JP2000347421A - 深紫外線露出用の改良形乾式ホトリトグラフィプロセス - Google Patents

深紫外線露出用の改良形乾式ホトリトグラフィプロセス

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JP2000347421A JP2000051646A JP2000051646A JP2000347421A JP 2000347421 A JP2000347421 A JP 2000347421A JP 2000051646 A JP2000051646 A JP 2000051646A JP 2000051646 A JP2000051646 A JP 2000051646A JP 2000347421 A JP2000347421 A JP 2000347421A
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Michael P Nault
ピー． ノルト マイケル
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ベキアリス ニコラオス
Dian Sugiarto
スギアルト ダイアン
Mui David
ムイ デイヴィッド
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ０．１８ミクロン未満のパターンサイズを有
する、半導体集積回路の形成に有効な乾式オートリソグ
ラフィ技術を提供する。 【解決手段】 少なくとも２つの炭素原子と、少なくと
も１つの水素原子に結合したシリコン原子を有する有機
シラン前駆物質を用いて、プラズマ重合法により基板上
にレジスト膜を形成する。次いで酸化環境の中で、５０
ｍＪ／ｃｍ２未満の放射線に選択的に露出した後、エッ
チングプロセスを使って露出部分、または非露出部分を
除去、現像する。ホトレジスト層のコントラストは、現
像プラズマの酸素含有量によって選択できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】関連出願とのクロスリファレンス 本出願は、１９９８年１１月１９日提出のDian Sugiart
o とDavid Mui （Attorney Docket No. AM3237/T29100
）による米国特許出願第09/196,501号、名称「深紫外
線用の乾式リトグラフフィ」の一部継続で、１９９９年
２月２６日提出のTimothy Weidman 、Michael Nault 、
Nikolaos Bekiaris 、 Dian Sugiarto、およびDavid Mu
i （Attorney Docket No. AM3504/T30200 ）による米国
仮特許出願第60/121,837号、名称「深紫外線露出用の改
良形乾式ホトリトグラフィプロセス」からの優先権を主
張する。第09/196,501号と第60/121,837号の開示は、引
用によって本明細書に組み込まれている。
【０００２】発明の背景 本発明は一般に、ホトリトグラフィ半導体処理技術に関
し、より詳細には、ホトレジスト膜を堆積および現像す
る方法と装置に関する。
【０００３】ホトリトグラフィ技術を用いた各種堆積層
のパターニングは、今日の集積回路と電子デバイスの形
成の一般的なステップである。各種のホトリトグラフィ
プロセスが開発されている。多くの一般的なホトリトグ
ラフィプロセスはスピンオンレジスト層を使用する。液
体レジスト材料がウェーハに塗布された後、ウェーハを
制御状態で回転させて、その上にレジスト材料の薄いコ
ーティングを残す。スピンオンレジスト材料は感光材料
であり、従ってホトレジストと呼ばれる。回転の後、ま
た多分、他のプロセス例えばソフトベーキング(soft ba
king) の後、ホトレジストの層は所望のパターンの透明
または不透明領域を持つホトマスク（単にマスクとして
も知られている）を介して光に露出される。マスクが
光、例えば、紫外（「ＵＶ」）線に曝されると、透明な
部分がそれらの領域でホトレジストを露出するが、マス
クが不透明な領域では露出しない。光は、ホトレジスト
の露出部分で化学反応を発生させる。次に、適当な化学
溶液、化学蒸気、またはプラズマプロセスを使ってホト
レジストの反応部分か未反応部分のいずれかを、使用さ
れるホトレジストのタイプ、すなわち、ポジかネガによ
って、選択的に腐食させる（エッチング除去する）。ホ
トレジスト層の選択部分を除去してパターン加工ホトレ
ジスト層を基板上に残す、このプロセスは、「現像(dev
eloping)」として知られている。残存するホトレジスト
は、下にくる層の更なる処理のためのパターンとして役
立つ。例えば、材料をホトレジストの上に堆積させて、
そのホトレジストを取り外すか、下にくる層をエッチン
グまたは別途に処理してもよい。パターン加工ホトレジ
スト層に従って基板を処理することは、「パターン転
写」として知られている。
【０００４】スピンオンレジスト層は、一部の用途では
上記のテーマを望ましくないか不適当にする限界を持
つ。特に、製作されるデバイスの限界寸法（「ＣＤ」）
が小さくなるにつれて、より小さい表面構造サイズを獲
得するために、新しいプロセスや技術が使用される。例
えば、パターン転写プロセスで一般的に使用されるプラ
ズマ処理に耐えるだけの厚さを持つスピンオンホトレジ
スト層は厚すぎて、所望のＣＤを獲得するのに必要な波
長を使って適正に露出できない。従来のホトリトグラフ
ィプロセスで使用される、より長い波長で適切に露出
（転化）されたホトレジスト材料は、深サブミクロンホ
トリトグラフィ用に計画された、より短い波長の、深紫
外（「ＤＵＶ」）線によって適正に露出されないかもし
れない。多くの従来のホトレジスト材料はＤＵＶ領域の
光を吸収して、光がレジスト層の下部を露出するのを妨
げる。更に、単一の、薄い有機ホトレジスト層が基板に
スピンオンされる場合、ピンホール欠陥を形成したり、
液体レジストのパッドリング(puddling)や表面張力が基
板の表面形態に適合する能力を制限して、ある区域で、
より厚くなったり、より薄くなるので、露出と現像プロ
セスに影響することになる。
【０００５】全有機単一層レジストに対する別のアプロ
ーチが開発された。シリエーション(silyation) として
知られる一つのアプローチは特別のホトレジストが必要
で、比較的複雑で長いプロセスである。第２のアプロー
チは、バイレベルアプローチの例だが、従来のホトレジ
ストその他のポリマーの比較的厚い層をスピンオンした
後、高いシリコン含有量を持つ特別のホトレジストの比
較的薄い層をスピンオンすることである。その薄いレジ
スト層は露出および現像された後、処理されて厚い方の
層に高シリコンのキャップを形成する。上部層は無機材
料が比較的豊富で、一部のプラズマエッチングプロセス
に対して、より耐性があり、それを使ってキャップ層の
パターンを厚い方の下層に転写できる。次に従来の処理
技術を使って、多層レジストのパターンを基板に転写し
てもよい。
【０００６】液体有機スピンオンレジストに対するもう
一つの代替アプローチは、感光材料を基板に堆積させる
ために化学気相堆積（「ＣＶＤ」）技術を使用する。特
に、メチルシラン（（ＣＨ3 ）ＳｉＨ3 ）がプラズマ中
で重合して、ＤＵＶ領域の光に感光性を持つプラズマ重
合メチルシラン（「ＰＰＭＳ」）を形成する。ＰＰＭＳ
堆積技術はApplied Physics Letters, vol. 62,no. 4,
January 25, 1993, pgs. 372-374に公表されたWeidman
他による論文「完全乾式ホトリトグラフィ用の新しいホ
トディファイナブル(Photodefinable)ガラスエッチング
マスク：プラズマ堆積有機シリコン水素化物ポリマ
ー」、Joshi 他への米国特許第5,439,780 号、およびJo
urnal of Photopolymer Science and Technology, vol.
8, no. 4, (1995), pp, 679-686に公表されたWeidman
他による論文「全乾式リトグラフィ：単一層レジストと
してのプラズマ重合エチルシランと二酸化シリコン前駆
物質の塗布」に記載されている。
【０００７】これらの参考文献に記載されるように、有
機シリコン水素化物の網目構造を持つＰＰＭＳ膜は、メ
チルシランを含む前駆物質ガスのプラズマ重合によって
堆積する。ＰＰＭＳ膜が、周囲空気などの酸化体の存在
下でＤＵＶ放射に露出されると、ＰＰＭＳ膜の露出部分
は光酸化を受けて、プラズマ重合エチルシリコン酸化物
（ＰＰＭＳＯ）として知られるガラス状のシロキサン網
目材料を形成する。結果としてのパターンは、ネガ調か
ポジ調パターンのいずれかを備えるように現像できる。
ネガ調パターンは一般に、塩素ベースのプラズマエッチ
ングを使って形成される。ポジ調パターンは、ＨＦ蒸気
かバッファーされた酸化エッチングを使って形成でき
る。いずれの場合も、現像パターンをオプションとして
更に酸化、アニールして、残りの材料を酸化ハードマス
クに転化させてもよい。このＰＰＭＳホトリトグラフィ
技術は、堆積、現像、パターニング、およびエッチング
ステップをすべて気層で、すなわち、乾式プラズマ処理
技術を使って、非常に高い解像度で実施できる点で有利
である。
【０００８】従ってＰＰＭＳ層は、数々の異なるホトリ
トグラフィ用途で使用されている。ＰＰＭＳ層には、し
かしながら、いくつかの欠点がある。例えば、ＰＰＭＳ
層は通常、露出前も露出後も共に空気中で酸化する。こ
の酸化は安定性問題を招くことがあり、また露出と現像
プロセスに悪影響を与える場合がある。従来のプロセス
の中には、より安定した膜と引き換えにＰＰＭＳ層の感
光性を手放したものもある。更に、ＰＰＭＳ層は、１９
３ｎｍ以下の波長を持つリトグラフィツールを使った作
業で難点を示す。特に、ＰＰＭＳ層は、この波長の光を
強く吸収しすぎる場合がある。
【０００９】プラズマ重合有機シラン層の形成で、メチ
ルシラン以外の前駆物質ソースの使用が提案されてい
る。例えば、Joshi の'780号の特許は先にジメチルシラ
ンとテトラメチルシランによる実験に言及した。しかし
ながら、Joshi の'780号特許には、これらやその他の有
機シランソースが、メチルシランによって与えられる以
上に利益を提供するという指摘はない。更に、Joshi の
'780 号特許の実験は、メチルシラン以外の前駆物質は
光の吸収効率がよくないので、膜のパターニングと現像
には、より高い露光量が必要になるだろうと指摘してい
る。Lincoln 研究所でも１９３ｎｍホトリトグラフィ用
のプラズマ重合有機シラン層に対する前駆物質としてテ
トラメチルシランを調査する研究が行われたが、報告さ
れた露光量は、商業的用途に実用できる値よりもはるか
に大きかった。Lincoln 研究所の堆積技術は、Journal
of Vacuum Science and Technology, B8(6), November/
December 1990, pp. 1493-1496に公表されたHorn他の
「深紫外線リトグラフィ用の乾式レジストとしてのプラ
ズマ堆積有機シリコン薄膜」に記載されている。
【００１０】上記に鑑みて、ホトリトグラフィ技術の改
善が望まれる。
【００１１】発明の要約 本発明は、０．１８ミクロン未満の表面構造サイズを有
する集積回路の形成に特に有効な、新しい改良形乾式ホ
トリトグラフィ技術を提供する。本発明は、シリコン原
子に結合された少なくとも２つの炭素原子と少なくとも
１つの水素原子を有する有機シラン前駆物質から、安定
したプラズマ重合有機シラン（ＰＰＯＳ）層を堆積させ
る。発明者等は、上記前駆物質から堆積したプラズマ重
合有機シラン膜が、単一のＳｉ−Ｃ結合（例えばＰＰＭ
Ｓ）のみを有する有機シラン前駆物質に比べて改善した
安定性を持ち、また、Ｓｉ−Ｈ結合のない有機シラン前
駆物質から堆積した膜よりも良好な吸収特性を持つこと
を発見した。本発明によって形成されるプラズマ重合有
機シラン層は、生産環境でウェーハの従来型ホトリトグ
ラフィ処理に一致する期間のホトリトグラフィ露出の前
も後も、空気中で安定している。本発明のこの好ましい
実施態様は、前駆物質ガスとしてジメチルシラン（ＤＭ
Ｓ）とトリメチルシラン（ＴＭＳ）とを使って、それぞ
れプラズマ重合ジメチルシラン（ＰＰＤＭＳ）層とプラ
ズマ重合トリメチルシラン（ＰＰＴＭＳ）層とを堆積さ
せる。
【００１２】本発明に従って堆積するプラズマ重合層を
使って、露出後にサブミクロン表面構造を画成できる。
通常、プラズマ重合有機シラン層は、空気などの酸素含
有環境内で深紫外線放射に層を露出することによって酸
化される。１９３ｎｍと２４８ｎｍの放射は、層の露出
に適した深紫外線放射の特別な実施例である。露出層は
ハロゲンと酸素を含むプラズマ中で現像されて、０．１
μｍよりも小さいか等しい解像度を持った表面構造を画
成できる。露出と未露出層間のコントラストは現像プラ
ズマの酸素含有量によって選択的に制御されて、現像エ
ッチングパラメータによって１：１と１：１０００の間
で変更できる。
【００１３】本発明者等はまた、全く予期しないことだ
が、シリコン原子に結合した少なくとも２つの炭素原子
と少なくとも１つの水素原子を有する有機シラン前駆物
質から形成された膜が、ＰＰＭＳ層の場合に可能である
よりも低い露光量で首尾良くパターニングと現像ができ
ることを発見した。低い露光量は処理能力の重要な改善
を意味するが、この発見は、１９３ｎｍホトリトグラフ
ィプロセスの立場から見て特に重要である。現在利用可
能な１９３ｎｍステッパマシンは、１９３ｎｍのＵＶ光
の高い露光量に曝されると時間の経過とともに劣化する
精巧な光学系を持つ。これらの光学系はステッパの極め
て高価なコンポーネントであり、１９３ｎｍ光の高すぎ
る影響に曝されると消耗品になる場合がある。本発明の
方法によって堆積した膜は、２０ｍＪ／ｃｍ2 以下の１
９３ｎｍの深ＵＶの露光量でパターニングされて現像さ
れ、０．１μｍの解像度の円滑なラインを形成すること
ができる。
【００１４】本発明者等は、ＴＭＳ（（ＣＨ3 ）3 Ｓｉ
Ｈ）を使用する本発明の実施態様が、１９３ｎｍのホト
リトグラフィプロセスで特に有効なことを発見した。こ
のＰＰＴＭＳ層は、ＰＰＭＳ層に比べて改善された経時
安定性を持ち、ＰＰＭＳ層よりも低い露光量で、より円
滑なラインを形成できる。ＰＰＴＭＳ層はプロセス変動
に対して比較的敏感だが、１９３ｎｍの深ＵＶホトリト
グラフィを使用すると優れた解像度（０．１μｍ）を獲
得できる。
【００１５】本発明者等は、ＤＭＳを使用する本発明の
実施態様が、プロセス変動に対してＴＭＳの実施例より
も敏感でなく、１９３ｎｍと２４８ｎｍのホトリトグラ
フィプロセスの両方で特に有効であることを発見した。
ＰＰＴＭＳ層と同様に、このＰＰＤＭＳ層も、ＰＰＭＳ
層に比べて改善された経時安定性を持ち、ＰＰＭＳ層よ
りも低い露光量で、より円滑なラインを形成できる。発
明者等は、ＰＰＤＭＳ膜がＰＰＴＭＳ膜よりも表面近く
で光を吸収して、より完全に酸化するのに対して、ＰＰ
ＴＭＳ膜はＰＰＤＭＳ膜よりも深く酸化するが、完全性
の点で劣ることを発見した。
【００１６】本発明のこれらとその他の実施態様をその
利点と特徴とともに、下記の本文と添付の図面に関連し
て、より詳細に説明する。
【００１７】特定実施態様の説明 本発明は、半導体基板上に、パターン加工された、少な
くとも部分的に無機の層を形成するプロセスを提供す
る。プロセスは一般に、シリコン原子に付着した少なく
とも１つの水素原子と少なくとも２つの炭素原子を含む
有機シラン前駆物質からプラズマ重合有機シリコン膜
（ＰＰＯＳ膜）を堆積させること、その膜をホトパター
ニングして酸化領域を形成すること、およびプラズマを
使ってホトパターン加工膜の非酸化領域を選択的にエッ
チングすることによってパターン加工膜を現像するこ
と、を含む。適当な前駆物質は特に、ジメチルシラン
［（ＣＨ3）2 ＳｉＨ2 ］（ＤＭＳ）、トリメチルシラ
ン［（ＣＨ3 ）3 ＳｉＨ3 ］（ＴＭＳ）、ジエチルシラ
ン［（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ＳｉＨ2 ］、およびトリエチルシラ
ン［（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ＳｉＨ］を含む。現像された酸化膜
はバイア、トレンチ、および／またはその他の、基板上
にデバイスを造るための、または一つ以上の下層をエッ
チングするためのハードマスクとして使用するアパーチ
ャを含む。更なる実施態様では、プラズマ重合膜に形成
される酸化領域のエッチング選択性は、現像プラズマ内
の酸素の選択濃度によって制御される。
【００１８】ＤＭＳから形成される膜を「ＰＰＤＭＳ」
膜と呼ぶのに対して、ＴＭＳから形成される膜を「ＰＰ
ＴＭＳ」と呼ぶ。本発明の堆積プロセスは、市販の基板
処理装置を使って実施できる。例えば、層は、Applied
Materials, Inc. of Santa Clara, Californiaによって
製造されるPRECISION 5000（登録商標）または CENTURA
（登録商標）堆積システム（Applied Materials, Inc.
から入手可能な抵抗加熱式ＤｘＺTMチャンバを備えた場
合）などのクラスタツールで堆積できる。パターニング
用の露出は、２４８ｎｍの露光については、ASM LITHOG
RAPHY HoldingN. V. of Veldhoven, the Netherlands
で製造されたＩＳＩTM StepperのＡＳＭＬ／９００ＤＵ
Ｖシステムその他の適当な露出システムで実施できる。
パターン加工層は、これもApplied Materiasl, Inc. で
製造されたＤＰＳ（商標）チャンバなどのプラズマエッ
チングチャンバ内で現像できる。本発明のプロセスは、
サブ０．２５μｍ設計ルールを使って製造されるデバイ
スの表面構造サイズのパターニングに有効であり、本発
明の実施態様は、解像度向上技術を使って１９３ｎｍＤ
ＵＶツールでパターニングされると、０．１０μｍ以下
の小さい表面構造サイズの印刷に使用できる。
【００１９】本発明は、改善されたライン粗さ、重合酸
化物のより厚い層、空気中の優れた安定性、高い光感度
を提供するとともに、より大きな現像およびエッチング
選択性を可能にする。これらの改善された重合酸化物層
は、従来から知られるＰＰＭＳホトリトグラフィ技術に
比べて優れた限界寸法の均一性と制御を提供する。更
に、そのより厚く、より円滑なエッジの重合酸化物層
は、パターン転写エッチングプロセス用の単一層レジス
トマスクや、バイレベルプロセスのトップ層マスクなど
の優れたプロセスマスクとして役立つ。
【００２０】１． 代表的な単一層乾式ホトリトグラフ
ィプロセス 本発明をより良く理解するために、最初に図１Ａ〜１Ｅ
に関して説明する。図は基板の一部の簡易断面図で、本
発明によるポリシリコンゲートを形成するためのネガ調
現像用途である単一層ＰＰＯＳを堆積およびパターニン
グするために使用されるシーケンスを示す。ＰＰＯＳ層
はＰＰＤＭＳ、ＰＰＴＭＳ、またはその他の、少なくと
も２つのＳｉ−Ｃ結合と１つのＳｉ−Ｈ結合を有する有
機シラン前駆物質をプラズマ重合することによって形成
されるプラズマ重合有機シラン層でよい。当然のことだ
が、このプロセスシーケンスは単なる例であって制限的
なものではない。例えば、他の材料がＰＰＯＳ層の下に
きてもよく、例えば、メタルゲートや相互接続用の金属
層、金属間材料、または「低ｋ」（低誘電率）材料など
の誘電体材料である。更にまた、他のデバイスやデバイ
スの表面構造も形成できることは言うまでもない。
【００２１】図１Ａでは、ゲート酸化物層１０がシリコ
ン基板１２の上に形成され、ポリシリコン層１４がゲー
ト酸化物層の上に形成されている。図１Ｂは、プラズマ
強化ＣＶＤプロセスでポリシリコン層の上に形成された
ＰＰＯＳ１６の層を示す。本発明によるＰＰＯＳ堆積プ
ロセスの詳細は、図１Ａ〜１Ｆの説明の後で図２に関し
て詳しく説明する。
【００２２】図１Ｃは、ＰＰＯＳ層１６が、空気または
酸素含有混合ガスなどの酸化体の存在下で、パターン加
工マスクを介して、矢印１８で表されるＤＵＶ光に露出
される状態を示す。マスクの不透明区域２２、２４は、
ＰＰＯＳ層の選択部分２６、２８からのＤＵＶ光を阻止
するのに対して、ＰＰＯＳ層の露出部分３０はプラズマ
重合有機シラン酸化物に転化され、それをＰＰＯＳＯと
呼ぶ。当然のことだが、ＰＰＯＳＯは一般に露出酸化Ｐ
ＰＯＳのことを指し、酸化および／または結果としての
材料構造が、特に層の断面の沿って変化することがある
ので、特別または特定の材料構造や化学量論に限定され
ない。
【００２３】図１Ｄはプラズマを使って未露出のＰＰＯ
Ｓを選択的にエッチングしてＰＰＯＳＯの残存層３１を
残す現像エッチングを示す。塩素含有プラズマはＰＰＯ
ＳとＰＰＯＳＯ材料の間で選択的である、すなわち、プ
ラズマは、ＰＰＯＳ材料をＰＰＯＳとは異なる速度で、
この例では、より速くエッチングする。エッチング速度
の差はエッチング選択性として知られる。フッ素または
臭素などの他のハロゲンを、塩素に加えるかその代わり
として使ってもよい。このようにして、露出済ＰＰＯＳ
層を現像してネガ調のパターン加工層を作ることができ
る。
【００２４】一般に、エッチング選択性が高くなればな
る程（ネガ調では、塩素含有プラズマプロセス）、すべ
てのＰＰＯＳ材料が除去されたときに残るＰＰＯＳＯ材
料が多くなる。以下に更に詳しく説明するように、現像
エッチングプラズマに酸素を加えてエッチング選択性を
増加させてもよい。「高コントラスト」マスク層は、現
像後に残った前現像エッチング層の初期厚さの比較的多
くの部分を持つ。十分な厚さと密度を持ったパターン加
工（露出されて現像された）マスク層をプロセスマスク
として（この場合はエッチングマスクとして）使用し
て、ポリシリコンゲート領域を画成できる。
【００２５】酸素プラズマストリッププロセスやＵＶ硬
化などのオプションの酸化プロセスが現像エッチングの
後に続いて、材料の残りをＳｉＯ2 に転化させることが
できる。下記に更に詳しく説明するように、露出済ＰＰ
ＯＳＯ対未露出のＰＰＯＳの現像エッチングの選択性
は、現像時に選択的に制御できる。一般に、現像プラズ
マ中の酸素の濃度が高くなり、ＨＢｒ：Ｃｌ2 比が高く
なり、チャンバ圧力が高くなり、ＲＦバイアス電力が低
くなると、選択性は高くなる。通常、選択性の高い、高
度に酸化されたＰＰＯＳＯ層が望ましいが、状況によっ
て、例えば、ポジとネガの表面構造の間隔が共に非常に
接近しているときは、さもなければ未露出ホトマスク材
料をクリアーする能力を制限するかもしれない露出と未
露出領域間の酸化勾配の遷移のために、エッチングプロ
セス時に選択性を制限することが望ましいだろう。更
に、現像ステップに続く酸化を酸素プラズマストリップ
プロセスまたはＵＶ硬化を用いて実行して、材料の残り
をシリコン酸化物に転化させることができる。プロセス
は、基板に対するイオン損傷を避けるためにリモートマ
イクロウェーブプラズマジェネレータを使用するＡＳＰ
TMチャンバかＤｘＺTMチャンバ（共に、例えば、APPLIE
D MATERIALS, INC. から入手可能）、または他のシステ
ムと共に使用される他のチャンバ内で実行される。
【００２６】図１Ｅは、ポリシリコンゲート３２をエッ
チングするためのプロセスマスクとしてのＰＰＯＳＯ層
３１の使用を示す。従来のＣｌ2 ／ＨＢｒ／Ｏ2 ベース
のプラズマがこのプロセスのために使用されることは当
業者の知るところである。断面は縮尺に合っていない
し、層の厚さはもっぱら説明の目的で示される。このプ
ロセスでは、ゲート誘電体層１０はパターン転写プロセ
ス時にエッチングされなかった。
【００２７】図２は、パターン加工ＰＰＯＳ層を形成す
るためのプロセス３００の簡易流れ図である。図２で
は、少なくとも２つのＳｉ−Ｃ結合と少なくとも１つの
Ｓｉ−Ｈ結合を有する有機シラン前駆物質が、集積回路
が製造される基板を収容する処理チャンバに対して準備
される（ステップ３０２）。プラズマは有機シラン前駆
物質から形成され（ステップ３０４）、ＰＰＯＳの層が
基板上に形成される（ステップ３０６）。ＰＰＯＳ層の
選択部分が次に光に露出されて（ステップ３０８）、少
なくとも部分的に層を酸化させる。露出ＰＰＯＳ層は次
にプラズマエッチングプロセスで現像されて（ステップ
３１０）、層の部分を選択的に除去する。
【００２８】本発明の方法によれば、ステップ３０６で
形成されたＰＰＯＳ層は、ジメチルシランやトリメチル
シランなどの高炭素有機シラン前駆物質から形成され
る。しかしながら、前駆物質が、少なくとも２つのシリ
コン−炭素結合と少なくとも１つのシリコン−水素結合
を有するシリコン原子を含む限り、他の高炭素有機シラ
ン前駆物質を使用できるものと考えられる。そのような
他の前駆物質の例はジエチルシラン、トリエチルシラ
ン、ジプロピルシラン、トリプロピルシラン等を含む。
一般に、液体ソースを気化することに伴う余分のハード
ウエアのコストのために、液体ソースは気体ソースより
も好まれない。また、鎖の長い炭化水素は一般に、鎖の
短い炭化水素よりも好まれない。理由は、鎖の長い化合
物でプラズマを点火することが困難になるし、また結果
としてのＰＰＯＳ層にＳｉ−Ｓｉ結合を形成することが
困難になるからである。最後に、充分なＳｉ−Ｓｉ結合
を得るためには、少なくとも１つのＳｉ−Ｈ結合を持つ
ことが重要である。結果としての膜の中にＳｉ−Ｓｉ結
合があまりにも少ないと、光吸収問題と、より低い酸化
効率をもたらし、これがひいては、劣ったエッチング選
択性を招いて高い露光量を要求することになる。かくし
て、Ｓｉ−Ｈ結合を持たないテトラメチルシランその他
のソースは、本発明による深ＵＶホトリトグラフィ処理
用の望ましい前駆物質ではない。
【００２９】本発明者等は、上記の高炭素有機シラン前
駆物質ガスからＰＰＯＳ層を堆積させることが（１）メ
チルシランから形成される層よりも安定した（すなわ
ち、酸化に対してより耐性のある）層と、（２）よい感
光性の高い層とをもたらすことを発見した。ＰＰＯＳ層
の感光性の増加は特に驚くべきことで、本発明によって
堆積するＰＰＯＳ層を、ＰＰＭＳ層の場合に可能である
よりも低い露光量を使って首尾よくパターニングして現
像することができる。低い露光量は処理能力の重要な改
善を意味するが、この発見は１９３ｎｍホトリトグラフ
ィプロセスの立場から見て特に重要である。現在入手可
能な１９３ｎｍステッパマシンは、高光量の１９３ｎｍ
深ＵＶ光に曝されると時の経過とともに劣化する精巧な
光学系を持つ。これらの光学系はステッパの極めて高価
なコンポーネントで、１９３ｎｍ光のあまりにも高い影
響に曝されると消耗品になる場合がある。
【００３０】本発明に従って堆積するＰＰＤＭＳ膜は、
１９３または２４８ｎｍのＵＶ放射を使って首尾よくパ
ターニングおよび現像できる。本発明の或る実施態様で
は、ＰＰＤＭＳ膜は、５０ｍＪ／ｃｍ2 以下と２５ｍＪ
／ｃｍ2 以上の露光量の２４８ｎｍ放射を使って現像で
きる。他の実施態様では、堆積したＰＰＤＭＳ膜は、５
〜２０ｍＪ／ｃｍ2 の間の露光量の１９３ｎｍ放射を使
って現像できる。本発明の特定実施例によって堆積した
ＰＰＴＭＳ膜は、５〜２０ｍＪ／ｃｍ2 の間の露光量の
１９３ｎｍＵＶ放射を使ってパターニングおよび現像で
きる。より高い露光量の１９３ｎｍＵＶ放射を使ってＰ
ＰＤＭＳまたはＰＰＴＭＳ膜を現像できるかもしれない
が、そのような露光量は、発明者等の現在承知する１９
３ｎｍホトリトグラフィツールの高価な光学系コンポー
ネントを損傷させる可能性がある。
【００３１】本発明者等は、適当なＰＰＴＭＳ層が、Ce
ntura 5200プラットホーム上で運転されるＤｘＺチャン
バで８インチのシリコンウェーハ上のＰＰＯＳ層として
形成できるものと決定した。しかしながら、８インチウ
ェーハは単に例として使用されるもので、６インチや１
２インチやその他のタイプのウェーハを適切な寸法のチ
ャンバで別途に使用できることは言うまでもない。Cent
ura（登録商標）プラットホームは５０個のウェーハを
処理するとともに、リトグラフィの準備ができるまで、
それらのウェーハを真空に保持できる２つのロードロッ
クを備えている。
【００３２】特定実施態様におけるＰＰＴＭＳ層の堆積
では、ウェーハは約５０〜１５０℃の間の温度に加熱さ
れ、ガス分配マニホルドから約２００〜６００ｍｉｌの
間の距離に配置される。ＴＭＳは約１０〜５００ｓｃｃ
ｍの間の流量で供給され、約０〜１０００ｓｃｃｍの間
の水素またはヘリウムの流れと組み合わされ、またプラ
ズマは約１００〜５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）の間の
ＲＦ電力レベルと約１．０〜５．０Ｔｏｒｒの間のチャ
ンバ圧力で形成される。結果としてのＰＰＴＭＳ層は約
１．５８〜１．６６の間の屈折率だった。
【００３３】アルゴン、窒素その他の比較的不活性なガ
ス（すなわち、膜の中に有意な量で混入しない成分を持
ったガス）を、水素および／またはヘリウムの代わりか
それと組み合せて使用できる。驚くべきことに、状況に
よって、堆積プロセス中にチャンバに流入する水素ガス
が、実際にＰＰＴＭＳ層に混入する水素の量を減少させ
る場合があることが分かった。一実施態様では、窒素と
水素の組合せが希釈ガスとして好まれるが、それはこの
組合せの流れが水素のみを使うよりも安価だからであ
る。
【００３４】本発明者等は、ＰＰＤＭＳ膜もまた、８イ
ンチウェーハ用に装備されたApplied Mateirals のＤｘ
Ｚ誘電体ＣＶＤチャンバを使って堆積できると決定し
た。特定実施態様では、ＰＰＤＭＳ膜を１．０〜２．０
Ｔｏｒｒの間の圧力で堆積させて、５０〜４００Ｗの間
のＲＦ電力（１３．５６ＭＨｚ）を使ってプラズマを形
成する。ウェーハは６０〜１６０℃の間の温度に加熱さ
れ、ガス分配マニホルドから２７５〜４２５ｍｉｌの間
隔で配置される。ＤＭＳは５０〜２５０ｓｃｃｍの間の
流量で供給される。更に、水素、ヘリウム、アルゴン、
窒素その他の比較的不活性なガスなどの希釈ガスを堆積
時に使用して、膜の特性を更に微調整することができ
る。一つの特定プロセスは１．５Ｔｏｒｒ、１５０Ｗの
１３．５６ＭＨｚＲＦ周波数電力、３２５ｍｉｌのヒー
タ対電極間隔、１２０℃で１００ｓｃｃｍのジメチルシ
ラン、および１００ｓｃｃｍのＨ2 である。これらのプ
ロセス条件を使用して、ＰＰＤＭＳ層を２００ｍｍのウ
ェーハ上に、厚さの変動１．５％（１σ）以下、屈折率
の変動±０．０１で堆積させることができる。
【００３５】ＰＰＤＭＳまたはＰＰＴＭＳプロセスに対
して、ある実施態様では、商業的に許容可能な膜の堆積
速度を得るために堆積圧力を１．０Ｔｏｒｒ以上に保つ
ことが好ましい。また、ある実施態様では、各堆積後に
チャンバを洗浄することが好ましい。一例では、チャン
バは各堆積後に６００Ｗの現場ＣＦ4 ／Ｎ2 Ｏプラズマ
クリーン処方で運転することによって洗浄できる。すべ
てのウェーハを処理した後、ロードロックがＮ2 ガスを
使って大気に通気され、ウェーハがコンテナに取り出さ
れて、使用の準備ができるまで急速なＮ2 ガス流でパー
ジされる。
【００３６】２． 代表的なバイレイヤーホトリトグラ
フィプロセス 図３Ａ〜３Ｆは、ＰＰＯＳ前駆物質を使用するバイレイ
ヤーレジストプロセスのステップを説明する基板の一部
の簡易断面である。図１Ａ〜１Ｅの場合と同様に、ＰＰ
ＯＳ層はＰＰＤＭＳ、ＰＰＴＭＳその他の、少なくとも
２つのＳｉ−Ｃ結合と少なくとも１つのＳｉ−Ｈ結合を
有する有機シラン前駆物質をプラズマ重合することによ
って形成されたプラズマ重合有機シラン層でよい。
【００３７】図３Ａでは、酸化物層２００が基板２０２
の上に形成される。この実施態様では、酸化物層は熱成
長または堆積によって形成されたシリコン酸化物層であ
る。他の実施態様では、層２００はオキシニトライド(o
xynitride)その他の誘電体層、金属層、金属間層、また
はポリシリコン層などの半導体層である。ホトレジスト
２０４の層は、従来の有機液体ホトレジストその他の適
当な有機材料を従来の技術に従ってスピニングすること
によって、誘電体層２００の上に形成される。有機下層
はハードベーク(hard-baked)されるが、それは、有機下
層の光感度がこの例では頼りにならず、むしろ、ハード
ベークされた有機下層の既知の特性とプロセス適合性と
が望ましいからである。
【００３８】図２Ｂでは、ＰＰＯＳ２０６の層が上述の
ようにホトレジスト層２０４の上に堆積する。図２Ｃ
は、露出部分２０８（少なくとも部分的にＰＰＯＳＯま
で酸化されている）と未露出部分２１０とを持つ、ＤＵ
Ｖ光に露出した後のＰＰＯＳ層を示す。図２Ｄは、現像
エッチングと酸素プラズマストリップ後のＰＰＯＳ層の
露出部分を示す。
【００３９】図２Ｅは、異方性酸素プラズマエッチング
を用いてＰＰＯＳＯ層２１２のパターンをハードベーク
有機下層に転写した後のパターン加工ハードベークホト
レジスト層２１４を示す。このパターン転写エッチング
は、１００：１の有機下層対ＰＰＯＳＯ以上の選択性を
持つ。図２Ｆは、第２パターン転写エッチング（この場
合、ハードベークホトレジストその他の有機下層マスク
と共に使用される従来の酸化物エッチングである）の後
のパターン加工酸化物層２１６を示す。第２パターン転
写エッチングハードベークホトレジストの下にくる層
を、ハードベークホトレジストよりも多くエッチングす
る。下層とＰＰＯＳＯの間に低い選択性が存在する場
合、ＰＰＯＳＯが下層と同時にエッチングされるだろ
う。この例では、図２Ｅは、酸化物層が基板までエッチ
ングされる前にＰＰＯＳＯ層がエッチングで除去された
ことを示すためにＰＰＯＳＯ層なしで画かれているが、
言うまでもなく、ＰＰＯＳＯ層が完全に除去されたか否
かは、特に第２パターン転写エッチングの選択性とＰＰ
ＯＳＯおよび下層の相対厚さとに依存する。ハードベー
ク有機下層は、希望すれば、従来の方法を使って除去さ
れて、更なる処理が基板に対して実行される。
【００４０】図４は、バイレベルレジストプロセス用の
プロセス４００の簡易流れ図である。プロセス層が基板
の上に形成される（ステップ４０２）。プロセス層は酸
化物層、誘電体層、金属層、半導体層、またはその他の
タイプの層か層と材料の組合せでよい。ホトレジストそ
の他の有機材料はプロセス層の上に塗布、例えば、スピ
ニング、スプレー、または浸漬されて、ハードベークさ
れる（ステップ４０４）。ＰＰＯＳの層はハードベーク
ホトレジスト層の上に堆積させて（ステップ４０６）、
ホトマスクを介してＤＵＶ光で露出され（ステップ４０
８）、上述のように、現像エッチングプロセスで現像さ
れる（ステップ４１０）。
【００４１】第１パターン転写エッチングを使って、現
像ＰＰＴＭＳ層のパターンをハードベークホトレジスト
層に転写する（ステップ４１２）。次に、第２パターン
転写エッチングを使って、ハードベークホトレジスト層
のパターンをプロセス層に転写する（ステップ４１
４）。一部の例では、使用される特定材料とエッチング
の化学的性質によって、第１パターン転写と第２パター
ン転写エッチングプロセスを組み合せてもよい。ハード
ベークホトレジストと現像ＰＰＯＳ層の残りは次に、希
望すれば、従来の方法を使って除去される。
【００４２】３． 代表的なＰＰＯＳ堆積システム 図５Ａは、本発明に従って基板上にプラズマ重合有機シ
ラン（「ＰＰＯＳ」）層を形成するのに適したＣＶＤシ
ステムの簡易表示である。システムは、チャンバ壁４０
ａとチャンバ蓋アセンブリ４０ｂとを含む処理チャンバ
４０を持つ。ＣＶＤシステムは、プロセスガスを基板に
配送するためのガス分配マニホルド４２を含み、基板
は、プロセスチャンバ内の加熱式ペデスタル４４の表面
３８の上に載っている。ペデスタルは、ウェーハをポー
ト４３を通して装填または取り外しできる下部の装填／
取り出し位置（図示の通り）と、ガス分配面板４６に密
接する上部の処理位置（鎖線４５で示す）の間で制御可
能に移動できる。センターボード（図示せず）は、ウェ
ーハの位置の情報を提供するためのセンサを含む。
【００４３】堆積およびキャリアガスは、ガス分配プレ
ート、つまり面板４６の複数の孔を通してチャンバに導
かれる。より詳細には、堆積プロセスガスは入口マニホ
ルド４２（矢印４７で示す）を通り、孔明きブロッカプ
レート４８を通った後、ガス分配円盤４６の孔を通って
チャンバに流入する。
【００４４】図５Ｂは、ＣＶＤシステム３６の追加の特
徴の簡易表示である。マニホルド４２に達する前に、堆
積およびキャリアガスはガスソース５０からガス供給管
路５２を通って混合装置５４に入り、そこでそれらのガ
スが組み合わされた後、マニホルド４２に送られる。一
般に、各プロセスガスの供給管路は（ｉ）チャンバへの
プロセスガスの流入を自動または手動で遮断するために
使用可能ないくつかの安全遮断バルブ（図示せず）と、
（ｉｉ）供給管路を通るガスの流れを測定する質量流量
コントローラ（これも図示せず）とを含む。有毒ガスが
プロセスで用いられるときは、いくつもの安全遮断バル
ブが、従来の構成で各ガス供給管路に配設される。
【００４５】ＣＶＤシステム内で実行されるプラズマ強
化堆積プロセスの間、ＲＦ電源５６がガス分配面板４６
とペデスタル４４間に電力を加えてプロセスガス混合物
を励起することによって、面板とペデスタル間の円筒領
域内にプラズマを形成する（この領域は本明細書では
「反応領域」と呼ぶ）。プラズマの成分が反応して、ペ
デスタル４４上に支持された半導体ウェーハの表面に所
望の膜を堆積させる。ＲＦ電源５６を混合周波ＲＦ電源
で運転して、１３．５６ＭＨｚの高ＲＦ周波（ＲＦ１）
と３６０ｋＨｚの低ＲＦ周波（ＲＦ２）、または単一周
波数（この場合は１３．５６ＭＨｚ）で電力を供給でき
る。抵抗加熱式のペデスタル４４がウェーハを所望の温
度に維持するのに役立つ。
【００４６】プラズマ堆積プロセス中、プラズマは、排
気通路５８と遮断バルブ６０を囲むチャンバ本体４０ａ
の壁を含めて、全プロセスチャンバを加熱する。液体を
プロセスチャンバの壁の中の通路（図示せず）を通って
循環させて、チャンバを所望の温度に保つことができ
る。チャンバ壁の温度を制御するために使用される流体
は、ウォータベースのエチレングリコールかオイルベー
スの熱伝達流体などの流体を含む。このような温度制御
が壁を加熱することによって望ましくない反応生成物の
凝結を有利に削減または除去して、万一低温の真空通路
の壁に凝結してガス流のない時に処理チャンバに還流す
るような場合にプロセスを汚染するかもしれないプロセ
スガスの揮発性生成物やその他の汚染物質の排除を改善
することができる。
【００４７】層として堆積しなかったガス混合物の残り
は、反応生成物を含めて、真空ポンプ（図示せず）によ
ってチャンバから真空排気される。詳細には、ガスは、
反応領域を囲む環状でスロット形のオリフィス６２を通
って環状の排気プレナム６４に排気される。環状スロッ
トとプレナムとはチャンバの円筒側壁の頂部と円形チャ
ンバ蓋６６の底部の間の隙間によって画成される。スロ
ットオリフィスとプレナムの３６０°の円対称と均一性
が、ウェーハ上のプロセスガスの均一な流れを獲得して
ウェーハ上に均一な膜を堆積させるために重要である。
【００４８】排気プレナム６４から、ガスはその横方向
延長部分６８の下を流れて、覗き窓（図示せず）を過
ぎ、真空遮断バルブ６０（その本体は下部チャンバ壁と
一体）を過ぎて、前方管路（図示せず）を通って外部真
空ポンプ（図示せず）に接続する排気出口７０に至る。
【００４９】通常、チャンバライニング、ガス入口マニ
ホルド面板、および各種の他のリアクタハードウェアの
一部または全部がアルミニウム、陽極処理アルミニウ
ム、またはセラミックなどの材料から製作される。その
ようなＣＶＤ装置の一例は、Zhao 他に発行された「Ｃ
ＶＤ処理チャンバ」と題する米国特許第5,558,717 号に
記載されている。特許第 5,558,717 号は、本発明の譲
受人である Applied Materials,Inc. に譲渡され、引用
によって本明細書に全体的に組み込まれている。
【００５０】ＣＶＤシステム３６の各種コンポーネン
ト、例えば遮断バルブ、流量コントローラ、スロットル
バルブ、ＲＦ電源、およびチャンバと基板の加熱システ
ムはすべて、制御線路７４を介してシステムコントロー
ラ７２によって制御され、その一部のみが図示される。
コントローラは光学センサからのフィードバックに頼っ
て、コントローラの制御下で適切なモータによって動か
される可動機械アセンブリの位置を決定する。好ましい
実施態様では、コントローラはハードディスクドライブ
やフロッピー（登録商標）ディスクやＲＯＭカードなど
のメモリ７６と、プロセッサ７８とを含む。メモリをソ
フトウエアプログラムでロードして、独特の方法でＣＶ
Ｄシステムを構成したり、独特なプロセスを実行するこ
とができる。
【００５１】上記のリアクタの記述は主として説明のた
めであって、他のプラズマＣＶＤ装置、例えば電子サイ
クロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置、誘導結
合ＲＦ高密度プラズマＣＶＤ装置なども使用できる。更
に、上記システムのバリエーション、例えばペデスタル
設計、ヒータ設計、ＲＦ電力周波数、ＲＦ電力接続部の
位置その他のバリエーションが可能である。例えば、ウ
ェーハはサセプタによって支持されて、石英水銀灯によ
って加熱できるだろう。本発明の層とその層を形成する
方法は、いかなる特定装置や特定のプラズマ励起方法に
も限定されない。
【００５２】４． 代表的な現像エッチングシステム 図５Ｃは、乾式ホトリトグラフィプロセスの現像エッチ
ングステップ、およびパターン転写エッチングなどの他
のエッチングステップを実行するために適したエッチン
グシステム８０の簡易表示である。システムは、アーチ
形の非導電または誘電体天井８４を持つプロセスチャン
バ８２を含み、天井はウェーハペデスタル８６と対向し
て間隔をあけてオーバーラップする状態で支持されるド
ーム、好ましくは多半径のドームでよい。天井の中央部
分はコイル９０に対して中心をなすとともに、ウェーハ
ペデスタル８６に対して中心をなし、ペデスタルは半導
体ウェーハその他の基板９２を支持するように構成され
る。処理ガスソース９４は、ガスをガス入口９６を介し
てチャンバに供給する。ポンプ９８は処理ガスソースに
関連してチャンバ圧力を制御し、一般にチャンバを選択
圧力まで真空排気できる。更に、ポンプとガスソースを
調節して、選択されたガス流量を一定または可変の選択
チャンバ圧力のチャンバを通して提供するようにしても
よい。
【００５３】プラズマソース電源１００は、ＲＦ整合回
路網１０２を介してコイル９０にＲＦエネルギーを提供
する。ＲＦ電力はコイルの「ホット」タップ１０４に供
給され、コイルは接地タップ、つまりタップ１０６、１
０８を介して接地されるので、回路にはプラズマソース
電源が完備されて、それが接地１１０される。ホットタ
ップと接地タップの位置はもっぱら例として与えられる
もので、その位置や極性は、チャンバ内の所望のプラズ
マ密度分布によって変更できる。接地シールド１１２が
コイル部分を取り囲む。
【００５４】ペデスタル８６は、チャンバのチャンバベ
ース１２０とペデスタルの外部接地部分１１６の両者か
ら電気的に隔離された内部導電部分１１４を含む。ＲＦ
バイアス源１１８はＲＦエネルギーをペデスタルの内部
導電部分１１４に提供する。
【００５５】コイル９０に提供されたＲＦソース電力の
一部は非導電チャンバ天井８４を介して結合して、比較
的高密度のプラズマをコイルの近傍に形成する。高密度
プラズマによって、コイルの近傍に比較的高いプラズマ
密度勾配が生じるが、基板９２の近傍のプラズマは、イ
オン拡散その他の要因によって密度がより均一である。
更に、プラズマの発生は通常、熱、高エネルギー放射、
非常に反応性の高いプラズマ核種、およびプロセスウェ
ーハを損傷するかもしれない潜在的に望ましくないその
他の生成物を伴う。このチャンバでは、プラズマの発生
は基板から離れて起こるので、プラズマは本質的にプラ
ズマ発生環境からウェーハを保護する。この種のプラズ
マを減結合プラズマ (decoupled plasma)と呼ぶ。
【００５６】ＲＦバイアスソース１１８は、基板９２の
表面に本質的に直交する交番電場を作り出す。この電場
は、イオンなどのプラズマ核種をウェーハの方向とそれ
から離れる方向に加速する。これらの移動イオンは基板
の表面を物理的にスパッタしたり、その表面と反応して
異方性プロセスをもたらす。例えば、選択エッチング核
種をバイアスして、ＲＦバイアスなしに得られるよりも
高いアスペクト比でトレンチをエッチングできる。
【００５７】コイル９０は多半径形に巻かれるのが望ま
しいが、他の形状に加えて、直円筒形と平面形の間に及
んでもよい。好ましい多半径コイルは天井８４の多半径
曲線と形状が一致するが、コイルは非形状一致形でもよ
い。好ましい実施態様では、コイルの中心部分１２２は
ほとんど平坦で、天井の中心に最も近い。
【００５８】ＣＶＤシステム３６の場合と同様に、エッ
チングシステム８０の各種コンポーネント（例えば、特
にガス遮断バルブと流量コントローラ（図示せず）、ポ
ンプ９８、プラズマ電源１００、およびＲＦバイアス源
１１８）はシステムコントローラ（図示せず）によって
制御される。実施態様の中には、システムコントローラ
７２がＣＶＤシステム３６とエッチングシステム８０の
両者を制御できるものがある。
【００５９】現像エッチングおよび／またはパターン転
写エッチングに適するチャンバの実施例の更に完全な説
明は、Hanawa 他に対して１９９８年５月１９日に発行
されて Applied Materials, Inc. に譲渡係争中の米国
特許第 5,753,044号に記載され、その開示は、あらゆる
目的で本明細書に組み込まれている。勿論、他のタイプ
のエッチングシステムやプロセスも使用可能で、例え
ば、容量結合エッチングシステム、バイアスの有る無し
のリモートプラズマエッチングシステム、または湿式エ
ッチングシステムでもよい。
【００６０】５． ＰＰＭＳ膜をＰＰＴＭＳおよびＰＰ
ＤＭＳ膜と比較した実験結果 図６は、基板の酸化物層１２６上のＰＰＭＳ１３０の露
出済で現像済のラインの走査電子顕微鏡写真（「ＳＥ
Ｍ」）である。ラインは０．１５μｍのライン間隔で形
成された。ＰＰＭＳ層をＤｘＺチャンバで約２，０００
Åの厚さに堆積させ、現像プロセスは４０％のオーバー
エッチング期間を含めた、すなわち、ＰＰＭＳが名目
上、現像エッチング時間ｔの間に未露出区域から除去さ
れた後、残りのＰＰＭＳの未露出区域をクリヤーするた
めに現像エッチングが更に（０．４*ｔ）の「オーバー
エッチング期間、継続される。上述のように、露出の勾
配は通常、露出と未露出区域の間で発生して、オーバー
エッチング技術を使って、ある程度まで所期のパターン
を回復する。しかしながら、ＳＥＭから分かるように、
残存ＰＰＭＳＯ層の厚さはかなり薄いように見える。こ
れは、一部はオーバーエッチングによるかもしれない
が、一部はＰＰＭＳ／ＰＰＭＳＯの露出と低選択性現像
特性によるかもしれない。ＳＥＭから、ＰＰＭＳＯライ
ン１３０のエッジ１２８が不均一で、ざらざらしている
のが分かる。
【００６１】本発明者等は、プラズマ重合堆積プロセス
時のＭＳの水素含有量がＰＰＭＳ膜の安定性に影響を与
えること、および、水素含有量を低くできる場合には、
より安定した膜になるかもしれないと仮定した。最初の
実験は、プラズマを水素ガスで希釈し、従って重合プロ
セス時にＭＳによって解放される水素と組み合わせるた
めの水素の反応核種をより多く供給することによって、
ＰＰＭＳ膜に混入した水素を削減するように努めた。実
験の第２ラウンドは、堆積温度を上げて、水素を基本的
に追い出して重合を促進するようにした。両方の実験方
法によって、ＰＰＭＳ層の表皮の形成をもたらしたが、
その材料は依然として空気中で酸化すると思われる。
【００６２】本発明者等は次に、シリコンポリマーが水
素原子の代わりにメチル基の末端を持ち、従って空気中
で、より安定するように（メチル基は末端水素よりも空
気中で酸素と反応しにくい）、ＭＳよりもメチル基を多
く含む前駆物質ガスを試みた。ジメチルシランとトリメ
チルシランとを前駆物質として選び、別々のＰＰＤＭＳ
とＰＰＴＭＳ層を堆積させて安定性を測定した。
【００６３】安定性を測定する一つの方法は、重合シリ
コン層の屈折率（「ＲＩ」）を時間の経過とともに測定
することである。安定した材料のＲＩは本質的に一定の
ままだが、不安定層のＲＩは、層が酸化すると（例え
ば、外気に曝されると）減少する傾向がある。図７は、
ＰＰＤＭＳプロセス層１３４とＰＰＴＭＳプロセス層１
３６のＲＩに対してＰＰＭＳプロセス層１３２のＲＩを
比較している。
【００６４】層の安定性は、ステップ式(stepped) 、ま
たはステップアンドスキャン露出プロセスで特に重要で
ある。ステップ式露出プロセスは一度にウェーハの一部
を露出して、全ウェーハが露出されるまでウェーハを横
切ってマスクをステップさせる。８インチウェーハを横
切ってステップまたはスキャンされる露出は、ダイスの
寸法と各ダイスに必要な光量によって、１〜２分の時間
がかかるだろう。これは一般に、従来のスピンオンホト
レジストでは問題でない。しかしながら、ＰＰＭＳで
は、ウェーハ全体が一般に全ステップ式露出プロセスの
間、空気に曝されるので、先のステップでの露出済ＰＰ
ＭＳＯは通常、その後のステップが露出されるときに酸
化を継続する。かくして、最初の露出ステップが最大で
１５分間か、多分更に長期間、酸化を続けた後で、最後
のステップが露出される。
【００６５】代表的なＰＰＭＳ層では、この空気酸化の
期間は、約２０ｍＪ／ｃｍ2 の露光量の変化に等しいと
決定された。言い換えると、各ステップが６０ｍＪ／ｃ
ｍ2のＤＵＶ光に露出された場合、最後のステップが露
出される時までに、最初のステップは８０ｍＪ／ｃｍ2
の露出に等しい酸化程度になるだろう。同時に、未露出
ＰＰＭＳＯは、通常は露出済ＰＰＭＳより速い速度で酸
化しているので、ＰＰＭＳ層の露出と未露出部分の間の
結果的なコントラストを減少させる。実施態様の中に
は、ウェーハのステップを跨ぐ露光量を変化させること
によって、少なくとも部分的に補償が可能なものもあ
る。最終または所望の酸化程度は、特に公称露光量、Ｐ
ＰＭＳ層の重合度、ＰＰＭＳ堆積プロセスの温度、周囲
大気への暴露、露光波長、総ステップ式露光時間、およ
びＰＰＭＳ層の厚さを含む幾つもの要因に依存するの
で、露光量の調節が、異なる用途に対して変化すること
は理解されるだろう。
【００６６】図７は、ＰＰＤＭＳ層１３４とＰＰＴＭＳ
層１３６のＲＩが比較的安定であるのに対して、ＰＰＭ
Ｓ層１３２のＲＩは、層が空気に曝されると、時間の経
過とともに減少することを示す。特定の理論によって限
定するものではないが、ＰＰＤＭＳとＰＰＴＭＳ層のメ
チル末端は、ＰＰＭＳ層の水素化物末端よりも、周囲空
気中での酸化に対して、より耐性があると考えられる。
【００６７】本発明者等は、ＰＰＤＭＳおよびＰＰＴＭ
Ｓ層がＰＰＭＳ層より安定であると仮定したが、本発明
者等はまた、ＰＰＭＳ層が必要とする露光量は一般に、
ＰＰＤＭＳおよびＰＰＴＭＳ層よりも少ないと考えてい
る。この考えは、少なくとも一部は、水素の助けによっ
てＰＰＯＳ膜が光酸化に対してより敏感になることを知
っているからである。かくして、膜から水素を除去する
ことは、それをより安定にするが、その光酸化感度も減
少させるだろうと考えられた。しかしながら、発明者等
には驚くべきことだが、ＰＰＤＭＳとＰＰＴＭＳ層は、
光感度の減少ではなくて光感度の増加を示すとともに、
有利なエッチングプロセスの選択によって、より高いエ
ッチング選択性で現像することができた。
【００６８】図８は、ＰＰＴＭＳ層が、ＰＰＭＳ層より
も、空気中でより安定であるばかりでなく、特定の露光
波長（図８では１９３ｎｍ）で、より光感度が高いこと
を示す。より安定した、すなわち、より酸化を受けにく
い層は、露出プロセス中に酸化する可能性が少ないだろ
うと考えられるかもしれないが、図８の示すところで
は、ＴＭＳから形成された膜ではこれは事実ではない。
図８は、ＴＭＳ１４０から形成された膜の一連の露出
と、ＭＳ１４２から形成された膜の一連の露出に対する
露出済レジストの厚さ１３６（堆積時の厚さが露出によ
って変化した％）対１９３ｎｍの露光量１３８を示す。
両膜は、約２，０００Ａの初期厚さまで堆積させた。Ｐ
ＰＴＭＳ曲線の急な傾斜１４４は、ＰＰＭＳ曲線の浅い
傾斜１４６の場合よりも、ＴＭＳ前駆物質から作られた
膜が露光量に対して、より敏感で、よい高いコントラス
トをもたらすことを示す。
【００６９】図８に示すＰＰＴＭＳ膜のもう一つの特徴
は、所定の大きさの露出済レジスト厚さに必要な露光量
は、ＰＰＩＭＳ膜では明らかに少ないことである。例え
ば、ＰＰＴＭＳ膜で約４０％の露出済レジスト厚さを獲
得するには、約２０ｍＪ／ｃｍ2 を必要とするに過ぎな
い。それに比べて、同一の露出済レジスト厚さにするに
は、約６４ｍＪ／ｃｍ2 の露光量が必要になる。必要な
露光量を低くできることは望ましいことで、それは、先
の説明のように、ＤＵＶソース、特にレンズが、高いエ
ネルギーレベルで用いられると、たちまち故障するから
である。露光時間の低下はまた、プロセス時間を削減す
るが、これは、８インチや１２インチウェーハなどの大
形ウェーハでしばしば用いられるステップ式露出に対し
て特に重要である。
【００７０】かくして、ＰＰＴＭＳ膜がより安定で、よ
り光感度が高いばかりでなく、ＰＰＴＭＳ膜はプロセス
時間も低減して、露光装置の寿命（故障する前のウェー
ハ数）を改善する。この結果を特定理論に限定するもの
ではないが、ＰＰＯＳ層への追加的な炭素の混入は、酸
素に対する層の透過性を増加させる。この効果は、水素
含有量を低下させることの感度減少効果を相殺するか、
それよりも勝って、光酸化に対して、実際により敏感な
膜をもたらす。
【００７１】６． フーリエ変換赤外線分析結果 ＭＳから形成された層に比較した、ＴＭＳから形成され
た層の中のメチル基の相対的増加を図９と１０に示す。
図９と１０は、各種の処理後に、ＴＭＳから堆積させた
層とＭＳから堆積させた層に対して行われたフーリエ変
換赤外線（「ＦＴＩＲ」）分析のグラフである。グラフ
のｘ軸は波数で、一般的に、分析される材料に存在する
異なる化学結合の結合強さに関係し、ｙ軸は相対振幅
で、ピークが高い程、特定タイプの結合の存在が大きい
ことを示す。
【００７２】図９は、３つの曲線１５１、１５３、１５
５を示す。第１の曲線１５１は、堆積時のＰＰＴＭＳ層
を表し、かなり高い炭素−水素ピーク１５２（メチル基
の存在を表す）を示すとともに、かなり高いシリコン−
炭素ピーク１５４（層の中の多数のメチル基に一致す
る）を示す。第２の曲線１５３はＤＵＶ露出後のＰＰＴ
ＭＳ層を表す。炭素−水素ピーク１５７とシリコン−水
素ピーク１５９は、堆積時の曲線１５１に比べて多少、
縮小している。更に、シリコン−酸素ピーク１６１は振
幅が増加している。第３の曲線１５５は、ＡＳＰチャン
バでの酸素プラズマストリッププロセス後のＰＰＴＭＳ
Ｏ膜を表す。末端のいくつかが水酸基であると考えられ
るが、これはＯ−Ｈピーク１６７で証明される。顕著な
Ｃ−Ｈピークの欠如は、メチル末端の大部分が除去され
たことを示唆する。この特定例はＴＭＳ前駆物質から生
成されたものだが、他の前駆物質を使って安定した光感
度の高い膜を形成できること、および、そのような膜
が、現像エッチング条件によって選択的なコントラスト
を示すであろうことが考えられる。
【００７３】図１０は、図９に表されたものと同様に処
理した後の、ＭＳから形成された層を表す３つの曲線１
７２、１７３、１７４を示す。第１の曲線１７２は堆積
時の膜を示す。膜は、膜の中のメチル基の低い濃度を表
す（図９の１５２と比べて）かなり低い炭素−水素ピー
ク１５６を持つが、シリコン−水素ピーク１５８はかな
り高い。次の曲線１７３は、空気中に２４８ｎｍで５０
ｍＪ／ｃｍ2 の露出後の同一膜を示す。シリコン−酸素
−シリコン結合を示すピーク１６４が成長しており、シ
リコン−水素ピーク１６６は縮小しているが、それは広
いピーク１６８で表される酸素または水酸基が末端水素
原子を置換したからである。第３曲線１７４は９０秒の
酸素プラズマストリッププロセス後の層を示す。
【００７４】図１１は、基板の酸化物層１７８上のＰＰ
ＴＭＳの露出済で現像済ラインのＳＥＭである。ライン
は０．１６μｍのライン間隔で形成されたが、これは図
６に示すＰＰＭＳＯラインと基本的に同一で、比較のた
めに示した。ＰＰＴＭＳ層はＤｘＺTMチャンバ内で約
２，０００Åの厚さまで堆積させた後、ＤＰＳTMチャン
バ内で４０％オーバーエッチングの期間で現像された。
図１１と６を比較すると、２つの驚くべき特性が注目さ
れる。第１は、現像ＰＰＴＭＳラインの円滑なエッジに
比較した現像ＰＰＭＳラインの粒状度である。第２は、
現像ＰＰＭＳラインの厚さ（高さ）に比較したＰＰＴＭ
Ｓラインの厚さである。
【００７５】この結果を特定理論に限定するものではな
いが、ＰＰＭＳは、ＭＳがより長いＳｉ−Ｓｉ鎖の形に
重合しやすいので（次にクラスタとして酸化する）、よ
り粒状の現像層になると考えられる。ＴＭＳは、それに
比べて、Ｓｉ−Ｓｉ結合のより短い鎖を形成して、現像
と酸化の間、より無定形の状態を保つと考えられる。重
合シラン層の露出と未露出区域間のコントラストをもた
らすには実質的な量のＳｉ−Ｓｉ重合が望まれるので、
より良いホトリトグラフィの結果がＤＭＳとＴＭＳによ
って得られることは驚きである。というのは、長いＳｉ
−Ｓｉ鎖の形に重合する可能性は小さいからである。Ｐ
ＰＴＭＳラインの、より大きい残存厚さは、より高いコ
ントラストによるものと考えられる。
【００７６】図１２は、図９に示すものと同一のＦＴＩ
Ｒ曲線を示すとともに、堆積時のＰＰＭＳ（１６３）と
ＰＰＤＭＳ（１６５）層のＦＴＩＲ曲線も示す。図１２
で明らかなように、ＰＰＤＭＳ層１６５とＰＰＴＭＳ層
１５１は、ＰＰＭＳ層１６３よりも高い炭素含有量と低
い水素含有量を持つ。
【００７７】７． 重合メチルシラン用の現像プロセス 堆積と露出のステップに加えて、現像エッチングプロセ
スもまた、乾式ホトリトグラフィプロセス用に最適化で
きる。特に、ＴＭＳから形成された重合シラン層の露出
と未露出部分間の現像エッチング選択性は、現像エッチ
ングプラズマ内に存在する酸素の量を制御することによ
って約１：１と約１：１０００の間で変更可能であると
決定された。他のパラメータ、例えばチャンバ圧力、プ
ラズマソース電力、プラズマバイアス電力、およびプラ
ズマ内の様々な他の核種の濃度も選択性に影響すること
は当然である。しかしながら、選択性は、酸素ガス（Ｏ
2）や、その他の酸素ソースガス、例えばオゾン、水蒸
気、またはＨｅやＡｒなどの不活性ガスで希釈された酸
素の、プラズマエッチングチャンバへの総合的流れに敏
感である。酸素ガスの場合、一定のエッチング条件下で
現像エッチングプラズマ内に酸素がなくても１：１の選
択性が獲得できることが分かった。
【００７８】約０〜２００ｓｃｃｍのＨＢｒ、約０〜２
００ｓｃｃｍのＣｌ2 、および約２〜２０％のＯ2 を含
む、チャンバへ流入する現像エッチングガスが特に望ま
しいことが分かった。一つの実施態様では、エッチング
ガス流量は１５０ｓｃｃｍのＨＢｒ、３０ｓｃｃｍのＣ
ｌ2 、および８ｓｃｃｍのＯ2 を含み、それが約１００
のコントラストをもたらした。チャンバ圧力は約４〜１
５ｍＴｏｒｒの間が望ましく、ＲＦソース電力は８イン
チウェーハでは約１００〜１，０００Ｗの間、ＲＦバイ
アス電力は約５〜１００Ｗの間、そしてウェーハはＤＰ
ＳTMチャンバ内で約５〜５０℃の間の温度に加熱され
る。このエッチングプラズマは、重合ＴＭＳ層にネガ調
のプリントを現像するばかりでなく、下にくるポリシリ
コン層も効率的にエッチングするが、これは図１Ａ〜１
Ｅのシーケンスで示す通りである。
【００７９】別の実施態様では、Ｃｌ2 とＯ2 の混合物
を使って露出ＰＰＴＭＳ層をエッチングする。Ｏ2 含有
量は総流量の約０〜５０％の間で変更してもよい。約２
０％のＯ2 の流れは、約１：１００のコントラストをも
たらすものと予想される。上述のように、２原子酸素以
外の酸素ソースプラズマ前駆物質、例えばオゾンや水蒸
気を使って現像プラズマの酸素濃度を増加させてもよ
く、同様に、他のハロゲンソース、例えばＨＣｌやＦ2
を他のエッチングプロセスで使用できるだろう。
【００８０】発明者等は、ＰＰＤＭＳ膜がＰＰＭＳおよ
び／またはＰＰＴＭＳ膜よりも広範囲の現像条件を提供
することを発見した。これは、集積回路製造に重要な利
点をもたらす。というのは、様々は現像条件を変更でき
るし、エッチングの均一性を最適化して適切な限界寸法
の均一性を保証または獲得するように最適化できるから
である。
【００８１】図１３は、２つの異なるＰＰＤＭＳ現像プ
ロセスに対して、現像プロセス後に残存する膜の量（初
期堆積１５００Å）を２４８ｎｍの露光量（露光量０で
未露出膜）の関数として示す。パターン加工ＰＰＭＳ膜
の良質な現像は、膜の露出と未露出区域間の上記のコン
トラスト（残存膜厚の差）を作るエッチングププロセス
の能力によって決まる。図１３では、曲線２５０は、低
い露光量で高いコントラストを提供するように設計され
た現像プロセスを表す。それに対して、ライン２５２
は、はるかにコントラストの低いプロセスである。
【００８２】ポリシリコンエッチングに用いられる条件
に近い現像プロセスでは、一般的に観察された傾向は、
コントラストが、圧力を増すことにより、ＨＢｒ対Ｃｌ
2 比を増すことにより、またウェーハチャックに加えら
れるバイアス電力を減じることによって改善されるとい
うものだった。選択性が酸素の流れに高度に敏感である
ことも判明した。酸素の流れの小さな増加が、露出済材
料に対する未露出材料のエッチング速度を著しく増加さ
せたが、ある領域を超えると、酸素の流れの増加は両膜
のエッチング速度を許容不能の低いレベルまで減少させ
て、実際に選択性を低下させた。
【００８３】本発明者等は、パターン加工ＰＰＤＭＳ膜
の現像が比較的広範囲のプロセス条件で達成できること
を発見した。エッチングプロセスは、様々なプラズマ化
学物質を使って膜の露出と未露出区域間のコントラスト
を作ることができる。すなわち、ａ）塩素のみ、ｂ）塩
素と酸素、ｃ）塩素と臭化水素（目下の好ましいプロセ
ス）、ｄ）塩素と臭化水素と酸素、およびｅ）ヘリウム
またはアルゴンで希釈した任意の上記化学物質である。
ＤＰＳチャンバでは、対応ガス流の範囲は、１〜２００
ｓｃｃｍの塩素、１〜４００ｓｃｃｍの臭化水素、１〜
５０ｓｃｃｍの酸素、１〜２００ｓｃｃｍのヘリウム、
１〜４００ｓｃｃｍのアルゴンである。他のエッチング
プロセス条件も比較的広範囲に変更できる。すなわち、
１〜１００ｍＴｏｒｒ、１００〜２０００Ｗの誘導結合
電力、１〜２００Ｗのバイアス電力、１０〜７０℃のカ
ソード温度である。
【００８４】ＰＰＤＭＳ膜の現像が、自発的な酸化材料
を表面から除去するために低選択性（フレークスルー）
ステップの使用を必要しないことは重要である。後者
は、プラズマ重合メチルシラン（ＰＰＭＳ）膜に対する
（ＰＰＤＭＳ）膜の安定性の増加に起因する。更に、現
像ＰＰＤＭＳ膜は、露光量の減少に伴って、ＰＰＭＳを
使用するベースラインプロセスに対してラインエッジ粗
さの減少を示す。
【００８５】８． トリメチルシランポリマーのバイレ
ベルパターン転写層 図１４は、バイレベルパターン転写プロセスにおける現
像ＰＰＴＭＳの使用を示すＳＥＭである。ＰＰＴＭＳＯ
１８０の層が有機材料１８２の層の上に現像された。こ
の例では、有機材料は厚さ約５，０００Åのハードベー
クホトレジストだが、他の有機材料、例えばポリアミ
ド、ポリアクリルエーテル（「ＰＡＥ」）、ＦＬＡＲ
Ｅ、またはＳＬＩＫその他の低誘電率材料でもよいだろ
う。ＰＰＴＭＳＯは塩素−臭素−酸素含有プラズマ内で
現像され、その後、そのプラズマを使ってその有機層を
基板１８４に達するまでエッチングした。パターンは
０．３２０μｍピッチ間隔の０．１０μｍラインであ
る。ＰＰＴＭＳ層の露出は１９３ｎｍで約２８ｍＪ／ｃ
ｍ2 である。同じプロセスシーケンスで作られた隔離ラ
インは、３シグマラインエッジ粗さ（ＬＥＲ）が約６ｎ
ｍだった。
【００８６】図１５は、０．３２μｍピッチ間隔の０．
１６μｍラインを持ったハードベークホトレジスト１８
８層の上のＰＰＴＭＳＯ１８６の層のＳＥＭである。こ
の例では、ＰＰＯＳ層は３２ｍＪ／ｃｍ2 の露光量で露
出された。密接な間隔のラインは３シグマＬＥＲが６ｎ
ｍだった。ＰＰＴＭＳ層から有機層、特にホトレジスト
層へパターンを転写することによって、ＤＵＶ露光技術
を使って、パターン加工の標準ホトレジスト層を持つウ
ェーハをもたらすことができる。より高い露光波長でパ
ターニングされたホトレジスト層を使用する多数の後続
製作プロセスが開発されたので、たとえパターン加工Ｐ
ＰＴＭＳの層を使用する他のプロセスが開発されるとし
ても、一部の例では上記のパターン加工層を形成するこ
とが望ましい。
【００８７】図１６は、ハードベークホトレジスト１９
２の層の上のパターン加工ＰＰＴＭＳＯ層のＳＥＭであ
る。上述の方法に従って、ＰＰＴＭＳＯが露出されて現
像され、パターンがホトレジストに転写された。それに
続いて、ＰＰＴＭＳＯとホトレジストのパターンが、従
来の乾式エッチングプロセスを使ってポリシリコン層１
９４に転写された。ポリシリコンエッチングプロセスは
酸化物層１９６（製作プロセスではゲート誘電体層にな
るかもしれない）で停止された。酸化物層は基板１９８
（この例ではシリコンウェーハ）上に形成された。
【００８８】図１７は、１９３ｎｍのパターン加工ＰＰ
ＤＭＳバイレベルレジストのＳＥＭで、０．１０μｍ間
隔の幅０．１０μｍのラインを示す。
【００８９】図１７に示すように、本発明の方法によっ
て堆積したＰＰＤＭＳ膜を巧みに使用して、０．１０μ
ｍの解像度を持つ表面構造を形成することができる。
【００９０】これまで本発明の各種の好ましい実施態様
の説明を提供してきたが、当業者の承知するように、本
発明から逸脱することなく様々な変更が可能である。例
えば、２つの一般的ＤＵＶ波長の例が提示されたが、そ
の他の波長も使用できる。同様に、ＰＰＯＳ層をシリコ
ン半導体ウェーハ以外の基板に適用してもよい。従っ
て、上記の記述は説明的なものであって、制限的なもの
ではない。上記プロセスで列記したパラメータは、本明
細書の特許請求項に限定すべきものではない。というの
は、多くの場合、選択されたパラメータは所望の結果に
依存するし、またプロセスパラメータは場合によって相
互に関係するからである。従って、発明の範囲は、付属
の特許請求項に関連して、その同等仕様の全範囲ととも
に、決定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ〜Ｅは、本発明の一局面によるパターンを形
成するように処理された基板の一部の簡易断面。
【図２】本発明の一実施態様による重合トリメチルシラ
ン層からパターンを形成するプロセスを要約した簡易流
れ図。
【図３】Ａ〜Ｆは、本発明の一実施態様によるバイレベ
ルレジストプロセスを使用して酸化物層にパターンを転
写するように処理された基板の一部の簡易断面。
【図４】本発明の一実施態様によるパターン転写プロセ
スにおいて重合トリメチルシラン層を持つバイレベルレ
ジストを使用するプロセスを要約した簡易流れ図。
【図５】ＡとＢは、本発明によるプラズマ重合有機シラ
ン層を形成するために使用可能な堆積システムの一タイ
プの簡易表示。Ｃは、本発明によるプラズマ重合有機シ
ラン層を現像するために使用可能なプラズマエッチング
システムの一タイプの簡易表示。
【図６】メチルシランを使って形成された基板上のライ
ンの走査電子顕微鏡写真。
【図７】本発明の実施態様によって形成されたプラズマ
重合トリメチルシラン層およびプラズマ重合ジメチルシ
ラン層と、プラズマ重合メチルシラン層の空気中の安定
性を比較するグラフ。
【図８】本発明の一実施態様によって形成されたプラズ
マ重合トリメチルシラン層とプラズマ重合メチルシラン
層のコントラスト対露光量を比較するグラフ。
【図９】堆積時のプラズマ重合トリメチルシラン層のフ
ーリエ変換赤外線分析のグラフ。
【図１０】各種ステージの処理後のプラズマ重合トリメ
チルシラン層のフーリエ変換赤外線分析のグラフ。
【図１１】ＰＰＴＭＳ層から形成された現像ラインのＳ
ＥＭ。
【図１２】プラズマ重合メチルシラン、ジメチルシラ
ン、およびトリメチルシラン層のフーリエ変換赤外線分
析のグラフ。
【図１３】２つの異なるＰＰＤＭＳ現像プロセスに対す
るコントラスト曲線を示すグラフ。
【図１４】ライン間隔より狭いライン幅を持つ１９３ｎ
ｍの露光のＰＰＴＭＳを使って形成されたバイレベルジ
レストパターンのＳＥＭ。
【図１５】ライン間隔レジストパターンに等しいライン
幅を持つ１９３ｎｍの露光のＰＰＴＭＳを使って形成さ
れたバイレベルジレストのＳＥＭ。
【図１６】ポリシリコン下層へのパターン転写によって
１９３ｎｍの露光のＰＰＴＭＳを使って形成されたバイ
レベルジレストのＳＥＭ。
【図１７】０．１０μｍ間隔の０．１０μｍ幅のライン
を形成するために１９３ｎｍの露光のＰＰＤＭＳを使っ
て形成されたバイレベルレジストのＳＥＭ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー ワイドマン アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サニーヴェイル， ヘンダーソン アヴェ ニュー 776 (72)発明者 マイケル ピー． ノルト アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， チャリース コート 1242 (72)発明者 ニコラオス ベキアリス アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， アルバニー ドライヴ 4390， ナンバー43 (72)発明者 ダイアン スギアルト アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ユニオン シティ， ピッケレル ドライ ヴ 4230 (72)発明者 デイヴィッド ムイ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， シェリ アン サークル 1848

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上にパターン加工(patterned) レジ
    スト層を形成するプロセスであって、 ａ）少なくとも２つの炭素原子と少なくとも１つの水素
    原子に結合されたシリコン原子を有する有機シラン前駆
    物質を、基板を収容する処理チャンバに流し込むこと、 ｂ）基板上にプラズマ重合有機シランの層を形成するた
    めに、有機シラン前駆物質からプラズマを形成するこ
    と、 ｃ）層の露出部分と層の非露出部分とを形成するために
    層の選択部分を少なくとも部分的に酸化するように、酸
    化環境の中で、プラズマ重合有機シランの層の選択部分
    を５０ｍＪ／ｃｍ2 未満の放射量に露出すること、およ
    び ｄ）露出部分または非露出部分を選択的に除去するため
    に、エッチングプロセスを使って層を現像すること を含むプロセス。
  2. 【請求項２】 酸化環境が空気である、請求項１のプロ
    セス。
  3. 【請求項３】 放射が約２４８ｎｍよりも小さいか等し
    い波長を有する、請求項１のプロセス。
  4. 【請求項４】 エッチングプロセスがプラズマエッチン
    グプロセスである、請求項１のプロセス。
  5. 【請求項５】 プラズマエッチングプロセスが、酸素と
    ハロゲンを含むプラズマを使用する、請求項４のプロセ
    ス。
  6. 【請求項６】 ハロゲンが塩素である、請求項５のプロ
    セス。
  7. 【請求項７】 プラズマエッチングプロセスが減結合プ
    ラズマプロセスである、請求項４のプロセス。
  8. 【請求項８】 前記有機シラン前駆物質がトリメチルシ
    ランである、請求項１のプロセス。
  9. 【請求項９】 前記放射が約１９３ｎｍの波長を有し、
    前記プラズマ重合有機シラン層が、前記１９３ｎｍの放
    射の、約２０ｍＪ／ｃｍ2 未満の光量に露出される、請
    求項８のプロセス。
  10. 【請求項１０】 前記有機シラン前駆物質がジメチルシ
    ランである、請求項１のプロセス。
  11. 【請求項１１】 前記放射が約１９３ｎｍの波長を有
    し、前記プラズマ重合有機シラン層が、前記１９３ｎｍ
    の放射の、約２０ｍＪ／ｃｍ2 未満の光量に露出され
    る、請求項１０のプロセス。
  12. 【請求項１２】 前記放射が約２４８ｎｍの波長を有
    し、前記プラズマ重合有機シラン層が、前記２４８ｎｍ
    の放射の、約２０ｍＪ／ｃｍ2 より大きい光量に露出さ
    れる、請求項１０のプロセス。
  13. 【請求項１３】 前記トリメチルシラン前駆物質が処理
    チャンバに約１０〜５００ｓｃｃｍの間の速度で流し込
    まれ、プラズマが約２〜１０ワット／ｉｎ2の間の電力
    で形成され、プラズマの形成中、処理チャンバの圧力が
    約１．０〜５．０Ｔｏｒｒの間に維持され、基板が約５
    ０〜１５０℃の間の温度に維持される、請求項８のプロ
    セス。
  14. 【請求項１４】 前記チャンバが、前記レジスト層の堆
    積中、１．０と５．０Ｔｏｒｒの間の圧力に維持され
    る、請求項１のプロセス。
  15. 【請求項１５】 前記プラズマの形成中、水素が、前記
    有機シラン前駆物質に加えて、前記チャンバに流し込ま
    れる、請求項１のプロセス。
  16. 【請求項１６】 基板上にパターン加工レジスト層を形
    成する方法であって、 ａ）少なくとも２つの炭素原子と少なくとも１つの水素
    原子に結合されたシリコン原子を有する有機シラン前駆
    物質を、基板を収容する処理チャンバに流し込むこと、 ｂ）基板上にプラズマ重合有機シランの層を形成するた
    めに、有機シラン前駆物質からプラズマを形成するこ
    と、 ｃ）層の露出部分と層の非露出部分とを形成するよう、
    層の選択部分を少なくとも部分的に酸化するため、酸化
    環境の中で、プラズマ重合有機シランの層の選択部分
    を、約２０ｍＪ／ｃｍ2 より小さいか等しい光量で、約
    １９３ｎｍ未満の波長を有する放射の光量に露出するこ
    と、および ｄ）露出部分または非露出部分を選択的に除去するため
    に、エッチングプロセスを使って層を現像すること を含む方法。
  17. 【請求項１７】 前記有機シラン前駆物質がジメチルシ
    ランである、請求項１６の方法。
  18. 【請求項１８】 前記有機シラン前駆物質がトリメチル
    シランである、請求項１６の方法。
  19. 【請求項１９】 前記放射の光量は約５ｍＪ／ｃｍ2 よ
    り大きいか等しい、請求項１６の方法。
  20. 【請求項２０】 前記放射は約１９３ｎｍの波長を有す
    る、請求項１９の方法。
  21. 【請求項２１】 プラズマ重合有機シラン層の形成中、
    水素が前記チャンバに流し込まれる、請求項１６の方
    法。
  22. 【請求項２２】 基板上にパターン加工レジスト層を形
    成するプロセスであって、 ａ）トリメチルシランを、基板を収容する第１処理チャ
    ンバに流し込むこと、 ｂ）基板上にプラズマ重合トリメチルシランの層を形成
    するために、トリメチルシランからプラズマを形成する
    こと、 ｃ）第１処理チャンバから基板を取り外すこと、 ｄ）酸化環境の中で、前記プラズマ重合トリメチルシラ
    ンの層の選択部分を、約２４８ｎｍより小さいか等しい
    波長を有する放射に露出すること、 ｅ）基板を第２処理チャンバ内に置くこと、および ｆ）層の露出部分の少なくとも一部を基板上に残して層
    の非露出部分をエッチングするために、第２処理チャン
    バ内でプラズマを形成すること、を含むプロセス。
  23. 【請求項２３】 前記第２チャンバ内のプラズマが塩素
    および酸素核種を含む、請求項２２の方法。
  24. 【請求項２４】 基板上のプラズマ重合有機シラン層の
    露出部分と未露出部分の間のコントラストを選択する方
    法であって、 ａ）基板をプラズマ処理チャンバ内に置くこと、 ｂ）塩素含有プラズマ前駆物質を第１選択流量でチャン
    バに流し込むこと、 ｃ）酸素含有プラズマ前駆物質を、プラズマ重合有機シ
    ラン層の露出部分と未露出部分の間の所望のコントラス
    トに従って選ばれた第２選択速度である、第２選択速度
    でチャンバ流し込むこと、 ｄ）塩素含有前駆物質と酸素含有前駆物質とからプラズ
    マを形成すること、および ｅ）プラズマ重合有機シラン層をプラズマでエッチング
    すること を含む方法。
  25. 【請求項２５】 プラズマ重合有機シラン層がプラズマ
    重合トリメチルシラン層である、請求項２４の方法。
  26. 【請求項２６】 第２選択速度が、チャンバへの全流速
    の約０〜５０％の間である、請求項２４の方法。
  27. 【請求項２７】 さらに、第２選択速度が約０〜１２ｓ
    ｃｃｍの間であり、第１選択速度が約０〜２００ｓｃｃ
    ｍの間であり、臭化水素の流れが約０〜２００ｓｃｃｍ
    の間である、臭化水素の流れを含む、請求項２４の方
    法。
  28. 【請求項２８】 所望のコントラストは約１：１と約
    １：１００の間である、請求項２４の方法。
  29. 【請求項２９】 エッチングのステップ（ｅ）が約２ｍ
    Ｔｏｒｒ〜７０ｍＴｏｒｒの間の圧力で実行される、請
    求項２４の方法。
  30. 【請求項３０】 プラズマ処理チャンバがソースＲＦ電
    源とバイアス電源とを有し、エッチングのステップ
    （ｅ）が約２〜２０ワット／ｉｎ2 の間のソースＲＦ電
    力と約０．１〜２ワット／ｉｎ2 の間のバイアスＲＦ電
    力とで実行される、請求項２４の方法。
  31. 【請求項３１】 基板上のプラズマ重合有機シラン層の
    露出部分と未露出部分の間のコントラストを選択する方
    法であって、 ａ）基板をプラズマ処理チャンバ内に置くこと、 ｂ）塩素ガスを約１〜２００ｓｃｃｍの間の第１選択速
    度でチャンバに流し込むこと、 ｃ）酸素ガスを、プラズマ重合有機シラン層の露出部分
    と未露出部分の間の所望のコントラストに従って選ばれ
    た第２選択速度である、、約１〜１２ｓｃｃｍの間の第
    ２選択速度でチャンバに流し込むこと、 ｄ）臭化水素を、約０〜２００ｓｃｃｍの間の第３選択
    速度でチャンバに流し込むこと、 ｅ）基板を約５〜５０℃の間に加熱すること、 ｆ）約２〜７０ｍＴｏｒｒの間のチャンバ圧力で、約２
    〜２０ワット／ｉｎ2の間のＲＦソース電力と約０．１
    〜２ワット／ｉｎ2 の間のＲＦバイアス電力を用いて、
    プラズマをチャンバ内に形成すること、および ｇ）プラズマ重合有機シラン層をプラズマでエッチング
    すること、 を含む方法。
  32. 【請求項３２】 基板上でプラズマ重合有機シラン層を
    露出する方法であって、 ａ）プラズマ重合有機シラン層の第１部分を、酸素含有
    環境の中で、ホトマスクを介して第１選択光量の深紫外
    線放射に露出すること、 ｂ）ホトマスクをプラズマ重合有機シラン層の第２部分
    にステップさせること、および ｃ）第２部分を、酸素含有環境の中でプラズマ重合有機
    シラン層の安定性に従って選択された第２選択光量の深
    紫外線放射に露出すること、 を含む方法。
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