JP2000058830A

JP2000058830A - 反射防止構造体とその製造法

Info

Publication number: JP2000058830A
Application number: JP15032599A
Authority: JP
Inventors: Wei William Lee; ウィリアムリーウェイ; Hee Kushiji; ヘークシイジイ; Shin Guokushian; シングオクシアン
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトレジストに及ぼす表面の窒素の効果を
制限した反射防止被覆体とその製造法を提供する。【解決手段】酸化窒化シリコン反射防止被覆体に酸素
プラズマ処理を行うことにより表面の窒素が除去され、
そしてフォトレジストの接着が増進する。酸化窒化シリ
コンはシリコン濃度が高くて誘電率が小さく、したがっ
てハード・マスクとして用いられた後の除去が必要でな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子半導体デバイス
に関する。さらに詳細に言えば、本発明は反射防止構造
体とその製造法に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】高集積度のデバイスを
備えた半導体集積回路は、電界効果トランジスタに対す
る短いゲート、バイポーラ・トランジスタに対する小さ
な面積領域のエミッタおよびデバイスの間の細い相互接
続体といったような、最小寸法の構造体を必要とする。
典型的には、このようなポリシリコン構造体または金属
構造体（またはポリシリコンの上の金属または金属ケイ
化物の積層体）の作成には、要求された構造体のパター
ンを有する網線を通してフォトレジストを放射線で露光
することにより、ポリシリコン層または金属層の上のフ
ォトレジスト層の中にこのような構造体の位置を定める
ことが実行される。この露光の期間中、下側の材料（例
えば、ポリシリコン、金属、…）から反射された放射線
はフォトレジストの中に生ずるパターンを劣化させる。
したがって、ポリシリコンまたは金属の上に反射防止被
覆体（ＡＲＣ、antireflective coating）層が備えられ
る。市販されている反射防止被覆体は有機材料およびＴ
ｉＮで構成される。これらの材料は、吸収を行うための
色素群を備えたポリマのように、その波長の放射線を強
く吸収する。

【０００３】フォトレジストに対し露光を行いそして現
像を行った後、反射防止被覆体と一定の材料（ポリシリ
コン、金属、…）とを加えて構成された下側層に対し
て、パターンに作成されたフォトレジストをエッチング
・マスクとして用いて、異方的エッチングが行われる
（または、先ず反射防止被覆体が湿式現像され、そして
次に下側材料に異方的エッチングを行うことができ
る）。このようにして最小構造線幅は、フォトレジスト
の中に現像により生ずることができる最小線幅に等しく
なる。

【０００４】線幅の限界を解決する１つの方式は、フォ
トレジストをパターンに作成し、そして次にこのパター
ンに作成されたフォトレジストに等方的エッチングを行
ってその寸法を縮小し、そしてそれによりオリジナルの
線幅をさらに縮小して模倣することである。けれどもこ
の方式は、パターンに作成されたフォトレジストの等方
的エッチングによりまた、反射防止被覆体をもエッチン
グされてしまうという問題点を有する。

【０００５】Ogawa 他の論文、2197 Proc.ＳＰＩＥ 722
（1994）は、酸化物で被覆されたケイ化タングステンの
上およびｉ線路のためのアルミニウム層の上に反射防止
被覆体（ＡＲＣ）層として酸化窒化シリコン（Ｓｉ_XＯ
_YＮ_Z）を用いることと、反射の際に弱め合う干渉が起
きるように４分の１波長板の厚さに従って深紫外線（波
長 248ｎｍおよび 193ｎｍ）による露光を用いることと
を開示している。

【０００６】深紫外線による露光と共に用いられる化学
的に増強されたフォトレジストは、窒化シリコン、酸化
窒化シリコン、窒化タンタル、などのような窒素を含有
する表面に対して敏感である。このような窒素の中の電
子密度が高いと、それは実効的に表面におけるレジスト
の感度を低下させ、したがって露光と現像の後に「足
跡」が残る。したがって、酸化窒化シリコンをＡＲＣと
して用いる時、問題点がある。

【０００７】フォトレジストは、親水性の表面よりも疎
水性の表面によく接着する。したがって、Ｓｉ（Ｃ
Ｈ₃）₃群を備えたＯＨ表面群の代わりに、ヘキサメチル
ジシラザン（ＨＭＤＳ、hexamethyldisilazane）のよう
な薬剤でウエハの表面を処理することが知られている。
自動化されたＨＭＤＳ応用システムを開示している米国
特許第ＵＳＰ 5,501,870号を参照されたい。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明により、フォトレ
ジストの上の表面の窒素の効果を制限するために、酸化
窒化シリコンの反射防止被覆体（ＡＲＣ）層に対するプ
ラズマ表面処理を備えた集積回路製造法が得られる。酸
化窒化シリコンは比較的に小さな誘電率を有すし、そし
て酸化窒化シリコンはゲートおよび／または相互接続体
の上の所定の位置に残留するハード・マスクとして用い
ることができる。

【０００９】本発明による反射防止被覆体とその製造法
は、標準的な集積回路処理工程と両立し得るという利点
を有する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図面は、本発明を明確に理解する
ことを助けるための図である。

【００１１】概観好ましい実施例では、酸化窒化シリコン（Ｓｉ_xＯ
_yＮ_z）反射防止被覆体（ＡＲＣ）層に対し酸素を含有す
るプラズマで処理を行う。このようなＡＲＣ層は、フォ
トレジスト層とパターンに作成されるべき下側のポリシ
リコンまたは金属との間に用いられる。ＡＲＣはフォト
レジストの露光放射線がポリシリコンまたは金属から反
射されることを制限する。このことによりフォトレジス
トが偽の露光を受けるのが避けられる。好ましい実施例
のプラズマ処理により、窒素が表面から除去され、それ
により窒素によるフォトレジストの感度低下が限定され
る。図２０は、窒素の除去を示した図である。酸化窒化
シリコンＡＲＣ層の組成および厚さは、フォトレジスト
と下側の材料、例えばポリシリコン、窒化チタン、アル
ミニウムなど、の光学定数により選定される。

【００１２】酸化窒化シリコンの屈折率および消衰係数
（これらは誘電率の平方根の実数部および虚数部であ
る）は、組成と共に変わる。（図１５を見よ。）したが
って、下側の材料の反射率に従って反射波の振幅を調整
する光学定数を有するように組成が選定され、および４
分の１波長板による干渉により反射波が相殺されるよう
に、酸化窒化物層の厚さが選定される。

【００１３】パターンに作成された酸化窒化シリコンの
ＡＲＣ層をまたハードマスクとして用いることができ、
そしてその結果得られる集積回路は、ゲートの上または
相互接続体の上またはこれらの両方の上に残留する酸化
窒化シリコンを有することができる、またはこれらのい
ずれの上にも残留する酸化窒化シリコンを有しないこと
ができる。好ましい実施例の酸化窒化シリコンは比較的
に小さな誘電率（例えば 4.1〜4.2 、したがって酸化物
の誘電率と同程度である）を有し、したがって隣接する
相互接続体またはゲートの間の容量性結合に対するフリ
ンジング・フィールド（fringing field）に酸化窒化シ
リコンは寄与しない。

【００１４】好ましい第１実施例図１〜図１３は、電界効果トランジスタ（例えば、ＣＭ
ＯＳまたはＢｉＣＭＯＳ）を備えた集積回路の好ましい
第１実施例の製造法の種々の段階の横断面図である。こ
の実施例のリソグラフィは、0.25μｍの最小線幅を有
し、および0.18μｍの（ケイ化物化された）最小ポリシ
リコン線幅（ゲート長）と一緒に0.25μｍの最小金属相
互接続体幅を備えた回路を有する。この好ましい実施例
は、下記の種々の段階を有する。

【００１５】（１）ＬＯＣＯＳまたは（メモリ・セル
・アレイ・ウエルおよび・バイポーラ・デバイス埋込み
層をオプションで加えた）ＣＭＯＳデバイスのための浅
いトレンチ分離体およびツイン・ウエル（twin wells）
を備えたシリコン（またはシリコン・オン・インシュレ
ータ（silicon on insulator））のウエハ１０２で出発
する。閾値調整注入（これはセル・トランジスタおよび
種々の周辺トランジスタに対して異なることができる）
を実行し、そしてゲート誘電体を作成する。厚さが 300
ｎｍのポリシリコン・ゲート材料の層１０４が沈着され
る。図１を見よ。

【００１６】（２）流動するシランと亜硝酸酸化物か
らＰＥＣＶＤ法により（水素添加された）酸化窒化シリ
コンの整合層１１０を、ポリシリコンで被覆されたウエ
ハの上に、29ｎｍの厚さに沈着する。第２図を見よ。酸
化窒化シリコンの組成および厚さは、下側材料の反射率
に従って選定される。特にポリシリコン１０４の場合、
シリコンと酸素と窒素との比が38：53： 9（すなわち、
Ｓ_0.38Ｏ_0.53Ｎ_0.09）となるように組成が選定される。
このシリコンを多量に含有する酸化窒化シリコンはまた
約10％の結合水素を含むが、しかし正確な水素の割合を
測定するのは困難である。この組成体は、ｎ＝2.11およ
びｋ＝0.55（理論的にはｎ＝2.15およびｋ＝0.60）とい
う測定された光学定数を与える。したがって、29ｎｍの
厚さの層により、 248ｎｍにおいて４分の１波長板が得
られる。波長が 193ｎｍの場合には、層の厚さはさらに
小さくなり、そして光学定数も少し異なるであろう。酸
化窒化物の組成に関する下記の説明を見よ。

【００１７】（３）このウエハを（前の段階のプラズ
マで増強された沈着容器を備えた装置の一部分であるこ
とができる）プラズマ反応器の中に入れ、そしてＮ₂Ｏ
およびＡｒのプラズマを励起する。すると、プラズマか
らの活性酸素が酸化窒化物１１０の表面および表面の近
傍の窒素を置換する。ｍトルのＮ₂Ｏ分圧と 130ワット
のプラズマ電力とでのプラズマ処理により、頂部約 3ｎ
ｍの窒素が除去される。プラズマ処理された酸化窒化シ
リコン層の表面近傍の酸素および窒素の濃度（原子パー
セント）を示した図２０を見よ。頂部 1ｎｍの中で、酸
素が53％から約65％の増加し、そして窒素が 9％から 0
％近くに減少する。

【００１８】フォトレジストから窒素を分離するために
酸化窒化シリコンの上に薄い（例えば、 5ｎｍの）二酸
化シリコン層を沈着するまた別の方式では、層の平均の
組成および厚さが変更されることを断っておく。下記の
プラズマ処理の説明を参照されたい。

【００１９】（４） 248ｎｍの放射線（深紫外線）に
対して感度を有しそして平均の厚さ900ｎｍを有するフ
ォトレジスト層１１２を、スピン・オンにする。図３を
見よ。

【００２０】（５）ゲートおよびゲートと同じレベル
の相互接続体に対し、網線を通して248ｎｍの波長の放
射線でフォトレジスト１１２に露光を行う。露光された
最小線幅は約 250ｎｍであることができる。フォトレジ
スト１１２の露光の期間中、酸化窒化シリコン１１０は
干渉反射防止層として作用する。フォトレジスト１１２
の現像を行う。ＬＯＣＯＳ分離で可能なパターンに作成
されたフォトレジストの異なった高さを示している図４
を見よ。

【００２１】（６）等方的エッチングにより、パター
ンに作成されたフォトレジストの縮小（線幅の縮小）が
行われる。この等方的エッチングは、イオン衝突が等方
的であるように限定するために、小さなバイアスが加え
られた高密度プラズマ反応器の中の酸素・窒素のプラズ
マによるエッチングであることができる。最終的な最小
線幅は 180ｎｍである（ただし、良好な線幅制御の場合
には60ｎｍまでの縮小が達成可能である）。したがっ
て、最小線幅のフォトレジストは、 900ｎｍ× 250ｎｍ
から 850ｎｍ× 180ｎｍに縮小する。図４〜図５を見
よ。図４〜図５には、パターンに作成されたオリジナル
のフォトレジスト線１１４がフォトレジスト線１１６に
縮小するのが（誇張されて）示されている。それとは異
なって、もし線幅が露光されたままで十分であるなら
ば、パターンに作成されたフォトレジストの縮小の段階
を省略することができる。

【００２２】（７）ＣＦ₄または他のフッ素源を用い
た異方的プラズマ・エッチングにより、酸化窒化シリコ
ン１１０の露出された部分が除去される。このエッチン
グはまた、次の段階のポリシリコン１０４に対する（表
面酸化物を除去するための）ブレークスルー・エッチン
グとして作用する。このエッチングは、ポリシリコン・
エッチングと同じ容器の中で、直前に実行することがで
きる。このエッチングはまた、フォトレジストの高さを
約 700ｎｍにまで縮小する。第６図を見よ。

【００２３】（８）残った酸化窒化シリコン１１０と
フォトレジストとを加えたものを、ポリシリコン１０４
の異方的プラズマ・エッチングに対するエッチング・マ
スクとして用いて、ゲート１０６およびゲートと同じレ
ベルの相互接続体１０８が作成される。このエッチング
は、ＨＢｒに酸素を加えたプラズマで行うことができ
る。このＨＢｒに酸素を加えたプラズマによるエッチン
グは、酸化物および酸化窒化物に対して非常に選択的で
ある。したがって、たとえポリシリコン・エッチングが
フォトレジストを除去しても、エッチングが選択的であ
るために、酸化窒化物の反射防止層は残り、そして十分
なエッチング・マスク作用が得られる。図７は、頂部に
酸化窒化物を有するゲート１０６と、ゲートと同じレベ
ルの相互接続体１０８とを示した図である。ゲート材料
によりまた、事前にベース注入を必要とするバイポーラ
・デバイスのためのポリシリコン・エミッタを得ること
ができるであろう。ゲート１０６の高さは 300ｎｍ、長
さは 180ｎｍである。（図７はゲートの長さ方向の横断
面図である。典型的には、ゲートはその長さよりもはる
かに大きい幅を有する。）

【００２４】（９）ゲート、酸化窒化物、およびすべ
ての残留するレジストが注入マスクとして用いられて、
少量の不純物をドレインに注入することが行われる。こ
れはまた、ＣＭＯＳ回路またはＢｉＣＭＯＳ回路に対す
る厳しいリソグラフィ・マスクを必要としない。これら
の回路はまた、残留するすべてのレジストを除去するで
あろう。図８を見よ。

【００２５】（１０）誘電体層を整合して沈着しそし
てその後異方的エッチングを行うことにより、ゲート
（およびゲートと同じレベルの相互接続体）の上に側壁
誘電体スペーサ 120を作成する。この側壁誘電体は窒化
シリコンであることができ、そしてこの異方的エッチン
グはフッ素に不活性ガスを加えたプラズマによるエッチ
ングであることができる。この側壁スペーサ・エッチン
グはまた、ゲートおよびゲートと同じレベルの相互接続
体の頂部の上の酸化窒化物の一部分（または全部）を除
去するであろう。添加不純物を導入して、ソースおよび
ドレインが作成される。図９を見よ。また別の実施例で
は、ゲート頂部とソース／ドレインとの両方の上にシリ
サイドを作成するために、自己整合ケイ化物化が行われ
るであろう。ゲートの頂部に残っているすべての酸化窒
化物およびソース／ドレインの表面に残っているすべて
の酸化物を除去することにより、そしてブランケット金
属（blanket metal)（ＴｉまたはＣｏまたはＮｉ）の沈
着とその後に行われる下側のシリコンとの反応により、
そして次に未反応の金属（または、窒素雰囲気中のＴｉ
のケイ化物化の場合にはＴｉＮ）を除去することによ
り、このケイ化物化が行われる。図１０には、結果とし
て得られたシリサイドが示されている。

【００２６】（１１）（再流動化されたＢＰＳＧ、ま
たは整合化しそして平坦化された層の積層体のような）
平坦化されたプレメタル（premetal）誘電体層１３０を
作成する。（この平坦化は化学的機械的研磨（ＣＭＰ、
chemical mechanical polishing)またはレジスト・エッ
チング・バックにより行うことができる。）その後、ソ
ース／ドレインおよびゲート／相互接続体に対する接触
のために、誘電体層１２０を貫通する孔をフォトリソグ
ラフィにより定めそしてエッチングにより作成する。図
１０を見よ。このリソグラフィに対する反射防止層はま
た酸化窒化物であることができるが、下側の酸化物が透
明であるためにさらに深い位置における反射が重要にな
る。

【００２７】（１２）１個のトランジスタと１個のコ
ンデンサとによるメモリ・セルを用いた埋込みメモリ・
セル・アレイを有する構造体の場合、ビット線路とセル
・コンデンサとを次に作成することができる。図面を明
確にするために、このような段階は図示されていない。
誘電体１３０の上に沈着された付随する付加的な誘電体
層は、ちょうど図の誘電体１３０の一部分と考えること
ができる。

【００２８】（１３） 50ｎｍのＴｉ、50ｎｍのＴｉ
Ｎ、 300ｎｍの（ＣｕおよびＳｉが添加された）Ｗまた
はＡｌ、50ｎｍのＴｉＮのような金属積層体を（孔の充
填を含めて）ブランケット沈着する。底部のＴｉおよび
ＴｉＮは拡散に対する障壁を形成し、および頂部のＴｉ
Ｎはリソグラフィに対する反射防止被覆体を形成する。
ＷまたはＡｌの沈着の前に、底部のＴｉはソース／ドレ
インと反応してシリサイドを形成することができ、それ
により金属・シリコンの接触を安定化することができ
る。ＴｉおよびＴｉＮは、物理的蒸着（ＰＶＤ、physic
al vapor deposition)または化学的蒸着（ＣＶＤ、chem
ical vapor deposition)（例えば、ＴｉＣｌ ₄＋ＮＨ₃
→ＴｉＮ＋ＨＣｌ）により沈着することができる。アル
ミニウムがＰＶＤにより沈着されそして次に高圧下でま
たはＣＶＤにより孔の中に強制的に沈着されることがで
きる。ＷをＣＶＤにより沈着することができる。または
それとは異なって、ＷをＣＶＤブランケット沈着し、そ
して次にエッチング・バックを行って孔の中にだけＷを
残し、そしてその後アルミニウム・ブランケット沈着す
ることにより、孔をＷで充填することができる。

【００２９】（１４）ブランケット金属１４０の上
に、酸化窒化シリコンの反射防止被覆層１５０を取り付
ける。図１１を見よ。再び、金属の反射率に従う光学定
数を与えるために酸化窒化物の組成を選定し、そして４
分の１波長板となるように酸化窒化物層の厚さを選定す
る。例えば、 370ｎｍのアルミニウムの上の30ｎｍのＴ
ｉＮの場合、反射率はポリシリコンの反射率よりも大幅
に小さく、そして酸化窒化物はほぼＳｉ_0.469Ｏ_0.446
Ｎ_0.085でなければならない。このＳｉ_0.469Ｏ _0.446
Ｎ_0.085はｎ＝1.9 およびｋ＝0.15を有する。この値
は、ＴｉＮおよびアルミニウムの厚さに応じて変わる
（例えば、 500ｎｍのＡｌの上の24ｎｍのＴｉＮの場
合、Ｓｉ_0.44Ｏ_0.47Ｎ_0.085を用いる）ことができる。
シリコンの濃度が高いとまた 4.1〜4.2 という小さな誘
電率が生ずる。この誘電率の値は二酸化シリコンの誘電
率に近く、したがって酸化窒化物は、フリンジング・フ
ィールドを拡大することにより、隣接する相互接続体の
間の容量性結合を有害な程に増大させることはない。

【００３０】下側のキャップされていないアルミニウム
および深紫外線（ 248ｎｍ）露光とは対照的に、ｎ＝2.
16およびｋ＝0.83を取る。このことは、 248ｎｍ/4＊2.
16＝29ｎｍの厚さを意味する。この消衰係数はＴｉＮお
よびポリシリコンに対する酸化窒化物の消衰係数よりも
はるかに大きいことに注目されたい。このことは、アル
ミニウムの反射率が大きいことによる。

【００３１】（１５）酸化窒化シリコン層１５０の頂
部 2〜3 ｎｍから窒素を除去するために、酸素を含有す
るプラズマ（例えば、Ｎ₂Ｏ）で処理を行う。前記の段
階（３）を参照されたい。

【００３２】（１６）フォトレジストをスピン・オン
で取り付け、そしてそれをパターンに作成して、第１レ
ベルの金属相互接続体を定める。最小線幅が 250ｎｍの
パターンに作成されたレジスト１５２が示されている図
１２を見よ。再び、簡単なフッ素を基本とするプラズマ
・エッチングが行われて、パターンに作成された多くの
レジストを除去することなく、露出された酸化窒化物が
除去される。相互接続体の幅はゲートの幅よりも大きい
ために、レジストの線幅の縮小は必要ではない。

【００３３】（１７）パターンに作成されたレジスト
と酸化窒化物とをエッチング・マスクとして用いて、金
属に異方的プラズマ・エッチングが行われ、それにより
相互接続体１４２が作成される。銅が添加されたアルミ
ニウムおよびＴｉＮに対してはいくらかのフッ素を含む
塩素を基本とするプラズマ、およびタングステンに対し
てはフッ素を基本とするプラズマが用いられる。図１３
を見よ。

【００３４】（１８）酸素またはオゾンを含むＴＥＯ
Ｓのプラズマで増強された分解により、相互接続体１４
２の上に、厚さ50ｎｍの整合した酸化物ライナ１５０が
沈着される。ライナ１５０は金属の表面を不動態化し、
そして金属原子が中間金属レベルの誘電体の中に拡散す
るのを防止する。この誘電体は、多孔質シリカまたはフ
ッ素添加されたパリレン（parylene）のような誘電率の
小さな材料であることができる。次に、ライナで被覆さ
れた相互接続体の上に、中間金属レベル誘電体が沈着さ
れる。この中間金属レベル誘電体は、第１レベルの相互
接続体と多孔質シリカおよび相互接続体の上のフッ素添
加された二酸化シリコンとの間の多孔質シリカのよう
な、２個またはさらに多数個の材料の積層体であること
ができる。

【００３５】（１９）段階（１１）の孔の作成と同じ
ように、中間金属レベル誘電体の中に孔が作成される。
次に、前記の段階（１３）〜（１８）を繰り返すことに
より、この中間金属レベル誘電体の上に第２レベル相互
接続体が作成される。同様な段階を繰り返すことによ
り、第３レベル相互接続体、第４レベル相互接続体、第
５レベル相互接続体、…を作成することができる。

【００３６】酸化窒化シリコンの組成酸化窒化シリコンの屈折率および消衰係数は、組成と共
に変化する。図１５に示されているように、窒素の濃度
が増大すると、ｎおよびｋが増大する。したがって反射
防止層としての酸化窒化シリコンは、反射防止層からの
正味の反射率がゼロとなるように下側の材料の反射率と
適合するために、２個のパラメータ（層の厚さおよび組
成）を与える。特に、反射の回数が１回という単純な場
合を考える。すなわち、フォトレジストを透過した強度
１の放射線が反射防止層に入射し、そしてそのｒ％（典
型的な場合には、約 5％〜10％）が（πの位相差を伴っ
て）反射されてフォトレジストに返っていく。そして
（１−ｒ）％が反射防止層を透過するが、この透過の際
に因子ｅ^-ktの減衰を受ける。ここで、ｋは消衰係数で
あり、ｔは反射防止層の厚さである。下側材料との界面
において、Ｒ％が（πだけの位相差を伴って）反射し、
そして残りの部分は下側材料を透過するおよび／または
吸収される。反射された部分Ｒはまた、戻って返る時に
反射防止層を透過するのでｅ^-ktだけの減衰を受け、そ
して再びフォトレジストの中に入る。したがって、下側
材料から反射された部分はＲ（１−ｒ）ｅ^-2ktであり、
そしてこれは最初に反射された部分ｒと相殺されるべき
である。この相殺が行われるためには、振幅は等しく
（ｒ＝Ｒ（１−ｒ）ｅ^-2kt）なければなく、そして位相
はπだけ異ならなければならない。このことは、厚さｔ
が波長の４分の１でなければならないことを意味する。
反射防止層の中の波長は、真空中の放射線の波長λを反
射防止層の屈折率で除算したものである。したがって、
ｔ＝λ／４ｎとし、そして酸化窒化物の組成を比ｋ／ｎ
が下記の式を満たすように選定する。

【００３７】

【数１】ｒ＝Ｒ（１−ｒ）ｅ^-kλ^/4n

【００３８】

【数２】ｋ／ｎ＝４／λ［ｌｏｇ（Ｒ）＋ｌｏｇ（（１
−ｒ）／ｒ）］

【００３９】もちろん、反射率ｒはｎおよびｋとフォト
レジストの光学定数とにより定まるが、ある範囲のｎお
よびｋにわたって反射率ｒは比較的に一定である。同様
に、下側材料が一旦与えられれば、Ｒ（Ｒもまたｎおよ
びｋにより変化する）は近似的に知ることができ、そし
て要求されたｋ／ｎを与える組成を選定することができ
る。

【００４０】図１６は、酸化窒化物層の厚さが29ｎｍの
場合のレジスト・酸化窒化物の界面および酸化窒化物・
ポリシリコンの界面における反射というさらに精密なモ
デルを用いて、レジストの中に反射されて戻ってくる正
味の反射強度を酸化窒化物の光学定数の関数として計算
したグラフである。中央の等高線の内側は、レジストの
中への正味の反射率が１％以下の領域であることを示
す。また図１６には、図１５に示されたような酸化窒化
シリコンのｎとｋの関係の曲線が、計算された正味の反
射率に重ねて示されている。この曲線は正味の反射率が
１％以下である領域の中央を通る。このことは、中央の
位置の組成を目標とすることが確固とした酸化窒化物の
パラメータを与えるであろうということを示す。

【００４１】多層金属積層体（またはケイ化物化された
ポリシリコン、など）の場合、反射のモデルはまた、下
側の金属界面からの反射を含んでいる。下記の好ましい
実施例の酸化窒化シリコンＡＲＣは小さな正味の反射を
生ずる。（ａ） 360ｎｍのアルミニウムの上の20ｎｍのＴｉＮ
の場合、厚さ25ｎｍのＳｉ_0.469Ｏ_0.446Ｎ_0.085を用
いる。この材料はｎ＝1.90±0.02およびｋ＝0.14±0.02
を有する。（ｂ） 500ｎｍのアルミニウムの上の25ｎｍのＴｉＮ
の場合、Ｓｉ_0.44Ｏ_0.47Ｎ_0.085を用いる。

【００４２】これらの酸化窒化シリコンは窒素が約10％
よりも少ない組成を有するが、二酸化シリコンのように
酸素の量がシリコンの量の約２倍であるのとは対照的
に、同程度の（すなわち、10％の範囲内で等しい）量の
シリコンと酸素とを有する。しかしこれらの酸化窒化シ
リコンの誘電率は約 4.1〜4.2 であり、この誘電率の値
は酸化物の誘電率の値と同程度である。したがってこの
酸化窒化物はハード・マスクとして用いることができ、
そしてエッチングの後、金属相互接続体の頂部に残留す
ることができる。それは誘電率が小さい場合、窒化シリ
コンのような誘電率の大きな材料のように、隣接する相
互接続体の間の容量性結合が増加しないからである。図
１４を見よ。図１４は、相互接続体１４２の上の酸化窒
化シリコンＡＲＣ１５０および厚さ 5ｎｍの酸化物ライ
ナ１６０を示している。

【００４３】酸化窒化物のプラズマ処理酸化窒化シリコンＡＲＣに対する酸素を含有するプラズ
マによる表面処理は、Ｎ₂ＯにＡｒを加えたプラズマに
よる実験結果を示した下記の表に示されているように、
光学的性質に及ぼす影響は非常に小さい。

【００４４】

【表１】処理厚さ（ｎｍ）ｎｋ沈着したまま 31.5 1.98 0.67 20秒、 130ワット 30.8 1.93 0.65〜0.66 40秒、 130ワット 30.7 1.92 0.65 20秒、 200ワット 30.8 1.92 0.65〜0.66 酸化物キャップ 35.8 1.82 0.62

【００４５】最後の行（ 5ｎｍの酸化物キャップ）は、
窒素除去プラズマ処理の代わりに、酸化窒化シリコンＡ
ＲＣの上に薄い二酸化シリコン層を沈着するまた別の実
施例と比較される。このような酸化物キャップ方式は反
射に対してまた別の界面を導入し、そして反射防止の性
質を複雑にする。

【００４６】種々の窒素除去プラズマを用いることがで
きる。基本的な反応は、表面で酸素の１つが窒素を置き
換える反応である。したがって、酸素プラズマ（例え
ば、Ｏ ₂にＡｒを加える）または酸素に亜窒化酸化物を
加える、などを用いることができる。Ｎ₂Ｏプラズマか
らの酸素原子と窒素原子との両方が酸化窒化物の表面に
衝突するが、したし酸素は優先して窒素を置き換える。
酸素を含有するガスの分圧は、１分以下の処理を得るた
めに、 100ミリトルないし10トルのような範囲にあるこ
とができるであろう。プラズマ・バイアスは、窒素除去
領域の深さを決定するのを助ける。

【００４７】酸素プラズマ処理のまた別の実施例は、窒
素が除去された表面を得るために酸化窒化物の沈着の終
了時に、シランにＮ₂Ｏを加えたものからシランにＯ₂
を加えたものに切り替えることである。けれどもこのま
た別の実施例は、 5ｎｍまたはそれ以下の厚さの酸化物
膜の沈着の制御および膜の均一度の制御の問題点を有す
る。

【００４８】線幅の縮小図１７は、種々の初期のレジストの線幅に対し、定まっ
た酸素レジスト・エッチング（これは80ｎｍのレジスト
を除去する）の場合の酸化窒化物反射防止層を用いたパ
ターンに作成されたレジスト線幅縮小の強固さを示した
図である。図１７には、図１７の３シグマ曲線により縮
小した線幅に見られる標準偏差が示されている。このよ
うに 220ｎｍから60ｎｍへの縮小は、約 2ｎｍ〜 3ｎｍ
の標準偏差を有する。酸化窒化シリコン反射防止層を用
いたこの強固な大きな線幅の縮小により、オリジナルの
レジストの線幅を、リソグラフィが十分に制御される範
囲内でパターンに作成することを可能にする。

【００４９】使い捨てゲートの好ましい実施例図１８ａ〜図１８ｄは、酸化窒化シリコン反射防止層を
用いた集積回路製造の使い捨てゲートの方法を示した図
である。特に、基板の中に作成された側壁スペーサおよ
びソース／ドレインを備えたポリシリコン・ダミー・ゲ
ートを有するために、前記の段階（１）〜（１０）を行
う。60ｎｍだけのダミー・ゲート長を作成するために、
パターンに作成されたレジストの縮小を用いる。このこ
とは、 220ｎｍのオリジナルのダミー・ゲート長と、そ
の後の80ｎｍのレジスト・エッチング（図１７を見よ）
により達成することができる（図１７を見よ）。その結
果得られる構造体は、図９の構造体に類似している。

【００５０】ＴＥＯＳ酸化物のような誘電体を 500ｎｍ
の厚さに沈着し、そしてＣＭＰのような方法で平坦化し
て、ポリシリコン・ダミー・ゲートの頂部を露出する。
図１８ａに、ダミー・ゲート５０５および誘電体５３０
が示されている。ダミー・ゲート５０５は、高さが約 2
00ｎｍ、長さが60ｎｍであることができる。

【００５１】ＨＢ＋Ｏ₂のプラズマを用いて、ダミー・
ゲート５０５をエッチングすることにより除去する。オ
プションとして、ゲート酸化物を除去し、そしてダミー
・ゲート５０５の除去により残った溝の底に新しいゲー
ト酸化物を熱的に成長させる。次に、ＴｉＮまたは異な
る金属の積層体のようなゲート材料をブランケット沈着
することにより、溝を充填しそして誘電体５３０を被覆
する。図１８ｂを見よ。図１８ｂには、厚さ 200ｎｍの
金属ゲート材料５０７が示されている。

【００５２】ゲート材料に適合した組成（光学定数）を
有する酸化窒化シリコンを29ｎｍの厚さに沈着し、そし
てその後酸素プラズマで表面処理を行い、そして次に 2
48ｎｍの放射線に感度を有するフォトレジストをスピン
・オンする。フォトレジストをパターンに作成して、長
さ 250ｎｍのゲート頂部を定め、そしてこのパターンに
作成されたフォトレジスト（線幅が縮小されていない）
を用いてゲート材料５０７のエッチングを行い、それに
よりＴ型ゲート５０６を作成する。図１８ｃを見よ。

【００５３】誘電体の沈着、孔の作成、第１レベルの金
属相互接続体の作成などにより、前記の段階（１１）〜
（１９）を継続する。図１８ｄを見よ。

【００５４】ダマシーンの好ましい実施例フォトレジストの線幅の縮小はゲート・レベルにだけ用
いられるので、前記の好ましい実施例の金属相互接続構
造体を、ダマシーン相互接続構造体で置き換えることが
できる。特に、孔を最初に充填する段階（１３）を変更
して前記段階（１）〜（１３）を繰り返し、そして次に
第２誘電体レベルを沈着し、誘電体の中の溝の位置をフ
ォトリソグラフィにより定め、そして次に誘電体にエッ
チングを行って溝を定め、そして次にブランケット金属
にＣＭＰまたはエッチング・バックを行って溝の中の金
属だけを残し、そしてそれにより相互接続体を作成す
る。図１９は、ゲート６０６を備えた１つの金属レベ
ル、プリメタル・レベル誘電体６３０、充填された孔６
４４、および第１金属レベル誘電体６５０に対する、ダ
マシーン構造体の図である。

【００５５】変更実施例窒素除去表面処理または小さな誘電率のための高濃度シ
リコンを備えた、酸化窒化シリコンの反射防止被覆（Ａ
ＲＣ）層の特徴を保持したまま、好ましい実施例を種々
に変更することができる。

【００５６】例えば、酸化窒化シリコンは異なる組成を
有するが、しかしなお１個または複数個の下側の材料に
同調することができるｋ／ｎ比を有することができる。

【００５７】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。（１）（ａ）パターンに作成されるべき材料層の上に
酸化窒化シリコンの反射防止被覆体を沈着する段階と、
（ｂ）酸化窒化シリコンの前記反射防止被覆体の表面
領域から窒素を除去する段階と、（ｃ）窒素が除去さ
れた前記酸化窒化シリコン反射防止被覆体にフォトレジ
ストを取り付ける段階と、を有する、集積回路の製造
法。（２）酸化窒化シリコン反射防止被覆体に酸素プラズ
マ処理を行うことにより表面の窒素が除去され、そして
フォトレジストの接着が増進する。酸化窒化シリコンは
シリコン濃度が高くて誘電率が小さく、したがってハー
ド・マスクとして用いられた後の除去が必要でない。

【００５８】下記の出願中特許は、本出願と関連する内
容を開示している。シリアル番号第08/678,847号、1996
年12月７日出願（ＴＩ-20565号）およびシリアル番号第
60/049,006号、1997年９月６日出願（ＴＩ-25277号）。
これらの出願は、本出願の譲受人と同じ譲受人に譲渡さ
れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】好ましい実施例の集積回路の製造法の最初の段
階の横断面図。

【図２】図１の次の段階の横断面図。

【図３】図２の次の段階の横断面図。

【図４】図３の次の段階の横断面図。

【図５】図４の次の段階の横断面図。

【図６】図５の次の段階の横断面図。

【図７】図６の次の段階の横断面図。

【図８】図７の次の段階の横断面図。

【図９】図８の次の段階の横断面図。

【図１０】図９の次の段階の横断面図。

【図１１】図１０の次の段階の横断面図。

【図１２】図１１の次の段階の横断面図。

【図１３】図１２の次の段階の横断面図。

【図１４】図１３の次の段階の横断面図。

【図１５】組成による光学定数の変化を示した図。

【図１６】正味の反射を示した図。

【図１７】線幅の縮小を示した図。

【図１８】また別の好ましい実施例の横断面図であっ
て、ａは最初の段階の図、ｂはａの次の段階の図、ｃは
ｂの次の段階の図、ｄはｃの次の段階の図。

【図１９】ダマシーンの好ましい実施例の図。

【図２０】酸素と窒素の分布を示した図。

【符号の説明】

１５０反射防止被覆体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｂ 21/8238 27/08 ３２１Ｄ 27/092 (72)発明者グオクシアンシンアメリカ合衆国テキサス，ダラス，オーデリアロード 11700，ナンバー417

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）パターンに作成されるべき材料層
の上に酸化窒化シリコンの反射防止被覆体を沈着する段
階と、（ｂ）酸化窒化シリコンの前記反射防止被覆体
の表面領域から窒素を除去する段階と、（ｃ）窒素が
除去された前記酸化窒化シリコン反射防止被覆体にフォ
トレジストを取り付ける段階と、を有する、集積回路の
製造法。