(57)【要約】  主ソースガスとして一酸化炭素を用いて遷移金属酸化物薄膜をプラズマエッチングするための方法が提供される。これは加熱なしで外界温度でカルボニル化学が使用されることを可能にする。
2010521062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遷移金属酸化物の一酸化炭素ベースのプラズマエッチングを含むエッチングする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記遷移金属酸化物は、酸化ニッケル、酸化鉄、および酸化コバルトから成るグループから選択される方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、
前記遷移金属酸化物は、冷却される方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
前記遷移金属酸化物は、１００℃より低い温度まで冷却される方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、
前記プラズマエッチングは、加えられた磁場を用いて実行される方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、
前記プラズマエッチングは、本質的に一酸化炭素から成るソースガスを用いて実行される方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、
前記プラズマエッチングは、一酸化炭素および不活性希釈剤だけから成るソースガスを用いて実行される方法。
【請求項８】
一酸化炭素ベースのソースガスを用いて遷移金属酸化物の冷却される薄膜をプラズマエッチングすることを含むエッチングする方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、
前記遷移金属酸化物は、酸化ニッケル、酸化鉄、および酸化コバルトから成るグループから選択される方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、
前記遷移金属酸化物は、冷却される方法。
【請求項１１】
請求項８記載の方法において、
前記遷移金属酸化物は、１００℃より低い温度まで冷却される方法。
【請求項１２】
請求項８記載の方法において、
前記プラズマエッチングは、加えられた磁場を用いて実行される方法。
【請求項１３】
請求項８記載の方法において、
前記ソースガスは、本質的に一酸化炭素から成る方法。
【請求項１４】
請求項８記載の方法において、
前記ソースガスは、一酸化炭素および不活性希釈剤だけから成る方法。
【請求項１５】
酸化ニッケルの薄膜をエッチングする方法であって、
可能な不活性希釈剤以外には主に一酸化炭素を含むソースガスを流すステップと、
前記薄膜の近傍にグロー放電を生成し、それによってプラズマ衝撃を誘発するステップと、
前記薄膜を冷却するステップと、
ガスを排出するステップと、
を含む方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、
前記一酸化炭素ベースのプラズマに使用される一酸化炭素に少なくとも１つの他のガスを付加するステップをさらに含む方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の方法において、
酸化ニッケルの前記薄膜は、少なくとも１つの伝導材料と積み重ねられる方法。
【請求項１８】
請求項１５記載の方法において、
前記酸化ニッケル層は、少なくとも１つの絶縁材料と積み重ねられる方法。
【請求項１９】
請求項１５記載の方法において、
酸化ニッケルの前記薄膜は、冷却される方法。
【請求項２０】
請求項１５記載の方法において、
酸化ニッケルの前記薄膜は、１００℃より低い温度まで冷却される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主ソースガスとして一酸化炭素を用いて遷移金属酸化物薄膜をプラズマエッチングするための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願への相互参照）
本願は、２００７年３月１日に出願された米国特許出願第１１／６８１，０２２号（特許文献１）からの優先権を主張し、その全体が本願明細書において参照により援用されている。
【０００３】
通例、遷移金属と遷移金属化合物は、非常に一般的なエッチャントがエッチング済み表面に残存する不揮発性の副産物を生じさせるので、エッチングしにくい。従って、欠陥レベルを顕著に低減させると同時に遷移金属および遷移金属化合物をプラズマエッチングする新規な改良された方法を有することが非常に望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第１１／６８１，０２２号
【特許文献２】米国特許出願第１１／１２５，９３９号
【特許文献３】米国特許第５，９１５，１６７号
【発明の概要】
【０００５】
プラズマエッチングの１つの方法は、遷移金属酸化物をエッチングして、プラズマエッチング中に効率的に除去され得る揮発性金属カルボニル副産物を形成するために一酸化炭素ガスである主エッチャントを使用することを含む。
実例となる種々の実施形態において、一酸化炭素はアルゴンなどの不活性ガスで希釈される。
実例となる種々の実施形態において、遷移金属酸化物は薄膜である。
実例となる種々の実施形態において、遷移金属酸化物は、半導体基板上に製造される電子デバイスの部分である。
種々の実施例において、エッチング中に磁場が加えられる。
【０００６】
種々の開示される実施形態の利点と期待される利点とは次のものを含む。
●カルボニルエッチ化学は加熱なしで使用され得る。
●累積時間温度(cumulative time-at-temperature)が最小化され得る。
●遷移金属酸化物の清浄なエッチングが達成される。
【０００７】
添付図面と関連する本発明の好ましい実施形態（単数または複数）についての以下の記述を参照することにより、本発明の前述した特徴およびステップ、およびそれらを達成する仕方が明らかとなり、本発明自体を最善に理解できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】過度の残留物を示すスパッタエッチングされた酸化ニッケル構造のトップダウン図の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２】挟まれた遷移金属酸化物スタックをスパッタエッチングプロセスを用いてエッチングすることに関連する望ましくないエッチプロフィールのＳＥＭ写真である。
【図３】図２の写真に示されているものと類似する挟まれた遷移金属酸化物スタックを有する集積回路の一部分の説明図である。
【図４】本発明の１つの好ましい実施形態に従う処理方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
遷移金属と、遷移金属酸化物を含む遷移金属化合物とをプラズマエッチングする方法が開示される。次の記述は、当業者が本発明品を作り使用することを可能にするために提示される。説明の目的上、本発明の完全な理解を提供するために特定の述語が説明される。特定のアプリケーションおよび方法についての記述が単に例として提供される。好ましい実施形態に対する種々の改変が当業者には容易に明らかになるであろう。また、本願明細書で定義される一般的原理は、本発明の真意および範囲から逸脱せずに他の実施形態およびアプリケーションに応用され得る。従って、本発明は、示された実施形態に限定されるべく意図されてはおらず、本願明細書で開示された原理およびステップと矛盾しない最も広い範囲が与えられなければならない。
【００１０】
図面、特にその図４を参照すると、遷移金属または遷移金属化合物をエッチングするためのプラズマエッチングプロセス４００のフローチャートが示され、その方法４００は本発明の１つの好ましい実施形態に従う。開示されるプラズマエッチング方法４００は、以下に詳しく説明するように、一酸化炭素または一酸化炭素ベースのプラズマである主エッチャントと遷移金属または遷移金属化合物との反応という結果をもたらし、それは金属カルボニルである揮発性副産物を形成し、これにより、金属カルボニル副産物が生成されるとプラズマエッチャからそれをポンピングにより除去することによって、金属カルボニル副産物の迅速で容易な除去を促進する。
【００１１】
エッチング方法４００を詳しく論じる前に、遷移金属と、酸化ニッケルなどの遷移金属酸化物とをエッチングするための技術の現状を手短に再検討することがおそらく有益である。始めに、入手し得る文献には酸化ニッケルのプラズマエッチングに関する情報が非常に僅かしかないということに留意するべきである。ウェットエッチングおよびプラズマツールにおけるスパッタエッチングには参考文献が幾つかある。しかし、従来技術のいずれも、酸化ニッケルまたは他の遷移金属または遷移金属化合物のプラズマエッチングを明確に論じていない。
【００１２】
文献が不足しているにもかかわらず、大抵の一般的なエッチャントは、それぞれフッ素ベースまたは塩素ベースのプラズマ中のニッケルまたは酸化ニッケルの場合のフッ化ニッケルおよび塩化ニッケルなどの不揮発性副産物を生じさせるので、酸化ニッケルも他の遷移金属および遷移金属化合物もエッチングしにくいということは良く知られている。例えば、酸化ニッケルをエッチングすることに関して、従来技術ではエッチングする高いスパッタコンポーネントを必要とし、それは意図しない望ましくない副産物と残留物とを残す。過剰な残留物と良くないエッチプロフィールとの説明例が図１〜２のＳＥＭ写真に描かれている。
【００１３】
より具体的には、在来のスパッタリング技術を用いる酸化ニッケルのエッチングが図１のＳＥＭ写真に示されている。これに関して、デバイスが大量に生産されるときに不利となる意図しない望ましくない相当の量の残留物形成があることが分かる。図２は、窒化チタン層の間の酸化ニッケルの層を含むエッチングされたスタックの横断面を示すＳＥＭ写真であり、良くないエッチプロフィールを示す。これらの例は、パターニングされる材料のためのエッチ化学が不揮発性副産物を生じさせるときには残留物が効果的に除去され得ず、得られるエッチプロフィールが傾斜することを証明する。要するに、このような残留物および傾斜したパターンプロフィールは、特にこれらの構造を組み込んだ回路では低くて予測できない歩留まりをもたらす。
【００１４】
同様の遷移金属およびその種々の化合物をパターニングするために従来技術において他のプロセス、例えばスクリーン印刷法および写真乳剤などのプロセスが利用されている。しかし、これらのプロセスは、最新の集積回路の非常に小さな寸法とは良くスケールせず、また既存の容易に利用し得る半導体プロセスと都合よく混ざり合わない。
【００１５】
次に、図４と関連してプラズマエッチングプロセス４００をより詳しく考察すると、プロセスは開始ステップ４０２でプラズマエッチャ（図示せず）において始まる。これに関して、プラズマエッチャ内のチャンバに、パターニングされるべき遷移金属または遷移金属化合物の層をその上に少なくとも有する１つまたはそれ以上のウェハまたは他の適切な基板が装填ステップ４０４で装填される。
【００１６】
ウェハまたは他の適切な基板の上に堆積させられた遷移金属または遷移金属化合物の層は、本発明の方法を用いてパターニングされエッチングされ得る。ニッケル、鉄、コバルト、タングステン、モリブデン、マンガン、およびルテニウムを含む任意の適切な遷移金属が使用され得る。同様に、適切な遷移金属の酸化物、窒化物、およびケイ化物を含む遷移金属化合物がパターニングされエッチングされ得る。
【００１７】
ステップ４０４でプラズマチャンバにウェハが装填された後、プロセスは安定化ステップ４０６に進み、ここでチャンバは密封されて、プラズマエッチングを容易にするために割合低い圧力にセットされる。所定期間にわたる安定化ステップの間、チャンバに結合されたガスソースは、チャンバに流入するとともにポンピングにより排出され、所与の圧力設定点で安定化することを許される。以下でより詳しく説明するように、チャンバに流入することを許されるガスソースは、所望の主エッチャントと、必要とされることのある添加物とに依存する選択の問題である。
【００１８】
チャンバが安定化した後、チャンバポンプが動作し、主エッチャントガスと所望の添加物とが安定化した圧力で流れている状態で、ウェハをエッチングするべくプラズマを点火するために活性化ステップ４０８でＲＦ電源が活性化される。プラズマは一酸化炭素プラズマであり、一酸化炭素と添加物とを含む。この時点でチャンバ内で同時進行するイベントがある。すなわち、１）ウェハに対するプラズマエッチングが進行している、２）チャンバ内に流入したガスとエッチングされている材料との間の化学反応により揮発性副産物が生成される、３）エッチングプロセスの揮発性副産物は、生成されると、チャンバから排出される。これらの同時イベントは、遷移金属または遷移金属化合物の所望のエッチングを完了させるのに充分な期間にわたって続く。所望のエッチングが成し遂げられたとき、プロセスは終了ステップ４１０に進む。
副産物のうちのいくらかはチャンバ内のウェハにもチャンバの壁にもおそらく堆積することがあって、それが残留物の潜在的ソースであり得るということが当業者に理解されるべきである。しかし、揮発性副産物の大部分はポンピングによりチャンバ外に排出される。
【００１９】
次に、チャンバ内へのガス流を詳しく考察すると、以降は単にＣＯと称される一酸化炭素ガスである主エッチャントは、遷移金属および遷移金属化合物と特有の反応をするので選択される。すなわち、主エッチャントとしてＣＯを用いることの主な利益は、それが大抵の遷移金属および遷移金属化合物と反応して、揮発性であるかあるいは割合に低い沸点を有する金属カルボニルを形成することである。これは本発明の重要な態様である。というのも、揮発性副産物はエッチング中に容易にかつ速やかに除去されて、それが顕著に低減された欠陥レベルをもたらすからである。
【００２０】
時には、チャンバ壁あるいはエッチングされるウェハ（１つまたは複数）の側壁に付着する副産物を生じさせるパッシバントガスなどのガスが意図的に加えられ、チャンバへのガス流の不可欠の一部となる。そのようなパッシバントガスの付加は、個々のウェハのエッチプロフィールを制御するためにかつ／または特定のチャンバ条件を維持するために行われる。このプロセスを容易にする特定のパッシバントガスは、以下でより詳しく記述される。
【００２１】
エッチングしている間、不動態化副産物がエッチングされた側壁に付着すると同時に、エッチングされている表面に残留物が存在しないことを確実にする必要がある。イオンアシスタンス(ion assistance)は、エッチングされている表面上に不動態化副産物が全く留まらないことを確実にするのに役立つ。そのようなイオンアシスタンスは、付加されるガスによって提供され得る。これは重要である。というのも、エッチングされている表面上に不動態化副産物が留まれば、それはエッチングを停止させるかあるいは不完全にすることがあるからである。いずれにしても、側壁に付着する副産物は、以下であまり詳しく記述されないが、その後の通常のクリーニングプロセスで除去される。
【００２２】
プラズマエッチングプロセス４００をなお詳しく考察すると、プラズマエッチャが安定化され活性化されると、一酸化炭素（ＣＯ）プラズマと所要の添加物とである主エッチャントは、チャンバ内に配置されたウェハのプラズマエッチングを促進する。一酸化炭素ベースのプラズマという用語は、大部分が一酸化炭素であるけれども他の添加物を含み得るプラズマを指す。エッチングプロセスが進行しているとき、ＣＯはエッチングされるべき材料（遷移金属あるいは酸化物、窒化物およびケイ化物を含む遷移金属化合物）と反応して金属カルボニル副産物を生じさせ、それは形成され次第直ちにチャンバから排出される。前述したものから、このプロセスがガス状副産物である金属カルボニル副産物をエッチャから容易に取り出すことを可能にするということが理解されるべきである。
【００２３】
ＣＯとともに流れ得る添加物は、単独であるいは任意の組み合わせで、Ｈ2 およびハイドロフルオロカーボンのような還元剤、Ｎ2 およびフルオロカーボンのようなパッシバント、並びにアルゴンおよびＢＣｌ3 のようなイオンアシスタンスを提供する添加物などの添加物を含み得る。
揮発性金属カルボニル副産物はガスとして記述されたけれども、金属カルボニル副産物は液体でもあり得るということが当業者に理解されるべきである。液体タイプの金属カルボニルも考えられるので、好ましい実施形態をガスタイプの金属カルボニルに限定する意図はない。しかし、いずれの場合にも、金属カルボニル副産物は、エッチング中にポンピング作用によってプラズマエッチャから容易に都合よく除去され得る。
【００２４】
次に、図３を参照し、特定のタイプのアプリケーションにプラズマエッチングプロセス４００をどのように応用できるかを説明するために特定の例が提供される。第１の例として、不揮発性メモリセルを形成するためのプロセスが詳しく記述される。
不揮発性メモリセルを形成するためのプロセスは、ウェハ表面の上にエッチングされるべき層を設けることを経て始まる。図３を参照すると、形成されるべき構造は、底部導体５００と、障壁層５０２と、垂直指向半導体接合ダイオード５０４と、化合物スタック５１４と、頂部導体５１２とを含む。化合物スタック５１４は、窒化チタン層５０６と、酸化ニッケル層５０８と、窒化チタン層５１０とを含む。スタックという語は、本願明細書において、その下または上に、あるいは下および上に配置されるかもしれない機能性材料の他の層と関連付けられるかもしれず、あるいは関連付けられないかもしれない材料の機能層を意味するべく利用されている。そのようなスタック内の層は伝導性あるいは絶縁性であり得る。
在来のプロセスでは、図３に示されている構造は単一のウェハ上で同時に形成されるそのような構造の大きなアレイのうちの１つであるということが理解されるべきである。簡略化のためにそのような構造が１つだけ示されている。
【００２５】
本発明の実施形態に従うエッチングが実行されるときには、底部導体５００、障壁層５０２、および接合ダイオード５０４は既に在来の堆積、パターニングおよびエッチングのプロセスによって形成されている。これらの構造は、平坦化されて頂部平坦表面を形成する誘電体充填材（図示せず）によって囲んでいる。
化合物スタック５１４の層（窒化チタン層５０６、酸化ニッケル層５０８、および窒化チタン層５１０）は堆積させられていて、図３に示されている構造を形成するためにパターニングされエッチングされなければならない。（頂部導体５１２は、本願明細書では記述されない後の通常のプロセスで形成される。）図３は、下にあるダイオード５０４と完璧に整列している化合物スタック５１４を示す。実際には、多少の位置ずれが存在し得る。
【００２６】
次に、フォトリソグラフィステップが実行される。フォトレジストの層（図示せず）が頂部窒化チタン層５１０の上にスピンされる。通常のプロセスでフォトマスクを用いて、フォトレジストの幾つかのエリアが露出されるが、他は露出されない。現像プロセスが、露出されたフォトレジストを除去し、露出されなかったフォトレジストを残す。このようにしてパターンがフォトマスクからフォトレジストに転写される。本発明のエッチングステップは、パターンを化合物スタックの上のフォトレジストから、下にある化合物スタックの層に転写する。当業者に認識されるように、ハードマスクなどの付加的な層が存在し得る。例えば、パターンは、フォトレジストからハードマスクに、その後にハードマスクから化合物スタックに、転写され得る。
【００２７】
その後、化合物スタック５１４を含むウェハは、プラズマエッチングを可能にするために装填ステップ４０４でプラズマエッチャの中に装填される。
プラズマチャンバが装填（ステップ４０４）され、安定化（ステップ４０６）され活性化（ステップ４０８）されたならば、活性化あるいはエッチング／排出プロセス（ステップ４０８）が始まる。この説明例では、エッチング／排出プロセスは、以下でより詳しく説明されるように２部分で行われる。
【００２８】
本発明のアプリケーション例では、底部の窒化チタン、中央の酸化ニッケル、頂部の窒化チタンのスタック５１４（図３）は、接合ダイオード５０４の上のポスト／柱としてパターニングされなければならない。参照により援用されている、S. Brad HernerおよびChristopher J. Pettiによる「Rewritable Memory Cell Comprising a Diode and Resistance-Switching Material 」という米国特許出願第１１／１２５，９３９号（特許文献２）は、図３の構造に似た書き換え可能なメモリセルを記述し、それは酸化ニッケル層と直列に配置された垂直指向多結晶半導体ダイオードを含み、その酸化ニッケル層は複数の抵抗率状態間でスイッチングされ得る。酸化ニッケル層は例えば図３の構造の場合のように窒化チタンの障壁層あるいは電極層の間にある。次に、エッチングされるべきスタックは、上から、窒化チタン層（または他の適切な電極）、酸化ニッケル層、および第２の窒化チタン層を含む。このエッチングは、本発明の実施形態を用いて実行され得る。完全のために、或る代わりの実施形態において、ＴｉＮ−ＮｉＯ−ＴｉＮスタックは多結晶ダイオード５０４がエッチングされる前に堆積させられ、これらの層の全てが単一のパターニングおよびエッチングのステップでエッチングされるということが理解されるべきである。
【００２９】
次に、活性化ステップ４０８をなお詳しく考察すると、活性化ステップにおいてスタック３１０内の酸化ニッケルをプラズマエッチングするために一酸化炭素ベースの化学が使用され、従ってニッケルカルボニルである揮発性副産物を生じさせる。前述した化学反応は方程式１によって表される。
ＮｉＯ＋５ＣＯ  →  Ｎｉ（ＣＯ）4 ＋ＣＯ2                 方程式（１）
より一般的には、これは次のように方程式２および３で表される。
ＴＭ＋ｘＣＯ  →  ＴＭ（ＣＯ）x                           方程式（２）
ここでＴＭは遷移金属を意味する。
ＴＭＯｙ＋（ｘ＋ｙ）ＣＯ  →  ＴＭ（ＣＯ）x ＋ｙ（ＣＯ）2 方程式（３）
【００３０】
ＣＯへの添加物としてアルゴンが利用されるならば、それはプラズマエッチングプロセス中にイオンアシスタンスを提供する。同様に、必要ならば、エッチングおよびプロフィール制御の助けとなるようにＣＯプラズマにＮ2 などの他のパッシバントが付加され得る。頂部および底部の窒化チタン層は通常のフッ素ベースの化学を用いてエッチングされ得る。これらは、ＮｉＯエッチングの前および後に行われる別々のサブステップにおいてＮｉＯエッチングの一部分として行われ得る。
還元雰囲気が必要とされるならば、ＣＨ3 Ｆ、ＣＨ2 Ｆ2 あるいはＨ2 などの他の反応性ガスが採用され得る。
【００３１】
ＣＯが利用可能にされるのであれば酸化物エッチャの代わりとして金属エッチャまたはポリエッチャが使用され得る。この場合、窒化チタンをエッチングするためにＣｌ2 ／ＢＣｌ3 ベースの化学またはＣｌ2 ／ＨＢｒ化学が使用される。
構造５１４のエッチングは３ステップで生じる。はじめに、スタック５１４内の窒化チタン層５０８をエッチングするためのフッ素プラズマを提供し、その後にスタック５１４の酸化ニッケル層５０８をエッチングするための一酸化炭素プラズマを提供するために酸化物エッチャが使用される。最後に、エッチング化学は、逆戻りして、窒化チタン層５０６をエッチングするためのフッ素ベースの化学に変更される。フォトレジストで保護されていないウェハ表面のエリアはこのエッチングステップ中にエッチングされ、保護されているエリアは残る。このように、図３に示されている構造が形成される。前述したように、ＣＯガスエッチングからもたらされる副産物は、エッチング中に形成され次第直ちに排出される。
【００３２】
一酸化炭素プラズマが酸化ニッケルと反応すると揮発性ニッケルカルボニル副産物が形成され、それは形成されると排出される。前述したものから、副産物はガスなので、それはきれいにエッチングされた最終製品を残してプラズマエッチャから速やかにかつ容易に排出され得るということが理解されるべきである。プロセスは、エッチングが完了したときに終了ステップ４１０で停止する。
フッ素エッチングステップは頂部および底部の窒化チタンの層の間に酸化ニッケルが挟まれているから必要になったに過ぎないことが理解されるべきである。要するに、ＴｉＮ層が５１４のスタック構造に存在しても、対応するフッ素エッチングステップは不要である。
【００３３】
酸化ニッケルなどの遷移金属をエッチングするために一酸化炭素プラズマを用いるプロセスをより詳しく考察すると、エッチャントとして一酸化炭素を用いることは、前述したようにニッケルおよび酸化ニッケルだけをエッチングすることに限定されないということが当業者により理解されるべきである。すなわち、このプロセスは、例えば鉄および鉄の酸化物などの、他の遷移金属および他の遷移金属化合物にも同様にうまく応用され得る。これに関して、他の遷移金属、それらの酸化物あるいは他の関連する化合物をエッチングするために同じ方法論が利用され得る。要するに、エッチャントとして一酸化炭素を用いることの重要な利点の１つは、それが大抵の遷移金属と反応して、揮発性であるかあるいは比較的に低い沸点を有する金属カルボニルを形成することである。これは、顕著に低い欠陥レベルという結果をもたらす。これは本発明の１つの重要な態様である。
【００３４】
本発明の他の１つの重要な態様は、一酸化炭素が還元剤としても作用することができるので遷移金属酸化物も一酸化炭素含有プラズマ中でエッチングされ得るということである。プラズマエッチャにおいて、他のガスが必要とされ使用されることがあるということも当業者により理解されるべきである。例えば、Ａｒ／ＢＣｌ3 は活発なイオン衝撃を提供することができ、水素化フルオロカーボンまたはＨ2 は、必要ならば、還元雰囲気を提供するために有益である。
【００３５】
一酸化炭素プラズマを主エッチャントとして使用する１つのアプリケーション例では、窒化チタン、酸化ニッケル、窒化チタンのスタックに関してプロセスが記述された。他の例は、その上または下に遷移金属または遷移金属酸化物を有する垂直指向半導体接合ダイオードを形成することと、その後にその半導体接合ダイオードの上または下の構造を一酸化炭素ベースのプラズマでプラズマエッチングすることとを含む。
【００３６】
Hernerらにさらに記載されているように、図３に示されているものと似た複数の構造が基板の上に（例えば、単結晶シリコンウェハの上に）形成されているとき、第１のメモリレベルが形成されている。付加的なメモリレベルが第１のものの上に形成されてモノリシックな３次元メモリアレイを形成することができる。各々の不揮発性メモリセルはモノリシックな３次元メモリアレイ内に存在する。
【００３７】
モノリシックな３次元メモリアレイは、その中でウェハなどの単一の基板の上に、介在する基板なしで、複数のメモリレベルが形成されるものである。１つのメモリレベルを形成する層は、既存のレベル（１つまたは複数）の層の直ぐ上に堆積させられるかあるいは成長させられる。対照的に、Leedy の「Three Dimensional Structure Memory」という米国特許第５，９１５，１６７号（特許文献３）の場合のように、積層されたメモリは、メモリレベルを別々の基板上に形成してこのメモリレベルを互いの上に接着することによって構築されている。基板は結合の前に薄くされるかあるいはメモリレベルから除去され得るけれども、メモリレベルは初めに別々の基板上に形成されるので、そのようなメモリは真のモノリシックな３次元メモリアレイではない。
【００３８】
基板の上に形成されたモノリシックな３次元メモリアレイは、少なくとも、基板の上の第１の高さに形成された第１のメモリレベルと、その第１の高さとは異なる第２の高さに形成された第２のメモリレベルとを含む。そのようなマルチレベルアレイにおいて、３，４，８または実際に任意の数のメモリレベルが基板の上に形成され得る。
前述したものから、挟まれた構造の使用は、主エッチャントとしての一酸化炭素プラズマの応用の例を提供することを目的とするに過ぎないことが理解されるべきである。これに関して、一酸化炭素をエッチャントとして使用する方法は他の多くのタイプの遷移金属、それらの酸化物、および遷移金属酸化物の化合物に応用され得ることが考えられる。
【実施例１】
【００３９】
ブランケットプラズマエッチング実験が標準的な酸化物エッチャにおいて行われた。主に一酸化炭素の流れ（以下で明示される）が供給された。
試験用サンプルは、ＳｉＯ2 ベースの上のＴｉＮにスパッタされたパターニングされていない酸化ニッケル（「ＮｉＯ」）層を有するウェハであった。プラズマエッチングは次の条件下で行われた。
（ｉ）４５秒エッチング
（ｉｉ）１０００Ｗ  ＲＦ電力
（ｉｉｉ）４０ミリトール動作圧
（ｉｖ）毎分１００標準立方センチメートル（１００ｓｃｃｍ）のＣＯ
（ｖ）２００ｓｃｃｍのアルゴン
（ｖｉ）３０Ｇ  Ｂ−フィールド
（ｖｉｉ）ウェハは１５℃まで冷却された
（ｖｉｉｉ）１６トールの背面冷却ヘリウム圧力
これらの条件で、約２３０オングストローム（Å) のエッチングが達成された。ウェハの一方の側から他方の側へのエッチングの範囲は約１０Åであった。エッチングは、横断面測定により決定されるウェハの中心と端との間での平均ＮｉＯロスであるということに留意するべきである。
【実施例２】
【００４０】
他の１つのエッチング実験が、実施例１で使用されたのと同じ装置を使用して行われた。実験は、フォトレジストマスキングを用いてＴｉＮ／ＮｉＯ／ＴｉＮスタックに対して行われた。第１のエッチングは、頂部ＴｉＮ層をエッチングするためにＣＦ4 ／ＣＨＦ3 を用いて行われた。第２のエッチングは、ＮｉＯ層をエッチングするために一酸化炭素を用いて行われた。第２のエッチングのために、プロセス条件は、３つの異なる電力／エッチング時間の組み合わせが使用されたことを除いて、実施例１のために使用されたものと同じであった。次の測定データが得られた。
（ｉ）４５秒間１０００Ｗの結果として約２４０ÅのＮｉＯロスがもたらされた。
（ｉｉ）９０秒間１０００Ｗの結果として約２８５ÅのＮｉＯロスがもたらされた。
（ｉｉｉ）４５秒間１５００Ｗの結果として約３３０ÅのＮｉＯロスがもたらされた。
【００４１】
改変および変形
当業者に認識されるように、本願に記載されている革新的な思想を或る範囲のアプリケーションにおいて改変および変形することができ、従って特許された主題の範囲は、与えられた特定の模範的な教示のいずれによっても限定されない。添付されている特許請求の範囲の真意および広い範囲に属するような全ての代替案、改変、および変形を含むことが意図されている。
本願の方法は、広範なプラズマエッチング条件で作用することができる。考えられる種々の実施形態において、これらの範囲は例えば次のものを含むことができる。
（ｉ）時間範囲：１０秒から１００秒まで
（ｉｉ）ＲＦ電力：８００Ｗから２０００Ｗまで
（ｉｉｉ）動作圧：３０ミリトールから２００ミリトールまで
（ｉｖ）ＣＯ流量：５０ｓｃｃｍから２５０ｓｃｃｍまで
（ｖ）アルゴン流量：１００ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍまで
（ｖｉ）ウェハ温度：１５℃から６０℃まで
（ｖｉｉ）背面冷却Ｈｅ：８トールから２０トールまで
【００４２】
当業者に認識されるように、これらの範囲は単独であるいは種々の組み合わせで利用され得る。さらに、これらの範囲は単に実例であるに過ぎなくて、種々のあまり好ましくはない実施形態においてこれらの範囲の外の値が任意選択により使用され得る。
当業者は、この開示の利益があれば、所与のあるいは動的な動作パラメータのセットの選択された適用のために方法の適切な使用を認識するはずである。
【００４３】
任意選択により、本願の方法の動作条件は、種々の組み合わせで調整され得る。選択される組み合わせは、部分的には、所望のエッチング結果と、利用されるプラズマ処理システムの運転エンベロープとに依存する。
例えば、満足できるエッチング結果を達成すると予測される実施例１のプロセス条件の１つの変形は次のとおりである。
（ｉ）電力を１０００Ｗから１３００Ｗに増大させる。
（ｉｉ）動作圧を４０ミリトールから４４ミリトールに高める。
（ｉｉｉ）背面ヘリウム圧力を１６トールから１８トールに高める。
（ｉｖ）ＣＯ流を１００ｓｃｃｍから１１０ｓｃｃｍに増大させる。
（ｖ）他の全ての条件を一定に保つ。
満足できるエッチング結果を達成すると予測される実施例１の他の１つの変形は次のとおりである。
（ｉ）電力を１０００Ｗから１５００Ｗに増大させる。
（ｉｉ）エッチング時間を９０秒から６０秒に短縮する。
（ｉｉｉ）他の全ての条件を一定に保つ。
【００４４】
本願のどの記述も、特定のエレメント、ステップ、あるいは機能が特許請求の範囲に含まれなければならない必須のエレメントであることを示唆すると解されるべきではない。特許された主題の範囲は、許可された特許請求の範囲のみによって定義される。さらに、厳格な語「ための手段 (means for)」の次に分詞が続かなければ、これらの請求項のいずれも米国特許法第１１２条第６項を発動させるべく意図されてはいない。出願された請求項は、なるべく包括的であるように意図され、どの主題も意図的に譲渡、公開、あるいは放棄されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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