(57)【要約】本方法及び装置は、化学式ＣaＦbを有する第１のガス及び化学式ＣxＨyＦzを有する第２のガスの混合物（ただし、ａ/ｂ≧２/３、ｘ/ｚ≧１/２である）に基づくプラズマの使用を通して半導体及び誘電体基板をエッチングするために提供される。この混合物は、磁気的に増強された反応性イオンチャンバ内に維持された低または中密度プラズマにおいて用いられ、優れたコーナー層の選択性、ホトレジストの選択性、下層の選択性及びプロファイルと底部のＣＤ制御を示すプロセスを提供する。第１と第２のガスのパーセンテージは、ドープされない酸化物膜をエッチングするプラズマまたはこのような膜上でエッチング停止を与えるために、エッチング中に変えることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をエッチングするための方法であって、
少なくとも一つの酸化物層を有する基板を備えるステップと、
酸素及び少なくとも第１と第２のガスの混合物に基づくプラズマで前記酸化物層をエッチングするステップとを有し、
前記第１のガスは化学式ＣaＦbを有し、前記第２のガスはＣxＨyＦzを有し、ａ/ｂ≧２/３，ｘ/ｚ≧１/２であり、且つａ，ｂ，ｘ，ｙ，ｚは全て０より大きいことを特徴とする方法。
【請求項２】
ｘ/ｙ≧１/３であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記混合物は、更に、アルゴンを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ａは、４であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ｘは、１〜３の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記プラズマは、約１×１０11/ｃｍ3未満の密度を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記プラズマは、約１×１０11/ｃｍ3〜約１×１０11/ｃｍ3の範囲内の密度を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基板は、更に、ホトレジストの層を有し、前記プラズマは、少なくとも６：１のホトレジストの選択性を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基板は、更に、ホトレジストの層を有し、且つ前記プラズマは、少なくとも８：１のホトレジストの選択性を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板は、更に、窒化物の層を有し、且つ前記プラズマは、少なくとも２０：１のホ窒化物の選択性を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板は、前記基板に孔が形成されるような方法でエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記エッチング状態のもとで前記混合物の使用によって、孔の少なくとも一つの面上にフルオロポリマーが堆積されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記孔は、少なくとも１方向に約０.２５μｍ未満の幅を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記孔は、少なくとも１方向に約０.１８μｍ未満の幅を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記孔は、少なくとも１方向に約０.１４μｍ未満の幅を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のガスは、化学式Ｃ2Ｈ2Ｆ4を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のガスは、テトラフルオロエタンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のガスは、1,1,1,2-テトラフルオロエタンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のガスは、化学式Ｃ4Ｆ6であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のガスは、
【化１】
2006501634.tif 000004
であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のガスは、
【化２】
2006501634.tif 000005
であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記混合物は、Ｃ4Ｆ6，Ｃ2Ｈ2Ｆ4，Ｏ2及びＡrを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記混合物は、Ｃ4Ｆ6，ＣＨ3Ｆ，Ｏ2及びＡrを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記混合物は、Ｃ4Ｆ6，ＣＨ2Ｆ2，Ｏ2及びＡrを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記混合物は、更に、ＣＯを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
エッチングは、チャンバ内で行なわれ、且つＯ2とＣ2Ｈ2Ｆ4のチャンバへの流速の比は、約２〜約８の範囲内であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
エッチングは、チャンバ内で行なわれ、且つＯ2とＣ2Ｈ2Ｆ4の流速の比は、約４〜約６の範囲内であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
エッチングは、チャンバないで行なわれ、且つＯ2とＣ4Ｆ6のチャンバへの流速の比は、約０.５〜約１.０の範囲内であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記混合物は、エッチングプロセス中に第１の混合物から第２の混合物へ変化され、且つ前記第２のガスと前記第１のガスのモル比は、前記第１の混合物より前記第２の混合物において高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
前記基板は、ドープされない酸化物の層上に設けられたドープされた酸化物の層を有し、前記第１と第２の混合物は、前記ドープされた酸化物をエッチングし、且つ前記第２の混合物は、前記第１の混合物が前記ドープされた酸化物をエッチングする速度より遅い速度でドープされない酸化物をエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記基板は、磁気的に増強された反応性イオンエッチャーにおいてエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記エッチャーは、カソードを備え、且つ前記カソードは、約０℃〜約４０度の範囲内の温度を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記基板は、約４０mTorr〜８０mTorrの範囲内の圧力でエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３４】
前記基板は、約５０ガウス未満の磁界の存在下でエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３５】
前記基板は、約１０〜約４０ガウスの範囲内の磁界の存在下でエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
基板をエッチングするための方法であって、
基板上に設けられ、誘電体層と半導体層から成るグループから選ばれた第１の層を有する構造体をチャンバ内に配置するステップと、
少なくとも一つの酸化物層を有する基板を備えるステップと、
酸素及び少なくとも第１と第２のガスの混合物に基づくプラズマで前記酸化物層をエッチングするステップとを有し、
化学式ＣaＦbを有する第１のガスと、化学式ＣxＨyＦzを有する第２のガスを有する反応性ガス混合物（ただし、ａ/ｂ≧２/３，ｘ/ｚ≧１/２であり、且つａ，ｂ，ｘ，ｙ，ｚは全て０より大きい）をチャンバに供給するステップと、
エッチングプラズマを確立するために充分なＲＦエネルギーを前記チャンバに供給し、且つ前記基板の面に垂直な関連電界を供給するステップと、
前記電界に実質的に垂直で、前記基板の表面に実質的に平行な磁界をチャンバに与えるステップと、
前記プラズマが前記第１の層の少なくとも一部をエッチングするのを可能にするステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項３７】
更に、マスク層を前記第１の層に与えるステップと、
前記マスク層に開口を形成して、前記マスク層を通して前記第１の層を露出するステップと、
を有することを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の層は、シリコン酸化物の層であることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１の層は、シリコンの層であることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
前記チャンバは、カソードを備え、且つ前記基板は、前記下ソードに配置されることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
更に、前記反応性ガス混合物が前記第１の層の少なくとも一部をエッチングするまえにカソードにおいて約−４０℃〜約２０℃間の温度を確立するステップを有することを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
更に、前記反応性ガス混合物が前記第１の層の少なくとも一部をエッチングするまえにカソードにおいて約０℃〜約２０℃間の温度を確立するステップを有することを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記磁界は、直流磁界であることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
前記磁界は、方向及び大きさが独立して制御可能であることを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
基板をエッチングするための方法であって、
半導体及び誘電体基板から成るグループから選ばれた基板を備えるステップと、
前記基板を、磁気的に増強された反応性イオンエッチングプロセスを通してエッチングするステップ、前記プロセスは、前記基板に対して反応性ガス混合物のエッチング速度及び選択性から成るグループから選ばれた少なくとも一つのパラメータの値を増加するのに充分な量の水素ラジカルの前記ガス混合物への追加を含んでおり、且つ
前記ガス混合物は、化学式ＣaＦbを有する第１のガスと、化学式ＣxＨyＦzを有する第２のガスを有する反応性ガス混合物（ただし、ａ/ｂ≧２/３，ｘ/ｚ≧１/２であり、且つａ，ｂ，ｘ，ｙ，ｚは全て０より大きい）を有することを特徴とする方法。
【請求項４６】
基板をエッチングするための装置であって、
エッチングされる基板を受け取るのに適合したチャンバと、
前記チャンバと連通する少なくとも一つのリザーバと、
を有し、
前記少なくとも一つのリザーバは、ガス混合物をチャンバへ供給するようにされ、前記ガス混合物は、化学式ＣaＦbを有する第１のガスと、化学式ＣxＨyＦzを有する第２のガス（ただし、ａ/ｂ≧２/３，ｘ/ｚ≧１/２であり、且つａ，ｂ，ｘ，ｙ，ｚは全て０より大きい）を有することを特徴とする装置。
【請求項４７】
前記ガス混合物は、更に酸素を有することを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記第２のガスは、化学式Ｃ2Ｈ2Ｆ4を有することを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項４９】
前記第２のガスは、テトラフルオロエタンであることを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項５０】
前記第２のガスは、1,1,1,2-テトラフルオロエタンであることを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項５１】
前記第１のガスは、化学式Ｃ4Ｆ6であることを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項５２】
前記第１のガスは、
【化３】
2006501634.tif 000006
であることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項５３】
前記第１のガスは、
【化４】
2006501634.tif 000007
であることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項５４】
前記混合物は、Ｃ4Ｆ6，Ｃ2Ｈ2Ｆ4，Ｏ2及びＡrを含むことを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項５５】
前記混合物は、Ｃ4Ｆ6，ＣＨ3Ｆ，Ｏ2及びＡrを含むことを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項５６】
前記混合物は、Ｃ4Ｆ6，ＣＨ2Ｆ2，Ｏ2及びＡrを含むことを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項５７】
前記混合物は、更に、ＣＯを含むことを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項５８】
Ｏ2とＣ2Ｈ2Ｆ4のチャンバへの流速の比は、約２〜約８の範囲内であることを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５９】
Ｏ2とＣ2Ｈ2Ｆ4の流速の比は、約４〜約６の範囲内であることを特徴とする請求項５４に記載の方法。
【請求項６０】
Ｏ2とＣ4Ｆ6のチャンバへの流速の比は、約０.５〜約１.０の範囲内であることを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項６１】
前記混合物は、エッチングプロセス中に第１の混合物から第２の混合物へ変化され、且つ前記第２のガスと前記第１のガスのモル比は、前記第１の混合物より前記第２の混合物において高いことを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項６２】
前記少なくとも一つのリザーバは、第１、第２、第３及び第４のリザーバを有し、前記第１のリザーバは、Ｃ4Ｆ6を含み、前記第２のリザーバは、Ｃ2Ｈ2Ｆ4を含み、前記第３のリザーバは、Ｏ2を含み、且つ前記第４のリザーバは、Ａrを含むことを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項６３】
前記第１、第２、第３及び第４のリザーバの各々は、前記リザーバからのガスの流速を制御するための制御バルブを備えていることを特徴とする請求項６２に記載の装置。
【請求項６４】
更に、前記チャンバ内の雰囲気の組成を解析するための装置を備えていることを特徴とする請求項４６に記載の装置。
【請求項６５】
前記少なくとも一つのリザーバは、少なくとも第１及び第２のリザーバを有し、前記装置は、チャンバ内の雰囲気の組成に応答して、前記第１及び第２のリザーバからのガスの流れを調節するようにされていることを特徴とする請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
前記第１のリザーバは、Ｃ4Ｆ6を入れており、前記第２のリザーバは、Ｃ2Ｈ2Ｆ4を入れており、前記第１のリザーバからのガスの流速と前記だ２のリザーバからのガスの流速の比がｒであり、チャンバにおけるホウ素の濃度がｂであり、且つ定数ｍ，ｎ＞０に対して、ｂ＜ｎのとき、ｒ＜ｍであり、ｂ≧ｎのとき、ｒ≧ｎであることを特徴とする請求項６４に記載の装置。
【請求項６７】
基板をエッチングするための方法であって、
半導体及び誘電体基板から成るグループから選ばれた基板を備えるステップと、Ｃ4Ｆ6、Ｏ2及びＡrを有するガス状混合物に基づくプラズマの使用によって前記基板をエッチングするステップ、それにより変更された基板を形成し、且つ
Ｃ4Ｆ6、Ｏ2、Ａr及びＣ2Ｈ2Ｆ4を有するガス状混合物に基づくプラズマの使用によって、前記変更された基板を更にエッチングするステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項６８】
基板をエッチングするための方法であって、
（ａ）ドープされた酸化物を有する第１の層、及び（ｂ）ドープされない酸化物を有する第２の層を有する基板を備えるステップと、
前記第２の層を通して少なくとも部分的に広がるが、前記第１の層に実質的に広がらない窪みを形成するように、Ｃ4Ｆ6、Ｏ2及びＡrを有する第１のガス状混合物に基づくプラズマの使用によって前記基板をエッチングし、それにより変形された基板を形成するスッテップと、
前記窪みを前記第１の層に実質的に広げるように、Ｃ4Ｆ6、Ｏ2、Ｃ2Ｈ2Ｆ4及びＡrを有する第２のガス状混合物に基づくプラズマの使用によって前記変更された基板をエッチングするステップと、
有することを特徴とする方法。
【請求項６９】
前記第１の層は、ホウ素リンシリケートガラスを有することを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記第２の層は、テトラエチルオルソシリケートを有することを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７１】
前記第１と第２のガス状混合物は、別物であることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７２】
前記基板は、前記第２の層を介して部分的にのみ拡がる窪みを形成するように、前記第１のガス状混合物でエッチングされることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７３】
前記基板には、更に、ホトレジストを有する第３の層が設けられることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７４】
前記第２の層は、前記第１の層に隣接していることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７５】
物品であって、
基板と、
前記基板上に設けられた第１と第２のゲート構造体と、前記第１と第２のゲート構造体は、約０.２５μｍ未満のギャップによって分離されており、
前記ゲート構造体と前記ギャップ上に設けられた窒化シリコンの層と、
前記窒化シリコンの層上に設けられたドープされた酸化物の層と、
前記ドープされた酸化物の層上に設けされたドープされない酸化物の層と、
を有することを特徴とする物品。
【請求項７６】
前記ドープされた酸化物は、ホウ素リンシリケートガラスを有することを特徴とする請求項７５に記載の物品。
【請求項７７】
前記ドープされない酸化物は、テトラエチルオルソシリケートを有することを特徴とする請求項７５に記載の物品。
【請求項７８】
更に、前記ドープされない酸化物の層上に設けられた反射防止層を有することを特徴とする請求項７５に記載の物品。
【請求項７９】
更に、前記反射防止層上に設けられたホトレジスト層を有することを特徴とする請求項７８に記載の物品。
【請求項８０】
前記ホトレジスト層は、前記第１のギャップに重なる第２のギャップを含み、且つ前記第２のギャップの最小幅は、前記第１のギャップの最大幅より大きいことを特徴とする請求項７８に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にプラズマエッチングに関し、特にフルオロケミカルを用いる誘電体材料のプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロプロセッサ及び他の半導体デバイスの製造において酸化物及び窒化物が広く使用される。酸化物は、イオン注入により、または他の共通に使用されるドーピング方法により絶縁体状態から半導体状態にこれらの材料の導電性特性を容易に変化する能力により、特に使用される。
【０００３】
多くの半導体製造プロセスにおいて、窒化物層の近傍に設けられたドープされ、またはドープされない１つ以上の酸化物の層を通してホールをエッチングする必要性が生じる。この状態の一つの例は、図１に示された形式の自己整合されたコンタクト構造(Self-Aligned Contact: SAC)が備わったウエハの製造中に生じる。このような構造において、２つのゲート構造１０がシリコン基板２に形成され、ギャップ１２によって分離される。ゲート構造及びギャップの底部は、フィールド酸化物の層１８において順次覆われる窒化シリコン１４のコンフォーマルな層で覆われる。
【０００４】
製造プロセス中のある点において、フィールド酸化物層は、ギャップの底部にある窒化物層の一部２４が除去され、下にあるシリコン基板に形成されたｎ型またはｐ型ウエル１６と電気的なコンタクトを行なうことができるように、窒化物層までエッチングされなければならない。このプロセス中に、ゲート構造上の窒化物層は厚さが著しく減少されないことが極めて重要である。何故ならば、厚さが減少すると、完成されたデバイスにおいて電気的不足の可能性が増加し、その性能を著しく減少するからである。
【０００５】
都合の悪いことに、ゲート構造の肩部にある窒化物層は、その形状のため、及びエッチングプロセス中にエッチングプラズマに曝される時間の長さのために、エッチングプロセス中非常に薄く、すなわち“面が作られる(ファセッテリング）”傾向にある。したがって、エッチングプラズマは角（コーナー）の窒素化物に非常に選択性があることが重要である。また、正しい寸法や形状の孔が得られるように、エッチングプラズマがエッチングプロセスにおいて用いられるホトレジストに対して選択性があることも重要である。更に、エッチングプロセスがギャップ１６の下に位置するｎ型またはｐ型ウエル１６にエッチングされる孔を拡大しないことは非常に重要である。何故ならば、孔を拡大することはデバイスの性能に悪い影響を与えるからである。従って、エッチングプロセスがドープされた酸化物上でエッチング停止の振舞いを示すことができ、及び/又はゲート構造間に延びる平らな窒化物の部分に対して高い選択性があることも重要である。
【０００６】
いろいろなフルオロカーボンを使用することは、エッチング状態において、及び特に、フルオロカーボンが与える部分的な高い選択性により、図１に示された形式のＳＡＣ構造を含むものにおいて調査された。従って、特許文献１において、図１に示された構造のエッチングは、２(ツー)-ステッププロセスによって達成された。第１のステップにおいて、フィールド酸化物の層をシリコンナイトライド(窒化シリコン)のコンフォーマルな層まで除去する主エッチングにおいて、Ｃ4Ｆ6/Ａrが使用される。第２のステップにおいて、いわゆる全体の酸化物のエッチング時間が酸化物層の設計の厚さをエッチングために必要な時間より著しく高く設定されるので、Ｃ4Ｆ6/Ａr/ＣＨ2Ｆ2オーバエッチングのために用いられる。
【０００７】
オーバエッチングは、特許文献１において用いられた基板が、著しく変化する酸化物の厚さを次々に生成する波形表面を有しているという事実を補償するために必要である。従って、オーバエッチングは酸化物層の貫通を確実にするために必要である。その後、ＣＨ2Ｆ2/Ｏ2/Ａrが続く金属の注入ステップの前に窒化物をエッチングするために使用される。主エッチングは、良好な垂直プロファイルを有する孔を与えるためといわれ、一方強くポリマー化するＣＨ2Ｆ2を伴うオーバエッチングは、コーナーの窒化物上にフルオロポリマーの堆積を生じ、それにより、ファセッティングに対して幾らかの保護を与える。基準は、３以上の炭素原子を有し、少なくとも１、しかし２未満のＦ/Ｃ比を有するフルオロカーボンの主エッチングにおける使用を支持する。
【０００８】
例えば、特許文献１に開示された方法は、注目に値する進歩を示し、広くいろいろな状況において有用であるけれども、これらの方法は、大きなフィーチャサイズに対して設計されている。従って、特許文献１において使用されたＳＡＣｓは、約０.３５μｍのトレンチ開口を有していた。しかし、今日多くの半導体デバイスは、０.２５未満の、そしてしばしば、０.１４μｍあるいはそれ以下のトレンチ開口を有するように要求される。
【０００９】
都合の悪いことに、特許文献１に開示された方法の効果は、減少するフィーチャサイズと共に低下するように見られる。これは、縮小するフィーチャサイズがより薄い窒化物層の使用を課するという事実にもより、従って、窒化物、特にコーナーの窒化物に対してプラズマの大きな選択性を必要とする。従って、例えば、０.２５μｍのギャップを有するデバイスは、０.３５μｍのギャップを有する比較可能なデバイスより約５００〜７００Å、または約１００〜２００Å厚い窒化物を有するであろう。都合の悪いことに、Hung他の主エッチングにおいて使用された化学物質(最も注目に値するＣ4Ｆ6/Ａr）は、ファセッティングの受け入れ難い量がコーナーの窒化物において生じるという結果を伴って、約０.２５μｍ未満のフィーチャサイズを有するデバイスによって必要とされる薄い窒化物層に対して不十分な選択性を与える。更に、コーナーの窒化物に達する前に主エッチングを停止するように、フィールドオキサイド層の主エッチングの時間を調節することは理論的に可能であるけれども、実際には、時間は、大きなプロセスの変動性によって影響され、従って、一方のエッチングから他方へとかなり変るるという事実によって、これは行なうのが困難である。
【００１０】
更に、小さなフィーチャサイズを含む多くの応用において、イオン注入法または他のプロセスによって形成されたドープされたシリコンのアクティブ領域上に設けられた酸化物層をエッチングすることが必要である。これらのアクティブ領域は、エッチングされた孔の深さ(酸化物の厚さ)より実質的に小さい厚さをしばしば有するであろう。しかし、例えばＣ4Ｆ6/Ａrのような化学的性質は、ドープされ、またドープされない酸化物に対して選択性を有していない(すなわち、それらは共に同じ速度でドープされ、及びドープされない酸化物をエッチングする)。上述したタイミングの問題により、選択性のない酸化物エッチングの使用を通して、図１に示されたような基板をエッチングすること、及びその場合、エッチングのタイミングを制御することは困難であるので、それがコンフォーマルな窒化物の平らな部分を通してｐ型又はｎ型ウエルの下にあるアクティブなシリコン領域へ、エッチングする実質的な可能性なく殆ど又は全てのシリコン酸化物を通してエッチングする。
【００１１】
例えば、Ｃ2Ｈ2Ｆ4／ＣＨＦ3／Ａrのようなあるフレオン(Freon：Du Pont社のフルオロ炭化水素の商品名)１３４の化学的性質の使用は、エッチングプロセスにおいて調査されている。これらの化学的性質は、それらがエッチングされる孔の側壁に保護性フルオロポリマー層の形成を促進する点で望ましく、従って、ファセッティングに対してコーナー窒化物に保護を与える。しかし、これらの化学的性質は、多くの望ましい特性を有しているけれども、遡って調査された方法や順序だった説明は、フィーチャの孔及び不完全なエッチングの閉鎖を導く過度のポリマー堆積を生じることなく約０.１８μｍより小さなフィーチャサイズをエッチングするためには使用することができない。
【００１２】
【特許文献１】米国特許第6,174,451号(Hung他)
【特許文献２】米国特許第6,238,588号(Collins他)
【特許文献３】EP-840,365-A2
【特許文献４】米国特許第6,705,081号(Hung他)
【特許文献５】米国特許第6,232,236号(Shan他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、過度のポリマー堆積を伴わないで、小さなフィーチャサイズ(例えば、約０.１８μｍ未満)を有するデバイスに使用するのに適したホトレジストおよび窒化物(平らな窒化物及びコーナーの窒化物を含む)に非常に選択性のあるエッチングの化学的性質に対する必要性ある。これらの及び他の必要性は、以下に説明されるように、本発明によって適合される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一つの特徴において、本発明は、Ｏ2及び化学式ＣaＦaを有す少なくとも第１のガス及び化学式ＣxＨyＦzを有する第２のガスの混合物に基づいたプラズマを使用して、基板、例えば半導体又は誘電体基板をエッチングするための方法に関する。これらのガスの化学的な組成物は、以下の少なくとも１つ、より一般的には少なくとも２つ、及び最も一般的には３つの全ての条件を満足するものである。
ａ/ｂ≧２/３；
ｘ/ｚ≧１/２；及び
ｘ/ｙ≧１/３
【００１５】
ＣxＨyＦzの分離は、エチングされる孔の側壁によく付着する特定のポリマーを生じるように見つけ出され、それによりコーナーの窒化物に対して高い選択性を生じる。更に、混合ガスにおけるＯ2の含有により、生じるプラズマは、孔の実質的な塞がりのない小さなフィーチャサイズ(例えば、約０.２５μｍ未満)を有する、進歩した構造をエッチングするために利用される。従って、例えば、この方法は、約０.２５μｍ未満、約０.１８μｍ未満、及び実際には約０.１４μｍ未満さえものゲート構造間のギャップを有するＳＡＣ構造によく適している。
【００１６】
他の特徴として、本発明は、ドープされない酸化物層及びドープされた酸化物層を含む基板をエッチングするための方法に関する。基板は、例えば、約０.２５μｍ未満のゲート構造間のギャップを有し、ゲート構造上にある窒化物のコンフォーマルな層を有し、且つこのコンフォーマルな層上に配置されたドープされない酸化物及びドープされた酸化物の層を有し、ドープされない酸化物層とコンフォーマルな窒化物層の間に設けられたドープされた酸化物層を有するＳＡＣ構造を有する。
【００１７】
その後、ドープされない酸化物層は、化学式ＣaＦbを有する第１のガスを含むガス流に基づいたプラズマを用いて、ドープされた酸化物層に達するまでエッチングされる。ドープされた酸化物に達する点は、例えばドーパントの存在を検出するために用意されたスペクトログラフ解析によって、または他の適当な手段によって定めることができる。次に、ドープされた層は、化学式ＣxＨyＦzを有する第２のガスを含むガス流に基づくプラズマを用いてエッチングされる。これらのガスの化学的組成物は、一般に少なくとも１つ、より一般的には少なくとも２つ、及び最も一般的には以下の３つの全ての条件を満足するものである。
ａ/ｂ≧２/３；
ｘ/ｚ≧１/２；及び
ｘ/ｙ≧１/３
【００１８】
上述したように、ＣxＨyＦzは、下にある窒化物がエッチングされるのを保護する孔の側壁上に新規なフルオロポリマーの堆積を生じるので、これらのガスは、ＣaＦbより優れたコーナーの窒化物の選択性を示す。他方、主エンチングにおいてＣaＦbを使用することは、それがＣxＨyＦz単独で行なわれるよりも優れた垂直プロファイルを有する孔を生成する点で有利である。更に、ＣaＦbは、非選択性の酸化物のエッチングであり、一方ＣxＨyＦzのある混合物(例えば、Ｃ2Ｈ2Ｆ4及びＣＨ3とＡrの混合物)は、ドープされない酸化物上でエッチング停止の振舞いを示す。一般に、第１のガスはＣ4Ｆ6であり、第２のガスはＣ2Ｈ2Ｆ4である。
【００１９】
他の特徴として、本発明は、Ｃ4Ｆ6とＣ2Ｈ2Ｆ4の混合物に基づくプラズマを用いて、基板、例えば半導体性又は絶縁性基板をエッチングするための方法に関する。一般的に、この混合物は、更にＯ2を含み、また一般的にキャリアとしてＡr又は他の不活性ガスを含む。
【００２０】
他の特徴として、本発明は、基板、例えば半導体性又は絶縁性基板をエッチングするための方法に関し、Ｃ4Ｆ6に基づいたプラズマで基板を先ずエッチングし、その後Ｃ2Ｈ2Ｆ4に基づいたプラズマで基板をエッチングするステップを有する。
【００２１】
更に、他の特徴として、本発明は、基板、例えば半導体性又は絶縁性基板をエッチングするための方法に関し、(ａ）誘電体層及び半導体層から成るグループから選ばれた、基板上に設けられた第１の層を有する構造をチャンバ内に位置決めするステップ、（ｂ）化学式ＣaＦbを有する第１のガス及び化学式ＣxＨyＦzを有する第２のガスを有する反応性ガス混合物をチャンバに供給するステップ、ただし、ａ/ｂ≧２／３及びｘ/ｚ≧１／２、（ｃ）十分なＲＦエネルギーをチャンバに与え、エッチングプラズマ及び基板の面に垂直な関連する電界を確立するステップ、(ｄ）電界に実質的に垂直で、基板の面に実質的に平行な磁界をチャンバ内に与えるステップ、及び(ｅ）プラズマが第１の層の少なくとも１部をエッチングすることができるステップを有する。
【００２２】
更に、他の特徴として、本発明は、基板をエッチングする方法に関し、(ａ）半導体及び誘電体基板から成るグループから選ばれた基板を備えるステップ、（ｂ）磁気的に増強された反応性イオンエッチングプロセスによって基板をエッチングするステップを有し、前記プロセスは、基板に対する反応性ガス混合物のエッチング速度及び選択性から成るグループから選ばれた少なくとも１つのパラメータの値を増加するのに充分な量のガス混合物への水素ラジカル源の追加を含む。ガス混合物は、化学式ＣaＦbを有する第１のガス及び化学式ＣxＨyＦzを有する第２のガスを有する。ただし、ａ/ｂ≧２／３及びｘ/ｚ≧１/２である。
【００２３】
更に、他の特徴として、本発明は、基板をエッチングする装置に関し、エッチングされる基板を受け取るのに適合したチャンバ、及びチャンバと開放連通する少なくとも１つのリザーバを有する。この少なくとも一つのリザーバは、化学式ＣaＦbを有する第１のガス及び化学式ＣxＨyＦzを有する第２のガスを有するガス混合物をチャンバに供給するのに適合している。ただし、ａ/ｂ≧２／３及びｘ/ｚ≧１／２である。また、このガス混合物は、一般に酸素を有する。
【００２４】
他の特徴として、本発明は、基板をエッチングするための方法に関し、(ａ）半導体及び誘電体基板から成るグループから選ばれた、基板を設けるステップ、（ｂ）少なくともＣ4Ｆ6、Ｏ2及びＡrのガス混合物に基づいたプラズマの使用によって基板をエッチングし、それにより変更された基板を形成するステップ、（ｃ）更に、少なくともＣ4Ｆ6、Ｏ2、Ａr及びＣ2Ｈ2Ｆ4のガス混合物に基づいたプラズマの使用によって変更された基板をエッチングするステップを有する。
【００２５】
更に、他の特徴として、本発明は、基板をエッチングするための方法に関し、(ａ）(i)第１の層、(ii)ドープされた酸化物、例えばホウ素リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）を有する第２の層、(iii)反射防止材料を有する第４の層、及び(iv)ドープされない酸化物、例えばテトラエチルオルソシリケートを有する第２と第４の層の間に設けられた第３の層を有する基板を設けるステップ、（ｂ）第４の層を通して及び第３の層を少なくとも部分的に通して延びる窪みを形成するように、Ｃ4Ｆ6、Ｏ2、及びＡrを有する第１のガス混合物に基づいたプラズマの使用によって基板をエッチンするステップ、及び（ｃ）窪みを実質的に第２の層へ延長するように、Ｃ4Ｆ6、Ｏ2、Ａr及びＣ2Ｈ2Ｆ4を有する第２のガス混合物に基づいたプラズマの使用によって基板をエッチングするステップを有する。
【００２６】
更に、他の特徴として、本発明は、プラズマエッチングプロセスにおけるプロファイル及び/又はウエットクリーン間の平均ウエハ(Mean Wafer Between Wet Clean: MWBWC)性能を制御する方法に関する。本方法によると、ＣxＨyＦz/ＣaＦb/Ｏ2を含むガス混合体がエッチングプロセスにおいて使用される。ＣxＨyＦz/ＣaＦb/Ｏ2の比がプロファイル及びウエットクリーン間の平均ウエハ(MWBWC)性能を順次制御するポリマー化の程度を制御するために操作される。
【００２７】
更に、他の特徴として、本発明は、シリコン基板上に設けられた第１と第２のゲート構造を有するＳＡＣを備えた基板に関する。このゲート構造は、それらの間に約０.２５μｍ未満、一般には約０.１８μｍ未満、そして最も一般的には約０.１４μｍ未満のギャップを有し、窒化シリコンの層によって覆われている。ドープされていない酸化物の層が窒化シリコンの層上に設けられ、ドープされた酸化物層がドープされていない酸化物層と窒化シリコンの層の間に設けられる。一般に、ドープされた酸化物層は、ＳＡＣ構造を覆うために充分厚い。
【００２８】
この構造は、Ｃ4Ｆ6とＣ2Ｈ2Ｆ4を有するガス混合物(混合物は、更にＯ2及び/又はＡrを含むこともできる)に基づいたプラズマエッチング操作に、またはＣ4Ｆ6を有する第１のガス流とＣ2Ｈ2Ｆ4を有する第２のガス流(第１と第２のガス流は、更にＯ2及び/又はＡrを含むこともできる)でエッチングするステップを含むプラズマエッチング操作に有利に用いられる。その操作において、スペクトログラフィック法を、エッチングチャンバ環境内でドープされた酸化物層からドーパントの濃度の増加を検出することによってドープされない酸化物層を通してエッチングの完了を検出するために用いることができる。この方法で、エッチングは、処理パラメータにおける変化でさえも確実に制御でき、窒化物層のファセッティングが避けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
詳細な説明に先だって、詳細な説明及び請求項に用いられているように、単数形は、明らかに断らない限り、複数を含むことに留意されたい。
ガスの成分に用いられるパーセント（％）は体積％であり、ガスの成分についての全ての比は、体積比である。
用語「選択性」は、ａ)２つまたはそれ以上のエッチング速度の比、及びｂ)一つの材料のエッチング速度が他の材料と実質的に異なる場合、エッチング中に達成される状態に言及するために用いられる。
用語「酸化物」は、一般に二酸化シリコン、及び一般式ＳiＯｘの他のシリコン酸化物ばかりでなく密接に関連する材料、例えばホウ素リンシリケート及び他の酸化物ガラスをいう。
用語「窒化物」は、窒素化しリコン(Ｓi3Ｎ4)及びその化学量論変化をいい、後者は、化学式ＳiＮx（ただし、ｘは１と１.５の間である）によって一般に包含される。
【００３０】
本発明の好適な実施例が示されている添付図面を参照して以下に本発明を説明する。しかし、本発明は、いろいろな形態で実施され、ここに述べられた実施例に限定して解釈されるべきではない。
【００３１】
本発明は、基板をエッチングするのに適したプラズマを発生する特定のフルオロカーボン(炭化フッ素)ガスを含むガス流を利用する。エッチングされるべき基板は、一般に酸化物、窒化物及び/または半導体デバイスの製造に用いられる形式の他の半導体性又は誘電体材料を含む。
【００３２】
いろいろなガスが本発明のガス流に使用される。ガス流に使用される特定のガスは、エッチングされる特定の基板又は材料、１つまたはそれ以上の材料、例えば窒化物層又はホトレジストへのガスの要求される選択性、エッチングプロセスにおける特定の点などのファクタ、及び他のファクタに依存して選択される。更に、ガス流の組成物は、時間の関数として、またはエッチング操作の進行の関数として変えられる。
【００３３】
しかし、本発明において使用される好適なガスは、一般化学式ＣaＦb及びＣxＨyＦzによって定義される。一般に、利用されるガス流は、ＣaＦbを有する第１のガスとＣxＨyＦzを有する第２のガスの混合物を含むが、幾つかの実施例において、第１と第２のガスは、代わりに、独立した処理ステップにおいて別々に用いることができる。従って、例えば、第１のガスは第１のエッチングステップにおいて(例えば、主エッチングにおいて)、そして第２のガスは第２のエッチングステップにおいて(例えば、オーバエッチングにおいて)用いることができる。これらのガスの化学的組成物は、以下の条件の、一般には少なくとも１つ、より一般的には少なくとも２つ、最も一般的には３つ全てが満足されるものである。
ａ/ｂ≧２/３；
ｘ/ｚ≧１/２；及び
ｘ/ｙ≧１/３
【００３４】
好適な実施例において、第１のガスはＣ4Ｆ6であり、第２のガスはＣ2Ｈ2Ｆ4(フレオン１３４)である。しかし、ある状況では、フレオン１３４をＣＨ3Ｆ(ｘ/ｙ=１/３)、ＣＨ2Ｆ2(ｘ/ｙ=１/２)、及び/又はトリフルオロメタン(ＣＨＦ３、ｘ/ｙ=１)で置き換えることが望ましい。また、ある状況では、Ｃ4Ｆ6をオクタフルオロシクロブタン(Ｃ4Ｆ8)で置き換えることが望ましい。
【００３５】
本発明に用いられるガス流は、一般に不活性ガスを含む。アルゴンは好適なキャリアガスである。何故ならば、それは安く、且ついろいろな商業ソースから容易に利用できるからである。しかし、他の不活性ガス、例えば窒素、ヘリウム、またはゼノンをその能力において使用することができる。
【００３６】
本発明に使用されるガス流は、一般に酸素も含む。本発明のガス流への酸素の追加は、多くの利点を与えることがわかっている。特に多くのガス、例えば、Ｃ2Ｈ2Ｆ4は、０.１８μｍ未満のゲート構造間にギャップを有するＳＡＣ構造をエッチングするために用いられる。何故ならば、ポリマー化(重合)の過剰な量がエッチングされる孔の閉鎖を導く一般的なエッチング条件の下で生じるからである。逆に、Ｏ2及びＣ4Ｆ6を含むガス流は、孔の実質的な閉鎖のない構造をエッチングするために用いられる。実際、Ｃ4Ｆ6/Ｏ2は、約０.１４μｍ未満のフィーチャサイズをエッチングするために首尾よく使用される。
【００３７】
幾つかの実施例において、ガス流はＣＯを含むことができる。ＣＯの使用は、ポリマー化の程度が高く達成されるように、ある場合、それがプラズマの炭素濃度を増加するために使用されることができるという点で有利である。例えば、極端に高いホトレジストが必要な場合、これは重要である。この分野で知られている他の添加剤をいろいろな目的のためにガス流に加えることもできる。
【００３８】
プラズマは、所望の炭素濃度を有する最適なフルオロカーボンのラジカルＣＦn(ｎ=１，２，３)を含む本発明のガス流から発生することができる。処理パラメータ、たとえばＣaＦb/ＣxＨyＦzを及びＣaＦb/Ｏ2ガスの比、全ガス流、添加剤のガス流、ＲＦ電力、チャンバ圧力及びＢ−磁界強度の適切な操作を通して、所望の程度のポリマー化がエッチングされる基板の表面上に誘導される。形成された高い炭素濃度は、誘電体のエッチング応用の広い範囲で優れた性能を与え、コーナー及び平らな窒化物の選択性、ホトレジストの選択性、下層の選択性、及び底部の臨界寸法の均一性を改善するのに役立つ。
【００３９】
更に、ガス流におけるＣxＨyＦz/ＣaＦb/Ｏ2の比、したがって結果的に生じるポリマー化の程度を調整することによって、良好なプロファイル制御及びウエットクリーン間の平均ウエハ（ＭＷＢＷＣ）性能が得られる。更に、その結果生じるプラズマは、エッチングプロセスがエッチングされている膜に対して敏感でなくする自由なＦを含まない。したがって、ドープされた、及びドープされない誘電体フィルム間にチューニングを必要としない。
【００４０】
上述した第１と第２のガスの混合物は、本発明において使用するのに特に適しており、多くの利点を与える。したがって、例えば、ＣxＨyＦzガスに基づいたプラズマは、しばしば、ドープされない酸化物の膜に対して選択性があることがわかった。しかし、充分な量のＣaＦbの、プロセスガス混合物への付加によって、その結果生じるプラズマは、なんらエッチング停止のない所望の深さまでドープされない酸化物の膜をエッチングすることができる。
【００４１】
逆に、混合物におけるＣaＦbの割合は、ドープされない酸化物層上でエッチング停止することが必要な場合、処理ノブとして使用することができる。特に、ドープされない酸化物層がエッチング停止に近づくにしたがって、ガス混合物におけるＣaＦbの量は減少される(必要に応じて、ゼロまで）。ドープされた、又はドープされない酸化物層の接近を検出するために、一般にドーパント濃度の像かまたは現象に対するチャンバ雰囲気を監視することによって、分光技術または他の適当な方法を用いるこができる。
【００４２】
本発明にしたがって、特にガス混合物が酸素を含む場合、高い、窒化物の選択性を与える混合ガスを作ることもできる。したがって、例えば、Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａr/Ｃ2Ｈ2Ｆ4/の化学作用は、ＳＡＣ応用における側壁の窒化物及び平らな窒化物上に良好な不動態を与えることが判った。逆に、Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａrのみの化学作用は、それが良好な平らな窒素化物の選択性を与えるけれども、コーナーの窒化物の高い選択性を示さない。
【００４３】
本発明によるエッチングは、一般に、エッチングされる基板が取り付けられる低圧力チャンバ内に維持されるプラズマの使用によって行なわれる。本発明において使用するのに適したエッチング装置は特に限定されない。むしろ、本発明の方法は、多くの既知のプラズマリアクタを用いて実施されることができる。これらのリアクタは、例えば、アプライド社から商業的に利用でき、特許文献２及び特許文献３ばかりでなく、特許文献４及び特許文献１にも記載されているＩＰＳエッチングリアクタを含む。
【００４４】
しかし、一般に、本発明の方法は、磁気増強反応性イオンエッチング(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etch: MERIE)チャンバ内に維持された低または中密度プラズマの使用によって実施される。エッチングチャンバは、プラズマを生成するために使用されるガスのリザーバと連通している。これらのリザーバは、例えばＡr，Ｏ2，ＣＯ，ＮＨ3，ＣxＨyＦz及びＣaＦbのシリンダーを有する。
【００４５】
図２は、本発明において使用するのに適したMERIEシステム１００の簡略化した概念図である。システム１００は、処理チャンバ１０１を有する。このチャンバ１０１は、囲まれた容積を画定する側壁１０２、フロアー(底部)１０４及び蓋１０６の組を有する。ガスパネル１１０は、チャンバによって画定された、囲まれた容積に反応性ガス(エッチング化学作用)を供給する。システム１００は、更に、電界がペデスタルアッセンブリ１０８とチャンバ１０２及び蓋１０６間に確立されるようにペデスタルアッセンブリ１０８を駆動するＲＦ電源１２２及びマッチング回路１２０を有する。コイル１０３の組がプアラズマ１２４の磁気制御を容易にするために、チャンバ１０１の側壁の周りに配置される。
【００４６】
ペデスタルアッセンブリ１０８は、チャンバ内でカソード１１２に中央で取り付けられ、カラー１１８によって囲まれているペデスタル１１４を有する。ペデスタルは、ワークピース、例えばチャンバ内で処理される半導体を保持する。プラズマ反応チャンバ１０１は、低いエネルギープラズマを生成し、維持するために容量性結合されたＲＦ電力を用いる。プラズマは、低、中、高密度であるが、本発明の実施には低から中密度プラズマが好適である。ＲＦ電力は、マッチング回路１２０を介して１つまたはそれより多いＲＦ周波数を生じるＲＦ電源から結合される。蓋１０６及び壁１０２は、接地され、ＲＦ電力に対して接地基準(アノード)として働く。図２に示された構成に関して、プラズマ密度は、マッチング回路１２０を介して電源１２２から与えられるＲＦ電力によって制御される。
【００４７】
半導体ウエハの処理において、カソード１１２は、一般に、導電性材料、例えばアルミニウムから作られる。ペデスタル１１４は、一般に、ポリマー、例えばポリイミド、又はセラミック材料、例えば、窒化アルミニウム又は窒化ホウ素から作られる。ワークピース１１６(すなわち、半導体ウエハ)は、一般に、シリコンから作られる。プラズマに結合する電界は、ワークピース及びペデスタルの双方を通る。カソード及びワークピースは、異なった材料から作られるので、これらの材料は、プラズマに異なった影響を及ぼす。結果的に、ウエハのエッジ１２５においてプラズマパラメータ及びプロセスの均一性の急激な変化がある。ウエハのエッジ１２５におけるプロセスの均一性を改善するために、カラー１１８がペデスタル１１４を囲み、部分的にペデスタルと重なっている。プロセスキットとしても知られているカラー１１８は、一般に、クオーツのような材料から作られる。
【００４８】
使用中に、ガス流が１つまたはそれより多いガス源からガスパネル１１０を通して供給される。一般に、これらのガス源は、１つまたはそれより多い供給口に接続された所望のエッチング化学物質、例えばＡr，Ｏ2，ＣＯ，Ｃ4Ｆ6，Ｃ2Ｈ2Ｆ4のいろいろな成分を含む加圧されたタンクである。ガス源は、一般に、磁気又は半導体メモリにプロセスレシピをストアするシステムコントローラの直接的又は間接的制御下にあるので、これらガス源からのガスの流れは、チャンバ内の雰囲気の構成を制御又は変更するために独立して調整することができる。真空ポンプシステムがチャンバを予め選択された圧力に保つためにチャンバに接続される。
【００４９】
本発明の実施に有利に使用されるＭＥＲＩＥチャンバに対するいろいろなアクセサリーや改良、及び技術が開発されている。例えば、特許文献５は、ウエハのより均一で、繰り返し可能なエッチングを行なえるように、プラズマの均一性の制御ばかりでなく、ＭＥＲＩＥチャンバ内でウエハ表面を横切ってイオンエネルギーやラジカル成分の均一性を改善する方法を開示している。これらの方法や特許文献５に記載された改善されたＭＥＲＩＥチャンバは、本発明の実施に適用できる。
【００５０】
プラズマエッチングにおいてエンドポイント（終点）の検出のための監視するプロセスとして、発光分析(Optical Emission Spectroscopy: OES)を本発明において有利に使用することができる。図２に示した形式のチャンバにおいて、これは、例えば、ウエハ上のプラズマ領域を横方向に調べるために、チャンバ壁を貫通する孔に置かれた光ファイバを設けることによって容易になされる。光学検出システムが光ファイバの他端に接続され、プラズマにおける１以上の種と関連するプラズマ放射スペクトルに適合される１つまたはそれより多くのファイバ及び処理回路を含む。新しい信号が現れ、または古い信号が減少するのいずれかにしたがって、エッチングプロセスの一つのステップが完了したことを決めるために信号を用いることができる、システムコントローラに生の検出信号またはトリガ信号が電子的に供給される。この決定に関して、システムコントローラは、プロセスレシピを調整するか、またはエッチングステップを終えることができる。
【００５１】
本発明の幾つかの適用において、エッチングされる基板は、エンドポイントを決定するこの能力を利用するように設計することができる。例えば、小さなフィーチャサイズ、例えば、約０.２５μｍ未満のゲート構造間にギャップを有するＳＡＣ構造を有する進歩した構造において、コーナーの窒化物の選択性は非常に重要である。これは、厚さが減少される（一般に、５００〜７００Åの範囲内に）このような小さなフィーチャサイズがゲート構造上に設けられたコンフォーマルな窒化物層を必要とするという事実にもよる。コーナーの窒化物は、一般に、多面化する傾向がるので、プラズマのコーナー窒化物の選択性を更に増加することによってこの傾向を補償することが必要になる。
【００５２】
本発明の背景において、これは、ドープされない層とコンフォーマルな窒化物層との間に設けられたドープされた層を有するＳＡＣ構造上にドープされない酸化物層及びドープされた酸化物層を堆積することによって達成される。その後ドープされない酸化物は、良好な垂直プロファイルを与える化学物質、例えばＣ4Ｆ6を用いて主エンチング中にエッチングされる。その後、ＯＥＳが主エッチングのエンドポイントをマークするドープされた酸化物層（これは、一般に、ホウ素のような材料である）からのドーパントの、エッチングチャンバ雰囲気における発生を検知するために用いられる。その後化学作用は、Ｃ2Ｈ2Ｆ4または高くされたコーナー窒化物の選択性を示す他の材料に変更される。化学作用の変更は、エンドポイントに達したとき、Ｃ4Ｆ6をＣ2Ｈ2Ｆ4で完全に置き換えることによって、或いは単純に、Ｃ4Ｆ6の濃度の減少によりそれに伴ってガス流におけるＣ2Ｈ2Ｆ4の濃度の増加によって特徴づけられる。このツーステッププロセスの使用を通して、主エッチングは、容易に制御され、且つ孔の深さが窒化物に近づいたとき停止され、それにより窒化物層の多面化を避けることができる。
【００５３】
種エッチャントとしてのＣ4Ｆ6使用と共にここで酸化物のドープされない層の使用は、Ｃ4Ｆ6が孔を塞ぐことなく良好な垂直プロファイルを提供する。逆に、Ｃ2Ｈ2Ｆ4の化学作用の使用は、幾つかの適用において、ポリマー化の結果として孔の上部で孔を狭めたり（ネック化）、場合によっては孔を塞ぐようになる。しかし、当業者は、浅い穴（例えば、約３０００〜４０００Å未満）が必要とされ、したがって、閉塞の可能性最小の場合、及び良好な垂直プロファイルの必要性が重要でない場合、全体の酸化物層をドープし、且つＣ2Ｈ2Ｆ4の化学作用を単一のエッチングステップにおいて孔を画定するために使用することができる。
【００５４】
本発明の方法は、幾つかの形式の進歩した構造を製造することを可能にする。このような進歩した構造の例は、図３の断面図に示される２つのトランジスタに対して自己整合コンタクト(self-aligned contact: SAC)構造である。ＳＡＣ構造は、例えば、酸化シリコンまたは窒化シリコンであるシリコン基板２０２上に設けられる。また、ＳＡＣ構造は、ゲート酸化物２０３、ポリシリコン層２０４（ドープされまたはドープされない）及び酸化物のハードマスク２０５の層を堆積することによって、及びゲート構造２１０の間にギャップ２１２を有する２つの接近した間隔のゲート構造２１０にこれらの層をホトリソグラフ的に形成することによって形成される。
【００５５】
その後、化学気相堆積が、ゲート構造２１０の上部や側壁ばかりでなくギャップ２１２の底部を覆う、厚さが約１００〜５００Åの窒素化しリコン（Si3N4)の実質的にコンフォーマルな層をウエハ上に堆積するために使用される。ドーパントイオンは、それぞれのゲート２１０を有する２つのトランジスタ用の共通ソースとして作用する自己整合されたｐ型またはｎ型ウエル２１６を形成するためにマスクとしてゲート構造２１０を用いてイオン注入される。トランジスタのドレイン構造は示されていない。
【００５６】
酸化物層がこの前に画定された構造上に堆積される。この酸化物層は、一般に、約９０００Åの厚さを有し、単一のフィールド酸化物層であるか、または、図３に示されるように、構造TEOS/PSG cos/PSG（ゲート間のギャップをBPSG/PSGで充填する）は厚さ２０７が第１の５０００Åであり、且つドープされない酸化物層２０８は次の４０００Åである２つの部分構成を有している。
【００５７】
約４０００Åと約９０００Åの間のホトレジスト層が酸化物層２０８上に堆積され、且つ続く酸化物のエッチングステップが酸化物層２０８を通してコンタクトホール２２２（孔）をエッチングし、孔２２２の下にある窒化物層２２４の部分上で停止するように写真によってマスクに規定される。エッチング後スパッタリングがギャップ２１２の底部にある窒化物部分２２４を除去するために使用される。窒化シリコンは、金属、通常はアルミニウムに対する電気的絶縁体として作用し、その後、コンタクトホール２２２に充填される。幾つかの実施例において、定在波の有害な効果を除去することができる複屈折反射防止膜(Birefringent Antireflective Coating: BARC)２２３または他の形式の材料が光学的に設けられる。一般に、約９００Å未満の厚さであるこの材料は、酸化物層及びホトレジストマスク間に一般に設けられる。
【００５８】
図２に示される構造の幾つかの変形が可能である。したがって、他の特定の実施例において、ハードマスクが以下の３つの連続するマスクの１つで置き換えられる。
（１）窒化シリコンの層；
（２）タングステンシリサイド(WSix)の層、窒化シリコンの層及び酸化物のハードマスク（その順番で）;または
（３）タングステンシリサイド(WSix)の層及び窒素化しリコンの層
【００５９】
本発明のガス混合物によって提供される選択性の重要性は、ＳＡＣ及び他の進歩した構造ばかりでなく、挑戦したこれらの構造によってもたらされる利点を考慮することによって理解されるであろう。窒化物は絶縁体として作用するので、ＳＡＣの構造及びプロセスは、直径が一般に約０．１４〜約０．２５μｍであるコンタクトホール２２２がゲート構造２１０間のギャップ２１２の幅より広いという利点を提供する。更に、ゲート構造２１０を伴うコンタクトホールのホトグラフックレジストリ(photographic registry)は、正確である必要がない。しかし、有利な効果を達成するために、ＳＡＣ酸化物のエッチングは、窒化物に対して非常に選択性がなければならない。選択性の多くの値が酸化物と窒化物のエッチング速度の比として計算される。選択性は、ギャップ上及びギャップの隣の窒化物層２１４のコーナー２２６において特に重要である。何故ならば、コーナー２２６は、酸化物のエッチングに対して最も長く曝される窒化物の部分であるからである。更に、それらはコーナー２２６において多面を形成する傾向にある早いエッチングに好ましい形状を有している。
【００６０】
更に、増加された選択性は、うねっているウエハ上の酸化物層の平坦化に対する化学機械的研磨(chemical mechanical polishing: CMP)の増加した使用が必要とされる。平坦化は、波打った下層の基板上に平らな酸化物表面を生成し、それによって著しく変る厚さの酸化物層を生成する。結果的に、酸化物のエッチング時間は、酸化物の貫通を確かにするために、設計の厚さのエッチングより著しく高く、いわゆる１００％だけ高く設定されなければならない。これは、オーバエッチングと呼ばれ、他のプロセス変化の原因となる。しかし、薄い酸化物を伴う領域に対して、窒化物はエッチング環境に非常に長く露出される。
【００６１】
都合の悪いことに、選択性の必要な程度は、ゲート構造２１０とコンタクトホール２２２へ充填された金属間の電気的短絡の可能性に反映される。ホトレジスト層２２０は窒化物層２１４より非常に厚く作られているので、ホトレジストの選択性は窒化物の選択性ほど臨界的でないけれども、エッチングはホトレジストにも選択性がなければならない。
【００６２】
本発明は、以下の限定されない例を参照して説明される。
例１
この実験は、ドープされない酸化物上のフレオン(Freon)１３４のエッチング停止の振舞いを示す。
ドープされない酸化物の基板上に設けられたウエハの中央において９％ＰＳＧの表面層からなったウエハが設けられた。ｅＭＡＸチャンバを備えたＭＥＲＩＥリアクタを用いて、及びＣ4Ｆ6/フレオン１３４/Ｏ2/Ａrから成るガス流を用いて３つの分離した孔がウエハにエッチングされた。処理パラメータは以下のとおりである：
チャンバ圧力：  ４０〜８０mTorr
プラズマを発生するために使用された電力：  １０００〜１８００ワット
カソード温度：  １５〜３５℃
Ｂ-フィールド（磁界）：  ０〜５０ガウス
Ｏ２の流速：  １５sccm
フレオン１３４：  ２〜８sccm
Ａrの流速：  ５００sccm
Ｃ4Ｆ6の流速：  ２０〜３０sccm
エッチング期間は、約６０〜９０秒であった。プラズマは、ドープされた酸化物表面の層を容易に貫通したが、下にある基板に関してエッチング停止の振舞いを示した。
【００６３】
例２
この例は、平坦な窒化物に関してフレオン１３４が示す選択性の不足を示す。
以下の層のシーケンスから成るウエハが与えられた。
2006501634.tif 000003
例１の方法及び装置を用いて、ＰＢＳＧ層が露出されるまで２５：１５：５００のそれぞれの流速比でドープされない酸化物層８がＣ4Ｆ6/Ｏ2/Ａrの化学作用横を用いてエッチングされた。
次に、この化学作用は、６：８０：９０のそれぞれの流速比でフレオン１３４/ＣＨＦ3/Ａｒに切替えられ、エッチングが続けられた。プラズマはギャップの底部において平坦な窒化物層を貫通し、したがって、平坦な窒化物に対してフレオン１３４の選択性の不足を実証している。
【００６４】
例３
この例は、Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａrだけの化学作用によって示された質の悪いコーナーの窒化物の選択性を示している。
例２の実験は、異なる化学作用を用いて繰返された。それぞれ３０/２０/５００の流速を有するＴＥＯＳ層を通してエッチングするために、Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａrが用いられた。エッチングは、プラズマがＢＰＳＧ層を貫通し、コーナーの窒化物と接触した。次に、それぞれ２７/１５/５００/９の流速を用いて、ＢＰＳＧ層を通してエッチングするために、Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａr/フレオン１３４が用いられた。プラズマは、平坦な窒化物部分に関してエッチング停止の振舞いを示し、したがって、平坦な窒化物に対して。Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａr/フレオン１３４の化学作用の選択性を示した。しかし、第１のエッチング停止中にプラズマと接触したコーナーの窒化物は、著しく腐蝕され、したがって、Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａr/フレオン１３４のみの化学作用が質の悪いコーナー窒化物の選択性を示すことを実証した。
【００６５】
例４
この例は、フレオン１３４/Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａrのみの化学作用によって示された良好なコーナー窒化物及び平坦な窒化物の選択性を示す。
プラズマがコーナー窒化物に接触する前に、第１のエッチングステップが停止されたことを除いて、例３の実験が繰返された。それぞれ２７/１５/５００/４の流速を用いてＢＰＳＧを通してエッチングするために、Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａr/フレオン１３４Ａが第２のエッチングステップに用いられた。
プラズマは、再び平坦な窒化物に関してエッチング停止の振舞いを示した。しかし、更に、コーナー窒化物の選択性は著しく改善され、したがって、コーナー窒化物に対するＣ4Ｆ6/Ｏ2/Ａr/フレオン１３４Ａの選択性を実証した。フレオン１３４Ａの低い流速は、フレオン１３４Ａが低濃度でさえも効果的なポリマー形成剤であることも実証している。
【００６６】
例５
この例は、ドープされない酸化物上のフレオン１３４/Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａrの化学作用のエッチング停止の振舞いを示す。
フレオン１３４/Ｃ4Ｆ6/Ｏ2/Ａrがそれぞれ２７/１５/５００/８の流速でプロセスガスとして用いられたことを除いて、例１の実験が繰返された。結果として生じたプラズマが観察され、ドープされない酸化物層上で良好なエッチング停止の振舞いを示した。一般に、エッチング停止の振舞いは、８またはそれより大きいフレオン１３４の流速で観察された。フレオン１３４の流速比が非常に高い場合、過剰なポリマー化が生じるので、約８〜約１２の範囲内のフレオン１３４の流速比が一般に用いられる。
【００６７】
上記の例は、プロセスガスの組成を変えることによって、ドープされ、及びドープされない酸化物の双方をエッチングする、またはドープされない酸化物上でエッチング停止を達成する能力を示す。この例は、いずれかのガスのみで達成される結果と比較して、フレオン１３４及びＣ4Ｆ6の混合物で達成可能なコーナー窒化物の選択性における改善を示す。
【００６８】
本発明は、模範的な幾つかの実施例に関して説明されたけれども、当業者に明らかな上述の実施例の多くの変化がある。これらの変化は、請求項によってのみ限定されるべきである本発明の教示の範囲内であることが理解される。
【００６９】
例えば、この明細書（請求項、要約及び図面を含む）で説明された全ての特徴、及び/または説明された方法またはプロセスの全てのステップは、特徴及び/またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である場合の組み合わせを除いて、如何なる組み合わせも可能である。
【００７０】
更に、この明細書（請求項、要約及び図面を含む）に開示された各特徴は、特に断らない限り、均等物または同じ目的を奏する他の特徴によって置き換えることができる。したがって、特に断らない限り、開示された各特徴は、一般的な一連の均等な特徴の一例のみである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】従来のＳＡＣ構造の概略図である。
【図２】本発明のいろいろな実施例によって使用される模範的なエッチングチャンバの概略図である。
【図３】本発明の方法を使用してエッチングされることができるＳＡＣ構造の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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