたガスの１つであってよい。有機層及びＡＲＣ層の除去に使用することができるガスの例は、Ｏ₂、Ｎ₂／Ｈ₂、Ｏ₂／ＣＯ、ＣＯ₂、又はＣＯＳである。

本発明は、幾つかの好ましい実施形態の観点から説明されてきたが、代替、変更、置き換え、及び代わりとなる各種の均等物が、本発明の範囲に含まれる。また、本発明の方法及び装置を実現する多くの代替方法があることも、留意されるべきである。したがって、以下の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替、変更、置き換え、及び代わりとなる各種の均等物を含むものと解釈されることを意図されている。
第１の態様は、基板の上側と、反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間に配置されるエッチング層をエッチングするための方法であって、
（ａ）前記基板をプロセスチャンバの中に載置することと、
（ｂ）前記ＡＲＣ層を前記パターン化マスクの前記マスク特徴を介して開口することと、
（ｃ）酸化物スペーサ成長層を形成することと、前記酸化物スペーサ成長層は、上部と、側壁と、底部とを含み、前記上部は、前記有機マスクの上を覆い、前記側壁は、前記有機マスクの側壁を覆い、前記底部は、前記マスク特徴の底を覆うことと、
（ｄ）前記有機マスクの上の前記酸化物スペーサ成長層をエッチングによって部分的に除去することであって、少なくとも前記酸化物スペーサ成長層の前記上部が除去される、ことと、
（ｅ）前記有機マスク及び前記ＡＲＣ層をエッチングによって除去することと、
（ｆ）前記エッチング層を前記酸化物スペーサ成長層の前記側壁を介してエッチングすることと、
（ｇ）前記基板を前記プロセスチャンバから取り出すことと、
を備える方法を提供する。
第１の態様において、
（ｃ）前記酸化物スペーサ成長層を形成することは、複数のサイクルを含み、各サイクルは、
Ｓｉを含有する成長ガスの流れを提供することと、
前記成長ガスからプラズマを形成することと、
前記成長ガスの流れを停止することと、
を含む成長段階と、
Ｏ ₂ 又はＮ ₂ の少なくとも一方を含有する処理ガスの流れを提供することと、
前記処理ガスからプラズマを形成することと、
前記処理ガスの流れを停止することと、
を含む処理段階と、を含む。
第１の態様において、（ｃ）前記酸化物スペーサ成長層の形成は、３から１５サイクル実行されても良く、約１０サイクル実行されても良い。
第１の態様において、前記成長ガスは、シラン及び炭化水素を含んでも良く、ＳｉＨ ₄ 及びＣＨ ₃ Ｆを含んでも良く、実質的に酸素を含有しなくても良い。
第１の態様において、（ｃ）前記酸化物スペーサ成長層の形成は、１から２０サイクル実行され、各サイクルは、
Ｓｉを含有する成長ガスの流れを提供することと、
前記成長ガスからプラズマを形成することと、
前記成長ガスの流れを停止することと、
を含む成長段階と、
Ｏ ₂ 又はＮ ₂ の少なくとも一方を含有する処理ガスの流れを提供することと、
前記処理ガスからプラズマを形成することと、
前記処理ガスの流れを停止することと、
を含む処理段階と、を含んでも良い。
第１の態様において、（ｄ）部分的な除去は、更に、前記マスク特徴の前記底の上に形成された前記酸化物スペーサ成長層の前記底部を除去しても良い。
第１の態様において、前記方法は室温で実施されても良い。
第１の態様において、前記成長ガスは、シラン及び炭化水素を含んでも良く、ＳｉＨ ₄ 及びＣＨ ₃ Ｆを含んでも良く、実質的に酸素を含有しなくても良い。
第１の態様において、（ｄ）部分的な除去は、更に、前記マスク特徴の前記底の上に形成された前記酸化物スペーサ成長層の前記底部を除去しても良い。
第１の態様において、前記方法は室温で実施されても良い。
第２に態様は、基板の上側と、反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間に配置されるエッチング層をエッチングするためのコンピュータにより実行される方法であって、
（ａ）前記基板をプロセスチャンバの中に載置することと、
（ｂ）前記ＡＲＣ層を前記パターン化マスクの前記マスク特徴を介して開口することと、
（ｃ）１から２０サイクル実行される、酸化物スペーサ成長層を形成することと、前記酸化物スペーサ成長層は、上部と、側壁と、底部とを含み、前記上部は、前記有機マスクの上を覆い、前記側壁は、前記有機マスクの側壁を覆い、前記底部は、前記マスク特徴の底を覆い、各サイクルは、
Ｓｉを含有する成長ガスの流れを提供することと、
前記成長ガスからプラズマを形成することと、
前記成長ガスの流れを停止することと、
を含む成長段階と、
Ｏ ₂ 又はＮ ₂ の少なくとも一方を含有する処理ガスの流れを提供することと、
前記処理ガスからプラズマを形成することと、
前記処理ガスの流れを停止することと、
を含む処理段階と、を含む、ことと、
（ｄ）前記有機マスクの上の前記酸化物スペーサ成長層をエッチングによって部分的に除去することであって、少なくとも前記酸化物スペーサ成長層の前記上部が除去される、ことと、
（ｅ）前記有機マスク及び前記ＡＲＣ層をエッチングによって除去することと、
（ｆ）前記エッチング層を前記酸化物スペーサ成長層の前記側壁を通してエッチングすることと、
（ｇ）前記基板を前記プロセスチャンバから取り出すことと、
を備えるコンピュータにより実行される方法を提供する。
第２の態様において、前記成長ガスは、ＳｉＨ ₄ 及びＣＨ ₃ Ｆを含んでも良く、実質的に酸素を含有しなくても良い。
第３の態様は、基板の上側と、反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間にあるエッチング層をエッチングするための装置であって、
プラズマ処理チャンバであって、
プラズマ処理チャンバ囲いを形成するチャンバ壁と、
前記プラズマ処理チャンバ囲い内において基板を支えるための基板サポートと、
前記プラズマ処理チャンバ囲い内における圧力を調整するための圧力調整器と、
プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバ囲いに電力を提供するための少なくとも１つの電極と、
前記プラズマ処理チャンバ囲い内にガスを提供するためのガス入口と、
前記プラズマ処理チャンバ囲いからガスを排出させるためのガス出口と、
を含む、プラズマ処理チャンバと、
前記ガス入口に流体接続されたガス源であって、
ＡＲＣ開口ガス源と、
Ｓｉ含有成長ガス源と、
Ｏ ₂ 又はＮ ₂ 含有処理ガス源と、
酸化物スペーサ除去ガス源と、
有機マスク及びＡＲＣ層除去ガス源と、
エッチングガス源と、
を含むガス源と、
前記ガス源及び前記少なくとも１つの電極に制御式に接続されたコントローラであって、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータ可読媒体であって、
前記ＡＲＣ層を前記パターン化マスクの前記マスク特徴を介して開口するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
１から２０サイクル酸化物スペーサ成長層の形成を実行するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、前記酸化物スペーサ成長層は、上部と、側壁と、底部とを含み、前記上部は、前記有機マスクの上を覆い、前記側壁は、前記有機マスクの側壁を覆い、前記底部は、前記マスク特徴の底を覆い、各サイクルは、
成長段階を提供するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、
Ｓｉを含有する成長ガスの流れを提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
前記成長ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
前記成長ガスの流れを停止するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
を含むコンピュータ読み取り可能コードと、
処理段階を提供するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、
Ｏ ₂ 又はＮ ₂ の少なくとも一方を含有する処理ガスの流れを提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
前記処理ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
前記処理ガスの流れを停止するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
を含むコンピュータ読み取り可能コードと、を含む、コンピュータ読み取り可能コードと、
前記有機マスクの上の前記酸化物スペーサ成長層をエッチングによって部分的に除去するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、少なくとも前記酸化物スペーサ成長層の前記上部が除去される、コンピュータ読み取り可能コードと、
前記有機マスク及び前記ＡＲＣ層をエッチングによって除去するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
前記エッチング層を前記酸化物スペーサ成長層の前記側壁を介してエッチングするためのコンピュータ読み取り可能コードと、
を含む、コンピュータ読み取り可能媒体と、
を含む、コントローラと、
を備える装置を提供する。
第１の態様において、（ｄ）部分的な除去は、更に、前記マスク特徴の前記底に形成された前記酸化物スペーサ成長層の前記底部を除去しても良い。
第１の態様において、前記方法は室温で実施されても良い。
第１の態様において、前記成長ガスは、シラン及び炭化水素を含んでも良く、ＳｉＨ ₄ 及びＣＨ ₃ Ｆを含んでも良く、実質的に酸素を含有しなくても良い。
第２の態様において、前記成長ガスは、実質的に酸素フリーであっても良い。

Claims

基板の上側と、反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間に配置されるエッチング層をエッチングするための方法であって、
（ａ）前記基板をプロセスチャンバの中に載置することと、
（ｂ）前記ＡＲＣ層を前記パターン化有機マスクの前記マスク特徴を介して開口することと、
（ｃ）酸化物スペーサ成長層を形成することと、前記酸化物スペーサ成長層は、上部と、側壁と、底部とを含み、前記上部は、前記パターン化有機マスクの上を覆い、前記側壁は、前記パターン化有機マスクの側壁を覆い、前記底部は、前記マスク特徴の底を覆うことと、
（ｄ）前記パターン化有機マスクの上の前記酸化物スペーサ成長層をエッチングによって部分的に除去することであって、少なくとも前記酸化物スペーサ成長層の前記上部が除去される、ことと、
（ｅ）前記パターン化有機マスク及び前記ＡＲＣ層をエッチングによって除去することと、
（ｆ）前記エッチング層を前記酸化物スペーサ成長層の前記側壁を介してエッチングすることと、
（ｇ）前記基板を前記プロセスチャンバから取り出すことと、
を備え、
前記（ｃ）酸化物スペーサ成長層を形成することは、複数のサイクルを含み、各サイクルは、
Ｓｉを含有する成長ガスの流れを提供することと、
前記成長ガスからプラズマを形成することと、
前記成長ガスの流れを停止することと、
を含む成長段階と、
Ｏ₂ を含有する処理ガスまたはＯ ₂ およびＮ₂ を含有する処理ガスの流れを提供することと、
前記処理ガスからプラズマを形成することと、
前記処理ガスの流れを停止することと、
を含む処理段階と、を含み、室温以下で実施される、方法。
請求項１に記載の方法であって、
（ｃ）前記酸化物スペーサ成長層の形成は、３から１５サイクル実行される、方法。
請求項１に記載の方法であって、
（ｃ）前記酸化物スペーサ成長層の形成は、１０サイクル実行される、方法。
請求項１に記載の方法であって、
（ｃ）前記酸化物スペーサ成長層の形成は、２から２０サイクル実行される、方法。
請求項４に記載の方法であって、
（ｄ）部分的な除去は、更に、前記マスク特徴の前記底の上に形成された前記酸化物スペーサ成長層の前記底部を除去する、方法。
請求項５に記載の方法であって、
前記方法は室温で実施される方法。
請求項１に記載の方法であって、
（ｄ）部分的な除去は、更に、前記マスク特徴の前記底の上に形成された前記酸化物スペーサ成長層の前記底部を除去する、方法。
請求項１に記載の方法であって、
前記方法は室温で実施される方法。
基板の上側と、反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間に配置されるエッチング層をエッチングするためのコンピュータにより実行される方法であって、
（ａ）前記基板をプロセスチャンバの中に載置することと、
（ｂ）前記ＡＲＣ層を前記パターン化有機マスクの前記マスク特徴を介して開口することと、
（ｃ）２から２０サイクル実行される、酸化物スペーサ成長層を形成することと、前記酸化物スペーサ成長層は、上部と、側壁と、底部とを含み、前記上部は、前記パターン化有機マスクの上を覆い、前記側壁は、前記パターン化有機マスクの側壁を覆い、前記底部は、前記マスク特徴の底を覆い、各サイクルは、
Ｓｉを含有する成長ガスの流れを提供することと、
前記成長ガスからプラズマを形成することと、
前記成長ガスの流れを停止することと、
を含む成長段階と、
Ｏ₂ を含有する処理ガスまたはＯ ₂ およびＮ₂ を含有する処理ガスの流れを提供することと、
前記処理ガスからプラズマを形成することと、
前記処理ガスの流れを停止することと、
を含む処理段階と、を含む、ことと、
（ｄ）前記パターン化有機マスクの上の前記酸化物スペーサ成長層をエッチングによって部分的に除去することであって、少なくとも前記酸化物スペーサ成長層の前記上部が除去される、ことと、
（ｅ）前記パターン化有機マスク及び前記ＡＲＣ層をエッチングによって除去することと、
（ｆ）前記エッチング層を前記酸化物スペーサ成長層の前記側壁を通してエッチングすることと、
（ｇ）前記基板を前記プロセスチャンバから取り出すことと、
を備え、室温以下でコンピュータにより実行される方法。
請求項９に記載のコンピュータにより実行される方法であって、
前記成長ガスは、ＳｉＨ₄及びＣＨ₃Ｆを含む、コンピュータにより実行される方法。
請求項９に記載のコンピュータにより実行される方法であって、
前記成長ガスは、酸素を含有しない、コンピュータにより実行される方法。
基板の上側と、反射防止膜（ＡＲＣ）層、及びマスク特徴を伴うパターン化有機マスクの下側との間にあるエッチング層をエッチングするための装置であって、
プラズマ処理チャンバであって、
プラズマ処理チャンバ囲いを形成するチャンバ壁と、
前記プラズマ処理チャンバ囲い内において基板を支えるための基板サポートと、
前記プラズマ処理チャンバ囲い内における圧力を調整するための圧力調整器と、
プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバ囲いに電力を提供するための少なくとも１つの電極と、
前記プラズマ処理チャンバ囲い内にガスを提供するためのガス入口と、
前記プラズマ処理チャンバ囲いからガスを排出させるためのガス出口と、
を含む、前記基板を室温以下に維持するプラズマ処理チャンバと、
前記ガス入口に流体接続されたガス源であって、
ＡＲＣ開口ガス源と、
Ｓｉ含有成長ガス源と、
Ｏ₂又はＮ₂含有処理ガス源と、
酸化物スペーサ除去ガス源と、
パターン化有機マスク及びＡＲＣ層除去ガス源と、
エッチングガス源と、
を含むガス源と、
前記ガス源及び前記少なくとも１つの電極に制御式に接続されたコントローラであって、
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピュータ可読媒体であって、
前記ＡＲＣ層を前記パターン化有機マスクの前記マスク特徴を介して開口するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
２から２０サイクル酸化物スペーサ成長層の形成を実行するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、前記酸化物スペーサ成長層は、上部と、側壁と、底部とを含み、前記上部は、前記パターン化有機マスクの上を覆い、前記側壁は、前記パターン化有機マスクの側壁を覆い、前記底部は、前記マスク特徴の底を覆い、各サイクルは、
成長段階を提供するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、
Ｓｉを含有する成長ガスの流れを提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
前記成長ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
前記成長ガスの流れを停止するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
を含むコンピュータ読み取り可能コードと、
処理段階を提供するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、
Ｏ₂ を含有する処理ガスまたはＯ ₂ およびＮ₂ を含有する処理ガスの流れを提供するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
前記処理ガスからプラズマを形成するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
前記処理ガスの流れを停止するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
を含むコンピュータ読み取り可能コードと、を含む、コンピュータ読み取り可能コードと、
前記パターン化有機マスクの上の前記酸化物スペーサ成長層をエッチングによって部分的に除去するためのコンピュータ読み取り可能コードであって、少なくとも前記酸化物スペーサ成長層の前記上部が除去される、コンピュータ読み取り可能コードと、
前記パターン化有機マスク及び前記ＡＲＣ層をエッチングによって除去するためのコンピュータ読み取り可能コードと、
前記エッチング層を前記酸化物スペーサ成長層の前記側壁を介してエッチングするためのコンピュータ読み取り可能コードと、
を含む、コンピュータ読み取り可能媒体と、
を含む、コントローラと、
を備える装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法であって、
（ｄ）部分的な除去は、更に、前記マスク特徴の前記底に形成された前記酸化物スペーサ成長層の前記底部を除去する、方法。
請求項１から４、及び１３のいずれかに記載の方法であって、
前記方法は室温で実施される方法。
請求項１から４、１３および１４のいずれかに記載の方法であって、
前記成長ガスは、シラン及び炭化水素を含む、方法。
請求項１から４、及び１３から１５のいずれかに記載の方法であって、
前記成長ガスは、ＳｉＨ₄及びＣＨ₃Ｆを含む、方法。
請求項１から４、及び１３から１６のいずれかに記載の方法であって、
前記成長ガスは、酸素を含有しない、方法。
請求項１０または１１のいずれかに記載のコンピュータにより実行される方法であって、
前記成長ガスは、酸素フリーである、コンピュータにより実行される方法。