(57)【要約】【課題】Ｈ2添加をともなう高誘電率膜の選択エッチング【解決手段】シリコンベースの材料に対し高誘電率層を選択エッチングするための方法が提供される。高誘電率層は、エッチングチャンバ内に配される。Ｈ2を含むエッチャントガスが、エッチングチャンバ内に供給される。シリコンベースの材料に対し高誘電率層を選択エッチングするために、エッチャントガスからプラズマが生成される。【選択図】図２
2009508334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンベースの材料に対し高誘電率層を選択エッチングするための方法であって、
前記高誘電率層をエッチングチャンバ内に配することと、
Ｈ2およびＢＣｌ3を含むエッチャントガスを前記エッチングチャンバ内に供給することと、
前記シリコンベースの材料に対し前記高誘電率層を選択エッチングするために、前記エッチャントガスからプラズマを生成することと、
を備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記高誘電体層は、酸化物層である、方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法であって、
前記エッチャントガスは、更に、ハロゲン含有成分を含む、方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法であって、
前記エッチャントガスは、更に、希ガスを含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、
前記エッチャントガスは、更に、不活性ガスを含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記エッチャントガスは、０．２〜５：１のＨ2対ＢＣｌ3体積流量比を有する、方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の方法であって、
前記エッチャントガスは、５００ｓｃｃｍ未満の不活性ガス体積流量を有する、方法。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれかに記載の方法であって、
前記エッチャントガスは、更に、Ｃｌ2を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記エッチャントガスは、０〜０．５：１のＨ2対ＢＣｌ3体積流量比を有する、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法であって、
前記エッチャントガスは、更に、Ｃｌ2を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記エッチャントガスは、０．２〜５：１のＨ2対ＢＣｌ3体積流量比を有する、方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の方法であって、
前記エッチャントガスは、０〜０．５：１のＣｌ2対ＢＣｌ3体積流量比を有する、方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法であって、
前記シリコンベースの材料は、シリコンおよびシリコン窒化物のうちの少なくとも１つであり、前記高誘電率層は、Ｈｆケイ酸塩、ＨｆＯ2、Ｚｒケイ酸塩、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、ＳｒＴｉＯ3、ＳｒＺｒＯ3、ＴｉＯ2、およびＹ2Ｏ3のうちの少なくとも１つである、方法。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の方法であって、
前記シリコンベースの材料は、層を形成し、
前記方法は、更に、前記高誘電率層を選択エッチングすることに続いて前記シリコンベースの材料の層をエッチングすることを備える方法。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法によって形成される半導体デバイス。
【請求項１６】
シリコンベースの層の上に高誘電率層を有するスタックをエッチングするための方法であって、
前記スタックをエッチングチャンバ内に配することと、
前記高誘電率層を前記シリコンベースの層に対し選択エッチングすることであって、
Ｈ2およびＢＣｌ3を含む高誘電率層エッチャントガスを前記エッチングチャンバ内に供給すること、
前記シリコンベースの層に対し前記高誘電率層を選択エッチングするために、前記高誘電率層エッチャントガスからプラズマを生成することと、
を含むことと、
前記高誘電率層を選択エッチングすることを停止させることと、
前記高誘電率層に対し前記シリコンベースの層を選択エッチングすることと、
を備える方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法であって、
前記高誘電率層エッチャントガスは、更に、Ｃｌ2を含み、前記シリコンベースの層は、シリコンおよびシリコン窒化物のうちの少なくとも１つを含むシリコンベースの材料で形成される、方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記高誘電率層エッチャントガスは、０．２〜５：１のＨ2対ＢＣｌ3体積流量比を有し、前記シリコンベースの材料は、シリコンである、方法。
【請求項１９】
請求項１７ないし１８のいずれかに記載の方法であって、
前記高誘電率層エッチャントガスは、０〜０．５：１のＣｌ2対ＢＣｌ3体積流量比を有する、方法。
【請求項２０】
シリコンベースの層の上に高ｋ誘電率の層を有するフラッシュメモリを形成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エンクロージャを形成するチャンバ壁と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャ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エンクロージャ内の圧力を調節するための圧力レギュレータと、
プラズマを維持するために前記プラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給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エンクロージャ内にガスを供給するためのガス入口と、
前記プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出す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、
Ｈ2ガス源と、
ＢＣｌ3ガス源と、
Ｃｌ2ガス源と、
を含む、ガス源と、
前記ガス源および前記少なくとも１つの電極に可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、
前記シリコンベースの層に対し前記高誘電率層を選択エッチングするためのコンピュータ可読コードであって、
前記Ｈ2ガス源からＨ2を供給するためのコンピュータ可読コードと、
前記ＢＣｌ3ガス源からＢＣｌ3を供給するためのコンピュータ可読コードと、
前記Ｃｌ2ガス源からＣｌ2を供給するためのコンピュータ可読コードと、
前記シリコンベースの層に対し前記高誘電率層を選択エッチングするために、Ｈ2、ＢＣｌ3、およびＣｌ2からプラズマを生成するためのコンピュータ可読コードと、
を含む、コンピュータ可読コードと、
前記シリコンベースの層に対し前記高誘電率層を選択エッチングすることを停止させるためのコンピュータ可読コードと、
前記高誘電率層に対し前記シリコンベースの層を選択エッチングするためのコンピュータ可読コードと、
を含む、コンピュータ可読媒体と、
を含む、コントローラと、
を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスに関するものである。より具体的には、本発明は、高誘電率材料の層をともなう半導体デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリは、ラップトップコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡなどの携帯用電子機器において広く用いられている。このため、動作電圧を下げてエネルギ消費を減らすことを求める要求が高まり続けている。
【０００３】
メモリストレージ用のフラッシュメモリデバイスゲートスタックには、ＯＮＯ（酸化物  窒化物  酸化物）層が用いられてきた。しかしながら、ＯＮＯの誘電率は、動作電圧に対する高まる要求を満足させるのに不十分であるので、ＯＮＯに代わるものとして、高誘電率の材料（高ｋ材料とも称される）が導入されてきた。
【０００４】
ＳｉＯ2の誘電率は、約３．９である。ＳｉＯ2に代わってＡｌ2Ｏ3のような高ｋ材料が使用されると、誘電率は、９．０前後まで高まる。ＯＮＯに代わる、フラッシュメモリゲートスタック内の高ｋ材料の候補としては、Ａｌ2Ｏ3のほかに、ＨｆＯ2、Ｔａ2Ｏ3も考えられる。なかでも、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2、およびＡｌ2Ｏ3／ＨｆＯ2／Ａｌ2Ｏ3サンドイッチ構造が使用されてきた。
【０００５】
高ｋ材料のエッチングは、その揮発性の低さおよびそのエッチング副生成物ゆえに、ＯＮＯのエッチングと比べて難しいことがわかっている。このため、エッチング速度、およびポリシリコン膜に対する選択性は、ＯＮＯ膜と比べて大幅に低いことがわかっている。高ｋ材料のエッチング速度、およびポリシリコンに対するその選択性を高めるために、数々の試みがなされてきた。
【発明の開示】
【０００６】
上記を実現するため、そして本発明の目的にしたがって、シリコンベースの材料に対し高誘電率層を選択エッチングするための方法が提供される。シリコンベースの層の上の高誘電率層は、エッチングチャンバ内に配される。Ｈ2を含むエッチャントガスが、エッチングチャンバ内に供給される。シリコンベースの層に対し高誘電率層を選択エッチングするために、エッチャントガスからプラズマが生成される。
【０００７】
本発明の別の一態様では、シリコンベースの層の上に高誘電率層を有するスタックをエッチングするための方法が提供される。スタックは、エッチングチャンバ内に配される。高誘電率層は、シリコンベースの層に対し選択エッチングされる。選択エッチングは、Ｈ2を含む高誘電率層エッチャントガスをエッチングチャンバ内に供給することと、シリコンベースの層に対し高誘電率層を選択エッチングするために、高誘電率層エッチャントガスからプラズマを生成することと、を含む。
【０００８】
本発明の別の一態様では、シリコンベースの層の上に高誘電率の層を有するフラッシュメモリを形成するための装置が提供される。プラズマ処理チャンバであって、プラズマ処理チャンバエンクロージャを形成するチャンバ壁と、プラズマ処理チャンバエンクロージャ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エンクロージャ内の圧力を調節するための圧力レギュレータと、プラズマを維持するためにプラズマ処理チャンバエンクロージャに電力を供給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エンクロージャ内にガスを供給するためのガス入口と、プラズマ処理チャンバエンクロージャからガスを排出するためのガス出口と、を含むプラズマ処理チャンバが提供される。ガス源が、ガス入口に流体接続され、Ｈ2ガス源、ＢＣｌ3ガス源、およびＣｌ2ガス源を含む。コントローラが、ガス源および少なくとも１つの電極に可制御式に接続され、コンピュータ可読媒体および少なくとも１つのプロセッサを含む。コンピュータ可読媒体は、シリコンベースの層に対し高誘電率層を選択エッチングするためのコンピュータ可読コードと、シリコンベースの層に対し高誘電率層を選択エッチングすることを停止させるためのコンピュータ可読コードと、高誘電率層に対しシリコンベースの層を選択エッチングするためのコンピュータ可読コードと、を含む。シリコンベースの層に対し高誘電率層を選択エッチングするためのコンピュータ可読コードは、Ｈ2ガス源からＨ2を供給するためのコンピュータ可読コードと、ＢＣｌ3ガス源からＢＣｌ3を供給するためのコンピュータ可読コードと、Ｃｌ2ガス源からＣｌ2を供給するためのコンピュータ可読コードと、シリコンベースの層に対し高誘電率層を選択エッチングするために、Ｈ2、ＢＣｌ3、およびＣｌ2からプラズマを生成するためのコンピュータ可読コードと、を含む。
【０００９】
本発明のこれらの特徴およびその他の特徴が、本発明の詳細な説明において、添付の図面と関連させて、以下で、より詳細に説明される。
【００１０】
添付の図面では、限定ではなく例示を目的として本発明が図示されている。図中、類似の参照符号は、類似の要素を示すものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付の図面に示されるようないくつかの好ましい実施形態に基づいて、本発明が詳細に説明される。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、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部または全部の詳細を特定しなくても実施可能である。また、本発明が不必要に不明瞭になるのを避けるため、周知のプロセス工程および／構造の詳細な説明は省略される。
【００１２】
理解を容易にするため、図１は、電界効果トランジスタ１００の概略図である。電界効果トランジスタ１００は、ソース１０８およびドレイン１１２をドーピングされた基板１０４を含む。基板の上には、ゲート酸化物１１６が形成される。ゲート酸化物１１６の上には、ゲート電極１２０が形成されるので、ゲート酸化物１１６は、ゲート電極１２０と、ゲート酸化物１１６下方の基板１０４内のチャンネルと、の間に絶縁体を形成する。ゲート電極１２０およびゲート酸化物１１６の端には、スペーサ１２４が配される。本発明は、高誘電率の材料からゲート酸化物１１６を形成することを可能にする選択エッチングを提供する。
【００１３】
本明細書および特許請求の範囲において、高誘電率の材料は、少なくとも８の誘電率を有する（Ｋ≧８）。
【００１４】
図２は、高誘電率の層をともなう半導体デバイスを形成するためのハイレベルなフローチャートである。高誘電率（高ｋ）材料の層が、基板の上に提供される（ステップ２０４）。高誘電率材料の層の堆積には、原子層成長、スパッタリング、または化学気相成長を使用することができる。図３Ａは、基板３０８の上に堆積された高誘電率の層３０４の概略断面図である。基板は、シリコンベースの材料である。シリコンベースの材料は、好ましくは、シリコンウエハの一部を形成することができる実質的に結晶質のシリコンである。あるいは、もし半導体デバイスがウエハ上方の複数の層である場合は、シリコン基板は、ポリシリコンであることが可能である。
【００１５】
次いで、高ｋ層３０４の上に、ポリシリコン層３１２が形成される（ステップ２０８）。ポリシリコン層３１２の上には、フォトレジストマスクなどのパターン形成マスク３１６が配される（ステップ２１２）。パターン形成マスク３１６の形成を容易にするため、パターン形成マスク３１６とポリシリコン層３１２との間には、反射防止膜３１４を設けることが可能である。次いで、マスクを通じてポリシリコン層３１２がエッチングされる（ステップ２１６）。図３Ｂは、ポリシリコン層３１２がエッチングされた後の概略断面図である。
【００１６】
図３Ｃに示されるように、次いで、Ｈ2添加を使用して高ｋ層３０４がエッチングされる（ステップ２２０）。下位にある基板３０８のエッチングを最小限に抑えるとともにポリシリコン層３１２のエッチングを最小限に抑えるため、高誘電率層３０４のエッチングは、高度に選択性であることが望ましい。好ましい実施形態では、エッチングは、高誘電率層３０４のエッチング中に除去される基板が５Å未満であるほどに高度に選択性である。
【００１７】
ソース領域およびドレイン領域を形成するために、イオン注入が実施される（ステップ２２４）。図３Ｄは、ソース領域３２４およびドレイン領域３２８が形成された後の概略図である。イオン注入は、基板の特性に高度に依存するので、ウエハ全域で均一なソース領域およびドレイン領域を提供するためには、基板のエッチングを最小限に抑えなければならない。
【００１８】
２００３年１月２８付けで発行されたDonnelly, Jr.らによる米国特許第６，５１１，８７２号は、基板の上の高誘電率層をエッチングする方法を開示している。ＢＣｌ3およびＣｌ2のエッチング化学剤が開示されている。しかしながら、基板に対する高ｋ誘電体層のエッチング選択性が高いプロセスは開示されていない。ジャーナル・オブ・ヴァキューム・サイエンス・テクノロジー（Journal of Vacuum Science Technology）A 19(4) July/August 2001, pp. 1361-1366に掲載されたK. Pelhosら著の論文「塩素含有プラズマ内における高ｋ誘電体Ｚｒ1-xＡｌxＯy膜のエッチング（Etching of high-k dielectric Zr1-zAlxOy films in chlorine-containing plasmas）」は、同じエッチング化学剤について述べており、やはり、エッチング選択性が高いプロセスは開示していない。
【００１９】
ジャーナル・オブ・ヴァキューム・サイエンス・テクノロジー（Journal of Vacuum Science Technology）A 21(6) July/August 2001, pp. 1915-1922に掲載されたLin ShaおよびJane P. Chang著の論文「ＢＣｌ3／Ｃｌ2プラズマ内における、Ｓｉに対するＺｒＯ2のプラズマエッチング選択性（Plasma Etching Selectivity of ZrO2 to Si in BCl3/Cl2 Plasmas）」は、基板の上の高誘電率層をエッチングする方法を開示している。ＢＣｌ3、Ｃｌ2、および５％Ａｒのエッチャント化学剤が開示されている。この論文は、純粋なＢＣｌ3を使用することによって、最高１．５のエッチング選択性に到達できたことを述べている。基板のエッチングを最小限に抑えるためには、更に高いエッチング選択性を有することが望ましい。
【００２０】
本発明の好ましい一実施形態では、高誘電率層は、いずれも酸化物であるＨｆケイ酸塩（Ｋ≒１１）、ＨｆＯ2（Ｋ≒２５〜３０）、Ｚｒケイ酸塩（Ｋ≒１１〜１３）、ＺｒＯ2（Ｋ≒２２〜２８）、Ａｌ2Ｏ3（Ｋ≒８〜１２）、Ｌａ2Ｏ3（Ｋ≒２５〜３０）、ＳｒＴｉＯ3（Ｋ≒２００）、ＳｒＺｒＯ3（Ｋ≒２５）、ＴｉＯ2（Ｋ≒８０）、およびＹ2Ｏ3（Ｋ≒８〜１５）などの、最低でも８の誘電率を有する材料から形成することができる。より好ましくは、高誘電率層は、二元金属酸化物である。
【００２１】
図６は、高誘電率層をともなうフラッシュメモリデバイスを形成するためのハイレベルなフローチャートである。基板内に、浅いトレンチ分離領域が形成される（ステップ６０４）。図７Ａは、３つの浅いトレンチ分離領域７０８をともなう基板７０４の概略断面図である。
【００２２】
ゲート酸化物層７１２が形成される（ステップ６０８）。図７Ｂは、基板７０４の表面の上に形成されたゲート酸化物層７１２を示している。ゲート酸化物層７１２は、基板７０４を酸素に暴露することによって形成することができる。次いで、浅いトレンチ分離領域７０８およびゲート酸化物７１２の上に、第１のポリシリコン層７１６が堆積される。
【００２３】
第１のポリシリコン層７１６を図７Ｃに示される形状にエッチングするために、フローティングゲートエッチングが実施される（ステップ６１６）。エッチングされた第１のポリシリコン層７１６の上に、インターポリ誘電体層（ＩＰＤ）７２０が形成される。ＩＰＤ層７２０は、高ｋ誘電体材料からなる。ＩＰＤ層７２０の上に、第２のポリシリコン層７２４が形成される（ステップ６２８）。
【００２４】
第２のポリシリコン層の上に、マスクが形成される（ステップ６２８）。図７Ｄは、図に示されるように、第２のポリシリコン層７２４の上にマスク７２８を形成された後の、図７Ｃの基板７０４を、切断線７Ｄ−７Ｄに沿って示した断面図である。マスク７２８は、図７Ｅに示されるようなスタック構造を得るために、第２のポリシリコン層７２４をエッチングするために使用される。
【００２５】
図７Ｆに示されるように、インターポリ誘電体層７１２は、Ｈ2添加を使用してエッチングされる（ステップ６３６）。ＩＰＤ層は厚さに大きなばらつきがあるので、ＩＰＤ層７１２のエッチングは課題である。例えば、図７Ｅに示されるようなＩＰＤ層の厚さＴ1を、図７Ｃに示されるようなＩＰＤ層の柱７３０の厚さＴ2と比較するとわかるように、Ｔ2は、Ｔ1の３倍を超える厚さである可能性がある。ＩＰＤ層の柱７３０の不完全なエッチングは、望ましくないストリンガを形成する。ストリンガを排除するための不適切なエッチングは、第１のポリシリコン層７１６をエッチングして損傷を引き起こす可能性がある。また、もし、ＩＰＤ層を排除するための不適切なエッチング中に第１のポリシリコン層７１６がエッチングされると、ゲート酸化物層６０８が損傷される。Ｈ2添加をともなうエッチングの使用は、フラッシュメモリ構造が損傷されることなくストリンガが除去されるように、ポリシリコン層７１６に対し高ｋＩＰＤ層７２０を高度に選択エッチング可能にする。第１のポリシリコン層７１６は、次いで、図７Ｇに示されるようにエッチングされる（ステップ６４０）。第１のポリシリコン層７１６は、高ｋ層に対し選択エッチングされることが好ましい。フラッシュメモリ構造を完成させるために、追加の工程を使用することができる。
【００２６】
高ｋ誘電体エッチングの例：
高ｋ誘電体エッチングの一例では、Ｈ2添加をともなう高ｋ層エッチング（ステップ２２０およびステップ６３６）中、ウエハはエッチングチャンバ内に配される。このエッチングチャンバは、ポリシリコン層のエッチング（ステップ２１６）に使用されてもよいし、あるいはポリシリコン層のエッチングには異なるチャンバが使用されてもよい。
【００２７】
図４は、本発明の好ましい実施形態で使用することができるプロセスチャンバ４００の概略図である。この実施形態では、プラズマ処理チャンバ４００は、誘導コイル４０４と、下部電極４０８と、ガス源４１０と、排出ポンプ４２０とを備える。プラズマ処理チャンバ４００内において、基板３０８は、下部電極４０８の上に配置される。下部電極４０８は、基板３０８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、機械的クランプ等など）を搭載している。リアクタトップ４２８は、誘電体窓を搭載している。リアクタトップ４２８と、チャンバ壁４５２と、下部電極４０８とが、閉じ込めプラズマ体積４４０を定める。ガスが、ガス源４１０によってガス入口４４３を通って閉じ込めプラズマ体積に供給され、排出ポンプ４２０によって閉じ込めプラズマ体積から排出される。排出ポンプ４２０は、プラズマ処理チャンバ用のガス出口を形成する。誘導コイル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。この実施形態では、第１のＲＦ源４４４および第２のＲＦ源４４８は、１３．５６ＭＨｚ電源を含む。電極へのＲＦ電源の接続としては、異なる組み合わせが可能である。第１のＲＦ源４４４、第２のＲＦ源４４８、排出ポンプ４２０、およびガス源４１０には、コントローラ４３５が可制御式に接続される。この実施例では、プロセスチャンバは、カリフォルニア州フリーモント所在のラムリサーチ社（Lam Research Corporation）によって製造されているVersys 2300である。底部ＲＦ源および頂部ＲＦ源は、ともに、１３．５６ＭＨｚの周波数でパワー信号を提供する。
【００２８】
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の実施形態で使用されるコントローラ４３５を実現するのに適したコンピュータシステム８００を図示している。図５Ａは、コンピュータシステムとして考えられる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、および小型携帯端末から、巨大スーパーコンピュータに到るまで、多くの物理的形態をとることができる。コンピュータシステム８００は、モニタ８０２、ディスプレイ８０４、筐体８０６、ディスクドライブ８０８、キーボード８１０、およびマウス８１２を含む。ディスク８１４は、コンピュータシステム８００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。
【００２９】
図５Ｂは、コンピュータシステム８００のブロック図の一例である。システムバス８２０には、種々様々なサブシステムが取り付けられる。プロセッサ８２２（中央演算処理装置、すなわちＣＰＵとも称される）は、メモリ８２４を含む記憶装置に接続される。メモリ８２４は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含む。当該分野で知られているように、ＲＯＭは、ＣＰＵに対してデータおよび命令を単方向的に伝送する働きをし、ＲＡＭは、一般に、データおよ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できる。ＣＰＵ８２２には、固定ディスク８２６も双方向的に接続され、これは、追加のデータ記憶容量を提供し、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できる。固定ディスク８２６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、一般に、一次記憶より低速な二次記憶媒体（ハードディスクなど）である。なお、固定ディスク８２６内に保持される情報は、もし適切であれば、メモリ８２４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８１４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できる。
【００３０】
ＣＰＵ８２２は、ディスプレイ８０４、キーボード８１０、マウス８１２、およびスピーカ８３０などの様々な入出力装置にも接続される。概して、入出力装置は、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、磁気テープもしくは紙テープ読み取り装置、タブレット、スタイラス、音声も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、またはその他のコンピュータのうちの任意であることが可能である。ＣＰＵ８２２は、ネットワークインターフェース８４０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することができる。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する、またはネットワークに情報を出力することができると考えられる。更に、本発明の方法の実施形態は、ＣＰＵ８２２上のみで実行されてもよいし、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。
【００３１】
また、本発明の実施形態は、更に、コンピュータによって実行される様々な動作を実施するためのコンピュータコードを記録されたコンピュータ可読媒体をともなった、コンピュータストレージ製品に関する。媒体およ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および構成されたものであってもよいし、あるいはコンピュータソフトウェアの分野の当業者にとって周知でなおかつ利用可能なものであってもよい。コンピュータ可読媒体の例は、ハードディスク、フロッピィディスク、および磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、およびホログラフィック装置などの光媒体、フロプティカルディスクなどの光磁気媒体、ならびに特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理装置（ＰＬＤ）、ＲＯＭ装置、およびＲＡＭ装置などプログラムコードの格納およ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、およ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なおか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もあることも可能である。
【００３２】
ＢＣｌ3、不活性希釈剤、Ｃｌ2、およびＨ2添加からなるエッチャントガスが、ガスソース４１０からプラズマ体積の領域へと提供される。不活性希釈剤は、ネオン、アルゴン、またはキセノンなどの任意の不活性ガスであってよい。より好ましくは、不活性希釈剤は、アルゴンである。したがって、ガス源４１０は、ＢＣｌ3ソース４１２、Ｃｌ2ソース４１４、Ｈ2ソース４１５、およびアルゴンソース４１６を含むことができる。コントローラ４３５は、各種ガスの流量を制御することができる。
【００３３】
この実施例では、エッチャントガスは、基本的に、ＢＣｌ3、Ｃｌ2、Ａｒ、ＣxＨy、およびＨ2からなる。好ましくは、総ガス流量は５〜１，０００ｓｃｃｍであり、このうち、Ｃｌ2対ＢＣｌ3の体積比は０〜２：１、Ｈ2対ＢＣｌ3の体積比は０．２〜５：１、そしてＣxＨy対ＢＣｌ3の体積比は０〜０．５：１であり、Ａｒまたは別の不活性ガスの流量は０〜５００ｓｃｃｍである。エッチングは、約２００％のオーバーエッチングで終了し、この時点でのポリシリコン損失は、約１００Åであった。高ｋ材料の厚さは約２５０Åであるので、２００％のオーバーエッチングは、５００Åの高ｋ誘電体エッチングに相当する。以上に基づくと、ポリシリコンに対する高ｋ材料のエッチング選択性は、約５であると推定される。
【００３４】
この実施例では、ポリシリコンの上の高ｋ誘電体はＡｌ2Ｏ3である。ガス源４１０は、ＢＣｌ3、アルゴン、Ｃｌ2、およびＨ2添加を含むエッチャントガスをプロセスチャンバに提供する。エッチング中、ウエハは、２０〜８０℃の温度に維持される。他の方法は、選択エッチングを可能にするために高温を要し、これは、加熱を必要とするが、本発明は、ウエハを加熱することなく実施することができ、これは、ウエハの熱損傷を阻止する。また、より低温であると、ウエハの加熱を要する他の方法と比べて問題が少なくてすむ。コントローラ４３５は、チャンバ圧力を制御するために、排出ポンプ４４８およびガス源４１０を制御する。チャンバ圧力は、エッチング中、２〜２０ミリトールに維持される。
【００３５】
下部電極には、直流バイアスを印加することができる。好ましくは、直流バイアスの絶対値は、０〜３００ボルトである。最も好ましくは、直流バイアスの絶対値は、５０ボルト未満である。好ましくは、上部ＲＦ源は、約１３．５６ＭＨｚの周波数において、コイル４０４を通じてエッチングチャンバに２００〜１４００ワットの電力（ＴＣＰ）を供給する。その結果、１０9〜１０11イオン／ｃｍ3のプラズマ密度が得られる。
【００３６】
不活性ガスの添加による効果は、スパッタリングが増加するゆえにエッチング中に残留物が形成されないことにある。不活性ガスの希釈によるもう１つの効果は、エッチング速度の均一性が高まることにある。
【００３７】
ＢＣｌ3対Ｃｌ2の比は、Ｃｌ2がＢＣｌ3から堆積物を一掃することを可能にする。これは、選択性を大幅に犠牲にすることなくテーパエッチングにおけるフッタの形成を阻止する。
【００３８】
理論に縛られることは望まないが、より低いチャンバ圧力および高いＴＣＰの使用は、ＢＣｌ3およびＢＣｌ2+の解離を進行させるとも考えられる。更に、より解離された種は、所望のエッチングを可能にすると考えられる。
【００３９】
Ｈ2添加は、Ａｌ2Ｏ3のエッチング速度を速くするとともにポリシリコンのエッチング速度を遅くすると考えられる。理論に縛られることは望まないが、Ｈ2添加は、Ａｌ2Ｏ3のＡｌ3+およびＯ2-への解離を促進して高ｋ誘電体のエッチング速度を速くすると考えられる。また、Ｈ2は、ポリシリコン表面上にパッシベーション膜を形成してポリシリコンのエッチング速度を遅くする。
【００４０】
本発明のＨ2添加をともなう実験では、ポリシリコンに対するＡｌ2Ｏ3のエッチング選択性が３：１より大きくなる、より好ましくは５：１より大きくなることが見いだされた。１つの実験では、４８．７：１の選択性が見いだされた。
【００４１】
本発明のＨ2添加をともなう実験では、エッチング速度が５０〜２００Å／分増大されることが見いだされた。より好ましくは、本発明の高誘電率層は、１００〜１０００Å／分のエッチング速度を提供することができる。１つの実験では、高ｋ誘電体について６９６Å／分のエッチング速度が実現された。実験では、Ｈ2添加が、Ａｌ2Ｏ3では７％、選択性では５０％の増大を提供することが見いだされた。Ｈ2添加による選択性の増大は、ＶＤＣが低い場合は尚更であろうと予想される。
【００４２】
本発明は、また、予想外に、優れたエッチング均一性を提供する。本発明は、シリコンベースの材料に対する高ｋ誘電体の選択エッチングを提供する。好ましくは、シリコンベースの材料は、結晶シリコンおよびポリシリコンなどのシリコン、ならびにシリコン窒化物のうちの、少なくとも１つである。より好ましくは、シリコンベースの材料は、結晶質シリコン・オン・ポリシリコンなどのシリコンである。シリコン酸化物については、低選択性であることが見いだされた。好ましくは、高ｋ誘電体は二元金属酸化物である。
【００４３】
以上では、いくつかの好ましい実施形態の観点から本発明が説明された。その一方で、本発明の範囲には、代替形態、置換形態、変更形態、および代わりとなる様々な等価の形態が含まれる。また、本発明の方法および装置を実現するものとして、多くの代替の方法があることも留意されるべきである。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして、このようなあらゆる代替形態、置換形態、変更形態、および代わりとなる様々な等価の形態を含むものと解釈されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態を使用して形成することができる電界効果トランジスタの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態において使用されるプロセスのフローチャートである。
【図３Ａ】本発明にしたがって形成される高誘電率層の概略断面図である。
【図３Ｂ】本発明にしたがって形成される高誘電率層の概略断面図である。
【図３Ｃ】本発明にしたがって形成される高誘電率層の概略断面図である。
【図３Ｄ】本発明にしたがって形成される高誘電率層の概略断面図である。
【図４】本発明の好ましい一実施形態において使用することができるプロセスチャンバの概略図である。
【図５Ａ】コントローラを実現するのに適したコンピュータシステムの説明図である。
【図５Ｂ】コントローラを実現するのに適したコンピュータシステムの説明図である。
【図６】フラッシュメモリを形成するための本発明の別の一実施形態において使用されるプロセスのフローチャートである。
【図７Ａ】本発明にしたがって形成されるフラッシュメモリデバイスの構成の概略断面図である。
【図７Ｂ】本発明にしたがって形成されるフラッシュメモリデバイスの構成の概略断面図である。
【図７Ｃ】本発明にしたがって形成されるフラッシュメモリデバイスの構成の概略断面図である。
【図７Ｄ】本発明にしたがって形成されるフラッシュメモリデバイスの構成の概略断面図である。
【図７Ｅ】本発明にしたがって形成されるフラッシュメモリデバイスの構成の概略断面図である。
【図７Ｆ】本発明にしたがって形成されるフラッシュメモリデバイスの構成の概略断面図である。
【図７Ｇ】本発明にしたがって形成されるフラッシュメモリデバイスの構成の概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【国際調査報告】
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