(57)【要約】酸化ケイ素層などの層間誘電体層（130）は、ケイ素種とハロゲン種、また好ましくは炭素種と酸素種を含む、プラズマ化学エッチングを用いて選択的にエッチングされる。ケイ素種は、SixMyHzなどのケイ素化合物から生成することができ、“Si”はケイ素、“M”は一つ以上のハロゲン、“H”は水素であり、x≧1、y≧0、z≧0である。炭素種はCαMβHγなどの炭素化合物から生成することができ、“C”は炭素、“M”は一つ以上のハロゲン、“H”は水素であり、α≧1、β≧0、γ≧0である。酸素種はO2などの酸素化合物から生成することができ、これは炭素と反応して揮発性化合物を形成し得る。
2010503207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応チャンバ内に、上を覆うマスキング層を持つ層間誘電体（ILD）層を提供するステップであって、前記マスキング層は前記ILD層の一部分を露出する開口部を持つ、ステップと、
ケイ素化合物を含むガスからプラズマ励起種を生成するステップと、
前記ILD層の前記露出部分に前記プラズマ励起種を接触させることによって前記ILD層をエッチングするステップと、
を含む、集積回路を形成するための方法。
【請求項２】
前記ガスからプラズマ励起種を生成するステップは、SixMyHzからプラズマ励起種を生成するステップを含み、Siはケイ素、Hは水素、Mはフッ素（F）、臭素（Br）、塩素（Cl）、およびヨウ素（I）からなる群から選択される一つ以上のハロゲンであり、x≧1、y≧0、z≧0である、請求項１の方法。
【請求項３】
前記ガスからプラズマ励起種を生成するステップは、x≧1、y≧1、z≧0であるSixMyHzからプラズマ励起種を生成するステップを含む、請求項２の方法。
【請求項４】
前記ILD層の前記露出部分に、炭素化合物から生成されたプラズマ励起種を接触させるステップをさらに含む、請求項２の方法。
【請求項５】
前記ILD層の前記露出部分に前記炭素化合物から生成されたプラズマ励起種を接触させるステップは、CαMβHγからプラズマ励起種を生成するステップを含み、Cは炭素、Hは水素、Mはフッ素（F）、臭素（Br）、塩素（Cl）、およびヨウ素（I）からなる群から選択される一つ以上のハロゲンであり、α≧1、β≧0、γ≧0である、請求項４の方法。
【請求項６】
CαMβHγからプラズマ励起種を生成するステップは、α≧1、β≧1、γ≧0であるCαMβHγからプラズマ励起種を生成するステップを含む、請求項５の方法。
【請求項７】
前記ILD層の前記露出部分に、酸素化合物から生成されたプラズマ励起種を接触させるステップをさらに含む、請求項４の方法。
【請求項８】
前記ILD層の前記露出部分に前記酸素化合物から生成されたプラズマ励起種を接触させるステップは、分子酸素（O2）からプラズマ励起種を生成するステップを含む、請求項７の方法。
【請求項９】
プラズマ励起種を生成するステップは、前記ケイ素化合物、前記炭素化合物、および前記酸素化合物を、ヘリウム（He）、アルゴン（Ar）、およびネオン（Ne）からなる群から選択される不活性搬送ガスに流すステップを含む、請求項７の方法。
【請求項１０】
前記ILD層の前記露出部分に前記ケイ素化合物から生成された前記プラズマ励起種を接触させるステップは、時間的に離れたパルスで行われる、請求項７の方法。
【請求項１１】
前記ILD層の前記露出部分に前記炭素化合物から生成された前記プラズマ励起種を接触させるステップと、前記ILD層の前記露出部分に前記酸素化合物から生成された前記プラズマ励起種を接触させるステップは、前記ケイ素化合物から生成された前記プラズマ励起種のパルスの最中および間に連続的に行われる、請求項７の方法。
【請求項１２】
前記ILD層の前記露出部分に接触させるステップは、前記開口部の側壁の少なくとも一部分上に不動態化層を形成する、請求項１の方法。
【請求項１３】
前記ILD層は酸化ケイ素で形成される、請求項１の方法。
【請求項１４】
前記マスキング層は炭素材料で形成される、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記炭素層はフォトレジストで形成される、請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記炭素層は非晶質炭素で形成される、請求項１４の方法。
【請求項１７】
前記プラズマを生成するステップは前記反応チャンバ内で行われる、請求項１の方法。
【請求項１８】
ケイ素含有誘電体の層を、前記ケイ素含有誘電体層の露出部分にハロゲン化合物とケイ素化合物を含む化学物質を接触させることによってエッチングするステップを含み、
前記化合物の少なくとも一つがプラズマ励起状態にある、
半導体処理のための方法。
【請求項１９】
前記化学物質と共に酸素化合物を供給するステップをさらに含む、請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記誘電体の前記層をエッチングするステップは、前記ケイ素化合物から生成されたプラズマ励起種に前記露出部分を断続的に晒すステップを含む、請求項１８の方法。
【請求項２１】
前記誘電体層をエッチングするステップは、開口部を画定する側壁を同時に不動態化しながら、前記誘電体層内の開口部の深さを増加するステップを含む、請求項１８の方法。
【請求項２２】
前記誘電体層のエッチング後、前記開口部の側壁から不動態化層を除去するステップをさらに含む、請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記ケイ素含有誘電体の前記層をエッチングするステップは、酸化ケイ素をエッチングするステップを含む、請求項１８の方法。
【請求項２４】
前記誘電体層の露出部分は、前記誘電体層を覆うマスク層内の開口部によって露出される、請求項１８の方法。
【請求項２５】
前記マスク層は、フォトレジスト、非晶質炭素、窒化ケイ素、およびケイ素からなる群から選択される材料で形成される、請求項２４の方法。
【請求項２６】
前記ケイ素誘電体層をエッチングするステップは、約20:1以上の深さ対幅比を持つ誘電体層開口部を形成するステップを含む、請求項１８の方法。
【請求項２７】
前記ケイ素誘電体層をエッチングするステップは、約30:1以上の深さ対幅比を持つ誘電体層開口部を形成するステップを含む、請求項２６の方法。
【請求項２８】
前記ケイ素誘電体層をエッチングするステップは、約40:1以上の深さ対幅比を持つ誘電体層開口部を形成するステップを含む、請求項２７の方法。
【請求項２９】
前記誘電体層をエッチングするステップは、約100ナノメートル（nm）以下の幅を持つ誘電体層開口部を形成するステップを含む、請求項１８の方法。
【請求項３０】
前記誘電体層をエッチングするステップは、約80 nm以下の幅を持つ誘電体層開口部を形成するステップを含む、請求項２９の方法。
【請求項３１】
前記誘電体層をエッチングするステップは、約65 nmの幅を持つ誘電体層開口部を形成するステップを含む、請求項３０の方法。
【請求項３２】
前記誘電体層をエッチングするステップはトレンチを形成するステップを含む、請求項１８の方法。
【請求項３３】
前記誘電体層をエッチングするステップは気相化学物質で行われる、請求項１８の方法。
【請求項３４】
前記ケイ素含有誘電体の前記層をエッチングするステップは、フッ化炭素化合物を用いて行われる、請求項１８の方法。
【請求項３５】
半導体基板の上の層間誘電体（ILD）層に高アスペクト比のフィーチャを形成するための方法であって、
前記ILD層の上にマスキング層を提供するステップであって、前記マスキング層は前記誘電体層を少なくとも部分的に露出する、ステップと、
ケイ素種、ハロゲン種、炭素種、および酸素種を含む化学エッチングを用いて、前記ILD層の露出部分を、前記マスキング層に対して選択的にエッチングするステップと、
を含む方法。
【請求項３６】
前記ケイ素種がケイ素化合物から生じる、請求項３５の方法。
【請求項３７】
前記ケイ素種がSixMyHzから生じ、Mはフッ素（F）、臭素（Br）、塩素（Cl）、およびヨウ素（I）からなる群から選択される一つ以上のハロゲンを含み、x≧1、y≧1、z≧0である、請求項３６の方法。
【請求項３８】
前記炭素種が炭素化合物から生じる、請求項３５の方法。
【請求項３９】
前記炭素種が、α≧1、β≧1、γ≧0であるCαFβHγから生じる、請求項３８の方法。
【請求項４０】
前記酸素種が分子酸素（O2）から生じる、請求項３５の方法。
【請求項４１】
選択的にエッチングするステップが、プラズマ励起ケイ素種、プラズマ励起ハロゲン種、プラズマ励起炭素種、およびプラズマ励起酸素種を生成するステップを含む、請求項３５の方法。
【請求項４２】
酸化ケイ素層が前記ILD層に供給される、請求項３５の方法。
【請求項４３】
前記ILD層の露出部分を選択的にエッチングするステップは、約50-60Å/min以上のエッチング速度で行われる、請求項３５の方法。
【請求項４４】
選択的にエッチングするステップ中において、前記ILD層の前記エッチング速度と、前記マスキング層のエッチング速度の比率が、約4:1以上である、請求項４３の方法。
【請求項４５】
前記エッチングによって形成される開口部の幅のばらつきが、3シグマ以内、約10 nm RMS未満である、請求項４４の方法。
【請求項４６】
前記エッチングによって形成される前記開口部のアスペクト比が約15:1以上である、請求項４５の方法。
【請求項４７】
前記化学エッチングを変更することによって、選択的にエッチングするステップにより形成される湾曲の深さを変更するステップをさらに含む、請求項３５の方法。
【請求項４８】
前記ILD層を、炭素プラズマ励起種を含みケイ素プラズマ励起種を含まない化学エッチングに最初に晒すステップの後、前記ILD層を前記化学エッチングに晒すステップをさらに含む、請求項４７の方法。
【請求項４９】
層間誘電体（ILD）層を持つ部分的に製造された集積回路であって、
前記ILD層内に形成される複数のフィーチャであって、前記フィーチャは前記ILD層内の開口部によって画定される側壁を持ち、前記フィーチャの各々の上端の幅は上端幅を画定し、前記フィーチャの最小幅は湾曲幅を画定し、前記上端幅対前記湾曲幅の湾曲比は約1.4:1以下である、複数のフィーチャと、
前記側壁の少なくとも一部分上のケイ素重合体膜と、
を含む、集積回路。
【請求項５０】
前記ケイ素重合体膜が前記開口部において横方向に内側に向けて傾斜し、ネック領域を形成する、請求項４９の集積回路。
【請求項５１】
前記湾曲比が約1.3:1以下である、請求項４９の集積回路。
【請求項５２】
前記湾曲比が約1.2:1以下である、請求項５１の集積回路。
【請求項５３】
前記開口部が約20:1以上の深さ対幅比と、約100 nm以下の幅を持つ、請求項４９の集積回路。
【請求項５４】
前記深さ対幅比が約30:1以上である、請求項５３の集積回路。
【請求項５５】
前記深さ体幅比が約40:1以上である、請求項５４の集積回路。
【請求項５６】
前記幅が約80 nm以下である、請求項５３の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な実施形態において、概して集積回路製造に関し、特に集積回路製造中に材料をエッチングするための方法と、その結果得られる構造とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集積回路製造は、ソフトマスクもしくはハードマスクに開口部のパターンを形成すること、および、パターニングされたマスクを通して材料をエッチングし、材料に開口部を形成することを含む。いくつかの用途では、エッチングされた材料は、順に、下にある材料への次のパターン転写のためのハードマスク（もしくは第二のハードマスク）として使用され得る。ダマシン応用では、エッチングされた開口部は、絶縁層において例えばビアおよび／またはトレンチの形をとることができ、これは、導電性コンタクト、相互接続線、および、キャパシタやトランジスタなどの電気デバイスを含む、集積回路の様々な部品を形成するために使用できる。
【０００３】
材料のエッチングは乾式エッチングを行うことを含む可能性があり、そこで材料は指向性プラズマに晒され、励起種は緊密な角度分布で材料に向けられる。原則として、乾式エッチングは、比較的真っ直ぐな側壁を持つ均一な開口部を形成する。励起種は、材料と共に揮発性の種を形成することによって、および／または、励起種による衝撃により、材料を物理的にスパッタリングして除去することによって、材料をエッチングする。
【０００４】
一般に、エッチングされる材料は層間誘電体などの誘電体を含む。誘電体内の開口部は、集積回路の中に様々な導電性もしくは半導電性のフィーチャを保持するために使用でき、誘電体はフィーチャ間に電気絶縁性をもたらす。
【０００５】
酸化ケイ素は一般に使用される誘電材料であり、様々な方法で形成することができ、様々な他の構成要素を含むことができる。酸化ケイ素ベースの材料のための典型的な乾式化学エッチングは、ヒドロフルオロカーボン、酸素（O2）および不活性ガスを含む。図１を参照すると、化学エッチングは、マスキング層20内の開口部10を通してプラズマ励起種として方向づけられ、酸化ケイ素層30をエッチングする。図２を参照すると、プラズマ励起種の流れは主に垂直であるが、いくらかのプラズマ励起種の経路は水平成分を持ち、これは側壁のエッチングを引き起こす可能性がある。このエッチングは湾曲した側壁の形成を引き起こし、その結果、“湾曲（bowing）”と一般に称される。結果として生じるビア間もしくはトレンチ間の絶縁材料の薄化は、とりわけ、破損、ビア／トレンチを充填する導体素子間の短絡、もしくは寄生容量につながる可能性がある。
【０００６】
図２を引き続き参照すると、化学エッチングのヒドロフルオロカーボンからの炭素が、エッチング中に開口部50に堆積して重合し、それによって重合体膜60を形成し得る。一般に、堆積は主に、開口部50の上部付近でマスキング層20の壁に隣接して起こる。重合体膜60は、重合体膜60の最も厚い部分でいわゆるネックを形成する。ある場合には、重合体膜60は開口部50を遮るもしくは塞ぐほど厚く成長し得る。しかしながら典型的には、開口部50は開いたままであり、これらのネックは、側壁40の上に“影”を形成することができ、それによって側壁40をエッチングから保護し、それによって湾曲を減らすことができるので、有用となり得る。
【０００７】
側壁40を保護するために好ましいものの、厚いネック領域を持つ重合体膜60は、開口部50へのいくらかのエッチャントの流れを遮る可能性もある。つまり、周辺部分よりも開口
部50の底部の中央部分により多くのエッチャントが達するにつれて、中央部分にある材料が優先的に除去されるようになる。その結果、開口部50は層30の中にさらに進行するにつれて先細りし得る。重合体膜60が開口部50内で非対称に堆積する場合、あるいは異なる開口部50間で異なる量で堆積する場合、先細りは不均一になる可能性があり、不均一な開口部50を形成することになる。当然のことながら、集積回路製造においては、例えば最終製品の特性の予測可能性、信頼性、および均一性を可能にするために、真っ直ぐな側壁40と均一な開口部50の形成が一般的に望まれる。しかしながら、ネック領域においてより薄い重合体膜60を形成することによって先細りを最小化することは、側壁40の保護が不十分になる可能性があり、過度の湾曲を生じ得る。
【発明の概要】
【０００８】
従って、エッチングされる開口部の特性の効果的な制御を可能にする方法と構造が必要とされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】先行技術に従う、エッチングされる材料の上にあるパターニングされたソフトマスクもしくはハードマスクを持つ、部分的に製造された集積回路の断面側面図である。
【図２】先行技術に従う、指向性プラズマエッチングを行った後の、図１の部分的に製造された集積回路の断面側面図である。
【図３】本発明の実施形態に従う、誘電材料の上にあるパターニングされたマスクを持つ、部分的に製造された集積回路の断面側面図である。
【図４】本発明の実施形態に従う、誘電材料をエッチングした後の、図３の部分的に製造された集積回路の断面側面図である。
【図５】本発明の実施形態に従う、マスクを除去し、エッチングされた開口部を洗浄した後の、図４の部分的に製造された集積回路の断面側面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に従う、誘電材料を通してエッチングし、マスクを除去し、エッチングされた開口部を洗浄した後の、図３の部分的に製造された集積回路の断面側面図である。
【図７】本発明の実施形態に従って形成されたトレンチの走査電子顕微鏡写真である。
【図８Ａ】本発明の実施形態に従う、および先行技術に従う、エッチングの特性を示すチャートである。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に従う、および先行技術に従う、エッチングの特性を示すチャートである。
【図８Ｃ】本発明の実施形態に従う、および先行技術に従う、エッチングの特性を示すチャートである。
【図８Ｄ】本発明の実施形態に従う、および先行技術に従う、エッチングの特性を示すチャートである。
【図８Ｅ】本発明の実施形態に従う、および先行技術に従う、エッチングの特性を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態は、高いプロファイル制御と、高いプロファイル均一性と共に、誘電材料にエッチングされる開口部の壁の不動態化を可能にする化学エッチングを提供する。化学エッチングは、ケイ素種とハロゲン種、また好ましくは炭素種と酸素種を含む。これらの種の少なくとも一つ、および好ましくは各々は、プラズマ励起種であってもよい。
【００１１】
いくつかの実施形態では、プラズマ励起種は、ケイ素化合物、炭素化合物、および／または酸素化合物から生じる、もしくは生成される。いくつかの実施形態では、ケイ素化合物はSixMyHzとしてあらわすことができ、“Si”はケイ素、“M”は一つ以上のハロゲン（例えばフッ素、臭素、および／または塩素）、“H”は水素であり、x≧1、y≧0、z≧0である（好ましくはy≧1）。上述したように、化学エッチングは炭素化合物も含んでもよく、これはCαMβHγとしてあらわすことができ、“C”は炭素、“M”は一つ以上のハロゲン、“H”は水素であり、α≧1、β≧0、γ≧0である（好ましくはβ≧1）。加えて、化学エッチングは酸素化合物（例えば分子酸素（O2）、過酸化水素（H2O2）、もしくは水（H2O））を含んでもよい。当然のことながら、ある場合には、それからケイ素、ハロゲン、炭素、および酸素のプラズマ励起種のうちの二つ以上を生成できる化合物を利用することが可能となり得る。例えば、ケイ素、炭素、およびハロゲン原子で形成された化合物が考慮される。
【００１２】
化学エッチングは、高アスペクト比の開口部を形成するために、層間誘電体もしくはケイ素含有誘電材料などの誘電材料のプラズマエッチングを有利に可能にする。ケイ素化合物中のケイ素は、側壁にケイ素層を形成して開口部の側壁を不動態化し得る。ケイ素層は、例えば従来のフッ化炭素化学物質を用いて形成し得るケイ素を含まない重合体層よりも、エッチャントに対する耐性が有利に高い。このエッチャントに対する耐性は、フッ化炭素のみの使用と比較して側壁の湾曲を減少する。さらに、下記でさらに述べるように、ケイ素化合物は、ケイ素化合物および／または炭素化合物（炭素化合物が化学エッチングに含まれる際）にとって適切なハロゲン成分を選択することによって、不動態化とエッチングの程度を有利に調整することができる。
【００１３】
加えて、開示された実施形態に従う化学エッチング（SiF4を含むものなど）は、多くの従来の化学エッチングよりも高い選択性を提供することが有利にわかっている。さらに、ケイ素不動態化層は、プラズマエッチング中に蓄積し得る、開口部を画定する表面からプラズマ励起種を跳ね返す可能性がある電荷を散逸させることができる。電荷の蓄積を最小化することによって、より多くのプラズマ励起種が誘電材料内の開口部（例えばビアもしくはトレンチ）の表面に達することができるので、エッチング速度を増加することができる。
【００１４】
ここで図を参照するが、同様の数字は全体を通して同様の部分をあらわす。当然のことながら、図およびその中の部分は必ずしも縮尺通りに描かれていない。
【００１５】
図３を参照すると、部分的に製造された集積回路100が図示されている。パターニングされたマスキング層120が、下記で述べるように、エッチングされる誘電材料もしくは絶縁材料の層130の上にある。マスキング層120は開口部110のパターンを含む。図示された実施形態では、パターニングされたマスキング層120は炭素含有ハードマスク層であり、例えば光透過性の高い透明非晶質炭素層などの非晶質炭素層であることが好ましい。透明性の高い炭素を形成するための堆積技術は、A. Helmbold, D. Meissner, Thin Solid Films, 283 (1996) 196-203に見られ、この全開示は引用により本明細書に組み込まれる。
【００１６】
開口部110のパターンは、フォトレジスト層および一つ以上の介在ハードマスク層などの、一つ以上の上を覆っている層からのパターン転写後に形成され得る。フォトレジストはレチクルを通して放射に晒され、その後、マスキング層120に転写される所望のパターンを形成するために現像され得る。
【００１７】
マスキング層120のための別の炭素材料の例は、フォトレジストそのものである。他の材料の例では、マスキング層120は、層130の誘電材料に対して選択的にエッチングされ、選択され得る、例えばケイ素もしくは窒化ケイ素などのケイ素含有材料で形成されてもよい。
【００１８】
層130は、ケイ素を含有し得る誘電材料を含む。例えば、層130は酸化ケイ素の形であってもよく、層間誘電体（ILD）層であることが好ましい。図示された実施形態では、層130
は、例えば、二酸化ケイ素などの非ドープ酸化ケイ素、フッ素化酸化ケイ素（FSG）、ホウリン酸ケイ酸ガラス（BPSG）およびリン酸ケイ酸ガラス（PSG）などのケイ酸ガラス、ドープもしくは非ドープの熱成長酸化ケイ素、ドープもしくは非ドープのTEOS堆積酸化ケイ素などの酸化ケイ素で形成される。
【００１９】
図４を参照すると、酸化ケイ素層130が乾式エッチングに晒されている。エッチング中、指向性プラズマ励起種は、マスキング層120の開口部110（図３）を通して移動した後、層130に接触し、それによって、層130をエッチングし、開口部150を形成する。当然のことながら、“プラズマ励起種”とは、ガスへのエネルギーの印加を介して生成されるラジカル、イオン、もしくは他の励起種をあらわす。プラズマ励起種は、基板を含む反応チャンバの内部でダイレクトプラズマ発生器を用いる（すなわち、“in situ”もしくは“直接”のプラズマ発生）か、もしくはリモートプラズマ発生器を用いて（すなわち、“ex situ”もしくは“遠隔”のプラズマ発生）生成され得る。プラズマ励起種はin situで生成されてもよい。エネルギーは、誘導結合、紫外線放射、マイクロ波、容量結合、RF電力の印加などの様々な方法を介してガスに印加（もしくは結合）され得る。結合エネルギーがないと、プラズマ発生は終了する。プラズマ励起種は、限定されることなく、ハロゲンラジカルおよびイオンを含んでもよい。エッチング中、プラズマ励起種（例えばF+）は、方向性エッチングもしくは異方性エッチングをもたらすために、好ましくは電場の印加を介して、エッチングされる材料の表面に向けられることが好ましい。
【００２０】
プラズマ種は、ケイ素化合物、およびより好ましくはケイ素とハロゲンの化合物を含む化学エッチングから生成される。実施形態では、ケイ素化合物は一般にSixMyHzであらわされ、“Si”はケイ素、“M”はフッ素、臭素、塩素、もしくはヨウ素などの一つ以上のハロゲン、“H”は水素であり、x≧1、y≧0、z≧0である。より好ましくは、y≧1となるように、ケイ素化合物は層130のエッチングに役立つハロゲンを含む。例えば、いくつかの実施形態では、ケイ素化合物は比較的強力なエッチング化合物であるSiF4である。あまり強力でない他のケイ素化合物の例は、下記で述べる通り、SiBr2F2、SiBr2H2、SiBr4、SiBr3H、およびSiH4である。加えて、化学エッチングは異なるケイ素化合物の組み合わせも含むことができる。化学エッチングは、不活性搬送ガス（例えばヘリウム（He）、アルゴン（Ar）、およびネオン（Ne））を用いて、部分的に製造された集積回路100を含む反応チャンバに供給されることが好ましい。
【００２１】
化学エッチングは炭素化合物も含むことが好ましい。炭素化合物はCαMβHγとしてあらわされ、“C”は炭素、“M”は一つ以上のハロゲン、“H”は水素であり、α≧1、β≧0、γ≧0である。より好ましくは、β≧1となるように、層130のエッチングに役立つ少なくとも一つのハロゲンが含まれる。炭素化合物の例はCF4とC2Br6を含む。異なる炭素含有化合物の組み合わせも考慮される。
【００２２】
理論に制限されることなく、例えば誘電体層130のケイ素と（炭素もしくはケイ素の化合物からの）ハロゲン種との反応に起因する揮発性化合物の形成を伴う、励起種との物理的衝撃による層130の材料のスパッタリングは、層130からの材料の除去を引き起こし、それによって開口部150を形成すると考えられる。材料の除去に役立つために、化学エッチングは炭素化合物も含むことが好ましい。炭素原子は、酸素原子の除去に役立つ揮発性の炭素と酸素の化合物（例えばCOおよび／またはCO2）を形成するために、例えば酸化ケイ素からの酸素原子と有利に反応する。
【００２３】
いくつかの実施形態では、化学エッチングは酸素化合物も含むことが好ましく、これは炭素を燃焼することができることが好ましい。酸素化合物の例は分子酸素（O2）である。
【００２４】
理論に制限されることなく、酸素化合物は、（例えば“燃焼”反応を通して）炭素と揮
発性化合物を形成することによって、開口部150から炭素を除去することで、プロセス許容度を増加するために使用され得る。例えば、炭素化合物からの炭素は、開口部150から誘電体層130の酸素を除去するために利用でき、いくつかの用途では、これは、例えばエッチングの強力さを増すために、開口部150に過剰の炭素化合物を供給するために望ましいことがある。酸素化合物は、さもなければ開口部150に蓄積してしまう炭素を除去することができるので、酸素化合物の使用は、開口部150に供給される炭素化合物の量において、より大きなプロセス許容度を有利に可能にする。
【００２５】
当然のことながら、本明細書で開示された様々な化合物の様々な添字（x、y、z、α、β、γおよびδなど）の数値は、化合物を形成する様々な構成原子によって形成され得る結合の数によって制限される。例えば、当業者は、ケイ素と炭素の原子は他の原子に対して四つの結合を形成し、一方ハロゲンと水素は一つの他の原子と一つの結合を形成することがわかるだろう。
【００２６】
引き続き図４を参照すると、化学エッチングは、マスキング層120の表面上を含む、開口部150の側壁140に不動態化膜160を有利に堆積する。理論に制限されることなく、ケイ素化合物のケイ素は、不動態化膜160を形成するために堆積および重合化することによって、側壁140を不動態化すると考えられる。さらに、炭素化合物からの炭素もまた、特にマスキング層120の表面上で、不動態化膜160の形成に役立つように堆積および重合化し得る。ある場合には、開口部150の上端に向かって、マスキング層120の表面上では、不動態化膜160は炭素含有重合体（主に炭素で形成される）で形成され得るが、開口部150の下方では、誘電体層130上で、不動態化膜160はシリコーンなどのケイ素含有重合体（主にケイ素で形成される）となり得る。
【００２７】
有利なことに、不動態化膜160のケイ素は、膜をエッチャントによるエッチングに対して高耐性にする。従って、不動態化膜160は側壁140をエッチングから保護し、それによって湾曲を最小化する。当然のことながら、不動態化膜160の多少のエッチングは起こるが、これは、好ましい実施形態のケイ素化合物を使用しないフッ化炭素を用いる従来のエッチングと比較すれば、ごくわずかと考えられる。不動態化膜160を全くエッチングされないままにするというよりも、化学エッチングは、不動態化膜160が側壁140を保護し、湾曲を最小化することができるようにしながら、開口部150を塞ぐように不動態化膜160が成長するのを妨げるために十分な速度で、不動態化膜160をエッチングするように選択されることが好ましい。
【００２８】
さらに、不動態化膜160の比較的高いエッチング耐性は、より薄い不動態化層が形成されることを可能にし、それによって、ネック領域162における開口部のサイズを増加する。この比較的狭い不動態化層160と、比較的広いネック開口部162は、改良されたプロファイル制御に有利に寄与する。有利なことに、ネックによるエッチャントの遮断が減少され、それによって開口部150の先細りを減少することができる。結果として、より真っ直ぐで垂直な側壁140を形成することができ、開口部150の幅は開口部の高さを通してより均一になる。加えて、開口部150の先細りの減少は、フィーチャのアスペクト比を効果的に減少することによって、エッチング速度を有利に増加し得る。
【００２９】
当然のことながら、不動態化膜160は所望の垂直エッチング速度を有利に増加し得る。エッチング中のプラズマ励起種の生成と使用により、側壁140に電荷が蓄積し得る。これらの電荷は、帯電エッチャント種をはじくことによって、および、開口部150の底部に作用するそのような帯電励起種の数を好ましくなく減らすことによって、エッチング速度を減少し得る。有利なことに、ケイ素含有層は半導電性で、電荷の散逸と、電荷蓄積の最小化を可能にする。結果として、より多くの帯電エッチャント種が開口部150の底部に達し、その底部で材料をエッチングすることができ、それによってエッチング速度を増加する。例えば、開口部150の底部は正に帯電し、化学エッチングの陽イオンの反発を引き起こし得る。ケイ素含有膜160などの導電性もしくは半導電性の膜の堆積を介して、開口部150の底部の正電荷を減らすことで、この反発を減らすことにより、エッチング速度を増加し得る。
【００３０】
不動態化の相対的な程度と、化学エッチングのエッチング強度は、他のパラメータの中でも、適切なハロゲン（群）の選択によって調整できる。当然のことながら、様々なハロゲンの相対的なエッチング強度は、最も強力な（F）から最も強度の低い（I）に至るまで、F>Cl>Br>Iと一般化できる。ハロゲンと水素の組み合わせ（例えばSiFaClbBrcHd）は、不動態化の相対的な程度とエッチング強度をさらに調整するために利用できる。側壁140の不動態化の程度と、不動態化膜160のエッチング速度は、湾曲を最小化するためにバランスがとれていることが好ましいので、ケイ素化合物を含む化学エッチングのエッチング強度を調整する能力は、このバランス調節を有利に促進する。いくつかの実施形態では、ケイ素化合物はより強力なエッチャントと併用され、ケイ素化合物は、例えばSiH4であってもよく、主に不動態化剤として機能でき、一方ハロゲンエッチャントは例えばフッ化炭素として供給される。
【００３１】
上述の通り、いくつかの実施形態では、当然のことながら、開口部150のプロファイル制御は、プロセスパラメータを適切に選択すること（例えばプラズマエネルギー、プラズマパルス期間、基板温度、反応器圧力、および流速）によって、および、反応チャンバに供給される化学エッチングのケイ素化合物、炭素化合物、および酸素化合物の組成と相対比率を選択することによって、実現され得る。例えば、化学エッチングの強力さは、エッチング強度が大きいもしくは小さいハロゲンを有するケイ素および／または炭素の化合物を選択することによって調整できる。いくつかの実施形態では、ケイ素化合物のみが化学エッチングに含まれる（この場合、化学エッチングはハロゲンを含むが炭素種は含まない）が、好ましくは炭素化合物、より好ましくは炭素と酸素の化合物も含まれる。
【００３２】
また、当然のことながら、化学エッチングの様々な化合物は、別々にもしくは断続的に反応チャンバに流すことができる。いくつかの実施形態では、炭素化合物と酸素化合物は連続的にチャンバに流され得、ケイ素化合物は断続的にチャンバに流される。炭素化合物はマスク開口部の側壁に不動態化膜を形成し得る。しかしながら、エッチングが進行するにつれて、上を覆っているマスキング層120と、マスキング層120の表面上のいくらかの不動態化膜もエッチングされる。その結果、マスキング層120は薄くなり、エッチングによって形成されるネックおよびいくらかの湾曲が誘電体層130に入り込む可能性がある。例えば、マスキング層120が徐々に薄くなるにつれ、炭素不動態化膜もエッチングされ、炭素不動態化膜によって形成されるネックが徐々に開口部150の下方に形成されるようになり得る。ある場合には、ネックはマスク開口部の側壁から誘電体層130の側壁に移動し得る。こうしてネックが下げられると、ネックの上の誘電体層130の部分がエッチャントから保護されないままになる可能性がある。これが起こる前に、不動態化膜のエッチングに対する耐性を増して、それによってネックの降下を減らし、マスキング層120の薄化を減らすために、ケイ素化合物を化学エッチングに加えることができる。エッチング耐性をもたらすことに加えて、ケイ素化合物は、マスクの高さを増加してマスキング層120の薄化を妨げるために、マスキング層120上に堆積し得る。不動態化膜の過度の堆積もしくは成長を防ぐために、ケイ素化合物の流れは一時の間止めることができる。その後、マスキング層120の薄化と、不動態化膜のエッチングが再度好ましくないレベルにまで進行する前に、ケイ素化合物を再度加えることができる。従って、ケイ素含有不動態化剤は、時間的に離れたパルスで周期的に流すことができ、一方炭素含有エッチャントは、連続的に流されるか、あるいはケイ素含有不動態化剤と交互に流されるかのいずれかである。
【００３３】
図５を参照すると、エッチング後、マスキング層120を除去することができ、開口部150
をエッチング後の洗浄プロセスに晒して、洗浄された開口部150aを形成することができる。当然のことながら、マスキング層120は、層を形成する材料を除去するために適切なエッチングもしくは他のプロセスに晒すことができる。例えば、フォトレジストを除去するためにアッシングプロセスが使用できる。不動態化膜160は、例えばCF4などのフッ素含有ガスをO2およびN2と併用するアッシングプロセスを含む、様々なプロセスによって除去できる。多くの量のケイ素が使用されるいくつかの場合では、化学エッチングからのケイ素は、側壁140（図４）に、除去し難いケイ素化合物を形成する可能性がある。そのような場合には、ケイ素化合物を除去するために、ストリッピングプロセスで従来使用されるマイクロ波ストリッパーよりも、バイアスストリッパーが適用され得る。
【００３４】
層130を通して部分的にしかのびていないように示されるが、いくつかの実施形態では、当然のことながら、層130を完全に貫通する開口部が形成されるようにエッチングが行われ得る。図６を参照すると、下にある層170がエッチング停止層としてはたらく。すなわち、エッチングは層130を形成する材料と比較して、下にある層170に選択的である。結果として、層130を完全に貫通する開口部150bが形成され、それによって下にある層170を露出する。
【００３５】
部分的に製造された集積回路100は、その後、完成した集積回路を形成するためにさらに処理され得る。例えば、引き続き図６を参照すると、開口部150bは、層170が相互接続などの導電性フィーチャを含む場合、導電性コンタクトなどの様々なフィーチャを形成するために、材料で充填され得る。他の用途では、エッチングされた層130は、開口部150bによって画定されるパターンを下にある層170に転写するためのマスクとして使用され得る。別の実施例では、図６を参照すると、また、開口部150bはトランジスタもしくはキャパシタなどの様々な電気デバイスを形成するために材料で充填され得る。例えば、開口部150bは、容器型のキャパシタへのコンタクトのためのポリシリコンプラグを形成するために使用でき、これもまた、開口部150b内に形成され得る。
【００３６】
有利なことに、好ましい実施形態に従う処理は、均一で高アスペクト比のフィーチャもしくは開口部の形成を可能にする。例えば、開口部150a（図５）もしくは150b（図６）は約15:1以上、約20:1、またはより好ましくは約30:1以上、または約40:1以上のアスペクト比（深さ対開口部の上端における幅）を持ち得る。また、開口部150aもしくは150bは、100 nm未満の幅で有利に狭くなり得、約80 nm未満、もしくは約65 nmほど小さくなり得る。開口部150aもしくは150bは、その深さを通して非常に均一となり得、幅のばらつきは約10 nm RMS（3シグマ以内）未満である。
【００３７】
さらに、開示された実施形態は、エッチング速度、エッチング選択性、形成されるフィーチャの均一性、および形成され得る開口部のアスペクト比において、従来のエッチングに勝る改良を有利に可能にする。これらのカテゴリーにおいて、15%、より好ましくは25%の改良が可能である。例えば、これらの実施形態は、穴150a、150b（図５および６）の形成において、約50-60Å/min以上のエッチング速度と、約4:1以上の選択性（例えば酸化ケイ素層のエッチング速度と非晶質炭素層のエッチング速度の比率）を可能にする。
【００３８】
加えて、形成される開口部は、より均一でほとんど垂直な側壁を持つ。当然のことながら、開口部の間に材料もしくは仕切り132を持つ開口部150a、150b、および、側壁140の湾曲の量は、仕切り132に関連して特徴付けられ得る。上端幅134（開口部150aの上端における仕切り132の幅）対湾曲幅136（最も狭い点における仕切り132の幅）の比率は、約1.4:1以下、約1.3:1以下、もしくはさらに約1.2:1以下となり得る。いくつかの実施形態では、上端幅134対湾曲幅136の比率は約1.15:1である。従って、湾曲の程度は有利に低くなる。当然のことながら、仕切り132は開口部150a、150b内に形成される導電体間の絶縁分離として機能し得る。例えば、同じアスペクト比の開口部に対し、同じ選択性を持ち、同じエ
ッチング速度を用いる従来のエッチングを行うと、本発明のいくつかの実施形態から得られるものよりも約25-30%大きい上端幅134対湾曲幅136の比率がもたらされ得る。
［実施例］
酸化ケイ素誘電体層が、トレンチを形成するために非晶質炭素マスキング層を通してエッチングされた。エッチングは、日本の東京の東京エレクトロン株式会社から市販されている二重周波数容量結合反応器で行った。化学エッチングはSiF4、C4F8、およびO2を含み、アルゴン搬送ガスと共に反応チャンバに供給した。SiF4は約18立方センチメートル毎分（sccm）の流速で反応チャンバに供給し、C4F8は約35 sccmで流し、O2は13 sccmで流した。基板温度は約50℃で、反応チャンバの圧力は約35 mTorrであった。60 MHzで1500Wの電力を上端電極に結合し、2 MHzで2750Wの電力を底部電極に結合した。得られたトレンチは約25:1のアスペクト比を持ち、上端の幅は約90 nmであった。
【００３９】
図７を参照すると、得られたトレンチの走査電子顕微鏡写真が示される。有利なことに、トレンチは非常に均一で真っ直ぐな側壁を持つ。
【００４０】
図８Ａ−８Ｅを参照すると、エッチングは、Ar搬送ガスと共にC4F8およびO2からなる化学エッチングを利用する基準エッチングに勝る様々な改良を与えることがわかった。とりわけ、依然として高いエッチング速度を実現しながら（図８Ｂ）、非晶質炭素ハードマスクと比較して酸化ケイ素に対するエッチングの選択性が増加した（図８Ａ）。加えて、湾曲CD（トレンチ間のエッチングされていない誘電材料の幅）、もしくは湾曲幅が増加し、これは湾曲が減少したことを示す（図８Ｃ）。また、ネックと湾曲の寸法間の差（ネック−湾曲寸法）は有利に低く、これは、トレンチの壁が非常に真っ直ぐであることを示す（図８Ｄ）。
【００４１】
また、いくらかの湾曲の発生の深さは、基準化学エッチングよりも低かった（図８Ｅ）。有利なことに、これは湾曲の程度と、エッチングされる開口部のプロファイルの制御を容易にする。例えば、いくつかの実施形態では、いくらかの湾曲が開口部の高さにわたってより均一に分布するように、エッチングの過程で化学エッチングを変更できる。例えば、化学エッチングは、比較的浅い湾曲の深さを与える化学エッチング（たとえば基準化学エッチング）から、比較的深い湾曲の深さを与えるもの（SiF4）に変更できる。結果として、所定の高さにおける湾曲の量が減少するように、いくらかの湾曲が開口部の高さにわたって分布され得る。
【００４２】
本発明は様々な実施形態を含むことが本明細書の記載から理解されるだろう。例えば、本発明の一実施形態に従って、集積回路を形成するための方法が提供される。方法は、反応チャンバ内に、上を覆うマスキング層を持つ層間誘電体（ILD）層を提供するステップを含む。マスキング層は、ILD層の一部分を露出する開口部を持つ。プラズマ励起種がケイ素化合物を含むガスから生成される。ILD層は、ILD層の露出部分にプラズマ励起種を接触させることによってエッチングされる。
【００４３】
本発明の別の実施形態に従って、半導体処理のための方法が提供される。方法は、ケイ素含有誘電体層の露出部分に、ハロゲン化合物とケイ素化合物を含む化学物質を接触させることによって、ケイ素含有誘電体の層をエッチングするステップを含む。化合物の少なくとも一つはプラズマ励起状態にある。
【００４４】
本発明のさらに別の実施形態に従って、半導体基板の上の層間誘電体（ILD）層に高アスペクト比のフィーチャを形成するための方法が提供される。方法はILD層の上にマスキング層を提供するステップを含む。マスキング層は、誘電体層を部分的に露出する一つ以上の開口部を持つ。ILD層の露出部分は、化学エッチングを用いてマスキング層に対して
選択的にエッチングされる。化学エッチングは、ケイ素種、ハロゲン種、炭素種、および酸素種を含む。
【００４５】
本発明の別の実施形態に従って、層間誘電体（ILD）層を持つ部分的に製造された集積回路が提供される。部分的に製造された集積回路は、ILD層に形成される複数のフィーチャを含む。フィーチャはILD層内の開口部によって画定される側壁を持つ。フィーチャの各々の上端の幅は上端幅を画定し、フィーチャの最小幅は湾曲幅を画定する。上端幅対湾曲幅の湾曲比は、約1.4:1以下である。部分的に製造された集積回路は、少なくとも側壁の一部分上にケイ素重合体膜も含む。
【００４６】
上記の開示に加えて、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の方法と構造に、様々な省略、付加、および変更がなされてもよいことも、当業者に理解されるだろう。そのような変更および変化は、添付の請求項によって規定される本発明の範囲の内にあるように意図される。
【図１】
2010503207.tif 000003
【図２】
2010503207.tif 000004
【図３】
2010503207.tif 000005
【図４】
2010503207.tif 000006
【図５】
2010503207.tif 000007
【図６】
2010503207.tif 000008
【図７】
2010503207.tif 000009
【図８Ａ】
2010503207.tif 000010
【図８Ｂ】
2010503207.tif 000011
【図８Ｃ】
2010503207.tif 000012
【図８Ｄ】
2010503207.tif 000013
【図８Ｅ】
2010503207.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月20日(2009.4.20)
【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】
反応チャンバ内に、上を覆うマスキング層を持つ層間誘電体（ILD）層を提供するステップであって、前記マスキング層は前記ILD層の一部分を露出する開口部を持つ、ステップと、
炭素化合物から生成されたプラズマ励起種を含む化学エッチングで、前記ILD層の前記露出部分をエッチングするステップと、
その後、ケイ素化合物を含むガスからプラズマ励起種を生成するステップと、
前記ケイ素化合物から生成された前記プラズマ励起種を前記化学エッチングに加えることによって前記ILD層をエッチングし続けるステップと、
を含む、半導体処理のための方法。
【請求項２】
前記ガスからプラズマ励起種を生成するステップは、SixMyHzからプラズマ励起種を生成するステップを含み、Siはケイ素、Hは水素、Mはフッ素（F）、臭素（Br）、塩素（Cl）、およびヨウ素（I）からなる群から選択される一つ以上のハロゲンであり、x≧1、y≧0、z≧0である、請求項１の方法。
【請求項３】
前記ガスからプラズマ励起種を生成するステップは、x≧1、y≧1、z≧0であるSixMyHzからプラズマ励起種を生成するステップを含む、請求項２の方法。
【請求項４】
前記炭素化合物から生成されたプラズマ励起種で、前記ILD層の前記露出部分をエッチングするステップは、CαMβHγからプラズマ励起種を生成するステップを含み、Cは炭素、Hは水素、Mはフッ素（F）、臭素（Br）、塩素（Cl）、およびヨウ素（I）からなる群から選択される一つ以上のハロゲンであり、α≧1、β≧0、γ≧0である、請求項２の方法。
【請求項５】
CαMβHγからプラズマ励起種を生成するステップは、α≧1、β≧1、γ≧0であるCαMβHγからプラズマ励起種を生成するステップを含む、請求項４の方法。
【請求項６】
前記ILD層の前記露出部分に、酸素化合物から生成されたプラズマ励起種を接触させるステップをさらに含む、請求項３の方法。
【請求項７】
前記ILD層の前記露出部分に前記酸素化合物から生成されたプラズマ励起種を接触させるステップは、分子酸素（O2）からプラズマ励起種を生成するステップを含む、請求項６の方法。
【請求項８】
前記ILD層の前記露出部分に前記ケイ素化合物から生成された前記プラズマ励起種を接触させるステップは断続的に行われ、前記ILD層の前記露出部分は、前記炭素化合物から生成された前記プラズマ励起種と連続的に接触する、請求項１の方法。
【請求項９】
前記炭素化合物から生成されたプラズマ励起種を含む前記化学エッチングで、前記ILD層の前記露出部分をエッチングするステップは、前記化学エッチングによって前記誘電体層内にエッチングされる開口部の深さを増加しながら、前記開口部の側壁の少なくとも一部上に不動態化層を同時に形成するステップを含む、請求項１の方法。
【請求項１０】
前記誘電体層内にエッチングされる前記開口部は、約80 nm以下の幅と、約15:1以上のアスペクト比を持つ、請求項９の方法。
【請求項１１】
前記誘電体層内にエッチングされる開口部の幅のばらつきが、3シグマ以内、約10 nm RMS未満である、請求項１０の方法。
【請求項１２】
層間誘電体（ILD）層を持つ部分的に製造された集積回路であって、
前記ILD層内に形成される複数のフィーチャであって、前記フィーチャは前記ILD層内の開口部によって画定される側壁を持ち、前記フィーチャの各々の上端の幅は上端幅を画定し、前記フィーチャの最小幅は湾曲幅を画定し、前記上端幅対前記湾曲幅の湾曲比は約1.4:1以下である、複数のフィーチャと、
前記側壁の少なくとも一部分上のケイ素重合体膜と、
を含む、集積回路。
【請求項１３】
前記ケイ素重合体膜が前記開口部において横方向に内側に向けて傾斜し、ネック領域を形成する、請求項１２の集積回路。
【請求項１４】
前記湾曲比が約1.2:1以下である、請求項１２の集積回路。
【請求項１５】
前記開口部が約30:1以上の深さ対幅比と、約80 nm以下の幅を持つ、請求項１２の集積回路。
【国際調査報告】
2010503207.tif 000015
2010503207.tif 000016