(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体膜を等方性エッチングする方法であって、
酸素ベースのプラズマ処理によって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層を部分的且つ等方的に改質し、これによって連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の改質部分と非改質部分を提供する工程であって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層は下層の非平坦なトポグラフィーと合致し、下層の非平坦なトポグラフィーを有する工程と、
連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の非改質部分に選択的であり、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の非改質部分を除去することがない第２の異なるプラズマ処理によって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の改質部分を除去する工程を含む方法。
【請求項２】
除去する工程の後に、窒化ケイ素層の非改質部分をアニーリングする工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
除去する工程の後に、窒化ケイ素層の露出した領域を第２の酸素ベースのプラズマ処理によって部分的に改質し、これによって窒化ケイ素層の第２の改質部分と第２の非改質部分を提供する工程と、
第２の非改質部分に選択的に、窒化ケイ素層の第２の改質部分をプラズマ処理によって除去する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項４】
改質する工程は、窒化ケイ素層の一部をＯ＋種で酸化する工程を含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
除去する工程は、下地のシリコン基板に選択的に実行され、改質する工程及び除去する工程の一方又は両方は、自己制限的なプロセスである請求項１記載の方法。
【請求項６】
第２のプラズマ処理は、ＮＦ３及びＮＨ３の組み合わせに基づいている請求項１記載の方法。
【請求項７】
等方的に除去する工程は、窒化ケイ素層を薄化する請求項１記載の方法。
【請求項８】
除去する工程は、窒化ケイ素ベースのスペーサのスペーサ幅を減少させる請求項１記載の方法。
【請求項９】
除去する工程は、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）の縮小又は調整のために窒化ケイ素ハードマスクをトリミングする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
誘電体膜を等方性エッチングする方法であって、
約２００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、約６０秒間、約３００ｓｃｃｍのＯ２を流すことによって実行される酸素ベースのプラズマ処理によって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層を部分的且つ等方的に改質し、これによって連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の改質部分と非改質部分を提供する工程であって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層は下層の非平坦なトポグラフィーと合致し、下層の非平坦なトポグラフィーを有する工程と、
約８００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、約１２０秒間、約３０ｓｃｃｍのＮＦ３と、約３００ｓｃｃｍのＮＨ３と、約１０００ｓｃｃｍのＨｅとを流すことによって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の非改質部分に選択的であり、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の非改質部分を除去することがない第２の異なるプラズマ処理によって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の改質部分を除去する工程を含む方法。
【請求項１１】
除去する工程の後に、窒化ケイ素層の非改質部分をアニーリングする工程を含み、アニーリングする工程は、約５ｍＴの圧力で、約１１０℃までの温度勾配で、約１２０秒間、約１００ｓｃｃｍのＡｒを流すことによって実行される請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
誘電体膜を等方性エッチングする方法であって、
第１の酸素ベースのプラズマ処理によって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層を部分的且つ等方的に改質し、これによって連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の第１の改質部分と非改質部分を提供する工程であって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層は下層の非平坦なトポグラフィーと合致し、下層の非平坦なトポグラフィーを有する工程と、
連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の第１の非改質部分に選択的であり、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の第１の非改質部分を除去することがない第２の異なるプラズマ処理によって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の第１の改質部分を除去する工程と、
第１の改質部分を除去する工程の後に、第２の酸素ベースのプラズマ処理によって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層を部分的且つ等方的に改質し、これによって連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の第２の改質部分と非改質部分を提供する工程であって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層は下層の非平坦なトポグラフィーと合致し、下層の非平坦なトポグラフィーを有する工程と、
連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の第２の非改質部分に選択的であり、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の第２の非改質部分を除去することがない第４の異なるプラズマ処理によって、連続的且つマスクされていない窒化ケイ素層の第２の改質部分を除去する工程を含む方法。
【請求項１３】
窒化ケイ素層の第１の改質部分を除去する工程の後に、窒化ケイ素層の非改質部分をアニーリングする工程を含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
窒化ケイ素層の第１及び第２の改質部分の形成は、Ｏ＋種で酸化する工程を含む請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
第２及び第４のプラズマ処理は、ＮＦ３及びＮＨ３の組み合わせにそれぞれ基づいている請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１３年１月１６日に出願された米国仮出願第６１／７５３，３５７号の利益を主張し、その全内容は、参照により本明細書に援用される。
【背景】
【０００２】
１）分野
本発明の実施形態は、半導体処理の分野に関し、特に、窒化ケイ素誘電体膜をパターニングする方法に関する。
【０００３】
２）関連技術の説明
半導体製造においては、窒化ケイ素は、異なる構造を電気的に分離するために集積回路の製造において絶縁体及び化学的バリアとして、又はバルクマイクロマシニングにおけるエッチングマスクとして、しばしば使用される。それは、マイクロエレクトロニクスにおける腐食及び不安定性の２つの主要な発生源である水分子とナトリウムイオンに対する有意に良好な拡散障壁であるので、マイクロチップのためのパッシベーション層として、二酸化ケイ素よりも優れている。それはまた、アナログチップ内のコンデンサ内のポリシリコン層間の誘電体として使用される。
【０００４】
しかしながら、窒化ケイ素誘電体処理技術の進化（例えば、このような膜の制御されたエッチングや薄化）には、かなりの改善が必要とされている。
【概要】
【０００５】
本明細書に記載の１以上の実施形態は、窒化ケイ素誘電体膜をパターニングする方法に向けられている。
【０００６】
一実施形態では、誘電体膜を等方性エッチングする方法は、酸素ベースのプラズマ処理によって、窒化ケイ素層の露出した領域を部分的に改質し、これによって窒化ケイ素層の改質部分と非改質部分を提供する工程を含む。本方法はまた、第２のプラズマ処理によって、非改質部分に選択的に、窒化ケイ素層の改質部分を除去する工程を含む。
【０００７】
別の一実施形態では、誘電体膜を等方性エッチングする方法は、酸素ベースのプラズマ処理によって、窒化ケイ素層の露出した領域を部分的に改質し、これによって窒化ケイ素層の改質部分と非改質部分を提供する工程を含む。酸素ベースのプラズマ処理は、約２００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、約６０秒間、約３００ｓｃｃｍのＯ２を流すことによって実行される。本方法はまた、約８００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、約１２０秒間、約３０ｓｃｃｍのＮＦ３と、約３００ｓｃｃｍのＮＨ３と、約１０００ｓｃｃｍのＨｅとを流すことによって実行される第２のプラズマ処理によって、窒化ケイ素層の改質部分を除去する工程を含む。除去する工程は、窒化ケイ素層の非改質部分に選択的に実行される。
【０００８】
別の一実施形態では、誘電体膜を等方性エッチングする方法は、第１の酸素ベースのプラズマ処理によって、窒化ケイ素層の露出した領域を部分的に改質し、これによって窒化ケイ素層の第１の改質部分と非改質部分を提供する工程を含む。窒化ケイ素層の第１の改質部分は、第２のプラズマ処理によって、非改質部分に選択的に除去される。第１の改質部分を除去する工程の後に、窒化ケイ素層の非改質部分の露出した領域は、第２の酸素ベースのプラズマ処理によって部分的に改質され、これによって窒化ケイ素層の第２の改質部分を提供する。窒化ケイ素層の第２の改質部分は、第４のプラズマ処理によって除去される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る、窒化ケイ素膜を等方性エッチングする方法内で様々な操作を表す断面図のフロー図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る、窒化ケイ素層のエッチング前（画像Ａ及びＢ）と、３００ｍＴｏｒｒでのＨ２ベースのエッチング後（画像Ｃ、Ｄ及びＥ）を示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を含む。
【図３】本発明の一実施形態に係る、小さな構造（画像Ａ）上の窒化ケイ素層に対する、及び大きな構造（画像Ｂ）上の窒化ケイ素層に対する、２００ｍＴｏｒｒでのＯ２ベースの処理のエッチング結果を示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を含む。
【図４】本発明の一実施形態に係る、小さな構造（エッチング前、画像Ａ；エッチング後、画像Ｃ）上の窒化ケイ素層に対する、及び大きな構造（エッチング前、画像Ｂ；エッチング後、画像Ｄ）上の窒化ケイ素層に対する、３００ｍＴｏｒｒでのＯ２ベースの処理のエッチング結果を示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を含む。
【図５】本発明の一実施形態に係る、窒化ケイ素誘電体膜のエッチング方法が内部で実行されるシステムを示す。
【図６】本発明の一実施形態に係る、例示的なコンピュータシステムのブロック図を示す。
【詳細な説明】
【００１０】
窒化ケイ素誘電体膜をパターニングする方法が記載される。以下の説明において、多数の特定の詳細（例えば、窒化ケイ素誘電体膜の一部を改質するための特定のプラズマ処理及び効果）が、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために記載される。なお、本発明の実施形態は、これらの特定の詳細なしに実施できることが当業者には明らかであろう。他の例では、既知の態様（例えば、マスク形成のためのフォトリソグラフィのパターニング及び現像技術）は、本発明の実施形態を不必要に曖昧にしないために詳細には説明されない。また、図に示される様々な実施形態は例示的な表現であり、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解すべきである。
【００１１】
本明細書に記載の１以上の実施形態は、窒化ケイ素ベースの膜を薄化又はトリミングするためのアプローチに向けられている。薄化又はトリミングは、例えば、完全に又は実質的に窒化ケイ素から構成される膜の一部又は全領域の等方性除去によって、実行することができる。以下でより詳細に説明されるように、薄化又はトリミングは、制御された方法で行われる。当該技術分野において理解されるように、本明細書に記載されるような窒化ケイ素膜への参照は、「ＳｉＮ」（Ｓｉ：Ｎの化学量論比が特定されず、理想化される必要はない）又は「Ｓｉ３Ｎ４」（Ｓｉ：Ｎの化学量論比が特定され、理想化されている）などの表現を、両方のシナリオを表す「ＳｉＮｘ」の記号表示によって含むことができる。
【００１２】
１以上の実施形態は、等方性の窒化ケイ素の除去に向けられている。一実施形態では、ＲＦプラズマ源は、典型的には、エッチングチャンバ内の基板又はウェハの存在下で、ガス（例えば、酸素ガス（Ｏ２））を解離するために使用される。窒化膜エッチングの場合、ラジカル及びイオンが、表面化学組成を変化させるすべての露出した窒化物表面と直接相互作用する。その後、得られた変化した表面膜は、リモート源を用いて同一チャンバ内で化学的に除去することができる。このような一実施形態では、非改質の窒化物及びケイ素に選択的なＮＨ３／ＮＦ３ベースの処理が、化学的な除去のために使用される。残りの層へのスパッタリングダメージが最小又は存在しないように、このようなプロセスは、化学的に駆動させることができる。更に、残留物が残らない処理を達成することができ、さもなければ、このような残留物を除去するための湿式洗浄を必要とするであろう。
【００１３】
より具体的には、等方性の窒化物エッチングを達成するための最初の試みは、（例えば、力ずくのエッチングによる）高圧のみのドライ又はプラズマエッチングの使用を含んでいた。比較の目的のために、エッチングされたスペーサウェハが、約３００ｍＴの圧力で行われたエッチングの等方性の程度を評価するために用いられた。結果は、単に「酸化された」表面を残して、ほとんど窒化物は除去されなかったことを示した。
【００１４】
しかしながら、その代わりに、一実施形態では、露出した窒化物表面の実質的により化学的に駆動される改質を提供するために、Ｏ２ベースの処理が使用される。改質は、形状に関わらず、膜内の特定の深さまで改質が進む等方性の改質である。例示的な一実施形態では、処理は、約１０Ｗの下方バイアス及び約３００Ｗの上方バイアスで、約３００ｓｃｃｍのＯ２を流すことを含む。約２００ｍＴの圧力は、約５０℃の温度で使用される。サンプルウェハが静電チャックされ、ヘリウム（Ｈｅ）が、誘導結合（ＩＣＰ）又は容量結合プラズマ（ＣＣＰ）チャンバ内で裏面を冷却するために使用される（本明細書内では１０ｉ−ｏと呼ばれ、ここでは、内側バンドヘリウムガス流及び外側バンドヘリウムガス流の圧力が、ウェハの裏面を冷却するために使用され、チャックから導入される）。処理は、約６０秒間行われる。なお、より低い圧力（例えば、約５０ｍＴ未満の圧力）では、改質は異方性となることに留意されたい。
【００１５】
続いて、等方的に改質された窒化ケイ素膜は、例えば、ＮＦ３とＮＨ３ガスの組み合わせを使用して、Ｓｉｃｏｎｉ型プロセス内で膜の未改質部分に選択的に除去することができる。このような一実施形態では、除去プロセスは、約８００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約１２０秒間、約３０ｓｃｃｍのＮＦ３と、約３００ｓｃｃｍのＮＨ３と、約１０００ｓｃｃｍのＨｅとを流すことを含む。その後、アニーリングが、約５ｍＴの圧力で、約１１０℃までの温度勾配で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約１２０秒間、約１００ｓｃｃｍのＡｒを流すことによって実行された。改質、除去、及びアニーリングを実行すると、約２ナノメートルの窒化ケイ素が、スペーサ構造のエッチフロント及び側壁の両方から除去された。したがって、除去は、本質的に等方性として特徴付けることができる。例えば、一実施形態では、約１．２：１のエッチフロント／側面の除去率が達成される。
【００１６】
より一般的な例として、図１は、本発明の一実施形態に係る、窒化ケイ素膜の等方性エッチングの方法内の様々な操作を表す断面図のフロー図である。操作１０２を参照すると、窒化ケイ素膜１５２が、シリコン（Ｓｉ）基板１５６上に配置された構造１５４上に配置される。操作１０４では、酸素（Ｏ２）ベースのプラズマ１５８が、窒化ケイ素膜１５２の露出面の部分を改質するために使用される。このような一実施形態では、改質は、プラズマ１５８から生成されたＯ＋種によって、窒化ケイ素膜１５２の部分を酸化させることを含む。酸化は、酸化された表面部分１６０を生成し、一方、より深い部分１６２は、改質されない。操作１０６では、窒化ケイ素膜１５２の改質された部分１６０を、改質されていない窒化ケイ素膜１６２の残りの部分に選択的に除去するために、下流プラズマ１６４が使用される。オプションで、操作１０８を参照すると、改質及び除去は、繰り返すことができ、最終的に、基板１５６の上方の構造１５４を残して、完全に窒化ケイ素膜の領域を除去するために使用することができる。操作１０８で示されているように、改質及び除去プロセスは、下地のシリコン基板１５６に損傷を与えることなく行うことができる。
【００１７】
図１を再び参照すると、一実施形態では、改質及び除去エッチングプロセスの一方又は両方は、自己制限的であり、時間の閾値量が満たされる限り、タイミングのばらつきに対する影響をプロセスが受けにくくする。自己制限的なプロセスの使用は、その後の処理に対する均一性を向上させることができる。また、図示されていないが、一実施形態では、アニーリング操作が、除去操作と、窒化ケイ素膜の改質及び除去のエッチング処理の次のサイクルの間で使用される。等方的にエッチングされる窒化ケイ素層は、完全な化学量論比（Ｓｉ３Ｎ４）又は他の適切なＳｉ：Ｎとすることができ、いずれの場合もＳｉＮｘで表される。このような一実施形態では、改質中の膜の酸化を促進するためにケイ素リッチの窒化ケイ素膜を有することが好ましいかもしれない。しかしながら、他の実施形態では、窒化ケイ素膜は、ケイ素リッチである必要はない。
【００１８】
再び図１を参照すると、操作１０８での選択性は、下地のシリコン基板に損傷が与えられないように提供された。より一般的には、図１に関連して記載されたプロセスは、製造プロセスに耐えるのに好適な材料から構成され、半導体処理層が上に好適に存在することができる基板に、選択的かつ測定可能な損傷なく実行することができる。本発明の一実施形態によれば、基板は、例えば、結晶シリコン、ゲルマニウム又はシリコン／ゲルマニウムが挙げられるが、これらに限定されないＩＶ族ベースの材料から構成される。特定の一実施形態では、基板は、単結晶シリコン基板である。特定の一実施形態では、単結晶シリコン基板は、不純物原子でドープされる。しかしながら、別の一実施形態では、基板はＩＩＩ−Ｖ族材料から構成される。
【００１９】
再び図１を参照すると、窒化ケイ素膜の等方性エッチングは、トポグラフィー形状（例えば、Ｓｉ基板と窒化ケイ素膜の部分との間に示される構造）の上でさえ達成される。例えば、構造は、トランジスタの製造に使用するためのゲート又はゲートプレースホルダ構造であってもよい。特定の一例では、構造は、後に置換ゲート処理スキームで使用される多結晶シリコン又はアモルファスシリコンプレースホルダ構造である。別の特定の一実施形態では、構造は、メモリ素子のフローティングゲート部を形成するために、最終的に使用することができる。
【００２０】
製造される特定の技術にかかわらず、このような等方性の窒化ケイ素エッチングは、様々な状況に対して使用することができる。例えば、第１の実施形態では、図１の操作１０６を参照すると、等方性の窒化ケイ素膜のエッチングは、窒化ケイ素層を均一に薄化するために使用される。第２の実施形態では、図１の操作１０８を参照すると、等方性の窒化ケイ素膜エッチングは、基板を損傷することなく、基板の領域から窒化ケイ素膜を完全に除去するために使用される。第３の実施形態では、等方性の窒化ケイ素膜エッチングは、基板の上方に配置された構造の側壁上に形成されたスペーサを均一にトリミングするために（例えば、さもなければ、異方性エッチングから与えられるスペーサの高さを実質的に低減することなくスペーサ幅を低減するために）使用される。第４の実施形態では、等方性の窒化ケイ素膜エッチングは、例えば、ポリシリコン層をエッチングする前に、ポリシリコン層の上に配置された窒化ケイ素ハードマスクラインのサイズを減少させることによって、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）の縮小又は調整用のハードマスクをトリミングするために使用される。
【００２１】
高圧のみのドライ又はプラズマエッチングを使用することによって等方性の窒化物エッチングを達成するための上記の最初の試みを再び参照すると、図２は、本発明の一実施形態に係る、窒化ケイ素層のエッチング前（画像Ａ及びＢ）と、窒化ケイ素層（画像Ｂ）に対して、２００ｍＴｏｒｒでのＨ２ベースのエッチング後（画像Ｃ、Ｄ及びＥ）を示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を含む。エッチングは、約１０Ｗの下方バイアス及び約３００Ｗの上方バイアスで、約３００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約６０秒間、約４００ｓｃｃｍのＨ２を流すことによって実行された。その後、Ｓｉｃｏｎｉ（商標名）エッチングが、約６００Ｗのバイアスで、約８００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約１２０秒間、約３０ｓｃｃｍのＮＦ３、約３００ｓｃｃｍのＮＨ３、及び約１０００ｓｃｃｍのＨｅを流すことによって実行された。その後、アニーリングが、約５ｍＴの圧力で、約１１０℃までの温度勾配で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約１２０秒間、約１００ｓｃｃｍのＡｒを流すことによって実行された。その後、初期エッチング、ｓｉｃｏｎｉエッチング、及びアニーリングが、もう１サイクル繰り返された。画像Ｄ及びＥを参照すると、大きな構造に対する窒化ケイ素の平均損失は、側壁で約６．７オングストローム、エッチフロントで約１１．２オングストローム、比率は１．６７：１であった。これは、幾分異方性であり、特定の用途に対しては、好適に等方性ではない。
【００２２】
図２のエッチング結果とは対照的に、図３は、本発明の一実施形態に係る、小さな構造上の窒化ケイ素層（画像Ａ）に対して、及び大きな構造上の窒化ケイ素層（画像Ｂ）に対して、２００ｍＴでのＯ２ベースの処理のエッチング結果を示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を含む。エッチングは、約１０Ｗの下方バイアス及び約３００Ｗの上方バイアスで、約２００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約６０秒間、約３００ｓｃｃｍのＯ２を流すことによって実行された。その後、ｓｉｃｏｎｉエッチングが、約６００Ｗのバイアスで、約８００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約１２０秒間、約３０ｓｃｃｍのＮＦ３、約３００ｓｃｃｍのＮＨ３、及び約１０００ｓｃｃｍのＨｅを流すことによって実行された。その後、アニーリングが、約５ｍＴの圧力で、約１１０℃までの温度勾配で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約１２０秒間、約１００ｓｃｃｍのＡｒを流すことによって実行された。その後、初期エッチング、ｓｉｃｏｎｉエッチング、及びアニーリングが、別に２サイクル、合計３サイクル繰り返された。画像Ａを参照すると、大きな構造に対する窒化ケイ素の平均損失は、トップで約２．１４ナノメートル、側壁で約１．７８ナノメートル、エッチフロント（ＥＦ）で約２．０８ナノメートル、比率は１．１８：１であった。画像Ｂを参照すると、小さな構造に対する窒化ケイ素の平均損失は、トップで約１．５４ナノメートル、側壁で約１．７９ナノメートル、エッチフロント（ＥＦ）で約２．７８ナノメートル、比率は１．２１：１であった。特に、図２の画像と比較すると、１．１８：１及び１．２１：１の比率は、実質的に等方性である。このように、Ｈ２ではなく、Ｏ２ベースの改質の使用は、ｓｉｃｏｎｉ型の除去の前に膜をより等方的に変化させる。
【００２３】
高圧改質アプローチを実証するために、図４は、本発明の一実施形態に係る、小さな構造上の窒化ケイ素層（エッチング前、画像Ａ；エッチング後、画像Ｃ）に対して、及び大きな構造上の窒化ケイ素層（エッチング前、画像Ｂ；エッチング後、画像Ｄ）に対して、３００ｍＴでのＯ２ベースの処理のエッチング結果を示す透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を含む。エッチングは、約１０Ｗの下方バイアス及び約３００Ｗの上方バイアスで、約３００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約６０秒間、約３００ｓｃｃｍのＯ２を流すことによって実行された。その後、ｓｉｃｏｎｉエッチングが、約６００Ｗのバイアスで、約８００ｍＴの圧力で、約５０℃の温度で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約１２０秒間、約３０ｓｃｃｍのＮＦ３、約３００ｓｃｃｍのＮＨ３、及び約１０００ｓｃｃｍのＨｅを流すことによって実行された。その後、アニーリングが、約５ｍＴの圧力で、約１１０℃までの温度勾配で、静電チャックのＨｅ不活性ガスによる裏面冷却の存在下で、約１２０秒間、約１００ｓｃｃｍのＡｒを流すことによって実行された。その後、初期エッチング、ｓｉｃｏｎｉエッチング、及びアニーリングが、別に２サイクル、合計３サイクル繰り返された。画像Ａ及びＣを参照すると、小さな構造に対する窒化ケイ素の平均損失は、側壁で約２．０１ナノメートル、エッチフロント（ＥＦ）で約１．９６ナノメートル、比率は０．９８：１であった。画像Ｂ及びＤを参照すると、小さな構造に対する窒化ケイ素の平均損失は、側壁で約２．５８ナノメートル、エッチフロント（ＥＦ）で約２．１６ナノメートル、比率は０．８４：１であった。特に、図２の画像と比較すると、０．９８：１及び０．８４：１の比率は、実質的に等方性である。
【００２４】
このように、一実施形態では、Ｓｉ−Ｏを含有する改質層（例えば、上記窒化ケイ素層の改質部）の除去は、ガス（例えば、ＮＦ３、アンモニア（ＮＨ３）、又はこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない）から生成されたプラズマに基づくプラズマ処理を用いて行うことができる。例えば、特定のこのような実施形態では、「Ｓｉｃｏｎｉ」ドライエッチングが使用され、（ａ）ＮＦ３＋ＮＨ３→ＮＨ４Ｆ＋ＮＨ４Ｆ・ＨＦによるプラズマ内でのエッチャントの生成と、（ｂ）ＮＨ４Ｆ又はＮＨ４Ｆ・ＨＦ＋ＳｉＯ２→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（固体）＋Ｈ２Ｏによる約３０℃でのエッチング処理と、（ｃ）最終的にＳｉ−Ｏ含有改質層をエッチングするために使用される（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（固体）→ＳｉＦ４（気体）＋（ＮＨ３）（気体）＋ＨＦ（気体）による約１００℃を超える昇華を含む。しかしながら、代替の一実施形態では、Ｓｉ−Ｏ含有改質層を除去することは、窒化ケイ素膜を蒸気（例えば、フッ化水素（ＨＦ）の蒸気又はＮＦ４・ＨＦの蒸気が挙げられるが、これらに限定されない）に曝露させることを含む。
【００２５】
Ｓｉ−Ｏ含有改質層（例えば、上記窒化ケイ素層の改質部）の除去は、専用チャンバ内で実行することができる。例えば、一実施形態では、ｓｉｃｏｎｉチャンバは、基板用のアニール領域とエッチング領域を含む。ＮＨ３及びＮＦ３プラズマキャビティが、リモートプラズマ生成のために含まれる。プラズマキャビティは、エッチャント生成領域に結合される。一実施形態では、エッチャント生成に必要なプラズマは、ウェハ又は基板に曝露されない。ｓｉｃｏｎｉチャンバはまた、均一なエッチャントの送出のため、及びアニーリング用の熱源を提供するための熱いシャワーヘッドを含む。一実施形態では、冷たい台座が、ウェハ又は基板を冷却するため、エッチャントを凝縮するため、及び／又は選択性を制御するために含まれる。一実施形態では、エッチャント及び副生成物の凝縮を防止するために、温かいチャンバ壁が含まれる。均一なポンピング及び副生成物の除去のために、ポンピングチャネルが含まれてもよい。
【００２６】
一実施形態では、リモートプラズマキャビティ内でのエッチャントの生成及び（例えば、改質された窒化ケイ素膜からの）シリコン酸化物反応のために、冷たい台座上に位置するウェハ又は基板と共に、ｓｉｃｏｎｉチャンバが使用される。ウェハは、シャワーヘッドへ向けて上昇され、副生成物の昇華は、熱いシャワーヘッドによって影響される。副生成物を除去すると、ウェハ又は基板は洗浄される。清浄なウェハ又は基板は、その後、除去のために下降される。こうして、一実施形態では、少なくとも部分的にｓｉｃｏｎｉチャンバ内で実行されるような乾式洗浄プロセスが、窒化ケイ素膜の非改質部分に選択的に窒化ケイ素膜の改質部分を除去するために使用される。
【００２７】
一実施形態では、上記のプロセスの１以上がプラズマエッチングチャンバ内で実行される。例えば、一実施形態では、上記のプロセスの１以上は、米国カリフォルニア州サニーベールのアプライドマテリアルズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）から入手可能なＡｐｐｌｉｅｄ  Ｃｅｎｔｕｒａ（商標名）Ｅｎａｂｌｅｒ誘電体エッチングシステム内で実行される。別の一実施形態では、上記のプロセスの１以上は、これもまた米国カリフォルニア州サニーベールのアプライドマテリアルズから入手可能なＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（商標名）ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ  Ｇ３エッチング装置内で実行される。
【００２８】
窒化ケイ素誘電体層のパターニングは、エッチング用試料に近接してエッチングプラズマを提供するのに適した処理装置で行うことができる。例えば、図５は、本発明の一実施形態に係る、窒化ケイ素誘電体膜のエッチングの方法を実行するシステムを示す。
【００２９】
図５を参照すると、プラズマエッチングプロセスを実行するためのシステム５００は、サンプルホルダー５０４を備えたチャンバ５０２を含む。排気装置５０６、ガス入口装置５０８、及びプラズマ点火装置５１０が、チャンバ５０２に結合される。コンピューティングデバイス５１２は、プラズマ点火装置５１０に結合される。システム５００は、サンプルホルダー５０４に結合された電圧源５１４と、チャンバ５０２に結合された検出器５１６を更に含むことができる。コンピューティングデバイス５１２は、図５に示されるように、排気装置５０６、ガス入口装置５０８、電圧源５１４、及び検出器５１６にも結合することができる。
【００３０】
チャンバ５０２とサンプルホルダー５０４は、イオン化されたガス（すなわち、プラズマ）を含み、そこから排出されたイオン化ガス又は荷電種の近くにサンプルをもたらすのに適した反応チャンバ及びサンプル位置決め装置を含むことができる。排気装置５０６は、チャンバ５０２を排気し、減圧させるのに適した装置であることができる。ガス入口装置５０８は、チャンバ５０２内に反応ガスを注入するのに適した装置とすることができる。プラズマ点火装置５１０は、ガス入口装置５０８によってチャンバ５０２内に注入された反応ガス由来のプラズマを点火するのに適した装置とすることができる。検出装置５１６は、処理操作の終点を検出するのに適した装置とすることができる。一実施形態では、システム５００は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｅｎｔｕｒａ（商標名）Ｅｎａｂｌｅｒ誘電体エッチングシステム、アプライドマテリアルズ（商標名）ＡｄｖａｎｔＥｄｇｅ  Ｇ３システム、又はアプライドマテリアルズ（商標名）Ｃ３誘電体エッチングチャンバシステム内に含まれるものと類似又は同じ、チャンバ５０２、サンプルホルダー５０４、排気装置５０６、ガス入口装置５０８、プラズマ点火装置５１０、及び検出器５１６を含む。
【００３１】
本発明の実施形態は、本発明に係るプロセスを実行するように、コンピュータシステム（又は他の電子デバイス）をプログラミングするために使用することができる命令を内部に格納したマシン可読媒体を含むことができる、コンピュータプログラム製品、又はソフトウェアとして提供することができる。マシン可読媒体は、マシン（例えば、コンピュータ）によって読み取り可能な形式で情報を記憶又は伝送する任意の機構を含む。例えば、マシン可読（例えば、コンピュータ可読）媒体は、マシン（例えば、コンピュータ）で読み取り可能な記憶媒体（例えば、リードオンリーメモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス等）、マシン（例えば、コンピュータ）で読み取り可能な伝送媒体（電気的、光学的、音響的又はその他の形態の伝搬信号（例えば、赤外線信号、デジタル信号等））等を含む。
【００３２】
図６は、本明細書に議論された任意の１以上の方法をマシンに実行させるための命令セットを内部で実行することができるコンピュータシステム６００の例示的な形態におけるマシンの図表示を示す。代替の実施形態では、マシンは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、イントラネット、エクストラネット、又はインターネット内で他のマシンに接続（例えば、ネットワーク接続）することができる。マシンは、クライアント−サーバネットワーク環境におけるサーバ又はクライアントマシンの機能で、又はピアツーピア（又は分散）ネットワーク環境におけるピアマシンとして操作することができる。マシンは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ又はブリッジ、又はそのマシンによって取られる操作を特定する命令のセット（シーケンシャル又はそれ以外）を実行することができる任意のマシンとすることができる。更に、単一のマシンのみが示されているが、用語「マシン」はまた、本明細書内で議論された任意の１以上の方法を実行する命令のセット（又は複数のセット）を個々に又は共同で実行するマシン（例えば、コンピュータ）の任意の集合を含むと解釈すべきである。一実施形態では、コンピュータシステム６００は、図５に関連して説明されたコンピューティングデバイス５１２として使用するのに適している。
【００３３】
例示的なコンピュータシステム６００は、プロセッサ６０２、メインメモリ６０４（例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）（例えば、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はラムバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）など）、スタティックメモリ６０６（例えば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）など）、及び二次メモリ６１８（例えば、データ記憶装置）を含み、これらはバス６３０を介して互いに通信する。
【００３４】
プロセッサ６０２は、１以上の汎用処理装置（例えば、マイクロプロセッサ、中央処理装置など）を表す。より具体的には、プロセッサ６０２は、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、他の命令セットを実行するプロセッサ、又は命令セットの組み合わせを実行するプロセッサとすることができる。プロセッサ６０２は、１以上の特殊目的処理装置（例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサなど）とすることも可能である。プロセッサ６０２は、本明細書で議論された操作を実行するための処理ロジック６２６を実行するように構成される。
【００３５】
コンピュータシステム６００は更に、ネットワークインタフェースデバイス６０８を含むことができる。コンピュータシステム６００は、ビデオディスプレイユニット６１０  （例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、又は陰極線管（ＣＲＴ））、英数字入力デバイス６１２（例えば、キーボード）、カーソルコントロールデバイス６１４（例えば、マウス）、及び信号生成装置６１６（例えば、スピーカ）を含むこともできる。
【００３６】
二次メモリ６１８は、本明細書に記載の１以上の方法又は機能の何れかを具現化する１以上の命令セット（例えば、ソフトウェア６２２）を格納するマシンアクセス可能な記憶媒体（又は、より具体的には、コンピュータ可読記憶媒体）６３１を含むことができる。ソフトウェア６２２はまた、コンピュータシステム６００、メインメモリ６０４及びプロセッサ６０２（これらもまたマシン可読記憶媒体を構成している）によるその実行中に、メインメモリ６０４内及び／又はプロセッサ６０２内に、完全に又は少なくとも部分的に常駐することもできる。ソフトウェア６２２は更に、ネットワークインタフェースデバイス６０８を介してネットワーク６２０上で送信又は受信されることができる。
【００３７】
マシンアクセス可能な記憶媒体６３１は、例示的な一実施形態では単一の媒体であることが示されているが、用語「マシン可読記憶媒体」は、１以上の命令セットを格納する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中型又は分散型データベース、及び／又は関連するキャッシュ及びサーバ）を含むように解釈されるべきである。用語「マシン可読記憶媒体」はまた、マシンによる実行用命令セットを格納又はエンコードすることができ、本発明の１以上の方法の何れかをマシンに実行させる任意の媒体を含むようにも解釈されるべきである。したがって、用語「マシン可読記憶媒体」は、固体メモリ、及び光・磁気メディアを含むが、これらに限定されないように解釈されるべきである。
【００３８】
本発明の一実施形態によると、マシンアクセス可能な記憶媒体は、データ処理システムに誘電体膜を等方性エッチングする方法を実行させる命令を内部に格納している。本方法は、酸素ベースのプラズマ処理によって、窒化ケイ素層の露出した領域を部分的に改質し、これによって窒化ケイ素層の改質部分と非改質部分を提供する。本方法は、その後、第２のプラズマ処理によって、非改質部分に選択的に、窒化ケイ素層の改質部分を除去する工程を含む。
【００３９】
一実施形態では、本方法は、除去する工程の後に、窒化ケイ素層の非改質部分をアニーリングする工程を更に含む。一実施形態では、本方法は、除去する工程の後に、窒化ケイ素層の露出した領域を第２の酸素ベースのプラズマ処理によって部分的に改質し、これによって窒化ケイ素層の第２の改質部分と第２の非改質部分を提供する工程と、第２の非改質部分に選択的に、窒化ケイ素層の第２の改質部分をプラズマ処理によって除去する工程を更に含む。一実施形態では、改質する工程は、窒化ケイ素層の一部をＯ＋種で酸化する工程を含む。一実施形態では、除去する工程は、下地のシリコン基板に選択的に実行される。一実施形態では、改質する工程及び除去する工程の一方又は両方は、自己制限的なプロセスである。一実施形態では、第２のプラズマ処理は、ＮＦ３及びＮＨ３の組み合わせに基づいている。一実施形態では、等方的に除去する工程は、窒化ケイ素層を薄化する。一実施形態では、除去する工程は、窒化ケイ素ベースのスペーサのスペーサ幅を減少させる。一実施形態では、除去する工程は、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）の縮小又は調整のために窒化ケイ素ハードマスクをトリミングする。
【００４０】
このように、窒化ケイ素誘電体膜をパターニングする方法が開示された。
【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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