(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路（ＩＣ）構造の一部を特定の目標深さにまでエッチングするための方法であって、前記構造は、第１の構成材料領域と、少なくとも、第２の構成材料領域とを有し、前記第１および第２の構成材料領域はエッチング方向に対して垂直な横方向に隣接して配置されており、第１の構成材料と第２の構成材料とは異なり、前記方法は、
（ｉ）前記エッチング方向において前記第１の構成材料領域を選択的にエッチングする第１種のエッチング剤を適用する工程と、
（ｉｉ）前記エッチング方向において前記第２の構成材料領域を選択的にエッチングする第２種のエッチング剤を適用する工程と、
前記特定の目標深さが達成されるまで工程（ｉ）および工程（ｉｉ）を交互に複数回繰り返す工程とを備え、
前記工程（ｉ）および工程（ｉｉ）を交互に繰り返す工程は、
前記第工程（ｉ）において、前記第１および第２の構成材料領域の双方を前記第１種のエッチング剤に曝すことと、
前記工程（ｉｉ）において、前記第１および第２の構成材料領域の双方を前記第２種のエッチング剤に曝すことを備え、
前記ＩＣ構造および前記ＩＣ構造の構成材料領域の特定のプロフィルは、前記エッチング剤を切り替えることによって維持される、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記第１種のエッチング剤と前記第２種のエッチング剤は、同所的に用いられる、方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、前記第２の構成材料領域は、前記第１の構成材料領域内に埋め込まれている、方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の方法はさらに、
前記エッチング剤を切り替えることにより、前記第２の構成材料領域の一部の高さを、前記第１の構成材料領域よりも高く調節する工程を備える、方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の方法において、前記ＩＣ構造は、材料のポリシリコン部分と材料の結晶シリコン部分とを少なくとも含む前記第１の構成材料領域と、シリコン酸化物材料を少なくとも含む前記第２の構成材料領域とを備えるメモリ素子である、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、前記メモリ素子は、ディープトレンチキャパシタを有するＤＲＡＭである、方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、前記第２の構成材料領域が、材料の前記ポリシリコン材料部分を取り囲むカラー形状であることによって、前記エッチング剤の切り替え工程は、前記カラーのプロフィルを維持する、方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の方法において、前記第１種のエッチング剤は、結晶シリコン材料またはアモルファスシリコン材料を選択的にエッチングする、方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の方法において、前記材料は、ポリシリコン材料と単結晶シリコン材料とを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の方法において、前記第１種のエッチング剤は、Ｃｌ2およびＨＢｒの混合剤を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、Ｃｌ2：ＨＢｒの好ましい比は、約１：３である、方法。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の方法において、前記第２種のエッチング剤は、酸化物材料を選択的にエッチングする、方法。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の方法において、前記第２種のエッチング剤は、ＣＦ4およびＣＨＦ3の混合剤を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、ＣＦ4：ＣＨＦ3の好ましい比は、約３：１である、方法。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の方法において、前記エッチング工程は、前記ＩＣ構造の少なくとも一部を覆うフォトレジストマスクに対して用いられる、方法。
【請求項１６】
請求項１から１４のいずれかに記載の方法において、前記エッチング工程は、前記ＩＣ構造の少なくとも一部を覆うハードマスクに対して用いられる、方法。
【請求項１７】
エッチング方向に対して垂直な横方向に隣接して配置された複数の異なる種類の構成材料からなる集積回路（ＩＣ）構造の一部を目標レベルにエッチングするための製造方法（process）であって、
（ｉ）前記エッチング方向において前記複数の構成材料のうちの特定の種類を選択エッチングするエッチング剤を適用する工程と、
（ｉｉ）前記エッチング方向において前記複数の構成材料のうちの残りの種類を選択エッチングするエッチング剤を適用する工程と、
前記目標レベルが達成されるまで工程（ｉ）および工程（ｉｉ）を交互に複数回繰り返す工程とを備え、
前記工程（ｉ）および工程（ｉｉ）を交互に繰り返す工程は、
前記工程（ｉ）において、前記複数の構成材料を、前記複数の構成材料のうちの前記特定の種類を選択エッチングするエッチング剤に曝すことと、
前記工程（ｉｉ）において、前記複数の構成材料を、前記複数の構成材料のうちの残りの種類を選択エッチングするエッチング剤に曝すことを備え、
前記ＩＣ構造と前記ＩＣ構造の構成材料領域との特定のプロフィルは、前記エッチング剤を切り替えることによって維持される製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の製造方法において、異なるエッチング剤は、同所的に用いられる、製造方法。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の製造方法において、一の種類の構成材料は、別の種の構成材料内に埋め込まれている、製造方法。
【請求項２０】
請求項１７から１９のいずれかに記載の製造方法はさらに、
前記エッチング剤を切り替えることにより、一の種類の構成材料の高さを、別の種の構成材料よりも高く調節する工程を備える、製造方法。
【請求項２１】
請求項１７から２０のいずれかに記載の製造方法であって、前記ＩＣ構造は、材料のポリシリコン部分と材料の結晶シリコン部分とを少なくとも含む第１種の構成材料と、シリコン酸化物材料を少なくとも含む第２種の構成材料領域と、を備えるメモリ素子である、製造方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の製造方法において、前記メモリ素子は、ディープトレンチキャパシタを有するＤＲＡＭである、製造方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の製造方法において、前記第２種の構成材料が、材料の前記ポリシリコン材料部分を取り囲むカラー形状であることによって、前記エッチング剤の切り替え工程は、前記カラーのプロフィルを維持する、製造方法。
【請求項２４】
請求項１７から２３のいずれかに記載の製造方法において、前記工程（ｉ）のエッチング剤は、結晶シリコン材料またはアモルファスシリコン材料を選択的にエッチングする、製造方法。
【請求項２５】
請求項１７から２４のいずれかに記載の製造方法において、前記材料は、ポリシリコン材料と単結晶シリコン材料とを含む、製造方法。
【請求項２６】
請求項１７から２５のいずれかに記載の製造方法において、前記工程（ｉ）のエッチング剤は、Ｃｌ2およびＨＢｒの混合剤を含む、製造方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の製造方法において、Ｃｌ2：ＨＢｒの好ましい比は、約１：３である、製造方法。
【請求項２８】
請求項１７から２７のいずれかに記載の製造方法において、前記工程（ｉｉ）のエッチング剤は、酸化物材料を選択的にエッチングする、製造方法。
【請求項２９】
請求項１７から２８のいずれかに記載の製造方法において、前記工程（ｉｉ）のエッチング剤は、ＣＦ4およびＣＨＦ3の混合剤を含む、製造方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の製造方法において、ＣＦ4：ＣＨＦ3の好ましい比は、約３：１である、製造方法。
【請求項３１】
請求項１７から３０のいずれかに記載の方法において、前記エッチング工程は、前記ＩＣ構造の少なくとも一部を覆うフォトレジストマスクに対して用いられる、方法。
【請求項３２】
請求項１７から３０のいずれかに記載の方法において、前記エッチング工程は、前記ＩＣ構造の少なくとも一部を覆うハードマスクに対して用いられる、方法。
【請求項３３】
集積回路（ＩＣ）構造であって、前記集積回路（ＩＣ）構造の一部を特定の目標深さにまでエッチングするための方法によって形成され、前記構造は、第１の構成材料領域と、少なくとも、第２の構成材料領域とを有し、前記第１および第２の構成材料領域はエッチング方向に対して垂直な横方向に隣接して配置されており、第１の構成材料と第２の構成材料とは異なり、前記方法は、
（ｉ）前記エッチング方向において前記第１の構成材料領域を選択的にエッチングする第１種のエッチング剤を用いる工程と、
（ｉｉ）前記エッチング方向において前記第２の構成材料領域を選択的にエッチングする第２種のエッチング剤を用いる工程と、
前記特定の目標深さが達成されるまで工程（ｉ）および工程（ｉｉ）を交互に複数回繰り返す工程とを備え、前記工程（ｉ）および工程（ｉｉ）を交互に繰り返す工程は、
前記第工程（ｉ）において、前記第１および第２の構成材料領域の双方を前記第１種のエッチング剤に曝すことと、
前記工程（ｉｉ）において、前記第１および第２の構成材料領域の双方を前記第２種のエッチング剤に曝すことを備え、
前記ＩＣ構造と前記ＩＣ構造の構成材料領域との特定のプロフィルは、前記エッチング剤を切り替えることによって維持される、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項３４】
請求項３３に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記第１種のエッチング剤と前記第２種のエッチング剤は、同所的に用いられる、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項３５】
請求項３３に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記第２の構成材料領域は、前記第１の構成材料領域内に埋め込まれている、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項３６】
請求項３３に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記第２の構成材料領域の一部は、前記エッチング剤を切り替えることにより、前記第１の構成材料領域よりも高く調節される、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項３７】
請求項３６に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記ＩＣ構造は、材料のポリシリコン部分と材料の結晶シリコン部分とを少なくとも含む前記第１の構成材料領域と、シリコン酸化物材料を少なくとも含む前記第２の構成材料領域と、を備えるメモリ素子である、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項３８】
請求項３７に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記メモリ素子は、ディープトレンチキャパシタを有するＤＲＡＭである、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項３９】
請求項３７に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記第２の構成材料領域が、材料の前記ポリシリコン材料部分を取り囲むカラーの形状であることによって、前記エッチング剤の切り替え工程は、前記カラーのプロフィルを維持する、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項４０】
請求項３３に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記第１種のエッチング剤は、結晶シリコン材料またはアモルファスシリコン材料を選択的にエッチングする、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項４１】
請求項４０に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記材料は、ポリシリコン材料と単結晶シリコン材料とを含む、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項４２】
請求項４１に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記第１種のエッチング剤は、Ｃｌ2およびＨＢｒの混合剤を含む、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項４３】
請求項４２に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、Ｃｌ2：ＨＢｒの好ましい比は、約１：３である、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項４４】
請求項４０に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記第２種のエッチング剤は、酸化物材料を選択的にエッチングする、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項４５】
請求項４４に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記第２種のエッチング剤は、ＣＦ4およびＣＨＦ3の混合剤を含む、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項４６】
集積回路（ＩＣ）構造であって、エッチング方向に対して垂直な横方向に隣接して配置された複数の異なる種類の構成材料からなる集積回路（ＩＣ）構造の一部を目標レベルにエッチングするためのプロセスによって形成され、前記プロセスは、
（ｉ）前記エッチング方向において前記複数の構成材料のうちの特定の種類を選択エッチングするエッチング剤を用いる工程と、
（ｉｉ）前記エッチング方向において前記複数の構成材料のうちの残りの種類を選択エッチングするエッチング剤を用いる工程と、
前記目標レベルが達成されるまで工程（ｉ）および工程（ｉｉ）を交互に複数回繰り返す工程とを備え、
前記工程（ｉ）および工程（ｉｉ）を交互に繰り返す工程は、
前記工程（ｉ）において、前記複数の構成材料を、前記複数の構成材料のうちの前記特定の種類を選択エッチングするエッチング剤に曝すことと、
前記工程（ｉｉ）において、前記複数の構成材料を、前記複数の構成材料のうちの残りの種類を選択択エッチングするエッチング剤に曝すことを備え、
前記ＩＣ構造と前記ＩＣ構造の構成材料領域との特定のプロフィルは、前記エッチング剤を切り替えることによって維持される、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項４７】
請求項４６に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、異なるエッチング剤は、同所的に用いられる、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項４８】
請求項４６に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、一の種の構成材料は、他の種の構成材料内に埋め込まれている、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項４９】
請求項４６に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、一の種の構成材料は、前記エッチング剤を切り替えることにより、他の種の構成材料よりも高く調節される、集積回路（ＩＣ）構造。
【請求項５０】
請求項４９に記載の集積回路（ＩＣ）構造であって、前記ＩＣ構造は、材料のポリシリコン部分と材料の結晶シリコン部分とを少なくとも含む第１種の構成材料と、シリコン酸化物材料を少なくとも含む第２種の構成材料領域と、を備えるメモリ素子である、集積回路（ＩＣ）構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路（ＩＣ）の製造に関する。より詳細には、本発明は、２以上の材料が共に配置され、一方の材料の高さを他方の材料に対して調節する必要が生じうるＩＣ構造のエッチングを制御するための製造方法または方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、フラットパネルディスプレイやメモリセルのような集積回路などの半導体製品の製造では、複数の蒸着および／またはエッチング工程を用いられ得る。例えば、エッチング方法の１つとしてプラズマエッチングが挙げられる。プラズマエッチングでは、プロセスガスのイオン化と解離からプラズマが生成される。正イオンは、基板に向けて加速され、そこで、中性種と共にエッチング反応を促進する。このようにして、ビア、コンタクト、トレンチなどのエッチング形状を、基板の層に形成することができる。
【０００３】
近年、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）が、トレンチの形成方法として好ましいという評価を得ている。何故なら、ＳＴＩは、特に、集積回路の個々のトランジスタを電気的に絶縁することができるからである。電気的な絶縁は、２つの隣接する素子（例えば、トランジスタ）の間の漏電電流を防ぐために必要である。概して、シャロートレンチアイソレーション形状を形成するための従来の方法は、以下の工程を備える：目的のトレンチ層全体にハードマスクを形成する工程、ハードマスク全体にソフトマスクをパターニングする工程、ハードマスクをパターニングするためにソフトマスクを通してハードマスクをエッチングする工程、シャロートレンチアイソレーション形状を形成するために目的のトレンチ層をエッチングする工程。次いで、ソフトマスクが除去され（例えば、剥ぎ取られ）、シャロートレンチアイソレーション形状は誘電材料で埋め戻しされる。
【０００４】
図１Ａないし１Ｃは、シャロートレンチアイソレーション形状を形成するために用いることのできる従来の製造方法の工程の断面図である。まず図１Ａには、基板または半導体ウエハの一部である典型的な層スタック１０が示されている（図面の簡略化のためスケールは正確に描かれていない）。層スタック１０の下部には、シリコン層１２が配置されている。シリコン層１２の上には、パッド酸化物層１４が形成されており、パッド酸化物層１４の上には、窒化物層１６が形成されている。ほとんどの場合、パッド酸化物層は、窒化物層とシリコン層との間に配置される中間層として用いられる。さらに、パッド酸化物層１４と窒化物層１６によって、パターニングされたハードマスクを形成するために、従来のフォトリソグラフィー工程を用いて窒化物層１６全体にフォトレジスト層１８を蒸着しパターニングする。パターニングの後、ソフトマスク開口部２０（狭い）および２２（広い）をフォトレジスト層１８に形成し、次に行うエッチング工程を容易にする。上述の層および形状と、それらの形成に伴う工程は、当業者に周知である。
【０００５】
層スタック１０の形成の後、ハードマスクを形成するために、窒化物層１６とパッド酸化物層１４とをエッチングする。ハードマスクは、図１Ｂに示すように、狭いハードマスク開口部２４と広いハードマスク開口部２６とを備える。ハードマスク開口部は、シリコン層のエッチング工程においてトレンチをパターニングするために用いられる。大部分では、エッチングはシリコン層１２に達すると止まるのだが、シリコン層１２の表面のごく一部２８は通例、パッド酸化物層１４のエッチング中にエッチングされる。さらに、窒化物層とパッド酸化物層のエッチングを容易にするために、ＣＦ4を含むガス状の薬剤が一般に用いられる。通例、ＣＦ4は、窒化物層１６およびパッド酸化物層１４の側壁と、シリコン層１２のごく一部２８を異方性エッチングする（すなわち、ほぼ真直ぐにエッチングを行う）。
【０００６】
窒化物層１６およびパッド酸化物層１４を貫通してハードマスク開口部が形成されると、そこを通してシリコン層１２がエッチングされ、シャロートレンチアイソレーション形状、例えば、図１Ｃに示すような狭い形状３０および広い形状３２、が形成される。通例、シリコン層のエッチングを容易にするために、Ｃｌ2および／またはＨＢｒを含むガス状の薬剤が用いられる。図１Ｂおよび１Ｃに示されている工程の後、マスク層を除去すると、シリコン層に配置されたトレンチが残る。一般的には、その後に、酸化物（例えば、ＴＥＯＳ）などの誘電材料をトレンチに充填し、シャロートレンチアイソレーションの形成を完了する。一般に、エッチングの深さは、エッチャント剤と、エッチャント剤を作用させる時間との関数として制御される。
【０００７】
ＳＴＩ技術の数多くの用途の中でも、一般的な例として、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）の形成が挙げられる。ＤＲＡＭは、パーソナルコンピュータやワークステーション用のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の１種である。メモリは、コンピュータが即座にアクセス可能なデータを０と１の形で記憶するための帯電ポイントのネットワークである。ランダムアクセスとは、ＰＣプロセッサが、ある出発点から順を追って進む必要なく、メモリもしくはデータ記憶領域の任意の部分に直接的にアクセスできることを意味する。ＤＲＡＭは、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）と異なり、記憶素子が、数ミリ秒毎にリフレッシュされるか、新しい電荷を与えられるかする必要がある点で動的である。
【０００８】
一般に、ＤＲＡＭの製造では以下の２種類の構造が用いられる：（１）スタックド（積み重ね）キャパシタ、（２）ディープトレンチキャパシタ。ディープトレンチキャパシタ構造では、単結晶のシリコン材料内に（もしくは、シリコン材料に隣接して）ポリシリコンが埋め込まれている。そのポリシリコン材料に隣接して、酸化物材料のシリンダが形成されていることにより、ある特定の深さまで伸びる外囲い（もしくはカラー）が形成される。ＤＲＡＭのセルにおいては、セルは、電荷を蓄えるキャパシタの形成に用いられることに注意されたい。この電荷は、メモリに記憶されているデータの物理的な存在である。カラーは、このキャパシタセルの形成に不可欠な部分である。カラーは、メモリセルとの個々の接触を許容する絶縁構造として機能する。カラーは、ほとんどのセルが加工された後に形成され、この種のディープトレンチメモリセルの加工と密接な関係がある。
【０００９】
したがって、同一ウエハ内の単結晶シリコン基板とポリシリコン基板の両方をエッチングする必要があることから、エッチングプロセスは困難になる。さらに、エッチングは下向きに進むため、酸化物カラーに到達すると、同様にエッチングすることになる。最終的には、トレンチは、ある特定の目標深さにまでエッチングされる。しかしながら、ある程度の量の酸化物カラーは、動作と接触のために、エッチングされた表面上に残っている必要がある。それ故、そのような素子をエッチングするためには、エッチングプロセスは、２以上の異なる基板、すなわち、単結晶シリコン、ポリシリコン、および／または、二酸化シリコン（すなわち、「酸化物」）、を同時にエッチングすることができる必要がある。
【００１０】
従来技術の大半では、エッチングプロセスは、ほぼ均一の選択性で様々な層を下向きにエッチングすることを試みてきた。換言すると、エッチングプロセスは、ほぼ等しい速度で、到達した物質すべてをエッチングする薬剤を用いる。エッチング速度が可能な限り１対１に近い材料（すなわち、結晶シリコン、ポリシリコン、および／または、酸化物）に対しては、１段階のプロセス工程を実行するだけで、所望のレベルまでトレンチをエッチングすることができる。１段階のプロセス工程は、実装や実行がはるかに簡単である（すなわち、コストが少なく時間が掛からない）。
【００１１】
しかしながら、そのような１段階のアプローチを用いると、従来技術では、カラー（もしくは、エッチング面の高さよりも上に伸びるその他の素子）の高さを独立して制御もしくは調節することが困難である。すべての材料を同時にエッチングすることにより、エッチングされる表面全体が一様に同じ深さになり、異なるＩＣ構造材料のエッチング後の高さに差がなくなる。
【００１２】
さらに別の従来技術は、表面の様々な部分を様々な深さにエッチングするために、様々な表面の領域にわたってハードマスクを用いる。概して、表面領域を隔離するのに効果的ではあるが、この技術は、比較的高価であり、実装が困難である。表面にマスクを配置して用いるに当たって、余分なプロセス工程が必要であり、そのために、費用が増大し、実装が困難になる。
【００１３】
本発明の提案する溶液に関係する従来技術として、さらに、ＩＣ材料へのディープトレンチの形成が挙げられる。比較的深いトレンチ（すなわち、ミクロ機械加工では１００オングストローム、など）を形成するためには、トレンチを形成する際に、異なる薬剤を切り替えて用いる。第１の薬剤は、エッチングのために用いられる。第２の保護層は、構造の側壁を被覆するために付加される。適切なトレンチの深さが達成されるまで、再び、エッチングが実行され、保護層が付加される。この技術の一般的な目的は、素子の側壁構造を保護することである。この技術では、異なる薬剤を切り替えて用いるが、各々の工程で各々異なる薬剤を用いてエッチングを行うものではない。結果として、この技術は、以下で説明する発明の技術のように、隣接して形成された、もしくは、相互に埋め込まれた、異なる材料をエッチングする技術ではない。
【００１４】
以上の点から、目標のレベルまでエッチングすべき２以上の（隣接もしくは埋め込みの）材料を有するＩＣ構造をエッチングする技術の改良が望まれている。特に、酸化物カラーのような埋め込まれた材料の高さを調節もしくは制御することを可能とする技術が求められている。そのプロセスは、レジストマスク、すなわちハードマスクの使用を許容すると共に、特定のプロフィルの要件を維持する必要がある。さらに、「同所的に（インシトゥー）」実行できる（プロセス全体を１つのプラズマ処理チャンバで実行する）、もしくは、「異所的に（エックスシトゥー）」実行できる（いくつかの工程を別のプラズマ処理チャンバで実行する）エッチング技術が求められている。
【００１５】
【発明の概要】
本発明は、一実施形態において、いくつかの異なる種類の材料からなるＩＣ層においてトレンチをエッチングするためのプロセスまたは方法に関する。特定のＩＣ構造（例えば、ＤＲＡＭ素子など）は、特定種類の構造材料が、別の種類の構造材料の中に埋め込まれるよう、もしくは、別の構造材料に隣接して配置されるよう構成されている。これらのＩＣ構造から機能素子を形成するためには、それらの材料内に、トレンチ、または一連のトレンチを形成する必要がある。トレンチの形成および／または素子の絶縁のための技術としては、ＳＴＩなどが挙げられる。
【００１６】
様々な材料をエッチングするために、従来技術では、比較的等しい速度ですべての材料をエッチングすることができるエッチャント剤を用いていた。しかしながら、異なる材料の間で相対エッチング速度を維持し、エッチングされている構造材料のプロフィルを維持する点において問題がある。
【００１７】
本発明では、その代わりに、複数物質からなる構造にトレンチをエッチングするために、エッチャント剤を（２以上の薬剤の間で）切り替える、または、交互に使う技術を用いる。本発明は、任意のサイズのトレンチの形成に利用可能であるが、特に、浅いトレンチ（すなわち、２ミクロン以下、通常、０．３〜１．０の範囲か、それ未満）の形成に有効である。
【００１８】
まず初めに、様々な技術を用いて、素子を洗浄（または準備）する。そのような工程として、ＡＲＣオープンおよび／またはブレークスルー工程を用いることができる。その後、ＩＣ構造に第１のエッチング剤を塗布する。第１のエッチング剤は、ある種類の構造材料を選択的にエッチングする。次いで、異なる種類の構造材料を選択的にエッチングする別の種類のエッチング剤に切り替える第２の工程を実行する。その後、構造材料内で目標のトレンチ深さを達成するまで、プロセスを繰り返す。エッチング剤を切り替えることにより、２種類（もしくは３種類以上）の異なる構造材料に対して、より効率的なエッチングを実現することができる。この技術は、さらに、ＩＣ構造全体のフォトレジスト層の保護にも役立つ。フォトレジスト層は、１段階のエッチング技術を用いるとエッチングされることがある。
【００１９】
さらに、異なるエッチャント剤を用いると、ハードマスクを用いることなしに、特定の種類の構造材料を他の材料のレベルよりも上方に調整する（または、保護する）ことができる。例えば、ディープトレンチＤＲＡＭ素子は、周囲のポリシリコンおよび／または結晶シリコン材料に埋め込まれた酸化物カラー（キャパシタとして機能する）を用いる。アクセスと検査のために、このカラーの一部は、目標のトレンチレベルよりも上に伸びていることが望ましい。さらに、露出したカラーの特定の形状（丸い形状など）を保護することが望ましい。切り替えを行う方法によると、トレンチを目標のレベルにまでエッチングすると共に、埋め込まれた材料（カラーなど）の所望の一部を、エッチングされた周囲の材料のレベルよりも上方に露出させることが可能になる。
【００２０】
それ故、従来技術に勝る本発明の１つの利点は、目標深さを達成すると共に、エッチングされる構造を含む異なる種類のエッチングされる材料の特定の構造プロフィルを維持するために、異なるエッチャント剤を切り替えるエッチング技術を用いることである。
【００２１】
本発明のさらに別の利点は、ハードマスクやレジストマスクを用いることができると共に、構成要素の構造材料のプロフィルの要件を維持することができる点である。さらに、ある種類の材料を、他の材料に比べて高い位置に調整することもできる。
【００２２】
本発明の一態様によると、集積回路（ＩＣ）構造の一部を特定の目標深さにまでエッチングするための方法であって、前記構造は、第１の構成材料領域と、少なくとも、前記第１の構成材料領域に隣接して配置された第２の構成材料領域とを有し、前記方法は、（ｉ）前記第１の構成材料領域を選択的にエッチングする第１種のエッチング剤を適用する工程と、（ｉｉ）前記第２の構成材料領域を選択的にエッチングする第２種のエッチング剤を適用する工程と、前記特定の目標深さを達成するまで、工程（ｉ）および（ｉｉ）を繰り返す工程とを含み、前記ＩＣ構造およびその構成材料領域の特定のプロフィルは、前記エッチング剤を切り替えることにより維持される、方法が提供されている。
【００２３】
本発明の別の態様によると、複数の異なる種類の構成材料からなる集積回路（ＩＣ）構造の一部を目標レベルにエッチングするための製造方法であって、（ｉ）前記複数の構成材料のうち特定の種類の構成材料を選択的にエッチングするためのエッチング剤を適用する工程と、（ｉｉ）前記複数の構成材料のうち別の種類の構成材料を選択的にエッチングするためのエッチング剤を適用する工程と、前記目標レベルを達成するまで、工程（ｉ）および（ｉｉ）を繰り返す工程とを含み、前記ＩＣ構造およびその構成材料領域の特定のプロフィルは、前記エッチング剤を切り替えることにより維持される、製造方法が提供されている。
【００２４】
本発明のこれらの利点およびその他の利点は、以下の詳細な説明および種々の図面から明らかになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面に示されたいくつかの好ましい実施形態に関連して、本発明の詳しい説明を行う。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの詳細が示されている。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの項目の一部または全てを特定しなくても実施できる。そのほか、本発明が不必要に不明瞭となるのを避けるため、周知のプロセス工程の説明は省略した。
【００２６】
本発明は、２以上の異なる種類のエッチャント剤を用いて目標深さに到達するために、異なるエッチング剤を切り替えるエッチングプロセスを提供する。各種のＩＣ構造は、機能する素子を形成する際の必要に応じて、互いに隣接した、もしくは、互いに埋め込まれた、異なる基板材料を配置することがある。結果として、エッチングプロセスは、そのような隣接した／埋め込まれた材料にトレンチを形成するために、２以上の異なる物質に対してエッチングを行わなければならない。特に、ＤＲＡＭ構造（ディープトレンチキャパシタなどを用いる）は、エッチングされるべき３種類の異なる材料（すなわち、単結晶シリコン、ポリシリコン、および／または、酸化物カラー）を潜在的に含む構造を提供する。
【００２７】
１種類のエッチング剤を用いて、すべての物質を同時にエッチングすることはできるが、この技術では、１つの物質に対して別の物質と異なるエッチングを行うよう制御することはできない。それとは異なり、本発明は、異なる材料を選択的にエッチングするために用いられる特定の薬剤を提供する。これらの薬剤は、複数の材料において目標深さを達成するために必要な回数だけ、交互に用いられる。薬剤を切り替えることにより、ＩＣ構造の垂直のプロフィルは十分に維持される。さらに、上述の酸化物カラーを、周囲の材料の表面よりも上方に所望の（アクセス可能な）量の酸化物を残すように制御してエッチングすることが可能である。
【００２８】
本発明は、さらに、ＩＣ構造の様々な層にフォトレジストマスクを配置することを可能にする。そのエッチング技術によると、エッチング中に、十分なフォトレジストマスクを保護することができ、よい結果が出る。従来技術は、フォトレジストを用いる代わりにハードマスク（すなわち、異なる酸化物マスク）を用いて、カラーの深さおよび／または高さを調節していた。しかしながら、ハードマスクを用いると、エッチングプロセスは、かなりコストの掛かるものとなり、複雑化する。さらに、ハードマスクを用いる場合には、一般的に、フォトレジストを用いる簡単な技術は利用することができない。
【００２９】
それ故、従来技術に勝る本発明の２つの主な利点は以下のとおりである：（１）異なるエッチング剤を用いて、それらを切り替えることにより、複数の材料に対して目標深さを実現すると共に、ＩＣ構造の特定の垂直方向のプロフィルを保護することができる。（２）用途に応じてハードマスクとフォトレジストマスクのいずれかを用いて、エッチングされたトレンチの目標深さよりも上方にカラー（もしくは同様の構造）の最終的な高さを調節することができる。
【００３０】
図２によると、エッチング前のＩＣ構造の断面図２００が示されている。この構造は、ディープトレンチキャパシタＤＲＡＭを形成するよう配置された材料を含む。特に、この図は、ディープトレンチの間の垂直のワード線（すなわち、ゲート制御またはＧＣ線）を示している。本発明を図示および説明するために、このＩＣ構造を例として挙げているが、記載の技術は、他のＩＣ構造にも利用可能である。
【００３１】
その構造は、フォトレジスト層またはフォトレジストマスク２０２によって被覆されている。次の層２０４は、有機物のＢＡＲＣ（下部反射防止膜）を含む。ＢＡＲＣは、窒化物にフォトレジストのパターニングを行うために用いられる高分子化合物である。窒化物層２０６は、トレンチを形成する際に用いられるギャップ２０７を備えていることが示されている。次に、熱酸化物の薄い層２０８が形成される。ポリシリコン材料の第１および第２の領域２１０、２１２は、単結晶シリコン材料の領域２１４、２１６、および２１８の間に形成されている。構造内には、さらに、酸化物材料（すなわち、ＴＥＯＳ酸化物）のカラーが形成される。酸化物のカラーは、各ポリシリコン領域を取り囲むと共に垂直に伸びる堆積物２２０、２２０’および２２２、２２２’として示されている。この断面図では、シリンダまたはカラー（カラーの斜視図は、図１３（ａ）〜（ｈ）を参照）を形成する酸化物材料の２つの柱（column）として描かれている。
【００３２】
図３は、図２の構造２００を示しており、構成要素の符号も同様であるが、本発明に従ってエッチングを完了した後の構造である。この図では、単結晶シリコン領域２１６と、ポリシリコン領域２１０、２１２は、矢印２５０で示す目標深さにまでエッチングされている。酸化物カラー２２０、２２２の柱も、下方にエッチングされている。最終的に、表面２４２の上方に所望の量だけ伸びるカラー材料２４０、２４１が形成される。さらに、このプロセスにより、素子を機能させる（および、カラーをアクセス可能にする）ために適切なプロフィルを有するカラー材料と垂直表面が形成される。フォトレジストマスク２０２も、このプロセスにより若干はエッチングされるが、その原型は維持されているため、エッチングは成功である。
【００３３】
図２に示されたものと同様の状況では、ＩＣ構造は、製造プロセスから形成される（すなわち、顧客が素子のさらなるエッチングを望む）ことが多い。したがって、本発明の切り替え薬剤技術を用いるためには、最上層のＢＡＲＣ層２６０と中央部の窒化物層２０６（共に、マスクを形成するもの）は、下方にエッチングされるべきであり、結果として形成される表面は不要物を除去されているべきである。クリーニング（もしくは準備）工程の第１の部分として、Ｃｌ2とＯ2とを含むエッチング剤を用いて、上部のＢＡＲＣ層２６０の大部分をエッチング除去する（開く）。この薬剤は、比較的ゆっくり窒化物をエッチングする。約１：１から５：５（Ｃｌ2：Ｏ2）の範囲の任意の比率を用いてよいが、３：１の比率が好ましい。次いで、ＣＦ4とＣＨＦ3とを含むエッチング剤を用いて、第２のクリーニング（もしくは準備）工程を実行する。この薬剤は、前の工程で残った窒化物を除去するよう働く。約１：１から８：１（ＣＦ4：ＣＨＦ3）の範囲の任意の比率を用いてよいが、３：１の比率が好ましい。
【００３４】
この最初のクリーニング（もしくは準備）工程は、本発明の切り替え技術と同所的に（インシトゥー）実行できることに注意すべきである。あるいは、この最初の工程を異所的に（他所的に、エックスシトゥー）実行してもよく、その場合、結果として形成されるものは、図４のようになり、その後、本発明の切り替え技術を実行することができる。
【００３５】
図４によると、結果のＩＣ構造２００が示されており、その構成要素には、上述の図と同様の符号が付されている。ＢＡＲＣ層２６０と、中央の窒化物部分２０６と、熱酸化物層２０８は、除去されている。表面２４２は、さらに、レジストの残留物を含むことがあるので、その後に、表面をクリーニングするために短い浄化工程を実行してもよい。そのような残留物は、有機物の残留物４０４や、本来の酸化物の残留物４０６を含むことがある。表面４０２からすべての酸化物を除去するために、短いブレークスルー工程を用いる。有機物の残留物は、（上述の比率で）Ｃｌ2とＯ2とを含む薬剤でクリーニングされる。本来の酸化物の残留物は、（上述の比率で）ＣＦ4とＣＨＦ3とを含む薬剤で除去される。
【００３６】
異なるエッチング剤を切り替えるクリーニング工程を除いて、本発明の第１の工程は、図４のクリーニングされた表面２４２に適用することができる。この工程では、Ｃｌ2とＨＢｒ（臭化水素）とを含み、ポリシリコン２１０、２１２と、結晶シリコン２１６の材料を選択的にエッチングする薬剤を用いる。材料を効果的にエッチングできる任意の比率を用いてよいが、Ｃｌ2：ＨＢｒが１：３であることが好ましい。図５によると、ＩＣ構造２００が再び示されており、その構成要素には、同様の符号が付されている。表面２４２は、目標レベル２５０の近くまで、下方にエッチングされている。この薬剤は、酸化物材料２２０、２２２を選択的にエッチングすることがないため、カラー２４０、２４１は、表面２４２のレベルより上方に現れはじめている。
【００３７】
図６によると、ＩＣ構造２００が示されており、その構成要素には、上述の図と同様の符号が付されている。次の工程では、エッチング剤を、酸化物材料２２０、２２２を選択的にエッチングするＣＦ4およびＣＨＦ3の混合剤に切り替える。したがって、表面２４２には、酸化物の柱に（全体的に）エッチングされたくぼみ２６２、２６４が現れる。
【００３８】
次の工程では、酸化物の柱の周りのシリコン材料を選択的にエッチングするために、Ｃｌ2およびＨＢｒの混合剤に再び切り替える。図７は、ＩＣ構造２００を示しており、その構成要素には、上述の図と同様の符号が付されている。この薬剤は、カラー酸化物材料２４０、２４１をより多く露出する目標レベル２５０に向かってさらにトレンチ表面２４２をエッチングすると共に、全体のプロフィルを維持する。
【００３９】
次の工程では、酸化物の柱の材料２２０、２２２を選択的にエッチングするために、ＣＦ4およびＣＨＦ3の混合剤に再び切り替える。図８は、ＩＣ構造２００を示しており、その構成要素には、上述の図と同様の符号が付されている。再び、領域２６２、２６４は、酸化物の柱の領域において、表面２４２のレベルよりも下方までエッチングされている。
【００４０】
さらに次の工程では、目標レベル２５０に向かってシリコン表面をさらにエッチングするために、Ｃｌ2およびＨＢｒの混合剤に再び切り替える。図９は、ＩＣ構造２００を示しており、その構成要素には、上述の図と同様の符号が付されている。表面２４２は、カラー２４０、２４１の一部をさらに露出するよう下方に向かってエッチングされているが、カラーは所望のプロフィルを保持している。
【００４１】
図１０によると、ＩＣ構造２００が示されており、その構成要素には、同様の符号が付されている。この工程では、酸化物の柱の材料２２０、２２２を選択的にエッチングするために、ＣＦ4およびＣＨＦ3の混合剤に再び切り替える。くぼみ２６２、２６４は、表面２４２のレベルよりも下方まで酸化物の柱の材料が選択的にエッチングされたことを示している。
【００４２】
図１１は、上述の図と同様の符号が付されており、目標レベル２５０にまで表面２４２をエッチングするためにＣｌ2およびＨＢｒを含む薬剤に再び切り替えた結果を示す。これにより、露出したカラー２４０、２４１を含む柱２２０、２２２の酸化物部分がさらに露出される。
【００４３】
最後に、露出した酸化物カラー材料をさらにエッチングすなわち成形する最終工程を用いることができる。図１２は、ＩＣ構造２００を示しており、その構成要素には、上述の図と同様の符号が付されている。薬剤は、最後に切り替えられ、表面２４２より上方の調整可能な高さ２４４にまでカラー２４０、２４１をエッチングする。図示されているように、カラーの高さ２４４が、利用可能なレベル（例えば、１００〜２００オングストローム）で留まるよう、カラー２４０、２４１の一部だけが除去される（点線で示した部分）。
【００４４】
２つの異なる薬剤を切り替える特定の数の工程を説明したが、このプロセスは、２つの薬剤を用いることに限定されないことに注意すべきである。例えば、任意の数の薬剤を順番に用いて、その順番を繰り返すよう切り替えを行って、エッチングを完結してもよい。また、繰り返し工程の回数は、上述の数よりも多くても少なくてもよい。一般に、繰り返しは、適切な結果を達成するまで継続する必要がある。
【００４５】
図１３（ａ）〜（ｈ）は、エッチングを実行した後、フォトレジストおよびＢＡＲＣ層を除去した後の、ＩＣ構造の写真を示す。これらの図は、この技術により達成された結果をよく示している。
【００４６】
図１３（ａ）は、トレンチがエッチングされたシリコン材料と、エッチング表面よりも上方に伸びるカラー材料とを示す、第１の角度からのＩＣ構造の正面の斜視図を示す。
図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＩＣ構造の断面図を示す。
図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のＩＣ構造から９０度回転した側面の斜視図を示す。
図１３（ｄ）は、図１３（ｂ）のＩＣ構造の断面図を示す。
図１３（ｅ）は、エッチングされた表面の目標レベルよりも上方に伸びる第１および第２のカラー形成物を示す、結果として形成されたトレンチの正面の斜視図の拡大図を示す。
図１３（ｆ）は、カラー形成物の中央部で切断した、図１３（ｅ）のＩＣ構造の断面図を示す。
図１３（ｇ）は、ポリシリコン材料の周りに伸びる第１および第２のカラー形成物全体を示す、結果として形成されたトレンチの側面の斜視図の拡大図を示す。
図１３（ｆ）は、図１３（ｆ）のＩＣ構造の断面図を示す。
【００４７】
本発明は、ディープトレンチＤＲＡＭ素子のカラーを設けるこの例に限定されない。本発明の切り替えによる方法は、上述の例に提示されたもの以外にも任意の様々な材料をエッチングするのに用いることができる。結果として、本発明は、異なる構造の材料を適切にエッチングするために、様々な異なる薬剤（もしくは混合剤）を切り替える工程を含むよう意図されている。本発明は、目標深さを実現するために１種類のエッチング剤を用いた場合に生じる問題に対処するよう意図されている。長時間にわたって１つのエッチャントを用いることにより、エッチングプロセスの効果が時間と共に弱まり、ＩＣ構造要素のプロフィルに悪影響が出る可能性があることがわかっている。異なるエッチャント剤を切り替える方法によると、目標深さに達するまで効果的なエッチングを行うことができる。さらに、特定の埋め込まれた（もしくは隣接した）構造材料（実施例のカラーなど）を、目標深さの表面よりも上方に調節または制御することができる。
【００４８】
以上では、本発明をいくつかの好ましい実施形態の形で説明したが、本発明の範囲内で、種々の代替、置き換え、および等価物が可能である。例えば、好ましい実施形態によると、エッチング工程を同所的に実行しているが、必要であれば、他の処理チャンバで実行してもよい。同所的プロセスは、エッチングされる構造を１つのエッチング装置から他の装置へと移動する必要がないため、一般に、より効率的であることがわかっている。また、本発明に記載されたエッチングプロセスを実現する代替の方法（すなわち、別の方法および装置）が数多く存在することにも注意が必要である。したがって、以下に示す特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨および範囲内に含まれる代替、置き換え、および等価物の全てを網羅するものとして解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）の加工中に形成されるいくつかの層を含む層スタックの断面図。
【図１Ｂ】  ハードマスクが窒化物およびパッド酸化物層にエッチングされた後の図１Ａと同じ層スタックを示す図。
【図１Ｃ】  シャロートレンチアイソレーション形状がシリコン層にエッチングされた後の図１Ａと同じ層スタックを示す図。
【図２】  エッチング前の、ＤＲＡＭ素子の形成に用いられるＩＣ構造の実施形態の図。
【図３】  エッチング後の、図３のＤＲＡＭ素子の形成に用いられるＩＣ構造の図。
【図４】  最初の洗浄およびエッチング工程を実施された後の、図２のＤＲＡＭ素子の形成に用いられるＩＣ構造の図。
【図５】  初めて酸化物カラー材料を露出するためにエッチングが実施された後の、図４で用いられたＩＣ構造の図。
【図６】  酸化物カラーのみを選択的にエッチングする第１のエッチング工程が実施された後の、図５の実施形態の図。
【図７】  酸化物カラー材料の周囲の材料のみを選択的にエッチングする第２のエッチング工程が実施された後の、図６の実施形態の図。
【図８】  切り替えを行い、酸化物カラーのみを選択的にエッチングする第３のエッチング工程が実施された後の、図７の実施形態の図。
【図９】  切り替えを行い、酸化物カラー材料の周囲の材料のみを選択的にエッチングする第４のエッチング工程が実施された後の、図８の実施形態の図。
【図１０】  切り替えを行い、酸化物カラーのみを選択的にエッチングする第５のエッチング工程が実施された後の、図９の実施形態の図。
【図１１】  切り替えを行い、酸化物カラー材料の周囲の材料のみを選択的にエッチングし、目標深さにまでエッチングする第６のエッチング工程が実施された後の、図１０の実施形態の図。
【図１２】  切り替えを行い、酸化物カラーのみを選択的にエッチングし、最終的にカラーを所望の高さにまでエッチングおよび成形する第７のエッチング工程が実施された後の、図１１の実施形態の図。
【図１３】  周囲の構造材料の目標エッチングレベルよりも上方に伸びることによりアクセス可能なカラーを備えるよう形成されたＩＣ構造の斜視図と断面図。
【符号の説明】
１０…層スタック
１２…シリコン層
１４…パッド酸化物層
１６…窒化物層
１８…フォトレジスト層
２０…ソフトマスク開口部
２２…ソフトマスク開口部
２４…ハードマスク開口部
２６…ハードマスク開口部
２８…シリコン層のごく一部
３０…狭い形状
３２…広い形状
２００…ＩＣ構造
２０２…フォトレジストマスク
２０４…層
２０６…窒化物層
２０７…ギャップ
２０８…熱酸化物層
２１０…ポリシリコン材料領域
２１２…ポリシリコン材料領域
２１４…単結晶シリコン領域
２１６…単結晶シリコン領域
２１８…単結晶シリコン領域
２２０…酸化物カラー
２２０’…酸化物カラー
２２２…酸化物カラー
２２２’…酸化物カラー
２４０…カラー材料
２４１…カラー材料
２４２…表面
２４４…カラーの高さ
２５０…目標深さ
２６０…ＢＡＲＣ層
２６２…くぼみ
２６４…くぼみ
４０４…有機物の残留物
４０６…酸化物の残留物
【図１Ａ】
0005027371.tif 000002
【図１Ｂ】
0005027371.tif 000003
【図１Ｃ】
0005027371.tif 000004
【図２】
0005027371.tif 000005
【図３】
0005027371.tif 000006
【図４】
0005027371.tif 000007
【図５】
0005027371.tif 000008
【図６】
0005027371.tif 000009
【図７】
0005027371.tif 000010
【図８】
0005027371.tif 000011
【図９】
0005027371.tif 000012
【図１０】
0005027371.tif 000013
【図１１】
0005027371.tif 000014
【図１２】
0005027371.tif 000015
【図１３】
0005027371.tif 000016