(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロローディングによる長時間のオーバーエッチングを要する、緊密に密集した領域と隙間のある（ｉｓｏ）領域との両方を有するフラッシュメモリを製造するのに特に有用な、ポリシリコン上の珪化タングステンをプラズマエッチングする方法を提供する。【解決手段】ウェハにバイアスをかけることが、オーバーエッチングにおいて低減される。主なエッチングガスは、ＮＦ３及びＣｌ２を含む。アルゴンが、密集／ｉｓｏ接触部分でのアンダーカットを防止するために添加される。酸素及び窒素は、エッチングの選択比を増大させ、エッチングプロファイルの歪みを取り除くために、如何なる露出したシリコンも酸化させる。ＳｉＣｌ４は、付加的な選択比のために添加されることが可能である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン層の上にあるタングステン含有層をエッチングする方法であって、
前記タングステン含有層を含む基板をプラズマ反応チャンバ内の電極上に配置するステップを含み、前記シリコン層は主にシリコンからなり、エッチングマスクが前記タングステン含有層の上にあり、
塩素及びフッ素を含むエッチングガスと、酸素ガス及び窒素ガスを含む酸化ガスとを含む第１のガス混合物を前記チャンバに流入させる第１のステップと、
第１のレベルのＲＦパワーで前記電極にバイアスをかけるステップと、
前記第１のガス混合物をプラズマに励起させる第２のレベルのＲＦパワーを加え、これによって前記シリコン層の少なくとも幾つかが露出されるのに十分なように、少なくとも前記タングステン含有層をエッチングするステップを含み、前記第１のレベルに対する前記第２のレベルの比率は４〜８の間である方法。
【請求項２】
前記第１のステップは、ヘリウム及びアルゴンからなるグループから選択される希ガスを前記チャンバに流入させるステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記酸素ガスに対する前記窒素ガスの比率は少なくとも４である請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第２のレベルのＲＦパワーは、前記チャンバに付随する誘導コイルに加えられる請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記エッチングガスは、ＮＦ３及びＣｌ２を含む請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記第１のガス混合物は、シリコン及び塩素成分を含む表面安定化処理ガスをさらに含む請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記表面安定化処理ガスは四塩化シリコンを含む請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記タングステン含有層は珪化タングステンを含む請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記シリコン層はポリシリコンを含む請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
タングステン含有層をエッチングする方法であって、
前記タングステン含有層を含む基板をプラズマ反応チャンバ内に配置するステップと、
塩素含有ガス及びフッ素含有ガスを含むエッチングガスと、シリコン及び塩素を含む成分を含む表面安定化処理ガスとを含む第１のガス混合物を前記プラズマ反応チャンバに流入させるステップと、
前記第１のガス混合物をプラズマに励起させるステップとを含む方法。
【請求項１１】
前記タングステン含有層は珪化タングステンを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記表面安定化処理ガスは四塩化シリコンを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記エッチングガスは、三フッ化窒素及び塩素ガスを含む請求項１０〜１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のガス混合物は、酸素ガス及び窒素ガスからなるグループから選択されるガスをさらに含む請求項１０〜１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記励起するステップは、前記チャンバに付随する誘導コイルにＲＦパワーを加えることを含み、前記基板を支持する電極に静電結合回路を通じてＲＦパワーを供給することをさらに含む請求項１０〜１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
シリコン上の珪化タングステンをエッチングする多重ステップ方法であって、
シリコン層の上にある珪化タングステン層を含む基板をプラズマ反応チャンバ内の電極上に配置するステップと、
三フッ化窒素及び塩素ガスを含むエッチングガスと、酸素ガス及び窒素ガスを含む酸化ガスと、アルゴンとを含む第１のガス混合物を前記プラズマ反応チャンバに流入させる第１のステップと、
第１のレベルのＲＦパワーで前記電極にバイアスをかけると共に、前記基板の少なくとも一部における前記珪化タングステン層を通じてエッチングするために、第１のガス混合物をプラズマに励起させるステップと、
前記第１のレベルよりも低い第２のレベルのＲＦパワーで前記電極にバイアスをかけると共に、前記エッチングガス及び前記酸化ガスを含む第２のガス混合物を前記プラズマ反応チャンバに流入させる第２のステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記第１のステップよりも少ない四フッ化窒素が、前記第２のステップにおいて前記チャンバに流入する請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記励起するステップは、前記チャンバに付随する誘導コイルにＲＦパワーを加えることを含む請求項１６又は１７記載の方法。
【請求項１９】
シリコン上の珪化タングステンをエッチングする多重ステップ方法であって、
シリコン層の上にあるタングステンの珪化タングステン層を含む基板をプラズマ反応チャンバ内の土台電極上に配置するステップと、
三フッ化窒素及び塩素ガスを含むエッチングガスと、酸素ガス及び窒素ガスを含む酸化ガスと、アルゴンとを含む第１のガス混合物を前記プラズマ反応チャンバに流入させる第１のステップと、
第１のレベルのＲＦパワーで前記土台電極にバイアスをかけると共に、前記基板の少なくとも一部における前記珪化タングステン層を通じてエッチングするために第１のガス混合物をプラズマに励起させるステップと、
前記第１のレベルよりも低い第２のレベルのＲＦパワーで前記土台電極にバイアスをかけると共に、前記エッチングガスと、前記酸化ガスと、シリコン及び塩素を含む成分を含む表面安定化処理ガスとを含む第２のガス混合物を前記プラズマ反応チャンバに流入させる第２のステップとを含む方法。
【請求項２０】
前記表面安定化処理ガスは四塩化シリコンを含む請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、概してプラズマエッチングに関する。特に、本発明は、シリコン上のタングステン及び他のタングステン含有材料をエッチングすることに関する。
【背景技術】
【０００２】
フラッシュメモリは、半導体メモリ技術において、ますます重要な位置を見込まれている。それは、比較的高速な不揮発性のリライタブルメモリを提供し、特に、携帯電話機、ポータブル音楽プレーヤ、及びバッテリ電源に依存するが、頻繁に長時間電源を切られる他の装置のようなモバイル用途において魅力的である。それにもかかわらず、フラッシュメモリのチップは、１ギガビットよりも大きい容量を有して経済的に製造されている。
【０００３】
しかしながら、所望の特性の大容量フラッシュメモリは、メモリセルの領域を積極的に低減すること、多くの重要な層の厚さを低減すること、及び独特の三次元構造を有したセルに依存することによって達成されている。その縮小は、メモリセルを形成するために使用されるエッチング処理、特に、ポリシリコン制御ゲートに接触するタングステンベースのエッチングの際の厳しい要求を持ち込んできた。
【０００４】
１つの種類のフローティング型のメモリセル１０は、図１の断面図に示されている。そのセルは、結晶シリコン基板１２上に形成された多数のうちの１つである。セルスタック１４は、該スタック１４の下の逆の導電性のウェル領域２０を備えた、ドープソース領域１６及び同様のドープドレイン領域１８との間の基板１２の領域に亘って形成されている。薄いゲート酸化膜層２２は基板１２の上にある。スタック１４は、当初は、非パターン化平面層として、第１のドープポリシリコン層２４、カップリング層２６（通常はＯＮＯ（酸化物窒化物酸化物）層と称され、間もなく説明される）、第２のドープポリシリコン層２８、及び接触層３０を積層することによって、ゲート酸化膜層２２に亘って形成されている。
【０００５】
より詳細に図２に示されたＯＮＯ層２６は記憶素子のコアを構成し、ほぼＳｉＯ２組成からなるシリコン酸化物の下側酸化膜層３２と、ほぼＳｉ３Ｎ４組成の窒化ケイ素からなる中間窒化物層３４と、同様にシリコン酸化物からなる上側酸化膜層３４とを備えている。ＯＮＯ層３２、３４、３６は、非常に薄く、典型的には１０〜２０ｍｍの範囲である。その記憶装置機構は、酸化膜層３２、３６のうちの１つを横切って電子電荷を窒化物層３４へ注入することを含み、ここでは、それはトラップされ、ウェル領域２０に印加された電圧に影響し、従って、ソースとドレイン領域１６、１８との間の電導性に影響する。その読み取り機構は、電流を検出し、ソース及びドレイン領域１６、１８間の電導性を検出し、従って、窒化物層３４に蓄えられた電荷を検出する。電荷が窒化物層３４に注入されたか否かで、フラッシュメモリセル１０の記憶状態を判断する。
【０００６】
接触層３０は、通常はタングステンベースである。現在、珪化タングステン（ＷＳｉ）は最も普及している接触材料であるが、他のタングステンベースの接触組成（例えば、多Ｗ／ＷＮ接触層）が意図される。スタック１４の上側端への電気的な接触は、接触層３０によって確立される。
【０００７】
多くのそのようなスタック１４は、接触層３０に亘って比較的厚い窒化物のハードマスク層をさらに蒸着し、次に、写真でパターン化されたフォトレジスト層を塗布することによって同時に形成される。ハードマスク層は、パターンが作られたフォトレジストを通じてエッチングされ、次に、少なくともスタック１４の一部を異方性エッチングする堅牢なハードマスクとして使用される。エッチングの完了後、ハードマスクは、取り除かれる。
【０００８】
フラッシュメモリのアレイの１つの実施の形態のより現実的な構造は、その構造の中途部を図３の断面図に示されている。まず、この実施の形態においては、ポリシリコン層２４は、本図の平面に垂直に延びる狭い尾根形のポリシリコンセル４０にパターン化される。尾根は、薄い共形ＯＮＯ層４２で覆われ、それはゲート酸化膜層２２の上端を同様に覆うことが可能である。記録密度の増大の利益ために、セル４０間の間隙あるいは穴４４は、比較的小さく作られる（例えば、４０ｎｍ）。図示されているように、本構造は、セル４０が緊密に集められた密集領域４６と、第１のポリシリコン層が取り除かれており、セル４０がない離隔した（通常は「ｉｓｏ」と称される）領域４８とに分割される。
【０００９】
第２のポリシリコン層５０は、ゲーティング構造を提供するのに十分なように、間隙４４を埋め、セル４０を覆うように蒸着される。しかしながら、狭く深い間隙４４のために、トラフ５２が間隙４４の上にある第２のポリシリコン層５０の上面に形成される。接触層として作用する珪化タングステン層５４は、第２のポリシリコン層５０に亘って蒸着される。接触層５４の厚さを低減する必要性のために、トラフ５２の深さは、接触上位層５４の平面部分の厚さにとって重要である場合がある。その後、窒化物ハードマスク層が蒸着され、パターン化ハードマスク５６にリソグラフィでパターン化される。
【００１０】
タングステンベースの接触層５４のエッチングは、特にそれがＷＳｉからなる場合に、フラッシュメモリがますます大きくなるにつれて水平及び垂直方向の寸法が縮むという問題の増大を呈している。
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、ポリシリコン層の上にあるタングステン含有接触部をプラズマエッチングすることを含む。珪化タングステンは、好ましいタングステン含有材料であるが、タングステンあるいはタングステン窒化物で代用されることも可能である。そのように限定されるものではないが、本発明は、緊密に密集したメモリセルと隙間のある（ｉｓｏ）領域との間の相違により持ち込まれたマイクロローディングのために、長時間のオーバーエッチングを要するフラッシュメモリ回路を形成するのに特に有用である。その結果、長時間のオーバーエッチングが行なわれる。
【００１２】
タングステン用の主なエッチング剤は、塩素及びフッ素の両方を含むガス、例えば、ＮＦ３及びＣｌ２である。低ウェハバイアス、例えば、ソース電力の３分の１未満は、深いマイクロローディングを低減する。
【００１３】
酸化ガス、例えば、酸素及び窒素の両方の添加は、シリコンに対する選択比を増大させる。
【００１４】
アルゴン又はヘリウムの添加は、特にメインエッチングにおいて、エッチング副産物の滞留時間を低減し、タングステン材料のアンダーカットを防止する。
【００１５】
オーバーエッチングにおけるＮＦ３／Ｃｌ２比率を低減することは、選択比を改善し、アンダーカットを低減する。
【００１６】
四塩化シリコンは、選択比のさらなる増大のために添加されることが可能である。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１７】
図３を参照して、ハードマスク５６を通じてＷＳｉ層５４をエッチングすることにおいて幾つかの困難に気付いた。先進の設計において、すべての層の厚さは、メモリセルの全体サイズを低減するように最小化される必要があり、従って、エッチング深さの誤差及び不均一に関しては、小さなマージンしかない。トラフ５２の深さは、より平面な領域におけるＷＳｉ層５４の厚さの７０％以内であることに気付いた。従って、一旦、メインエッチング（ＭＥ）が平面な領域においてＷＳｉ層５４を通じてエッチングされると、長時間のオーバーエッチング（ＯＥ）がトラフ５２からＷＳｉ残留物を一掃するために必要とされる。オーバーエッチングは、メインエッチング時間の７５〜１００％に及ぶことがある。長時間のオーバーエッチングは、第２のポリシリコン層５０におけるシリコンへのＷＳｉエッチングの良好な選択比を必要とする。エッチングプロファイルは、ＷＳｉ層５４と、オーバーエッチングにおいて消費されるポリシリコンの一部との両方において、できるだけ垂直に維持される必要がある。密集及びｉｓｏ領域４６、４８間の相違は、マイクロローディングの効果を生じ、ここでは、ｉｓｏ領域４８は、密集領域４６におけるＷＳｉ層５４で発達した間隙の保護された形状に対するｉｓｏ領域４８の隙間のある平面構造のために、密集領域４６よりも速くエッチングされる。また、密集及びｉｓｏ領域４６、４８間の接触部分は独特のエッチング構造を生じさせ、それらは制御される必要がある。
【００１８】
本発明は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手可能なＤＰＳIIエッチングリアクタで開発されているが、本発明は、このリアクタに限定されず、図示されたものから多かれ少なかれ異なる他のプラズマエッチング・リアクタに適用されることが可能である。図４の断面図に示されたプラズマエッチング・リアクタ６０は、ＤＰＳIIエッチングリアクタで実施される種類の誘導電源供給式分離プラズマソースを備えている。リアクタ６０は、中心軸回りに概して配置された金属製の主チャンバ６２と、該主チャンバ６２に密閉された誘電ドーム６４とを有した真空槽を備えている。真空ポンプ６６は、真空槽を低いミリＴｏｒｒ範囲に選択的に吸引する。土台電極６８は、ドーム６４に対向して中心軸上に中心合わせされるウェハ７０あるいは他の基板を支持する。ＲＦ電源７２は、静電結合回路７４を通じて土台電極６８に接続され、ウェハ７０へのバイアス電力ＷＢと、それを処理するプラズマとを与える。１つ又は複数の誘導コイル７６は、誘電ドーム６４の外側周囲を螺旋状に包み、ＲＦソース電力ＷＳを真空槽に誘導結合するために別のＲＦ電源７８によって選択的に電力が供給され、１つ又は複数のガスインジェクタ８０を通じて真空槽に供給された処理ガスをプラズマに励起する。コンピュータ制御のコントローラ８２は、該コントローラ８２に挿入されたフロッピーディスク（登録商標）又はＣＤ−ＲＯＭのような記録媒体８４に記録された処理手法に応じてリアクタ６０の異なる電気的に制御可能な要素の動作を制御する。
【００１９】
誘導コイル７６からのソース電力ＷＳは、主として、プラズマを励起させ、ウェハ７０から離れた位置でのプラズマの密度を決定することを担っている。土台電極６８からのバイアス電力ＷＢはウェハ７０上に均一に分配される。それはプラズマの生成に或る効果を有しているが、主として、ウェハ７０に隣接するプラズマエッジでマイナスのセルフバイアス電圧を生成する。マイナスの電圧は、２つの効果と共に、ウェハ７０への処理ガスのプラズマにおけるプラスイオンを加速する。まず、イオンの軌道は、ウェハ７０の法線に沿って急角度で導かれるようになり、その結果、それらは細い穴内に深く引き込まれ、幾らかより厚い層の細い穴（すなわち、高い縦横比を持つ穴）の望ましい高い異方性のエッチングに寄与する。第２に、イオンはそれらがウェハ７０に衝突する前に、高エネルギに加速される。活性化したイオンはウェハ７０に入射し、ウェハ表面をスパッタエッチングする傾向にある。特に、非常に方向性のある活性化したイオンは、細い穴の底を、また、より効果的にはそれらの側壁をスパッタエッチングする傾向にある。
【００２０】
本発明の多くの態様は、タングステンベースの接触層（特に、ＷＳｉの成分を有するもの）のエッチングに集中する。ポリシリコン上にＷＳｉをエッチングすることに関する問題は、タングステンエッチングの終了間際で（フラッシュメモリが図５の断面図に示された構造を有する時点で）最も明白になる。タングステンエッチングの完了時における最終的なエッチング構造は、図６の断面図に示されている。ハードマスク層５６がハードマスク５６にフォトリソグラフィで規定された後で、ハードマスク５６の底開孔でのハードマスク層の残留物は、ＣＦ４及びＡｒがエッチングガスとして使用されることが可能なブレイクスルーステップで除去される。その後、メインエッチングは、ＷＳｉ接触部１０２を形成するために、ハードマスク５６に応じたＷＳｉ層を通じてほとんど、あるいは完全にエッチングする。前に注記したように、メモリセルは、密集領域４６に緊密に密集される一方で、セルは、ｉｓｏ領域４８においてまったく形成されない。メインエッチングは、典型的には、ｉｓｏ領域４８からすべてのＷＳｉを除去する。本発明は、そのように限定されているが、本発明で開発された手法は、それぞれのマスフローコントローラ１１０、１１２によって測定される図４に示されたそれぞれのガスソース１０６、１０８からの三フッ化窒素（ＮＦ３）及び塩素ガス（Ｃｌ２）に基づく従来のＷＳｉエッチング化学に基づいている。本発明手法は、補足的なガスを含むことが可能であり、また、他の動作状態を指定することも可能である。
【００２１】
図５に戻って、対処すべき第１の問題は、マイクロローディングであり、エッチングがＷＳｉ接触セル１０２間の発達する細い穴１０４に対してあまり効果的でない。マイクロローディングは、ｉｓｏ領域４８におけるＷＳｉを密集領域４６における穴１０４の底よりもより速くエッチングし、次いで、特にオーバーエッチング中に、ｉｓｏ領域４８において下にあるポリシリコン層５０をエッチングする効果を有している。幾らかのシリコンエッチングがオーバーエッチング中において期待されるが、それが大き過ぎる場合には、エッチングは、下にあるＯＮＯ層に達し、それをエッチングすることがある。
【００２２】
マイクロローディングは、比較的低いバイアス電力、より詳しくは、誘導コイル７６に加えられたソース電力ＷＳに対する土台電極６８に加えられたバイアス電力ＷＢの低い比率を使用することによって低減される。ソース電力ＷＳは、主として、プラズマを生じさせることを担うと共に、バイアス電力ＷＢは、主として、深い間隙内に深くプラズマエッチングガスのイオンを加速させることを担うが、さらに、穴１０４の側壁への高い選択比を備えた接触穴１０４の底での材料をスパッタエッチングし、従って、接触穴１０４の高い異方性のエッチングを生じさせることを担っている。
【００２３】
我々は、低いバイアス電力が、マイクロローディングを制御するための最も効果的なパラメータであることを見つけた。特に、バイアス電力ＷＢに対するソース電力ＷＳの約６：１の比率（例えば、３００ｍｍのウェハに対してＷＳ＝３００Ｗ及びＷＢ＝５０Ｗ）が、マイクロローディングの低減に最も効果的なようである。しかしながら、より低いバイアス電力ＷＢでは、穴１０４の底側壁１１０は内方にテーパになる傾向にある。ソース電力が上げられる場合（例えば、６００Ｗまで。しかしながら、その望ましい６：１のソース／バイアス電力比率は維持される）、より良い穴プロファイルが得られ、すなわち、底エッチングの最前部は、ほぼ平面になると共に、マイクロローディングは、良好なままである。これらの好ましい電力条件は、形状に応じて変化することがあるが、４：１〜８：１の間のソース／電力比率、及び４００〜８００Ｗの間のソース電力が、有利に使用されると予想される。
【００２４】
別の問題は、ｉｓｏ領域４８に隣接する最も外側の接触セル１０２の最下部１１４で認められる。最下部１１４は、アンダーカットの傾向にある。低いウェハバイアスの存在下におけるメインエッチングへのアルゴンの添加（例えば、１００ｓｃｃｍ）は、恐らくエッチング副産物用の低減された滞留時間のために、アンダーカットを低減することが判った。なぜならば、滞留時間Jは、次の式で与えられることが可能であるからである。
【００２５】
【数１】
2008021975.tif 000002
【００２６】
ここで、Ｐはチャンバ圧力、Ｖはチャンバ容積、Ｑは合計のガス・フローである。副産物の低減された滞留時間は、タングステンメインエッチング中にマイクロローディングするエッチングレートを低減する。従って、図４に戻って、アルゴンはガスソース１１６から供給され、そのフローはマスフローコントローラ１１８によって測定される。ヘリウムのような別の希ガスが、この目的のためにアルゴンの代わりとされることも可能である。
【００２７】
ポリシリコン上へのＷＳｉの選択的なエッチングは、酸素のような酸化ガスを添加することにより達成される。ＷＳｉの塩素ベースのエッチングは、ＷＯＣｌｘ及びＳｉＣｌ４（それらの両方が揮発性である）を生じさせる。その結果、ＷＳｉ塗布膜は容易にエッチングされる。一方、シリコンに塩素プラズマを適用することは、ＳｉＯＣｌｘ（揮発性ではない）を生じさせる。その結果、下にあるポリシリコン層は容易にはエッチングされない。従って、酸素はガスソース１２０から供給され、そのフローはマスフローコントローラ１２２によって測定される。しかしながら、酸素のフローは制限される必要がある。酸素は、特にｉｓｏ領域におけるポリシリコンのエッチングを防止することに効果的であるが、過剰な酸素は、側壁上のＷＳｉがエッチングされるとともに、外方にフレアな穴プロファイルをもたらす。密集／ｉｓｏ接触部分でのＷＳｉ層のアンダーカットは、酸素の増加と共に特に良くない。
【００２８】
窒素は、タングステンエッチング中の表面安定化処理剤としても作用し、また、酸素と共にポリシリコンに対する選択比の増加に作用する。酸素は、ポリシリコン上のＷ／ＷＳｉをエッチングすることに関して、高い選択比を達成することにおける大きな役割を有している。Ｗ／ＷＳｉエッチング中の塩素ガスの存在下で、付加的なＯ２は、オキシ塩化タングステンのエッチング副産物を生じさせる（ＷｘＣｌｙよりも揮発性である）。しかしながら、一旦、エッチング最前部がポリシリコン接触部分と反応すれば、酸素ガスは、主に、ポリシリコンエッチング最前部を表面安定化し、ポリシリコンエッチングレートを大幅に低減する。一方、塩素無しのエッチング副産物はＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ等を含んでおり、それは側壁の表面安定化に効果的である。その結果、窒素はマイクロローディングがエッチングプロファイルを劣化させることを防止する。ＷＳｉ／Ｗゲートエッチング中のＯ２及びＮ２の最適化された比率はポリシリコンの選択比を増大させると共に、Ｎ２成分による側壁の保護を維持する。従って、窒素はガスソース１２４から供給され、そのフローはマスフローコントローラ１２４によって測定される。
【００２９】
一連の試験は、メイン及びオーバーエッチングの両方において窒素及び酸素の両方（アルゴンは無し）を使用して行なわれた。オーバーエッチングにおいて酸素の量を９から１００ｓｃｃｍに増加させることは、密集領域の穴における増加し、容認できない量の外方へのフレアを生じさせたが、やはりｉｓｏ／密集接触部分での依然として顕著なアンダーカットを低減した。
【００３０】
相当な量の酸素が使用されるときには、Ｃｌ２／ＮＦ３比率を増加させることは、より良好なポリシリコン選択比と、ｉｓｏ領域のエッジでのより少ないアンダーカットをもたらすことが判った。この結果は、オーバーエッチングにおいて特に効果的である。本発明の１つの実施の形態は、表１に要約された手法を有する単一ステップのオーバーエッチングを含む。
【００３１】
【表１】
2008021975.tif 000003
【００３２】
メイン・エッチング中に、ＮＦ３よりも２５％多いＣｌ２が供給された。ポリシリコンに対する選択比は、酸素と８倍多い窒素との両方の供給によって達成される。アンダーカットは、アルゴンを供給することによって防止される。単一ステップのオーバーエッチング中に、ＮＦ３のフローは、例えば、少なくとも２倍、そして、好ましくは少なくとも４倍だけ実質的に低減されると共に、Ｃｌ２のフローは、幾らか増加されている。高いＣｌ２／ＮＦ３比率（例えば、５〜２５の間）と、実質的な酸素（例えば、ＮＦ３のフローよりも大きい）との組み合わせは、任意のアルゴンが供給され、酸素のフローが幾らか低減されると共に、窒素のフローが増加された場合には、オーバーエッチングのステップにおいても小さい。９０ｎｍのＷＳｉと、１００ｎｍのマスク開口を備えた４０ｎｍのポリシリコンから始めて、上記の手法は、密集領域において２２ｎｍ、ｉｓｏ領域において２０ｎｍのポリシリコンを残すことが認められた。ｉｓｏ領域のエッジでは、顕著なアンダーカットは存在しなかった。ＷＳｉの穴は、良好なプロファイルを示したが、幾らかの内方へのテーパを示した。
【００３３】
調整及び最適化を要する多くの結果から、２ステップのオーバーエッチング（つまり、３ステップのタングステン・エッチング）は、優れた結果を提供することができることが分かった。第１のオーバーエッチングのステップにおいては、高酸素供給が、ポリシリコン・エッチングを止め、従って、高いＷＳｉ／Ｓｉ選択比を提供する。多い量の酸素は、ＷＳｉの深さローディングを排除するが、ＷＳｉの酸化によって密集／ｉｓｏ接触部分でのＷＳｉ層の底で発達する最下部の原因であると考えられる。しかしながら、第２のオーバーエッチングのステップにおいては、酸素のフローは、著しく低減されると共に、バイアス電力は、著しく増加されるが、ソース電力は、幾らか減少する。増加したバイアス電力は、ｉｓｏ／密集接触部分での小さなＷＳｉ最下部を除去することに効果的であり、また、穴の底でのポリシリコンにおけるより矩形のプロファイルを生じさせる。２ステップのエッチング処理に対する典型的な手法は、表２において要約されている。
【００３４】
【表２】
2008021975.tif 000004
【００３５】
この手法は、前述したフラッシュメモリ構造上で試験された。密集領域におけるプロファイルは、ポリシリコン内へでさえ非常に垂直であった。或るアンダーカットは、ｉｓｏ／密集接触部分と、より広い溝側の或るフレアとで認められた。
【００３６】
さらに、アンダーカットは、ガスソース１２８から供給され、そのフローがマスフローコントローラ１３０によって測定されるシリコン及び塩素の両方を含むサイロクロロ表面安定化処理ガス（例えば、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４））の使用の追加によって制御されることが可能である。サイロクロロガスは、ｉｓｏ領域において早くから露出したポリシリコンのエッチングを効果的に防止し、ＷＳｉの側壁を保護する。−７０℃の融点と５７．５７℃の沸点とを備えた四塩化シリコンは、チャンバのシーズニングに有用なシリコン蒸着ガスとして使用されることが知られている。上記の手法におけるオーバーエッチングへの１０〜２０ｓｃｃｍのＳｉＣｌ４の添加は、ｉｓｏ／密集接触部分でのアンダーカットを効果的に排除することが認められた。しかしながら、１０ｓｃｃｍでさえ、側方の幾らか外方へのフレアと、密集領域における穴の底の丸みを生じさせ、ポリシリコンより上のＷＳｉの最下部をもたらす。さらに、それは、ｉｓｏ／密集接触部分でのＷＳｉの幾らか外方への傾斜を生じさせる。３０ｓｃｃｍでは、フレア、丸み、及びＷＳｉの最下部が酷くなり、ｉｓｏ領域へ明らかなＷＳｉテールをもたらす。
【００３７】
四塩化シリコンへの三フッ化窒素のフローの比率、ＮＦ３／ＳｉＣｌ４が、密集領域及びｉｓｏ領域の両方において、つまり、ｉｓｏ／密集接触部分でプロファイルを改善するように選択され得ることが分かった。ＮＦ３／ＳｉＣｌ４比率を１よりも大きく増加させることは、ＳｉＣｌ４を添加することで当初経験した丸めを低減する。３の比率は、非常に矩形なプロファイルと、密集及び離隔領域におけるポリシリコン残留物の厚さがそれぞれ２０ｎｍ及び２１ｎｍである非常に良好な結果を示す。従って、有利な結果は２〜５の間の比率で期待される。
【００３８】
サイロクロロガスの使用は、マイクロローディングがサイロクロロ／三フッ化窒素の比率によって調整されることができ、サイロクロロガスがｉｓｏ領域におけるポリシリコン・エッチングを表面安定化することに非常に効果的であることから、サイロクロロガスに対する三フッ化窒素のフローを増加させることによって反マイクロローディングを達成することが可能であることを実証する。
【００３９】
タングステン・エッチング処理の完了に続いて、従来のエッチング処理が、図１のフラッシュメモリ構造を達成するために、下にある酸化物まで上側ポリシリコン層５０を除去するのに使用されることが可能である。ＷＳｉ接触層３０と、ソース及びドレイン領域１６、１８とを電気的に接触させるのには、従来の手法が使用される。
【００４０】
本発明は、ポリシリコンの上にあるＷＳｉ以外の構造に適用されることができる。例えば、他のタングステン含有接触層は、実質的に純粋なタングステン及びタングステン窒化物を含む。しかしながら、エッチングの選択比が要求される場合には、ＷＳｉ及びポリシリコンに共通するシリコンの含有量は、材料の困難な組み合わせを呈する。
【００４１】
ポリシリコン層の結晶度が本発明の使用には要求されないことが理解される。また、シリコン層は、５ａｔ％までのドーパント及び他の不純物を含むことが可能である。さらに、タングステン含有材料が少なくとも１０ａｔ％のタングステン、好ましくはタングステン層のための少なくとも９０ａｔ％のタングステンを含み、珪化タングステン材料が少なくとも１０ａｔ％のシリコンを含むことが理解される。
【００４２】
本発明は誘導プラズマソースを利用したプラズマエッチング装置の分野で開発されたが、他の種類のプラズマエッチング装置（例えば、容量性プラズマソースを有するもの（例えば、ＲＦ又はＶＨＦ電源によって電力が供給され、ウェハに対向して配置され、シャワーヘッドを通じてエッチングガスを供給するシャワーヘッド電極））の分野で実施されることも可能である。
【００４３】
このように、本発明は、ディファレンシャルエッチングを要する層を有しているが、幾らか同様の成分を有する複雑な構造のエッチングにおける多くの競合した要求を満足する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】フラッシュメモリセルの模式的断面図である。
【図２】図１のフラッシュメモリセルのＯＮＯ記憶格納層の断面図である。
【図３】製造プロセスにおけるフラッシュメモリセルのアレイの１つの実施形態の一部の断面図である。
【図４】本発明で使用可能なプラズマエッチングリアクタの断面図である。
【図５】タングステン層のエッチングの終了間際のフラッシュメモリ構造の断面図である。
【図６】タングステンオーバーエッチングの終了時のフラッシュメモリ構造の断面図である。
【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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【外国語明細書】
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