(57)【要約】少なくとも50パーセントのHeを有する第一のガス状エッチャントをプラズマエッチング反応器に供給することによって、少なくとも15:1のアスペクト比を有する開口部を製造するために絶縁層をエッチングする方法。第一のガス状エッチャントの使用は、少なくとも15:1のアスペクト比を有する絶縁層内の開口部でのねじれの発生を減少させる。【選択図】図5
2009527899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層をエッチングするプロセスであって、前記プロセスが
少なくとも50パーセントのHeを有する第一のガス状エッチャントをプラズマエッチング反応器に供給するプロセスと、
前記絶縁層を前記第一のガス状エッチャントのプラズマにさらし、少なくとも15:1のアスペクト比を有する開口部を前記プラズマでエッチングするプロセスと、
を含むことを特徴とする、プロセス。
【請求項２】
第一に、前記絶縁層を、Ar、Xe、およびこれらの組み合わせを含む第二のガス状エッチャントのプラズマにさらし、前記開口部を約15:1未満のアスペクト比までエッチングするプロセス、
を含む、請求項1のプロセス。
【請求項３】
前記エッチングされた開口部の前記アスペクト比がいったん約15:1に達すると、前記第二のガス状エッチャントを前記第一のガス状エッチャントに交換するプロセス、
を含む、請求項2のプロセス。
【請求項４】
前記絶縁層は、ケイ酸ガラス、酸化シリコン、シラン、およびオルトケイ酸テトラエチル（TEOS）からなるグループから選択された酸化物であることを特徴とする、請求項1のプロセス。
【請求項５】
前記第一のガス状エッチャントはHeとArの混合物であることを特徴とする、請求項1のプロセス。
【請求項６】
前記第一のガス状エッチャントは、約90パーセントのHeと、約10パーセントのArであることを特徴とする、請求項1のプロセス。
【請求項７】
前記第一のガス状エッチャントはHeであることを特徴とする、請求項1のプロセス。
【請求項８】
前記開口部は、ビア、コンタクト、およびトレンチのグループから選択された開口部を含むことを特徴とする、請求項1のプロセス。
【請求項９】
少なくとも20:1のアスペクト比を持ち、前記絶縁層内に底と側面を有するコンタクトであって、前記コンタクトは、前記絶縁層に対して垂直な軸が前記開口部の前記側面によって遮られずに、前記開口部を通って前記底まで通過する、請求項1のプロセスにしたがって製造された、コンタクト。
【請求項１０】
絶縁層をエッチングするプロセスであって、前記プロセスは、
プラズマエッチング反応器内で、前記絶縁層を重イオンガス状エッチャントのプラズマにさらすプロセスであって、前記重イオンガス状エッチャントは、
第一の不活性ガスと、
約15:1未満のアスペクト比まで開口部をエッチングするための、第一の反応性ガスと、
を含むプロセスと、
前記重イオンガス状エッチャントを軽イオンガス状エッチャントに交換するプロセスであって、前記軽イオンガス状エッチャントは、
第二の不活性ガスと、
前記エッチングされた開口部の前記アスペクト比がいったん約15:1に達すると、前記開口部を少なくとも20:1のアスペクト比までさらにエッチングする、第二の反応性ガス
と、
を含むプロセスと、
を含むことを特徴とする、プロセス。
【請求項１１】
前記第一の不活性ガスは重イオンからなり、前記第二の不活性ガスは軽イオンからなることを特徴とする、請求項10のプロセス。
【請求項１２】
前記重イオンは、Ar、Xe、クリプトン（Kr）、臭素（Br）、巨大フッ化炭素イオン、およびこれらの組み合わせを含むグループから選択され、ならびに、前記軽イオンはHe、ネオン（Ne）、塩素（Cl）、およびフッ素（F）を含むグループから選択されることを特徴とする、請求項11のプロセス。
【請求項１３】
前記第一の反応性ガスは重イオンからなり、ならびに、前記第二の反応性ガスは軽イオンからなることを特徴とする請求項10のプロセス。
【請求項１４】
前記重イオンはBrであり、前記軽イオンはClであることを特徴とする、請求項13のプロセス。
【請求項１５】
絶縁層をエッチングするプロセスであって、前記プロセスは、
プラズマエッチング反応器内で、前記絶縁層を重イオン反応性ガスエッチャントのプラズマにさらし、約15:1未満のアスペクト比まで開口部をエッチングするプロセスと、
前記エッチングされた開口部の前記アスペクト比がいったん約15:1に達すると、前記重イオン反応性ガスエッチャントを軽イオン反応性ガスエッチャントに交換し、前記開口部を少なくとも20:1のアスペクト比までさらにエッチングするプロセスと、
を含むことを特徴とする、プロセス。
【請求項１６】
前記重イオン反応性ガスエッチャントはBrであり、前記軽イオン反応性ガスエッチャントはClであることを特徴とする、請求項15のプロセス。
【請求項１７】
絶縁層をエッチングするプロセスであって、前記プロセスは、
前記絶縁層を、Ar、Xe、およびこれらの組み合わせを含むガス状エッチャントのプラズマにさらし、開口部を約15:1のアスペクト比までエッチングするプロセスと、
前記絶縁層を、少なくとも50パーセントのHeを有するガス状エッチャントのプラズマにさらし、少なくとも15:1のアスペクト比を有する開口部をエッチングするプロセスと、を含むことを特徴とする、プロセス。
【請求項１８】
前記絶縁層は、ケイ酸ガラス、酸化シリコン、シラン、およびオルトケイ酸テトラエチル（TEOS）からなるグループから選択された酸化物であることを特徴とする、請求項17のプロセス。
【請求項１９】
少なくとも15:1のアスペクト比を有する前記開口部をエッチングするための前記ガス状エッチャントは、HeとArの混合物であることを特徴とする、請求項17のプロセス。
【請求項２０】
前記ガス状エッチャントは、約90パーセントのHeと約10パーセントのArであることを特徴とする、請求項19のプロセス。
【請求項２１】
前記開口部は、ビア、コンタクト、およびトレンチのグループから選択された開口部を含むことを特徴とする、請求項17のプロセス。
【請求項２２】
高アスペクト比コンタクト（HARC）を製造するために絶縁層をエッチングするプロセス
であって、前記プロセスは、
ガス状エッチャントを、前記絶縁層を有するプラズマエッチング反応器に供給するプロセスと、
前記絶縁層を前記ガス状エッチャントのプラズマでエッチングし、本質的に細長い、対称的な形状を画定し、少なくとも約15:1のアスペクト比を有する前記HARCを製造するプロセスと、
を含むことを特徴とする、プロセス。
【請求項２３】
前記HARCは、少なくとも20:1のアスペクト比を有することを特徴とする、請求項22のプロセス。
【請求項２４】
前記ガス状エッチャントは少なくとも50パーセントのHeを有することを特徴とする、請求項22のプロセス。
【請求項２５】
ガス状エッチャントをプラズマエッチング反応器に供給するプロセスと、
前記ガス状エッチャントのプラズマで絶縁層の表面をエッチングするプロセスと、
前記絶縁層内に底と側面を有する開口部を形成するプロセスであって、前記開口部は、前記絶縁層に対して垂直な軸が前記開口部の前記側面によって遮られずに、前記開口部を通って前記底まで通過し、ならびに少なくとも20:1のアスペクト比を有するプロセスと、を含む、エッチングプロセス。
【請求項２６】
前記絶縁層に垂直な前記軸と前記側面の距離が、約40 nm未満であることを特徴とする、請求項25のプロセス。
【請求項２７】
前記ガス状エッチャントの組成は、少なくとも50パーセントのHeには欠けているが他の点は同一であるエッチングと比較して、前記開口部の製造量を増加させるのに有効であることを特徴とする、請求項25のプロセス。
【請求項２８】
前記ガス状エッチャントの組成は、前記開口部の前記アスペクト比が少なくとも15:1に達したとしても、一定のエッチング速度を維持するのに有効であることを特徴とする、請求項25のプロセス。
【請求項２９】
絶縁層内に底と側面を有する開口部であって、前記開口部は、前記絶縁層に対して垂直な軸が前記開口部の前記側面によって遮られずに、前記開口部を通って前記底まで通過し、ここで、前記開口部は少なくとも20:1のアスペクト比を有する、本質的に細長い対称的な形状を画定することを特徴とする開口部を含む、
コンタクト。
【請求項３０】
前記コンタクトの深さは約80 nmであることを特徴とする、請求項29のコンタクト。
【請求項３１】
前記開口部は、メモリ素子で使用するためのキャパシタを形成する層を収容することを特徴とする、請求項29のコンタクト。
【請求項３２】
前記キャパシタは、RAM回路、DRAM回路、SRAM回路の一部として製造されることを特徴とする、請求項31のコンタクト。
【請求項３３】
少なくとも20:1のアスペクト比を有する、本質的に細長い対称的な形状を画定する開口部であって、絶縁層を少なくとも50パーセントのHeのガス状エッチャントのプラズマにさらすことによって、前記絶縁層上にエッチングされた開口部、
を含む、コンタクト。
【請求項３４】
15:1までのアスペクト比を有する前記開口部は、前記絶縁層を、Ar、Xe、またはこれらの組み合わせの第二のガス状エッチャントのプラズマにさらすことによって形成されることを特徴とする、請求項33のコンタクト。
【請求項３５】
エッチング反応器を操作する方法であって、前記方法は、
少なくとも50パーセントのHeを有する第一のガス状エッチャントを前記エッチング反応器に供給するステップと、
絶縁層を供給するステップと、
前記第一のガス状エッチャントのプラズマで、前記絶縁層内に底と側面を有する開口部をエッチングするステップであって、前記開口部は、前記絶縁層に対して垂直な軸が前記開口部の前記側面によって遮られずに、前記開口部を通って前記底まで通過し、ここで、前記開口部は少なくとも15:1のアスペクト比を有する、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
第一に、Ar、Xe、およびこれらの組み合わせを含む第二のガス状エッチャントのプラズマで、約15:1未満のアスペクト比まで前記開口部をエッチングするステップ、
を含む、請求項35の方法。
【請求項３７】
前記エッチングされた開口部の前記アスペクト比がいったん約15:1に達すると、前記第二のガス状エッチャントを前記第一のガス状エッチャントに交換するステップ、
を含む、請求項35の方法。
【請求項３８】
トランジスタと、
導電線と、
キャパシタと、
を含むメモリ素子であって、前記トランジスタおよび前記キャパシタは、前記導電線によって接続され、ならびに、前記キャパシタは開口部を有する絶縁層内に含まれ、ここで、前記開口部は、前記絶縁層内に底と側面を有し、前記絶縁層に対して垂直な軸が前記開口部の前記側面によって遮られずに、前記開口部を通って前記底まで通過し、少なくとも20:1のアスペクト比を有することを特徴とする、メモリ素子。
【請求項３９】
データ入力素子と、
データ出力素子と、
前記データ入力素子および前記データ出力素子に接続するプロセッサと、
前記プロセッサに接続するメモリ素子と、
を含むプロセッサベースのシステムであって、前記メモリ素子は、
トランジスタと、
導電線と、
キャパシタと、
を含むメモリ素子であって、前記トランジスタおよび前記キャパシタは前記導電線によって接続され、ならびに、前記キャパシタは開口部を有する絶縁層内に含まれ、ここで、前記開口部は、前記絶縁層内に底と側面を有し、前記絶縁層に対して垂直な軸が前記開口部の前記側面によって遮られずに、前記開口部を通って前記底まで通過し、少なくとも20:1のアスペクト比を有することを特徴とする、
プロセッサベースのシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体および半導体製造方法に関する。より具体的には、本発明は、絶縁層内の高アスペクト比の開口部、および高アスペクト比の開口部を形成するためのプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（DRAM）などの半導体素子の製造の間、絶縁層は導電層を電気的に分離するために使用されている。導電層が絶縁層内の開口部を通じて相互接続されることがしばしば必要とされる。そのような開口部は一般的にコンタクトホール（すなわち、絶縁層を通じてアクティブ素子領域に伸びる開口部）、もしくはビア（すなわち、絶縁層を通じて二つの導電層間に伸びる開口部）と呼ばれる。
【０００３】
コンタクトホールもしくはビアに導電性材料が提供され、あるいはコンタクトホールもしくはビアが導電性材料で充填される場合、開口部の断面は、それ特有の特性を表すので、特に重要である。素子の最小のフィーチャ寸法が減少するにつれて、開口部のアスペクト比（幅に対する深さの比）を増加させる必要がある。しかしながら、アスペクト比が増加するにつれ、「ねじれ（twisting）」と呼ばれる現象が発生しうる。開口部のエッチングの最前部（etch front）が、半導体基板表面に対して垂直なところからずれ始めるとき、ねじれが発生し、例えば、コルク抜きの形状の開口部が起こりうる。高アスペクト比（HAR）開口部に関連するねじれ現象は、ねじれが、アクティブ素子領域間の距離を増加させることによって、ならびに、導電性材料でコンタクトを充填することをより困難にすることによって、コンタクトの効率を低下させる、というところに問題がある。このように、HARエッチングプロセスにおけるねじれ現象に対する適切な解決法が望まれている。
【発明の開示】
【０００４】
本開示の実施形態は、少なくとも50パーセントのヘリウム（He）流量（立方センチメーター毎分（sccm））を有する、第一のガス状エッチャントを用いた絶縁層のエッチングプロセスを含む。本開示にしたがうと、高アスペクト比コンタクト（HARC）におけるねじれ現象は、本開示に記述された第一のガス状エッチャントを使用することによって、減少しうる。他の実施形態において、HARCのエッチングに使用される第一のガス状エッチャントはArとHeの混合物である。一実施形態では、第一のガス状エッチャントは、約90%のHeと約10%のArの混合物であってよい。さらに他の実施形態では、第一のガス状エッチャントはHeである。
【０００５】
ここで使用する場合、「高アスペクト比コンタクト」（HARC）という用語は、約80 nmの深さ寸法（dimension）に対して、少なくとも15:1のアスペクト比（幅に対する深さの比）を有する、絶縁層内のコンタクト、開口部、ビア、および／またはトレンチを含む。ここで使用する場合、「絶縁層」という用語は、導電層を分離するために使用される材料を含む。絶縁層の例は、二酸化シリコン、リンがドープされた二酸化シリコン、または、ケイ酸ガラス、酸化シリコン、シラン、オルトケイ酸テトラエチル（TEOS）、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluouroethylene：PTFE）、もしくはチッ化シリコンなどの誘電体、を含む。他の例示的な材料は、硬化した（cured）、水素シルセスキオキサン（hygrogen silsesquioxane）化合物、または、メチルシルセスキオキサン（methyl silsesquioxane）化合物、The Dow Chemical Company of Midland, Mich. によって製造されるSiLK(R)、Schumacher of Carlsbad, Calif. によって製造されるVelox TM 、またはHoneywell of Morristown, N.J. によって製造されるFLARE TM などのさまざまなポリアリレンエーテル（PolyArylene Ether：PAE）ポリマーが含まれるが、これらに限定されない。
【０００６】
HARCの形成の間に、必須ではないが、Heと、アルゴン（Ar）、キセノン（Xe）、およびこれらの混合物などを含む第二のガス状エッチャントが、初めに約15:1未満のアスペクト比を有する開口部を形成するために使用されうる。アスペクト比が15:1の値に近づくにつれ、第二のガス状エッチャントは、少なくとも50%のHeを含む第一のガス状エッチャントに交換されうる。
【０００７】
追加の実施形態においては、開口部を創るために重イオンのプラズマで絶縁層をエッチングするプロセスが提供される。開口部がいったん約15:1のアスペクト比に達すると、重イオンは、少なくとも20:1のアスペクト比に開口部をエッチングするための軽イオンに交換される。
【０００８】
他の実施形態においては、HARCを製造するためにガス状エッチャントのプラズマで絶縁層をエッチングするプロセスが提供される。さらに、HARCは細長い、対称的な形状で、かつ、約80 nmの深さ寸法に対して少なくとも約15:1のアスペクト比を有する。本開示の実施形態は、少なくとも20:1のアスペクト比を有するHARCを形成するためにも使用されうる。一実施形態において、コンタクトは絶縁層内に形成され、ここで開口部は、絶縁層に対して垂直な軸が、開口部の側部によって遮られずに、開口部を通って底まで通過するようにする。さらに、コンタクトは、80 nmより上の深さ寸法に対して、少なくとも20:1のアスペクト比で、本質的に細長い対称的な形状を画定する開口部を有する。他の実施形態においては、コンタクトは、ランダム・アクセス・メモリ（RAM）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（DRAM）、または、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（SRAM）などのメモリ素子において使用されるキャパシタを形成する層を収容する。
【０００９】
ここで使用する場合、「半導体基板」または「半導性基板」という用語は、半導性ウェハ（単独、もしくは他の材料をその上に含む部品としてのいずれの場合も）、および、半導性材料層（単独、もしくは他の材料をその上に含む部品としてのいずれの場合も）などのバルク半導性材料を含むがこれらに限定されない、半導性材料を含む任意の構造を意味するものとして規定される。ここで使用する場合、「基板」という用語は、ここに開示の半導性基板を含むが、これらに限定されない任意の支持構造を言う。ここで使用する場合、「層」という用語は、別な方法で指示しない限り、単独、および複数の両方を包含する。ここで使用する場合、「ねじれ」もしくは「ねじれ現象」という用語は、開口部のエッチングの最前部が、半導体基板表面に対して垂直なところからずれ始めるときを言う。
【００１０】
第一のガス状エッチャントおよび第二のガス状エッチャントは、誘電体をエッチングする反応性ガスと併用して不活性ガスとして機能することが理解されよう。それゆえ、反応性ガスが加えられた場合、第一と第二のガス状エッチャントの流量（立方センチメーター毎分（sccm））は自身の相対量を等しく保ちながら調節される。反応性ガスはエッチング用として知られた任意のガス状物質であってよい。本発明に使用するのに適した反応性ガスの例は、臭化水素（HBr）、塩素（Cl2）、四フッ化炭素（CF4）、トリフルオロメタン（CHF3）、および類似の物質を含む。反応性ガスの選択は、出力（power）、圧力、温度、および同様のパラメータなどのエッチングプロセスの物理的パラメータと同様に、エッチングされる基板によって決定されることが理解されよう。
【００１１】
エッチャント材料の全ての百分率値は流量百分率であると理解されたい。例えば、少なくとも50パーセントのヘリウム（He）を有する第一のガス状エッチャントとは、プラズマ反応器中を流れるガスの百分率で、立方センチメーター毎分（sccm）の50パーセントがHeである、ということを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この明細書中の図は、番号を付けるという慣例にしたがい、この慣例においては、示されている図の番号に対応する第一の数字、および残りの数字が図中の要素または構成要素を同定する。異なる図の間の同様の要素もしくは構成要素は、同様の数字を使用することによって同一と認められる。例えば、110は図1中の要素「10」に参照符を付け、ならびに、同様の要素は図2中では210として参照符が付けられている。図面上の縮尺は、そこに示されているさまざまな要素の正確な寸法を表しているのではないことも明らかであろう。
【００１３】
15:1より大きいアスペクト比を有する高アスペクト比コンタクト（HARC）を製造することは、ねじれ現象のために困難であることがわかっている。図1にねじれ現象の例証が提供される。例証されるように、電子101は、開口部の上端103近傍の、開口部104の範囲を限定する絶縁層114に主に衝突し、一方、陽イオン102は開口部の底部105に達する。これは、開口部の上端103が−に荷電し、開口部104の底部105が＋に荷電する原因となるものである。開口部104の底部105における電荷は、開口部104の側面106にはじかれた、軸から逸れた（off-axis）イオンとなる。
【００１４】
さらに、フォトリソグラフィーまたはポリマーのロード（loading）による、開口部104の上端103での小さな非対称部分（asymmetries）もまた、入射イオン102を湾曲させる、開口部104の上端103における非対称的な荷電を引き起こしうる。そして、これは、一つの領域へのイオン102の流量の増加により、開口部104を一つの側面106で、より早くエッチングさせる。ねじれ現象を示す開口部の他の例証（丸で囲んだ部分）が図2および図3に示される。
【００１５】
コンタクトホールまたはビアのエッチングにおいてはしばしば、プロセスは正常に（例えばねじれなしに）エッチングに取りかかるが、あるアスペクト比においてエッチング作用がねじれ始める。いくつかの場合では、この変化は、約80 nmの深さ寸法に対して、およそ15:1のアスペクト比において起こる。ねじれは、重イオン（例えば、アルゴン（Ar）、およびキセノン（Xe））を用いるエッチングプロセスにおいて特に問題である。ここで、エッチングプラズマは、イオンと電子の間に大きなエネルギーの不均衡を有している。大きなエネルギーの不均衡により、プラズマからの対応する電子よりも速い垂直方向の速さで、開口部に達する重イオンが結果として生じる。この結果、約80 nmの深さ寸法に対しておよそ15:1より上にアスペクト比が増加するにつれ、イオンは開口部の底部に蓄積し始める。追加のイオンが開口部に導入され続けると、イオンは電界によって、集められたり、集められなかったりし、輪郭のひずみやエッチング速度の減少を引き起こす。エッチング速度の減少は、開口部のアスペクト比が増加するにつれてエッチング速度が変化するため、「アスペクト比依存エッチング速度（aspect ratio dependent etch rate）」と呼ばれ、開口部の底での電荷の集積の結果である。電荷の蓄積（build）において、パターン、ポリマー、もしくはフィーチャの非対称性によるいくらかの非対称性がある場合も、ねじれ現象は、イオンがフィーチャの一つの側に集まるような結果となる。実施形態は、この例に与えられた約80 nmの深さ寸法に限定されない。他の深さ寸法も可能であり、80 nmより深い深さ寸法も80 nmより浅い深さ寸法も含む。
【００１６】
重イオンの使用により、ねじれた開口部とエッチング速度の減少が生じるが、重イオンを使用したプラズマエッチングは、そのマスク選択性により、現在のプラズマエッチングプロセスにおいても優位を占めたままである。重イオンは、プラズマに、マスク層ではなく露出した絶縁層をより選択的にエッチングさせる、というマスク選択性を示す。それゆえ、高アスペクト比の開口部のエッチングにおいて、ねじれおよびエッチング速度の問題があるにもかかわらず、マスク選択性は、プラズマエッチングにおいて重イオンを使用する一つの主な理由であり続けている。
【００１７】
本開示の実施形態は、絶縁層内に形成された開口部での、ねじれ現象およびエッチング
速度の減少を減らす助けとなる。絶縁層内の高アスペクト比の開口部を重イオンでエッチングする従来の傾向にもかかわらず、本開示の実施形態は驚くべきことに、軽くて低エネルギーのイオンからのプラズマの使用が、絶縁層を通ってHARCを形成にすることにおけるねじれを減らす、もしくは除去することに非常に有効であることを発見したものである。
【００１８】
理論に縛られることは望んでいないが、約80 nmの深さ寸法で少なくとも15:1のアスペクト比を有する開口部をエッチングする本開示の軽くて低エネルギーのイオンの使用は、プラズマのイオンと電子の間でのエネルギーの不均衡を減らす結果となると考えられる。低いエネルギーの不均衡により、イオンは開口部の上端で負の電荷を中和することができる。これはより多くの電子の開口部内への流入を促進する。そこで、開口部の底部でのイオンからの正電荷は、開口部に入ってきた電子によって中和される。追加のイオンが開口部に導入されるにつれ、イオンははじかれずに開口部の側面のエッチングを続ける。その結果、少なくとも80 nmの深さ寸法で少なくとも15:1以上のアスペクト比を有する開口部について、開口部のねじれが減少する。アスペクト比が増加したとしても、エッチング速度に影響を及ぼす通常の電荷の集積は伴わない。それゆえ、軽くて低エネルギーのイオンの使用は、アスペクト比依存エッチング速度も解消し、エッチングの間中、エッチング速度をほぼ一定のままにすることができる。
【００１９】
ここで使用する場合、プラズマエッチャントとして使用する軽くて低エネルギーのイオンはヘリウム（He）からの軽くて低エネルギーのイオンを含む。さまざまな実施形態において、少なくとも50パーセントのHeを有する第一のガス状エッチャントが、絶縁層をエッチングするために使用される。この結果、絶縁層での開口部のエッチングにおいて見られる、ねじれ現象が減ることとなる。図4は、第一のガス状エッチャントが少なくとも50パーセントのHeを有している場合と、対して、第一のガス状エッチャントが主にArである場合に、エッチングされた開口部で観察された、ねじれ現象の比較である。図4でのねじれは、開口部上端の中心を通って伸びる仮想中心線からの、エッチングされた開口部のずれを分析することによって測定された。示されるように、主にArを使用するプロセスで観察されたねじれと比較して、Heを使用したプロセスはより小さなねじれの範囲を示し、中心線から約40 ナノメーター(nm)を超えるねじれを示していない。
【００２０】
さまざまな実施形態において、少なくとも15:1のアスペクト比を有する開口部は、少なくとも50パーセントのHeを含む第一のガス状エッチャントのプラズマを用いてエッチングできる。ここに説明されるが、他のガスも第一のガス状エッチャントのプラズマを発生させるためにHeと共に使用されうる。
【００２１】
少なくとも50パーセントのHeを含む第一のガス状エッチャントの使用により、Heなしのプロセスよりもかなり少ないねじれしか生じないが、現在、実施は、不十分なマスク選択性により、Heを使用することから遠ざかる傾向にある。例えば、第一のガス状エッチャントでHeを使用すると、マスク層と絶縁層の両方がエッチングされることになりうる。
【００２２】
マスク選択性の問題を最小化するために、本開示の実施形態は、絶縁層の開口部にねじれ現象が観察されはじめたら、Heのかなりの部分を第一のガス状エッチャントに供給する。本開示の実施形態において、ねじれは少なくとも15:1のアスペクト比を有する絶縁層の開口部で典型的に観察され始める。開口部が少なくとも15:1のアスペクト比に達すると、第一のガス状エッチャントにHeを加えることによって、開口部は、Heが存在しない場合よりも少ないねじれで、少なくとも20:1以上のアスペクト比までエッチングされうる。また、Heがプラズマエッチングの部分でだけ使用されるので、ヘリウムの不十分なマスク選択性の影響が減少する。
【００２３】
そのような一つの実施形態は、はじめに、Ar、Xe、またはこれらの組み合わせを含む第
二のガス状エッチャントを用いて、開口部が約15:1未満のアスペクト比を有するまで、絶縁層の開口部をエッチングする。認識されるように、第二のガス状エッチャントもHeを含んでもよい。それから、開口部が約15:1未満のアスペクト比に達すると、Ar、Xe、またはそれらの組み合わせを含む第二のガス状エッチャントは、少なくとも50パーセントのHeを含む第一のガス状エッチャントと交換される。エッチングプロセスは、その後、少なくとも20:1のアスペクト比を有する開口部を製造するためにさらに続けることが可能である。
【００２４】
本開示の実施形態は、本開示の第一のガス状エッチャントをつくるために、Heを含む他のガスを使用することもさらに含む。そのような他のガスの例は、Ar、Xe、クリプトン（Kr）、臭素（Br）、巨大フッ化炭素イオン（large fluorocarbon ions）、およびこれらの組み合わせなどのガスから選択されてよい。例えば、一実施形態においては、少なくとも15:1のアスペクト比を有する開口部は、約90パーセントのHeと約10パーセントのArを含む第一のガス状エッチャントでエッチングされうる。これらの追加のガスの選択は、エッチングされる絶縁層にある程度基づく。さらに、Heと共に使用される追加のガスは、プラズマを発生させるのに必要とされる活性化エネルギーを低下させるために使用されうる。認識されるように、Heを第一のガス状エッチャントのガスとして使用することも可能である。言い換えると、いかなる追加のガスも追加せずに、Heを第一のガス状エッチャントのガスとして使用することも可能である。
【００２５】
追加の実施形態では、約15:1未満のアスペクト比に開口部をエッチングするために、絶縁層を重イオンガス状エッチャントのプラズマにさらす。開口部のアスペクト比がいったん約15:1になると、重イオンガス状エッチャントは、少なくとも20:1のアスペクト比に開口部をさらにエッチングするために、軽イオンガス状エッチャントに交換される。認識されるように、重イオンガス状エッチャントは第一の不活性ガスと第一の反応性ガスを含み、ならびに、軽イオンガス状エッチャントは第二の不活性ガスと第二の反応性ガスを含む。一実施形態においては、第一と第二の不活性ガスはそれぞれ、重イオンと軽イオンからなる。第一の不活性ガスの重イオンの例は、Ar、Xe、Kr、Br、巨大フッ化炭素イオン、およびその組み合わせを含むが、これらに限定されない。第二の不活性ガスの軽イオンの例は、He、ネオン（Ne）、塩素（Cl）、およびフッ素（F）のイオンを含むがこれらに限定されない。追加の実施形態においては、第一と第二の反応性ガスはそれぞれ、重イオンと軽イオンからなる。第一の反応性ガスの重イオンの例はBrであり、第二の反応性ガスの軽イオンの例はClである。
【００２６】
本開示の更なる実施形態は、開口部をエッチングするために反応性ガスのみを使用する。この実施形態では、約15:1未満のアスペクト比に開口部をエッチングするために、絶縁層を重イオン反応性ガスエッチャントのプラズマにさらす。開口部のアスペクト比がいったん約15:1になると、重イオン反応性ガスエッチャントは、少なくとも20:1のアスペクト比に開口部をさらにエッチングするために、軽イオンガスエッチャントに交換される。認識されるように、アスペクト比がいったん約15:1に達すると、不活性ガスがないために、エッチングケミストリの全体が入れ替わる。
【００２７】
図5は、本開示にしたがって製造された絶縁層514内の開口部504を示す。示されるように、開口部504はねじれを示していない。具体的には、絶縁層514に垂直な軸530は、開口部504の側面506に遮られることなく、開口部504を通過することができる。さらに、開口部504は、およそ少なくとも約15:1のアスペクト比の、本質的に細長い、対称的な形状を画定する。開口部504はさらに、ここに開示されたプロセスにしたがい、少なくとも20:1のアスペクト比を有して、絶縁層内に形成されうる。
【００２８】
一実施形態において、開口部504は、コンタクト、ビア、もしくはトレンチとなりうる。他の実施形態においては、開口部504は、ここに開示のプロセスにしたがって製造された、少なくとも20:1のアスペクト比のコンタクトである。他の実施形態においては、コンタクトの深さは少なくとも80 nmかそれより大きい。さらに他の実施形態においては、開口部はメモリ素子で使用されるキャパシタを形成するための層を収容する。メモリ素子は、トランジスタ、導電線、および、本開示に記述される少なくとも20:1のアスペクト比の開口部を有する絶縁層に含まれるキャパシタ、を含む。このトランジスタとキャパシタは導電線によって接続される。キャパシタはまた、RAM回路、DRAM回路、またはSRAM回路の一部として製造されてもよい。
【００２９】
さらに図5は、ここに開示された実施形態にしたがって生成された、第一のガス状エッチャント520からのプラズマを使用してエッチングされる基板部品510を示す。基板部品510は例示的なバルク基板材料512、例えば単結晶シリコンを含む。当然、セミコンダクタ・オン・インシュレータ（semiconductor-on-insulator）および、現存する、もしくはこれから開発される他の基板を含む、他の材料および基板が意図される。
【００３０】
絶縁層514は基板512上に形成されうる。例示的な絶縁層は、TEOSなどの酸化物であるが、ケイ酸ガラス、酸化シリコン、シラン、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene：PTFE）、もしくはチッ化シリコンであってもよい。他の例示的な材料は、硬化した、水素シルセスキオキサン（hydrogen silsesquioxane）化合物、または、メチルシルセスキオキサン（methyl silsesquioxane）化合物、The Dow Chemical Company of Midland, Mich. によって製造されるSiLK(R)、Schumacher of Carlsbad, Calif. によって製造されるVelox TM 、またはHoneywell of Morristown, N.J. によって製造されるFLARE TM などのさまざまなポリアリレンエーテル（PolyArylene Ether：PAE）ポリマーが含まれるが、これらに限定されない。マスキング層516は絶縁層514上に堆積される。例示的なマスク材料は半硬質（semi-hard）非晶質炭素マスクである。当然、多層プロセス、または多層マスクプロセッシング（multilayer mask processing）などの他のマスキング層プロセスも意図される。この構造は、SRAM、DRAMなどのさまざまな素子または回路の形成において使用されてもよいことが、当業者には明らかであろう。
【００３１】
ここに公開された実施形態はまた、絶縁層を通って任意の下にある材料まで、高アスペクト比の開口部を画定することに利益をもたらしうる。そういうものとして、基板512は、高アスペクト比開口部504が伸びる表面領域507を含む。このように、開口部504は基板512の表面領域507に対して、相互接続（interconnect）、電極、などの形成を提供する。例えば表面領域507は、例えば、チッ化シリコン領域、もしくはドープされたシリコン領域、またはドープされたポリシリコン領域などの任意のシリコン含有領域であってよい。しかしながら本発明は、そのようなシリコン含有領域には少しも限定されず、付随する請求項にしたがってのみ限定される。そのような高アスペクト比のフィーチャは、相互接続レベル（interconnect level）のためのコンタクトホール、ゲート電極、キャパシタ電極、ビアなどの任意の数のフィーチャを形成するために、基板512のどのような表面領域507（例えば、チッ化シリコン、金属の相互接続、金属ケイ化物、誘電性材料）に対して形成されてもよい。表面領域507は、基板512の残りの材料と同じ材料、もしくは異なる材料から形成されてもよいことが認識されよう。例えば、表面領域507は基板512の残りの部分と連続する性質（continuous nature）のものであってよい。
【００３２】
絶縁層514のエッチングは、本明細書の実施形態にしたがって生成された第一のガス状エッチャント520からのプラズマを使用して行われる異方性エッチングである。プラズマは、P5000 etcherの商品名でApplied Materialから入手可能なエッチャー、U.S. Pat. No. 4,298,443に記述される、Lam Research Corporationから入手可能な、a 9100 TCP Oxide Etcher エッチング装置、または、任意の他の高密度プラズマエッチャーなどの、任意の既知の適切なエッチング装置を利用して生成されてよい。プラズマを生成するのに利用される個々のエッチング装置によって、同様の目的を成し遂げるためにさまざまなパラメータを変化させてもよいということが、当業者には難なく理解できるであろう。
【００３３】
一例として、図6は、本開示にしたがって形成された絶縁層内の、目に見えるねじれのない開口部の図を提供する。
【００３４】
図7は概して、エッチングを行うための例示となるエッチング反応器750を示す。システムのいくつかの構成要素のみしか示されていないとしても、これは、システム全体を表す例示的な図であることを認識されたい。さまざまな構成で、多くの要素を含むさまざまなシステムが利用されてよい。プラズマ720を発生させるために、本発明にしたがったガスが例示的なプラズマ発生器750に提供される。一実施形態において、ガスは、少なくとも50パーセントのHeを含むプラズマ発生装置750に提供される。
【００３５】
例示的なエッチング反応器750は、RFバイアスソース765にキャパシタンス767を介して接続された動力供給（powered）電極760を含み、その上には、エッチングされる絶縁層を有する半導体基板が配置される。さらに、RFバイアスソース766は、チャンバ770内でプラズマ720を発生するために、例えば、コイルなどの要素に接続する。イオンシース756はプラズマ720と動力供給電極760の間に形成される。例示的なプラズマ発生装置750内に配置された半導体基板764と共に、絶縁層は実施形態にしたがって、結果として図5の構造となるよう、エッチングされる。利用される電源766は、RF発生器、マイクロ波発生器などを含む任意の適切な電源であってよい。任意のプラズマエッチングシステムが使用されてもよいことが難なく理解されるであろう。
【００３６】
本開示の実施形態は、ここに示された実施形態のプロセスにしたがって絶縁層に形成される、開口部を組み込んだプロセッサベースのシステムを含むこともできる。例えば、図8は、メモリ素子880で使用するために、本開示にしたがって形成された開口部を有する絶縁層内に含まれるキャパシタを含む、プロセッサベースのシステム834の実施形態を提供する。図8に示されるように、システム834は、コンピュータユニット835を操作するために、例えば、キーボード、タッチスクリーン、トランシーバー、マウスなどの、コンピュータユニット835と接続してユーザがデータや命令などを入力できる、一つ以上の入力素子844も含んでもよい。コンピュータユニット835と接続する一つ以上の出力素子846は、プロセッサ836で発生したデータを表示したり、そうでなければデータを出力するためのシステム834の一部として提供される。出力素子の例は、プリンタ、ビデオ端末、モニタ、ディスプレイユニットなどを含む。
【００３７】
具体的な実施形態がここに例示され、記述されているが、同じ結果を成し遂げるために計画された配置は、示された具体的な実施形態の代わりに用いられうることが、当業者には理解されよう。この開示は、本開示のさまざまな実施形態の適応例や変形物を包含するものと解釈される。上記の記述は、例示的な様式でつくられ、限定的な様式ではないことが理解されよう。ここに具体的に記述されていない、上記の実施形態の組み合わせ、および他の実施形態は、上記の記述を再検討する上で、当業者には明らかである。本開示のさまざまな実施形態の範囲は、上記の構造および方法が使用されている、他の応用例を含む。それゆえ、本開示のさまざまな実施形態の範囲は、付随する請求項に関して、そのような請求項が権利を与えられている均等物の全範囲を加えて、決定されるべきである。
【００３８】
前述の、発明を実施するための最良の形態において、さまざまな特徴は、開示を簡素化する目的で一つの実施形態にまとめられる。この開示の方法は、本開示の開示された実施形態はそれぞれの請求項に特に列挙された特徴よりも、より多くの特徴を使用しなければならない、という目的を反映しているとは解釈されない。むしろ、以下の請求項は、一つの開示された実施形態の決して全てではない特徴に存在する、発明の主題を反映する。このように、以下の請求項は、それぞれの請求項が別々の実施形態として独立している状態
で、発明を実施するための最良の形態に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ねじれ現象を説明する構造の断面図を示す。
【図２】ねじれ現象を示す画像である。
【図３】ねじれ現象を示す画像である。
【図４】Heのガス状エッチャントで形成された開口部のねじれ、対、Arのガス状エッチャントで形成された開口部のねじれのデータを提供するグラフである。
【図５】本開示にしたがった一つのエッチング方法の実施形態を実施した後の結果構造の実施形態の断面図を示す。
【図６】本開示にしたがった一つのエッチング方法を実施した後の一つの結果構造の実施形態を示す画像である。
【図７】本開示の実施形態と使用するのに適したプラズマ発生装置の概略図を示す。
【図８】本開示のさまざまな実施形態にしたがった開口部が使用されうる、メモリ素子を有するシステムを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月21日(2008.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層（114,514）をエッチングするプロセスであって、前記プロセスが
第一に、前記絶縁層（114,514）をAr、Xe、およびこれらの組み合わせを含む第二のガス状エッチャントのプラズマ（720）にさらし、15:1未満の第一のアスペクト比まで開口部（104,504）をエッチングするプロセスと、
前記絶縁層（114,514）を、少なくとも50パーセントのHeを有する第一のガス状エッチャントのプラズマ（120,520,720）にさらし、前記開口部（104,504）を前記第一のアスペクト比から、少なくとも15:1の第二のアスペクト比に、前記第一のガス状エッチャントの前記プラズマ（120,520,720）でエッチングするプロセスと、
を含むことを特徴とする、プロセス。
【請求項２】
前記第二のガス状エッチャントがHeを含むことを特徴とする、請求項1のプロセス。
【請求項３】
Heは前記エッチングプロセスの一部分でだけ使用されることを特徴とする、請求項1のプロセス。
【請求項４】
前記開口部（104,504）がいったん前記第一のアスペクト比に達すると、Heを前記第二のガス状エッチャントに加えて、前記第一のガス状エッチャントを得るプロセス、
を含む、請求項1から3のプロセス。
【請求項５】
前記開口部（104,504）がいったん前記第一のアスペクト比に達すると、前記第二のガス状エッチャントを前記第一のガス状エッチャントに交換するプロセス、
を含む、請求項1から3のプロセス。
【請求項６】
前記絶縁層（114,514）は、ケイ酸ガラス、酸化シリコン、一種以上のシランを使用して形成される材料、およびオルトケイ酸テトラエチル（TEOS）からなるグループから選択された酸化物であることを特徴とする、請求項1から5のプロセス。
【請求項７】
前記第一のガス状エッチャントはHeとArの混合物であることを特徴とする、請求項1から2のプロセス。
【請求項８】
前記第一のガス状エッチャントは、およそ90パーセントのHeと、およそ10パーセントのArであることを特徴とする、請求項1から2のプロセス。
【請求項９】
前記第一のガス状エッチャントはおよそ100パーセントのHeであることを特徴とする、請求項1から2のプロセス。
【請求項１０】
前記開口部（104,504）は、ビア、コンタクト、およびトレンチからなるグループから選択された開口部（104,504）を含むことを特徴とする、請求項1から9のプロセス。
【請求項１１】
請求項1から10のプロセスであって、前記第二のアスペクト比は少なくとも20:1のアスペクト比を有するようにエッチングされ、前記開口部（104,504）は、前記絶縁層（114,514）内に底（105,505）と側面（106,506）を有し、前記絶縁層（114,514）に垂直な軸（130,530）が前記開口部（104,504）の前記側面（106,506）に遮られずに、前記開口部（104,504）を通って前記底（105,505）まで通過することを特徴とする、プロセス。
【請求項１２】
開口部（104,504）
を含むコンタクトであって、前記開口部（104,504）は、
前記開口部（104,504）を形成するエッチングプロセスの一部分のみに使用されるHeに対応するマスク（116,516）選択性を有し、前記絶縁層（114,514）内に底（105,505）と側面（106,506）を有し、前記絶縁層（114,514）に垂直な軸（130,530）が前記開口部（104,504）の前記側面（106,506）に遮られずに、前記開口部（104,504）を通って前記底（105,505）まで通過し、ここで、前記開口部（104,504）は、少なくとも20:1のアスペクト比を有する、本質的に細長い対称的な形状を画定することを特徴とする、
コンタクト。
【請求項１３】
前記コンタクトの深さはおよそ80 nmであることを特徴とする、請求項12のコンタクト。
【請求項１４】
本質的に細長い対称的な形状を画定し、少なくとも20:1のアスペクト比を有する、絶縁層（114,514）を少なくとも50パーセントHeのガス状エッチャントのプラズマ（120,520,720）にさらすことによって前記絶縁層（114,514）上にエッチングされた開口部（104,504）であって、前記開口部は、およそ15:1から少なくとも20:1の間で、エッチングプロセスの一部分のみ用の少なくとも50パーセントHeのガス状エッチャントによって減らされた、マスク（116,516）選択性を有することを特徴とする、開口部
を含む、コンタクト。
【請求項１５】
トランジスタと、
導電線と、
キャパシタと、
を含むメモリ素子（880）であって、
ここで前記トランジスタおよび前記キャパシタは、前記導電線によって接続され、および、前記キャパシタは、前記開口部（104,504）を形成するエッチングプロセスの一部分のみに使用されるHeに対応するマスク（116,516）選択性を有する開口部（104,504）を有す
る絶縁層（114,514）に含まれ、前記開口部は、前記絶縁層（114,514）内に底（105,505）と側面（106,506）を有し、前記絶縁層（114,514）に対して垂直な軸（130,530）が前記開口部（104,504）の前記側面（106,506）によって遮られずに、前記開口部（104,504）を通って前記底（105,505）まで通過する、少なくとも20:1のアスペクト比を有することを特徴とする、
メモリ素子。
【国際調査報告】
2009527899.tif 000011
2009527899.tif 000012
2009527899.tif 000013